數據采集器模擬電路自檢測技術的研究
2013-03-08
數據采集器模擬部分自檢測原理 數據采集器模擬部分的結構和易發故障分析數據采集器是對多路模擬電壓信號進行測量、轉換的電子設備，是模擬、數字電路的混合產品。其模擬部分的基本組成可分為：多路開關、可編程放大器(PGA)、共模抑制電路、低通濾波電路和A／D轉換等幾個部分。
其中可編程放大器容易出現的故障有零點漂移、增益誤差、共模抑制比下降等。隨著時間和工作環境的變化，電路元件自身的一些特性也會發生變化，可能導致上述故障的出現，而這些故障對數據采集器的測量精度會造成很大影響。濾波器的元件參數變化會導致濾波器頻率特性發生變化，同時在時域上也會對電路的建起時間產生不利的影響，從而影響了數據采集的精度。因此為了保證測量數據的精度應及時對這些故障進行檢測。下面對典型數據采集器中用到的PGA、共模抑制電路和低通濾波器進行分析，按功能模塊提出了測量原理和測量方案。為了減少對被測電路的影響，測試向量在多路開關輸入端注入。由于多故障情況較為復雜，本文只討論單故障情形。圖2為典型的數據采集器模擬部分的原理圖。
當R1變化時，由于R1不處于分母位置，由上述公式計算可知2，5，10倍增益相對誤差相等。而R4變化時，由上述公式計算可知三檔增益相對誤差不等。由此，只要測量出PGA的四檔實際增益，根據各檔的增益誤差，就可以分析出是否有電阻出現故障，以及出現故障的電阻是哪個。如果R2故障，那么在2倍增益時實際增益大于標準值2，在5倍增益時就會小于標準值；或者在2倍增益時實際增益小于標準值，在5倍增益時就會大于標準值。R3故障時，5倍和10倍增益時的實際增益與標準增益的大小關系相反。R1和R4故障時除1倍以外的增益均大于或小于標準值，但是R4故障時各檔增益相對誤差不等，而R1故障時相等。表1列出了對該PGA進行PSpice仿真獲得的8組增益相對誤差。增益是采用端點法計算獲得，端點選取為滿量程10％和90％的點。
根據數據采集器的總體設計要求PGA的增益相對誤差不應超過0.2％，否則認為是故障狀態。表1中R1變化2％時．2，5，10倍增益的相對誤差變化達到0.5％，不僅誤差的符號相同，且三檔增益相對誤差相等，這種情況可判斷為R1故障。R2變化2％時，2，5，10倍增益的相對誤差絕對值達到0.3％，2倍和5倍增益的相對誤差符號相反，這種情況可判斷為R2故障。R3變化2％時，5倍增益的相對誤差達到0.4％，2，10倍增益的相對誤差為0.1％，5倍和10倍增益的相對誤差符號相反，這種情況可以判斷為R3故障。R4變化2％時，2，5，10倍增益的相對誤差均超過0.2％，誤差的符號相反，但是誤差大小變化，這種情況可以判斷為R4故障。來源：電能質量分析儀 http://www.kafenchem.com/
其中可編程放大器容易出現的故障有零點漂移、增益誤差、共模抑制比下降等。隨著時間和工作環境的變化，電路元件自身的一些特性也會發生變化，可能導致上述故障的出現，而這些故障對數據采集器的測量精度會造成很大影響。濾波器的元件參數變化會導致濾波器頻率特性發生變化，同時在時域上也會對電路的建起時間產生不利的影響，從而影響了數據采集的精度。因此為了保證測量數據的精度應及時對這些故障進行檢測。下面對典型數據采集器中用到的PGA、共模抑制電路和低通濾波器進行分析，按功能模塊提出了測量原理和測量方案。為了減少對被測電路的影響，測試向量在多路開關輸入端注入。由于多故障情況較為復雜，本文只討論單故障情形。圖2為典型的數據采集器模擬部分的原理圖。
當R1變化時，由于R1不處于分母位置，由上述公式計算可知2，5，10倍增益相對誤差相等。而R4變化時，由上述公式計算可知三檔增益相對誤差不等。由此，只要測量出PGA的四檔實際增益，根據各檔的增益誤差，就可以分析出是否有電阻出現故障，以及出現故障的電阻是哪個。如果R2故障，那么在2倍增益時實際增益大于標準值2，在5倍增益時就會小于標準值；或者在2倍增益時實際增益小于標準值，在5倍增益時就會大于標準值。R3故障時，5倍和10倍增益時的實際增益與標準增益的大小關系相反。R1和R4故障時除1倍以外的增益均大于或小于標準值，但是R4故障時各檔增益相對誤差不等，而R1故障時相等。表1列出了對該PGA進行PSpice仿真獲得的8組增益相對誤差。增益是采用端點法計算獲得，端點選取為滿量程10％和90％的點。
根據數據采集器的總體設計要求PGA的增益相對誤差不應超過0.2％，否則認為是故障狀態。表1中R1變化2％時．2，5，10倍增益的相對誤差變化達到0.5％，不僅誤差的符號相同，且三檔增益相對誤差相等，這種情況可判斷為R1故障。R2變化2％時，2，5，10倍增益的相對誤差絕對值達到0.3％，2倍和5倍增益的相對誤差符號相反，這種情況可判斷為R2故障。R3變化2％時，5倍增益的相對誤差達到0.4％，2，10倍增益的相對誤差為0.1％，5倍和10倍增益的相對誤差符號相反，這種情況可以判斷為R3故障。R4變化2％時，2，5，10倍增益的相對誤差均超過0.2％，誤差的符號相反，但是誤差大小變化，這種情況可以判斷為R4故障。來源：電能質量分析儀 http://www.kafenchem.com/
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