CN111490771A - 干扰信号滤波隔离电路、***和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种结构简单、成本低、隔离效果佳的干扰信号滤波隔离电路、***和方法。本发明电路包括电源模块、信号隔离和调节模块（1）以及对隔离后的信号进行滤波处理的工频滤波模块（2）；其***还包括与干扰信号滤波隔离电路（A）的信号输入端相连接的至少一个信号采集装置（4）、与干扰信号滤波隔离电路（A）的输出端相连接的信号采集板卡（5）以及与信号采集板卡（5）的输出端相连接的上位机（6）；其方法为：信号采集装置（4）对工业测试设备的测试信号进行采集，干扰信号滤波隔离电路（A）对采集到的信号进行纹波隔离滤除，信号采集板卡（5）采集经过隔离滤波处理后的测试信号并上传上位机（6）。本发明可应用于测试领域。
Description
技术领域
本发明涉及测试领域，尤其涉及一种应用于工业自动化测试行业中对测试设备的电机产生的干扰信号尤其是纹波信号进行滤波隔离的干扰信号滤波隔离电路、***以及方法。
背景技术
工业机器人或者工业测试设备中运用到电机并且需要实时控制电机完成相应的动作，进而完成相应的测试作业。但目前的电机干扰除了环境干扰，同时电机和控制电机的伺服在信号线上干扰都非常大。目前没有电机和伺服驱动器对自身输出的低噪干扰有特殊隔离方案。也有人使用PLC控制伺服带动机器动作，这种方式不存在上述低噪干扰的问题。但在未来的工业环境中，是需要在处理控制运动的同时对消耗类电子产品等进行测试的，并且测试周期很长。低噪的纹波干扰越大，机器衔并测试的应用越不容易测出产品的实际性能。如果采用手动测量的话，则存在测试成本高，产品精度应用非常差的问题。
此外，越来越多的测试偏差要求灵敏度越高，对测试的精度要求也越来越高。目前对此类工业机器人运动过程中，和电机运行工作中产生的纹波去除，隔离方法没有标准的设备和方案。一般是使用线上加磁环滤波，或者简单的电路板加电感电容滤波。这导致最终低噪隔离效果不明显，测试数据差异非常大，不能直观的检测到被测物体的特性，也检测不出实际性能缺陷。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构简单、成本低、隔离效果佳的干扰信号滤波隔离电路，以及包含该电路的干扰信号滤波隔离***，该***成本低、体积小且便于提高测试精度；另外还提供了上述***进行干扰信号滤波隔离的方法，该方法操作简单，满足高精度产品的测试要求。
本发明所述干扰信号滤波隔离电路所采用的技术方案是，该电路设置于独立的板卡上，该电路包括
用于为整块板卡供电的电源模块，
用于对信号实现隔离和信号放大调节的信号隔离和调节模块，
以及对隔离后的信号进行滤波处理的工频滤波模块，
所述电源模块为所述信号隔离和调节模块和所述工频滤波模块供电，所述信号隔离和调节模块包括信号隔离电路和信号调节电路，所述工频滤波模块对所述信号调节电路处理后的信号进行滤波后输出。
进一步地，所述电源模块包括前端电源和后端电源，所述前端电源为所述信号隔离和调节模块的隔离前部分供电，所述后端电源为所述信号隔离和调节模块的隔离后部分和所述工频滤波模块供电。
再进一步地，所述信号隔离电路包括防过压过流电路和隔离IC，所述防过压过流电路的一端连接信号输入端，所述防过压过流电路包括限流电阻以及并联后共地的第六十八电容和第三二极管，所述限流电阻的一端与所述第六十八电容及所述第三二极管的非共地端连接，所述限流电阻的另一端与所述连接所述隔离IC的输入端。
又进一步地，所述信号调节电路包括仪表放大器，所述仪表放大器的输入端与所述隔离IC的输出端相连接。
此外，所述工频滤波模块包括第二运算放大器和第四运算放大器，所述第二运算放大器的输入端与所述信号调节电路的输出端相连接，所述第四运算放大器连接在所述第二运算放大器的两端，且所述第四运算放大器的输入端与所述第二运算放大器的输出端连接，所述第四运算放大器的输出端与所述第二运算放大器的输入端连接。
更进一步地，所述前端电源包括依次连接的前端DC-DC模块、第十低压差稳压器和第七低压差稳压器，所述前端DC-DC模块、所述第十低压差稳压器和所述第七低压差稳压器分别输出不同的电压，所述后端电源包括依次连接的后端DC-DC模块和第十四低压差稳压器，所述后端DC-DC模块和所述第十四低压差稳压器分别输出不同的电压。
另外，所述板卡上还设置有存储器，所述存储器连接在所述板卡的输出端的连接器上。
含有上述电路的***的技术方案为：该***还包括与所述干扰信号滤波隔离电路的信号输入端相连接的至少一个信号采集装置、与所述干扰信号滤波隔离电路的输出端相连接的信号采集板卡以及与所述信号采集板卡的输出端相连接的上位机。
利用上述***对含有干扰信号的测试信号进行滤波隔离的方法包括以下步骤：
a.所述信号采集装置对工业测试设备的测试信号进行采集；
b.所述干扰信号滤波隔离电路对采集到的信号进行纹波隔离滤除；
c.所述信号采集板卡采集经过隔离滤波处理后的测试信号并上传所述上位机。
上述步骤b的具体步骤为：
所述信号隔离电路对接收到的信号进行隔离，并通过所述信号调节电路对隔离后的信号进行放大再输出，所述工频滤波模块对所述信号调节电路放大后的信号进行滤波后输出。
本发明的有益效果是：通过所述信号隔离和调节模块的信号隔离电路可有效地隔离前端被设备中的电机的工作信号对设备的动力线和编码器的干扰，所述信号隔离和调节模块的信号调节电路则能对隔离后的信号进行按需放大，以便输出增强信号，避免由于信号弱而对测试结果造成影响；经过工频滤波模块将信号中的纹波滤除再输出；通过本发明的处理后，采集的测试信号可有效地隔离设备及电机产生的纹波信号干扰，从而可以获得更加准确的输入采集信号，进而精确地分析出被测产品的工作性能，且本发明可设置在任何具有信号输出的设备上，其体积小，无需对设备进行重新设计，易于实现，很好地解决了现有技术中点击干扰带来无法测试到高精度测试数据的困惑。
附图说明
图1是本发明电路的简易结构框图；
图2是所述电源模块的前端电源的电路原理图；
图3是所述电源模块的后端电源的电路原理图；
图4是所述信号隔离和调节模块的电路原理图；
图5是工频滤波模块的电路原理图；
图6是本发明***的简易结构框图；
图7是本发明的具体实施例中述及的光学测试设备的简易结构框图；
图8是具体实施例中隔离和不隔离输出测试信号的示波器波形对比图；
图9是具体实施例中采集板卡采集到的有纹波和无纹波的信号数据对比图。
具体实施方式
如图1至图6所示，本发明中，其中的干扰信号滤波隔离电路A设置于独立的板卡上，该电路包括
用于为整块板卡供电的电源模块，
用于对信号实现隔离和信号放大调节的信号隔离和调节模块1，
以及对隔离后的信号进行滤波处理的工频滤波模块2，
所述电源模块为所述信号隔离和调节模块1和所述工频滤波模块2供电，所述信号隔离和调节模块1包括信号隔离电路和信号调节电路，所述工频滤波模块2对所述信号调节电路处理后的信号进行滤波后输出。
具体地，所述电源模块包括前端电源和后端电源，所述前端电源为所述信号隔离和调节模块1的隔离前部分供电，所述后端电源为所述信号隔离和调节模块1的隔离后部分和所述工频滤波模块2供电。所述信号隔离电路包括防过压过流电路3和隔离ICU11，所述防过压过流电路3的一端连接信号输入端，所述防过压过流电路3包括限流电阻R46以及并联后共地的第六十八电容C68和第三二极管D3，所述限流电阻R46的一端与所述第六十八电容C68及所述第三二极管D3的非共地端连接，所述限流电阻R46的另一端与所述连接所述隔离ICU11的输入端。所述信号调节电路包括仪表放大器U12，所述仪表放大器U12的输入端与所述隔离ICU11的输出端相连接。所述工频滤波模块2包括第二运算放大器U2和第四运算放大器U4，所述第二运算放大器U2的输入端与所述信号调节电路的输出端相连接，所述第四运算放大器U4连接在所述第二运算放大器U2的两端，且所述第四运算放大器U4的输入端与所述第二运算放大器U2的输出端连接，所述第四运算放大器U4的输出端与所述第二运算放大器U2的输入端连接。所述前端电源包括依次连接的前端DC-DC模块U9、第十低压差稳压器U10和第七低压差稳压器U7，所述前端DC-DC模块U9、所述第十低压差稳压器U10和所述第七低压差稳压器U7分别输出不同的电压，所述后端电源包括依次连接的后端DC-DC模块U13和第十四低压差稳压器U14，所述后端DC-DC模块U13和所述第十四低压差稳压器U14分别输出不同的电压。所述板卡上还设置有存储器EEPROM，所述存储器EEPROM连接在所述板卡的输出端的连接器上。
包含上述干扰信号滤波隔离电路的***还包括与所述干扰信号滤波隔离电路A的信号输入端相连接的至少一个信号采集装置4、与所述干扰信号滤波隔离电路A的输出端相连接的信号采集板卡5以及与所述信号采集板卡5的输出端相连接的上位机6。在这里，所述信号采集装置4为设置在测试设备上的各类传感器等。上位机6为设置在设备上的控制***，也可以是设置在测试设备***的计算机等。
利用上述***对信号进行滤波隔离的方法包括以下步骤：
a.所述信号采集装置4对工业测试设备的测试信号进行采集；
b.所述干扰信号滤波隔离电路A对采集到的信号进行纹波隔离滤除；
c.所述信号采集板卡5采集经过隔离滤波处理后的测试信号并上传所述上位机6。
更加具体地，所述步骤b的具体步骤如下：
所述信号隔离电路对接收到的信号进行隔离，并通过所述信号调节电路对隔离后的信号进行放大再输出，所述工频滤波模块2对所述信号调节电路放大后的信号进行滤波后输出。具体地，如图4和图5所示，信号主要通过隔离IC U11隔离式放大器隔离滤波。在该电路中，输入端的放大器设为单位增益缓冲器，使隔离IC的第7脚OUT输出跟随12脚+IN输入，7脚OUT电路采用可选外部第四十七电阻R47和第六十九电容C69低通滤波器，可降低从内部电压到PWM控制器的输出噪声。再次增加结合工频滤波，使第七电容C7等于第八电容C8，且等于两倍的第十八电容C18和第十六电容C16，第十二电阻R12等于第十三电阻R13，且等于两倍的第二电阻R2.使第四电阻R4等于五百一十欧，第十五电阻R15等于十万欧,使阻带中心频率在需要频率处，V12B和VN9V0B分别为第二运算放大器U2和第四运算放大器U4供应正负电源，可有效滤除输出信号中工频信号的干扰 ，使隔离滤波性能明显提高。
如图1至图9所示，下面以本发明应用到光学测试设备上为例进行更加进一步的说明。
如图7所示，本发明的板卡前端接光学测试设备中的PSD板卡，经过信号隔离滤波后接信号采集板卡。在获得原始的测试数据后，经过本发明滤波隔离后，其信号纹波低噪隔离前后的示波器效果如图8所示，可以看出电机的干扰信号很明显有一点多伏的特点。图9示出了采集板卡采集到的信号在纹波隔离滤波前后的波形图。
综上所述，采用本发明能够排除设备干扰，准确分析测试出高精度的产品性能。本发明的板卡体积小，易于实现安装在工业机器人或设备需要的任何合理需要的位置，也适用于电机伺服研发抗干扰验证。
Claims (10)
1.一种干扰信号滤波隔离电路（A），其特征在于：该电路设置于独立的板卡上，该电路包括
用于为整块板卡供电的电源模块，
用于对信号实现隔离和信号放大调节的信号隔离和调节模块（1），
以及对隔离后的信号进行滤波处理的工频滤波模块（2），
所述电源模块为所述信号隔离和调节模块（1）和所述工频滤波模块（2）供电，所述信号隔离和调节模块（1）包括信号隔离电路和信号调节电路，所述工频滤波模块（2）对所述信号调节电路处理后的信号进行滤波后输出。
2.根据权利要求1所述的干扰信号滤波隔离电路，其特征在于：所述电源模块包括前端电源和后端电源，所述前端电源为所述信号隔离和调节模块（1）的隔离前部分供电，所述后端电源为所述信号隔离和调节模块（1）的隔离后部分和所述工频滤波模块（2）供电。
3.根据权利要求2所述的干扰信号滤波隔离电路，其特征在于：所述信号隔离电路包括防过压过流电路（3）和隔离IC（U11），所述防过压过流电路（3）的一端连接信号输入端，所述防过压过流电路（3）包括限流电阻（R46）以及并联后共地的第六十八电容（C68）和第三二极管（D3），所述限流电阻（R46）的一端与所述第六十八电容（C68）及所述第三二极管（D3）的非共地端连接，所述限流电阻（R46）的另一端与所述连接所述隔离IC（U11）的输入端。
4.根据权利要求3所述的干扰信号滤波隔离电路，其特征在于：所述信号调节电路包括仪表放大器（U12），所述仪表放大器（U12）的输入端与所述隔离IC（U11）的输出端相连接。
5.根据权利要求4所述的干扰信号滤波隔离电路，其特征在于：所述工频滤波模块（2）包括第二运算放大器（U2）和第四运算放大器（U4），所述第二运算放大器（U2）的输入端与所述信号调节电路的输出端相连接，所述第四运算放大器（U4）连接在所述第二运算放大器（U2）的两端，且所述第四运算放大器（U4）的输入端与所述第二运算放大器（U2）的输出端连接，所述第四运算放大器（U4）的输出端与所述第二运算放大器（U2）的输入端连接。
6.根据权利要求2所述的干扰信号滤波隔离电路，其特征在于：所述前端电源包括依次连接的前端DC-DC模块（U9）、第十低压差稳压器（U10）和第七低压差稳压器（U7），所述前端DC-DC模块（U9）、所述第十低压差稳压器（U10）和所述第七低压差稳压器（U7）分别输出不同的电压，所述后端电源包括依次连接的后端DC-DC模块（U13）和第十四低压差稳压器（U14），所述后端DC-DC模块（U13）和所述第十四低压差稳压器（U14）分别输出不同的电压。
7.根据权利要求1所述的干扰信号滤波隔离电路，其特征在于：所述板卡上还设置有存储器（EEPROM），所述存储器（EEPROM）连接在所述板卡的输出端的连接器上。
8.一种包含如权利要求1所述干扰信号滤波隔离电路的***，其特征在于：该***还包括与所述干扰信号滤波隔离电路（A）的信号输入端相连接的至少一个信号采集装置（4）、与所述干扰信号滤波隔离电路（A）的输出端相连接的信号采集板卡（5）以及与所述信号采集板卡（5）的输出端相连接的上位机（6）。
9.一种利用如权利要求8所述的***对信号进行滤波隔离的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
a.所述信号采集装置（4）对工业测试设备的测试信号进行采集；
b.所述干扰信号滤波隔离电路（A）对采集到的信号进行纹波隔离滤除；
c.所述信号采集板卡（5）采集经过隔离滤波处理后的测试信号并上传所述上位机（6）。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述步骤b的具体步骤如下：
所述信号隔离电路对接收到的信号进行隔离，并通过所述信号调节电路对隔离后的信号进行放大再输出，所述工频滤波模块（2）对所述信号调节电路放大后的信号进行滤波后输出。
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