数据采集器模拟电路自检测技术的研究
2013-03-08
数据采集器模拟部分自检测原理 数据采集器模拟部分的结构和易发故障分析数据采集器是对多路模拟电压信号进行测量、转换的电子设备，是模拟、数字电路的混合产品。其模拟部分的基本组成可分为：多路开关、可编程放大器(PGA)、共模抑制电路、低通滤波电路和A／D转换等几个部分。
其中可编程放大器容易出现的故障有零点漂移、增益误差、共模抑制比下降等。随着时间和工作环境的变化，电路元件自身的一些特性也会发生变化，可能导致上述故障的出现，而这些故障对数据采集器的测量精度会造成很大影响。滤波器的元件参数变化会导致滤波器频率特性发生变化，同时在时域上也会对电路的建起时间产生不利的影响，从而影响了数据采集的精度。因此为了保证测量数据的精度应及时对这些故障进行检测。下面对典型数据采集器中用到的PGA、共模抑制电路和低通滤波器进行分析，按功能模块提出了测量原理和测量方案。为了减少对被测电路的影响，测试向量在多路开关输入端注入。由于多故障情况较为复杂，本文只讨论单故障情形。图2为典型的数据采集器模拟部分的原理图。
当R1变化时，由于R1不处于分母位置，由上述公式计算可知2，5，10倍增益相对误差相等。而R4变化时，由上述公式计算可知三档增益相对误差不等。由此，只要测量出PGA的四档实际增益，根据各档的增益误差，就可以分析出是否有电阻出现故障，以及出现故障的电阻是哪个。如果R2故障，那么在2倍增益时实际增益大于标准值2，在5倍增益时就会小于标准值；或者在2倍增益时实际增益小于标准值，在5倍增益时就会大于标准值。R3故障时，5倍和10倍增益时的实际增益与标准增益的大小关系相反。R1和R4故障时除1倍以外的增益均大于或小于标准值，但是R4故障时各档增益相对误差不等，而R1故障时相等。表1列出了对该PGA进行PSpice仿真获得的8组增益相对误差。增益是采用端点法计算获得，端点选取为满量程10％和90％的点。
根据数据采集器的总体设计要求PGA的增益相对误差不应超过0.2％，否则认为是故障状态。表1中R1变化2％时．2，5，10倍增益的相对误差变化达到0.5％，不仅误差的符号相同，且三档增益相对误差相等，这种情况可判断为R1故障。R2变化2％时，2，5，10倍增益的相对误差绝对值达到0.3％，2倍和5倍增益的相对误差符号相反，这种情况可判断为R2故障。R3变化2％时，5倍增益的相对误差达到0.4％，2，10倍增益的相对误差为0.1％，5倍和10倍增益的相对误差符号相反，这种情况可以判断为R3故障。R4变化2％时，2，5，10倍增益的相对误差均超过0.2％，误差的符号相反，但是误差大小变化，这种情况可以判断为R4故障。来源：电能质量分析仪 //1000qsw.com/
其中可编程放大器容易出现的故障有零点漂移、增益误差、共模抑制比下降等。随着时间和工作环境的变化，电路元件自身的一些特性也会发生变化，可能导致上述故障的出现，而这些故障对数据采集器的测量精度会造成很大影响。滤波器的元件参数变化会导致滤波器频率特性发生变化，同时在时域上也会对电路的建起时间产生不利的影响，从而影响了数据采集的精度。因此为了保证测量数据的精度应及时对这些故障进行检测。下面对典型数据采集器中用到的PGA、共模抑制电路和低通滤波器进行分析，按功能模块提出了测量原理和测量方案。为了减少对被测电路的影响，测试向量在多路开关输入端注入。由于多故障情况较为复杂，本文只讨论单故障情形。图2为典型的数据采集器模拟部分的原理图。
当R1变化时，由于R1不处于分母位置，由上述公式计算可知2，5，10倍增益相对误差相等。而R4变化时，由上述公式计算可知三档增益相对误差不等。由此，只要测量出PGA的四档实际增益，根据各档的增益误差，就可以分析出是否有电阻出现故障，以及出现故障的电阻是哪个。如果R2故障，那么在2倍增益时实际增益大于标准值2，在5倍增益时就会小于标准值；或者在2倍增益时实际增益小于标准值，在5倍增益时就会大于标准值。R3故障时，5倍和10倍增益时的实际增益与标准增益的大小关系相反。R1和R4故障时除1倍以外的增益均大于或小于标准值，但是R4故障时各档增益相对误差不等，而R1故障时相等。表1列出了对该PGA进行PSpice仿真获得的8组增益相对误差。增益是采用端点法计算获得，端点选取为满量程10％和90％的点。
根据数据采集器的总体设计要求PGA的增益相对误差不应超过0.2％，否则认为是故障状态。表1中R1变化2％时．2，5，10倍增益的相对误差变化达到0.5％，不仅误差的符号相同，且三档增益相对误差相等，这种情况可判断为R1故障。R2变化2％时，2，5，10倍增益的相对误差绝对值达到0.3％，2倍和5倍增益的相对误差符号相反，这种情况可判断为R2故障。R3变化2％时，5倍增益的相对误差达到0.4％，2，10倍增益的相对误差为0.1％，5倍和10倍增益的相对误差符号相反，这种情况可以判断为R3故障。R4变化2％时，2，5，10倍增益的相对误差均超过0.2％，误差的符号相反，但是误差大小变化，这种情况可以判断为R4故障。来源：电能质量分析仪 //1000qsw.com/
