[发明专利]用于针对差分输入的防雷电设备和改进方法

说明书

一种用于从传感器采集信号的设备，该设备包括差分放大器、用于偏置测量设备的两个偏置电阻、共模和差模滤波器电路、以及两个雷电限制器组件。差分放大器为“高共模范围”类型，限制器组件的尺寸被确定为将雷电电压降低至约100伏的最大电压值，并且滤波器电路和偏置电阻器的尺寸被确定为承受住该最大电压值。一种用于保护设备免受雷击的相应方法。

技术领域

本发明涉及测量传感器的领域，并且更确切地说，涉及来自传感器的信号的采集。作为示例，传感器可以是运动传感器，诸如线性可变差分变压器(LVDT)类型的无源传感器。

背景技术

用于从传感器采集信号的设备通常包括：

·标准差分放大器，其第一输入端连接到第一线路，并且第二输入端连接到第二线路，第一线路和第二线路各自用于连接到传感器的相应输出端；

·共模和差模滤波器电路，其连接到第一线路和第二线路；以及

·两个偏置电阻，用于偏置传感器，并分别连接到第一线路和第二线路。

由传感器递送的信号通常包括几毫伏到几伏的范围内的电压，并且所使用的差分放大器是适于处理与那些电压对应的信号的标准放大器。对于传感器存在被雷击的风险的应用来说，目前存在两种用于限制导致采集设备故障的雷电的风险的解决方案。

第一种解决方案包括确定滤波器电路的组件的尺寸，以便它们可以承受住雷电波，对其进行滤波，并将放大器输入端处的电压和电流限制在其可以承受的水平，即几伏或数十伏，以及几毫安。然后，滤波器电路包括几十千欧的阻抗，以便减小放大器的输入电流。由于这些高阻抗，布线和电路组件呈现的杂散电容不再可忽略不计，并且这些杂散电容的值在这两条线路之间任何不对称性会导致涉及共模干扰抑制的电路特性的显著降级。此外，用于衰减雷电波所需的滤波器截止频率通常难以与工作需求相协调。此外，滤波器电路的部件是针对高电压来确定尺寸的，这相当大地增加了它们的成本以及它们所占的面积。

第二种解决方案包括在偏置电阻器上游将每条线路连接到限压器组件，这些限压器组件能够将滤波器电路输入端的电压保持在几伏到几十伏量级的最大电压。作为示例，限制器组件可以是Transil类型的瞬态电压抑制器二极管，其吸收过量的电流以便降低电压。因此，用于滤波器电路的组件是不昂贵并且相对较少地干扰采集的标准组件。相反，由于其漏电流和其杂散电容，限制器组件使采集精度降级，干扰故障的检测，如果在上游形成阻抗会使共模抑制比降级，并且使输入阻抗降级(对于直流电(DC)是由于漏电流而对于交流电(AC)是由于杂散电容)。最后，如果传感器呈现电感性阻抗，则这些限制器组件的杂散电容会在测量电路中引起通常不可接受的谐振。第二种解决方案特别在文献“A Designer's Guide to Instrumentation Amplifiers(仪表放大器的设计者指南)，Charles Kitchin和Lew Counts，第3版，Analog Devices(模拟器件)，www.analog.com/inamps中有描述，该文献包括有关保护包含差分放大器的采集电路的章节。

发明内容

本发明的目的是为了提供用于保护测量采集设备免于雷击而不会使其性能降级的装置。

为此，本发明提供了一种用于从传感器采集信号的设备，该设备包括：

·具有第一输入端和第二输入端的差分放大器，其第一输入端连接到第一线路，并且第二输入端连接到第二线路，第一线路和第二线路各自用于连接到传感器的相应输出端；

·两个偏置电阻，用于偏置测量设备，并分别连接到第一线路和第二线路；

·共模和差模滤波器电路，其连接到第一线路和第二线路；以及

·两个雷电限制器组件，其分别连接到第一线路和第二线路。