本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)保護(hù)測控技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多功能模擬信號采集電路。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)變電站非電量傳感器輸出一般都是0～5v或者是4～20ma，如變壓器溫度、油中氣體等，這時的非電量模擬信號等級范圍較為固定，只需要在電路設(shè)計中考慮電流和電壓兩種規(guī)格即可，也可以設(shè)計成兼容，在使用時通過接通電流取樣電阻，直接把電流采樣轉(zhuǎn)化為電壓采樣即可。但是隨著智能變電站技術(shù)的進(jìn)步，在設(shè)備電源、新能源電平、一次設(shè)備檢測、避雷器等的檢測中，對非電量的監(jiān)視范圍擴(kuò)展了很大，導(dǎo)致了非電量模擬信號電平等級出現(xiàn)多個等級，如0～600vdc、0～300vdc、0～48vdc、0～5v、-10～+10v、4～20ma、-40～40ma。

現(xiàn)有技術(shù)的模擬信號采集電路一般是針對不同模擬量范圍設(shè)計不同的電路進(jìn)行檢測，比如專門設(shè)計測量電壓模擬信號的轉(zhuǎn)換電路，或?qū)ｉT設(shè)計測量電流模擬信號的轉(zhuǎn)換電路，沒有一種通用的模擬信號轉(zhuǎn)換電路，不僅設(shè)計的轉(zhuǎn)換電路復(fù)雜，也提高了轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計成本。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種多功能模擬信號采集電路，用于解決現(xiàn)有的采集模擬信號的轉(zhuǎn)換電路不能同時適用于檢測電壓信號和電流信號、需分別設(shè)計檢測電路提高檢測成本的問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種多功能模擬信號采集電路，包括以下解決方案：

方案一，包括第一支路和第二支路，兩個支路的端口并聯(lián)，用于連接待測信號，其中，第一支路串設(shè)有開關(guān)和第一電阻，第二支路為電阻分壓支路，第二支路的分壓端用于連接運算放大器的輸入端。

方案二，在方案一的基礎(chǔ)上，所述第二支路依次串設(shè)有第二電阻、第三電阻、第四電阻和第五電阻，其中，第三電阻和第四電阻的兩端為所述分壓端。

方案三，在方案二的基礎(chǔ)上，所述第三電阻和第四電阻的公共端接地。

方案四、五，分別在方案二、三的基礎(chǔ)上，所述第三電阻和第四電阻的兩端還連接有保護(hù)元件，保護(hù)元件用于與所述運算放大器的輸入端并聯(lián)。

方案六、七，分別在方案四、五的基礎(chǔ)上，所述保護(hù)元件為穩(wěn)壓二極管。

方案八，在方案二的基礎(chǔ)上，所述第二電阻的阻值和第五電阻的阻值相等，第三電阻的阻值和第四電阻的阻值相等。

本發(fā)明的有益效果是：通過控制開關(guān)的打開和閉合，判斷本發(fā)明模擬信號采集電路輸出的電壓信號達(dá)到固定極限的峰值或是正常工作電壓范圍，當(dāng)開關(guān)打開，電路輸出的電壓信號達(dá)到固定極限的峰值時，判定電路需要測量的是電流模擬量，然后閉合開關(guān)，電路輸出待測電流轉(zhuǎn)換的電壓；當(dāng)電路輸出的電壓信號在正常工作范圍內(nèi)時，判定電路需要測量的是電壓模擬量，電路直接輸出待測電壓轉(zhuǎn)換后的電壓。本發(fā)明采用一個模擬信號采集電路，就能滿足監(jiān)測待測電流和待測電壓，不需要額外增加信號采集電路，節(jié)約了電路的設(shè)計成本，同時，本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)簡單、易于生產(chǎn)調(diào)試，回路取樣精度高且穩(wěn)定，偏置電壓和溫度漂移電壓較小。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的采集模擬信號的轉(zhuǎn)換電路原理圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進(jìn)一步的說明。

本發(fā)明的一種多功能模擬信號采集電路的實施例：

如圖1所示，包括第一支路和第二支路，第一支路串設(shè)有開關(guān)s和電阻r1，第二支路串依次設(shè)有電阻r2、r3、r4和r5，其中r5＝r2，r3＝r4，電阻r3和r4的公共端接地，電阻r3和r4的兩端還連接有保護(hù)元件z，保護(hù)元件z與儀表運算放大器op的兩個輸入端并聯(lián)。

第一支路和第二支路并聯(lián)后，連接到待測端口，用于測量ain，ain表示待測電壓或待測電流，uo為將待測電壓或待測電流轉(zhuǎn)換成電壓后的電壓值，rj為與運算放大器op的放大系數(shù)有關(guān)的電阻。

為了判斷ain是待測的電流還是電壓，采用以下判斷步驟：

保持開關(guān)s斷開，檢測uo輸出的電壓，當(dāng)uo的電壓為固定的極限峰值時，也就是uo的電壓超出正常工作范圍時，判定ain是待測的電流；當(dāng)uo的電壓在正常的工作范圍時，判定ain是待測的電壓，記錄此時待測電壓經(jīng)過電路轉(zhuǎn)換后的電壓值。

uo的電壓超出正常工作范圍后，閉合開關(guān)s，重新檢測uo輸出的電壓，當(dāng)重新檢測uo的電壓在正常范圍內(nèi)時，確認(rèn)ain是待測的電流，記錄此時待測電流經(jīng)過電路轉(zhuǎn)換后的電壓值。

這樣判斷的原理在于：開關(guān)s斷開時，若ain是非電量變換器輸出的待測電流，流過待測電流的電阻r3和r4上的電壓會超過保護(hù)元件z上的電壓峰值，例如，當(dāng)保護(hù)元件為穩(wěn)壓二極管，當(dāng)電阻r3和r4上的電壓達(dá)到穩(wěn)壓二極管的觸發(fā)條件時，穩(wěn)壓二極管將保持在設(shè)定的保護(hù)電壓峰值，運算放大器op輸出的uo也是一個固定的峰值，該值接近運算放大器op的電源電壓。確定ain是待測電流后，將開關(guān)s閉合，待測電流流過小阻值取樣電阻r1，而電阻r5、r2遠(yuǎn)大于電阻r1，并聯(lián)輸入端口形成的電壓在輸入范圍內(nèi)，使電阻r3和r4上分得的電壓較小，不會觸發(fā)穩(wěn)壓二極管，而使uo輸出的電壓在正常工作范圍內(nèi)。

而閉合開關(guān)s，且ain是非電量變換器輸出的待測電壓時，檢測uo輸出的電壓為r3/(r2+r3)*k*ain，或者表示為r4/(r5+r4)*k*ain，其中k為儀表運算放大器op的放大系數(shù)，一般的，k＝1+50k/rj，由于電阻r3阻值遠(yuǎn)小于r2阻值，因此保證uo在正常電壓范圍內(nèi)時，可以完成輸入端口的較大電壓范圍測量。

例如，設(shè)定元件z保護(hù)電壓為12v，運放電源取15v，其管腳最大可以輸入15v，待測電壓信號范圍是-100v～+100v時，r5＝r2＝95k，r3＝r4＝5k；元件z兩端的電壓為-5v～+5v；取rj＝50k，k＝1+50k/rj＝2，所以uo輸出范圍是-10v～+10v。

當(dāng)元件s斷開，且待測電流信號為4～20ma時，取電流5ma，流過r2～r5，在元件z兩端形成的電壓為5ma*(r3+r4)＝50v，已經(jīng)遠(yuǎn)超元件z的保護(hù)電壓12v，無論電流怎么變化，uo均輸出15v，這是因為12*2大于運放電源，運放op輸出不會大于運放電源15v；當(dāng)元件s閉合時，電流取樣電阻r1取值250歐姆，r1兩端最大電壓為20ma*250*(r1/(r2+r3+r4+r5))＝5v，對應(yīng)uo輸出為1v。

本發(fā)明通過控制開關(guān)的打開和閉合，判斷模擬信號采集電路輸出的電壓信號達(dá)到固定的峰值或是正常工作范圍，當(dāng)電路輸出的電壓信號達(dá)到固定的峰值時，判定電路需要測量的電流，閉合開關(guān)，電路輸出待測電流轉(zhuǎn)換的電壓；當(dāng)電路輸出的電壓信號在正常工作范圍內(nèi)時，判定電路需要測量的電壓，電路直接輸出待測電壓轉(zhuǎn)換后的電壓。

本發(fā)明設(shè)置保護(hù)元件z還用于吸收過高電壓，能防止ain錯誤施加過高電壓，r2、r3、r4和r5分壓后電壓超過運算放大器op的輸入范圍導(dǎo)致運放損壞。

本發(fā)明采用一個模擬信號采集電路，就能同時檢測監(jiān)測電流和待測電壓，不需要額外設(shè)計信號采集電路，節(jié)約了電路的設(shè)計成本，同時，本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)簡單、易于生產(chǎn)調(diào)試，回路取樣精度高且穩(wěn)定，偏置電壓和溫度漂移電壓較小。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。