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數(shù)字電位器X9313在微信號檢測中的應用

發(fā)布時間:2010-7-30 11:19    發(fā)布者:lavida
1 前言

在微信號檢測中,干擾從本質(zhì)上可以分為兩類:其一為穩(wěn)態(tài)干擾,表現(xiàn)形式為變化不大或變化有規(guī)律的信號,主要來源于地線上的壓降、各個焊點的接觸電動勢及工頻干擾。對于工頻干擾,可以采用模擬濾波的辦法處理,但無論采取如何嚴密的屏蔽措施及EMC設計,仍然很難完全消除干擾。其二為暫態(tài)干擾,表現(xiàn)形式為脈沖信號,主要來源于外界電磁波的作用或電源的波動,對于此類干擾,除了采取更合理的屏蔽措施及精選器件以外,沒有其他的辦法消除。本文主要討論了如何應用數(shù)字電位器減少穩(wěn)態(tài)干擾的影響。  

2 數(shù)字電位器X9313及其工作原理  

X9313為工業(yè)級的32抽頭數(shù)控電位器,最大阻值為10 kΩ,采用8引腳,有DIP、OIC、FSSOP三種封裝形式。X9313的內(nèi)部功能框圖如圖1所示。它由輸入部分、非易失性存儲器和電阻陣列三部分組成。輸入部分的工作就像一個升/降計數(shù)器,其輸出經(jīng)過譯碼,控制接通某個電子開關,這樣就把電阻陣列上的一個點連接到滑動輸出端。電阻陣列是由32個等值的電阻和與之相配套的電子開關組成。根據(jù)控制端的電平,計數(shù)器的內(nèi)容還可以儲存到非易失存儲器以便以后使用。  


  
兩個頂腳引線分別接VH和VL,中間抽頭為VW。INC/U/D和CS為三個控制端,各引腳的功能如表1所列。CS為片選端,CS為低電平時,X9313選中。此時才能接收U/D和INC的信號。INC在下降沿使計數(shù)器增或減1(視U/D電平而定)。如果U/D=1,滑動端向VH方向滑動,Vw與VH之間的電阻減小一個階值。反之,如果U/D=0,滑動端向VL方向滑動。計數(shù)器輸出譯碼后,經(jīng)過32選1,使滑動端的位置沿電阻陣列移動。當計數(shù)器達到某個極端(00000或11111)時,不會循環(huán)回復,從00000自動變成11111,或從1111 1變成00000,也就是說當CS為高電平而INC也為高電平時,計數(shù)器的值存儲到非易失存儲器中,系統(tǒng)上電時,器件自動將非易失性存儲器中的值送到計數(shù)器,作為計數(shù)器的輸出。X9313的時序如圖2所示。  




  
3 實際應用  

XLPE電纜絕緣在線檢測,直流法和直流疊加法是兩種較常用的方法,但這兩種方法的現(xiàn)場抗干擾性較弱。由實驗發(fā)現(xiàn),電纜的絕緣電阻具有相當大的分散性,因此在檢測過程中檢測范圍相當廣。此外,在電纜絕緣檢測中存在的干擾幾乎無法解決。因此,要想精確地檢測出電纜絕緣老化過程中絕緣參數(shù)的變化,就必須設計出一種特殊的前置電路。使得它的檢測范圍足夠大,而且能夠防止干擾信號的影響。

對于高頻干擾和工頻干擾,可用低通濾波器實現(xiàn)。為了實現(xiàn)足夠?qū)挼臋z測范圍,在設計中采用兩級程控放大電路,將幾微伏的信號先放大到一定程度,同時,干擾信號也被放大,此時,通過一個4階的巴特沃思低通濾波器濾除高頻、工頻干擾可以把信號變成一個近似脈動直流的信號,真實的有用信號就包含在這個信號中,此時要做的就是信號的分離,由于在高壓電場的作用下,電纜中的水分子不斷運動,其整流效應不斷地發(fā)生變化,因此,信號中必然存在一個脈動信號,用一個二極管的變參數(shù)模型描述電纜中的水樹整流效應。  

首先給出一個前提,即在短時間內(nèi)隨機干擾信號的平均值是不變的。在此前提下通過檢測一次基準值,再檢測一個加直流電壓后的信號值的方法配合一定的算法實現(xiàn)信號分離。但在實現(xiàn)過程中,由于干擾信號幾乎將有用信號完全淹沒,放大電路極易飽和,在前置通道中不能實現(xiàn)增益足夠大的放大,為了解決這一問題,可以應用數(shù)字電位器實現(xiàn)一個程控差分對消器,使得信號的分辨率足夠大。圖3、圖4分別給出了用示波器捕獲的基準信號及加電后的信號,此時為絕緣老化中期的信號。對比可以看出,已能夠?qū)⒂杏眯盘柸菀椎胤蛛x出。  





  
3.1 前置通道差分電路的設計  

圖5給出電路設計圖。圖6為差分對消電路及次級程控放大電路。圖7為數(shù)字電位器X9313及外圍電路。  







  
3.2 工作原理及軟件設計  

在檢測信號基準值時,調(diào)整程控增益電路到足夠大的增益,使得信號的分辨率足夠大,此時疊加直流信號后放大電路肯定會處于飽和狀態(tài)。因此,調(diào)整數(shù)字電位器的內(nèi)部電阻盡量讓信號的基準值處于零附近,這樣使得加直流后的信號也盡可能的放大,通過對兩次的值相減,就可以得到有用信號的值。  

軟件流程框圖如圖8所示。在軟件設計中,每次調(diào)整完數(shù)字電位器的位置后必須將其歸位,這一點是比較重要的,否則下次使用時將無法判斷其真正的位置。  


  
4 結束語  

應用數(shù)字電位器X9313設計程控差分電路,基本消除了干擾信號及化學電動勢的影響,提高了信號的分辨率,使得在強干擾下測量微弱信號成為可能。經(jīng)過實驗證明,可成功地檢測出幾微伏的信號。
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