第一章 引 言
安全隔离技术是当今世界迅猛发展并在高危行业和工业自动化领域广泛应用的技术之一，应用电量隔离传感器产品解决工业自动化领域的信号采集、传递和处理问题的重要手段和方法。随着石油、化工、天然气、煤矿等高危险环境以及各种高危险自动控制领域对防爆的要求越来越高，传统的隔离栅和齐纳式安全栅产品已渐渐的不能满足这些环境的应用要求。在德国、瑞士一些有实力的工业自动化领域信号处理的公司在安全隔离技术的研究尤其重视，关于安全隔离技术的标准正在修订之中。高危险环境对安全性能的要求越来越高，要求信号的传递有安全性、可靠性。本章将简要介绍本质安全防爆系统的发展概况，随后讨论电量隔离传感器的面临的挑战和机遇，以及存在的问题。最后介绍本论文的总体目标、拟展开的工作及达到的技术指标。
1.1 项目背景
目前，如 TURCK、P+F、WEIDMULLER 等国外公司的产品仍受到高危险自动控制领域的设计人员的广泛采用和首选。国内有几个厂家依托一定的行业背景（如石化、煤炭等）开发和生产安全栅。上海辰竹、南京优倍、北京维胜、重庆宇通等厂家近几年的隔离安全栅产品线逐渐扩展。国内厂家的很多厂家无论在产品技术先进性、成熟度以及产品生产制造质量控制方面均存在一定差距，尤其是在电磁兼容技术（EMC）方面，国内外厂家的差距更是非常明显和不足，这也是本论文研究的重点方面之一。
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本项目的目标是开发适合于高危行业的电量隔离传感器。解决电量隔离传感器在本质安全防爆和恶劣电磁环境电磁兼容问题，适应本质安全防爆系统的应用要求。本项目产品的高精度、强抗干扰能力和安全性能得到了从事石油、化工、冶金等行业客户应用认可，目前产品得到了广泛应用。本论文的创新点：在对工业现场特殊环境要求的充分分析的前提下，对电量隔离传感器进行有针对性的系统设计，将电量隔离技术、电磁兼容技术和本安防爆技术进行了整合创新，开发出高可靠性的电量隔离传感器，满足现场使用要求，在提高工业自动化系统（特别是高危行业）的安全性和可靠性方面具有良好的应用价值。
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第二章 电量隔离技术研究和设计
2.1 电量隔离传感器技术原理
输入信号经过前级放大、交流载波和放大器调制，变压器隔离耦合到输出级，由相敏解调器解调、滤波，最后通过增益调整、变换输出。［23］采用直流+12V/+24V 供电，内部设计时钟振荡电路将直流电源变换为交流电源，再用变压器耦合到传感器的输入部分，然后转换成输入级的双电源模式，使内部电路处于稳定的电源工作模式。基本电路结构如下传感器原理框图 2－1，图 2－2 是整个电路原理图。：
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1) 输入与调制电路设计电量隔离传感器一般是检测现场的电压电流信号，在进行电路设计过程中，电压信号的采集是通过将几个大阻值的电阻串联,对输入的电压信号进行分压采样，将采样的小信号经过ADOP07 高稳定性运算放大器进行信号放大和低通滤波［4］［25］。调制过程：本电路的调制过程其实就是将连续的模拟电压信号转换为断续的数字电压信号，调制后的信号幅度包络为输入模拟电压信号的幅度［24］。在本电路设计过程中采用输入信号和同步基波进行耦合的方式进行设计，其中模拟开关CD4066 是组成调制电路进行信号的调制的核心器件，CD4066 在逻辑信号的控制下实现不同时间的“通”和“断”,实现对输入信号的载波，对CD4066 进行电路工作逻辑分析如下：当 6 脚为高电平时，U2 的 8 脚和 9 脚导通，其中 8 脚与整流出的负电源-EtV输入信号和基波的调制信号调制过程tV变压器隔离后的调制信号信号隔离tttVVV变压器隔离后的调制信号解调信号同步信号解调滤波tV输出信号t连通，所以 U2 的 9 脚为低电平；当 6 脚为低电平时，U2 的 8 脚和 9 脚不导通，其中 9 脚与整流出的正电源连通，所以 U2 的 9 脚为高电平。这样的结果是 6 脚和 9 脚的正好构成一对反向脉冲，直接使 U2C 与 U2B 的控制脉冲反向。
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3.1 电量隔离传感器防浪涌设计 ......................... 23
3.2 电量隔离传感器防脉冲群设计 .................................. 31
3.3 电量隔离传感器防辐射设计 .................................... 33
3.4 电量隔离传感器电磁兼容设计验证 .......................... 35
第四章 电量隔离传感器本质安全防爆技术研究........................ 41
4.1 本安防爆技术基础原理 .................................. 41
4.2 电量隔离传感器本质安全设计 ................................. 42
4.3 电量隔离传感器本质安全设计验证 ........................................ 45
第四章 电量隔离传感器本质安全防爆技术研究
4.1 本安防爆技术基础原理
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电量隔离传感器安装在安全场所，本安电气设备与非本安电气设备之间相连的电气 元、信号、电源隔离单元和信号处理单元组成。其基本功能框图如下图 4－2：
在普通情况下，电量隔离传感器对现场的电信号进行测量，隔离变换后送入后续的采集系统进行处理，完成一个普通传感器的功能。当故障发生时，由于电量隔传感器内有可靠的隔离单元，它对地产生电势，但对地电流不可能从可靠隔离单元流向危险区。
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第五章 总结
通过本课题的研究，掌握符合危险行业要求的本质安全防爆技术；掌握基于电量隔离传感器的过电压保护技术等电磁兼容技术。开发的电量隔离传感器能对工业现场包括本质安全防爆系统中的信号进行有效隔离和检测，具有功耗低，精度高，稳定性好的特点，同时具备较强的电磁兼容能力，能满足在恶劣电磁环境应用的要求。机已通过隔离耐压测试，高低温测试，以及长时间通电老化测试，均未见异常。样机在电磁兼容性、可靠性、安全性方面达到设计要求。验证可正常使用，满足使用要求。决了恶劣行业一直以来对高可靠性电量隔离传感器的技术难题，促进了产品的进一步应用，具有一定的技术先进性。
本设计过程中，本质安全防爆设计主要是参照国家标准的指定参数进行设计，从理论上是满足实际使用要求的，并通过了防爆测试验证，毕竟现场环境复杂，仍然需要长时间现场应用收集大量的使用数据再进行相应的性能优化。磁兼容设计应属于一个系统工程，而电量隔离传感器只是一个系统中的一个转换单元，真正做到电磁兼容还需要从系统角度彻底解决，电量隔离传感器智能局部解决电磁兼容问题。通过对电量隔离传感器的电磁兼容设计和本安防爆设计，导致产品的成本增加较大，但对于对可靠性要求高的环境而言，性价比是得到了提高。下一步的主要发展方向：电量隔离传感器的小型化。在一个工业现场往往有很多信号的需要检测和隔离，电量隔离传感器的尺寸将会是系统集成的限制。我们计划在保证产品各项性能指标不变的前提下，采用集成化设计思路，设计超薄型电量隔离传感器，降低产品的厚度，提高现场安装容量。离和检测，具有功耗低，精度高，稳定性好的特点，同时具备较强的电磁兼容能力，能满足在恶劣样经解不在电。
参考文献（略）
