Здравствуйте форумчане! Нужна помощь.
Занимаюсь проектированием датчика давления, есть требование совместимости с однопроводным интерфейсом ®ICP (датчик со встроенной электроникой).
Обычно такой датчик запитывается от источника тока от 4 до 20 мА и имеет в покое выходное напряжение 8...12 В. Максимальная амплитуда аналогового сигнала на выходе датчика от 0,5 до 20...30В (в зависимости от напряжения, запитывающего источник тока).
Помогите со схемотехникой выходного каскада такого датчика. Перерыл весь интернет, но ничего так и не нашел.
Заранее благодарен откликнувшимся. Думаю освещение данной темы будет полезно не только мне .

Датчик с токовым выходом сам формирует ток 4-20 мА, пропорционально входному воздействию.
Датчики с интерфейсом ®ICP, согласно документации производителя, должны запитываться током:

Constant current may be between 2 and 20 mA. Zero-bias voltage, i.e. the output voltage without excitation, is between 8 and 12V. It varies
with supply current and temperature. The output signal of the sensor oscillates around this bias voltage. It never changes to negative val-ues. The upper limit is set by the constant current source supply voltage. This supply voltage should be between 20 and 30 V.

Более подробно здесь: http://www.pcb.com/techsupport/docs/pcb/PCB-G0001E-0303.pdf

Наверное, тут сначала нужно определиться - запитывается датчик от источника тока или напряжения. Потом в соответствии с этим делается развязка выхода датчика и входа прибора. Вид развязки зависит от полосы частот и от других параметров, от используемого кабеля и его длины.
Судя по описанию, предполагается постоянный ток питания (т.е. у питающего входа прибора бесконечное выходное сопротивление). Значит, на стороне датчика нужно согласование волнового сопротивления кабеля, ну а выход - в первом приближении просто напряжение соответствующего масштаба.
Если полоса частот ограничена снизу достаточно высоко - возможна индуктивная развязка самого питания. Если нижняя частота очень низкая или требуется передача постоянной составляющей - придется питать датчик через согласующее сопротивление кабеля, теряя на нем (для 20 мА и 50 Ом это 1 В и 20мВт - вроде несущественно), но еще нужно будет компенсировать изменение потребления датчика в зависимости от сигнала.

Датчик будет запитываться постоянным током 8...12 мА от источника напряжения 24В. Длина соединительного кабеля вряд ли будет большая - максимум 1 метр. Цель - обеспечить совместимость выхода датчика с фирменным интерфейсом ®ICP, так как помимо датчика разрабатывается регистратор, к которому будет подключаться фирменный датчик типа 102B15.
Моделирую работу выходного каскада в NI Multisim. Так как схема датчика запитывается непосредственно с его выхода, то возникают проблемы с питанием схемы, когда напряжение на выходе достигает значения 0,5...1 В и последующего "клампинга" полезного сигнала, когда он превышает напряжение рабочей точки выходного каскада.
Хотелось бы получить подсказку от форумчан о схемотехнике выходного каскада ®ICP совместимого датчика, чтобы не изобретать велосипед....

В качестве источника тока для питания разрабатываемого и фирменного датчика буду использовать микросхему LT3092 (200mA 2-Terminal Programmable Current Source)

Сообщение отредактировал Егоров - Apr 16 2013, 16:58

Нашел на просторах интернета схему. Элементы 30 и 32 расположены непосредственно в регистраторе, все остальное - выходной каскад СУ датчика. У кого есть комментарии по поводу его работы?

Пока видна только лошадь позади телеги. Вы бы сперва показали свои успехи в датчикостроении от 500 мВ 2 мА питания.

Такого экстрима не требуется. В данный момент получил удовлетворительные результаты при следующих параметрах: Iconst = 8...20 мА, U = 20...30В. Напряжение покоя выходного каскада 15...16 В, размах выходного напряжения 10 В. Таким образом для питания датчика в худшем случае доступно 10 В. Моделирование схемы с приведенной ранее картинки показало ее работоспособность

Ну все правильно. Принцип работы такого датчика в том чтобы стабилизировать напряжение на выходе датчика в зависимости от уровня входного сигнала при запитке постоянным током. По сути дела для этого нужен стабилизатор параллельного типа, напряжение стабилизации которого зависит от сигнала с чувствительного элемента. Я брал в качестве оного LMV431.
Кстати и его же в качестве источника стабильного тока

хотел бы спросить знающих, что за схема. Первый каскад как я понимаю это зарядовый усилитель? Второй это стабилизатор напряжения, я не совсем понимаю работу этой схемы, кто бы мог пояснить немного?

igrikx, это более полная схема того, что показал VadimNic_nt в пятом сообщении.

Странные позиционные обозначения. Похоже, схема из какого-то патента. И нарисована отвратительно. Потому и разобраться тяжело. А работает правая часть просто:
1) элементы 6, 7 и 12 образуют генератор тока.
2) элеметны 9 и 10 поддерживают постоянное напряжение на неинвертирующем входе 6 относительно нижней шины питания.
3) напряжение питания через делитель на резисторах 13 и 14 подаётся на инвертирующий вход 6 (через резистор 15).
4) эти части схемы обеспечивают стабилизацию напряжения питания по постоянному току.
5) входное напряжение через делитель на резисторах 5 и 15 поступает на инвертирующий вход 6. Элементы из п. 1 отрабатывают это входное возмущение и меняют напряжение питания.
6) конденсатор 4 нужен для развязки входного наряжения по постоянному току.
7) конденсатор 16 нужен для шунтирования делителя 13, 14 по переменному току.

yuri_d, если я верно понимаю, то первую часть я могу просто заменить на зарядовый усилитель?

Товарищи, ещё вопрос. Имею чувствительный элемент, на данный момент это просто пьезоэлемент. Нужно сделать датчик удара с ICP. На данный момент понял, что нужен зарядовый усилитель, и схема для согласования c ICP интерфейсом. Как я понимаю схема выглядит след образом:

Первый каскад зарядовый усилитель, второй каскад усилитель с интерфейсом ICP. В верном ли я направлении? Пасиб)

Можете.


Перед тем как делать схему нужно иметь ТЗ. Из последнего надо черпать информацию о параметрах подключаемых датчиков и о параметрах выходного сигнала.

И ещё: меня смущают высокие сопротивления на Вашей схеме. Нелегко будет поддерживать их в таком виде (грязь, влажность в месте установки).

А где Вы видели чтобы ICP запитывали просто через резистор? Вся прелесть ICP в том, чтобы устранить влияние кабеля на передаваемый сигнал. Поэтому импеданс передатчика низкий, а приемника -высокий.
А касательно вопроса -думаю что логически Вы рассуждаете правильно, а идеалогически - неверно Вам ведь надо совместить первое и второе в одном узле, т.к питание ЗЧУ нужно брать из того же коаксиала так ведь?
А Ваш вариант ICP-драйвера к тому же не прокатывает, поскольку работает как повторитель. Т.е допустим датчик в режиме покоя выдает 12В на выходе и диапазон уровней от 2 до 22В (амплитуда 10В). Значит ЗЧУ должен быть способен выдавать на выход хотя бы от 0 до 20В. Где он возьмет 20В в тот момент когда датчик находится в покое (т.е питание ЗЧУ=12В!!).
А решение-то я Вам уже подсказал. Думайте! Все просто!

Собрал такую схему, никак не могу запустить. Что скажите?


Сообщение отредактировал igrikx - May 2 2013, 06:18