一种可切换兼容电压、电流及IEPE信号的模拟采集前端电路的制作方法

本技术涉及传感器信号采集与处理，特别是涉及一种可切换兼容电压、电流及iepe信号的模拟采集前端电路。

背景技术：

1、随着工业自动化和测试测量领域的发展，现场采集系统常需接入多种类型的传感器。不同类型的传感器具有不同的信号输出形式和供电需求，其中电压信号输出型传感器直接输出电压信号，其幅度范围通常与传感器的量程和供电电压相关，输出阻抗较低，可直接接入采集电路；电流信号输出型传感器以电流形式传输信号，具有抗干扰能力强、适合长线传输的特点，但采集端需要将电流信号转换为电压信号后才能进行模数转换；iepe（integrated electronics piezo-electric）传感器内部集成前置放大电路，需要由采集端通过信号线提供恒流源供电，其输出信号为叠加在直流偏置电压上的交流信号，采集端需阻断直流分量后才能拾取有效信号。

2、目前，针对上述三种类型的传感器，采集设备通常采用以下方式之一进行适配：一是为每种类型的传感器分别配置专用的采集板卡或采集通道，这种方式的硬件成本高、pcb占用面积大，在多类型传感器混合应用场景下设备体积和成本急剧增加；二是在采集板前端增加可配置的外部信号调理模块，通过外置拨码开关或外部跳线实现不同传感器类型的适配，但这种方式增加了外部布线复杂度和信号传输路径上的接触点数量，影响了信号传输的可靠性和抗干扰能力；三是采用可编程增益放大器、模拟开关或数字可配置前端芯片实现多模式切换，但此类方案需要额外的数字控制逻辑和软件参与配置，增加了系统功耗和设计复杂度，且在工业现场强干扰环境下，模拟开关的导通电阻和非线性特性可能引入信号失真，影响采集精度。

技术实现思路

1、本技术的目的是提供一种可切换兼容电压、电流及iepe信号的模拟采集前端电路，可兼容电压信号输出型传感器、电流信号输出型传感器及iepe传感器的接入，无需更换采集板或增设外部调理模块，在同一物理通道上实现三种不同类型传感器信号的切换采集。

2、为实现上述目的，本技术提供了如下方案：

3、第一方面，本技术提供了一种可切换兼容电压、电流及iepe信号的模拟采集前端电路，包括：

4、信号输入端，用于连接电压信号输出型传感器、电流信号输出型传感器或iepe传感器；

5、传感器类型切换组件，连接所述信号输入端；

6、信号输出端，连接所述传感器类型切换组件；

7、iepe供电与信号调理模组，连接所述传感器类型切换组件；

8、电流转电压电路，连接所述传感器类型切换组件；

9、所述传感器类型切换组件通过跳线帽短接不同引脚实现电压信号输出型传感器、电流信号输出型传感器和iepe传感器三种传感器类型的切换，在同一物理通道上切换形成分别对应三种传感器的信号调理通路；

10、所述信号输入端接收来自所连接的传感器的输入信号后，将所述输入信号传输至所述传感器类型切换组件；所述传感器类型切换组件根据所接入的传感器类型，通过跳线帽的短接组合将所述输入信号传输至对应的信号调理路径；

11、所述iepe供电与信号调理模组在接入iepe传感器时为所述iepe传感器提供电源并阻断所述iepe传感器供电的直流电；所述电流转电压电路在接入电流信号输出型传感器时将输入的电流信号转换为电压信号；所述信号输出端将调理后的信号输出至后级电路。

12、可选地，所述传感器类型切换组件为一个2×3p排针搭配两个2p跳线帽；

13、所述2×3p排针具有第一引脚、第二引脚、第三引脚、第四引脚、第五引脚和第六引脚；

14、所述信号输入端连接到所述第二引脚，所述第二引脚和所述第三引脚在pcb上固定短接；

15、所述信号输出端连接到所述第五引脚；

16、所述iepe供电与信号调理模组包括一个恒流源和一个隔直电容；所述恒流源的输出端连接到所述第一引脚，所述隔直电容并联在所述第一引脚和所述第六引脚之间；

17、所述电流转电压电路连接到所述第四引脚，所述电流转电压电路的另一端接地。

18、可选地，接入电压信号输出型传感器时，一个跳线帽短接所述第二引脚和所述第五引脚；

19、所述电压信号输出型传感器通过所述信号输入端接入后，输入信号经所述第二引脚、所述第二引脚与所述第五引脚之间的跳线帽短接直接传输至所述第五引脚，经所述信号输出端输出至后级电路。

20、可选地，接入电流信号输出型传感器时，两个跳线帽分别短接所述第二引脚和所述第五引脚、以及短接所述第三引脚和所述第四引脚；

21、电流信号输出型传感器输出的电流信号依次经所述信号输入端、所述第二引脚、经pcb固定短接的所述第三引脚、所述第三引脚与所述第四引脚之间的跳线帽传输至所述第四引脚，由所述电流转电压电路将电流信号转换为电压信号；转换后的电压信号经所述第四引脚、所述第三引脚与所述第四引脚之间的跳线帽、所述第三引脚、经pcb固定短接的所述第二引脚、所述第二引脚与所述第五引脚之间的跳线帽传输至所述第五引脚，经所述信号输出端输出至后级电路。

22、可选地，所述恒流源为24v、4ma恒流源；

23、所述隔直电容为100μf电解电容；

24、所述电流转电压电路为下拉电阻接地形式的电路。

25、可选地，接入iepe传感器时，两个跳线帽分别短接所述第一引脚和所述第二引脚、以及短接所述第六引脚和所述第五引脚；

26、所述恒流源输出的供电电流依次经所述第一引脚、所述第一引脚与所述第二引脚之间的跳线帽、所述第二引脚、所述信号输入端输送至iepe传感器；

27、iepe传感器输出的交流信号依次经所述信号输入端、所述第二引脚、所述第一引脚与所述第二引脚之间的跳线帽、所述第一引脚、所述隔直电容、所述第六引脚、所述第六引脚与所述第五引脚之间的跳线帽传输至所述第五引脚，经所述信号输出端输出至后级电路；

28、所述隔直电容阻断所述恒流源的直流供电电压进入所述信号输出端。

29、可选地，所述隔直电容同时构成无源高通滤波结构，自动隔离iepe传感器的直流供电电压，无需额外设置隔直电容或软件校准。

30、可选地，所述信号输入端为拔插式接线端子、螺钉式接线端子或航空插头；

31、所述信号输出端为接插件或pcb连线。

32、可选地，所述后级电路为运算放大器或模数转换器。

33、可选地，所述传感器类型切换组件为无源切换器件，切换过程无需数字开关、继电器或软件配置；三种信号采集共用统一的后级模拟前端链路，仅在信号输入级保留差异化的信号转换单元。

34、根据本技术提供的具体实施例，本技术具有以下技术效果：

35、本技术提供了一种可切换兼容电压、电流及iepe信号的模拟采集前端电路，通过设置传感器类型切换组件分别连接信号输入端、信号输出端、iepe供电与信号调理模组以及电流转电压电路，并由所述传感器类型切换组件通过跳线帽短接不同引脚的组合，在同一物理通道上切换形成分别对应三种传感器的信号调理通路，使得信号输入端能够择一地接入电压信号输出型传感器、电流信号输出型传感器或iepe传感器中的任意一种，无需更换采集板或增设外部信号调理模块即可兼容三种不同类型传感器的接入和采集，从而有效降低了采集设备的硬件成本和现场布线复杂度，提高了采集设备的通用性和使用灵活性，满足了多类型传感器混合应用场景下的快速切换需求。同时，所述信号输入端接收输入信号后传输至所述传感器类型切换组件，所述传感器类型切换组件根据所接入的传感器类型通过跳线帽的短接组合将所述输入信号传输至对应的信号调理路径，使得所述iepe供电与信号调理模组在接入iepe传感器时自动为所述iepe传感器提供电源并阻断直流电，所述电流转电压电路在接入电流信号输出型传感器时将电流信号转换为电压信号，所述信号输出端将调理后的信号输出至后级电路，实现了不同传感器类型的信号在切换后均能在统一的信号调理链路中传输至后级电路，避免了对后级电路的重复设计和配置，进一步简化了采集板的设计复杂度，降低了制造成本。