CN109141495A - 传感器接口装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种传感器接口装置，包括：第一接口、第二接口和第三接口，该第一接口、该第二接口和该第三接口用于连接传感器的引脚；第一供电电路，被配置为向第一接口供电；第一检测电路，被配置为检测从第三接口输入的电信号；第二检测电路，被配置为检测从第一接口输入的电信号；接地电路，被配置为与第二接口连接。本申请提供的传感器接口装置可以在不使用开关的情况下实现一个传感器接口装置支持多种传感器，从而减小了传感器的制造成本和维护成本。

Description

传感器接口装置

技术领域

本申请涉及电路领域，尤其涉及一种传感器接口装置。

背景技术

在工业系统中，传感器类型众多，特定的传感器需要特定的电路来配合传感器的接入。由于不同类型的传感器的工作原理不同，因此，不同类型的传感器对接口电路的要求也不同，一种接口电路通常只能支持一类传感器，但实际应用场景往往要求传感器接口装置能够支持不同类型的传感器以检测多种物理量。

一种解决方案是设计一种包括多个电路的传感器接口装置，该多个电路中每一个电路用于接入一种传感器，通过开关切换接口对应的电路，从而实现支持不同类型的传感器。然而，该方案需要在传感器接口装置中加入开关，增加了传感器接口装置的制造成本和维护成本，因此，如何在不使用开关的情况下实现一个传感器接口装置支持多种传感器是当前亟需解决的问题。

发明内容

本申请提供一种传感器接口装置，通过设置多个接口以及多个检测电路，可以在不使用开关的情况下实现一个传感器接口装置支持多种传感器，从而减小了传感器的制造成本和维护成本。

第一方面，本申请提供了一种传感器接口装置，包括：第一接口、第二接口和第三接口，该第一接口、该第二接口和该第三接口用于连接传感器的引脚；第一供电电路，被配置为向第一接口供电；第一检测电路，被配置为检测从第三接口输入的电信号；第二检测电路，被配置为通过电阻(R1)与所述第一接口连接，所述第二检测电路包括第二模数转换器ADC，所述第二模数转换器ADC用于检测从所述第一接口输入的电信号，所述从所述第一接口输入的电信号包括传感器输入的模拟电信号，或包括所述第一供电电路输入的模拟电信号，或包括所述传感器输入的模拟电信号与所述第一供电电路输入的模拟电信号，其中，当所述模拟电信号通过所述第一接口输入所述第二模数转换器ADC时，所述第二模数转换器ADC将所述模拟电信号转变为数字电信号输入至数字信号处理装置；接地电路，被配置为与第二接口连接。

本实施例提供的传感器接口装置包括至少三个接口，可以用于连接三引脚的传感器(例如，电压变送器)，也可以用于连接二引脚的传感器(例如，干接点输入型传感器)，此外，由于该传感器接口装置包括至少两个检测电路，可以用于检测至少两种类型的传感器的输出信号，因此，本实施例提供的传感器接口装置可以在不使用开关的情况下实现一个传感器接口装置支持多种传感器，从而减小了传感器的制造成本和维护成本。此外，由于第一供电电路和第二检测电路均与第一接口连接，因此，第二检测电路还可以检测第一供电电路的电压或者电流，从而可以精确测定第一供电电路提供的电压或电流，提高传感器测量结果的精确度。

可选地，该传感器接口装置还包括：第四接口，用于连接传感器的引脚；第二供电电路，被配置为向第四接口供电。

当传感器接口装置还包括第四接口以及第二供电电路时，该传感器接口装置还可支持需要两条供电电路和一条接地电路的四引脚传感器(例如，霍尔传感器)工作。

可选地，第二供电电路包括：第二限流保护电路，被配置为限制第一供电电路的电流小于或等于第二电流，该第二电流为传感器安全工作的最大电流。

上述方案可以避免因第二供电电路的电流过大导致的传感器损坏。

可选地，本申请提供的传感器接口装置还包括：第四接口，用于连接传感器的引脚；第三检测电路，被配置为检测从所述第四接口输入的电信号，和/或，被配置为检测所述第二供电电路的电压和/或电流。

通过引入第四接口和第三检测电路，传感器接口装置可以支持需要一条供电电路和一条接地电路的四引脚传感器(例如，干接点输出型传感器)的工作。此外，由于第二供电电路和第三检测电路均与第四接口连接，因此，第三检测电路还可以检测第二供电电路的电压或者电流，从而可以精确测定第二供电电路提供的电压或电流，提高传感器测量结果的精确度。

可选地，第二检测电路被配置为检测从第二接口输入的电信号。

由于供电电路提供的实际电压与标称电压之间可能存在误差，或者，供电电路提供的实际电流与标称电流之间可能存在误差，因此，将第二检测电路配置为检测第一供电电路的电压和/或电流，可以精确测定第一供电电路的电压和/或电流，利用第二检测电路测得的第一供电电路的电压和/或电流确定传感器的测量结果，可以使得传感器的测量结果更加精确。

可选地，第一检测电路包括：运算放大器，被配置为放大从所述第三接口输入的电信号。

传感器产生的电信号通常较弱，在第一检测电路中配置运算放大器可以放大传感器产生的电信号，使得第一检测电路的检测结果更加精确。

可选地，第一检测电路还包括：第一钳位电路，被配置为限制运算放大器的输入电位小于或等于第一电位，该第一电位为运算放大器安全工作的最高电位。

上述方案可以保证运算放大器工作在安全电位区域。

可选地，第一检测电路包括：第一模数转换器(analog-to-digital converter，ADC)，被配置为检测从第三接口输入的电信号；第二钳位电路，被配置为限制第一ADC的输入电位小于或等于第二电位，第二电位为第一ADC安全工作的最高电位。

上述方案可以保证第一ADC工作在安全电位区域。

可选地，第一检测电路包括：第一ADC，被配置为检测从第三接口输入的电信号；偏置电压电路，被配置为向第一ADC提供补偿电位。

偏置电压电路提供的偏置电压用于向第一ADC提供补偿电位，导通第一检测电路。

可选地，第一供电电路包括：第一限流保护电路，被配置为限制第一供电电路的电流小于或等于第一电流，第一电流为传感器安全工作的最大电流。

上述方案可以提高传感器接口装置的安全性。

附图说明

图1是本申请提供的一种传感器接口装置的示意图；

图2是本申请提供的一种传感器接口装置连接电压变送器的示意图；

图3是本申请提供的一种传感器接口装置连接NTC传感器的示意图；

图4是本申请提供的一种传感器接口装置连接干接点输入型传感器的示意图；

图5是本申请提供的另一种传感器接口装置的示意图；

图6是本申请提供的一种传感器接口装置连接霍尔传感器的示意图；

图7是本申请提供的一种传感器接口装置连接干接点输出型传感器的示意图；

图8是本申请提供的再一种传感器接口装置的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行描述。

图1是本申请提供的一种传感器接口装置的示意图。

如图1所示，传感器接口装置100包括：接口1、接口2、接口3、第一供电电路、第一检测电路、第二检测电路和接地电路，其中，接口1、接口2和接口3用于连接传感器的引脚，第一供电电路被配置为向接口1供电，第一检测电路被配置为检测从接口3输入的电信号，第二检测电路被配置为检测从接口1输入的电信号。

除上述特征之外，本申请对于传感器接口装置100的其它特征不作限定，例如，接口1、接口2和接口3可以是引脚(pin)接口，也可以是其它类型的接口；第一供电电路提供的电压可以是+12V，也可以是-12V，还可以是其它数值的电压；第一检测电路和第二检测电路可以是包含ADC的检测电路，该ADC用于检测电信号，第一检测电路和第二检测电路还可以是包含其它检测器件的检测电路。

作为一个可选的实施例，传感器接口装置100可以连接电压变送器，电压变送器是一种将被测交流电压、直流电压、脉冲电压转换成按线性比例输出直流电压或直流电流并隔离输出模拟信号或数字信号的装置。

如图2所示，当传感器接口装置100连接电压变送器时，接口1、接口2和接口3分别连接电压变送器的三个引脚，第一供电电路(提供+12V的电压)和接地电路(即，第二检测电路)向外单向供电，第一检测电路采集电压变送器生成的电信号(电压)，从而支持电压变送器完成了测量工作。

上述实施例仅是举例说明，传感器接口装置100还可以用于连接其它三引脚的传感器。

对于电压变送器来说，其输入电压值与输出电压值成正比，若供电电路提供的电压不稳定，则电压变送器的输出结果也将发生变化，若仍按照标称的输入电压值计算电压变送器的输入电压值，则计算结果与实际测量结果将产生误差。按照图2所示的装置，第一供电电路和第二检测电路均与接口1连接，因此，第二检测电路还可以检测第一供电电路的电压或者电流，从而可以精确测定第一供电电路提供的电压或电流，提高电压变送器测量结果的精确度。

作为另一个可选的实施例，传感器接口装置100可以连接负温度系数(negativetemperature coefficient，NTC)传感器。

如图3所示，传感器接口装置100的接口1和接口3分别与NTC传感器的两个引脚连接，接口2空置，其中，第一供电电路提供-12V的电压，第一供电电路输出的电压由第二检测电路测量，第一检测电路检测接口3的电压。当NTC传感器测量的温度发生变化时，NTC传感器的电阻发生变化，从而导致接口3处的电压发生变化，具体的电压值由第一检测电路测量，通过读取第一检测电路和第二检测电路测得的电压值即可计算出NTC传感器的阻值，从而推导出NTC传感器测量的温度。

上述实施例仅是举例说明，传感器接口装置100还可以用于连接其它两引脚的传感器。

图4示出了本申请提供的传感器接口装置100连接两引脚传感器的另一示意图。

如图4所示，传感器接口装置100的接口1和接口2分别与干接点输入型传感器的两个引脚连接，接口3空置，当该干接点输入型传感器干接点断开时，第二检测电路采集到的电压为第一供电电路提供的电压；当该干接点输入型传感器的干接点闭合时，第二检测电路采集到的电压发生变化，因此，可以通过读取第二检测电路测得的电压值判断干接点输入型传感器的干接点状态。

综上，本申请提供的传感器接口装置100可以在不使用开关的情况下支持多种传感器工作，从而减小了传感器接口装置100的制造成本和维护成本。

需要说明的是，上述实施例中的传感器接口装置100包括三个插孔，但不代表本申请提供的传感器接口装置仅包括三个插孔，本申请提供的传感器接口装置包括至少三个插孔以及其它电路。

图5示出了本申请提供的传感器接口装置200的示意图。

如图5所示，传感器接口装置200包括：接口1、接口2、接口3、接口4、第一供电电路、第一检测电路、第二供电电路和第三检测电路，其中，接口1、接口2、接口3和接口4用于连接传感器的引脚，第一供电电路被配置为向接口1供电，第一检测电路被配置为检测从接口3输入的电信号，第二检测电路被配置为检测从接口2输入的电信号，并且，第二检测电路被配置为接地电路，第二供电电路被配置为向接口4供电，第三检测电路被配置为检测从接口4输入的电信号。

除上述特征之外，本申请对于传感器接口装置200的其它特征不作限定，例如，接口1、接口2、接口3和接口4可以是引脚(pin)接口，也可以是其它类型的接口；第一供电电路和第二供电电路提供的电压可以是+12V，也可以是-12V，还可以是其它数值的电压；第一检测电路、第二检测电路和第三检测电路可以是包含ADC的检测电路，该ADC用于检测电信号，第一检测电路、第二检测电路和第三检测电路还可以是包含其它检测器件的检测电路。

需要说明的是，传感器接口装置200可以仅包括第二供电电路和第三检测电路中的一个。

图6示出了本申请提供的传感器接口装置200连接霍尔传感器的示意图。

霍尔(Hall)传感器是按照霍尔效应原理制成的传感器，载流导体周围会产生一个正比于该电流的磁场，而霍尔传感器则用来测量这一磁场。霍尔传感器输出的电压信号与流过霍尔传感器的电流成正比。

霍尔传感器需要三个供电电路，该单个供电电路包括正压供电电路、负压供电电路和接地电路。

如图6所示，接口1、接口2、接口3和接口4分别与霍尔传感器的四个引脚连接，第一供电电路向接口1提供+12V电压，第二供电电路向接口4提供-12V电压，接地电路向接口2提供接地电压，第一检测电路用于从接口3输入的电信号。

流经霍尔传感器的电流I与霍尔传感器输出的模拟信号Vhall成正比，即，

I＝k*Vhall，

其中，k为比例系数。

第一检测电路通过检测接口3输入的Vhall即可推导出I，从而支持霍尔传感器完成了测量工作。第二检测电路和第三检测电路可以精确测量供电电路的电压或电流，使得霍尔传感器的测量结果更精确。

传感器接口装置200还可以连接其它四引脚的传感器。

图7示出了本申请提供的传感器接口装置200连接干接点输出型传感器的示意图。

如图7所示，干接点输出型传感器的四个引脚分别与传感器接口装置200的四个接口连接，其中，第一供电电路通过接口1向干接点输出型传感器提供+12V的电压，接地电路通过接口2向干接点输出型传感器提供接地电压，第二供电电路通过接口4向干接点输出型传感器提供-12V的电压，第一检测电路通过接口3采集电信号。

当干接点输出型传感器的干接点(图7中开关所示)断开时，第一检测电路检测到的电压为0，当干接点输出型传感器的干接点闭合时，第一检测电路检测到的电压为第二供电电路提供的-12V的电压经过干接点输出型传感器分压后的电压，通过第一检测电路采集到的电压值的变化可以判断干接点输出型传感器的干接点状态。

传感器接口装置200还可以连接电压变送器、干接点输入型传感器和NTC传感器，具体连接方式可以参考图2至图4所示，在此不再赘述。

可选地，传感器接口装置100和传感器接口装置200还可以包括其它的电路结构。

图8示出了本申请提供的传感器接口装置300的示意图。

如图8所示，传感器接口装置300包括四个接口，分别为接口1、接口2、接口3和接口4，在双供电场景下，接口1和接口4可以作为供电接口向传感器提供两路电源(例如分别提供+12V电压和-12V电压)，接口2和接口3可以作为测量接口检测传感器输出的电信号；在单供电场景下，接口1或接口4可以作为供电接口向传感器提供一路电源，其余三个接口作为测量接口检测传感器输入的电信号。R1至R6为六个电阻。

第一供电电路还可以包括第一限流保护电路，用于限制第一供电电路提供的电流，以免超出传感器的安全工作电流导致损坏传感器。

类似地，第二供电电路也可以包括第二限流保护电路，用于限制第二供电电路提供的电流，以免超出传感器的安全工作电流导致损坏传感器。

第一限流保护电路和第二限流保护电路可以参考现有技术中的限流保护电路，为了简洁，在此不再赘述。

ADC.1用于检测从接口3输入的电信号，ADC.2用于检测从接口1和接口2输入的电信号，ADC.3用于检测从接口4输入的电信号，其中，ADC.1还用于检测第一供电电路的电压和/或电流，ADC.3还用于检测第二供电电路的电压和/或电流，可以更加精确地确定第一供电电路和第二供电电路提供的电压和/或电流，从而可以使得传感器的测量结果更加精确。

与接口3连接的电路中，包含2904的三角形表示2904型运算放大器，可以放大传感器产生的电信号，使得第一检测电路的检测结果更加精确。与R4连接的钳位电路为第一钳位电路，第一钳位电路被配置为限制2904型运算放大器的输入电位小于或等于第一电位，该第一电位为2904型运算放大器安全工作的最高电位，从而可以保证运算放大器工作在安全电位区域。与接地电路连接的电路为第二钳位电路，第二钳位电路被配置为限制ADC.1的输入电位小于或等于第二电位，第二电位为ADC.1安全工作的最高电位，从而可以保证ADC.1工作在安全电位区域。V_bias表示偏置电压电路提供的偏置电压，被配置为向ADC.1提供补偿电位，从而可以在ADC.1的输入电位较低的情况下向ADC.1提供补偿电位，导通第一检测电路，从而保证了第一检测电路的正常工作。

应理解，图8所示的传感器接口装置300仅为举例说明，本申请提供的传感器接口装置还可以包括比传感器接口装置300更多的电路结构或更少的电路结构。

传感器接口装置300支持不同类型的传感器工作的实施例可以参考图2至图7所示的实施例，为了简洁，在此不再赘述。

本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

以上所述的具体实施方式，对本申请的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本申请的具体实施方式而已，并不用于限定本申请的保护范围，凡在本申请的技术方案的基础之上，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种传感器接口装置，其特征在于，包括：

第一接口、第二接口和第三接口，所述第一接口、所述第二接口和所述第三接口用于连接传感器的引脚；

第一供电电路，被配置为向所述第一接口供电；

第一检测电路，被配置为检测从所述第三接口输入的电信号；

第二检测电路，被配置为通过电阻(R1)与所述第一接口连接，所述第二检测电路包括第二模数转换器ADC，所述第二模数转换器ADC用于检测从所述第一接口输入的电信号，所述从所述第一接口输入的电信号包括传感器输入的模拟电信号，或包括所述第一供电电路输入的模拟电信号，或包括所述传感器输入的模拟电信号与所述第一供电电路输入的模拟电信号，

其中，当所述模拟电信号通过所述第一接口输入所述第二模数转换器ADC时，所述第二模数转换器ADC将所述模拟电信号转变为数字电信号输入至数字信号处理装置；

接地电路，被配置为与所述第二接口连接。

2.根据权利要求1所述的传感器接口装置，其特征在于，还包括：

第四接口，用于连接传感器的引脚；

第二供电电路，被配置为向所述第四接口供电。

3.根据权利要求2所述的传感器接口装置，其特征在于，所述第二供电电路包括：

第二限流保护电路，被配置为限制所述第一供电电路的电流小于或等于第二电流，所述第二电流为传感器安全工作的最大电流。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的传感器接口装置，其特征在于，还包括：

第四接口，用于连接传感器的引脚；

第三检测电路，被配置为检测从所述第四接口输入的电信号，和/或，被配置为检测所述第二供电电路的电压和/或电流。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的传感器接口装置，其特征在于，

所述第二检测电路被配置为检测从所述第二接口输入的电信号。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的传感器接口装置，其特征在于，所述第一检测电路包括：

运算放大器，被配置为放大从所述第三接口输入的电信号；

第一钳位电路，被配置为限制所述运算放大器的输入电位小于或等于第一电位，所述第一电位为所述运算放大器安全工作的最高电位。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的传感器接口装置，其特征在于，所述第一检测电路包括：

第一模数转换器ADC，被配置为检测从所述第三接口输入的电信号；

第二钳位电路，被配置为限制所述第一ADC的输入电位小于或等于第二电位，所述第二电位为所述第一ADC安全工作的最高电位。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的传感器接口装置，其特征在于，所述第一检测电路包括：

第一ADC，被配置为检测从所述第三接口输入的电信号；

偏置电压电路，被配置为向所述第一ADC提供补偿电位。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的传感器接口装置，其特征在于，所述第一供电电路包括：

第一限流保护电路，被配置为限制所述第一供电电路的电流小于或等于第一电流，所述第一电流为传感器安全工作的最大电流。