CN213986290U - 电化学传感器阵列输出检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电化学传感器阵列输出检测系统，包括单片机模块、多通道模数转换器电路、多路传感器信号处理电路和参考信号处理电路，参考信号处理电路获取参考电压，经过处理后输出参考信号给到多通道模数转换器电路，多个传感器阵列输出的传感器信号分别输出给多路传感器信号处理电路，经过信号滤波电路和单端转差分电路处理后输出对应的传感器模拟信号给到多通道模数转换器电路，多通道模数转换器电路将多路模拟信号转换成数字信号并传输给单片机模块，能够实现精确测量电化学传感器的输出量，便于正确判断SF6气体分解产物组分，有利于对设备进行故障诊断和状态评估。

Description

电化学传感器阵列输出检测系统

技术领域

本实用新型涉及信号检测领域，特别涉及一种电化学传感器阵列输出检测系统。

背景技术

电力工业中，GIS由于其占地面积小、可靠性高而广泛应用。由于其封闭式结构，GIS的早期故障难以发现。目前普遍采用性能优异的电化学传感器检测GIS设备中SF6气体分解产物如H₂S、SO₂等对设备进行故障诊断和状态评估。精确测量电化学传感器的输出量对于正确判断SF6气体分解产物组分至关重要。

发明内容

本实用新型的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种电化学传感器阵列输出检测系统，能够实现精确测量电化学传感器的输出量，便于正确判断SF6气体分解产物组分，有利于对设备进行故障诊断和状态评估。

本实用新型实施例提供一种电化学传感器阵列输出检测系统，包括：

单片机模块，用于将接收到的传感器阵列输出数据进行处理和传输；

多通道模数转换器电路，输出端与所述单片机模块的输入端连接，用于将多路模拟信号转换成数字信号并传输给单片机模块；

多路传感器信号处理电路，所述传感器信号处理电路包括依次连接的电阻分压电路、信号滤波电路和单端转差分电路，所述电阻分压电路的输入端与传感器的输出端连接，所述单端转差分电路的输出端连接所述多通道模数转换器电路的输入端；

参考信号处理电路，包括依次连接的信号滤波电路和单端转差分电路，所述信号滤波电路的输入端连接参考电压，所述单端转差分电路连接所述多通道模数转换器电路的输入端。

根据本实用新型的一些实施例，所述电阻分压电路包括基准电压源、传感器输出电阻信号接收端口、第一电阻和分压输出端，所述基准电压源连接所述传感器输出电阻信号接收端口的一端，所述传感器输出电阻信号接收端口的另一端连接所述第一电阻的一端和所述分压输出端，所述第一电阻的另一端接地，所述传感器输出电阻信号接收端口用于与传感器的输出端连接。

根据本实用新型的一些实施例，所述信号滤波电路包括第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第一运算放大器和第二运算放大器，所述分压输出端连接所述第二电阻的一端，所述第二电阻的另一端连接所述第三电阻的一端和所述第一电容的一端，第三电阻的另一端连接所述第二电容的一端和所述第一运算放大器的同相端，所述第二电容的另一端接地，所述第一电容的另一端和所述第一运算放大器的反相端均连接至所述第一运算放大器的输出端，所述第一运算放大器的输出端连接至所述第四电阻的一端，所述第四电阻的另一端连接所述第五电阻的一端和所述第三电容的一端，第五电阻的另一端连接所述第四电容的一端和所述第二运算放大器的同相端，所述第四电容的另一端接地，所述第三电容的另一端和所述第二运算放大器的反相端均连接至所述第二运算放大器的输出端，所述第二运算放大器的输出端作为所述信号滤波电路的输出端。

根据本实用新型的一些实施例，所述单端转差分电路包括共模电压源、第三运算放大器、第四运算放大器、第六电阻、第七电阻、第八电阻和第九电阻，所述共模电压源连接所述第三运算放大器的同相端，所述第三运算放大器的反向端连接所述第三运算放大器的输出端，所述信号滤波电路的输出端连接所述第六电阻的一端，所述第六电阻的另一端连接所述第四运算放大器的同相端和所述第九电阻的一端，所述第九电阻的另一端连接所述第三运算放大器的输出端，所述第七电阻的一端接地，所述第七电阻的另一端连接所述第八电阻的一端和所述第四运算放大器的反向端，所述第八电阻的另一端所述第四运算放大器的输出端，所述第三运算放大器的输出端和所述第四运算放大器的输出端作为所述单端转差分电路的差分信号输出端。

根据本实用新型的一些实施例，还包括电源模块、显示模块和通信模块，所述电源模块连接所述单片机模块、所述多通道模数转换器电路、所述多路传感器信号处理电路和所述参考信号处理电路，所述显示模块和所述通信模块分别连接所述单片机模块。

根据本实用新型实施例提供的电化学传感器阵列输出检测系统，至少具有如下有益效果：参考信号处理电路通过获取参考电压并经过信号滤波电路和单端转差分电路处理后输出参考信号给到多通道模数转换器电路，多个传感器阵列输出的传感器信号分别输出给多路传感器信号处理电路的电阻分压电路，电阻分压电路输出分压电压信号并经过信号滤波电路和单端转差分电路处理后输出对应的传感器模拟信号给到多通道模数转换器电路，多通道模数转换器电路将多路模拟信号转换成数字信号并传输给单片机模块，能够实现精确测量电化学传感器的输出量，便于正确判断SF6气体分解产物组分，有利于对设备进行故障诊断和状态评估。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步地说明；

图1为本实用新型实施例提供的一种电化学传感器阵列输出检测系统的结构图；

图2为本实用新型实施例提供的多通道模数转换器电路的电路原理图；

图3为本实用新型实施例提供的电阻分压电路的电路原理图；

图4为本实用新型实施例提供的信号滤波电路电路原理图；

图5为本实用新型实施例提供的单端转差分电路电路原理图。

具体实施方式

本部分将详细描述本实用新型的具体实施例，本实用新型之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本实用新型的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。

参照图1和图2，本实用新型实施例提供一种电化学传感器阵列输出检测系统，包括：

单片机模块10，用于将接收到的传感器阵列输出数据进行处理和传输；

多通道模数转换器电路20，输出端与单片机模块10的输入端连接，用于将多路模拟信号转换成数字信号并传输给单片机模块10；

多路传感器信号处理电路30，传感器信号处理电路30包括依次连接的电阻分压电路40、信号滤波电路50和单端转差分电路60，电阻分压电路40的输入端与传感器的输出端连接，单端转差分电路60的输出端连接多通道模数转换器电路20的输入端；

参考信号处理电路70，包括依次连接的信号滤波电路50和单端转差分电路60，信号滤波电路50的输入端连接参考电压，单端转差分电路60连接多通道模数转换器电路20的输入端。

参照图3，根据本实用新型的一些实施例，电阻分压电路40包括基准电压源、传感器输出电阻信号接收端口41、第一电阻R1和分压输出端，基准电压源连接传感器输出电阻信号接收端口41的一端，传感器输出电阻信号接收端口41的另一端连接第一电阻R1的一端和分压输出端，第一电阻R1的另一端接地，传感器输出电阻信号接收端口41用于与传感器的输出端连接。传感器输出电阻信号接收端口41接收传感器输出的电阻信号，该电阻信号与第一电阻R1串联在基准电压源和接地端之间，对基准电压源实现串联分压，分压后的电压信号从分压输出端输出给信号滤波电路50。

参照图4，根据本实用新型的一些实施例，信号滤波电路50包括第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第一运算放大器A1和第二运算放大器A2，分压输出端连接第二电阻R2的一端，第二电阻R2的另一端连接第三电阻R3的一端和第一电容C1的一端，第三电阻R3的另一端连接第二电容C2的一端和第一运算放大器A1的同相端，第二电容C2的另一端接地，第一电容C1的另一端和第一运算放大器A1的反相端均连接至第一运算放大器A1的输出端，第一运算放大器A1的输出端连接至第四电阻R4的一端，第四电阻R4的另一端连接第五电阻R5的一端和第三电容C3的一端，第五电阻R5的另一端连接第四电容C4的一端和第二运算放大器A2的同相端，第四电容C4的另一端接地，第三电容C3的另一端和第二运算放大器A2的反相端均连接至第二运算放大器A2的输出端，第二运算放大器A2的输出端作为信号滤波电路50的输出端。采用第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第一运算放大器A1和第二运算放大器A2组成的信号滤波电路50为四阶巴特沃斯滤波器，能有有效抑制高频信号的干扰。

参照图5，根据本实用新型的一些实施例，单端转差分电路60包括共模电压源、第三运算放大器A3、第四运算放大器A4、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8和第九电阻R9，共模电压源连接第三运算放大器A3的同相端，第三运算放大器A3的反向端连接第三运算放大器A3的输出端，信号滤波电路50的输出端连接第六电阻R6的一端，第六电阻R6的另一端连接第四运算放大器A4的同相端和第九电阻R9的一端，第九电阻R9的另一端连接第三运算放大器A3的输出端，第七电阻R7的一端接地，第七电阻R7的另一端连接第八电阻R8的一端和第四运算放大器A4的反向端，第八电阻R8的另一端第四运算放大器A4的输出端，第三运算放大器A3的输出端和第四运算放大器A4的输出端作为单端转差分电路60的差分信号输出端。单端转差分电路60能够将信号滤波电路50输出的单端信号转换为差分信号，能够有效抑制共模干扰，提高系统的分辨率。

参照图1，根据本实用新型的一些实施例，还包括电源模块100、显示模块80和通信模块90，电源模块100连接单片机模块10、多通道模数转换器电路20、多路传感器信号处理电路30和参考信号处理电路70，显示模块80和通信模块90分别连接单片机模块10。单片机模块10作为主控芯片，获得多通道模数转换器电路20的数据并进行处理，将结果显示在显示模块80上并通过通信模块90将数据实时向上位机传输。

其中，单片机模块10对于多通道模数转换器电路20的控制分为通道控制和读取数据控制两方面。首先应通过控制多通道模数转换器电路20的通道选择引脚确定将要测量的通道，再按照多通道模数转换器电路20的工作时序正确控制相关引脚获取测量数据；电化学传感器的输出量变化缓慢，通过切换模数转换器通道测量多个电化学传感器阵列输出的方法能够满足测量的需要，可以实现绘制每个传感器输出变化曲线的要求。

其中，测量系统的测量精度可以根据要求调整。增加第一电阻R1的精度以及多通道模数转换器电路20的分辨率可以提高测量精度。要注意的是，在高精度的要求下，外部的噪声干扰精度影响很大，因此所述多通道电阻测量系统的需要良好的屏蔽措施。

根据本实用新型实施例提供的电化学传感器阵列输出检测系统，参考信号处理电路70通过获取参考电压并经过信号滤波电路50和单端转差分电路60处理后输出参考信号给到多通道模数转换器电路20，多个传感器阵列输出的传感器信号分别输出给多路传感器信号处理电路30的电阻分压电路40，电阻分压电路40输出分压电压信号并经过信号滤波电路50和单端转差分电路60处理后输出对应的传感器模拟信号给到多通道模数转换器电路20，多通道模数转换器电路20将多路模拟信号转换成数字信号并传输给单片机模块10，能够实现精确测量电化学传感器的输出量，便于正确判断SF6气体分解产物组分，有利于对设备进行故障诊断和状态评估。

上面结合附图对本实用新型实施例作了详细说明，但是本实用新型不限于上述实施例，在技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (5)

1.一种电化学传感器阵列输出检测系统，其特征在于，包括：

单片机模块（10），用于将接收到的传感器阵列输出数据进行处理和传输；

多通道模数转换器电路（20），输出端与所述单片机模块（10）的输入端连接，用于将多路模拟信号转换成数字信号并传输给单片机模块（10）；

多路传感器信号处理电路（30），所述传感器信号处理电路（30）包括依次连接的电阻分压电路（40）、信号滤波电路（50）和单端转差分电路（60），所述电阻分压电路（40）的输入端与传感器的输出端连接，所述单端转差分电路（60）的输出端连接所述多通道模数转换器电路（20）的输入端；

参考信号处理电路（70），包括依次连接的信号滤波电路（50）和单端转差分电路（60），所述信号滤波电路（50）的输入端连接参考电压，所述单端转差分电路（60）连接所述多通道模数转换器电路（20）的输入端。

2.根据权利要求1所述的一种电化学传感器阵列输出检测系统，其特征在于，所述电阻分压电路（40）包括基准电压源、传感器输出电阻信号接收端口（41）、第一电阻（R1）和分压输出端，所述基准电压源连接所述传感器输出电阻信号接收端口（41）的一端，所述传感器输出电阻信号接收端口（41）的另一端连接所述第一电阻（R1）的一端和所述分压输出端，所述第一电阻（R1）的另一端接地，所述传感器输出电阻信号接收端口（41）用于与传感器的输出端连接。

3.根据权利要求2所述的一种电化学传感器阵列输出检测系统，其特征在于，所述信号滤波电路（50）包括第二电阻（R2）、第三电阻（R3）、第四电阻（R4）、第五电阻（R5）、第一电容（C1）、第二电容（C2）、第三电容（C3）、第四电容（C4）、第一运算放大器（A1）和第二运算放大器（A2），所述分压输出端连接所述第二电阻（R2）的一端，所述第二电阻（R2）的另一端连接所述第三电阻（R3）的一端和所述第一电容（C1）的一端，第三电阻（R3）的另一端连接所述第二电容（C2）的一端和所述第一运算放大器（A1）的同相端，所述第二电容（C2）的另一端接地，所述第一电容（C1）的另一端和所述第一运算放大器（A1）的反相端均连接至所述第一运算放大器（A1）的输出端，所述第一运算放大器（A1）的输出端连接至所述第四电阻（R4）的一端，所述第四电阻（R4）的另一端连接所述第五电阻（R5）的一端和所述第三电容（C3）的一端，第五电阻（R5）的另一端连接所述第四电容（C4）的一端和所述第二运算放大器（A2）的同相端，所述第四电容（C4）的另一端接地，所述第三电容（C3）的另一端和所述第二运算放大器（A2）的反相端均连接至所述第二运算放大器（A2）的输出端，所述第二运算放大器（A2）的输出端作为所述信号滤波电路（50）的输出端。

4.根据权利要求1所述的一种电化学传感器阵列输出检测系统，其特征在于，所述单端转差分电路（60）包括共模电压源、第三运算放大器（A3）、第四运算放大器（A4）、第六电阻（R6）、第七电阻（R7）、第八电阻（R8）和第九电阻（R9），所述共模电压源连接所述第三运算放大器（A3）的同相端，所述第三运算放大器（A3）的反向端连接所述第三运算放大器（A3）的输出端，所述信号滤波电路（50）的输出端连接所述第六电阻（R6）的一端，所述第六电阻（R6）的另一端连接所述第四运算放大器（A4）的同相端和所述第九电阻（R9）的一端，所述第九电阻（R9）的另一端连接所述第三运算放大器（A3）的输出端，所述第七电阻（R7）的一端接地，所述第七电阻（R7）的另一端连接所述第八电阻（R8）的一端和所述第四运算放大器（A4）的反向端，所述第八电阻（R8）的另一端所述第四运算放大器（A4）的输出端，所述第三运算放大器（A3）的输出端和所述第四运算放大器（A4）的输出端作为所述单端转差分电路（60）的差分信号输出端。

5.根据权利要求1所述的一种电化学传感器阵列输出检测系统，其特征在于，还包括电源模块（100）、显示模块（80）和通信模块（90），所述电源模块（100）连接所述单片机模块（10）、所述多通道模数转换器电路（20）、所述多路传感器信号处理电路（30）和所述参考信号处理电路（70），所述显示模块（80）和所述通信模块（90）分别连接所述单片机模块（10）。

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