信号调理模块

本系统使用了20块32通道热电偶输入模块SC-1102，8块32通道电压输入模块SC-1100，共同组成采集前端，进行640路热电偶信号和256路光电信号的信号调理。

热电偶的物理特性对用户的使用提出了许多独特的挑战。首先，必须将它产生的微弱信号放大，然后还要滤除其中的高频分量和噪声，同时，还必须小心降低邻道的干扰。很明显，要保证热电偶测量的结果准确并可重复，信号调理是十分关键的一环。

热电偶是在两片异金属相互接触时产生一个微弱的电压，该电压通常被称作温差电动势，信号强度在毫伏级。

例如，一个满幅工作范围约为60mV的K型热电偶在1°C下会产生39uV的电压。典型模数转换器(ADC)的输入电压范围一般为±10V，因而为了获得最佳电压分辨率，就必须将信号电平放大。 放大级的作用就是保证将信号放大到即使十分精细的温度变化都能被分辨出来的程度。当增益为100时，一个K型热电偶在1200°C时的测量结果(48.838 mV)将被放大到4.8838 V。如果没有经过这一必需的放大环节，测量结果的分辨率就会大大降低，也更容易受噪声波动影响。

热电偶输出的毫伏级信号也很容易受50Hz干扰的影响，因此仪器必须提供很好的带宽限制才能对抗这种干扰。这一点在工业环境下尤其重要，因为在工业环境下，热电偶暴露在发动机、发电机、焊接设备、照明设备等干扰源产生的严重电子干扰之下。虽然可以通过软件平均等手段来降低50Hz的工频干扰，但这种带宽限制会严重降低通道采样率。在测量频谱内需要获得十分准确和干净的数据时，同时为了保证信号的完整性，就必需添加额外的外部滤波电路。

在高精度温度测量中，滤波抗噪和信号放大只是其中的一部分。事实证明，冷端补偿(CJC)电路才是高精度热电偶的核心。即使是热质量很大的隔热模块，其温度也会缓慢随周围环境同向变化，因此如果过低估计或者不能正确处理这些效应，那么测量误差就在所难免。

测量精度的不确定性源于多种原因，其中包括隔热模块热质量过低，CJC传感器位置错误或个数不足，终端模块与相邻热源(例如电源)的相对位置不佳，以及显示等问题。最常见测量误差主要来源于CJC传感器电路设计不佳和CJC输入的热耦合机制不良。

为此在设计信号调理采集模块时，需要结合多种高精度的CJC机制，保证隔热模块具有较大的热质量，对内部温度梯度的部件放置位置进行考究等。CJC传感器通常采用高精度热敏电阻，这些传感器往往放在隔热模块上的关键位置处。当系统中通道个数较多时，带热敏电阻的隔热模块数目也要增多，以消除不同连接点之间的温度测量造成的误差。

为了提高系统精度，本系统对每个通道都采用了独立滤波和放大的方法，将通道与通道的运行隔离开来。这样，送至ADC的信号和由多路选择器来的信号都不会产生干扰。这样就能保证不论相邻通道是否可能出现过压或过载情况，ADC转换得到的数据对每个通道都是有效的。