1. 了解阻隔
电气意义上的阻隔是将露出于风险电压1的传感器信号与测验体系的低压背板离隔。阻隔能够供给许多优势，包含：
- 维护贵重设备、用户及数据不受瞬态电压的危及。
- 改进噪声按捺才能
- 消除接地环路
- 进步共模电压按捺
阻隔型丈量体系为模仿前端和体系底板供给别离的接地上，将传感器的丈量与体系的其它部分阻离隔。阻隔前端的接地是悬空的引脚，可作业于大地接地以外的电压。图1为模仿电压丈量设备。传感器地与测验体系地之间的任何共模电压都能被按捺，然后防止了接地环路的引起和噪声对传感器线路形成影响。
图1.组阻隔的模仿输入电路
1风险电压为大于30 Vrms, 42.4 Vpk,或60 VDC的电压。
2. 对阻隔的需求
以下的丈量体系需求考虑阻隔：
- 与风险电压邻接
- 或许发生瞬态电压的工业环境
- 存在共模电压或不稳定地电位的环境
- 电气噪声环境，如存在工业电机
- 瞬态灵敏的运用，有必要防止在丈量体系中呈现电压尖峰
工业丈量、进程操控、及主动化测验是存在共模电压、高瞬态电压、及电气噪声的典型运用。具有阻隔的丈量设备能够在严格环境下供给牢靠的丈量。针对与患者直触摸摸的医疗设备，阻隔能够有用防止设备中瞬态功率的传输。
依据用户对电压及数据率的要求，阻隔丈量能够有多种挑选。用户可挑选用于笔记本、桌面PC、工业PC、PXI、平板PC、及CompactPCI的刺进式板，它具有内置阻隔或外置信号调度。用户也可经过可编程主动操控器(PACs)及USB丈量体系来完结阻隔丈量。
图2.阻隔型数据收集体系
3. 完结阻隔的办法
阻隔要求信号经过阻隔阻障传输，不能有直接电气衔接。常用的非触摸式信号传输器材有发光二极管(LED)、电容、电感等。此类器材的基本原理便是最常见的三种阻隔技能：光电、电容、及电感耦合。
光电阻隔
LED能在通电时发光。光电阻隔运用LED与光电勘探设备完结阻隔阻障，经过光来传输信号。光电勘探设备承受LED宣布的光信号，再将其转化成原始电信号。
图3.光电阻隔
光电阻隔是最常用的阻隔办法。运用光电阻隔的优势是能够防止电气与磁场噪声。而缺陷则是传输速度受限于LED的转化速度、高功率散射及LED磨损。
电容阻隔
电容阻隔是依据电荷集合于电容板而发生的电势改变。该改变从阻隔阻障中丈量得到，它与丈量信号巨细成份额。
图4.电容阻隔
电容阻隔的长处是能够按捺电磁搅扰。因为电容阻隔不像光电阻隔需求LED转化，所以能支撑更快的数据传输率。但因为电容耦合运用电势来传输数据，因而简单遭到外部电场的搅扰。
电感耦合阻隔
19世纪前期，丹麦物理学家Hans Oersted发现当电流经过线圈时会发生磁场。之后又发现，能在接近发生改变磁场线圈的另一个线圈上取得感应电流。另一个线圈上感应的电压及电流巨细取决于第一个线圈上的交变电流。该现象被称为互感，它便是电感耦合的基本原理。
图5.电感耦合
电感耦合运用一对具有绝缘层的线圈。绝缘层阻隔了物理信号的传输。一端线圈上的改变电流会在绝缘阻障另一端的线圈上感应类似的电流，信号就经过这种方法传达。电感阻隔供给与电容技能类似的高速传输。但因为电感耦合传输信号要触及磁场，所以简单遭到外部磁场搅扰。
4. 模仿阻隔与数字阻隔
现在，许多商用现货器材集成了以上某项技能来完结阻隔。关于模仿I/O通道，阻隔可在模数转化器(ADC)数字化信号前的模仿部分完结（模仿阻隔），也可在ADC数字化信号后完结（数字阻隔）。依据阻隔完结方位的不同，用户需求针对上述三种技能规划不同的电路。用户能够依据数据收集体系的功用、本钱及物理需求来决议挑选模仿阻隔或数字阻隔。图6a及图6b显现了在两种阻隔的完结。
图6a.模仿阻隔
图6b.数字阻隔
以下部分将详细分析模仿阻隔及数字阻隔，并评论两者不同的完结技能。
模仿阻隔
阻隔放大器是数据收集设备中模仿前端的常用阻隔器材。图6a的“ISO Amp”即为阻隔放大器，在大都电路中都是模仿电路部分的首个器材。传感器的模仿信号首要经过阻隔放大器，完结阻隔后再将其送入模数转化电路。图7为阻隔放大器的常见布局。
图7.阻隔放大器
在抱负的阻隔放大器中，模仿输出信号应该与模仿输入信号共同。图7中标有“阻隔”的部分选用了上文评论的技能（光电、电容、电感耦合），使信号经过阻隔阻障。模块化电路已为信号供给了阻隔电路。关于光电方法，需求将信号数字化或转化为不同的光强度。关于电容及电感方法，需求将信号转化为不同的电场或磁场。解调电路读取阻隔电路的输出，并将其转化回原始模仿信号。
因为模仿阻隔坐落信号数字化之前，关于已有的无阻隔数据收集设备，选用外部信号调度是最佳计划。此刻，由数据收集设备来完结模数转化，而由外部电路供给阻隔。结合数据收集设备与外部信号调度，丈量体系供货商能开宣布多用途的数据收集设备及传感器专用信号调度。图8中选用阻隔放大器规划灵敏的信号调度，完结模仿阻隔。将阻隔置于模仿前端的另一个长处是能够维护ADC及其它模仿电路免受电压尖峰影响。
图8.阻隔放大器用于灵敏的信号调度硬件
市道上有多款运用通用数据收集设备与外部信号调度的丈量产品，如NI M系列的几款非阻隔型通用多用途数据收集设备，可供给高功用的模仿I/O及数字I/O。关于需求阻隔的运用，您能够选用带外部信号调度的M系列设备，如美国国家仪器公司的SCXI或SCC模块。这些信号调度渠道供给阻隔及专用信号调度功用，可直接与负载单元、应力规、pH传感器等工业传感器衔接。
数字阻隔
ADC是模仿输入数据收集设备的要害器材之一。为了取得最佳的功用，ADC的输入信号应尽量与原始模仿信号共同。模仿阻隔或许在信号传输到ADC的进程中引进增益、非线性、及偏移等差错。ADC离信号源越近，功用就越好。因为模仿阻隔器材价格贵重且调整时间长，在曩昔，虽然数字阻隔功用更好，可是为了维护贵重的ADC，不得不挑选模仿阻隔。跟着ADC价格不断下降，丈量设备的供货商正从对ADC的维护转而寻求数字阻隔器以完结更好的功用及更低的本钱，如图9所示。
图9. 16位模数转化器价格不断下降
图片来历：美国国家仪器公司和ADC首要供货商
与阻隔放大器比较，数字阻隔器材本钱更低，数据传输速率更高。数字阻隔技能也在模仿电路工程师挑选器材及开发丈量设备的光电模仿前端进程中，供给了更大的灵敏性。具有数字阻隔的产品运用限流及限压维护电路来对ADC供给维护。数字阻隔器材的基本原理与模仿阻隔中光电、电容及电感耦合的原理类似。
光耦合器
光耦合器是依据光电耦合原理的数字耦合器，它运用时间最长，也是最常见的数字阻隔方法。它能饱尝高压，对电气及磁场噪声也有较高按捺才能。光耦合器常用于工业化数字I/O产品，如NI PXI-6514阻隔数字I/O模块（图10）及NI PCI-7390工业运动操控器。
图10.运用光耦合器的工业化数字I/O产品
关于高速模仿丈量，光耦合器存在速度及功率耗散的问题，光电耦合中也遭到LED磨损的约束。比较光耦合器，依据电容及电感的数字阻隔器所受约束更少些。
电容阻隔
德州仪器供给依据电容耦合的数字阻隔器材。这种阻隔器具有高数据传输率及瞬态按捺才能。比较于%&&&&&%及光电阻隔，电感阻隔的功率耗费更低。
电感阻隔
Analog Devices的iCoupler技能开发于2001年(analog.com/iCoupler)，它经过电感耦合原理完结数字阻隔，适用于高速及高通道数运用。iCoupler设备能够在16位模仿丈量体系上供给100 Mb/s数据传输率，2,500 V电压阻隔，这意味着采样率可到达兆级。不同于光耦合器，iCoupler设备具有更低的功率耗费、高达125 °C的作业温度规模、及25 kV/ms的瞬态电压按捺才能。
iCoupler技能依据小型的芯片级变压器。一款iCoupler设备包含三个首要部分：发送器、变压器及接纳器。发送器电路选用边缘触发编码器，将上升沿和下降沿转化为1ns的脉冲。脉冲由变压器传输经过阻隔阻障，并在接纳电路端解码，如图11所示。约0.3毫米的小型变压器简直不受外部磁场影响。iCoupler设备在每片%&&&&&%(%&&&&&%)上集成了4条阻隔通道，然后下降了丈量硬件的本钱。与光耦合器比较，所需的外部器材更少。
图11. Analog Devices公司依据电感耦合的iCoupler技能
丈量硬件供货商能经过iCoupler设备供给低本钱的高功用数据收集体系。美国国家仪器公司用于高速丈量的工业化数据收集(DAQ)设备，如工业化M系列多功用DAQ设备，选用了iCoupler数字阻隔器，如图12。此款设备供给60 VDC接连阻隔，在多条模仿、数字通道上长达5s的1,400 Vrms/1,900 VDC通道-总线阻隔，且采样率高达250 kS/s。NI PAC渠道、NI CompactRIO、NI CompactDAQ及其它高速NI USB设备中的C系列模块都选用了iCoupler技能。
图12.运用数字阻隔器的工业化NI M系列多功用DAQ
5. 总结
阻隔型数据收集体系能在含有风险电压、瞬态电压等严格的工业环境下供给牢靠的丈量。丈量运用场合及周围环境决议了是否需求运用阻隔。假如在运用中要求运用独自的通用数据收集体系与各类专用传感器衔接，则挑选能够进行外部信号调度的模仿阻隔；相反，假如寻求低本钱、高功用的模仿输入，则挑选选用数字阻隔技能的丈量体系。
