18、分布式测量系统的数据传输与通信层解析

分布式测量系统的数据传输与通信层解析

1. 电流线在分布式测量系统中的应用

电流线在分布式测量系统中具有重要作用，它不仅用于密集信息传输，还可作为模拟和离散调制信号的传输手段，例如 HART（可寻址远程传感器高速通道的开放通信协议）传输协议就会用到。在这种情况下，电流线需要有足够大的频率范围，这就要求使用屏蔽双绞线，其波阻抗要等于电流源的输出电阻和接收器的感应电阻。通过这样的改进，在传输脉冲信号时，线路两端不会出现反射现象。

2. 调制信号的数据传输

2.1 脉冲宽度调制（PWM）

PWM 会生成一个脉冲信号，其占空比与调制信号成正比。PWM 调制器由积分器 INT 和比较器 K1 组成，能产生一个时间对称的三角电压波形，其周期为：
[T = 4 \cdot \frac{R_1}{R_2} \cdot R_3]
积分器的输出电压在比较器 K2 中与调制器的输入电压 (U_{IN}) 进行比较。当积分器的输出电压低于调制器输入电压时，比较器的输出电压变为逻辑 0；反之，当积分器的输出电压高于调制器输入电压时，比较器的输出电压变为逻辑 1。由此生成的调制器输出电压的占空比为：
[\frac{T_1}{T_2} = \frac{U_{IN}}{U_m}]
其中 (U_m) 是生成的三角信号的幅度。

PWM 信号的测量变量是脉冲信号的交替，在收集单元中通过低通滤波器（LP）进行滤波，其输出电压与传输信号的平均值成正比。PWM 信号的频率范围理论上受三角信号周期 (T) 的一半限制。

在对交替的 PWM 信号进行数字评估时，处理器电路中会使用内部和外部计数器，采样信号的周期 (T_s