隔離信號轉換器是一種用于電氣信號隔離、轉換的裝置。它可以將電氣信號從一個電路隔離并轉換為另一個電路的信號，同時利用絕緣材料或磁性環(huán)來提高這兩個電路之間的隔離度。其工作原理基于變壓器的自感耦合機制和串聯(lián)電容機制。在傳輸電源端，通過變壓器對信號進行轉換后，轉換出的信號可以被串聯(lián)電容單元削弱系數(shù)，同時根據(jù)之后一個樣品率低通濾波器進行抗噪聲和干擾處理，最終得到帶有高阻抗與隔離性質的信號輸出端。

　　隔離信號轉換器其組成部分可分為信號轉換模塊、隔離模塊、電源模塊及輔助電路四大類，具體如下：

　　一、信號轉換模塊：實現(xiàn)信號類型/量程轉換

　　這是轉換器的“信號處理核心”，負責將輸入信號（如傳感器輸出的微弱信號、工業(yè)標準信號）轉換為目標輸出信號（如標準化的4-20mA、0-10V等），主要包括：

　　輸入調(diào)理電路：

　　對原始輸入信號進行預處理，如濾波（去除高頻噪聲）、放大（將微弱信號放大至可處理范圍）、衰減（對高電壓/大電流信號降壓/限流）、線性化（修正傳感器的非線性特性）等。例如，將熱電偶輸出的mV級信號放大為V級信號，或對脈沖信號進行整形。

　　轉換電路：

　　通過模擬電路（如運算放大器、精密電阻網(wǎng)絡）或數(shù)字電路（如A/D轉換器、D/A轉換器）實現(xiàn)信號類型轉換。

　　模擬轉換：適用于直流信號（如0-5V轉4-20mA），通過電阻、電容等元件構成比例放大電路，直接調(diào)整信號的幅值和類型；

　　數(shù)字轉換：先將模擬信號經(jīng)A/D轉換器轉為數(shù)字量，經(jīng)微處理器（MCU）處理后，再通過D/A轉換器轉為目標模擬信號，精度更高，可實現(xiàn)復雜轉換邏輯（如非線性校正、量程切換）。

　　二、隔離模塊：實現(xiàn)電氣隔離與抗干擾

　　這是“隔離”功能的核心，通過物理隔離技術（如光電、電磁、電容）切斷輸入、輸出、電源三者之間的電氣連接，防止接地環(huán)路、共模干擾或高壓串入，主要包括：

　　隔離元件：

　　光電耦合器：利用光信號傳遞信息，輸入側的發(fā)光二極管（LED）將電信號轉為光信號，輸出側的光敏三極管/二極管將光信號轉回電信號，實現(xiàn)電氣隔離（隔離電壓通常數(shù)千伏），適用于低頻信號（如直流、低速脈沖）。

　　電磁隔離器（磁耦）：基于變壓器原理，輸入信號經(jīng)調(diào)制后通過高頻磁場耦合到次級，再解調(diào)為電信號，隔離性能更強（隔離電壓可達數(shù)萬伏），適用于高頻信號或大動態(tài)范圍信號（如高速數(shù)據(jù)、寬量程電流）。

　　電容隔離器：通過電容極板間的電場耦合傳遞信號，體積小、速度快，適用于高速數(shù)字信號或小型化設備。

　　隔離屏障：

　　除隔離元件外，模塊內(nèi)部通過絕緣材料（如陶瓷、環(huán)氧樹脂）和空間布局（如分隔布線、接地隔離）強化隔離效果，確保輸入、輸出、電源回路之間的絕緣電阻≥10¹²Ω，滿足工業(yè)級隔離耐壓標準（如2.5kVrms、5kVrms）。

　　三、電源模塊：提供隔離供電

　　為保證隔離效果，輸入側、輸出側及內(nèi)部電路需獨立供電，避免通過電源回路形成電氣連接，因此隔離信號轉換器通常內(nèi)置隔離電源，主要包括：

　　直流-直流（DC-DC）隔離電源：

　　將外部輸入電源（如24V DC、12V DC）轉換為多路隔離的直流電源，分別為輸入調(diào)理電路、隔離模塊、輸出轉換電路供電。其核心是通過高頻變壓器實現(xiàn)原邊與副邊的電氣隔離，與信號隔離模塊配合，形成“信號-電源”雙重隔離。

　　保護電路：

　　包含過壓保護（如TVS二極管）、過流保護（如保險絲、限流電阻）、反接保護（如二極管整流橋），防止外部電源異常（如電壓波動、反接）損壞內(nèi)部電路。

　　四、輔助電路：保障穩(wěn)定運行與功能擴展

　　濾波電路：

　　包括輸入濾波（如RC低通濾波）和輸出濾波（如LC濾波），進一步抑制電磁干擾（EMI）和射頻干擾（RFI），確保輸出信號的穩(wěn)定性（如紋波≤1%）。

　　指示電路：

　　通過LED指示燈顯示設備工作狀態(tài)（如電源通斷、信號正常傳輸），方便現(xiàn)場調(diào)試與故障排查。

　　外殼與接口：

　　金屬或塑料外殼提供機械保護和電磁屏蔽（減少外部磁場干擾）；輸入/輸出接口通常為端子排、航空插頭等，適配工業(yè)現(xiàn)場的接線需求（如螺釘固定、防松動設計）。