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電容單元削弱系數，同時根據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、精密電阻網絡）或數字電路（如A/D轉換器、D/A轉換器）實現信號類型轉換。
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，直接調整信號的幅值和類型；
數字轉換：先將模擬信號經A/D轉換器轉為數字量，經微處理器（MCU）處理后，再通過D/A轉換器轉為目標模擬信號，精度更高，可實現復雜轉換邏輯（如非線性校正、量程切換）。
二、隔離模塊：實現電氣隔離與抗干擾
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，實現電氣隔離（隔離電壓通常數千伏），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，輸入信號經調制后通過高頻磁場耦合到次級，再解調為電信號，隔離性能更強（隔離電壓可達數萬伏），適用于高頻信號或大動態范圍信號（如高速數據、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，適用于高速數字信號或小型化設備。
隔離屏障：
除隔離元件外，模塊內部通過絕緣材料（如陶瓷、環氧樹脂）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）損壞內部電路。
四、輔助電路：保障穩定運行與功能擴展
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），確保輸出信號的穩定性（如紋波≤1%）。
指示電路：
通過LED指示燈顯示設備工作狀態（如電源通斷、信號正常傳輸），方便現場調試與故障排查。
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，適配工業現場的接線需求（如螺釘固定、防松動設計）。
