第11章 傳感器輸出信號的處理技術

1、學習目的 掌握傳感器輸出信號的形式掌握傳感器輸出信號的形式 掌握常用典型傳感器接口電路掌握常用典型傳感器接口電路 了解干擾的來源與抗干擾技術了解干擾的來源與抗干擾技術 傳感器使用時需與專用的測量電路有效結合才傳感器使用時需與專用的測量電路有效結合才能發(fā)揮其功能，理想的傳感器電路不僅能使其正常能發(fā)揮其功能，理想的傳感器電路不僅能使其正常工作，還能在一定程度上工作，還能在一定程度上克服傳感器本身的不足克服傳感器本身的不足，擴展其功能擴展其功能，使傳感器的功能得到充分的發(fā)揮。同，使傳感器的功能得到充分的發(fā)揮。同時，為使傳感器的輸出信號能用于儀器、儀表的顯時，為使傳感器的輸出信號能用于儀器、儀表的顯示

2、或控制，往往要對輸出信號進行必要的加工處理。示或控制，往往要對輸出信號進行必要的加工處理。111 傳感器輸出信號的特點11.1.1 11.1.1 傳感器輸出信號的形式傳感器輸出信號的形式u 由于傳感器種類繁多，傳感器的輸出形式也由于傳感器種類繁多，傳感器的輸出形式也是各式各樣的。例如，盡管同是溫度傳感器，是各式各樣的。例如，盡管同是溫度傳感器，熱電偶隨溫度變化輸出的是不同的電壓，熱敏熱電偶隨溫度變化輸出的是不同的電壓，熱敏電阻隨溫度變化輸出的是不同的電阻，而雙金電阻隨溫度變化輸出的是不同的電阻，而雙金屬溫度傳感器則隨溫度變化輸出開關信號。表屬溫度傳感器則隨溫度變化輸出開關信號。表11-111-

3、1列出了傳感器輸出信號的一般形式。列出了傳感器輸出信號的一般形式。表11-1傳感器的輸出信號形式輸出形式輸出形式輸出變化量輸出變化量傳感器的例子傳感器的例子開關信號型開關信號型機械觸點機械觸點雙金屬溫度傳感器雙金屬溫度傳感器模擬信號型模擬信號型電子開關電子開關霍耳開關式集成傳感器霍耳開關式集成傳感器電壓電壓熱電偶、磁敏元件、氣敏元熱電偶、磁敏元件、氣敏元件件電流電流光敏二極管光敏二極管電阻電阻熱敏電阻、應變片熱敏電阻、應變片電容電容電容式傳感器電容式傳感器電感電感電感式傳感器電感式傳感器其他其他頻率頻率多普勒速度傳感器、諧振式多普勒速度傳感器、諧振式傳感器傳感器11.1.2 傳感器輸出信號的特

4、點傳感器輸出的信號類型有傳感器輸出的信號類型有電壓、電流、電阻、電容、電感、電壓、電流、電阻、電容、電感、頻率頻率等，通常是等，通常是動態(tài)的動態(tài)的。輸出的電信號一般都輸出的電信號一般都比較弱比較弱，如電壓信號通常為，如電壓信號通常為VmVVmV級，級，電流信號為電流信號為nAmAnAmA級。級。傳感器內(nèi)部傳感器內(nèi)部存在噪聲存在噪聲，輸出信號輸出信號會與會與噪聲信號噪聲信號混合在一起，混合在一起，當噪聲比較大而輸出信號又比較弱時，常會使有用信號淹沒當噪聲比較大而輸出信號又比較弱時，常會使有用信號淹沒在噪聲之中。在噪聲之中。傳感器的輸出信號傳感器的輸出信號動態(tài)范圍很寬動態(tài)范圍很寬。輸出信號隨著物理

5、量的變。輸出信號隨著物理量的變化而變化，但它們之間的關系不一定是化而變化，但它們之間的關系不一定是線性比例關系線性比例關系，例如，例如，熱敏電阻值隨溫度變化按指數(shù)函數(shù)變化。輸出信號大小會受熱敏電阻值隨溫度變化按指數(shù)函數(shù)變化。輸出信號大小會受溫度的影響，有溫度系數(shù)存在。溫度的影響，有溫度系數(shù)存在。傳感器的輸出信號傳感器的輸出信號受外界環(huán)境（如溫度、電場）的干擾受外界環(huán)境（如溫度、電場）的干擾。傳感器的傳感器的輸出阻抗都比較高輸出阻抗都比較高，這樣會使傳感器信號輸入到測，這樣會使傳感器信號輸入到測量電路時，產(chǎn)生較大信號衰減。量電路時，產(chǎn)生較大信號衰減。11.1.3 輸出信號的處理方法 根據(jù)傳感器輸

6、出信號的特點，采取不同的信號處理方法來根據(jù)傳感器輸出信號的特點，采取不同的信號處理方法來提高測量系統(tǒng)的測量提高測量系統(tǒng)的測量精度精度和和線性度線性度，這正是傳感器信號處理，這正是傳感器信號處理的目的。另外，傳感器在測量過程的目的。另外，傳感器在測量過程中常摻雜有許多噪聲信號中常摻雜有許多噪聲信號，它會直接影響測量系統(tǒng)的精度，因此它會直接影響測量系統(tǒng)的精度，因此抑制噪聲抑制噪聲也是傳感器信也是傳感器信號處理的重要內(nèi)容。號處理的重要內(nèi)容。 傳感器輸出信號的處理主要由傳感器的傳感器輸出信號的處理主要由傳感器的接口電路接口電路完成。因完成。因此傳感器接口電路應具有一定信號預處理的功能。經(jīng)預處理此傳感器

7、接口電路應具有一定信號預處理的功能。經(jīng)預處理后的信號，應成為后的信號，應成為可供測量、控制使用及便于向微型計算機可供測量、控制使用及便于向微型計算機輸出的信號形式輸出的信號形式。接口電路對不同的傳感器是完全不一樣的，。接口電路對不同的傳感器是完全不一樣的，其典型應用電路見表其典型應用電路見表11-211-2。表11-2 典型的傳感器接口電路接口電路接口電路對信號的預處理功能對信號的預處理功能阻抗變換電路阻抗變換電路在傳感器輸出為高阻抗的情況下，變換為低阻抗、在傳感器輸出為高阻抗的情況下，變換為低阻抗、以便于檢測電路準確地拾取傳感器的輸出信號以便于檢測電路準確地拾取傳感器的輸出信號放大變換電路放

8、大變換電路將微弱的傳感器輸出信號放大將微弱的傳感器輸出信號放大電流電壓轉換電路電流電壓轉換電路 將傳感器的電流輸出轉換成電壓將傳感器的電流輸出轉換成電壓電橋電路電橋電路把傳感器的電阻、電容、電感變化為電流或電壓把傳感器的電阻、電容、電感變化為電流或電壓頻率電壓轉換電路頻率電壓轉換電路 把傳感器輸出的頻率信號轉換為電流或電壓把傳感器輸出的頻率信號轉換為電流或電壓電荷放大器電荷放大器將電場型傳感器輸出產(chǎn)生的電荷轉換為電壓將電場型傳感器輸出產(chǎn)生的電荷轉換為電壓有效值轉換電路有效值轉換電路在傳感器為交流輸出的情況下，轉為有效值、變在傳感器為交流輸出的情況下，轉為有效值、變?yōu)橹绷鬏敵鰹橹绷鬏敵鰹V波電路濾

9、波電路通過低通及帶通濾波器的噪聲成分通過低通及帶通濾波器的噪聲成分線性化電路線性化電路在傳感器的特性不是線性的情況下，用來進行線在傳感器的特性不是線性的情況下，用來進行線性校正性校正對數(shù)壓縮電路對數(shù)壓縮電路當傳感器輸出信號的動態(tài)范圍較寬時，用對數(shù)電當傳感器輸出信號的動態(tài)范圍較寬時，用對數(shù)電路進行壓縮路進行壓縮 在非電量測量過程中，往往會發(fā)現(xiàn)總是有一些在非電量測量過程中，往往會發(fā)現(xiàn)總是有一些無用的背景無用的背景信號信號與與被測信號被測信號疊加在一起，這稱為疊加在一起，這稱為干擾干擾，有時也采用，有時也采用噪聲噪聲這這一習慣用語。一習慣用語。 對由傳感器形成的測量裝置而言，形成噪聲干擾通常有對由傳

10、感器形成的測量裝置而言，形成噪聲干擾通常有3 3個個要素要素：噪聲源、通道：噪聲源、通道（噪聲源到接收電路之間的耦合通道）、（噪聲源到接收電路之間的耦合通道）、接收電路接收電路。 噪聲對檢測裝置的影響必須與有用信號共同分析才有意義。噪聲對檢測裝置的影響必須與有用信號共同分析才有意義。衡量噪聲對有用信號的影響常用衡量噪聲對有用信號的影響常用信噪比（信噪比（S/N）來表示，它是來表示，它是指在指在信號通道信號通道中，中，有用信號功率有用信號功率PS與與噪聲功率噪聲功率PN 之比，或之比，或有用有用信號電壓信號電壓US與與噪聲電壓噪聲電壓UN 之比。信噪比常用對數(shù)形式來表示，之比。信噪比常用對數(shù)形式

11、來表示，單位為單位為dB，即，即 S/N=10lg（ PS / PN ）=20lg（ US / UN ）（）（dB） 在測量過程中應盡量提高信噪比，以減少噪聲對測量結果在測量過程中應盡量提高信噪比，以減少噪聲對測量結果的影響。的影響。 11.3 干擾的類型與要素信噪比信噪比（S/N）的）的計算舉例計算舉例 在擴音機輸入端測得：話筒輸出的做報在擴音機輸入端測得：話筒輸出的做報告者聲音的平均電壓為告者聲音的平均電壓為50mV， 50Hz干擾干擾“嗡嗡嗡嗡”聲的電壓為聲的電壓為0.5mV，求信噪比。，求信噪比。 解解 S/N=20lg（50/0.5） dB =40 dB 噪聲源及干擾源噪聲源及干擾源

12、 一、機械干擾一、機械干擾 機械干擾機械干擾是指機械振動或是指機械振動或沖擊使電子檢測裝置中的元件沖擊使電子檢測裝置中的元件發(fā)生發(fā)生振動振動改變了系統(tǒng)的改變了系統(tǒng)的電氣參電氣參數(shù)數(shù)，造成可逆或不可逆的影響。，造成可逆或不可逆的影響。 對機械干擾，可選用專用對機械干擾，可選用專用減振彈簧減振彈簧- -橡膠墊腳或吸振橡橡膠墊腳或吸振橡膠海綿墊來降低系統(tǒng)的諧振頻膠海綿墊來降低系統(tǒng)的諧振頻率，吸收振動的能量，率，吸收振動的能量， 從而從而減小系統(tǒng)的振幅。減小系統(tǒng)的振幅。 橡膠橡膠 海綿軟墊海綿軟墊橡膠墊腳及彈簧橡膠墊腳及彈簧振動試驗臺振動試驗臺 頻率、振幅均可調(diào)節(jié)頻率、振幅均可調(diào)節(jié) 將被測儀器（如圖中

13、的電子天平）固定在將被測儀器（如圖中的電子天平）固定在振動臺上，逐漸增大振幅，測試在不同頻率的振動臺上，逐漸增大振幅，測試在不同頻率的規(guī)定振幅下，產(chǎn)品指標是否變化。規(guī)定振幅下，產(chǎn)品指標是否變化。固定固定跌落試驗跌落試驗 產(chǎn)品在運輸產(chǎn)品在運輸過程中常因為遭過程中常因為遭受劇烈震動或跌受劇烈震動或跌落而損壞或性能落而損壞或性能變差，因此需要變差，因此需要做抗跌落試驗和做抗跌落試驗和測試。測試。跌落試驗機跌落試驗機二、濕度及化學干擾二、濕度及化學干擾 當環(huán)境當環(huán)境相對濕度相對濕度增加時，物體表面就增加時，物體表面就會附著一層會附著一層水膜水膜，并滲入材料內(nèi)部，降低，并滲入材料內(nèi)部，降低了絕緣強度，造

14、成了漏電、擊穿和短路現(xiàn)了絕緣強度，造成了漏電、擊穿和短路現(xiàn)象；潮濕還會加速金屬材料的腐蝕，并產(chǎn)象；潮濕還會加速金屬材料的腐蝕，并產(chǎn)生原電池電化學干擾電壓；在較高的溫度生原電池電化學干擾電壓；在較高的溫度下，潮濕還會促使霉菌的生長，并引起有下，潮濕還會促使霉菌的生長，并引起有機材料的霉爛。機材料的霉爛。 某些化學物品如酸、堿、鹽、各種腐某些化學物品如酸、堿、鹽、各種腐蝕性氣體以及沿海地區(qū)由海風帶到岸上的蝕性氣體以及沿海地區(qū)由海風帶到岸上的鹽霧也會造成與潮濕類似的漏電腐蝕現(xiàn)象，鹽霧也會造成與潮濕類似的漏電腐蝕現(xiàn)象，必須采取以下措施來加以保護：必須采取以下措施來加以保護：浸漆、密浸漆、密封、定期通電

15、加熱驅潮等封、定期通電加熱驅潮等。用絕緣漆浸用絕緣漆浸漆漆過的控制過的控制變壓器變壓器浸漆可防止水分浸漆可防止水分進入線圈內(nèi)部進入線圈內(nèi)部儀器設備的防潮試驗儀器設備的防潮試驗噴淋試驗噴淋試驗儀器設備的防潮試驗（續(xù)）儀器設備的防潮試驗（續(xù)）“步入式步入式”恒溫恒濕房恒溫恒濕房（參考（參考江蘇省計量測試技術研究所江蘇省計量測試技術研究所資料）資料） 體積：體積：25m3 3 ，溫度調(diào)節(jié)范圍：（，溫度調(diào)節(jié)范圍：（-40+80）， 濕度調(diào)節(jié)范圍：（濕度調(diào)節(jié)范圍：（3090）%RH 可用于進行大型儀器設備的高低溫、恒定濕熱、可用于進行大型儀器設備的高低溫、恒定濕熱、交變濕熱試驗。交變濕熱試驗。三、熱干擾

16、三、熱干擾 熱量，特別是熱量，特別是溫度波動溫度波動以及以及不均勻的溫度場不均勻的溫度場對檢測對檢測裝置的裝置的干擾干擾，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：，主要體現(xiàn)在以下幾個方面： 元件參數(shù)的變化（溫漂）、接觸熱電勢干擾、元器元件參數(shù)的變化（溫漂）、接觸熱電勢干擾、元器件長期在高溫下工作時，引起壽命和耐壓等級降低等。件長期在高溫下工作時，引起壽命和耐壓等級降低等。 克服熱干擾的克服熱干擾的防護措施防護措施有：有： 選用低溫漂元件，采取軟、硬件溫度補償措施，選選用低溫漂元件，采取軟、硬件溫度補償措施，選用低功耗、低發(fā)熱元件，提高元器件規(guī)格余量，儀器的用低功耗、低發(fā)熱元件，提高元器件規(guī)格余量，儀器的前置輸

17、入級遠離發(fā)熱元件，加強散熱、采用熱屏蔽等。前置輸入級遠離發(fā)熱元件，加強散熱、采用熱屏蔽等。 散熱實例散熱實例 散熱風扇散熱風扇四、固有噪聲干擾四、固有噪聲干擾 在電路中，電子元件本在電路中，電子元件本身產(chǎn)生的、具有身產(chǎn)生的、具有隨機性、寬隨機性、寬頻帶頻帶的噪聲稱為的噪聲稱為固有噪聲固有噪聲。 最重要的固有噪聲源是最重要的固有噪聲源是電阻熱噪聲、半導體散粒噪電阻熱噪聲、半導體散粒噪聲和接觸噪聲等。聲和接觸噪聲等。 固有噪聲可以從喇叭或固有噪聲可以從喇叭或耳機中反映出來，但更多的耳機中反映出來，但更多的時候是反映在輸出電壓的無時候是反映在輸出電壓的無規(guī)律跳變上。規(guī)律跳變上。 、電磁兼容（、電磁兼

18、容（EMCEMC）概念）概念 我國從世紀我國從世紀8080年代至今已制定了上百個電年代至今已制定了上百個電磁兼容的國家標準，強制要求多數(shù)電氣設備必須通磁兼容的國家標準，強制要求多數(shù)電氣設備必須通過相關電磁兼容標準的性能測試，否則為不合格產(chǎn)過相關電磁兼容標準的性能測試，否則為不合格產(chǎn)品。通俗地說，品。通俗地說，電磁兼容電磁兼容是指是指電子系統(tǒng)在規(guī)定的電電子系統(tǒng)在規(guī)定的電磁干擾環(huán)境中能正常工作的能力，而且還不允許產(chǎn)磁干擾環(huán)境中能正常工作的能力，而且還不允許產(chǎn)生超過規(guī)定的電磁干擾生超過規(guī)定的電磁干擾 。 五、電、磁噪聲干擾五、電、磁噪聲干擾 、電磁干擾的來源、電磁干擾的來源 電場和磁場以通過電路和磁

19、路對檢測系統(tǒng)產(chǎn)生電場和磁場以通過電路和磁路對檢測系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾稱為電磁干擾，它是最為普遍、影響最嚴的干擾稱為電磁干擾，它是最為普遍、影響最嚴重的干擾。重的干擾。 電磁干擾源分為兩大類：電磁干擾源分為兩大類：自然界干擾源自然界干擾源和和人人為干擾源為干擾源，后者是檢測系統(tǒng)的主要干擾源。，后者是檢測系統(tǒng)的主要干擾源。 1.1.自然界干擾源自然界干擾源包括地球外層空間的包括地球外層空間的宇宙射宇宙射電噪聲、太陽耀斑輻射噪聲電噪聲、太陽耀斑輻射噪聲以及以及大氣層的天電噪大氣層的天電噪聲聲。后者的能量頻譜主要集中在。后者的能量頻譜主要集中在30MHz30MHz以下，對檢以下，對檢測系統(tǒng)的影響較大。測系統(tǒng)

20、的影響較大。 2.2.人為干擾源人為干擾源又可分為又可分為有意發(fā)射干擾源有意發(fā)射干擾源和和無無意發(fā)射干擾源意發(fā)射干擾源。 通過通過人為干擾源人為干擾源，電磁波電磁波可以通過電網(wǎng)以可以通過電網(wǎng)以直接輻射直接輻射的形式傳播到離這些噪聲源很遠的檢的形式傳播到離這些噪聲源很遠的檢測裝置中。測裝置中。 在工頻輸電線附近也存在強大的交變電場，在工頻輸電線附近也存在強大的交變電場，在強電流輸電線附近存在干擾磁場，他們將對在強電流輸電線附近存在干擾磁場，他們將對十分靈敏的檢測裝置造成干擾。由于這些干擾十分靈敏的檢測裝置造成干擾。由于這些干擾源功率強大，要消除他們的影響較為困難，必源功率強大，要消除他們的影響較

21、為困難，必須采取多種措施來防護。須采取多種措施來防護。 自然界干擾源和人為干擾源自然界干擾源和人為干擾源X光機產(chǎn)生大功率光機產(chǎn)生大功率 高頻干擾高頻干擾 閃電產(chǎn)生電磁場干擾閃電產(chǎn)生電磁場干擾自然界干擾源和人為干擾源（續(xù)）自然界干擾源和人為干擾源（續(xù)）雷達會產(chǎn)生大功率高頻干擾雷達會產(chǎn)生大功率高頻干擾 變電站會產(chǎn)生變電站會產(chǎn)生50Hz的高次的高次 諧波干擾以及諧波干擾以及電暈放電干擾電暈放電干擾電吹風機干擾電視機的演示電吹風機干擾電視機的演示 電吹風機產(chǎn)生電吹風機產(chǎn)生的電磁波干擾以兩的電磁波干擾以兩種途徑到達電視機：種途徑到達電視機：一是通過共用的電一是通過共用的電源插座，二是以空源插座，二是以空

22、間電磁場傳輸?shù)姆介g電磁場傳輸?shù)姆绞接呻娨暀C的天線式由電視機的天線接收。接收。 應設法切斷這應設法切斷這些干擾途徑。些干擾途徑。 六六、 內(nèi)部干擾內(nèi)部干擾 內(nèi)部干擾內(nèi)部干擾主要來自于主要來自于檢測系統(tǒng)內(nèi)部檢測系統(tǒng)內(nèi)部，包括元器件、電，包括元器件、電源電路、信號通道、負載回路、數(shù)字電路等內(nèi)部干擾因素源電路、信號通道、負載回路、數(shù)字電路等內(nèi)部干擾因素 按按路路和和場場的干擾方式分類：的干擾方式分類：路的干擾路的干擾必須在干擾源和被干擾對象之間有完整的必須在干擾源和被干擾對象之間有完整的電路電路連接連接，干擾沿著這個通路到達被干擾對象干擾沿著這個通路到達被干擾對象。例如通過電源。例如通過電源線、變壓器

23、引入的干擾線、變壓器引入的干擾 ；場的干擾場的干擾不需要沿著電路傳輸，而是以不需要沿著電路傳輸，而是以電磁場輻射電磁場輻射的方的方式進行。例如，電源線對傳感器的信號線的電場耦合干擾式進行。例如，電源線對傳感器的信號線的電場耦合干擾；又如電焊機電纜上的強電流對信號線的磁場耦合干擾。；又如電焊機電纜上的強電流對信號線的磁場耦合干擾。 若電阻器、電容器、電感器、晶體管、變壓器若電阻器、電容器、電感器、晶體管、變壓器和集成電路等電路元器件選擇不當、材質(zhì)不對、型和集成電路等電路元器件選擇不當、材質(zhì)不對、型號有誤、焊接虛脫和接觸不良時，就可能成為電路號有誤、焊接虛脫和接觸不良時，就可能成為電路中最易被忽視

24、的元器件干擾源。中最易被忽視的元器件干擾源。1 1通過路的干擾通過路的干擾 負載（喇叭）的電流較大，負載（喇叭）的電流較大，它與放大器的負電源線共用了它與放大器的負電源線共用了一段地線，在地線的微小電阻一段地線，在地線的微小電阻上產(chǎn)生了壓降，造成了干擾。上產(chǎn)生了壓降，造成了干擾。由共阻抗耦合引起的干擾由共阻抗耦合引起的干擾 當兩個或兩個以上的當兩個或兩個以上的電路共同享有或使用一段電路共同享有或使用一段公共的線路公共的線路, , 而這段線路而這段線路又具有一定的阻抗時又具有一定的阻抗時, , 這這個阻抗成為這兩個電路的個阻抗成為這兩個電路的共阻抗。第二個電路的電共阻抗。第二個電路的電流流過這個

25、共阻抗所產(chǎn)生流流過這個共阻抗所產(chǎn)生的壓降就成為第一個電路的壓降就成為第一個電路的干擾電壓。的干擾電壓。 常見的例子是通過接地常見的例子是通過接地線阻抗引入的共阻抗耦合線阻抗引入的共阻抗耦合干擾。干擾。 負載負載電流電流干擾干擾壓降壓降正確接線正確接線電源干擾電源干擾由電源配由電源配電回路引入的干擾電回路引入的干擾 交流供配電線路在工業(yè)現(xiàn)場的分布相當于一個吸收各種干交流供配電線路在工業(yè)現(xiàn)場的分布相當于一個吸收各種干擾的網(wǎng)絡擾的網(wǎng)絡, , 而且十分方便地以電路傳導的形式傳遍各處，通過而且十分方便地以電路傳導的形式傳遍各處，通過檢測裝置的電源線進入儀器內(nèi)部造成干擾。檢測裝置的電源線進入儀器內(nèi)部造成干

26、擾。最明顯的是電壓突變和交流電源波形畸變，它使工頻的高最明顯的是電壓突變和交流電源波形畸變，它使工頻的高次諧波次諧波 ( (從低頻一直延伸至高頻從低頻一直延伸至高頻) ) 經(jīng)電源線進入儀器的前級電經(jīng)電源線進入儀器的前級電路。例如，由調(diào)壓或逆變電路中的晶閘管引起的大功率高次諧路。例如，由調(diào)壓或逆變電路中的晶閘管引起的大功率高次諧波干擾；又如開關電源經(jīng)電源線往外泄漏出的幾百千赫茲的尖波干擾；又如開關電源經(jīng)電源線往外泄漏出的幾百千赫茲的尖脈沖干擾。脈沖干擾。這些干擾均可以通過電源的內(nèi)阻，耦合到檢測系統(tǒng)這些干擾均可以通過電源的內(nèi)阻，耦合到檢測系統(tǒng)內(nèi)部的電路，從而對系統(tǒng)造成極大的危害內(nèi)部的電路，從而對系

27、統(tǒng)造成極大的危害2 2通過場的干擾通過場的干擾 由電場耦合引起的干擾：由電場耦合引起的干擾： 電場耦合電場耦合實質(zhì)上是實質(zhì)上是電容性耦合電容性耦合。要減少電源。要減少電源線對信號線的線對信號線的電場耦合干擾電場耦合干擾，就必須減小兩者間，就必須減小兩者間的的分布電容分布電容，必須盡量保持電路和信號線的，必須盡量保持電路和信號線的對地對地平衡平衡，布線時，多采用雙絞扭屏蔽線。，布線時，多采用雙絞扭屏蔽線。 帶電物體產(chǎn)生的電場帶電物體產(chǎn)生的電場由磁場耦合引起的干擾由磁場耦合引起的干擾 磁場耦合干擾磁場耦合干擾的實質(zhì)是的實質(zhì)是互感性耦互感性耦合干擾合干擾。 防止磁場耦合干擾途徑的辦法有：防止磁場耦合

28、干擾途徑的辦法有： 使信號線使信號線遠離強電流干擾源，從遠離強電流干擾源，從而減小互感量而減小互感量M ； 采用低頻磁屏蔽，從而減小信號采用低頻磁屏蔽，從而減小信號線感受到的磁場；線感受到的磁場； 采用絞扭導線使引入到信號處理采用絞扭導線使引入到信號處理電路兩端的干擾電壓大小相等、相電路兩端的干擾電壓大小相等、相位相同，使差模干擾轉變成共模干位相同，使差模干擾轉變成共模干擾擾 。 C型變壓器的漏感比型變壓器的漏感比E型的小型的小4對雙絞扭線對雙絞扭線由電焊引起的干擾由電焊引起的干擾 電焊機電纜產(chǎn)生強磁場干擾電焊機電纜產(chǎn)生強磁場干擾磁場交鏈磁場交鏈信號線信號線11.3.2 干擾控制的方法削弱接收

29、電路對干擾的靈敏度削弱接收電路對干擾的靈敏度通過電子線路板的合理通過電子線路板的合理布局，如輸入電路采用對稱結構、信號的數(shù)字傳輸、信布局，如輸入電路采用對稱結構、信號的數(shù)字傳輸、信號傳輸線采用雙絞線等措施來實現(xiàn)號傳輸線采用雙絞線等措施來實現(xiàn)阻斷或減弱干擾的耦合通道或傳輸途徑阻斷或減弱干擾的耦合通道或傳輸途徑消除或抑制干擾源消除或抑制干擾源消除干擾源是最有效、最徹底的方消除干擾源是最有效、最徹底的方法，但在實際中是很難完全消除的法，但在實際中是很難完全消除的檢測裝置的干擾控制方式主要是檢測裝置的干擾控制方式主要是根據(jù)噪聲干擾必須具備的根據(jù)噪聲干擾必須具備的3 3個要素（個要素（噪聲源、通道、接收

30、電路）噪聲源、通道、接收電路） 干擾噪聲的控制干擾噪聲的控制就是如何阻斷干擾的傳就是如何阻斷干擾的傳輸途徑和耦合通道。輸途徑和耦合通道。 檢測裝置的干擾噪聲控制方法常采用的檢測裝置的干擾噪聲控制方法常采用的有有屏蔽技術、接地技術、隔離技術、濾波屏蔽技術、接地技術、隔離技術、濾波器器等硬件抗干擾措施，以及等硬件抗干擾措施，以及冗余技術、陷冗余技術、陷阱技術阱技術等微機軟件抗干擾措施。對其它種等微機軟件抗干擾措施。對其它種類干擾可采用類干擾可采用隔熱、密封、隔振及蔽光隔熱、密封、隔振及蔽光等等措施，或在轉換為電量后對干擾進行措施，或在轉換為電量后對干擾進行分離分離或抑制或抑制。1. 屏蔽屏蔽 屏蔽

31、屏蔽就是用低電阻材料或磁性材料把元件、傳輸導線、電路就是用低電阻材料或磁性材料把元件、傳輸導線、電路及組合件包圍起來，以隔離內(nèi)外電磁或電場的相互干擾。及組合件包圍起來，以隔離內(nèi)外電磁或電場的相互干擾。屏蔽屏蔽電場屏蔽電場屏蔽電場屏蔽主要用來防止元件或電路間因電場屏蔽主要用來防止元件或電路間因 分布分布 電容耦合電容耦合形成的干擾。形成的干擾。磁場屏蔽磁場屏蔽主要用來消除元件或電路間因主要用來消除元件或電路間因磁場寄生耦合磁場寄生耦合 產(chǎn)生的產(chǎn)生的 干擾，磁場屏蔽的材料一般都選用干擾，磁場屏蔽的材料一般都選用 高磁導系數(shù)的磁高磁導系數(shù)的磁 性材料性材料電磁屏蔽電磁屏蔽電磁屏蔽主要用來防止電磁屏蔽

32、主要用來防止高頻磁場的干擾高頻磁場的干擾。 電磁屏蔽電磁屏蔽 的材料應選用導電率較高的材的材料應選用導電率較高的材 料，如銅、銀等，利用電磁場在屏蔽金屬料，如銅、銀等，利用電磁場在屏蔽金屬 內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)部產(chǎn)生渦流渦流而起屏蔽作用。而起屏蔽作用。 電磁屏蔽的屏蔽體可以電磁屏蔽的屏蔽體可以不不接地接地，但一般為防止分布電容的影，但一般為防止分布電容的影響，可以使電磁的屏蔽體接地，起到兼有電場屏蔽的作用。響，可以使電磁的屏蔽體接地，起到兼有電場屏蔽的作用。電電場屏蔽體場屏蔽體必須可靠接地必須可靠接地。各種靜電屏蔽各種靜電屏蔽 儀器設備的屏蔽儀器設備的屏蔽外殼必須接地外殼必須接地帶孔屏蔽板帶孔屏蔽板各種

33、靜電屏蔽（續(xù)）各種靜電屏蔽（續(xù)） 自制的自制的屏蔽屏蔽罩罩通風屏蔽窗通風屏蔽窗各種靜電屏蔽（續(xù)）各種靜電屏蔽（續(xù)） 開關電源采用帶孔的屏開關電源采用帶孔的屏蔽外殼，既可散熱，又蔽外殼，既可散熱，又可防止電磁干擾外泄可防止電磁干擾外泄屏蔽線屏蔽線 三絞扭屏蔽線三絞扭屏蔽線銅芯銅芯4對雙絞扭屏蔽線對雙絞扭屏蔽線（屏蔽層接地）（屏蔽層接地）聚氟乙烯聚氟乙烯絕緣層絕緣層銅線編織網(wǎng)銅線編織網(wǎng)（接地）（接地）低頻磁屏蔽低頻磁屏蔽 低頻磁屏蔽低頻磁屏蔽是用來隔離低頻（主要指是用來隔離低頻（主要指50Hz）磁）磁場和固定磁場（也稱靜磁場，其幅度、方向不隨時場和固定磁場（也稱靜磁場，其幅度、方向不隨時間變化，如

34、永久磁鐵產(chǎn)生的磁場）耦合干擾的有效間變化，如永久磁鐵產(chǎn)生的磁場）耦合干擾的有效措施。措施。靜電屏蔽線或靜電屏蔽盒對低頻磁場不起隔離靜電屏蔽線或靜電屏蔽盒對低頻磁場不起隔離作用。必須采用作用。必須采用高導磁材料高導磁材料作屏蔽層，以便讓低頻作屏蔽層，以便讓低頻干擾磁力線只從磁阻很小的磁屏蔽層上通過，使低干擾磁力線只從磁阻很小的磁屏蔽層上通過，使低頻磁屏蔽層內(nèi)部的電路免受低頻磁場耦合干擾的影頻磁屏蔽層內(nèi)部的電路免受低頻磁場耦合干擾的影響。有時還將屏蔽線穿在接地的鐵質(zhì)蛇皮管或普通響。有時還將屏蔽線穿在接地的鐵質(zhì)蛇皮管或普通鐵管內(nèi)，同時達到靜電屏蔽和低頻磁屏蔽的目的。鐵管內(nèi)，同時達到靜電屏蔽和低頻磁屏

35、蔽的目的。 低頻磁屏蔽舉例低頻磁屏蔽舉例 多數(shù)儀器的外殼采用導磁材料多數(shù)儀器的外殼采用導磁材料（例如：鐵質(zhì)機殼）作屏蔽層，讓（例如：鐵質(zhì)機殼）作屏蔽層，讓低頻干擾磁力線從磁阻很小的磁屏低頻干擾磁力線從磁阻很小的磁屏蔽層上通過，使受外殼保護的內(nèi)部蔽層上通過，使受外殼保護的內(nèi)部電路免受低頻磁場耦合干擾的影響。電路免受低頻磁場耦合干擾的影響。 如果將外殼接地，則同時達到如果將外殼接地，則同時達到靜電屏蔽和低頻磁屏蔽的目的。靜電屏蔽和低頻磁屏蔽的目的。 電磁屏蔽電磁屏蔽 電磁屏蔽電磁屏蔽是采用導電良好的是采用導電良好的金金屬材料屬材料做成屏蔽罩、屏蔽盒等做成屏蔽罩、屏蔽盒等不同不同的外形，將被保護的電

36、路包圍在其的外形，將被保護的電路包圍在其中。它屏蔽的干擾對象是中。它屏蔽的干擾對象是高頻高頻（40kHz以上）磁場以上）磁場。干擾源干擾源產(chǎn)生的高頻磁場遇到導產(chǎn)生的高頻磁場遇到導電良好的電良好的電磁屏蔽層電磁屏蔽層時，就在其外時，就在其外表面感應出同頻率的表面感應出同頻率的電渦流電渦流，從而，從而消耗了高頻干擾源磁場的能量。其消耗了高頻干擾源磁場的能量。其次，電渦流也將產(chǎn)生一個新的磁場，次，電渦流也將產(chǎn)生一個新的磁場，抵消了一部分干擾磁場的能量，從抵消了一部分干擾磁場的能量，從而使電磁屏蔽層內(nèi)部的而使電磁屏蔽層內(nèi)部的電路免受高電路免受高頻干擾磁場的影響。頻干擾磁場的影響。鍍銅鍍銅電磁屏蔽盒電磁

37、屏蔽盒軍用屏蔽帳篷軍用屏蔽帳篷幾種用導電纖維材料編織導電纖維材料編織而成的軍用電磁屏蔽器材而成的軍用電磁屏蔽器材 軍用軍用 電子方艙電子方艙屏蔽通信車屏蔽通信車防電磁波屏蔽圍裙防電磁波屏蔽圍裙幾種用幾種用導電纖維材料編織而成的電導電纖維材料編織而成的電磁屏蔽服磁屏蔽服輻射源輻射源防電磁波防電磁波屏蔽服裝屏蔽服裝防電磁波屏蔽防電磁波屏蔽圍裙的使用圍裙的使用屏蔽室屏蔽室 導電導電PVC地板地板 用于防靜電及用于防靜電及 底部底部屏蔽屏蔽干擾信號無法穿透干擾信號無法穿透鋼板屏蔽室鋼板屏蔽室2. 接地 電路或傳感器中的地指的是一個電路或傳感器中的地指的是一個等電位點等電位點，它是電路或傳感器的它是電路

38、或傳感器的基準電位點基準電位點，與基準電位，與基準電位點相連就是接地。點相連就是接地。 傳感器或電路接地，是為了清除電流流經(jīng)傳感器或電路接地，是為了清除電流流經(jīng)公共地線阻抗時產(chǎn)生的噪聲電壓，也可以避免公共地線阻抗時產(chǎn)生的噪聲電壓，也可以避免受磁場或地電位差的影響。把接地和屏蔽正確受磁場或地電位差的影響。把接地和屏蔽正確結合起來使用，就可抑制大部分的噪聲。結合起來使用，就可抑制大部分的噪聲。一點接地和多點接地一點接地和多點接地一般來說，系統(tǒng)內(nèi)印制電路板接地的基本原則是一般來說，系統(tǒng)內(nèi)印制電路板接地的基本原則是高頻電路高頻電路應就近多點接地，應就近多點接地，低頻電路低頻電路應一點接地。應一點接地。

39、因為在因為在低頻電路低頻電路中，布線和元件間的電感并不是大問題，中，布線和元件間的電感并不是大問題，而而公共阻抗耦合干擾公共阻抗耦合干擾的影響較大，因此，常以一點為接地點。的影響較大，因此，常以一點為接地點。高頻電路高頻電路中各地線電路形成的環(huán)路會產(chǎn)生中各地線電路形成的環(huán)路會產(chǎn)生電感耦合電感耦合，增加，增加了地線阻抗，同時各地線之間也會產(chǎn)生電感耦合。在高頻、了地線阻抗，同時各地線之間也會產(chǎn)生電感耦合。在高頻、超超高頻高頻時，尤其是當線長度等于時，尤其是當線長度等于1/41/4波長的奇數(shù)倍波長的奇數(shù)倍時，地線阻抗時，地線阻抗就會變得很高。這時的地線就變成了就會變得很高。這時的地線就變成了天線天線

40、，可以向外輻射噪聲，可以向外輻射噪聲信號。所以這時的地線長度應小于信號信號。所以這時的地線長度應小于信號波長的波長的l/2l/2，才能防止，才能防止輻射干擾，并降低地線阻抗。輻射干擾，并降低地線阻抗。 實驗證明，在超高頻時，地線長度應小于實驗證明，在超高頻時，地線長度應小于25mm25mm，并要求地，并要求地線鍍銀處理。線鍍銀處理。一般來說，頻率在一般來說，頻率在1MHz1MHz以下，可用以下，可用一點接地一點接地；而高于；而高于10MHz10MHz時，則應時，則應多點接地多點接地。在。在lMHz10MHzlMHz10MHz之間時，如果采用一點接地的之間時，如果采用一點接地的方式，其地線長度就

41、不要超過方式，其地線長度就不要超過波長的波長的1/201/20。否則，應采用多點接。否則，應采用多點接地的方式。地的方式。對于具體接地方式：對于具體接地方式： 一點接地有一點接地有放射式接地線路放射式接地線路和和母線式接地線路母線式接地線路方式。放射式方式。放射式接地線路就是接地線路就是電路中各功能電路的電路中各功能電路的“地地”直接用接地導線與零電直接用接地導線與零電位基準點連接位基準點連接；母線式接地線路是；母線式接地線路是采用具有一定截面積的優(yōu)質(zhì)導采用具有一定截面積的優(yōu)質(zhì)導電體作為接地母線，直接接至零電位點，電路中的各功能塊的電體作為接地母線，直接接至零電位點，電路中的各功能塊的“地地”，可就近接至該母線，可就近接至該母線上。上。而多點接地采用而多點接地采用平面式接地方式平面式接地方式，利用一個良好的導電平面，利用一個良好的導電平面體體( (如采用多層線路板中的一層如采用多層線路板中的一層) )接至零電位基準地上，各高頻電接至零電位基準地上，各高頻電路的路的“地地”就近接至該就近接至該“地平面地平面”。若電路中高低頻均有，可將。若電路中高低頻均有，可將上述接地方法組合使用。上述接地方法組合使用。1.單級電路的一點接地原則單級電路的一點接地原則 考慮到加考慮到加工工藝，在實工工藝，在實際的印制電路