常用的干擾抑制技術(shù)

1、 常用的干擾抑制技術(shù)傳感器與檢測技術(shù) 常用的干擾抑制技術(shù) 在檢測裝置中常用的干擾抑制技術(shù)，是要根據(jù)具體情況，對干擾加以認(rèn)真分析后，有針對性地正確地使用，才能得到滿意的效果。如高電平信號允許有較大的干擾；而信號電平越低，對干擾的限制也越嚴(yán)。在非電量的檢測技術(shù)中，動態(tài)慣量應(yīng)用日趨廣泛，所用的放大器、顯示器、記錄儀等的頻帶越來越寬，因此，這些裝置的抗干擾問題也日趨重要。目前常用的抗干擾措施主要有如下幾種。 1.1 屏蔽技術(shù) 利用銅或鋁等低阻材料制成的容器，將需要防護(hù)的部分包起來或者是用導(dǎo)磁性良好的鐵磁性材料制成的容器將要防護(hù)的部分包起來，此種方法主要是防止靜電或電磁干擾，稱之為屏蔽。 1. 靜電屏蔽

2、 在靜電場作用下，導(dǎo)體內(nèi)部無電力線，即各點(diǎn)等電位。靜電屏蔽就是利用了與大地相連接的導(dǎo)電性良好的金屬容器，使其內(nèi)部的電力線不外傳，同時(shí)也不使外部的電力線影響其內(nèi)部。 2.電磁屏蔽 電磁屏蔽是采用導(dǎo)電良好的金屬材料做成屏蔽層，利用高頻干擾電磁場在屏蔽體，內(nèi)產(chǎn)生渦流，再利用渦流消耗高頻干擾磁場的能量，從而削弱高頻電磁場的影響。若將電磁屏蔽層接地，則同時(shí)兼有靜電屏蔽的作用。 3.低頻磁屏蔽 在低頻磁場干擾下，采用高導(dǎo)磁材料作屏蔽層以便將干擾磁力線限制在磁阻很小的磁屏蔽體內(nèi)部，防止其干擾作用。 通常采用坡莫合金之類的對低頻磁通有高導(dǎo)磁系數(shù)的材料。同時(shí)要有一定的厚度，以減少磁阻。 4.驅(qū)動屏蔽 驅(qū)動屏蔽就

3、是使被屏蔽導(dǎo)體的電位與屏蔽導(dǎo)體的電位相等。其原理如下圖所示。若1：1電壓跟隨器是理想的，即在工作中導(dǎo)體B與屏蔽層D之間的絕緣電阻為無窮大，并且等電位。那么，在導(dǎo)體B與屏蔽層D之間的空間無電力線，各點(diǎn)等電位。這時(shí)，盡管導(dǎo)體B與屏蔽層D之間有寄生電容Cs2存在，但是，因B與D是等電位，故此寄生電容也不起作用。因此，驅(qū)動屏蔽能有效地抑制通過寄生電容的耦合干擾。1.2 接地技術(shù) 檢測裝置電路接地是為了如下目的：安全；對信號電壓有一個(gè)基準(zhǔn)電位；靜電屏蔽的需要。在這里主要研究用接地技術(shù)來抑制噪聲干擾。 1.接地線的種類 在檢測裝置中，主要有保護(hù)接地線、信號地線、信號源地線和交流電源地線等四種接地線，一般應(yīng)

4、分別設(shè)置，以消除各地線之間的相互干擾。 2.檢測裝置的接地系統(tǒng) 通常在檢測裝置中至少要有三種分開的地線，如下圖所示。若設(shè)備使用交流電源時(shí)，則交流電源地線應(yīng)和保護(hù)地線相連。圖中三條地線應(yīng)連在一起并通過一點(diǎn)接地。使用這種接地方式可以避免公共地線各點(diǎn)電位不均勻所產(chǎn)生的干擾。 為了使屏蔽在防護(hù)檢測裝置不受外界電場的電容性或電阻性漏電影響時(shí)充分發(fā)揮作用，應(yīng)將屏蔽線接到大地上。但是大地各處電位很不一致，如果一個(gè)測量系統(tǒng)在兩點(diǎn)接地，因兩接地點(diǎn)不易獲得同一電位，從而對兩點(diǎn)(多點(diǎn))接地電路造成干擾。這時(shí)地電位是裝置輸入端共模干擾電壓的主要來源。因此，對一個(gè)測量電路只能一點(diǎn)接地。 信號電路一點(diǎn)接地是消除因公共阻抗

5、耦合干擾的一種重要方法。 如下圖a所示的測量系統(tǒng)。當(dāng)Un=100mV，Rn=0.01，Rs=500，Rc1=Rc2=1KRi=10K時(shí)，代入公式 通過計(jì)算，則放大器輸入端的噪聲電壓Un為95mV。 為了解決上述問題，可采用一點(diǎn)接地，即保持信號源與地隔離，如下圖b所示。圖中ZGn=1M ，其他參數(shù)與圖a所示相同，代入公式計(jì)算得Un為0.095V。可見，比信號源直接接地時(shí)，干擾情況大有改善。 1.3 浮置 浮置又稱浮空、浮接，它指的檢測裝置的輸入信號放大器公共線陰p模擬信號地)不接機(jī)殼或大地。這種被浮置的檢測裝置的測量電路與機(jī)殼或大地之間無直流聯(lián)系，阻斷了干擾電路的通路，明顯地加大寧測量電路放大器

6、公共線與地(或機(jī)殼)之間的阻抗，因此浮置與接地相比能大大減小共模干擾電流。 1.4 平衡電路 平衡電路又稱對稱電路。它是指雙線電路中的兩根導(dǎo)線與連接到這兩根導(dǎo)線的所有電路，對地或?qū)ζ渌麑?dǎo)線電路結(jié)構(gòu)對稱，對應(yīng)阻抗相等。如電橋電路和差分放大器就屬于平衡電路。右圖是最簡單的平衡電路。由電路原理可求出在負(fù)載上產(chǎn)生的總電壓為式中前兩項(xiàng)表示噪聲電壓，第三項(xiàng)表示信號電壓。若電路對稱，則IN1=IN2，所以負(fù)載上噪聲電壓互相抵消掉。因此上式可簡化為 如果電路完全對稱，則負(fù)載上噪聲電壓為零。但實(shí)際上電路很難做到完全對稱，這時(shí)抑制噪聲的能力決定于電路的對稱性。 在一個(gè)不平衡系統(tǒng)中，電路的信號傳輸部分可用兩個(gè)變壓器

7、得到平衡，其原理如上圖所示。下圖a表示原不平衡系統(tǒng)，b表示接變壓器后構(gòu)成的平衡傳輸系統(tǒng)。因?yàn)殚L導(dǎo)線最容易檢拾噪聲；所以這種方法在噪聲抑制上是很有用的。同時(shí)，變壓器還能斷開任何地環(huán)路，因此消除了負(fù)載與信號源之間由于地電位差所造成的噪聲干擾。1.5 濾波 濾波器是一種只允許某頻帶信號通過或只阻止某一頻帶信號通過的電路，是抑制噪聲干擾最有效的手段之一。下面分別介紹在檢測設(shè)備中的各種濾波器。 1. 交流電源進(jìn)線對稱濾波器 任何使用交流電源的檢測裝置，噪聲經(jīng)電源線傳導(dǎo)耦合到測量電路中去，對檢測裝置工作造成干擾是最明顯的。為了抑制這種噪聲干擾，在交流電源進(jìn)線端子間加裝濾波器，后面的圖a為線間電壓濾波器、圖

8、b為線間電壓和對地電壓濾波器、圖c為簡化的線間電壓和對地電壓濾波器。這種高頻干擾電壓對稱濾波器，對于抑制中波段的高頻噪聲干擾是很有效的。右圖是低頻干擾電壓濾波電路。此電路對抑制因電源波形失真而含有較多高次諧波的干擾很有效。 2 直流電源輸出的濾波器 直流電源往往是檢測裝置幾個(gè)電路公用的。為了減弱經(jīng)公用電源內(nèi)阻在電路之間形成的噪聲耦合，對直流電源輸出需加高低頻成分的濾波器，如下圖所示。 3. 退耦濾波器 當(dāng)一個(gè)直流電源對幾個(gè)電路同時(shí)供電時(shí)，為了避免通過電源內(nèi)阻造成幾個(gè)電路之間互相于擾，應(yīng)在每個(gè)電路的直流電源進(jìn)線與地線之間加裝退耦濾波器。如下圖所示，其中圖a是R-C退耦濾波器、圖b是L-C退耦濾波

9、器的示意圖。應(yīng)注意，L-C濾波器有一個(gè)諧振頻率，其值為： 在這個(gè)諧振頻率fr上，經(jīng)濾波器傳輸過去的信號，比沒有濾波器時(shí)還要大。因此，必須將這個(gè)諧振頻率取在電路的通頻帶之外。在諧振頻率fr下，濾波器的增益與阻尼系數(shù)成反比。L-C濾波器的阻尼系數(shù) 式中，R是電感線圈的等效電阻。 為了把諧振時(shí)的增益限制在2dB以下，應(yīng)取0.5。對于一臺多級放大器，各放大級之間會通過電源的內(nèi)阻抗產(chǎn)生耦合干擾。因此，多級放大器的級間及供電必須進(jìn)行退耦濾波，可采用R-C退耦濾波器。由于電解電容在頻率較高時(shí)呈現(xiàn)電感特性，所以退耦電容常由兩個(gè)電容并聯(lián)組成。一個(gè)為電解電容，起低頻退耦作用；另一個(gè)為小容量的非電解電容，起高頻退耦

10、作用。 1.6 光耦合器 使用光耦合器切斷地環(huán)路電流干擾是十分有效的。其原理如下圖所示。由于兩個(gè)電路之間采用光束來耦合，所以能把兩個(gè)電路的地電位完全隔離開。這樣兩電路的地電位即使不同也不會造成干擾。光電耦合對數(shù)字電路很適用，但在模擬電路中，因其線性度較差而應(yīng)用較少。1.7 脈沖電路中的噪聲抑制 1.積分電路 下圖是積分電路消除干擾脈沖的原理圖。當(dāng)脈沖電路以脈沖前沿的相位作為信息傳輸時(shí)，通常用微分電路取出前沿相位。但是，這時(shí)如果有噪聲脈沖存在，其寬度即使很小也會出現(xiàn)在輸出中。如果再使用積分電路，由于脈沖寬度大的信號輸出大，而脈沖寬度小的噪聲脈沖輸出也小，所以能將噪聲干擾濾除掉。 2.脈沖干擾隔離門 可以用硅二極管的正向壓降對幅度較小的干擾脈沖加以阻擋，而讓幅度較大的脈沖信號順利通過。如下圖所示。電路中的二極管最好選用開關(guān)管。 3.相關(guān)量的利用 有脈沖干擾和信號的脈沖列，如下圖所示。此脈沖干擾幅值之高、時(shí)間之長都超過正常的脈沖信號，因此用上述方法是不能抑制的。