英才學(xué)院傳感器與檢測技術(shù)教案第7章傳感器與檢測系統(tǒng)的干擾抑制技術(shù)

1、PAGE 二第7章 傳感器與檢測系統(tǒng)的干擾抑制技術(shù) 教學(xué)要求1了解噪聲干擾的來源及噪聲的耦合方式。2掌握噪聲的干擾模式。3掌握硬件和軟件抗干擾技術(shù)。教學(xué)課時 8學(xué)時教學(xué)內(nèi)容:7.1 噪聲干擾的形成 一、干擾與噪聲 噪聲：任何不希望有的信號，即在有用頻帶內(nèi)的任何不希望出現(xiàn)的干擾。 干擾的來源：系統(tǒng)內(nèi)部干擾；系統(tǒng)外部的干擾 形成干擾的三個條件：干擾源、干擾的耦合通道（耦合方式）、干擾的接收電路。 干擾的耦合方式包括電容性耦合（電路的寄生電容）、互感性耦合、公共地線的耦合、漏電耦合、輻射電磁場耦合等。 信噪比：信號通路中，有用信號功率PS與噪聲功率PN之比，通常用S/N表示，即 在測量過程中應(yīng)盡量提

2、高信噪比，以減少噪聲對測量結(jié)果的影響。 7.1.1噪聲源1機(jī)械干擾 機(jī)械干擾是指機(jī)械振動或沖擊使電子檢測裝置中的元件發(fā)生振動，改變了系統(tǒng)的電氣參數(shù)，造成可逆或不可逆的影響。 2濕度及化學(xué)干擾 當(dāng)環(huán)境相對濕度增加時，物體表面就會附著一層水膜，并滲入材料內(nèi)部，降低了絕緣強(qiáng)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)生原電池電化學(xué)干擾電壓；在較高的溫度下，潮濕還會促使霉菌的生長，并引起有機(jī)材料的霉?fàn)€。3固有噪聲干擾 在電路中，電子元件本身產(chǎn)生的、具有隨機(jī)性、寬頻帶的噪聲稱為固有噪聲。最重要的固有噪聲源是電阻熱噪聲、半導(dǎo)體散粒噪聲和接觸噪聲等。固有噪聲可以從喇叭或耳機(jī)中反映出來，但

3、更多的時候是反映在輸出電壓的無規(guī)律跳變上。4電、磁噪聲干擾 電磁干擾源分為兩大類：自然界干擾源和人為干擾源，后者是檢測系統(tǒng)的主要干擾源。 （1）自然界干擾源包括地球外層空間的宇宙射電噪聲、太陽耀斑輻射噪聲以及大氣層的天電噪聲。后者的能量頻譜主要集中在30MHz以下，對檢測系統(tǒng)的影響較大。（2）人為干擾源又可分為有意發(fā)射干擾源和無意發(fā)射干擾源。7.1.2噪聲的耦合方式 噪聲要引起干擾必須通過一定的耦合通道或傳輸途徑才能對檢測裝置的正常工作造成不良的影響。常見的干擾耦合方式主要有靜電耦合、電磁耦合、共阻抗耦合和漏電流耦合。 1靜電耦合 2電磁耦合3阻抗耦合4漏電流耦合7.1.3噪聲的干擾模式1差模

4、干擾：當(dāng)系統(tǒng)兩個輸入端出現(xiàn)很難避免的不平衡時, 共模電壓的一部分將轉(zhuǎn)換為串模干擾2共模干擾：如果干擾源對兩根信號傳輸線的干擾大小相等、相位相同, 就屬于共模干擾。7.2 硬件抗干擾技術(shù) 7.2.1接地技術(shù) 接地起源于強(qiáng)電技術(shù)，它的本意是接大地，主要著眼于安全。這種地線也稱為“保安地線” 。它的接地電阻值必須小于規(guī)定的數(shù)值。對于儀器、通訊、計算機(jī)等電子技術(shù)來說，“地線”多是指電信號的基準(zhǔn)電位，也稱為“公共參考端”，它除了作為各級電路的電流通道之外，還是保證電路工作穩(wěn)定、抑制干擾的重要環(huán)節(jié)。它可以接大地，也可以與大地隔絕。檢測系統(tǒng)中地線的種類：（1）信號地：指傳感器本身的零電位基準(zhǔn)線。傳感器可看作

5、是測量裝置的信號源，多數(shù)情況下信號較為微弱，通常傳感器安裝在生產(chǎn)設(shè)備現(xiàn)場，而測量裝置設(shè)在離現(xiàn)場一定距離的控制室內(nèi)，從測量裝置的角度看，可以認(rèn)為傳感器的公共參考端就是信號源地線，它必須與測量裝置進(jìn)行正確的連接才能提高整個檢測系統(tǒng)的抗干擾能力。 （2）模擬地：模擬信號的參考點(diǎn)。因?yàn)槟M信號電壓多數(shù)情況下均較弱、易受干擾，易形成級間不希望的反饋，所以模擬信號地線的橫截面積應(yīng)盡量大些。 （3）數(shù)字地：數(shù)字信號的參考點(diǎn)。由于數(shù)字信號處于脈沖工作狀態(tài)，動態(tài)脈沖電流在接地阻抗上產(chǎn)生的壓降往往成為微弱模擬信號的干擾源，為了避免數(shù)字信號對模擬信號的干擾，兩者的地線應(yīng)分別設(shè)置為宜，否則會嚴(yán)重干擾模擬信號的測量結(jié)果

6、。 （4）負(fù)載地：指大功率負(fù)載或感生負(fù)載的地線。負(fù)載的電流一般都比前級信號電流大得多，負(fù)載地線上的電流有可能干擾前級微弱的信號，因此負(fù)載地線必須與其他信號地線分開。例如，若誤將喇叭的負(fù)極（接地線）與擴(kuò)音機(jī)話筒的屏蔽線碰在一起，就相當(dāng)于負(fù)載地線與信號地線合并，可能引起嘯叫。又如當(dāng)負(fù)載是繼電器時，繼電器觸點(diǎn)閉合和斷開的瞬間經(jīng)常產(chǎn)生電火花，容易反饋到前級，造成干擾，因此應(yīng)正確連接。 （5）系統(tǒng)地：整個系統(tǒng)的統(tǒng)一參考電位，該點(diǎn)稱為系統(tǒng)地。以上5種類型的地線，接地方式有兩種：單點(diǎn)接地：有串聯(lián)接地和并聯(lián)接地兩種，主要用于低頻系統(tǒng)。多點(diǎn)接地：高頻系統(tǒng)中，通常采用多點(diǎn)接地方式，各個電路或元件的地線以最短的距離

7、就近連到地線匯流排上。7.2.2屏蔽技術(shù)利用金屬材料制成容器，將需要防護(hù)的電路包圍在其中，可以防止電場或磁場耦合干擾的方法稱為屏蔽。屏蔽可分為靜電屏蔽、低頻磁屏蔽、驅(qū)動屏蔽和電磁屏蔽等幾種。根據(jù)不同的對象，使用不同的屏蔽方式。1靜電屏蔽：能防止靜電場的影響，可以消除或削弱兩電路之間由于寄生分布電容耦合而產(chǎn)生的干擾。 2電磁屏蔽：采用導(dǎo)電性能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。3低頻磁屏蔽：電磁屏蔽對低頻磁場干擾的屏蔽效果很差，對低頻磁場的屏蔽，要用導(dǎo)磁材料做屏蔽層，將干擾磁通限制在磁阻很小的磁屏蔽體內(nèi)部，防

8、止其干擾。4驅(qū)動屏蔽：就是使被屏蔽導(dǎo)體的電位與屏蔽導(dǎo)體的電位相等，能有效抑制通過寄生電容的耦合干擾。7.2.3濾波技術(shù)濾波器是一種允許某一頻帶信號通過，而阻止另一些頻帶通過的電子電路。濾波就是保持需要的頻率成分的振幅不變，盡量減小不必要的頻率成分振幅的一種信號處理方法。濾波器分為低通濾波器和高通濾波器。1低通濾波器2高通濾波器7.3 軟件抗干擾技術(shù)7.3.1 數(shù)字濾波 數(shù)字濾波由軟件算法實(shí)現(xiàn)，不需要增加硬件設(shè)備，只要在程序進(jìn)入控制算法之前，附加一段數(shù)字濾波程序。1中位值法2平均值法3限幅濾波7.3.2 軟件冗余技術(shù) 進(jìn)行軟件設(shè)計時要考慮到萬一程序“跑飛”，應(yīng)讓其自動恢復(fù)到正常狀態(tài)下運(yùn)行，冗余技術(shù)是常用的方法。常用的冗余技術(shù)主要有指令冗余技術(shù)、數(shù)據(jù)和程序冗余技術(shù)。7.3.3 軟件陷阱技術(shù)當(dāng)亂飛程序進(jìn)入非程序區(qū)或表格區(qū)時，采用冗余指令使程序入軌條件便不滿足，此時可設(shè)定軟件陷阱。軟件陷阱，就是用引導(dǎo)指令強(qiáng)行將捕獲到的亂飛程序引向復(fù)位入口地址0000H，在此處將程序轉(zhuǎn)向?qū)ｉT對程序出錯進(jìn)行處理的程序，使程序納入正軌。7.3.4 “看門狗”技