第六章信號的干擾及其抑制

第六章信號的干擾及其抑制本章內(nèi)容及要求主要內(nèi)容:介紹干擾的種類、傳輸途徑和抑制干擾的措施和方法。本章要求:了解各種干擾源及干擾源對信號產(chǎn)生干擾的機理；了解常見抑制干擾的措施和方法。第一節(jié)概述

一、干擾對測試裝置的影響

各種測試裝置普遍存在著干擾，嚴重的干擾甚至?xí)箿y試系統(tǒng)不能正常工作。

信號的干擾及其抑制

二、干擾的形成信號的干擾及其抑制

干擾源干擾通道受感器信號三、研究干擾問題的方法和步驟

弄清噪聲源弄清對干擾敏感的電路了解噪聲是如何傳輸和通過什么途徑傳輸?shù)摹?/p>

第二節(jié)干擾源

一、干擾的分類

按照干擾形成的原因分：

自然干擾人為干擾按照干擾源的位置來分：

外部干擾內(nèi)部干擾按照干擾原理分：

有電場干擾磁場干擾電磁場干擾按照干擾的波形特征分：

正弦型、脈沖型干擾穩(wěn)態(tài)型、瞬態(tài)型干擾周期型、非周期型干擾按照干擾的頻譜分：

有低頻、高頻干擾窄帶、寬帶干擾

二、外部干擾

1.自然干擾大氣層發(fā)生的自然現(xiàn)象所引起的干擾以及來自宇宙的電磁輻射干擾。

2.電氣設(shè)備干擾（對測試裝置正常工作的影響較為嚴重）

電氣設(shè)備所產(chǎn)生的干擾：放電干擾、工頻干擾、開關(guān)干擾及射頻干擾等。

電暈放電(如高壓輸電線);輝光放電(如熒光燈、霓紅燈、閘流管);弧光放電(如電焊);火花放電(如點火系統(tǒng)、電火花加工)。(1)放電干擾

(2)工頻干擾

供電設(shè)備和輸電線造成工頻干擾。

(3)射頻干擾

無線電廣播、電視、雷達通過天線發(fā)射強烈的電波，高頻加熱電器也會產(chǎn)生射頻輻射。

三、內(nèi)部干擾

內(nèi)部干擾：設(shè)備內(nèi)部由于設(shè)計不良或某些器件工作所形成的干擾。

內(nèi)部干擾長期干擾：溫差電勢、熱噪音、信號耦合、工頻紋波等。

瞬時干擾：轉(zhuǎn)接過程、微音干擾、壓電效應(yīng)等。第三節(jié)干擾耦合

一、電阻耦合

公共電源線和地線所存在的電阻，在電路間形成干擾。

導(dǎo)線存在電壓降，使各電路實際供電電壓以及接地電壓都受到其它電路電流的影響。

模擬系統(tǒng)和數(shù)字系統(tǒng)的公共接地線電阻產(chǎn)生干擾

即使Rcm很小，數(shù)字電流也會在其兩端形成較高電壓，使模擬系統(tǒng)的接地電壓不等于零。

消除電阻耦合的方法：

采用單點供電與單點接地。但在相當(dāng)多的電路中難免使用公共電源線和地線，此時應(yīng)盡量將公共線縮短、加粗。

二、容性（電場）耦合（干擾源為電壓形式）

干擾源電路

耦合電容由等效電路可得：

一般jωCZs<<1，忽略分母中jωCZs并取模，得：

由上式可得以下結(jié)論：頻率越高，干擾越大。干擾電壓Vs正比電路的輸入阻抗Zs。

與耦合電容C成正比。

減小電容耦合的方法：通常ω及Zs由設(shè)備的性能指標(biāo)所確定，因此減小耦合電容C是抑制干擾的必要措施。

三、

感性（磁場）耦合

兩個電路之間存在互感時，當(dāng)干擾源是以電源形式出現(xiàn)時，此電流所產(chǎn)生的磁場通過互感耦合對鄰近信號形成干擾。

由互感耦合在導(dǎo)線2上形成的感應(yīng)電壓為:干擾源耦合電感由上式可得以下結(jié)論：互感耦合干擾電壓與干擾源的頻率成正比。感應(yīng)電壓與互感量成正比。減小電感耦合的方法：減少互感量是抑制磁場耦合干擾的關(guān)鍵?；ジ辛颗c導(dǎo)線的尺寸、形狀、距離有關(guān)，在直流測量裝置中,布線時應(yīng)使直流控制線與交流動力線處于垂直方向。

第四節(jié)干擾抑制技術(shù)針對三要素采取措施：消除或抑制噪聲源；阻截干擾傳遞途徑；削弱接收電路對噪聲干擾的敏感性.

一、屏蔽技術(shù)

電磁屏蔽：用導(dǎo)電體或?qū)Т朋w做成外殼，將干擾源或信號電路罩起來，使電磁場的耦合受到很大的衰減。

（1）電場屏蔽

用導(dǎo)電性能良好金屬作屏蔽盒，干擾源被屏蔽起來，并將屏蔽罩接地。如果屏蔽罩不接地，其耦合干擾更為嚴重。如果干擾源不屏蔽，而將信號電路屏蔽，所得結(jié)果與上述屏蔽類似。

（2）磁場屏蔽

磁場屏蔽是為了抑制磁場的耦合干擾。隨著頻率的不同，其屏蔽原理和使用的屏蔽材料也不同。

低頻磁場屏蔽

用具有高導(dǎo)磁率的鐵磁材料將干擾源屏蔽起來，使干擾源產(chǎn)生的磁通被引導(dǎo)至鐵磁材料中，而不與被干擾電路交連。注：屏蔽罩應(yīng)有足夠的厚度高頻磁場屏蔽

高頻磁場屏蔽是利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象在屏蔽殼體表面所產(chǎn)生的渦流的反磁場來達到其目的。因此，希望屏蔽體上形成的渦流越大越好。

屏蔽材料采用良導(dǎo)體。由于高頻集膚效應(yīng)，渦流僅在屏蔽盒表面薄層流通，高頻屏蔽盒無需做得很厚。對于屏蔽導(dǎo)線，通常采用多股線編織網(wǎng)，多股線在相同體積下有更大的表面積。

高頻磁場屏蔽

高頻磁場屏蔽是利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象在屏蔽殼體表面所產(chǎn)生的渦流的反磁場來達到其目的。因此，希望屏蔽體上形成的渦流越大越好。

屏蔽材料采用良導(dǎo)體。由于高頻集膚效應(yīng)，渦流僅在屏蔽盒表面薄層流通，高頻屏蔽盒無需做得很厚。對于屏蔽導(dǎo)線，通常采用多股線編織網(wǎng)，多股線在相同體積下有更大的表面積。

二、接地技術(shù)1．安全接地為了人身和設(shè)備的安全，電子設(shè)備的機殼、底座都應(yīng)接大地。2．信號接地信號接地是指各信號的公共參考電位線。以直流電源的正極線或負極線作為信號地線。信號接地的三種形式

共用地線串聯(lián)一點接地

從抑制電阻耦合角度看，這種接地方式最不可取，尤其是強電流電路對弱信號電路干擾更為嚴重。采用這種接地方式時，應(yīng)把弱信號電路放在接地點最近處。

獨立地線并聯(lián)一點接地

可避免電阻耦合干擾，最適用于低頻

存在問題：布線復(fù)雜，接地線長而多，由于存在分布電感與分布電容，隨著頻率升高，地線間的感性耦合、容性耦合越趨嚴重，并且長線也會成為輻射干擾信號的天線，因此不適用于高頻。

多點接地方式

適用高頻段。在多點接地時，地線常用導(dǎo)電線連成網(wǎng)（或是一塊金屬網(wǎng)板），各電路單元分別以最短連線接地，以降低接地阻抗。

3、電纜屏蔽層的接地

當(dāng)放大器與傳感器距離較遠時，信號傳輸線都要采用屏蔽導(dǎo)線，并且屏蔽層應(yīng)接地，以防止外界干擾。

三．隔離技術(shù)

1．隔離變壓器

采用隔離變壓器可以阻隔地環(huán)路電流。

圖1地環(huán)路干擾

圖2變壓器阻隔地環(huán)

2．光電耦合

采用光電耦合可以截斷兩電路之間的地環(huán)路。在數(shù)字電路中普遍采用。

3．隔離放大器

在模擬系統(tǒng)前端用浮地的隔離放大器能避免形成地環(huán)路。隔離放大器使輸入電路、輸出電路、電源電路三者無公共地線。第六節(jié)負載效應(yīng)

被測對象傳感器信號調(diào)理顯示記錄負載效應(yīng):在兩個測量環(huán)節(jié)串聯(lián)時，由于阻抗配合的不同對信號傳遞造成的干擾。干擾一、負載效應(yīng)的一般關(guān)系

電功率=電壓×電流機械功率=力(扭矩)×速度(角速度)勢變量

流變量

廣義阻抗：

研究負載效應(yīng)要解決的問題:

在達到信號（勢變量或流變量）有效地傳遞的同時，后一個環(huán)節(jié)（儀器）從前一環(huán)節(jié)（儀器）吸取的能量盡量小。

1．靜態(tài)負載效應(yīng)

例：用一個直流電壓表測量直流電壓，電壓（被測電壓）為Eg。（a）被測系統(tǒng)

（b）電壓表

電壓表實際的輸入電壓：

當(dāng)Ri>>Rg時，可認為Ei=Eg,使測量誤差盡量小。

在靜態(tài)的勢變量測量中，有兩個測量環(huán)節(jié)相串聯(lián)：信號在兩個環(huán)節(jié)間的傳遞

從上例推廣得：設(shè)A、B環(huán)節(jié)的靜態(tài)靈敏度分別為S1和S2，整個系統(tǒng)的輸入為x，輸出為y，可得：

傳遞環(huán)節(jié)的靈敏度

系統(tǒng)的總靈敏度

例：電流表測電流。被測系統(tǒng)中的電流為Ig。

接入電流表后，流經(jīng)電流表的電流為：

靜態(tài)流變量檢測的串接系統(tǒng)中有：

2．動態(tài)負載效應(yīng)

阻抗Z以及輸入x和輸出y表示成頻率的函數(shù)。B環(huán)節(jié)與A環(huán)節(jié)串接時，對勢變量傳遞的影響程度為：傳遞環(huán)節(jié)的頻率響應(yīng)函數(shù)為：總頻率響應(yīng)函數(shù)：注：串接的各環(huán)節(jié)的頻率響應(yīng)函數(shù)應(yīng)滿足不失真的條件，同時要求HT(jω)在被傳遞的信號的頻帶范圍內(nèi)，也滿足不失真的條件。二、幾種阻抗配合的負載效應(yīng)1．Zg(jω)和Zi(jω)均為純電阻Zg(jω)=Rg，Zi(jω)=Ri，則傳遞環(huán)節(jié)的頻率響應(yīng)函數(shù)為幅頻特性和相頻特性為

純電阻配合時假想環(huán)節(jié)的頻率響應(yīng)函數(shù)這種阻抗配合的形式，其測量結(jié)果并不會產(chǎn)生波形失真，只是信號的幅值有變化。幅值誤差

在測量單頻信號時，若忽視了阻抗配合的影響，將會造成幅值誤差。Ri/Rg愈大，其幅值誤差愈小。

2．Zg(jω)