檢測(cè)裝置的干擾抑制技術(shù)

檢測(cè)裝置的

干擾抑制技術(shù)2024/2/1711.2電磁干擾概述211.1干擾的產(chǎn)生和來(lái)源111.3差模干擾和共模干擾3目錄11.4抗干擾的措施411.5抗干擾措施的設(shè)計(jì)52024/2/17知識(shí)目標(biāo)：（1）了解干擾的產(chǎn)生和來(lái)源，不同干擾信號(hào)的概念和特點(diǎn)。

（2）掌握抗干擾的各種技術(shù)。（3）熟悉抗干擾措施的設(shè)計(jì)。教學(xué)目標(biāo)技能目標(biāo)：（1）能夠根據(jù)信號(hào)要求選擇合適的信號(hào)放大器。（2）掌握信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)組成及維護(hù)使用能力。2024/2/17情感目標(biāo)：（1）養(yǎng)成良好的工作責(zé)任心、堅(jiān)強(qiáng)的意志力和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)。（2）具有工作與學(xué)習(xí)良好的交流與團(tuán)隊(duì)合作能力

。教學(xué)重難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：抗干擾的措施。教學(xué)難點(diǎn)：抗干擾的措施。2024/2/17檢測(cè)裝置的使用過(guò)程中，由于工作環(huán)境的惡劣與復(fù)雜因素，各種各樣的干擾通過(guò)某些耦合方式進(jìn)入檢測(cè)系統(tǒng)，會(huì)影響檢測(cè)裝置的測(cè)量精度，嚴(yán)重時(shí)甚至使檢測(cè)系統(tǒng)不能正常工作，這就要求設(shè)計(jì)檢測(cè)裝置的電路和設(shè)計(jì)成套檢測(cè)裝置時(shí)需采取必要的抗干擾措施，安裝檢測(cè)裝置時(shí)必須消除各種干擾，保證檢測(cè)裝置的測(cè)量精度。2024/2/1711.1干擾的產(chǎn)生和來(lái)源11.1.1干擾和噪聲的概念1.干擾影響檢測(cè)系統(tǒng)正常工作的各種內(nèi)部和外部因素的總和稱為干擾。形成干擾必須有三個(gè)條件：干擾源、受干擾體和干擾傳播途徑。圖11-1干擾形成的示意圖2024/2/17（1）傳感器發(fā)送指令時(shí)，電機(jī)出現(xiàn)無(wú)規(guī)則的轉(zhuǎn)動(dòng)。（2）傳感器無(wú)信號(hào)時(shí)，顯示傳感器控制功能的數(shù)字顯示表數(shù)值亂跳。（3）傳感器工作時(shí)，它的輸出值與實(shí)際參數(shù)所對(duì)應(yīng)的信號(hào)值不相符，且誤差值是隨機(jī)的、無(wú)規(guī)律的。（4）當(dāng)被測(cè)參數(shù)穩(wěn)定的情況下，傳感器輸出的數(shù)值與被測(cè)參數(shù)所對(duì)應(yīng)的信號(hào)數(shù)值的差值為一穩(wěn)定或呈周期性變化的值。（5）與交流伺服系統(tǒng)共用同一電源的設(shè)備（如顯示器等）工作不正常。傳感器在應(yīng)用中常會(huì)遇到以下幾種干擾現(xiàn)象：2024/2/172.噪聲噪聲對(duì)檢測(cè)裝置的影響必須與有用信號(hào)共同分析才有意義。衡量噪聲對(duì)有用信號(hào)的影響常用信噪比（S/N）來(lái)表示，它是指在信號(hào)通道中，有用信號(hào)功率PS與噪聲功率PN之比，或有用信號(hào)電壓US與噪聲電壓UN之比。信噪比常用對(duì)數(shù)形式來(lái)表示，單位為dB，即S/N=10lg（PS/PN

）=20lg（US/UN

）（dB）在測(cè)量過(guò)程中應(yīng)盡量提高信噪比，以減少噪聲對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。2024/2/17在擴(kuò)音機(jī)輸入端測(cè)得：話筒輸出的做報(bào)告者聲音的平均電壓為50mV，50Hz干擾“嗡嗡”聲的電壓為0.5mV，求信噪比。解：S/N=20lg（50/0.5）dB=40dB

又問(wèn)：當(dāng)S/N分別為20dB、0dB、-20dB時(shí)，說(shuō)明做報(bào)告者聲音與干擾聲音之間各為什么關(guān)系？信噪比（S/N）的計(jì)算舉例2024/2/173.干擾與噪聲的關(guān)系（1）噪聲是絕對(duì)的，它的產(chǎn)生或存在不受接收者的影響，與有用信號(hào)無(wú)關(guān)。干擾是相對(duì)有用信號(hào)而言的，只有噪聲達(dá)到一定數(shù)值，與有用信號(hào)一起進(jìn)入智能儀器并影響正常工作才能形成干擾。（2）噪聲與干擾互為因果關(guān)系，噪聲是干擾之因，干擾是噪聲之果，它們之間是一個(gè)從量變到質(zhì)變的過(guò)程。（3）干擾在滿足一定條件時(shí)，可以消除。噪聲在一般情況下難以消除，只能減弱。2024/2/17干擾外部干擾內(nèi)部干擾射線輻射干擾溫度干擾化學(xué)干擾濕度干擾機(jī)械干擾光干擾電磁干擾電源電路干擾元件干擾負(fù)載回路干擾信號(hào)通道干擾數(shù)字電路干擾11.1.2干擾的來(lái)源2024/2/171）機(jī)械干擾

橡膠海綿軟墊橡膠墊腳及彈簧機(jī)械干擾是指機(jī)械振動(dòng)或沖擊使電子檢測(cè)裝置中的元件發(fā)生振動(dòng)，改變了系統(tǒng)的電氣參數(shù)，造成可逆或不可逆的影響。對(duì)機(jī)械干擾，可選用專用減振彈簧-橡膠墊腳或吸振橡膠海綿墊來(lái)降低系統(tǒng)的諧振頻率，吸收振動(dòng)的能量，從而減小系統(tǒng)的振幅。2024/2/17（a）用減振彈簧和橡膠墊腳（可移動(dòng)方式）(b）用吸振橡膠墊吸收振動(dòng)能量（永久固定方式）圖11-4常用的減振方法2024/2/172）濕度干擾用絕緣漆浸漬過(guò)的控制變壓器浸漆可防止水分進(jìn)入線圈內(nèi)部當(dāng)環(huán)境相對(duì)濕度增加時(shí)，物體表面就會(huì)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(huì)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(huì)促使霉菌的生長(zhǎng)，并引起有機(jī)材料的霉?fàn)€。3）化學(xué)干擾某些化學(xué)物品如酸、堿、鹽、各種腐蝕性氣體以及沿海地區(qū)由海風(fēng)帶到岸上的鹽霧也會(huì)造成與潮濕類似的漏電腐蝕現(xiàn)象，必須采取以下措施來(lái)加以保護(hù)：浸漆、密封、定期通電加熱驅(qū)潮等。2024/2/17儀器設(shè)備的防潮試驗(yàn)噴淋試驗(yàn)2024/2/17“步入式”恒溫恒濕房（參考江蘇省計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究所資料）

體積：25m3

，溫度調(diào)節(jié)范圍：（-40～+80）℃，濕度調(diào)節(jié)范圍：（30～90）%RH

可用于進(jìn)行大型儀器設(shè)備的高低溫、恒定濕熱、交變濕熱試驗(yàn)。2024/2/174）溫度干擾

熱量，特別是溫度波動(dòng)以及不均勻的溫度場(chǎng)對(duì)檢測(cè)裝置的干擾主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：元件參數(shù)的變化（溫漂）、接觸熱電勢(shì)干擾、元器件長(zhǎng)期在高溫下工作時(shí)，引起壽命和耐壓等級(jí)降低等。2024/2/17散熱實(shí)例

散熱風(fēng)扇2024/2/175）射線輻射干擾檢測(cè)系統(tǒng)所在空間的射線會(huì)使氣體電離、半導(dǎo)體激發(fā)出電子—空穴對(duì)、金屬逸出電子等，從而影響到檢測(cè)系統(tǒng)的正常工作。2024/2/176）電磁噪聲干擾

電磁波可以通過(guò)電網(wǎng)以及直接輻射的形式傳播到離這些噪聲源很遠(yuǎn)的檢測(cè)裝置中。在工頻輸電線附近也存在強(qiáng)大的交變電場(chǎng)，在強(qiáng)電流輸電線附近存在干擾磁場(chǎng)，他們將對(duì)十分靈敏的檢測(cè)裝置造成干擾。由于這些干擾源功率強(qiáng)大，要消除他們的影響較為困難，必須采取多種措施來(lái)防護(hù)。電磁干擾（1）靜電感應(yīng)。（2）電磁感應(yīng)。（3）漏電流感應(yīng)。

2024/2/177）光干擾在傳感器裝置中人們廣泛使用著各種半導(dǎo)體元件，但是半導(dǎo)體材料在光線的作用下會(huì)激發(fā)出電子—空穴對(duì)，使半導(dǎo)體元件產(chǎn)生電勢(shì)或引起其阻值的變化，從而影響檢測(cè)系統(tǒng)正常工作。因此，半導(dǎo)體元件應(yīng)封裝在不透光的殼體內(nèi)，對(duì)于具有光敏作用的元件，尤其應(yīng)注意光的屏蔽問(wèn)題。2024/2/17

1）元件干擾

2.內(nèi)部干擾

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件選擇不當(dāng)、材質(zhì)不對(duì)、型號(hào)有誤、焊接虛脫和接觸不良時(shí)，就可能成為電路中最易被忽視的干擾源。2024/2/17（1）電阻電阻器產(chǎn)生干擾的直接原因是：電阻工作在額定功率的一半以上，產(chǎn)生熱噪聲；電阻材質(zhì)較差，產(chǎn)生電流噪聲；電位器因觸點(diǎn)移動(dòng)產(chǎn)生的滑動(dòng)噪聲；電阻器在交流信號(hào)的一定頻率下會(huì)呈現(xiàn)電感或電容特性。2024/2/17（2）電容器電容器在電路中產(chǎn)生干擾的原因主要有：①選型錯(cuò)誤。對(duì)用于低頻電路、高頻電路、濾波電路以及作為退耦的電容，沒(méi)有根據(jù)電路的要求合理選擇型號(hào)。②忽視電容器的精度。在大多數(shù)場(chǎng)合，對(duì)電容器的電容值并不要求很精確，但在振蕩電路、時(shí)間型電路及音調(diào)控制電路中，電容器的電容值需要非常精確。③忽視電容器的等效電感。④忽略電容器的使用環(huán)境溫度和濕度。2024/2/17（3）電感電感器產(chǎn)生干擾的主要原因是忽視了電感線圈的分布電容(線匝之間、線圈與地之間、線圈與屏蔽殼之間以及線圈中每層之間)。2024/2/17（4）信號(hào)連接器接插件產(chǎn)生干擾的原因主要有：①接觸不良，增加了接觸阻抗。②缺乏屏蔽手段，引入電磁干擾。③接插件相鄰兩腳的分布電容過(guò)大。④接插件的插頭與插座之間缺乏固定連接措施。⑤接插件的材質(zhì)欠佳，造成接插件阻抗過(guò)大等。2024/2/172）電源電路干擾

對(duì)于檢測(cè)系統(tǒng)，電源電路是引入外界干擾的內(nèi)部主要環(huán)節(jié)。導(dǎo)致電源電路產(chǎn)生干擾的因素有（1）供給該系統(tǒng)的供電線纜上可能有大功率電器的頻繁啟動(dòng)、停機(jī)。（2）具有容抗或感抗負(fù)載的電器運(yùn)行時(shí)對(duì)電網(wǎng)的能量回饋。（3）通過(guò)變壓器的初級(jí)、次級(jí)線圈之間的分布電容串入的電磁干擾等。以上原因都可能使電源產(chǎn)生過(guò)壓、欠壓、浪涌、下陷及尖峰等現(xiàn)象。這些電壓噪聲均可通過(guò)電源的內(nèi)阻耦合到檢測(cè)系統(tǒng)內(nèi)部的電路，從而對(duì)系統(tǒng)造成極大的危害。2024/2/173）信號(hào)通道干擾

一般把檢測(cè)系統(tǒng)中各種信號(hào)流過(guò)的回路稱為信號(hào)通道。在進(jìn)行檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，信號(hào)通道的干擾不可忽視。2024/2/174）負(fù)載回路干擾

繼電器、電磁閥以及一些電力電子器件等，對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)的干擾是不可忽視的。繼電器與電磁閥均是開(kāi)關(guān)型動(dòng)作的執(zhí)行元件，是用來(lái)完成控制任務(wù)的，它們的觸點(diǎn)在斷開(kāi)時(shí)，會(huì)引起放電和電弧干擾；它們的觸點(diǎn)在閉合時(shí)，由于觸點(diǎn)的機(jī)械抖動(dòng)，會(huì)形成脈沖序列干擾。2024/2/17應(yīng)用晶閘管時(shí)所產(chǎn)生的干擾有：

（1）晶閘管整流裝置是電源的非線性負(fù)載，它使電源電流中含有許多高次諧波，使電源的端電壓波形產(chǎn)生畸變，影響儀表的正常工作。（2）采用晶閘管進(jìn)行相位控制會(huì)增加電源電流的無(wú)功分量，降低電源電壓，使之在相位調(diào)節(jié)時(shí)出現(xiàn)電源電壓波動(dòng)。（3）晶閘管作為大功率開(kāi)關(guān)元件，在觸發(fā)導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)電流變化劇烈，使干擾通過(guò)電源線和空間傳播，影響周圍的儀表正常工作。2024/2/175）數(shù)字電路干擾

數(shù)字電路基本上以導(dǎo)通或截止方式運(yùn)行，工作速率較高，對(duì)供電電路會(huì)產(chǎn)生高頻浪涌電流，對(duì)于高速采樣與信道切換等高速開(kāi)關(guān)狀態(tài)電路，會(huì)形成較大的干擾，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)工作不正常。2024/2/17圖11-7常見(jiàn)的電磁干擾電磁干擾主要是指任何可能引起裝置、設(shè)備或系統(tǒng)性能降低的電磁現(xiàn)象。它是干擾電纜信號(hào)并降低信號(hào)完好性的電子噪音，通常是由電磁輻射發(fā)生源（如馬達(dá)和機(jī)器）產(chǎn)生的11.2.1電磁干擾的概念

11.2電磁干擾概述2024/2/171.按電磁傳播途徑分類可分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種。11.2.2電磁干擾的分類1）傳導(dǎo)干擾傳導(dǎo)干擾是指通過(guò)電路耦合的干擾。例如，導(dǎo)線傳輸、電容耦合和電感耦合。2）輻射干擾輻射干擾是指通過(guò)空間傳輸?shù)母蓴_。2024/2/172.按電磁干擾的來(lái)源分類

可分為自然界干擾和人為干擾兩種。1）自然界干擾自然界干擾包括地球外層空間的宇宙射電噪聲、太陽(yáng)耀斑輻射噪聲以及大氣層的天電噪聲。2）人為干擾 人為干擾可分為有意發(fā)射干擾和無(wú)意發(fā)射干擾。由于能量頻譜主要集中在30MHz以下，因而對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)的影響較大。2024/2/17自然界干擾源和人為干擾源X光機(jī)產(chǎn)生大功率高頻干擾

閃電產(chǎn)生電磁場(chǎng)干擾2024/2/17自然界干擾源和人為干擾源雷達(dá)會(huì)產(chǎn)生大功率高頻干擾

變電站會(huì)產(chǎn)生50Hz的高次諧波干擾以及電暈放電干擾2024/2/17電吹風(fēng)機(jī)干擾電視機(jī)的演示

電吹風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的電磁波干擾以兩種途徑到達(dá)電視機(jī)：一是通過(guò)共用的電源插座，二是以空間電磁場(chǎng)傳輸?shù)姆绞接呻娨暀C(jī)的天線接收。應(yīng)設(shè)法切斷這些干擾途徑。2024/2/173.按信號(hào)的功能分類

可分為功能性電磁干擾和非功能性電磁干擾兩種。1）功能性電磁干擾功能性電磁干擾是指設(shè)備正常工作時(shí)產(chǎn)生的信號(hào)對(duì)其他設(shè)備的干擾。2）非功能性電磁干擾非功能性電磁干擾是指無(wú)用的電磁泄漏產(chǎn)生的干擾。4.按場(chǎng)的性質(zhì)分類按場(chǎng)的性質(zhì)可分為電場(chǎng)干擾和磁場(chǎng)干擾。2024/2/175.按電磁干擾的特性分類可分為頻率干擾、波形干擾、帶寬干擾和周期干擾四種。（1）頻率干擾。（2）波形干擾。（3）帶寬干擾。（4）周期干擾。2024/2/171.產(chǎn)生電磁干擾的三要素產(chǎn)生電磁干擾的三要素包括電磁干擾源接收載體電磁干擾信號(hào)耦合的通道。11.2.3電磁干擾的產(chǎn)生

2024/2/171）電磁干擾源產(chǎn)生電磁干擾信號(hào)的設(shè)備稱為電磁干擾源，如變壓器、繼電器、微波設(shè)備、電動(dòng)機(jī)、無(wú)繩電話和高壓電線等都可以產(chǎn)生電磁干擾信號(hào)。2）接收載體對(duì)電磁干擾敏感的儀器設(shè)備稱為接收載體。產(chǎn)生干擾時(shí)，往往是接收載體的某個(gè)環(huán)節(jié)吸收了干擾信號(hào)，該干擾信號(hào)轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)的電氣參數(shù)，進(jìn)而對(duì)系統(tǒng)的工作狀況造成了一定的影響。3）電磁干擾信號(hào)耦合的通道電磁干擾信號(hào)耦合的通道是指干擾信號(hào)的傳播路徑。2024/2/172.電磁干擾進(jìn)入系統(tǒng)的途徑

電磁干擾進(jìn)入系統(tǒng)一般通過(guò)“路”和“場(chǎng)”兩種途徑。路的干擾是指沿著干擾源和被干擾對(duì)象之間連接的完整電路到達(dá)被干擾對(duì)象（如通過(guò)電源線、變壓器引入的干擾），從而形成傳導(dǎo)干擾。場(chǎng)的干擾是以電磁場(chǎng)輻射的方式進(jìn)行的，由場(chǎng)形成輻射干擾，因而場(chǎng)的干擾不需要沿著電路傳輸。2024/2/171)路的干擾

(1)由泄漏電阻引起的干擾1-干擾源2-儀器輸入端子3-儀器的輸入電阻R

-漏電阻

當(dāng)儀器的信號(hào)輸入端子與220V電源進(jìn)線端子之間產(chǎn)生漏電、印制電路板上前置級(jí)輸入端與整流電路存在漏電等情況下，噪聲源可以通過(guò)這些漏電電阻作用于有關(guān)電路而造成干擾。被干擾點(diǎn)的等效阻抗越高，由泄漏電阻而產(chǎn)生的干擾影響越大。2024/2/17(2)由共阻抗耦合引起的干擾

負(fù)載電流干擾壓降正確接線

當(dāng)兩個(gè)或兩個(gè)以上的電路共同享有或使用一段公共的線路,而這段線路又具有一定的阻抗時(shí),這個(gè)阻抗成為這兩個(gè)電路的共阻抗。第二個(gè)電路的電流流過(guò)這個(gè)共阻抗所產(chǎn)生的壓降就成為第一個(gè)電路的干擾電壓。常見(jiàn)的例子是通過(guò)接地線阻抗引入的共阻抗耦合干擾。

負(fù)載（喇叭）的電流較大，它與放大器的負(fù)電源線共用了一段地線，在地線的微小電阻上產(chǎn)生了壓降，造成了干擾。2024/2/17(3)由電源配電回路引入的干擾

交流供配電線路在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的分布相當(dāng)于一個(gè)吸收各種干擾的網(wǎng)絡(luò),而且十分方便地以電路傳導(dǎo)的形式傳遍各處，經(jīng)檢測(cè)裝置的電源線進(jìn)入儀器內(nèi)部造成干擾。最明顯的是電壓突變和交流電源波形畸變，它使工頻的高次諧波(從低頻一直延伸至高頻)經(jīng)電源線進(jìn)入儀器的前級(jí)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波干擾；又如開(kāi)關(guān)電源經(jīng)電源線往外泄漏出的幾百千赫茲尖脈沖干擾。2024/2/172)場(chǎng)的干擾帶電物體產(chǎn)生的電場(chǎng)(1)由電場(chǎng)耦合引起的干擾：電場(chǎng)耦合實(shí)質(zhì)上是電容性耦合。要減少電源線對(duì)信號(hào)線的電場(chǎng)耦合干擾，就必須減小兩者間的分布電容，必須盡量保持電路和信號(hào)線的對(duì)地平衡，布線時(shí)，多采用雙絞線。2024/2/17(2)磁場(chǎng)耦合干擾

C型變壓器的漏感比E型的小4對(duì)雙絞扭線

磁場(chǎng)耦合干擾的實(shí)質(zhì)是互感性耦合干擾。防止磁場(chǎng)耦合干擾途徑的辦法有：使信號(hào)線遠(yuǎn)離強(qiáng)電流干擾源，從而減小互感量M；采用低頻磁屏蔽，從而減小信號(hào)線感受到的磁場(chǎng)；采用絞扭導(dǎo)線使引入到信號(hào)處理電路兩端的干擾電壓大小相等、相位相同，使差模干擾轉(zhuǎn)變成共模干擾。2024/2/1711.3.1差模干擾11.3差模干擾和共模干擾1.差模干擾的概念差模干擾又稱為串模干擾、常態(tài)干擾或橫向干擾，它是指干擾信號(hào)疊加在被測(cè)信號(hào)上的干擾。它使檢測(cè)儀表的一個(gè)信號(hào)輸入端子相對(duì)另一個(gè)信號(hào)輸入端子的電位差發(fā)生變化，即干擾信號(hào)與有用信號(hào)按電壓源形式串聯(lián)起來(lái)作用于輸入端。因?yàn)樗陀杏眯盘?hào)疊加起來(lái)直接作用于輸入端，所以它直接影響信號(hào)通道電路。2024/2/172.產(chǎn)生差模干擾的原因

差模干擾是由于信號(hào)線分布電容的靜電耦合，信號(hào)線傳輸距離較長(zhǎng)引起的互感，空間電磁的電磁感應(yīng)以及工頻干擾等引起的。這種干擾較難除掉。在機(jī)電一體化系統(tǒng)中，被測(cè)信號(hào)是直流（或變化比較緩慢的）信號(hào)，而差模干擾信號(hào)則是一些雜亂的并含有尖峰脈沖的波形。2024/2/17（a）差模干擾來(lái)自信號(hào)源內(nèi)部（b）差模干擾來(lái)導(dǎo)線感應(yīng)的信號(hào)（c）差模干擾的波形圖11-14差模干擾產(chǎn)生的原理和波形2024/2/1711.3.2共模干擾共模干擾是指系統(tǒng)的信號(hào)輸入端相對(duì)于接地端產(chǎn)生干擾電壓。干擾信號(hào)以地為公共回路，只在信號(hào)回路和測(cè)試回路這兩條線路中流過(guò)。共模干擾也稱為對(duì)地干擾或縱向干擾。它是相對(duì)于公共的電位基準(zhǔn)點(diǎn)(通常為接地點(diǎn))，在檢測(cè)系統(tǒng)的兩個(gè)輸入端子上同時(shí)出現(xiàn)的干擾。雖然干擾電壓Un不直接影響測(cè)量結(jié)果，但是當(dāng)信號(hào)輸入電路的參數(shù)不對(duì)稱時(shí)，它會(huì)轉(zhuǎn)化為差模干擾，對(duì)測(cè)量產(chǎn)生影響。1.共模干擾的概念2024/2/17共模干擾舉例

熱電偶引線與220V電源線靠得太近將引起電場(chǎng)偶合干擾。如果UNi對(duì)兩根信號(hào)傳輸線的干擾大小相等、相位相同,就屬于共模干擾。2024/2/172.產(chǎn)生共模干擾的原因

共模干擾主要是由于設(shè)備對(duì)地漏電，設(shè)備與地之間存在電位差，線路本身對(duì)地就具有干擾等因素而產(chǎn)生的。信號(hào)源的接地點(diǎn)與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的接地點(diǎn)一般相隔一段距離，在兩個(gè)接地點(diǎn)之間往往存在一個(gè)電位差，該電位差是系統(tǒng)信號(hào)輸入端和檢測(cè)裝置共有的干擾電壓，會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生共模干擾。由于線路的不平衡狀態(tài)，共模干擾若是轉(zhuǎn)換成差模干擾，就較難除掉了。2024/2/17屏蔽是指利用導(dǎo)電或?qū)Т挪牧现瞥傻暮袪罨驓钇帘误w，將干擾源或干擾對(duì)象包圍起來(lái)，從而割斷或削弱干擾場(chǎng)的空間耦合通道，阻止其電磁能量的傳輸。按需屏蔽的干擾場(chǎng)的性質(zhì)不同，可分為電場(chǎng)屏蔽、磁場(chǎng)屏蔽和電磁場(chǎng)屏蔽。11.4抗干擾的措施11.4.1屏蔽2024/2/171.電場(chǎng)屏蔽（b）儀器B放在接地的靜電屏蔽盒內(nèi)不受帶電體A的干擾（c）帶電體A放在靜電屏蔽盒內(nèi)，而盒外無(wú)電力線圖11-17電場(chǎng)的屏蔽原理電場(chǎng)屏蔽是為了消除或抑制交變電場(chǎng)耦合和靜電引起的干擾而采取的措施。2024/2/172.磁場(chǎng)屏蔽1）低頻磁場(chǎng)屏蔽靜電屏蔽線或靜電屏蔽盒對(duì)低頻磁場(chǎng)不起隔離作用，因此，必須采用高導(dǎo)磁材料作為屏蔽層，以便讓低頻干擾產(chǎn)生的磁力線只從磁阻很小的磁屏蔽層上通過(guò)，使低頻磁屏蔽層內(nèi)部的電路免受低頻磁場(chǎng)耦合干擾的影響。2024/2/17圖11-18低頻磁場(chǎng)屏蔽的原理圖1—50Hz變壓器鐵芯；2—主磁通；3—漏磁通；4—導(dǎo)磁材料屏蔽層；5—內(nèi)部電路2024/2/17圖11-19高頻磁場(chǎng)屏蔽的原理圖1—交變磁場(chǎng)；2—磁場(chǎng)屏蔽層2）高頻磁場(chǎng)屏蔽

高頻磁場(chǎng)屏蔽采用導(dǎo)電良好的金屬材料做成屏蔽罩和屏蔽盒等不同的外形，將被保護(hù)的電路包圍在其中。2024/2/173.電磁場(chǎng)屏蔽

電磁場(chǎng)屏蔽是用一定厚度的導(dǎo)電良好的金屬材料做成的屏蔽層外殼，利用高頻干擾電磁場(chǎng)在屏蔽金屬內(nèi)產(chǎn)生的渦流，再利用渦流磁場(chǎng)抵消高頻干擾磁場(chǎng)的影響，從而達(dá)到抗干擾的效果。2024/2/1711.4.2隔離

1.光電隔離光電隔離是以光作為媒介在隔離元件的兩端之間進(jìn)行信號(hào)傳輸?shù)?，所用的元件是光電耦合器。具有較強(qiáng)的隔離和抗干擾能力。2024/2/17（a）光電耦合器組成的輸入/輸出線路（b）光電耦合放大器組成的輸入/輸出線路2024/2/17光電隔離的特點(diǎn)包括以下幾點(diǎn)：

（1）由于光電耦合器是用光傳送信號(hào)的，其兩端的電路無(wú)直接聯(lián)系，因而光電耦合器切斷了輸入信號(hào)和輸出信號(hào)之間的直接聯(lián)系，抑制了共模干擾。（2）發(fā)光二極管動(dòng)態(tài)電阻非常小，而干擾源的內(nèi)阻一般很大，干擾源信號(hào)在干擾源內(nèi)部基本上消耗掉，能夠傳送到光電耦合器輸入端的干擾信號(hào)很小。（3）光電耦合器的發(fā)光二極管只有在通過(guò)一定電流時(shí)才能發(fā)光，由于大部分干擾信號(hào)雖幅值較高，但能量較小，不足以使發(fā)光二極管發(fā)光，這樣，大部分干擾信號(hào)在發(fā)光二極管發(fā)光時(shí)被發(fā)光二極管隔離掉，不能隨光傳送到輸出端，從而可以有效地抑制干擾信號(hào)。2024/2/172.變壓器隔離變壓器隔離是利用隔離變壓器將模擬信號(hào)電路與數(shù)字信號(hào)電路隔離開(kāi)，也就是把模擬信號(hào)的接地點(diǎn)與數(shù)字信號(hào)的接地點(diǎn)斷開(kāi)，以使共模干擾電壓不能構(gòu)成回路，從而達(dá)到抑制共模干擾的目的。另外，隔離后的兩電路應(yīng)分別采用兩組互相獨(dú)立的電源供電，切斷兩部分的地線聯(lián)系。2024/2/17（a）交流信號(hào)傳輸?shù)脑韴D（b）直流信號(hào)傳輸?shù)脑韴D2024/2/17圖11-23帶三層屏蔽的隔離變壓器2024/2/17圖11-24繼電器隔離的原理圖3.繼電器隔離

電器線圈和觸點(diǎn)僅有機(jī)械上的聯(lián)系，而沒(méi)有直接的電聯(lián)系，因此，可利用繼電器線圈接收電信號(hào)，而利用繼電器的觸點(diǎn)控制和傳輸電信號(hào)，從而可實(shí)現(xiàn)強(qiáng)電和弱電的隔離2024/2/1711.4.3濾波濾波是抑制干擾傳導(dǎo)的一種重要方法。由于干擾源發(fā)出的電磁干擾頻譜比要接收的信號(hào)的頻譜寬得多，因而當(dāng)接收器接收有用信號(hào)時(shí)，也會(huì)接收干擾信號(hào)。2024/2/17圖11-25采用電源濾波技術(shù)電路的接線圖2024/2/17a）觸點(diǎn)抖動(dòng)引起的波動(dòng)干擾抑制電路（b）交流信號(hào)抑制電路（c）輸入信號(hào)的阻容濾波電路圖11-27常見(jiàn)的干擾抑制電路2024/2/17圖11-28雙T形帶阻濾波器的內(nèi)部電路2024/2/1711.4.4接地1.接地技術(shù)接地技術(shù)是指將電網(wǎng)的零線及各種設(shè)備的外殼接地的技術(shù)。它的目的一是安全，二是抗干擾。按一定技術(shù)要求埋入地中并且直接與大地接觸的金屬導(dǎo)體稱為接地體。電氣設(shè)備與接地體連接的金屬導(dǎo)體稱為接地線。接地體與接地線統(tǒng)稱為接地裝置。接地電阻是指接地體或自然接地體的對(duì)地電阻和接地線電阻的總和。按接地目的不同，接地技術(shù)可分為工作接地、保護(hù)接零、保護(hù)接地、重復(fù)接地和保護(hù)零線2024/2/171）工作接地

（a）工作接地和保護(hù)接零采用三相四線制供電的電力系統(tǒng)由于運(yùn)行和安全的需要，常將配電變壓器的中性點(diǎn)接地，這種接地方式稱為工作接地2024/2/172）保護(hù)接零

保護(hù)接零是指將電氣設(shè)備的金屬外殼接到零線(或稱中性線)上，適用在中性點(diǎn)接地的低壓系統(tǒng)中。3）保護(hù)接地在中性點(diǎn)不接地的低壓系統(tǒng)中，為保證電氣設(shè)備的金屬外殼或框架(正常情況下是不帶電的)在漏電時(shí)，對(duì)接觸該部分的人能起保護(hù)作用而進(jìn)行的接地稱為保護(hù)接地（b）保護(hù)接地2024/2/17圖11-30重復(fù)接地4）重復(fù)接地在中性點(diǎn)接地系統(tǒng)中除采用保護(hù)接零外，還要采用重復(fù)接地，重復(fù)接地就是將與零線相隔一定距離的多個(gè)點(diǎn)分別進(jìn)行接地2024/2/175）保護(hù)零線

在三相四線制系統(tǒng)中，由于負(fù)載往往不對(duì)稱，工作零線(中線)通常有電流，因而工作零線對(duì)地電壓不為零，距電源越遠(yuǎn)，電壓越高，但一般在安全值以下，且無(wú)危險(xiǎn)性。為了能使保護(hù)的作用更安全，確保設(shè)備外殼對(duì)地電壓為零，規(guī)定在采用保護(hù)接零的同時(shí)，還應(yīng)專設(shè)一條保護(hù)零線。圖11-31保護(hù)零線2024/2/172.信號(hào)地線通信、計(jì)算機(jī)等電子設(shè)備的地線是指電信號(hào)的基準(zhǔn)電位，也稱為公共參考端，它除了作為各級(jí)電路的電流通道之外，還可作為電路工作穩(wěn)定、抑制干擾的重要保證。它可以是接地的，也可以是與大地隔絕的。通常將儀器設(shè)備中的公共參考端稱為信號(hào)地線。1）信號(hào)地線的分類信號(hào)地線包括模擬信號(hào)地線、數(shù)字信號(hào)地線、信號(hào)源地線和負(fù)載地線。2）信號(hào)地線的接地原則信號(hào)地線在設(shè)置時(shí)，一般遵循模擬信號(hào)地線、數(shù)字信號(hào)地線、信號(hào)源地線和負(fù)載地線分別設(shè)置的原則2024/2/17（1）一點(diǎn)接地。（a）串聯(lián)一點(diǎn)的接地方式（b）并聯(lián)一點(diǎn)的接地方式圖11-32一點(diǎn)接地的原理圖布線時(shí)應(yīng)注意以下兩個(gè)原則：一是公用地線截面積應(yīng)盡量大些，以減小公用地線的內(nèi)阻；二是應(yīng)把最低電平的電路放在距離接地點(diǎn)最近的地方。2024/2/17（2）多點(diǎn)接地多點(diǎn)接地所需地線較多，一般適用于低頻信號(hào)圖11-33多點(diǎn)接地的原理圖2024/2/173）信號(hào)地線的設(shè)計(jì)

圖11-34數(shù)控機(jī)床接地方法的示意圖機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要綜合考慮各種地線的布局和接地方法。2024/2/17圖11-35長(zhǎng)線傳輸?shù)尿?qū)動(dòng)示意圖11.4.5長(zhǎng)線傳輸干擾的抑制信號(hào)在傳輸過(guò)程中，路程越長(zhǎng)越容易受到干擾。如圖11-35所示為長(zhǎng)線傳輸?shù)尿?qū)動(dòng)示意圖。圖中長(zhǎng)線傳輸?shù)尿?qū)動(dòng)增加了始端匹配電阻和終端匹配電阻。2024/2/171.采用同軸電纜或雙絞線作為傳輸線2.始端阻抗匹配3.終端阻抗匹配2024/2/171.穩(wěn)壓2.抑制差模干擾3.抑制共模干擾4.軟件補(bǔ)償11.4.6其他常用的抗干擾措施2024/2/1711.5.1供電系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)對(duì)傳感器和儀器儀表正常工作危害最嚴(yán)重的是電網(wǎng)尖峰脈沖干擾。產(chǎn)生電網(wǎng)尖峰脈沖干擾的用電設(shè)備有電焊機(jī)、大電動(dòng)機(jī)、可控整流設(shè)備、繼電器—接觸器、帶鎮(zhèn)流器的充氣照明燈，甚至電烙鐵等。尖峰干擾可用硬件、軟件結(jié)合的辦法來(lái)抑制。11.5抗干擾措施的設(shè)計(jì)2024/2/171.用硬件線路抑制電網(wǎng)尖峰干擾

（1）在儀器交流電源輸入端串入按頻譜均衡原理設(shè)計(jì)的干擾控制器，將電網(wǎng)尖峰脈沖電壓集中的能量分配到不同的頻段上，從而減弱其破壞性。（2）在儀器交流電源的輸入端加超級(jí)隔離變壓器，利用鐵磁共振原理抑制電網(wǎng)尖峰脈沖干擾。（3）在儀器交流電源的輸入端并聯(lián)壓敏電阻，利用電網(wǎng)尖峰脈沖到來(lái)時(shí)電阻值的減小來(lái)降低儀器從電源分得的電壓，從而削弱干擾。2024/2/172.利用軟件方法抑制電網(wǎng)尖峰脈沖干擾

在一些程序控制的系統(tǒng)中，對(duì)于周期性干擾可以采用編程的方法，通過(guò)設(shè)定可控硅導(dǎo)通的瞬間，使控制線路的電壓采樣部分不工作，從而有效地消除主線路對(duì)控制線路的干擾2024/2/173.電源分組供電

圖11-38電源分組供電的原理圖使主電源和控制電源分組供電，消除主回路對(duì)控制回路的干擾。例如，將執(zhí)行電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源與控制電源分開(kāi)，以防止設(shè)備間的干擾。如圖11-38所示為電源分組供電的原理圖。2024/2/174.采用噪聲濾波器

采用噪聲濾波器不僅能有效抑制外部干擾和內(nèi)部干擾，更能有效地抑制交流伺服驅(qū)動(dòng)器對(duì)其他設(shè)備的干擾。5.采用隔離變壓器

由于高頻噪聲不是通過(guò)變壓器的初級(jí)線圈和次級(jí)線圈的互感耦合傳遞的，而是靠初級(jí)線圈和次級(jí)線圈的寄生電容耦合的，因此，隔離變壓器的初級(jí)線圈和次級(jí)線圈之間均用屏蔽層隔離，用于減少變壓器的分布電容，來(lái)提高抵抗共模干擾的能力。2024/2/176.采用抗干擾性能較高的電源

采用抗干擾性能較高的電源抵抗隨機(jī)干擾非常有效，它能把高尖峰的擾動(dòng)電壓脈沖轉(zhuǎn)換成低電壓峰值（電壓峰值小于TTL電平）的電壓，但干擾脈沖的能量不變，從而可以提高傳感器、儀器儀表的抗干擾能力（如利用頻譜均衡法設(shè)計(jì)的抗干擾電源）。2024/2/1711.5.2