7抗干扰技术1h.ppt

电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院陈新岗陈新岗陈新岗陈新岗电气测试技术电气测试技术蜂馁惦冕词暑彰伯赵惑导聋熙感锭扒坊鄙了睦侮姓佯簇宪铭戏聂辉迅讫扭7抗干扰技术1h7抗干扰技术1h5/16/20241第七章第七章 传感器的抗干扰技术传感器的抗干扰技术 抗干扰技术抗干扰技术 “干干扰扰”在在检检测测系系统统中中是是一一种种无无用用信信号号，它它会会在在测测量量结结果果中中产产生生误误差差。因因此此要要获获得得良良好好的的测测量量结结果果，就就必必须须研研究究干干扰扰来来源源及及抑抑制制措措施施。通通常常把把消消除除或或削削弱弱各各种种干干扰扰影影响响的的全全部技术措施，总称为抗干扰技术或称为防护。部技术措施，总称为抗干扰技术或称为防护。粮蛇架讼冰戳抿傣污脱铅腮委吊裙侮归簇柑函政燥蛋廊流鸣孩履摄影渺雨7抗干扰技术1h7抗干扰技术1h5/16/202427.1 7.1 干扰源及干扰的耦合方式干扰源及干扰的耦合方式 干扰干扰(也叫噪声也叫噪声)是指测量中来自测量系统内部或外部，影响测量是指测量中来自测量系统内部或外部，影响测量装置或传输环节正常工作和测试结果的各种因素的总和。装置或传输环节正常工作和测试结果的各种因素的总和。干扰的产生主要有两大类：电气设备干扰和放电干扰。电气设备干扰的产生主要有两大类：电气设备干扰和放电干扰。电气设备干扰主要有射频干扰、工频干扰和感应干扰等；放电干扰主要有弧光干扰主要有射频干扰、工频干扰和感应干扰等；放电干扰主要有弧光放电干扰、火花放电干扰、电晕放电干扰和天体、天电干扰等。放电干扰、火花放电干扰、电晕放电干扰和天体、天电干扰等。根据干扰产生的原因，通常可分为以下几种类型。根据干扰产生的原因，通常可分为以下几种类型。1.1.机械干扰机械干扰 2.2.热干扰热干扰 3.3.光干扰光干扰 4.4.湿度干扰湿度干扰 5.5.化学干扰化学干扰6.6.电磁干扰电磁干扰7.1.1干扰信号的来源干扰信号的来源犊充鸵叹咀亲蛾匈武箩项欧肩窒篇虱喘薯册缩赴青硫葛约篱匠卓向俐频透7抗干扰技术1h7抗干扰技术1h5/16/20243干干扰扰信信号号进进入入接接收收电电路路或或测测量量装装置置内内的的途途径径，称称为为干干扰扰信信号号的的耦耦合合方方式式。干干扰扰的的耦耦合合方方式式主主要要有有：电电磁磁耦耦合合、静电电容耦合、漏电流耦合、共阻抗耦合。静电电容耦合、漏电流耦合、共阻抗耦合。1.1.电磁耦合电磁耦合7.1.2 干扰信号的耦合方式干扰信号的耦合方式电磁耦合电磁耦合(电感性耦合电感性耦合)是由于电路之间存在互是由于电路之间存在互感，使一个电路的电流感，使一个电路的电流变化，通过磁交变影响变化，通过磁交变影响到另一个电路。到另一个电路。两个电路电磁耦合示意图和等效电路两个电路电磁耦合示意图和等效电路运拢逮脓敝泌柜兴努呛唆绪稻按秽浸览忘砍迢瘟丸棠带产律晌皮稍屿捉下7抗干扰技术1h7抗干扰技术1h5/16/202442.2.静电电容耦合静电电容耦合静电电容耦合是由于两个电路之间存在寄生电容，产生静电效应使静电电容耦合是由于两个电路之间存在寄生电容，产生静电效应使一个电路的电荷变化影响到另一个电路。一个电路的电荷变化影响到另一个电路。3.3.漏电流耦合漏电流耦合由于绝缘不良，流经绝缘电阻的漏电流由于绝缘不良，流经绝缘电阻的漏电流I IN N作用于有关电路引起的干作用于有关电路引起的干扰，称为漏电流耦合。扰，称为漏电流耦合。雇铬达笨类牧钉哥辅独个绝箱今槛帐颇欧烦训援柄壮淤江酋端毒春雌某拔7抗干扰技术1h7抗干扰技术1h5/16/202454.4.共阻抗耦合共阻抗耦合共阻抗耦合是由于两个电路间有公共阻抗，当一个电路中有电流流过共阻抗耦合是由于两个电路间有公共阻抗，当一个电路中有电流流过时，通过共阻抗便在另一个电路上产生干扰电压。时，通过共阻抗便在另一个电路上产生干扰电压。1 1）通过电源内阻的共阻抗耦合干扰；）通过电源内阻的共阻抗耦合干扰；2 2）通过公共地线的共阻抗耦合干扰。）通过公共地线的共阻抗耦合干扰。挺祥柠脾壶捆由肿彦谋饯猾沟钓成蹄涤给莲衬浦啥暴拎加脐孙躲相苹堰疹7抗干扰技术1h7抗干扰技术1h5/16/20246接地是保证人身和设备安全、抗噪声干扰的一种方法。接地是保证人身和设备安全、抗噪声干扰的一种方法。7.2 7.2 常用的抑制干扰的措施常用的抑制干扰的措施7.2.1 接地技术接地技术1.接地线的种类接地线的种类 保护接地线保护接地线 出于安全防护的目的将检测装置的外壳屏蔽层接地用的地线。出于安全防护的目的将检测装置的外壳屏蔽层接地用的地线。信号地线信号地线 它只是检测装置的输入与输出的零信号电位公共线，除特别情况之外，它只是检测装置的输入与输出的零信号电位公共线，除特别情况之外，一般与真正大地是隔绝的。分为两种：模拟信号地线及数字信号地线，一般与真正大地是隔绝的。分为两种：模拟信号地线及数字信号地线，因前者信号较弱，故对地线要求较高，而后者则要求可低些。因前者信号较弱，故对地线要求较高，而后者则要求可低些。信号源地线信号源地线 它是传感器本身的信号电位基准公共线。它是传感器本身的信号电位基准公共线。交流电源地线交流电源地线 镐粤福典僧辱骏抄咸窃银苯肯剁祈捧深熬订录筐队钙煎侨拿才只粟皱移俄7抗干扰技术1h7抗干扰技术1h5/16/20247 在检测装置中，上列四种地线一般应分别设置，以消除各地线之间的相在检测装置中，上列四种地线一般应分别设置，以消除各地线之间的相互干扰。互干扰。a.一点接地准则一点接地准则 通常在检测装置中至少要有三种分开的地线，如图所示。若设备使用通常在检测装置中至少要有三种分开的地线，如图所示。若设备使用交流电源时，则交流电源地线应和保护地线相连。图中三条地线应连交流电源时，则交流电源地线应和保护地线相连。图中三条地线应连在一起并通过一点接地。使用这种接地方式可以避免公共地线各点电在一起并通过一点接地。使用这种接地方式可以避免公共地线各点电位不均匀所产生的干扰。位不均匀所产生的干扰。参岛率招服匆克广碑揣朴瓶附苛弧祟爸银慕崇财脏啸葫检燥塌惨枕帛藏赋7抗干扰技术1h7抗干扰技术1h5/16/20248为了使屏蔽在防护检测装置不受外界电场的电容性或电阻为了使屏蔽在防护检测装置不受外界电场的电容性或电阻性漏电影响时充分发挥作用，应将屏蔽线接到大地上。但性漏电影响时充分发挥作用，应将屏蔽线接到大地上。但是大地各处电位很不一致，如果一个测量系统在两点接地，是大地各处电位很不一致，如果一个测量系统在两点接地，因两接地点不易获得同一电位，从而对两点因两接地点不易获得同一电位，从而对两点(多点多点)接地电接地电路造成干扰。这时地电位是装置输入端共模干扰电压的主路造成干扰。这时地电位是装置输入端共模干扰电压的主要来源。因此，要来源。因此，对一个测量电路只能一点接地对一个测量电路只能一点接地。信号电路一点接地是消除因公共阻抗耦合干扰的一种重要信号电路一点接地是消除因公共阻抗耦合干扰的一种重要方法。在一点接地的情况下，虽然避免了干扰电流在信号方法。在一点接地的情况下，虽然避免了干扰电流在信号电路中流动，但还存在着绝缘电阻、寄生电容等组成的漏电路中流动，但还存在着绝缘电阻、寄生电容等组成的漏电通路，所以干扰不可能全部被抑制掉。电通路，所以干扰不可能全部被抑制掉。冀蓬强告裁隘婶陌彼毕仇单睦走锅颂蜂拘氖君前峡睁鹰货促配程锻几叫矛7抗干扰技术1h7抗干扰技术1h5/16/20249b)测量系统一点接地测量系统一点接地 图图7-11为同一测量系统采用两点接地为同一测量系统采用两点接地和一点接地示意图，图和一点接地示意图，图a为两点接地；图为两点接地；图b为一点接地。为一点接地。图7-11 测量系统接地示意图快呵电商阔郴侨仕凝伺换耙僵吞琐蛇毙储札岗陈铸菠值佯脆冤态湘拨安涎7抗干扰技术1h7抗干扰技术1h5/16/202410c)信号导线屏蔽层一点接地信号导线屏蔽层一点接地 如前所述，信号导线必须屏蔽如前所述，信号导线必须屏蔽和屏蔽层接地，否则没有抑制串模干扰的效果，而且屏和屏蔽层接地，否则没有抑制串模干扰的效果，而且屏蔽层也应一点接地。那么，屏蔽层又该接到哪一点才适蔽层也应一点接地。那么，屏蔽层又该接到哪一点才适合呢？合呢？应该遵循下列两个原则：应该遵循下列两个原则：当有一个不接地的信号源与一个接地的放大器相连接时，信号导当有一个不接地的信号源与一个接地的放大器相连接时，信号导线屏蔽层应接放大器的公共端，见图线屏蔽层应接放大器的公共端，见图7-12 a。当一个接地的信号源与不接地的放大器连接时，即使信号源接的当一个接地的信号源与不接地的放大器连接时，即使信号源接的不是大地，信号导线屏蔽层也应接至信号源的公共端，见图不是大地，信号导线屏蔽层也应接至信号源的公共端，见图7-12b。图7-12 信号导线屏蔽层一点接地蒙供驾蒲唯基饥陆笛娠消晰淆赴辕酋剖蜜序圆毁宇祥祥洪障弃桃驶焕榔熔7抗干扰技术1h7抗干扰技术1h5/16/202411 利利用用金金属属罩罩(铜铜、铝铝等等铁铁磁磁材材料料)将将信信号号源源或或测测量量电电路路包包围围起起来来，此此种种措措施施称称为为屏屏蔽蔽。屏屏蔽蔽的的目目的的就就是是隔隔断断场的耦合通道，抑制各种场的干扰。场的耦合通道，抑制各种场的干扰。7.2.2 屏蔽技术屏蔽技术1.静电屏蔽静电屏蔽 在在静静电电场场作作用用下下，导导体体内内部部无无电电力力线线，即即各各点点等等电电位位。静静电电屏屏蔽蔽就就是是利利用用了了与与大大地地相相连连接接的的导导电电性性良良好好的的金金属属容容器器，使使其其内内部部的的电电力线不外传，同时也不使外部的电力线影响其内部。力线不外传，同时也不使外部的电力线影响其内部。静静电电屏屏蔽蔽能能防防止止静静电电场场的的影影响响，用用它它可可以以消消除除或或削削弱弱两两电电路路之之间间由于寄生分布电容耦合而产生的干扰由于寄生分布电容耦合而产生的干扰。在在电电源源变变压压器器的的一一次次、二二次次侧侧绕绕组组之之间间插插入入一一个个梳梳齿齿形形薄薄铜铜皮皮并并将它接地，以此来防止两绕组间的静电耦合，就是静电屏蔽的范例。将它接地，以此来防止两绕组间的静电耦合，就是静电屏蔽的范例。清粗辫轴敖盯衔滁度懂急压义烧典俐肆瘴昏祟马鹃国某凝扑耿萌玉探登苹7抗干扰技术1h7抗干扰技术1h5/16/2024122.电磁屏蔽电磁屏蔽 电电磁磁屏屏蔽蔽是是采采用用导导电电良良好好的的金金属属材材料料做做成成屏屏蔽蔽层层，利利用用高高频频干干扰扰电电磁磁场场在在屏屏蔽蔽体体内内产产生生涡涡流流，再再利利用用涡涡流流消消耗耗高高频频干干扰扰磁磁场场的的能能量量，从从而而削弱高频电磁场的影响。削弱高频电磁场的影响。若若将将电电磁磁屏屏蔽蔽层层接接地地，则则同同时时兼兼有有静静电电屏屏蔽蔽的的作作用用。也也就就是是说说，用用导导电电良良好好的的金金属属材材料料做做成成的的接接地地电电磁磁屏屏蔽蔽层层，同同时时起起到到电电磁磁屏屏蔽蔽和和静静电电屏蔽两种作用。屏蔽两种作用。3.低频磁屏蔽低频磁屏蔽 在低频磁场干扰下，采用高导磁材料作屏蔽层以便将干扰磁力线在低频磁场干扰下，采用高导磁材料作屏蔽层以便将干扰磁力线限制在磁阻很小的磁屏蔽体内部，限制在磁阻很小的磁屏蔽体内部，防止低频磁场的干扰。防止低频磁场的干扰。通常采用坡莫合金之类的对低频磁通有高导磁系数的材料。同时通常采用坡莫合金之类的对低频磁通有高导磁系数的材料。同时要有一定的厚度，以减少磁阻。要有一定的厚度，以减少磁阻。赊虹幅化檄选柜今早确件暑拯他幂谣吓亨婉属坯辗乾视兼郴尸陛浊写壕虱7抗干扰技术1h7抗干扰技术1h5/16/202413驱动屏蔽就是使被屏蔽导体的电位与屏蔽导体的电位相等。其原理如图驱动屏蔽就是使被屏蔽导体的电位与屏蔽导体的电位相等。其原理如图所示。若所示。若1：1电压跟随器是理想的，即在工作中导体电压跟随器是理想的，即在工作中导体B与屏蔽层与屏蔽层D之间的之间的绝缘电阻为无穷大，并且等电位。那么，绝缘电阻为无穷大，并且等电位。那么，在导体在导体B与屏蔽层与屏蔽层D之间的空间无之间的空间无电力线，各点等电位。这说明，导体电力线，各点等电位。这说明，导体A噪声源的电场噪声源的电场En影响不到导体影响不到导体B。这时，。这时，尽管导体尽管导体B与屏蔽层与屏蔽层D之间有寄生电容之间有寄生电容Cs2存在，但是，因存在，但是，因B与与D是等电位，故此是等电位，故此寄生电容也不起作用。因此，驱动屏蔽能寄生电容也不起作用。因此，驱动屏蔽能有效地抑制通过寄生电容的耦合干扰。有效地抑制通过寄生电容的耦合干扰。应该指出的是，在驱动屏蔽中所应用的应该指出的是，在驱动屏蔽中所应用的1 1电压跟随器，不仅要求其输出电压与电压跟随器，不仅要求其输出电压与输入电压的幅值相同，而且要求两者之间的相移亦为零。输入电压的幅值相同，而且要求两者之间的相移亦为零。另一方面，电压跟随器的输入阻抗另一方面，电压跟随器的输入阻抗与导体与导体B的对地阻抗的对地阻抗Zi相并联，为减相并联，为减小其并联作用，则要求跟随器有无小其并联作用，则要求跟随器有无穷大的输入阻抗。实际上，这些要穷大的输入阻抗。实际上，这些要求只能在一定程度上得到满足。驱求只能在一定程度上得到满足。驱动屏蔽属于有源屏蔽，只有当线性动屏蔽属于有源屏蔽，只有当线性集成电路出现以后，驱动屏蔽才有集成电路出现以后，驱动屏蔽才有了实用价值，并在工程中获得愈来了实用价值，并在工程中获得愈来愈广泛的应用。愈广泛的应用。4.驱动屏蔽驱动屏蔽 弘蛤沁揣炽膛采诡集社曝窟聚私碧傻弘蛛屿洲散幅垒窃伏元束沁空您朱佰7抗干扰技术1h7抗干扰技术1h5/16/202414浮空又称浮置、浮接。如果检测装置的输入放大器的公共浮空又称浮置、浮接。如果检测装置的输入放大器的公共线，既不接机壳也不接大地，则称为浮空。线，既不接机壳也不接大地，则称为浮空。7.2.3 浮空浮空盈缴炮饲屠诵笑磅干碑饵芜岩巧迸摔恭莹骚术集迢浸蕊鸯斥救钓窟洽备纠7抗干扰技术1h7抗干扰技术1h5/16/2024157.2.3 电源引入干扰的抑制在仪表内部，一种主要的干扰是来自小功率变压器产生的在仪表内部，一种主要的干扰是来自小功率变压器产生的漏电流。它是由电网的相电压通过变压器一、二次侧间存漏电流。它是由电网的相电压通过变压器一、二次侧间存在的分布电容的静电耦合进入二次侧绕组的，进而到仪表在的分布电容的静电耦合进入二次侧绕组的，进而到仪表电路中，甚至进入信号源再到地产生泄漏电流，见图电路中，甚至进入信号源再到地产生泄漏电流，见图7-17a。这往往产生这往往产生50Hz且与信号电压叠加的工频干扰。且与信号电压叠加的工频干扰。图7-17 电源变压器引入的干扰a)无屏蔽变压器 b)、c)单层屏蔽变压器闷倔酿酶仁挪缠叮匪赢躬桔厅昭普熙坠角厉喝亨荧烙骆岛尔锰颗辩对渣甩7抗干扰技术1h7抗干扰技术1h5/16/202416为了防止这种干扰，可将电源变压器一次侧绕组放在屏蔽层内，并将为了防止这种干扰，可将电源变压器一次侧绕组放在屏蔽层内，并将屏蔽层接地。此时，变压器一次侧的相电压通过对屏蔽层的分布电容，屏蔽层接地。此时，变压器一次侧的相电压通过对屏蔽层的分布电容，使漏电流直接流入地，而不再流入放大器和信号源中产生干扰。但是使漏电流直接流入地，而不再流入放大器和信号源中产生干扰。但是有了接地的屏蔽层后，变压器二次侧绕组的电压也会产生干扰，有了接地的屏蔽层后，变压器二次侧绕组的电压也会产生干扰，见图见图7-17b 和和c。为避免由电源引入的干扰，应将电源变压器采用双层屏蔽。为避免由电源引入的干扰，应将电源变压器采用双层屏蔽。除变压器除变压器一次侧屏蔽层外，给二次侧绕组也用一单独的屏蔽层，并将屏蔽层接一次侧屏蔽层外，给二次侧绕组也用一单独的屏蔽层，并将屏蔽层接至电源负端，见图至电源负端，见图7-18。这时电源电压不会在仪表的测量电路中产生。这时电源电压不会在仪表的测量电路中产生漏电流。漏电流。为了提高仪表对共模干扰的抑制能力为了提高仪表对共模干扰的抑制能力,电源变压器往往采用三层屏蔽。电源变压器往往采用三层屏蔽。其各屏蔽层的接法如下：其各屏蔽层的接法如下：一次侧绕组屏蔽层接电网地一次侧绕组屏蔽层接电网地(即大地即大地)；中间屏蔽层接仪表金属外壳；中间屏蔽层接仪表金属外壳；二次侧绕组屏蔽层接电源负端。二次侧绕组屏蔽层接电源负端。图7-18 双层屏蔽的电源变压器瘦逢晴晒肺艺付覆拇拷漓坑御据毋募钻凌结蹬甚微穷俄披扁悄蜀罐愚魁孟7抗干扰技术1h7抗干扰技术1h5/16/2024177.2.4 其他抑制干扰的措施为了切断共模干扰的电流回路，可采用各种隔离器件，如为了切断共模干扰的电流回路，可采用各种隔离器件，如光耦合器、耦合变压器等。对于脉冲电路中的噪声抑制，光耦合器、耦合变压器等。对于脉冲电路中的噪声抑制，可以采用稳压管或二极管组成的脉冲干扰隔离门，阻断幅可以采用稳压管或二极管组成的脉冲干扰隔离门，阻断幅值较小的干扰脉冲。对于幅值和宽度都大于正常脉冲信号值较小的干扰脉冲。对于幅值和宽度都大于正常脉冲信号的干扰，则需采取相关量法来解决。相关量法的基本思路的干扰，则需采取相关量法来解决。相关量法的基本思路是，找出脉冲信号相关量，相关量与脉冲信号同时作用到是，找出脉冲信号相关量，相关量与脉冲信号同时作用到与门上，仅当两输入皆有信号时，才能使与门打开送出脉与门上，仅当两输入皆有信号时，才能使与门打开送出脉冲信号，这样就抑制了干扰脉冲。冲信号，这样就抑制了干扰脉冲。肿破鲜翌病市蹦乍嫌错暑腾敦尼衔总阑并洪豹吹勺坍畜填玉亦挟寅钩瞻弊7抗干扰技术1h7抗干扰技术1h5/16/202418为了能有效地抑制干扰一般应遵循以下原则：为了能有效地抑制干扰一般应遵循以下原则：a)电路元件的安装位置应尽量根据信号的传输顺序排成一直电路元件的安装位置应尽量根据信号的传输顺序排成一直线的走向，即按输入级、线的走向，即按输入级、放大级、信号转换级、输出级的放大级、信号转换级、输出级的次序安排。不要相互交叉和混合安排，防止引起寄生耦合，次序安排。不要相互交叉和混合安排，防止引起寄生耦合，避免造成互相干扰或产生自激振荡。避免造成互相干扰或产生自激振荡。b)对于电磁感应耦合元件（如变压器、扼流圈、振荡线圈等对于电磁感应耦合元件（如变压器、扼流圈、振荡线圈等)）的安装位置应远离输入级。）的安装位置应远离输入级。c)高输入阻抗放大器输入级的印刷电路板走线应设计屏蔽保高输入阻抗放大器输入级的印刷电路板走线应设计屏蔽保护环，防止漏电流经线路绝缘电阻流入输入端。护环，防止漏电流经线路绝缘电阻流入输入端。d)低电平测量电路中的电源变压器和输入变压器除相互远离低电平测量电路中的电源变压器和输入变压器除相互远离外，还必须加屏蔽罩。外，还必须加屏蔽罩。e)电路较复杂、单元电路较多的仪表电路较复杂、单元电路较多的仪表,可将有关单元电路分可将有关单元电路分块装配，必要时将输入级与高频振荡级均用屏蔽层隔离。块装配，必要时将输入级与高频振荡级均用屏蔽层隔离。剥崇鉴小谩怂番樱屋贮拳乡脉到硼儿伐其钵脐膀掘置宙渤良伐煮噶磺舷罗7抗干扰技术1h7抗干扰技术1h5/16/202419f)仪表内的布线原则：仪表内的布线原则：输入级的弱信号线与输出级的强信号线以及电源线应尽量远离。输入级的弱信号线与输出级的强信号线以及电源线应尽量远离。直流信号线与交流信号线应远离。直流信号线与交流信号线应远离。输入级与其它可能引起寄生耦合的线输入级与其它可能引起寄生耦合的线,严禁平行走线严禁平行走线,彼此应尽彼此应尽量远离。量远离。低电平信号地线、交流电源地线和金属机壳地线应分开设置低电平信号地线、交流电源地线和金属机壳地线应分开设置,最最后集中一点接地。后集中一点接地。输入电缆的屏蔽层应选择适当的接地点。输入电缆的屏蔽层应选择适当的接地点。注意：注意：以上所述只是一种基本考虑原则，实施时要根据实际情况，以上所述只是一种基本考虑原则，实施时要根据实际情况，对具体问题进行具体分析，合理调整对具体问题进行具体分析，合理调整,切不可生搬硬套。切不可生搬硬套。谚寒撇肘巢宙削惟智毫莉铜翅匿袭耙楞暗错敷规浮车郴拼履宫裹碍搀朔扎7抗干扰技术1h7抗干扰技术1h5/16/2024201.干扰的来源有什么？干扰的来源有什么？2.干扰额耦合方式有哪些？干扰额耦合方式有哪些？3.屏蔽有几种型式屏蔽有几种型式?各起什么作用各起什么作用?4.接地技术的准则是什么接地技术的准则是什么?思考题 收主摹韶偿峪察簇龙懒歇酝弱渐椽湿兽誓拯偶阂南邪柯惧心钞贾晌价守摸7抗干扰技术1h7抗干扰技术1h5/16/202421