自动检测-第十二章.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,自动检测技术,第十二章 检测系统的抗干扰技术,本章介绍,噪声,、,骚扰,和,干扰,的,概念,、,来源,及,防护,方法、自动检测系统中的,电磁兼容原理,及,控制技术,（屏蔽、接地、滤波、光耦等），以及检测系统的电磁兼容试验（电磁辐射、抗扰度等）及设备。,12.1,噪声及防护,12.2,检测技术中的电磁兼容原理,12.3,几种电磁兼容控制技术,第十二章 检测系统的抗干扰技术 目录,第一节 噪声及防护,在测量过程中，往往会发现总是有一些无用的,背景信号,与,被测信号,叠加在一起，称之为,骚扰,或,噪声,。如果骚扰引起设备或系统的,性能下降,时，称之为,干扰,。骚扰仅仅是客观存在的,一种物理现象,，它可能引起设备降级或损害，但,不一定已经形成后果,。,衡量噪声对有用信号的影响常用,信噪比,（,S/N,）来表示，它是指在信号通道中，有用信号,功率,P,S,与,噪声功率,P,N,之比，或,有用信号电压,U,S,与,噪声电压,U,N,之比,即,：,S/N=10lg,(,P,S,/,P,N,)=,20lg(,U,S,/,U,N,）,(,dB),信噪比,（,S/N,）的,计算,在,测量过程中应尽量,提高信噪比,，以减少噪声对测量结果的影响。,例,：,在扩音机输入端测得：话筒输出的做报告者声音的平均电压为,50mV,，,50Hz,干扰“嗡嗡”声的电压为,0.5mV,，求信噪比。,解：,S/N=20lg(50/0.5)dB=40dB,又例：当,S/N,分别为,20 dB,、,0 dB,、,-20 dB,时，说明做报告者声音与干扰声音之间各为什么关系？,干扰衰减分贝数,的,计算,例,：,在仪表输入端插入,EMI,射频滤波器（插入损耗为,30dB,），若原来施加在仪表输入端的射频干扰,U,i1,=100mV,。,问：,插入,EMI,射频滤波器后，,输入端的射频干扰,U,i2,减小到多少毫伏？,解：,插入损耗,30dB=20lg(,U,i1,/,U,i2,),则有：,U,i1,/,U,i2,=10,(30/20,）,=31.6,倍，,U,i2,=10031.6=3.16mV,又例：,当衰减量分别为,0dB,、,-20dB,、,-40dB,时，,说明衰减后的干扰是衰减前的多少分之一？,干扰源及噪声源,1.,机械骚扰,机械,振动,或,冲击,使电子检测装置中的,元件发生振动,，,改变,了系统的,电气参数,，造成,可逆,或,不可逆,的影响。,对于机械,骚扰,，可选用专用减振弹簧,-,橡胶垫脚或吸振橡胶海绵垫来降低系统的谐振频率，吸收振动的能量，从而,减小系统的振幅,。,橡胶 海绵软垫,橡胶垫脚及弹簧,两种机械减振方法,a,）减振弹簧,/,橡胶垫脚,b,）用橡胶或海绵垫吸收振动能量,c,）减振等效模型,1,橡胶垫脚,2,减振弹簧,3,固定螺钉,4,吸振橡胶垫,5,橡胶套管,m,质量块,k,弹簧,c,阻尼器,振动试验台,频率、振幅均可调节,将被测仪器（如图中的电子天平）,固定在振动台上,，逐渐增大振幅，测试在,不同频率,的,规定振幅,下，,产品指标是否变化,。,须固定,跌落试验,产品在运输过程中常因为遭受剧烈,振动,或,跌落,而,损坏,，或,性能变差,，因此需要做,抗跌落试验,和,测试,。,跌落试验机,2.,湿度及化学骚扰,当环境相对,湿度增加,时，物体表面就会附着一层,水膜,，并渗入材料内部，降低了绝缘强度，造成了,漏电,、,击穿,和,短路,现象；潮湿还会产生原电池电化学干扰电压。,某些化学物品如酸、碱、盐、各种腐蚀性气体以及沿海地区的盐雾也会造成与潮湿类似的漏电腐蚀现象，必须采取以下措施来加以保护：,浸漆,、,密封,、定期通电,加热驱潮,等。,绝缘漆浸,渍过的控制,变压器,浸漆可防止水分进入线圈内部,仪器设备的防潮试验房,“,步入式”恒温恒湿房,温度调节范围：,-40,+80,；,湿度调节范围：,30,90%RH,。,可用于进行大型仪器设备的高低温、恒定湿热、交变湿热试验。,恒温恒湿试验机,试验温度范围：,-70150,，湿度范围：,1098RH,3.,热骚扰,热量，特别是温度波动以及不均匀的温度场对检测装置的干扰主要体现在,以下几个方面,：,元件参数的变化（温漂）、接触热电势干扰元器件长期在高温下工作时，引起寿命和耐压等级降低等。,克服热干扰的防护措施有：,选用低温漂元件，采取软、硬件温度补偿措施，选用低功耗、低发热元件，提高元器件规格余量，仪器的前置输入级远离发热元件，加强散热、采用热屏蔽,等。,散热实例,计算机显卡的散热风扇,4.,固有噪声骚扰,在电路中，,电子元件本身产生的、具有随机性、宽频带,的噪声称为,固有噪声,。最重要的固有噪声源是,电阻热噪声,、,半导体散粒噪声,和,接触噪声,等。固有噪声可以从喇叭或耳机中反映出来，但更多的时候是反映在输出电压的无规律跳变上。,任何,电阻,，即使不与电源相接，在它的两端也有一定的,交流噪声电压,产生。这个噪声电压是,由于电阻中的电子无规则的热运动引起的,，属于,白噪声,。阻值越大，热噪声引起的压降也越大。频带越宽，噪声也越大。电阻两端出现的热噪声电压的平均值为：,式中：,k,玻尔兹曼常数（,1.3810,-23,J/K,）,T,热力学温度；,R,电阻值；,f,噪声带宽。,电阻热噪声,电阻热噪声计算,例：,某放大器的,输入电阻,为,1M,，,带宽,为,2MHz,，放大器的,放大倍数,为,100,求,:,环境温度为,27,(300K),时,在放大器的输出端可能得到,宽带噪声电压平均值,。,解：,若该放大器的输入信号为微伏级，则输出信号可能被噪声所淹没。,为了减小电阻热噪声，应根据实际需要来确定电路的带宽；不应片面强调很宽的,高频响应,和,高输入电阻,；电路中尽量不用高阻值的电阻，,可,使用质量高的,金属膜、金属氧化膜,电阻，尽量降低前置级的温度。,半导体散粒噪声,在半导体中，,载流子,的,随机扩散,以及,电子,-,空穴对,的,随机发生,及,复合形成,的,噪声,称为,半导体的散粒噪声,，在收录音技术中，体现为“流水声”。从整体看，,散粒噪声,使流过半导体的电流,产生随机性,的涨落，从而,干扰测量结果,。选用低噪声器件、减小半导体器件的电流和电路的带宽，均能,减小散粒噪声,的影响。例如在,CD,机前置放大级中，可采用超,晶体管或低功耗集成电路，在不减小放大倍数的情况下，它的工作电流可以减少到,0.1mA以减小散粒噪声。,接触噪声,接触噪声是由,元器件之间,的,不完全接触,，从而,形成,电导率的起伏,而引起的。它,发生,在两个,导体连接的地方,，如开关、继电器触点、电位器触点、接线端子电阻、晶体管内部的不良接触等。,接触噪声,是低频电路中的主要噪声，减小流过触点的直流电流、,采用,镀金,或,镀铑触点,、,增加接触压力,等均可,减小接触噪声,。接触噪声多发生在,低频段,。,白噪声,指,功率谱密度,在,整个频域,内,均匀分布,的,噪声,。所有频率点上，,具有相同能量的随机噪声,称为,白噪声,。上述热噪声和散弹噪声，多接近白噪声。,其他功率频谱密度不为常数的噪声信号被称为,有色噪声,，例如：,粉红噪声、褐色噪声、高斯白噪声,等。,噪声,并不一定体现在人耳的感觉上，,可以用频谱仪,或,示波器,来观察各种噪声。,f,高斯白噪声序列：,5.,电、磁噪声骚扰,电磁波,可以通过电网以,直接辐射的形式,传播,到离这些噪声源很远的,检测装置,中。在工频输电线附近也存在强大的交变电场，在强电流输电线附近存在干扰磁场，他们将对灵敏的检测装置造成干扰。由于这些,干扰源功率强大,，要,消除,他们的影响,较为困难,，必须,采取多种措施来防护,。,第二节 检测技术中的电磁兼容原理,一、电磁兼容（,EMC,）概念,我国从,20,世纪,80,年代至今已制定了上百个电磁兼容的国家标准，强制要求绝大多数电气设备必须通过相关电磁兼容标准的性能测试。,EMC,指电子设备在规定的电磁干扰环境中能按照原设计要求而正常工作的能力，而且也不向处于同一环境中的其他设备释放超过允许范围的电磁干扰。按国家标准,GB/T4765-1995,电磁兼容术语,对“电磁兼容”的定义是：“,设备或系统在其电磁环境中能正常工作，且不对该环境中的住何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力,”，即要求在同一电磁环境中的各种设备都能正常工作，又互不干扰，达到“兼容”状态。,部分电磁兼容的国家标准,一、,基础类标准,GB,T 4365-1995,电磁兼容术语,GB,T 6113-1995,无线电干扰和抗扰度测量设备规范,GB 3907-83*,工业无线电干扰基本测量方法,GB 4859-84*,电气设备的抗扰度性基本测量方法,GB,T 15658-1995,城市无线电噪声测量方法,二、,通用类标准,GB 8702-88,磁辐射防护规定,GB,T 13926.1-92,工业过程测量电磁兼容性总论,GB,T 13926.2-92,工业过程测量电磁兼容性静电放电要求,GB,T13926.3-92,工业过程测量电磁兼容性辐射电磁场要求,GB,T 13926.4-92,工业过程测量电磁兼容性电快速瞬变脉冲群要求,GB,T 14431-93,无线电业务要求的信号,/,干扰保护比和最小可用场强；,三、,产品类,（略）；,四、,系统类,（略）,二、电磁干扰的来源,本节开始，讨论的对象为“,干扰,”，即：,由骚扰引起的设备,、,转输通道或系统性能的下降问题,。,电磁干扰源分为两大类：,自然界干扰源,和,人为干扰源,，后者是检测系统的主要干扰源。,1.,自然界干扰源包括地球外层空间的宇宙,射电噪声,、太阳耀斑,辐射噪声,以及大气层的,天电噪声,。后者的能量频谱主要集中在,30MHz,以下，对检测系统的影响较大。,2.,人为干扰源又可分为,有意发射干扰源,和,无意发射干扰源,。,自然界干扰源和人为干扰源,X,光机产生大功率,高频干扰,闪电产生电磁场干扰,人为干扰源,雷达会产生大功率,高频干扰,变电站会产生,50Hz,的,高次谐波干扰,以及,电晕放电干扰,。,检测系统受到外部电磁干扰示意图,移动通讯,电力线,雷电,电台,电视台,交流供电电路,电动机,移动通信设备,天体电磁辐射,三、,检测,系统电磁干扰的主要传播路径,移动通讯,电吹风机干扰电视机的演示,电吹风机产生的电磁波干扰以两种途径到达电视机：,一是,以空间电磁场传输的方式由电视机的天线接收,；,二是,通过共用的电源插座,。,电磁干扰三要素,消除或减弱电磁干扰的方法,（,1,）,消除,或,抑制,干扰源,：积极、主动的措施是消除干扰源。,（,2,）,切断,干扰途径,：提高绝缘性能、采用光耦合器、采用退耦、滤波电路、静电屏蔽、磁屏蔽、电磁屏蔽等。,（,3,）,削弱,接收回路对干扰的敏感性,降低输入阻抗、尽量采用数字电路等。,路和场的干扰,路的干扰,必须在干扰源和被干扰对象之间有完整的电路连接，干扰沿着这个通路到达被干扰对象,。,例如通过电源线、变压器引入的干扰。路的干扰又称传导干扰；,场的干扰,不需要沿着电路传输，而是以电磁场辐射的方式进行，又称为辐射干扰,。,例如，电源线对传感器的信号线的电场耦合干扰；又如电焊机电缆上的强电流对信号线的磁场耦合干扰。,1.,通过,路的干扰,由泄漏电阻引起的干扰,1,干扰源,2,仪器输入端子,R,漏电阻,i,漏电流,I,S,信号源输出电流,R,i,仪器的输入电阻,通过路的,干扰的例题,图中的,U,Ni,为干扰源电压。,R,i,为被干扰电路的输入电阻，,R,为漏电阻。作用于,R,i,上的干扰电压,U,No,为：,例,:,设,U,Ni,为电路中的交流电源,其有效值为,15V,，,R,i,=,10,6,，,R,=10,10,，,可计算得到作用于该电路输入端的,50Hz,干扰电压有效值为,1.5mV,。,差模干扰,传感器,与,其他设备,或外围设备相互交换的,传输线路,至少需要两根导线,干扰电压,和,干扰电流,在两根导线上，分别作为往返线路传输。,干扰电压,U,Ni,是与有用信号,U,S,串联和叠加在一起，与输入电阻,R,i,构成回路，,差模干扰,电压,较难滤除,。,1,有用信号源,2,干扰源,3,测量装置,负载（喇叭）的电流较大,，它与放大器的负电源线共用了一段地线，,在地线的微小电阻上产生了压降，造成了干扰。,由共阻抗耦合引起的干扰,当,两个,或,两个以上,的电路,共同享有,或,使用一段公共的线路,而,这段线路又具有一定的阻抗时,这个,阻抗,成为这两个电路的,共阻抗,。第二个电路的电流流过这个共阻抗所,产生的压降,就成为第一个电路的,干扰电压,。,负载电流,干扰压降,正确接线,由电源配电回路引入的干扰,交流供配电线路,在工业现场的分布,相当于,一个,吸收各种干扰的网络,以,电路传导的形式,传遍各处，,经检测装置的电源线,进入仪器内部,造成干扰,。,电压突变,和,交流电源波形畸变,使,工频的高次谐波,经电源线,进入仪器的前级电路,。,常见的大功率干扰有：,调压或逆变电路中的晶闸管引起的大功率高次谐波干扰、开关电源经电源线往外泄漏出的几百千赫兹尖脉冲干扰,。,2.,通过,场的干扰,电场耦合的实质是,电容性耦合,。要减少电源线对信号线的,电场耦合干扰,，就必须,加大信号线与电源线的距离、减小两者间的分布电容,；必须尽量,保持电路和信号线的对地平衡,，布线时，多采用,双绞扭屏蔽线,。,带电物体产生的电场,由磁场耦合引起的干扰,防止磁场耦合干扰途径的办法有：,使信号线,远离强电流干扰源,，从而,减小互感量,M,；,采用铁质低频磁屏蔽,，从而,减小信号线感受到的磁场,；,采用绞扭导线使引入到信号处理电路两端的干扰电压大小相等相位相同,，使,差模干扰转变成共模干扰,。,C,型变压器的漏感比,E,型小,4,对双绞扭线,由电焊引起的干扰,电焊机二次侧电缆产生强磁场干扰,磁场交链,信号线,共模干扰与串模干扰,如果干扰源对两根信号传输线的,干扰大小相等,、,相位相同,就,属于共模干扰,。由于“仪用放大器”的共模抑制比,K,CMR,可达,120dB,以上,所以,共模干扰,可以被抑制,，,所以共模干扰对检测装置的影响不大。,当系统的两个输入端出现,很难避免的不平衡,时,共模电压的一部分将,转换,为,串模干扰,，就较,难消除,了。,因此,必须尽量,保持电路的对地平衡,。,共模干扰与串模干扰举例,强电导线,应与,弱电导线,分开,传感器导线,不要靠近,高频电缆,。,采用,双绞扭导线,能保证两根,信号线,与,干扰源导线,的平均距离保持一致，也就保证了,C,1,=,C,2,。最后形成,共模干扰,，,由抗共模放大器来自动消除,。,由磁场引入的干扰举例,I,Ni,为干扰源电流，,M,1,、,M,2,为热电偶两根导线与干扰源间的互感量，检测电路引入的噪声电压与,M,1,、,M,2,以及干扰源电流,I,Ni,成正比。,由于热电偶正极导线与干扰源间的距离较近,所以,M,1,M,2,U,Ni,U,N2,造成了差模干扰,。,热电偶,的,引线,与存在强电流的工频,输电线,靠得太近时，会引入,磁场耦合干扰,。,a,）双绞扭导线抗干扰原理图,b,）带低频磁屏蔽的双绞扭屏蔽线,1,低频磁屏蔽软铁管,2,PVC,塑料保护外套,3,铜网编织屏蔽层（接地）,4,双绞扭电缆,5,多股铜心线,采用,双绞扭导线,，能将,磁场耦合干扰,转换成,共模电压,。,由高频电磁场辐射引起的干扰,高频辐射耦合,是以电磁场的形式，通过,辐射途径,，将,电磁能量从干扰源,，经,辐射空间,传输到,检测设备,。,1,）天线与天线间的辐射耦合,：干扰源和检测设备中，较长的输出信号线、控制线、输入信号线等，都可以看成一段发射天线或接收天线，均能发射和接收电磁波，,它们之间形成天线辐射耦合干扰,。,2,）电磁场对导线的感应耦合,：干扰源的每一根导线都由输入端阻抗、输出端阻抗和返回阻抗构成一个回路。,干扰沿导线产生电磁辐射而进入检测设备,。,3,）电磁场对闭合回路的耦合,：检测设备中的某些闭合回路的长度约等于电磁场波长的,1/4,时，干扰源的电磁场与闭合回路之间的电磁耦合加大，,将在闭合回路中产生较大的干扰电流,。,由高频电磁场辐射引起的干扰,手机信号有可能引起监护室仪器的误动作,第三节 几种电磁兼容控制技术,抗电磁干扰技术,有时,又称为电磁兼容控制技术,。可采用,破坏干扰途径,和,削弱检测系统电路对干扰的敏感性,等方法，常用的抗干扰措施有,屏蔽、接地、浮置、退耦、滤波、光电隔离,等技术。,一、屏蔽技术,利用,金属材料制成容器,，,将需要防护的电路包围在其中可以,防止电场,或,磁场耦合干扰,的方法称为,屏蔽,。屏蔽可分为,静电屏蔽,、,低频磁屏蔽,和,电磁屏蔽,等几种。根据不同的对象，使用不同的屏蔽方式。,未加屏蔽罩时，中频变压器线圈易受外界干扰,。,加屏蔽罩后的中频变压器,1.,静电屏蔽,静电屏蔽,是,用铜或铝等导电性良好的金属为材料制作成封闭的金属容器，并与地线连接，把需要屏蔽的电路置于其中，使外部干扰电场的电力场不影响其内部的电路,。反之，内部电路产生的电力线也无法影响外电路。静电屏蔽的容器器壁上允许有较小的孔洞（作为引线孔或调试孔）它对屏蔽的影响不大。,静电屏蔽原理,a,）带电体（干扰源）通过电场感应干扰仪器,A,b,）仪器,B,放在静电屏蔽盒内，不受带电体的干扰,c,）带电体放在接地的静电屏蔽盒内，而盒外无电力线,各种静电屏蔽,仪器设备的屏蔽外壳最好接地,屏蔽面板允许小孔,开关电源采用带孔的屏蔽外壳，既可,防止电磁干扰外泄,，又可,散热。,屏蔽线,三绞扭屏蔽线,铜芯,4,对双绞扭屏蔽线,(,铝质屏蔽层接地）,聚氟乙烯,绝缘层,屏蔽层,吸收能量,(,涡流损耗,),、,反射能量,(,电磁波在屏蔽体上的界面反射,),和,抵消能量,(,电磁感应在屏蔽层上产生反向电磁场，抵消部分干扰电磁波,),铜线编织网,（必须接地）,2.,低频磁屏蔽,低频磁屏蔽,是,用来隔离低频,（主要指,50Hz,）,磁场,和,固定磁场,（也称静磁场，其幅度方向不随时间变化，如永久磁铁产生的磁场）,耦合干扰,的有效措施。,静电屏蔽线,或,静电屏蔽盒,对低频磁场,不起隔离作用,。必须采用,高导磁材料,作屏蔽层,，以便让,低频干扰磁力线,只从磁阻很小的磁屏蔽层上通过，使低频磁屏蔽层内部的电路,免受低频磁场耦合干扰的影响,。有时还将屏蔽线穿在接地的铁质蛇皮管或普通铁管内，同时达到静电屏蔽和低频屏蔽的目的。,低频磁屏蔽示意图,150Hz变压器铁心 2主磁通 3漏磁通,4导磁材料屏蔽层 5内部电路,磁屏蔽示意图,主磁通,1,被保护内部电路,2,双层磁屏蔽（外层低磁导率、高饱和的铁磁材料，内层是高磁导率、低饱和铁磁材料）,磁场,铁质,=0,用于低频磁屏蔽的铁质外壳,多数仪器的,外壳采用导磁材料,（例如：铁质机壳）作,屏蔽层,，让,低频干扰磁力线,从磁阻很小的磁屏蔽层上通过,，使受外壳保护的内部电路,免受低频磁场耦合干扰,的影响。如果将外壳接地，则同时达到静电屏蔽和低频磁屏蔽的目的。,3.,高频,电磁屏蔽,高频电磁屏蔽,是,采用导电良好的金属材料做成屏蔽罩、屏蔽盒等,不同的外形，将被保护的电路包围在其中,。它屏蔽的干扰对象是,100kHz,以上磁场。,干扰源产生的,高频磁场遇到,导电良好的电磁屏蔽层时，就在其外表面,感应出,同频率的,电涡流,，从而,消耗,了,高频干扰源磁场,的,能量,。其次，电涡流也将产生一个,新的磁场,，,抵消,了一部分干扰磁场的,能量,，从而,使电磁屏蔽层内部的,电路免受高频干扰磁场的影响,。,镀铜,电磁屏蔽盒,高频,电磁屏蔽示意图,a,）基本原理,b,）高频变压器的屏蔽,1,交变磁场,2,电磁屏蔽层,电磁屏蔽材料,高频磁屏蔽层所需的厚度与干扰的频率有关。,1,）,当,f,1MHz,时,，用,0.5mm,厚的金属,或,导电硅橡胶,制成屏蔽体，能将场强减弱为原场强的,1/100,或,更低,。在选择材料与厚度时，主要考虑材料的机械强度、刚度、工艺性及防潮、防腐等因数。,2,）,当,f,10MHz,时,，用,0.1mm,厚的铜皮,或,铁氧体层,制成屏蔽体,就能较大地减小干扰场强。,3,）,当,f,100MHz,时,，可在塑料壳体上,镀铜层,、,银层,或,超高频铁氧体层,制成屏蔽外壳。,铁氧体吸波磁布,EMC,测试中的,电磁屏蔽,被测物的上、左、右墙体和地板，均设置,镍锌铁锰组成的锥形截尖铁氧体吸波材料,防电磁波屏蔽围裙,导电,纤维材料编织而成的电磁屏蔽服,辐射源,防电磁波屏蔽服装,防电磁波屏蔽围裙的使用,二、接地技术,（一）,地线的种类,接地,起源于强电技术,，它的本意是,接大地,，主要着眼于安全。这种地线也称为,“,保安地线,”,。它的,接地电阻值必须小于规定的数值,。,对于仪器、通讯、计算机等电子技术来说，,“,地线,”,多是指,电信号,的,基准电位,，也称为,“,公共参考端,”,，它除了作为各级电路的电流通道,之外，还是保证电路,工作稳定,、,抑制干扰,的,重要环节,。它可以,接大地,，也可以,与大地隔绝,。,信号地线分类,1.,模拟信号地线,模拟信号地线,是,模拟信号的零信号电位公共线,。因为模拟信号电压多数情况下均较弱、易受干扰，易形成级间不希望的反馈，所以,模拟信号地线的横截面积应尽量大些,。,2.,数字信号地线,数字信号地线,是,数字信号的零电平公共线,。由于数字信号处于,脉冲工作状态,，动态脉冲电流在接地阻抗上产生的压降往往,成为微弱模拟信号的干扰源,，为了避免数字信号对模拟信号的干扰，,数字信号地线,、,模拟信号地线应分别设置为宜,，否则,数字信号会严重干扰模拟信号的测量结果数字电路与模拟电路的接地分开,设置,并在模拟地的最后一级连接在一起,数字电路干扰模拟电路的接地改错,上图错误地将数字面板表的,电源负极,（有较大的数字脉冲电流）与被测电压（,易受干扰的模拟信号,）的负极在数字面板表的接插件上用一根地线连接到印制电路板上，就会使,数字面板表的示值跳动不止,。如果,将数字电路的地线与模拟电路的地线分开设置,就能有效地,消除这种干扰,。,请指出地线的错误之处，并改正之。,3,.,信号源地,传感器可看作是测量装置的信号源,，多数情况下,信号较为微弱,。通常传感器安装在生产设备现场，而测量装置设在离现场一定距离的控制室内，从测量装置的角度看，可以认为,传感器的公共参考端就是信号源地线,，它必须与测量装置进行正确的连接才能提高整个检测系统的抗干扰能力。,4.,负载地线,负载的电流一般都比前级信号电流大得多，,负载地线,上的电流有,可能干扰前级微弱的信号,，因此,负载地线必须与其他信号地线分开,。例如，若误将,喇叭的负极,（接地线）与,话筒的屏蔽线,碰在一起，就可能,引起啸叫,。又如当负载是继电器时，继电器触点,闭合,和,断开,会产生,电火花,，,容易反馈到前级,，,造成干扰,，因此应正确连接。,（二）,一点接地原则,对于,模拟信号地线,、,数字信号地线,、,信号源地线,、,负载地线,等几种地线一般,应分别设置,，在电位需要连通时，也必须仔细,选择合适的点在,一个地方相连,，才能,消除各地线之间的干扰,。,1.,单,级电路的一点接地原则,考虑到加工工艺，在实际的印制电路板设计中，,只能做到各接地点尽量靠近,、,并加大地线的宽度,。,2.,多级电路的一点接地原则,若将多级电路的地线,逐级串联,，在最后一段地线上将存在一定的,对地电位差,，有可能,产生共阻抗耦合干扰,，,应采取并联接地方式,，才不易产生级与级之间的,相互干扰,。,设计多级电路的地线应注意以下,两个原则,：,一是,公用地线截面积应尽量大些,，,以减小地线的内阻；,二是,应把电流最大的电路放在距电源的接地点最近的地方,。,多级电路的一点,接地改错,多级模拟电路,的地线逐级,串联,，电源的,电流流过内阻,r,1,、,r,2,、,r,3,，在这段地线上产生三点,不同的对地电位差,G,1,、,G,2,、,G,3,，虽然其数值很小，但将对有较大放大倍数的放大器电路,产生共阻抗干扰,。,多级电路的一点接地原则的改错,请指出下图的电源接地错误,监控电路,电源盒,第二级放大器,第一级放大器,地线,1,地线,3,+12V,地线,2,+12V,高频电路的大面积接地,当,频率较高,时，应采取,大面积的地线,（也称,“,铺地,”,）。这时允许,“,多点接地,”,，这是,因为接地面积充分大,，,内阻很低,，事实上相当于一点接地，,不易产生,级与级之间的,共阻耦合,。,3.,检测系统的一点接地原则,许多传感器的两根信号线均不接大地。如果这时二次仪表也采用浮置电路，容易出现,静电积累现象,，且易产生,电场干扰,。,在这种情况下多,采用二次仪表测公共参考端接地的方案,。此种情况下，检测系统仍然,符合一点接地原则,。在二次仪表与计算机相连接的情况下，由于计算机的公共参考端已被接金属机箱，并通过保安地线接大地，所以这时,二次仪表的零电位端,（公共参考端）也就通过计算机接大地了。,在上述情况下，,传感器的公共参考端不应再接地,，,否则会产生大地环流，造成干扰,。,大地电位差,U,NG,引入的干扰,从理论上说，大地是,理想的零电位,。无论向大地注入多大的,电流,或,电荷,，大地各点仍为,等电位,可是事实上大地存在一定的电阻。如果某一电器设备对地有较大的漏电流，则以漏电点为圆心，在很大的一个范围内，电位沿半径方向向外逐渐降低，在人体跨步之间可以测到,或多或少的电压降,，称为,大地电位差,U,NG,。,U,NG,检测系统一点接地原则的改错,请指出下图的接地错误,三、滤波技术,滤波器是,抑制交流差模干扰,的有效手段之一。有,RC,滤波器,和,LC,滤波器,等几种。,1.,RC,滤波器,：当信号源为热电偶、应变片等,信号变化缓慢的传感器,时，利用,小体积、低成本,的无源,RC,低通滤波器,将对,串模干扰,有较好的,抑制效果,。,a,）单节平衡式,RC,滤波器与放大器的连接,b,）双节不平衡式,RC,滤波器,c,）低通滤波器图形符号,d,）幅频特性,低通滤波器,低通滤波器,只允许,直流信号,或,缓慢变化的极低频率的信号,通过，而不让,较高频率的信号,通过的电路。当输出信号降至最大值的,0.707,倍,时的频率称为低通滤波器的截止频率,f,H,：,“,较高频率信号”是,相对于直流电压而言的,，指,50Hz,及,50Hz,以上的信号，它们多数不是有用信号。仪表输入端串接低通滤波器后，等效于接入一个积分电路，会阻碍有用信号的突变，使电路的反映变慢。,低通滤波器前后波形比较,电子系统受到电磁干扰的波形,滤波后的波形,模拟信号,数字信号,2.,交流电源滤波器,电源网络吸收了各种高、低频噪声对此常用,压降较小,的,LC,滤波器,来抑制混入电源的噪声。,交流电源滤波器的内部电路,100,H,电感、,0.1,F,电容组成,高频滤波器,，用于,吸收从电源线传导进来的中短波段的高频噪声干扰,；图中两只对称的,5mH,电感是由绕在同一只铁心两侧、匝数相等的电感绕组构成的，称为,共模电感,，用于,吸收因电源波形畸变而产生的谐波干扰,；图中的,压敏电阻,R,U,用于吸收因雷击等引起的浪涌电压干扰,。,2,级交流电源滤波器的内部电路,共模电感,差模电感,共模电容,交流电源滤波器外形,交流电源滤波器的使用效果,使用电源滤波器前观察到的干扰,使用电源滤波器后干扰消失,3.,磁,珠（,FB,）,铁氧体磁珠由,磁滞损耗较大的铁氧体（铁镁或铁镍合金材料）烧结而成,力学性能与陶瓷相似，颜色为银灰色，中间有孔洞。,低频输入信号线或电源线穿过磁珠。磁珠与导线共同构成一个,L,、,R,串联等效阻抗,。,电感,L,大约在几微亨到几十微亨之间,。,在中频段时，磁心的磁导率,较高，,L,较大，相当于一个高,Q,特性的电感性低通滤波器,；,随着频率的升高,磁珠的磁导率降低,R,d,增加较快,叠加在直流或低频信号上的高频（,FR,）和尖峰干扰信号转化为热能的形式而被耗散掉,，起到滤波作用。,磁珠（,FB,）,单相电源线、三相电源线、信号线穿过磁珠示意图,4.,直流电源滤波器,直流电源往往为几个电路所共用，为了避免通过电源内阻造成几个电路间互相干扰,，,应在每个电路的直流电源上加上,RC,或,LC,退耦滤波器,。下图中的,电解电容用来滤除低频噪声,，,电解电容旁边并联一个,0.010.1,F,的磁介电容或独石电容,，,用来滤除高频噪声,。,四、光耦合技术,目前检测系统越来越多地采用,光耦合器,，也称光电耦合器，简称光耦，它可较大地,提高,系统的,抗共模干扰能力,。,光耦合器是一种,电,光电,的,耦合器件,，它的输入量是电流，输出量也是电流，可是两者之间从电气上看却是绝缘的，输入、输出回路的绝缘电阻可高达,10,10,、耐压超过,1kV,。光耦中的发光二极管一般采用砷化镓红外发光二极管，而,光敏元件可以是,光敏二极管、光敏晶体管、达林顿管,，甚至可以是,光敏,双向晶闸管、光敏集成电路,等。,光耦的外形,双列直插式,贴片式,光耦的频率特性,当光耦中的发光二极管流过一定的激励电流时，光耦中的光敏元件需要一定的延时时间，才能产生光生载流子。,当输入光耦的激流电流频率高到一定程度时，光敏元件将来不及响应，输出减小。,光耦的隔离、传输、电平转换作用,举例,下图是,NPN,常开型接近开关光耦电路,。,V,CC,、,OUT,、,GND,1,三端分别是什么,颜色,？请分析当金属板靠近接近开关至额定动作距离时，,发光二极管,V,2,的状态,。,光耦的隔离、传输、电平转换作用分析,当金属板靠近接近开关至额定,动作距离,时，接近开关的输出,OC,门跳变为低电平,，,V,CC1,经,R,1,、,VL,1,至,OC,门回到,GND,1,构成回路,。所以,VL,1,发射红外光,，使,V,1,饱和，,c,为低电平,，经,IC,1,反相，,o,变为高电平,。该高电平经,R,3,、,VL,2,到,GND,2,构成回路，所以,VL,2,亮,。,光耦的隔离、传输、电平转换计算,光耦,不但隔离了传输线上的共模干扰,，而且,隔离了传感器的,+24V,和计算机的,5V,两个不同电平的回路,，所以,光耦在此又起到电平转换作用,。,必须指出的是,，,GND,1,与,GND,2,不应接在一起,，否则就,失去了使用光耦的抗干扰作用,，,V,CC2,也不能从,V,CC1,分压而来。,流入光耦输入端的电流：,休 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