第8章檢測系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)

1、傳感器與自動檢測技術(shù)傳感器與自動檢測技術(shù) 劉麗劉麗 主編主編 第第8 8章章 檢測系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)檢測系統(tǒng)的抗干擾技術(shù) 本本 章章 小小 結(jié)結(jié) 8.2 8.2 抑制干擾措施抑制干擾措施 8.1 8.1 干擾的類型及形成要素干擾的類型及形成要素 第第8 8章章 檢測系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)檢測系統(tǒng)的抗干擾技術(shù) 8.1 干擾的類型及形成要素干擾的類型及形成要素 8.1 干擾的類型及形成要素干擾的類型及形成要素 所謂干擾，就是指有用信號以外對系統(tǒng)的正常工作產(chǎn)生不良影響的內(nèi)部所謂干擾，就是指有用信號以外對系統(tǒng)的正常工作產(chǎn)生不良影響的內(nèi)部 或外部因素的總稱。或外部因素的總稱。 干擾的形成包括三個要素：干擾源、傳

2、播途徑和接受載體。干擾的形成包括三個要素：干擾源、傳播途徑和接受載體。 8.1.1. 干擾源的類型干擾源的類型 按照干擾的來源，可以把干擾分為內(nèi)部干擾和外部干擾。按照干擾的來源，可以把干擾分為內(nèi)部干擾和外部干擾。 1.內(nèi)部干擾內(nèi)部干擾 內(nèi)部干擾是指系統(tǒng)內(nèi)部的各種元器件、信道、負(fù)載、電源等引起的干擾。內(nèi)部干擾是指系統(tǒng)內(nèi)部的各種元器件、信道、負(fù)載、電源等引起的干擾。 信號通道干擾信號通道干擾 電源干擾電源干擾 2.外部干擾外部干擾 外部干擾是指那些與系統(tǒng)本身結(jié)構(gòu)無關(guān)，由使用條件和外界環(huán)境因素外部干擾是指那些與系統(tǒng)本身結(jié)構(gòu)無關(guān)，由使用條件和外界環(huán)境因素 所決定的干擾。主要來自于自然界的干擾以及周圍電

3、氣設(shè)備的干擾。所決定的干擾。主要來自于自然界的干擾以及周圍電氣設(shè)備的干擾。 第第8 8章章 檢測系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)檢測系統(tǒng)的抗干擾技術(shù) 8.1.2 8.1.2 電磁干擾的途徑電磁干擾的途徑 電磁干擾的途徑有電磁干擾的途徑有“路路”和和“場場”兩種形式。兩種形式。 路的干擾：通過電路的形式作用于被干擾對象的，路的干擾必須在干路的干擾：通過電路的形式作用于被干擾對象的，路的干擾必須在干 擾源和被干擾對象之間有完整的電路連接，干擾沿著這個通路到達(dá)被擾源和被干擾對象之間有完整的電路連接，干擾沿著這個通路到達(dá)被 干擾對象；干擾對象； 場的干擾：通過電場、磁場的形式作用于被干擾對象的，場的干擾不場的干擾：通

4、過電場、磁場的形式作用于被干擾對象的，場的干擾不 需要沿著電路傳輸，而是以電磁場輻射的方式進(jìn)行，如通過分布電容、需要沿著電路傳輸，而是以電磁場輻射的方式進(jìn)行，如通過分布電容、 分布互感等引入的干擾。分布互感等引入的干擾。 1.1.通過通過“路路”的干擾的干擾 漏電流耦合形成的干擾漏電流耦合形成的干擾 傳導(dǎo)耦合形成的干擾傳導(dǎo)耦合形成的干擾 共阻抗耦合形成的干擾共阻抗耦合形成的干擾 2.2.通過通過“場場”的干擾的干擾 靜電耦合形成的干擾靜電耦合形成的干擾 電磁耦合形成的干擾電磁耦合形成的干擾 輻射電磁場耦合形成的干擾輻射電磁場耦合形成的干擾 8.1 干擾的類型及形成要素干擾的類型及形成要素 第第

5、8 8章章 檢測系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)檢測系統(tǒng)的抗干擾技術(shù) 8.1.3.8.1.3.電子測量裝置的兩種干擾電子測量裝置的兩種干擾 根據(jù)干擾進(jìn)入測量電路的方式不同，可分為差模干擾和共模干擾。根據(jù)干擾進(jìn)入測量電路的方式不同，可分為差模干擾和共模干擾。 1 1）差模干擾）差模干擾 差模干擾是使信號接收器的一個輸入端電位相對另一個輸入端電差模干擾是使信號接收器的一個輸入端電位相對另一個輸入端電 位發(fā)生變化，即干疊加在被測信號上的干擾信號。位發(fā)生變化，即干疊加在被測信號上的干擾信號。 差模干擾可用圖差模干擾可用圖8-18-1所示的方式等效表示，圖中的所示的方式等效表示，圖中的E Es s及及R Rs s為有用

6、信為有用信 號源及內(nèi)阻，號源及內(nèi)阻，U Ud d表示等效干擾電壓，表示等效干擾電壓，Z Zd d為干擾源等效阻抗；為干擾源等效阻抗；R Ri i為接收為接收 器的輸入電阻。器的輸入電阻。 8.1 干擾的類型及形成要素干擾的類型及形成要素 圖8-1 差模干擾等效電路圖 針對具體情況可以采用雙絞信號傳輸針對具體情況可以采用雙絞信號傳輸 線、傳感器耦合端加濾波器、金屬隔離線、傳感器耦合端加濾波器、金屬隔離 線、屏蔽等措施來消除差模干擾。線、屏蔽等措施來消除差模干擾。 第第8 8章章 檢測系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)檢測系統(tǒng)的抗干擾技術(shù) 2 2）共模干擾）共模干擾 共模干擾往往是指同時加載在各個信號接收器輸入信號

7、接口端的共模干擾往往是指同時加載在各個信號接收器輸入信號接口端的 共有的信號干擾。雖然它不直接影響結(jié)果，但是當(dāng)信號接收器的輸入共有的信號干擾。雖然它不直接影響結(jié)果，但是當(dāng)信號接收器的輸入 電路參數(shù)不對稱時，它會轉(zhuǎn)化為差模干擾，對測量結(jié)果產(chǎn)生影響。電路參數(shù)不對稱時，它會轉(zhuǎn)化為差模干擾，對測量結(jié)果產(chǎn)生影響。 共模干擾一般用等效電壓源表示，圖共模干擾一般用等效電壓源表示，圖8-28-2給出一般情況下的等效電給出一般情況下的等效電 路。圖中路。圖中E Es s及及R Rs s為有用信號源及內(nèi)阻，為有用信號源及內(nèi)阻，U Ud d表示干擾電壓源，表示干擾電壓源，Z Zd1 d1、 、Zd2Zd2表表 示干

8、擾源阻抗，示干擾源阻抗，Z Z1 1、Z Z2 2表示信號傳輸線阻抗，表示信號傳輸線阻抗，Z Zs1 s1、 、Z Zs2 s2表示信號傳輸線 表示信號傳輸線 對地漏阻抗。對地漏阻抗。 8.1 干擾的類型及形成要素干擾的類型及形成要素 圖8-2 共模干擾等效電路圖 第第8 8章章 檢測系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)檢測系統(tǒng)的抗干擾技術(shù) 3 3）共模干擾抑制比）共模干擾抑制比 檢測系統(tǒng)對共模干擾的抑制能力可以共模干擾抑制比檢測系統(tǒng)對共模干擾的抑制能力可以共模干擾抑制比 來衡量，它是指作用于系統(tǒng)的共模干擾信號與使系統(tǒng)產(chǎn)生來衡量，它是指作用于系統(tǒng)的共模干擾信號與使系統(tǒng)產(chǎn)生 同樣輸出所需的差模信號之比。同樣輸出所需

9、的差模信號之比。 常用對數(shù)形式表示常用對數(shù)形式表示 式中式中 U Ucm cm- -作用于系統(tǒng)的共模干擾信號； 作用于系統(tǒng)的共模干擾信號； U Ucd cd- -使系統(tǒng)產(chǎn)生同樣輸出所需的差模信號。 使系統(tǒng)產(chǎn)生同樣輸出所需的差模信號。 共模干擾抑制比共模干擾抑制比K KCMR CMR值越高，說明對共模干擾抑制能 值越高，說明對共模干擾抑制能 力越強。力越強。 8.1 干擾的類型及形成要素干擾的類型及形成要素 cd cm CMR U U Klg20 第第8 8章章 檢測系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)檢測系統(tǒng)的抗干擾技術(shù) 8.2 抑制干擾措施抑制干擾措施 抑制干擾的措施很多，主要包括硬件處理和軟件處理抑制干擾的措

10、施很多，主要包括硬件處理和軟件處理 等方法。等方法。 8.2.1硬件抑制干擾措施硬件抑制干擾措施 1. 屏蔽技術(shù)屏蔽技術(shù) 屏蔽是利用導(dǎo)電或?qū)Т挪牧现瞥傻暮袪罨驓钇帘误w，將干擾源屏蔽是利用導(dǎo)電或?qū)Т挪牧现瞥傻暮袪罨驓钇帘误w，將干擾源 或干擾對象包圍起來從而割斷或削弱干擾場的空間耦合通道，阻止其或干擾對象包圍起來從而割斷或削弱干擾場的空間耦合通道，阻止其 電磁能量的傳輸?shù)募夹g(shù)措施。電磁能量的傳輸?shù)募夹g(shù)措施。 按需屏蔽的干擾場的性質(zhì)不同，可分為靜電屏蔽、低頻磁場屏蔽按需屏蔽的干擾場的性質(zhì)不同，可分為靜電屏蔽、低頻磁場屏蔽 和電磁屏蔽。和電磁屏蔽。 8.2 抑制干擾措施抑制干擾措施 第第8 8章章

11、 檢測系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)檢測系統(tǒng)的抗干擾技術(shù) 2.2.隔離隔離 隔離是指把干擾源與接收系統(tǒng)隔離開來，使有用信號正常傳輸，隔離是指把干擾源與接收系統(tǒng)隔離開來，使有用信號正常傳輸， 而干擾耦合通道被切斷，達(dá)到抑制干擾的目的。常見的隔離方法有光而干擾耦合通道被切斷，達(dá)到抑制干擾的目的。常見的隔離方法有光 電隔離、變壓器隔離和繼電器隔離等方法。電隔離、變壓器隔離和繼電器隔離等方法。 （1 1）光電隔離）光電隔離 8.2 抑制干擾措施抑制干擾措施 圖8-3 光電隔離原理 第第8 8章章 檢測系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)檢測系統(tǒng)的抗干擾技術(shù) （2）變壓器隔離）變壓器隔離 對于交流信號的傳輸一般使用變壓器隔離干擾信號的辦

12、法。隔對于交流信號的傳輸一般使用變壓器隔離干擾信號的辦法。隔 離變壓器也是常用的隔離部件，用來阻斷交流信號中的直流干擾和抑離變壓器也是常用的隔離部件，用來阻斷交流信號中的直流干擾和抑 制低頻干擾信號的強度。制低頻干擾信號的強度。 8.2 抑制干擾措施抑制干擾措施 圖8-4 光電隔離和變壓器隔離原理 （3）繼電器隔離）繼電器隔離 繼電器線圈和觸點僅有機械上形成聯(lián)系，而沒有直接的電的繼電器線圈和觸點僅有機械上形成聯(lián)系，而沒有直接的電的 聯(lián)系，因此可利用繼電器線圈接受電信號，而利用其觸點控制和傳聯(lián)系，因此可利用繼電器線圈接受電信號，而利用其觸點控制和傳 輸電信號，從而可實現(xiàn)強電和弱電的隔離。同時，繼

13、電器觸點較多輸電信號，從而可實現(xiàn)強電和弱電的隔離。同時，繼電器觸點較多 ，且其觸點能承受較大的負(fù)載電流，因此應(yīng)用非常廣泛。，且其觸點能承受較大的負(fù)載電流，因此應(yīng)用非常廣泛。 第第8 8章章 檢測系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)檢測系統(tǒng)的抗干擾技術(shù) 3.接地接地 接地是保證人身和設(shè)備安全、抗噪聲干擾的一種方法。接地是保證人身和設(shè)備安全、抗噪聲干擾的一種方法。 接地有兩種情況，一種是設(shè)定一個基準(zhǔn)面（如金屬機殼），所有接地有兩種情況，一種是設(shè)定一個基準(zhǔn)面（如金屬機殼），所有 信號回線都與之相連，包括測量儀器在內(nèi)的所有電子儀器內(nèi)部均為此信號回線都與之相連，包括測量儀器在內(nèi)的所有電子儀器內(nèi)部均為此 接法。另一種是直接接

14、地，工業(yè)電源、電力設(shè)備等都與大地相連。接法。另一種是直接接地，工業(yè)電源、電力設(shè)備等都與大地相連。 合理地選擇接地方式是抑制電容性耦合、電感性耦合及電阻耦合，合理地選擇接地方式是抑制電容性耦合、電感性耦合及電阻耦合， 減小或削弱干擾的重要措施。減小或削弱干擾的重要措施。 檢測系統(tǒng)接地包括一點接地和多點接地兩種方式。一般低頻電路檢測系統(tǒng)接地包括一點接地和多點接地兩種方式。一般低頻電路 由于布線和元件間的電感影響很小，而公共阻抗影響很大，因此應(yīng)一由于布線和元件間的電感影響很小，而公共阻抗影響很大，因此應(yīng)一 點接地。而在高頻電路中，地線具有電感，因而增加了地線阻抗，而點接地。而在高頻電路中，地線具有電

15、感，因而增加了地線阻抗，而 且地線變成廠天線，向外輻射噪聲信號，因此要多點接地。通常頻率且地線變成廠天線，向外輻射噪聲信號，因此要多點接地。通常頻率 在在1MHz以下用一點接地，頻率在以下用一點接地，頻率在10MHz以上用多點接地。以上用多點接地。 8.2 抑制干擾措施抑制干擾措施 第第8 8章章 檢測系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)檢測系統(tǒng)的抗干擾技術(shù) （1）一點接地）一點接地 就是將各種具有不同信號電平的信號地線、噪聲地線和金屬件地就是將各種具有不同信號電平的信號地線、噪聲地線和金屬件地 線分別在電路中適當(dāng)?shù)囊稽c接地，而不應(yīng)相互串接。線分別在電路中適當(dāng)?shù)囊稽c接地，而不應(yīng)相互串接。點接地又分單點接地又分單

16、級電路一點接地和多級電路一點接地兩種情況。級電路一點接地和多級電路一點接地兩種情況。 8.2 抑制干擾措施抑制干擾措施 圖8-5 串聯(lián)一點接地圖 8-6 并聯(lián)一點接地 第第8 8章章 檢測系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)檢測系統(tǒng)的抗干擾技術(shù) （2）多點接地）多點接地 若電路工作頻率較高，電感分量大，各地線間的互感耦合會增若電路工作頻率較高，電感分量大，各地線間的互感耦合會增 加干擾，這時最好采用多點接地，如圖加干擾，這時最好采用多點接地，如圖8-7所示，各接地點就近接于所示，各接地點就近接于 接地匯流排或底座、外殼等金屬構(gòu)件上。接地匯流排或底座、外殼等金屬構(gòu)件上。 8.2 抑制干擾措施抑制干擾措施 圖8-7

17、多點接地 第第8 8章章 檢測系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)檢測系統(tǒng)的抗干擾技術(shù) 4.4.濾波濾波 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 擾的頻譜往往比要接收的信號的頻譜寬得多，因此，當(dāng)接受器接收有擾的頻譜往往比要接收的信號的頻譜寬得多，因此，當(dāng)接受器接收有 用信號時，也會接收到那些不希望有的干擾。這時，可以采用濾波的用信號時，也會接收到那些不希望有的干擾。這時，可以采用濾波的 方法，只讓所需要的頻率成分通過，而將干擾頻率成分加以抑制。方法，只讓所需要的頻率成分通過，而將干擾頻率成分加以抑制。 8.2 抑制干擾措施抑制干擾措施 圖8

18、-8 二階RC有源低通濾波電路 第第8 8章章 檢測系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)檢測系統(tǒng)的抗干擾技術(shù) 8.2.48.2.4軟件抗干擾技術(shù)軟件抗干擾技術(shù) 1.1.數(shù)字濾波數(shù)字濾波 所謂數(shù)字濾波就是通過一定的計算程序?qū)Σ蓸有盘栠M(jìn)行平滑處理，所謂數(shù)字濾波就是通過一定的計算程序?qū)Σ蓸有盘栠M(jìn)行平滑處理， 提高其有用信號，消除或減少各種干擾和噪音的影響，以保證系統(tǒng)的提高其有用信號，消除或減少各種干擾和噪音的影響，以保證系統(tǒng)的 可靠性。不需要增加硬件設(shè)備，只要在程序進(jìn)入控制算法之前，附加可靠性。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。一段數(shù)字濾波程序。 2.2.軟件陷阱技術(shù)軟件陷阱技術(shù) 軟件陷阱是通過指令強行將捕獲的程序引向指定地址，并在此用軟件陷阱是通過指令強行將捕獲的程序引向指定地址，并在此用 專門的出錯處理程序加以處理的軟件抗干擾技術(shù)。專門的出錯處理程序加以處理的軟件抗干擾技術(shù)。 3.“3