電工量計及檢測運用應用技術(shù)第八章

第八章測量系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)

1．電磁兼容（1）電磁兼容含義電磁兼容（簡稱EMC）是指電子裝置能在規(guī)定的電磁環(huán)境中，既不受周圍電磁場的影響能正常工作，也不對該環(huán)境或其它設(shè)備造成不允許的擾動的能力。（2）電磁兼容設(shè)計的主要內(nèi)容

2．研究抗干擾技術(shù)的基本方法（1）形成“干擾”的必要條件（三要素）

干擾源

敏感元件（測量對象、測量儀表）圖8.1形成干擾的示意圖●

干擾源；●被干擾對象;●干擾傳播途徑.（2）基本方法

發(fā)現(xiàn)干擾分析測量找出干擾源干擾特點電路及其工作環(huán)境

抑制干擾屏蔽濾波隔離建立電路模型分析干擾電路理論圖8.2抗干擾技術(shù)研究簡化圖（3）基本內(nèi)容

①對測量系統(tǒng)周圍存在的可能對測量系統(tǒng)形成干擾的干擾源的特性和干擾傳播途徑，進行估算與測定；③根據(jù)儀表的功能和應用場合，采取適當?shù)姆椒ㄒ种聘蓴_。②

對測量系統(tǒng)低抗干擾的能力以及感受干擾的敏感度，進行分析計算或試驗測定；3．干擾的來源

3.1外部干擾

3.2內(nèi)部干擾

放電干擾

高頻干擾

浪涌干擾

振動干擾

環(huán)境干擾

數(shù)字電路干擾

元器件干擾信號回路干擾負載回路干擾電源電路干擾4．干擾的耦合方式和傳導模式

4.1干擾的耦合（傳遞）方式

靜電耦合電磁感應耦合公共阻抗耦合輻射耦合漏電流耦合工程中研究干擾傳遞的方法——用集中參數(shù)電容C、電感

L

及互感M

表示耦合通道簡化電路模型（1）靜電耦合干擾電壓通過分布電容使其它導體上的電位受到影響.～U１U2CZ2圖8.3靜電耦合等效電路U1—干擾電壓C—分布電容Z2—儀表的等效阻抗U2—靜電感應干擾電壓ω—U1的角頻率～MI１Z2U2圖8.4電磁感應耦合等效電路（2）電磁感應耦合I1—干擾電流ω—I1的角頻率M—兩導體間互感（3）公共阻抗耦合UZ2GZ1RC圖8.5公共阻抗耦合等效電路ESRSZ1Z2電源內(nèi)阻對電路的影響（4）輻射耦合①電能變換頻繁的地方；②高頻電能變換裝置；③脈沖電源；④電源線、信號線。E—電場強度（V/cm）H—產(chǎn)生輻射干擾的“天線”的長度由輻射產(chǎn)生的干擾電壓為

U=EH易產(chǎn)生輻射干擾場合—（5）漏電流耦合～U1U2RZ2圖8.6漏電流耦合等效電路U1—干擾電壓R—絕緣電阻Z2—儀表的等效阻抗U2—干擾耦合電壓信號線分布電容的靜電耦合；信號線傳輸距離較長引起的互感；空間電磁場的電磁感應等。（1）串模干擾干擾串聯(lián)于信號回路，往返于兩條線路間，使兩條傳輸線路之間存在一個電位差;干擾電流IN和信號電流IS的路徑往返兩條線上是一致的；難以消除

.常使運放飽和、靈敏度下降和零點漂移.①特點：②原因：③影響：RN~USUN~ISINISIN圖8.7(a)串模干擾4.1干擾的傳導模式

（2）共模干擾①特點:③影響:②原因:干擾侵入傳輸線路和地線間，兩條傳輸線路上共同存在著對地干擾電壓;干擾電流在兩條線上各流過一部分，以地為公共回路，而信號電流只在往返兩條線路中流過。從本質(zhì)上講，這種干擾能夠消除

.由于線路和器件的不平衡性，共模干擾→串模干擾

。信號源的“地”與信號放大電路的“地”之間存在一個電位差；電場或磁場耦合等。IN圖8.7(b)共模干擾RN~USUN~ISIN/2ISIN/2N—干擾源ZL—為負載阻抗Z1—導線1對地阻抗Z2—導線2對地阻抗NUN1UN2UNZLZ1Z2IN1IN2IN12圖8.7(c)

共模干擾轉(zhuǎn)化為常模干擾當Z1=Z2時IN=0當Z1≠Z2時IN≠0J1-2AD1R1K1GO1-1D2J1-1RWJ1R2T1U1R3D3C1圖8.12高壓接地保護電路GO1-1■一種高壓接地保護裝置（ZL94228640.5

）①安全接地方式J1-3J1-2~220V~220VK2J2C3J2-1IC1U1R9J1-3C2LED圖8.13高壓接地保護的語音報警電路12638542196315C4C5IC2R4R5R6R7R8R10■

一種具有接地保護功能的半導體開關(guān)模塊三個功能電路：檢測電路+驅(qū)動電路+開關(guān)電路（ZL03284623.1）ADCB電力電子集成模塊的封裝外形金屬底板絕緣層功率開關(guān)元件檢測及驅(qū)動電路元件電力電子集成模塊封裝結(jié)構(gòu)

電力電子集成模塊的應用BADC~220VRL外殼電氣設(shè)備②工作接地方式a.一點接地●一點接地、多點接地—

按各功能電路的地與系統(tǒng)地連接形式●浮地方式、直接接地方式、電容接地方式—

按系統(tǒng)地與大地的連接關(guān)系

放射式接地電路A電路B電路C

母線式接地電路A電路B電路C適用于低頻線路b.多點接地（平面式接地）平面式接地電路A電路B電路Cc.浮地方式

適用于高頻線路適用于浮地系統(tǒng)對地分布電容很小

d.直接接地方式e.電容接地方式適用于系統(tǒng)有很大的對地分布電容適用于工作地與大地間存在直流或低頻電位差③

屏蔽接地方式測控裝置～屏蔽層工作地信號源圖8.10屏蔽層接地點在信號源側(cè)～現(xiàn)場地UCM充電電流分布電容圖8.11屏蔽層接地點在信號接收側(cè)測控裝置～屏蔽層工作地信號源分布電容a.電纜屏蔽層的接地方式原始（無干擾）信號信號源側(cè)接地時測量儀表側(cè)接地時b.變壓器的屏蔽層接地接地方式:一般情況下接保護地(接大地)保護地屏蔽地5．2屏蔽技術(shù)

（1）基本原理（2）方法和材料

方法—在電容耦合通道上插入一個接地良好的金屬屏蔽導體。①電場屏蔽材料—導電率良好的材料。方法—

用高導電率材料做成屏蔽殼，將儀表或感擾源置于其內(nèi)。③電磁屏蔽材料—高導電率材料。②磁場屏蔽高頻磁場屏蔽

低頻磁場屏蔽材料—高導電率的良導電材料。方法—用高導電率的良導電材料做成薄屏蔽殼，將儀表置于其內(nèi)。材料—高導磁率材料。方法—用高導磁率材料做成屏蔽殼，將儀表或感擾源置于其內(nèi)。①屏蔽罩——

一般用無孔金屬板制成；②屏蔽柵網(wǎng)—

一般用金屬編制網(wǎng)或有孔金屬薄板制成；③屏蔽銅箔—

一般是利用多層線路板的一個銅箔面作為屏蔽板；④隔離倉——

是將整機金屬箱體用金屬板分隔成多個獨立的單元，從而屏蔽各部分之間的電磁干擾；⑤導電涂料—

是在非金屬的箱體內(nèi)、外表面噴漆一層金屬涂層。（3）屏蔽的結(jié)構(gòu)形式5．3雙絞線技術(shù)（1）雙絞線類型無屏蔽網(wǎng)雙絞線；有屏蔽網(wǎng)雙絞線；有屏蔽網(wǎng)的單芯或多芯導線。（2）雙絞線抗干擾原理～R1R2R3R2R3R

ii

cIiS1iS212圖8.9雙絞線間電磁感應干擾情況M雙絞線的節(jié)距與噪聲衰減率導線節(jié)距(cm)噪聲衰減率抑制噪聲效果(dB)空氣中平行導線—1：10雙絞線1014：123雙絞線7.571：137雙絞線5112：141雙絞線2.5141：143鋼管中平行導線—22：127（3）雙絞線的使用①抑制靜電感應干擾應選用屏蔽網(wǎng)雙絞線；抑制電磁感應干擾可選用無屏蔽網(wǎng)雙絞線。②屏蔽層起靜電屏蔽的作用，它必須正確接地。測控裝置～屏蔽層工作地信號源圖8.10屏蔽層接地點在信號源側(cè)～現(xiàn)場地UCM充電電流分布電容圖8.11屏蔽層接地點在信號接收側(cè)測控裝置～屏蔽層工作地信號源分布電容儀表使用的環(huán)境溫度劃分—5個級別電子器件使用溫度適用范圍的劃分

圖脈沖電源的屏蔽與接地示意圖脈沖輸出輔助電源（隔離）控制電路高頻變壓器機殼屏蔽層屏蔽層交流輸入功率地控制地浮地屏蔽層功率變換電路▲浮地屏蔽方式基本思想：增大共?；芈纷杩?；靜電保護②

雙絞線的接地接地方式——用作屏蔽線的一根應采用雙端接地方式，為感應電流提供流動回路.5．4隔離技術(shù)（1）空間隔離（2）器件性隔離功能電路之間的合理布局。光電隔離繼電器隔離放大器隔離變壓器隔離R1R2

U

in(out)AC插頭電源變壓器機殼圖儀器浮地輸出（輸入）電子線路+接地端

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in(out)AC插頭電源變壓器機殼圖儀器接地輸出（輸入）電子線路+接地端VCC隔離變壓器

U

in(out)AC插頭電源變壓器機殼圖儀器接地輸出（輸入）電子線路+接地端輸入~220V5.5濾波技術(shù)(1)

濾波器的作用(2)濾波器的分類●選出有用的頻率信號，抑制雜散無用的頻率信號，使一定范圍內(nèi)的信號通過，且衰減很??；而在此范圍以外的信號衰減很大，從而提高系統(tǒng)的信噪比.●抑制串模干擾的常用方法之一只阻止規(guī)定的某頻段信號通過，但允許高于或低于該頻段的信號通過①低通濾波器—②高通濾波器—③帶通濾波器—④帶阻濾波器—允許低頻信號通過，但阻止高頻信號通過允許高頻信號通過，但阻止低頻信號通過允許規(guī)定的某頻段信號通過，但阻止高于或低于該頻段的信號通過│A（f）│Ofc1f(b)高通濾波器│A（f）│Ofc2f(a)

低通濾波器│A（f）│Ofc2f(c)帶通濾波器fc1f0│A（f）│Ofc2f(d)帶阻濾波器fc1f0圖常用濾波器的幅頻特性CR輸入Vi輸出Vo1階RC濾波器截止頻率：