干擾抑制技術

1、檢測裝置的檢測裝置的干擾抑制技術干擾抑制技術 工業(yè)現(xiàn)場干擾會造成檢測電路失去測量精度甚至測工業(yè)現(xiàn)場干擾會造成檢測電路失去測量精度甚至測量結果失常。本章討論常見的干擾類型、干擾傳輸途徑量結果失常。本章討論常見的干擾類型、干擾傳輸途徑以及干擾抑制方法。以及干擾抑制方法。第一節(jié)第一節(jié) 干擾的來源干擾的來源 一、一、常見的干擾類型常見的干擾類型 （1 1）外部干擾）外部干擾 自然界干擾自然界干擾周圍電氣設備干擾周圍電氣設備干擾（2 2）內(nèi)部干擾：）內(nèi)部干擾： 固定干擾固定干擾動態(tài)干擾動態(tài)干擾二、二、噪聲和信躁比噪聲和信躁比 1. 噪聲：檢測系統(tǒng)及儀表電路中混進去的無用信號。噪聲：檢測系統(tǒng)及儀表電路中混

2、進去的無用信號。 2. 信噪比：測量通道中有用信號成分和噪聲信號成信噪比：測量通道中有用信號成分和噪聲信號成分之比分之比(取對數(shù)取對數(shù))。信噪比越大越好。信噪比越大越好。NsNsUUPPNSlg20lg10)/(信號功率信號功率噪聲功率噪聲功率噪聲電壓噪聲電壓信號電壓信號電壓第二節(jié)第二節(jié) 干擾的耦合與傳輸途徑干擾的耦合與傳輸途徑 干擾形成的三個條件：干擾形成的三個條件： （1 1）干擾源；）干擾源； （2 2）對干擾敏感的接收電路；）對干擾敏感的接收電路； （3 3）從干擾源到接收電路之間的）從干擾源到接收電路之間的傳輸途徑傳輸途徑。 靜電耦合：因寄生電容引起的電荷耦合靜電耦合：因寄生電容引起

3、的電荷耦合 電磁耦合：因兩個電路的互感引起的磁鏈耦合。電磁耦合：因兩個電路的互感引起的磁鏈耦合。 共阻抗耦合：不同電路之間存在公共阻抗引起的共阻抗耦合：不同電路之間存在公共阻抗引起的電壓耦合。例如兩個電路合用一個電源。電壓耦合。例如兩個電路合用一個電源。 漏電流耦合：因絕緣不良，在絕緣電阻上產(chǎn)生漏漏電流耦合：因絕緣不良，在絕緣電阻上產(chǎn)生漏電流所引起的干擾。電流所引起的干擾。一、一、靜電耦合靜電耦合靜電耦合靜電耦合示意圖示意圖等效電路圖等效電路圖nimnimimncEZCjEZCjZCjU1寄生電容寄生電容干擾電壓干擾電壓干擾源電壓干擾源電壓輸入阻抗輸入阻抗 結論結論： （1 1）干擾源的頻率越

4、高，靜電耦合干擾越強。）干擾源的頻率越高，靜電耦合干擾越強。 （2 2）減小接收電路阻抗）減小接收電路阻抗Z Zi i，有利于抑制靜電耦合干擾。，有利于抑制靜電耦合干擾。 （3 3）合理布線，減小分布電容）合理布線，減小分布電容C Cm m，有利于抑制靜電耦，有利于抑制靜電耦合干擾合干擾。靜電耦合靜電耦合對放大器的干擾對放大器的干擾等效電路圖等效電路圖在干擾頻率在干擾頻率1MHz1MHz，干擾源電壓，干擾源電壓5V5V，寄生電容，寄生電容0.01pF0.01pF的情況下，干擾輸入電壓為的情況下，干擾輸入電壓為31.4mV31.4mV。100100倍倍3.14V3.14V二、二、電磁耦合電磁耦合

5、nncMIjU互感互感干擾電壓干擾電壓干擾源電流干擾源電流電磁耦合電磁耦合示意圖示意圖等效電路圖等效電路圖電磁耦合對交流電橋的干擾電磁耦合對交流電橋的干擾在干擾頻率在干擾頻率10kHz10kHz，干擾源電流干擾源電流10mA10mA，互，互感感0.10.1H H的情況下，的情況下，干擾電壓為干擾電壓為62.862.8V V。三、三、共阻抗耦合共阻抗耦合cnncZIU干擾源電流干擾源電流干擾電壓干擾電壓共有阻抗共有阻抗共阻抗耦合共阻抗耦合等效電路等效電路電源內(nèi)阻引起的共阻抗干擾電源內(nèi)阻引起的共阻抗干擾四、四、漏電流耦合漏電流耦合ninincEZRZU干擾源電壓干擾源電壓干擾電壓干擾電壓漏電流輸入

6、回路的輸入阻抗漏電流輸入回路的輸入阻抗絕緣電阻絕緣電阻漏電流耦合漏電流耦合等效電路等效電路第三節(jié)第三節(jié) 差模干擾和共模干擾差模干擾和共模干擾 一、差模干擾一、差模干擾 差模干擾：干擾信號與有效信號串聯(lián)疊加后作用到差模干擾：干擾信號與有效信號串聯(lián)疊加后作用到檢測裝置的輸入端。檢測裝置的輸入端。 干擾信號干擾信號有效信號有效信號 較長的檢測信號接線會因為電磁耦合、靜電耦合帶較長的檢測信號接線會因為電磁耦合、靜電耦合帶來差模干擾信號。來差模干擾信號。 電源變壓器的屏蔽不良，信號源自身的紋波、漂移，電源變壓器的屏蔽不良，信號源自身的紋波、漂移，也會帶來差模干擾信號。也會帶來差模干擾信號。 差模干擾典型

7、實例：差模干擾典型實例： -熱電偶傳輸線受交變磁場影響引入差模干擾。熱電偶傳輸線受交變磁場影響引入差模干擾。 抑制差模干擾的方法：抑制差模干擾的方法： 1.1.采用采用低通濾波器低通濾波器濾掉交流干擾。濾掉交流干擾。 2.2.盡可能早對被測信號進行盡可能早對被測信號進行前置放大前置放大，以提高信躁比。，以提高信躁比。 3.3.檢測系統(tǒng)采用檢測系統(tǒng)采用高抗擾度元器件高抗擾度元器件，提高閥值電平提高閥值電平，采，采用用低速邏輯部件低速邏輯部件抑制高頻干擾。抑制高頻干擾。 4.4.注意信號線注意信號線屏蔽和接地屏蔽和接地良好。良好。 二、共模干擾二、共模干擾 共模干擾：兩個輸入端對地同時存在的干擾信

8、號。共模干擾：兩個輸入端對地同時存在的干擾信號。 出現(xiàn)共模干擾信號的主要原因是被測信號的參考接出現(xiàn)共模干擾信號的主要原因是被測信號的參考接地點與檢測電路的輸入接地點不同。地點與檢測電路的輸入接地點不同。 共模干擾示意圖共模干擾示意圖等效電路圖等效電路圖)(222111ZrrZrrUUUUcmBAAB輸入端對地等效阻抗輸入端對地等效阻抗共模干擾電壓共模干擾電壓長電纜導線電阻長電纜導線電阻不同地之間的電位差不同地之間的電位差 消除共模干擾的方法：消除共模干擾的方法： 理論上，當兩個輸入端電路完全對稱，理論上，當兩個輸入端電路完全對稱，r r1 1=r=r2 2且且Z Z1 1=Z=Z2 2時，時，

9、共模干擾可消除。實際上無法做到。共模干擾可消除。實際上無法做到。 抑制共模干擾的方法：抑制共模干擾的方法： 盡可能使得盡可能使得r r1 1、r r2 2的數(shù)值接近，的數(shù)值接近，Z Z1 1、Z Z2 2的數(shù)值接近，就的數(shù)值接近，就可以減小共模干擾?？梢詼p小共模干擾。 三、共模干擾抑制比三、共模干擾抑制比 共模干擾信號只有共模干擾信號只有在電路不對稱的情況下變成差模在電路不對稱的情況下變成差模信號信號才會成為干擾。才會成為干擾。 引入引入共模干擾抑制比共模干擾抑制比的概念，用以的概念，用以衡量檢測裝置對衡量檢測裝置對共模干擾的抑制能力共模干擾的抑制能力。共模干擾抑制比。共模干擾抑制比越大越好。

10、越大越好。 cmnmcmonmonmcmKKUUUUUUCMRRlg20lg20lg20共模抑制比共模抑制比共模干擾信號共模干擾信號（產(chǎn)生同樣輸出所需的）（產(chǎn)生同樣輸出所需的）差模干擾信號差模干擾信號差模增益差模增益共模增益共模增益 抑制共模干擾的方法總結：抑制共模干擾的方法總結： （1 1）采用）采用雙端輸入的差分放大器雙端輸入的差分放大器作為儀表輸入通道的作為儀表輸入通道的前置放大器，前置放大器，CMRRCMRR可達可達100100160dB160dB，是抑制共模干擾的有，是抑制共模干擾的有效方法；效方法； （2 2）將將“模擬地模擬地”與與“數(shù)字地數(shù)字地”隔離隔離，共模干擾構不，共模干擾

11、構不成回路，會被有效抑制；成回路，會被有效抑制； （3 3）利用）利用屏蔽屏蔽的方法使輸入信號的的方法使輸入信號的“模擬地模擬地”浮空，浮空，也可以抑制共模干擾。也可以抑制共模干擾。第四節(jié)第四節(jié) 干擾抑制技術干擾抑制技術一、一、屏蔽技術屏蔽技術 屏蔽技術利用低阻材料或磁性材料，可屏蔽技術利用低阻材料或磁性材料，可隔離電磁干擾隔離電磁干擾。 1. 1. 靜電屏蔽靜電屏蔽 利用導電性能良好的金屬作成屏蔽盒，并將其接地，利用導電性能良好的金屬作成屏蔽盒，并將其接地，可以保護內(nèi)部電路免受靜電場的干擾?？梢员Ｗo內(nèi)部電路免受靜電場的干擾。 2. 2. 電磁屏蔽電磁屏蔽 利用導電性能良好的金屬作成屏蔽層，利

12、用渦流作用，利用導電性能良好的金屬作成屏蔽層，利用渦流作用，阻斷高頻電磁場的能量；如果加上接地，也可以防止靜電阻斷高頻電磁場的能量；如果加上接地，也可以防止靜電干擾；還可以削弱兩電路之間由于寄生分布電容耦合所產(chǎn)干擾；還可以削弱兩電路之間由于寄生分布電容耦合所產(chǎn)生的干擾。生的干擾。 3. 3. 低頻磁屏蔽低頻磁屏蔽 對低頻磁場干擾，要用高導磁材料作屏蔽層。對低頻磁場干擾，要用高導磁材料作屏蔽層。 4. 4. 驅(qū)動屏蔽驅(qū)動屏蔽 利用利用1:11:1的電壓的電壓跟隨器跟隨器電路，迫使電路，迫使被屏蔽導體被屏蔽導體B B與與屏蔽屏蔽層層D D等電位。等電位。二、二、接地技術接地技術 正確接地可以消除各

13、電路電流流經(jīng)公共地線時產(chǎn)生的正確接地可以消除各電路電流流經(jīng)公共地線時產(chǎn)生的躁聲電壓，可抑制躁聲電壓，可抑制電磁場和地電位差的干擾電磁場和地電位差的干擾。 1.“1.“地線地線”的種類：的種類： （1 1）屏蔽接地線及機殼接地線屏蔽接地線及機殼接地線-實現(xiàn)對電磁場的屏蔽。實現(xiàn)對電磁場的屏蔽。 （2 2）信號接地線信號接地線-分別設置的分別設置的“模擬地模擬地”與與“數(shù)字數(shù)字地地”。 （3 3）功率地線功率地線-大電流網(wǎng)絡部件的零電平，本身干擾大電流網(wǎng)絡部件的零電平，本身干擾作用大，與信號地互相絕緣。作用大，與信號地互相絕緣。 （4 4）交流電源地線交流電源地線-交流電源地線交流電源地線N N本身

14、是一個躁聲本身是一個躁聲源，必須與直流地線相互絕緣。源，必須與直流地線相互絕緣。 2.2.接地設計注意事項：接地設計注意事項： （1 1）高頻電路高頻電路應就近多點接地，應就近多點接地，低頻電路低頻電路應一點接地。應一點接地。 （2 2）交流地、功率地、信號地線不能共用。）交流地、功率地、信號地線不能共用。 （3 3）電纜屏蔽層的接地：當一個不接地的信號源連接）電纜屏蔽層的接地：當一個不接地的信號源連接一個接地的放大器，電纜屏蔽層接到放大器公共端。反之一個接地的放大器，電纜屏蔽層接到放大器公共端。反之應接到信號源公共端。應接到信號源公共端。 （4 4）屏蔽接地方式隨屏蔽目的而不同。）屏蔽接地方

15、式隨屏蔽目的而不同。 3.3.常見電路及用電設備的接地方式常見電路及用電設備的接地方式 （1 1）印刷電路板內(nèi)的接地方式）印刷電路板內(nèi)的接地方式: : 低頻電路一點接地低頻電路一點接地 高頻電路多點接地高頻電路多點接地單極放大電路的一點接地方法單極放大電路的一點接地方法從任意點接地從任意點接地到一點接地到一點接地避免低頻干擾避免低頻干擾多極放大電路的一點接地方法多極放大電路的一點接地方法從串聯(lián)接地從串聯(lián)接地到一點并聯(lián)接地到一點并聯(lián)接地避免低頻干擾避免低頻干擾 （2 2）傳感器接口電路的接地方式）傳感器接口電路的接地方式兩點接地兩點接地一點接地一點接地避免共模干擾避免共模干擾 （3 3）檢測系統(tǒng)

16、與計算機系統(tǒng)的接地方式）檢測系統(tǒng)與計算機系統(tǒng)的接地方式 低電平地線、功率地線和機殼屏蔽地線低電平地線、功率地線和機殼屏蔽地線應分開設應分開設置，但最后要匯集起來，通過專用地線與大地連接構置，但最后要匯集起來，通過專用地線與大地連接構成成“一點接地一點接地”的地線系統(tǒng)。的地線系統(tǒng)。接地電阻小于接地電阻小于1010歐歐 （4 4）電纜屏蔽層的接地方式）電纜屏蔽層的接地方式 如檢測電路是一點接地，電纜屏蔽層也要一點接地。如檢測電路是一點接地，電纜屏蔽層也要一點接地。傳感器測接地傳感器測接地放大器測未接放大器測未接兩測都接地兩測都接地傳感器測未接傳感器測未接放大器測接地放大器測接地兩測都接地兩測都接地

17、三、三、浮空技術浮空技術 如果檢測輸入放大器的公共線，既不接機殼也不接大如果檢測輸入放大器的公共線，既不接機殼也不接大地，即稱為浮空。浮空比接地具有更強的共模干擾抑制能地，即稱為浮空。浮空比接地具有更強的共模干擾抑制能力。力。 cmZrcmnmUZrZrZZrZrrUZrZrZrZrZrrU)()()(22113122132211122133333 r3越小，越小，Z3越大越好越大越好四、四、隔離技術隔離技術 1.1.變壓器隔離：如晶閘管的門極觸發(fā)電路。變壓器隔離：如晶閘管的門極觸發(fā)電路。 2.2.光電耦合隔離：如變頻器中功率晶體管的驅(qū)動電路。光電耦合隔離：如變頻器中功率晶體管的驅(qū)動電路。 五

18、、濾波五、濾波技術技術 1. 1.交流電源進線對稱濾波器交流電源進線對稱濾波器 （1 1）高頻干擾電壓對稱濾波電路）高頻干擾電壓對稱濾波電路 線間電壓濾波器線間電壓濾波器 線間電壓對地電壓濾波器線間電壓對地電壓濾波器 簡化簡化電路電路（2 2）低頻干擾電壓對稱濾波電路）低頻干擾電壓對稱濾波電路 2. 2.直流輸出濾波器直流輸出濾波器 濾低頻電容濾低頻電容 濾高頻電容濾高頻電容 濾低頻電容濾低頻電容 濾高頻電容濾高頻電容 2. 2.退耦濾波器退耦濾波器 當同一個直流電源同時對幾個電路供電時當同一個直流電源同時對幾個電路供電時, ,應在應在每個電每個電路的電源進線路的電源進線側(cè)設置退耦濾波器，以避

19、免電源內(nèi)阻的干擾。側(cè)設置退耦濾波器，以避免電源內(nèi)阻的干擾。 直直流流電電源源 退耦濾波器退耦濾波器1 1退耦濾波器退耦濾波器2 2 - -+ + 退耦濾波器安裝注意事項：退耦濾波器安裝注意事項： （1 1）濾波器進出電纜注意屏蔽與接地。）濾波器進出電纜注意屏蔽與接地。 （2 2）浮地系統(tǒng)中，濾波器外殼應與設備外殼絕緣。）浮地系統(tǒng)中，濾波器外殼應與設備外殼絕緣。 （3 3）設備和濾波器均可靠接地，浮地系統(tǒng)隔離接地。）設備和濾波器均可靠接地，浮地系統(tǒng)隔離接地。六、軟件干擾抑制六、軟件干擾抑制技術技術 1. 1.數(shù)字濾波技術數(shù)字濾波技術 （1 1）算術平均值濾波：對同一采樣點連續(xù)）算術平均值濾波：對同一采樣點連續(xù)N N次采樣，以次采樣，以平均值作為可靠結果。平均值作為可靠結果。 （2 2）中值濾波：對同一采樣點連續(xù)）中值濾波：對同一采樣點連續(xù)n n次采樣，按大小排次采樣，按大小排列后取中間值作為可靠結果。列后取中間值作為可靠結果。 （3 3）抑制脈沖算術平均值濾波：對同一采樣點連續(xù)）抑制脈沖算術平均值濾波：對同一采樣點連續(xù)