項目十干擾抑制

1、項目十項目十 干擾的抑制干擾的抑制 信號檢測和控制系統(tǒng)中，常需要處理很多微弱信號，而這些微弱信號往往含有干擾。干擾的存在不僅使測量產(chǎn)生誤差，還會使控制紊亂，嚴重時導致事故發(fā)生。所以，信號檢測控制系統(tǒng)的設計、安裝和調(diào)試中特別要注意抗干擾的問題。最常用的抗干擾方法是屏蔽和接地，本項目主要闡述屏蔽和接地的有關知識和設計安裝方法。任務一任務一 屏蔽的選擇及屏蔽體制作屏蔽的選擇及屏蔽體制作1. 了解屏蔽原理及其重要性；2. 掌握屏蔽體電路和屏蔽體選擇等相關知識；3. 學會屏蔽體制作及屏蔽電路分析測試和調(diào)整調(diào)試方法。一、目的要求一、目的要求二、相關知識二、相關知識 1.干擾 檢測系統(tǒng)中的無用信號叫噪聲，噪

2、聲引起的檢測系統(tǒng)的不良影響叫干擾。干擾可能來自檢測系統(tǒng)本身稱為內(nèi)部干擾，也可能來自檢測系統(tǒng)外部稱為外部干擾。噪聲形成干擾的條件是：有噪聲源，有噪聲信號傳播通道，有對干擾敏感的接收電路。抗干擾的方法不外乎消除干擾源，切斷噪聲信號或干擾信號的傳遞通道，降低檢測系統(tǒng)的干擾靈敏度。任務一任務一 屏蔽的選擇及屏蔽體制作屏蔽的選擇及屏蔽體制作二、相關知識二、相關知識 2.屏蔽 屏蔽就是將干擾電路或被保護的電路用金屬體罩起來，切斷電場和磁場的傳播通道，達到抗干擾的目的。屏蔽分為四種：靜電屏蔽、電磁屏蔽、低頻磁屏蔽和驅(qū)動屏蔽。 （1）靜電屏蔽 根據(jù)靜電平衡原理，靜電平衡狀態(tài)下的金屬導體內(nèi)部電場強度為零，各點電

3、位相等。靜電屏蔽就是根據(jù)這個原理，用導電良好的金屬材料做成屏蔽罩并接地。把產(chǎn)生電場干擾的電路包圍起來，把電場限制在屏蔽罩的內(nèi)部如圖10.1.1所示。也可以在有電場干擾的兩條信號線間加一條屏蔽線，消除靜電場的相互干擾，圖10.1.2所示。任務一任務一 屏蔽的選擇及屏蔽體制作屏蔽的選擇及屏蔽體制作二、相關知識二、相關知識 2.屏蔽 （2）電磁屏蔽 電磁屏蔽利用渦流磁場的反作用消弱干擾磁場的作用。為產(chǎn)生更大的渦流來對抗高頻電磁場的干擾，通常采用導電良好的材料做成屏蔽體，把被干擾的電路部分包圍起來。原理如圖10.1.3所示。 （3）低頻磁屏蔽 低頻磁屏蔽是利用導磁性能良好的材料做成屏蔽罩，將干擾電路部

4、分包裹起來，把磁通限制在屏蔽罩內(nèi)，消除對其他電路部分的干擾的方法。如圖10.1.4所示。任務一任務一 屏蔽的選擇及屏蔽體制作屏蔽的選擇及屏蔽體制作二、相關知識二、相關知識 （4）驅(qū)動磁屏蔽 驅(qū)動屏蔽是利用1：1放大器用被保護信號線的電位驅(qū)動屏蔽導體。由于信號線和屏蔽導體等電位，之間無電磁場，從而使信號線免受干擾的方法。如圖10.1.5所示，A為干擾源，B為被保護信號線，D為屏蔽層。BD等電位，寄生電容CS2不起作用，干擾無法傳入。驅(qū)動屏蔽屬于有源屏蔽，在檢測技術中獲得愈來愈廣泛的應用。信號檢測控制系統(tǒng)包含較多的不同功能的電路，這些電路之間很容易產(chǎn)生調(diào)制干擾、電源噪聲等各種干擾，即使在完成同一功

5、能的電路中，如同頻的多級放大器，往往也需在級與級之間加以屏蔽，否則容易產(chǎn)生自激。任務一任務一 屏蔽的選擇及屏蔽體制作屏蔽的選擇及屏蔽體制作三、屏蔽的選擇三、屏蔽的選擇 1.根據(jù)干擾電磁場的頻率選擇屏蔽的類型 當干擾電磁場的頻率比較高時，采用電磁屏蔽。因為高頻電磁場的渦流大，渦流磁場的反作用明顯。干擾電磁場的頻率比較低時，采用低頻磁屏蔽。因為頻率越低渦流越小，反作用越弱，而磁通在高導磁率的材料中受到很小的阻力，所以在高導磁材料中閉合，其余空間則免受低頻磁通的干擾。驅(qū)動屏蔽多用在同一檢測控制系統(tǒng)的不同功能部分間，消除相互的調(diào)制干擾。 2.根據(jù)被保護電路部分的幾何結構選擇屏蔽體的結構形式 當被保護的

6、電路部分是電路板或其它矩形、圓柱形結構時，一般屏蔽體采用矩形或圓柱形結構，以方便制作。任務一任務一 屏蔽的選擇及屏蔽體制作屏蔽的選擇及屏蔽體制作三、屏蔽的選擇三、屏蔽的選擇 3.信號屏蔽線的選擇 當被保護的電路為一段信號線時，通常采用帶金屬網(wǎng)或金屬薄屏蔽層的導線進行保護。常用屏蔽線如圖10.1.6所示。一般情況下，聚氯乙烯屏蔽線屏蔽層內(nèi)可有一根或多根導線，用于5 0 0 V以下信號電氣線，如傳感器連線等；有護套聚氯乙烯屏蔽線，屏蔽層內(nèi)可有一根或多根軟線，用于電子設備內(nèi)或外部低電平電氣連線，一般聲頻系統(tǒng)也常采用。300、50及75射頻電纜屏蔽線，在射頻信號的傳輸中應用很廣。任務一任務一 屏蔽的選

7、擇及屏蔽體制作屏蔽的選擇及屏蔽體制作三、屏蔽的選擇三、屏蔽的選擇 3.信號屏蔽線的選擇 屏蔽線選擇通?？紤]電氣因素、環(huán)境因素和裝配工藝因等。 （1）電氣因素 頻率及阻抗特性。 如果通過導線的電流頻率較高，則必須考慮阻抗及介質(zhì)損耗，集膚效應等。射頻電纜的阻抗必須與電路阻抗特性匹配，否則不能正常工作。 傳輸電平。傳輸?shù)碗娖叫盘枙r，為了防止外界噪聲干擾，應選用屏蔽線。例如檢測系統(tǒng)中的傳感器輸出的小信號線均用屏蔽線。 (2) 環(huán)境因素 機械強度。如果產(chǎn)品的導線在運輸，使用中可能承受機械力的作用，選擇導線時就要選抗拉強度、耐磨性、柔軟性較高的信號線。 環(huán)境溫度。環(huán)境溫度對導線的影響很大，會使導線變軟或變

8、硬甚至變形開裂，造成事故。選擇導線要能適應產(chǎn)品工作溫度。 耐老化腐蝕。各種絕緣材料都會老化腐蝕，例如長期日光照射會加速橡膠絕緣老化，接觸化學溶劑可能腐蝕導線絕緣外皮等。應根據(jù)產(chǎn)品工作環(huán)境選擇相應導線。任務一任務一 屏蔽的選擇及屏蔽體制作屏蔽的選擇及屏蔽體制作三、屏蔽的選擇三、屏蔽的選擇 3.信號屏蔽線的選擇 （3）裝配工藝因素 選擇導線時要盡可能考慮裝配工藝的優(yōu)化。避免用單根電纜線組合，如果不是強度的需要則不宜選用帶織物層的導線，因為用普通剝線方法很難剝端頭，應采用既省工又增加可靠性的連接線。 導線顏色，符合習慣、便于識別，例如信號線用紅線、地線用黑線、保護線用黃綠兩色線。四、屏蔽體的制作四、

9、屏蔽體的制作 1.電磁屏蔽和靜電屏蔽體的制作 用導電性能良好的金屬，銅或鋁做成屏蔽罩并和大地相接，可同時起到電磁屏蔽和靜電屏蔽的作用。任務一任務一 屏蔽的選擇及屏蔽體制作屏蔽的選擇及屏蔽體制作四、屏蔽體的制作四、屏蔽體的制作 1.電磁屏蔽和靜電屏蔽體的制作 （1）選擇屏蔽體的材料 本著能消除或消弱靜電場、高頻電磁場的干擾出發(fā)選擇導電好的材料；本著費用低的要求選用廉價金屬，常用鋁材料。 （2）屏蔽體的結構設計測量被保護的電路部分尺寸后，設計矩形或圓柱形的屏蔽罩的幾何形狀和尺寸。 （3）屏蔽體的制作按照設計好的屏蔽罩的幾何尺寸，用預選的材料（薄板）制成要求的形狀和尺寸，安裝在被保護電路的外部。注意

10、：高頻磁通穿入的面上不要留縫隙，以免增大電阻，減小渦流的反作用，消弱屏蔽作用。圖10.1.7所示。任務一任務一 屏蔽的選擇及屏蔽體制作屏蔽的選擇及屏蔽體制作四、屏蔽體的制作四、屏蔽體的制作 2.低頻磁屏蔽體的制作 （1）屏蔽體材料的選擇 低頻磁屏蔽體用導磁性好的鐵、鎳、鈷及其合金材料，常用鐵或鐵鎳合金材料。 （2）屏蔽體的結構設計 屏蔽體的結構設計同與電磁屏蔽和靜電屏蔽體的設計。 （3）屏蔽體的制作 按照設計好的屏蔽罩的幾何尺寸，用鐵或鐵鎳合金制成要求的形狀和尺寸，安裝在被保護電路的外部。 注意：低頻磁屏蔽垂直于磁通的方向上不要留縫隙，以免增大磁阻，使磁通外溢，消弱屏蔽作用。圖10.1.8所示

11、。任務一任務一 屏蔽的選擇及屏蔽體制作屏蔽的選擇及屏蔽體制作四、屏蔽體的制作四、屏蔽體的制作 3.驅(qū)動屏蔽體的制作 驅(qū)動屏蔽不需要制作特殊的屏蔽體，只需選擇帶屏蔽層的信號線。注意：信號線的阻抗，以便實現(xiàn)阻抗匹配。 4. 屏蔽線的焊接和處理 （1）屏蔽線焊接 導線焊接在檢測系統(tǒng)裝配中占有重要地位，實踐中發(fā)現(xiàn)導線焊點的失效是出現(xiàn)故障的主要原因，必須對導線的焊接工藝給予特別的重視。 （2）屏蔽線焊前處理 剝絕緣層 導線的焊接前要除去末端絕緣層，剝除絕緣層可用普通或?qū)Ｓ霉ぞ?。一般可用剝線鉗或簡易剝線器如圖10.1.9進行剝線。剝線器可用051mm厚度的黃銅片經(jīng)彎曲后固定在電烙鐵上制成，使用它最大的好處

12、是不會傷導線，見圖10.1.10。任務一任務一 屏蔽的選擇及屏蔽體制作屏蔽的選擇及屏蔽體制作四、屏蔽體的制作四、屏蔽體的制作 4. 屏蔽線的焊接和處理 預焊（掛錫） 導線焊接，預焊是關鍵的步驟。尤其多股導線，如果沒預焊的處理，焊接質(zhì)量很難保證。導線掛錫時要邊上錫邊旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)方向與擰合方向一致(參見圖10.1.11)。 多股導線掛錫要注意“燭心效應，即焊錫浸入絕緣層內(nèi)，造成軟線變硬，容易導致接頭故障(圖10.1.12)。任務一任務一 屏蔽的選擇及屏蔽體制作屏蔽的選擇及屏蔽體制作四、屏蔽體的制作四、屏蔽體的制作 4. 屏蔽線的焊接和處理 屏蔽線末端處理 屏蔽線或同軸電纜末端連接對象不同處理方法也不

13、同。圖10.1.13表示末端與其他端子焊接時的處理方式，特別強調(diào)芯線和屏蔽層的絞合及掛錫時的燭芯效應。熱縮套管在加熱到100以上時直徑可縮小到1213，是線端絕緣常用材料。同軸電纜和屏蔽線其他連接方法可參照處理，注意同軸電纜的芯線，一般都很細且線數(shù)少，無論采用何種連接方式均不應使芯線承受拉力。 任務一任務一 屏蔽的選擇及屏蔽體制作屏蔽的選擇及屏蔽體制作四、屏蔽體的制作四、屏蔽體的制作 4. 屏蔽線的焊接和處理 （）屏蔽線插頭、插座加工 屏蔽線加工主要是接地線的引出方法。如圖10.1.14所示，用于工作電壓較高的屏蔽線，在剪去20-一30mm屏蔽層后，要在繞線的屏蔽層下加一黃臘管或繞23層黃臘綢

14、布，再用0.506的鍍銀線密繞數(shù)圈(寬26mm)，然后用錫焊將繞線與屏蔽層焊接，注意焊接時間不可過長以免燙壞絕緣層。最后趁熱套上套管。 任務一任務一 屏蔽的選擇及屏蔽體制作屏蔽的選擇及屏蔽體制作四、屏蔽體的制作四、屏蔽體的制作 4. 屏蔽線的焊接和處理 （）屏蔽線插頭、插座加工 低頻電纜加工 低頻電纜線如常用音頻電纜一般都是焊接到接頭座上，特別對移動式電纜如耳機、話筒電纜線，必須注意線端的固定，如圖10.1.15為常見立體聲耳機插頭接線。 任務一任務一 屏蔽的選擇及屏蔽體制作屏蔽的選擇及屏蔽體制作四、屏蔽體的制作四、屏蔽體的制作 4. 屏蔽線的焊接和處理 （）屏蔽線插頭、插座加工 高頻電纜加工

15、高頻電纜如同軸電纜相對位置要求很嚴格，如果芯線不在屏蔽層的中心位置，信號傳輸會受損。 高頻電纜通常要求與電纜阻抗相匹配的插頭座。圖10.1.16是常用的Q 9型高頻插頭與電纜連接步驟意圖。任務一任務一 屏蔽的選擇及屏蔽體制作屏蔽的選擇及屏蔽體制作四、屏蔽體的制作四、屏蔽體的制作 4. 屏蔽線的焊接和處理 （）屏蔽線插頭、插座加工 低頻電纜與插頭、插座的連接 低頻電纜常作為電子產(chǎn)品中各部件的連接線，用于傳輸?shù)皖l信號。首先應根據(jù)插頭、插座的引腳數(shù)目選擇相應的電纜，電纜內(nèi)各導線也應按圖10.1.13屏蔽線端焊接絕緣導線制作地線，進行剝頭、捻線、搪錫的處理，然后對應焊到引腳上。屏蔽電纜在插頭、插座上的

16、安裝是將電纜的屏蔽層剪去適當一段，用浸蠟棉線或亞麻線綁扎后涂上清漆如圖10，1，17所示。應注意已安裝好的電纜線束在插頭座上不能松動。任務一任務一 屏蔽的選擇及屏蔽體制作屏蔽的選擇及屏蔽體制作四、屏蔽體的制作四、屏蔽體的制作 4. 屏蔽線的焊接和處理 （）屏蔽線插頭、插座加工 低頻電纜與插頭、插座的連接 電纜線束的彎曲半徑不得小于線束直徑的兩倍，在插頭座根部的彎曲半徑不得小于線束直徑的5倍，以防止電纜折損。制作工藝是：擰開插頭上的螺釘，拆開插頭座，把插頭座后環(huán)套在電纜上，然后將一金屬圓墊圈套過屏蔽層，并把屏蔽層均勻地焊到圓墊圈上。將電纜的每一根導線套上絕緣套管，再將導線按順序焊到各焊片上，然后

17、將絕緣套管推到焊片上。再安裝插頭座外殼，擰緊螺釘,旋好后環(huán)，最后再在后環(huán)外纏棉線或亞麻線，并涂上清漆，如圖10.1.18所示。任務一任務一 屏蔽的選擇及屏蔽體制作屏蔽的選擇及屏蔽體制作五、評分標準五、評分標準 練習與思考練習與思考 1.什么是干擾？什么是干擾？ 2.噪聲形成干擾的條件有哪些？噪聲形成干擾的條件有哪些？ 3.屏蔽有哪些類型，它們的原理是什么？屏蔽有哪些類型，它們的原理是什么？ 4.屏蔽如何選擇？屏蔽如何選擇？ 5. 高頻和低頻磁場屏蔽設計安裝時注意什么？高頻和低頻磁場屏蔽設計安裝時注意什么？任務二任務二 接地技術接地技術1.了解接地線種類、接地的原則、接地線的連接方法知識；2.學

18、會電信號檢測和控制系統(tǒng)的接地線的選擇； 3.掌握安裝信號檢測和控制系統(tǒng)的接地線的方法。一、目的要求一、目的要求二、相關知識二、相關知識 接地問題處理得好與壞，直接影響信號檢測控制系統(tǒng)的正常工作。接地主要包含兩方面的內(nèi)容,接地的正確性和牢靠性。正確接地用來防止信號檢測控制系統(tǒng)各部分的干擾，牢靠接地，減少接地線上的電壓降，降低共阻抗干擾。任務二任務二 接地技術接地技術二、相關知識二、相關知識 1.接地 接地就是確立信號的零電位基準。接地起源于強電技術中的安全技術問題，被稱為“保安地”，常把電力系統(tǒng)的中性點或電氣設備的外殼和地球（大地）相連。在信號檢測和控制系統(tǒng)中，當接地處理的不合理時就會產(chǎn)生干擾，

19、如在兩個不同電位點分別進行接地，就形成共模干擾造成不良影響。所以，信號檢測和控制系統(tǒng)中設置合理的地線主要是為了抗干擾。信號檢測和控制系統(tǒng)僅限與一點接地時，也常把大地視為零電位基準，就是通常所說的接地。另外，信號檢測和控制系統(tǒng)的內(nèi)部也需要有一個電位參考面（模擬地電位），線路中某一參考點和其它金屬體均需保持在一個穩(wěn)定的電位上，通常利用外殼或安裝金屬板作電位參考面，并且和大地相接。所以接地的目的主要有兩點：（1）防止帶高壓的元件擊穿時使機殼帶電，造成人員觸電，也是“保安地”。（2）減小由于公共阻抗耦合或其它耦合產(chǎn)生的干擾，使信號檢測和控制系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠，這是“測量地”。任務二任務二 接地技術接地技

20、術二、相關知識二、相關知識 1.接地 2.接地的類型 自動信號檢測和控制系統(tǒng)中地線的種類繁多，歸納總結主要有以下幾種： (1) 模擬地，它是處理模擬信號的部分如：放大器、采樣保持器以及AD轉(zhuǎn)換器等輸入信號的零電位。因為模擬信號有時很弱，容易受干擾，模擬信號的地線電阻要盡量的小。 (2) 數(shù)字地，也叫邏輯地。它是自動信號檢測和控制系統(tǒng)中數(shù)字信號的的零電位公共線。數(shù)字信號工作時，在接地電阻上產(chǎn)生的壓降常常干擾微弱的模擬信號，所以不能和模擬信號共用一地。 (3) 信號地，指傳感器的零電位參考。傳感器輸出信號通常為模擬微弱信號，易受干擾，接地電阻要小。 (4) 屏蔽地，是防止靜電感應和電磁感應采取的機

21、殼或屏蔽體的接地。一般是接大地，所以起到了抗干擾作用，同時起到了安全防護的作用。 (5) 交流地，交流50Hz電源的地線，這種地是噪聲地。 (6) 功率地，指大電流網(wǎng)絡部件的零電位線。該類地線的干擾作用較大，要注意防護，有時與信號源地線隔離。任務二任務二 接地技術接地技術二、相關知識二、相關知識 3.接地線的設計原則 （1）一點接地和多點接地的使用。高頻電路常采用就近多點接地，低頻電路采用一點接地。因為高頻電路的電磁干擾嚴重，多點接地可以使干擾信號就地短路消除影響；低頻電路則受共阻抗干擾影響較大，一點接地將共阻抗降到最低。 （2）信號地線、交流地線、功率地線不能共用。交流地線、功率地線容易產(chǎn)生

22、幾毫伏甚至幾伏的電磁干擾電壓，嚴重影響信號電路的正常工作。 （3）屏蔽層與放大器公共端的連接。信號源不接地，放大器接地時，屏蔽層接放大器的公共接地端。信號源接地，放大器不接地時，屏蔽層接信號源的接地端。放大倍數(shù)高的放大器屏蔽層接放大器的公共接地端。 （4）屏蔽的接地方式由屏蔽的目的確定。電場屏蔽要接大地，主要消除靜電荷和分布電容的影響。高頻和低頻磁場屏蔽分別用導電和導磁好的材料做屏蔽體，消弱高頻磁通和低頻磁通的干擾，可以接大地，也可以不接。任務二任務二 接地技術接地技術二、相關知識二、相關知識 4.常見設備的接地方式 （1）多點接地 在高頻電路中，接地線的電感和相互間的寄生電容等形成回路影響檢

23、測控制系統(tǒng)，因此高頻各部分就近分別接地，接在一個接地導體面上，形成同一個低阻抗通路，削弱電磁干擾的影響。一般頻率高于10MHz時，應采用多點接地如圖10.2.1。 （2）一點接地 當電路工作在1MHZ及以下時，電路的寄生電感和電容影響較小，此時最好采用一點接地的方法，就是將系統(tǒng)各部分的地線分別設置，最后一點接地，并且接線長度盡量短，以減少寄生電感和寄生電容的影響如圖10.2.2。頻率在110MHz之間時，地線長度要小于波長的120；不能滿足要求時應采用多點接地。 任務二任務二 接地技術接地技術二、相關知識二、相關知識 4.常見設備的接地方式 （3）混合接地 混合接地主要適用于工作在混合頻率下的電路系統(tǒng)，是一點接地和多點接地的綜合應用。在一點接地的基礎上，再通過一些電容或電感多點接地如圖10.2.3 。利用電感、電容的頻率阻抗特性，使地線系統(tǒng)在不同的頻率下結構有所不同。例如電容耦合的混合接地中，高頻下，利用電容對交流信號的低阻抗特性，系統(tǒng)表現(xiàn)為多點接地。在低頻情況時，電容的阻抗近似無窮大，系統(tǒng)表現(xiàn)為單點接地。任務二任務二 接地技術接地技術二、相關知識二、相關知識 4.常見設備的