檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù)

1、第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù)3.1 電子測(cè)量系統(tǒng)的干擾與抑制電子測(cè)量系統(tǒng)的干擾與抑制 3.2 噪聲源與噪聲耦合方式噪聲源與噪聲耦合方式 3.3 形成干擾的三要素及抑制干擾的措施形成干擾的三要素及抑制干擾的措施 3.4 差模干擾與共模干擾差模干擾與共模干擾 3.5 屏蔽、接地、浮置與其他干擾抑制技術(shù)屏蔽、接地、浮置與其他干擾抑制技術(shù) 3.6 電源變壓器與工頻干擾電源變壓器與工頻干擾3.7 軟件抗干擾技術(shù)軟件抗干擾技術(shù) 思考與練習(xí)題思考與練習(xí)題 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 3.1 電子測(cè)量系統(tǒng)的干擾與抑制電子測(cè)量系統(tǒng)的干擾與抑制 3.1.1 3.1

2、.1 干擾與防護(hù)的概念干擾與防護(hù)的概念電子測(cè)量系統(tǒng)在工作過程中，可能會(huì)出現(xiàn)某些不正常現(xiàn)象， 例如輸出不穩(wěn)定、零點(diǎn)漂移、嚴(yán)重失真或超差等。產(chǎn)生這些現(xiàn)象的原因，可能是電子測(cè)量系統(tǒng)本身電路結(jié)構(gòu)、器件質(zhì)量、制造工藝等存在問題，也可能是電子測(cè)量系統(tǒng)受外部的工作環(huán)境， 如電源電壓波動(dòng)、環(huán)境溫度變化或其他電氣設(shè)備的影響等。這些來自內(nèi)部和外部、影響電子測(cè)量裝置正常工作的各種因素， 統(tǒng)稱為“干擾”。 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 3.1.2 3.1.2 各種常見干擾及其抑制方法各種常見干擾及其抑制方法1. 1. 機(jī)械的干擾及抑制機(jī)械的干擾及抑制 機(jī)械的干擾是指由于機(jī)械振動(dòng)或沖擊，使電子測(cè)量系統(tǒng)中的電氣或電

3、子元件發(fā)生振動(dòng)、變形，從而改變了系統(tǒng)的電氣參數(shù)， 造成了可逆或不可逆的影響。對(duì)于機(jī)械的干擾主要采取減振措施來解決， 例如使用減振彈簧或減振橡皮墊等。 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 2. 2. 熱的干擾及抑制熱的干擾及抑制 電子測(cè)量系統(tǒng)在工作時(shí)產(chǎn)生的熱量所引起的溫度波動(dòng)和環(huán)境溫度的變化等，都會(huì)導(dǎo)致電路元器件參數(shù)發(fā)生變化（溫度漂移），或產(chǎn)生附加的熱電勢(shì)等， 從而影響系統(tǒng)的正常工作， 這就是熱的干擾。 對(duì)于熱的干擾，工程上通常采取熱屏蔽、恒溫設(shè)備、對(duì)稱平衡結(jié)構(gòu)、溫度補(bǔ)償元件等措施來進(jìn)行抑制。 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 3. 3. 光的干擾及抑制光的干擾及抑制在電子測(cè)量系統(tǒng)中廣泛使用著

4、各種半導(dǎo)體元器件，這些半導(dǎo)體材料在光線的作用下，會(huì)激發(fā)出電子空穴對(duì)，使半導(dǎo)體元器件產(chǎn)生電勢(shì)或引起阻值的變化，從而影響電子測(cè)量系統(tǒng)的正常工作，這就是光的干擾。因此，半導(dǎo)體元器件應(yīng)封裝在不透光的殼體內(nèi)。對(duì)于具有光敏作用的元件，尤其應(yīng)該注意光的屏蔽問題。 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 4. 4. 濕度變化的干擾及抑制濕度變化的干擾及抑制 濕度增加會(huì)使絕緣體的絕緣電阻下降、漏電流增加，會(huì)使高值電阻的阻值下降，會(huì)使電介質(zhì)的介電常數(shù)增加，等等。 因此，濕度變化必然會(huì)影響電子測(cè)量系統(tǒng)的正常工作。在設(shè)計(jì)電子測(cè)量系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)當(dāng)采取一些必要的防潮措施。例如，電氣元件和印刷電路板的浸漆、 環(huán)氧樹脂封灌和硅橡膠封

5、灌等。 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 5. 5. 電和磁的干擾及抑制電和磁的干擾及抑制 電和磁可以通過電路和磁路對(duì)電子測(cè)量系統(tǒng)產(chǎn)生干擾作用， 在電子線路中只要有電場或磁場存在，就會(huì)產(chǎn)生電磁干擾。 電磁干擾對(duì)于電子測(cè)量系統(tǒng)而言，是最為普遍和影響最嚴(yán)重的干擾， 因此一定要認(rèn)真處理這種干擾。 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 6. 6. 射線輻射的干擾及抑制射線輻射的干擾及抑制 射線會(huì)使氣體電離、半導(dǎo)體激發(fā)出電子空穴對(duì)，會(huì)使金屬逸出電子等，從而影響電子測(cè)量系統(tǒng)的正常工作。但是射線的防護(hù)是一門專業(yè)技術(shù)，主要用于原子能工業(yè)、核武器生產(chǎn)等方面， 所以本書不作介紹。 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技

6、術(shù) 7. 7. 化學(xué)的干擾及抑制化學(xué)的干擾及抑制 某些化學(xué)物品，如酸、堿、鹽及腐蝕性氣體等，一方面會(huì)通過化學(xué)腐蝕作用損壞電子測(cè)量系統(tǒng)元件和部件，另一方面會(huì)與金屬導(dǎo)體形成化學(xué)電勢(shì)。例如使用檢流計(jì)時(shí)，手指上的臟物（含有酸、堿、鹽等）被弄濕后，將與導(dǎo)線形成化學(xué)電勢(shì)， 使檢流計(jì)偏轉(zhuǎn)。因此，良好的密封和及時(shí)的清潔對(duì)儀表是十分必要的防護(hù)化學(xué)干擾的措施。 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 3.2 噪聲源與噪聲耦合方式噪聲源與噪聲耦合方式 3.2.1 3.2.1 噪聲與信噪比噪聲與信噪比1. 1. 噪聲噪聲 電子測(cè)量系統(tǒng)在工作時(shí)，除了有用信號(hào)之外，往往還附帶著一些無用的信號(hào)。這些無用的、變化不規(guī)則的信號(hào)會(huì)影

7、響測(cè)量結(jié)果，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使有用信號(hào)失真或被淹沒掉，使測(cè)量工作無法進(jìn)行。這種在電子測(cè)量系統(tǒng)中出現(xiàn)的、不希望有的無用信號(hào)稱為“噪聲”。通常所說的干擾就是指噪聲造成的不良效應(yīng)。噪聲一般屬于隨機(jī)信號(hào)， 必須用描述隨機(jī)信號(hào)的方法來描述。 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 2. 信噪比信噪比 在測(cè)量過程中，不希望有噪聲，但是也無法完全消除噪聲， 實(shí)際上只能要求噪聲盡可能小一些。究竟允許多大的噪聲存在， 則必須與有用信號(hào)聯(lián)系在一起考慮。顯然，當(dāng)有用信號(hào)很強(qiáng)時(shí)， 可允許較大的噪聲存在；當(dāng)有用信號(hào)很微弱時(shí)，則只能允許很小的噪聲存在。于是，很自然就產(chǎn)生了“信噪比”這一概念。 信噪比指的是在信號(hào)通道中，有用信號(hào)功率與

8、伴隨的噪聲功率之比。它表示噪聲對(duì)有用信號(hào)影響的大小。設(shè)有用信號(hào)功率為Ps、電壓為Us，噪聲功率為Pn、電壓為Un，則用貝爾（B）為單位表示的信噪比S/N為 B lg/nsPPNS（3-1） 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 由于貝爾單位太大，所以常用分貝（dB）為單位表示信噪比，其表達(dá)式為 dB lg20 dB lg10/nnsUUPPNSs（3-2） 由上式可知， 信噪比越大， 表示噪聲對(duì)有用信號(hào)的影響越小。 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 3.2.2 3.2.2 噪聲源噪聲源1. 1. 放電噪聲源放電噪聲源由各種放電現(xiàn)象產(chǎn)生的噪聲稱為放電噪聲。在放電過程中， 放電噪聲會(huì)向周圍輻射出從

9、低頻到高頻的電磁波，而且還會(huì)傳播很遠(yuǎn)的距離。它是對(duì)電子儀表影響最嚴(yán)重的一種噪聲干擾。 在放電現(xiàn)象中屬于持續(xù)放電的有電暈放電、輝光放電和弧光放電；屬于過渡現(xiàn)象的有火花放電。 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 1） 電暈放電噪聲 電暈放電具有間歇性質(zhì)，會(huì)產(chǎn)生脈沖電流，而且隨著電暈放電過程還會(huì)出現(xiàn)高頻振蕩，這些都是產(chǎn)生噪聲的原因。電暈放電噪聲主要來自高壓輸電線，它與距離的平方成反比。因此， 對(duì)于一般的檢測(cè)儀表來說，其影響不大。 2） 火花放電噪聲 自然界的雷電，電機(jī)整流子炭刷上的火花，接觸器、短路器、繼電器接點(diǎn)在閉合和斷開瞬間產(chǎn)生的火花，電蝕加工過程中產(chǎn)生的火花，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火裝置以及高壓器件由

10、于絕緣不良引起的閃爍放電等都是火花放電的噪聲源?；鸹ǚ烹娫肼暱梢酝ㄟ^直接輻射和電源電路向外傳播，對(duì)低頻至高頻電路造成干擾。 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 3） 放電管噪聲 放電管屬于輝光或弧光放電。通常放電管具有負(fù)阻特性， 所以，當(dāng)它與外電路連接時(shí)，很容易引起振蕩。交流供電的熒光燈，在半個(gè)周期內(nèi)，由于其起始和終了時(shí)放電電流變小， 也會(huì)產(chǎn)生再點(diǎn)火振蕩和滅火振蕩。近年來大量使用的霓虹燈， 也成為一種較為嚴(yán)重的噪聲源。 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 2. 2. 電氣設(shè)備噪聲源電氣設(shè)備噪聲源1） 工頻噪聲 大功率輸電線是典型的工頻噪聲源。低電平的信號(hào)線只要有一段距離與高壓輸電線平行，就會(huì)受

11、到明顯的干擾。即使是室內(nèi)的一般交流電源線，對(duì)于輸入阻抗和靈敏度很高的檢測(cè)儀表來說，也是很大的干擾源。另外，在電子裝置的內(nèi)部， 由于工頻感應(yīng)，也會(huì)產(chǎn)生交流噪聲。如果工頻電源的電壓波形失真較大（如供電系統(tǒng)接有大容量的可控硅設(shè)備），由于高次諧波分量的增多，它產(chǎn)生的干擾更大。 2） 射頻噪聲 高頻感應(yīng)加熱、高頻焊接等工業(yè)電子設(shè)備以及廣播機(jī)、 雷達(dá)等通過輻射或通過電源線，會(huì)給附近的電子測(cè)量儀表帶來干擾。 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 3） 電子開關(guān) 電子開關(guān)雖然在通斷時(shí)不產(chǎn)生火花，但由于通斷的速度極快，使電路中的電壓和電流發(fā)生急劇的變化，形成沖擊脈沖， 從而形成噪聲干擾源。在一定電路參數(shù)條件下，電

12、子開關(guān)的通斷還會(huì)帶來相應(yīng)的阻尼振蕩，從而形成高頻干擾源。使用可控硅的電壓調(diào)整電路，對(duì)其他電子裝置的干擾就是典型例子。 這種電路在可控硅的控制下，周期性地通斷，形成前沿陡峭的電壓和電流，并使電源波形畸變，從而影響到由該電源系統(tǒng)供電的其他電子設(shè)備。 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 3. 3. 固有噪聲源固有噪聲源 在電路中，電子元件本身產(chǎn)生的、具有隨機(jī)性、寬頻帶的噪聲稱為固有噪聲。電路中常出現(xiàn)的固有噪聲有電阻熱噪聲、 半導(dǎo)體器件產(chǎn)生的散粒噪聲，以及開關(guān)、繼電器觸點(diǎn)、電位器觸點(diǎn)、接線端子電阻、晶體管內(nèi)部的不良接觸產(chǎn)生的接觸噪聲等。例如，電視機(jī)未接收到信號(hào)時(shí)， 屏幕上表現(xiàn)出的雪花干擾，就是由固有噪

13、聲引起的。 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 3 3. .2 2. .3 3噪聲的疊加噪聲的疊加噪聲電壓或噪聲電流的產(chǎn)生若是彼此獨(dú)立的，即互不相關(guān)的，則總噪聲功率等于各個(gè)噪聲功率之和。把幾個(gè)噪聲電壓U1、U2，Un按功率相加時(shí)，得 2n22212UUUU總(3-3) 總噪聲電壓可表示為 2n2221UUUU總 (3-4) 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 噪聲電壓或噪聲電流的產(chǎn)生若不是彼此獨(dú)立的，即互為相關(guān)的，則噪聲電壓可用下式疊加： 2122212UUUUU總 (3-5) 式中為相關(guān)系數(shù)，0 R1，|Z2| R2，并且Z1Z2Z，則上式可簡化為 12lg20CMRRRRZ（3-11） 第

14、3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 3.5 屏蔽、接地、浮置與其他干擾抑制技術(shù)屏蔽、接地、浮置與其他干擾抑制技術(shù) 3.5.1 3.5.1 屏蔽技術(shù)屏蔽技術(shù)1. 1. 靜電屏蔽靜電屏蔽 由靜電學(xué)可知，處于靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體內(nèi)部無電力線， 即各點(diǎn)等電位。利用金屬導(dǎo)體的這一性質(zhì)，并加上接地措施， 則靜電場的電力線就在接地金屬導(dǎo)體處中斷，從而起到隔離電場的作用。 靜電屏蔽可以防止靜電耦合干擾，用它可消除或削弱兩電路之間由于寄生分布電容耦合而產(chǎn)生的干擾。 在電源變壓器的原邊與副邊繞組之間，插入一個(gè)梳齒形導(dǎo)體，并將其接地，以此來防止兩繞組之間的靜電耦合，這是靜電屏蔽的典型應(yīng)用之一。 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾

15、及其抑制技術(shù) 2. 2. 電磁屏蔽電磁屏蔽 電磁屏蔽的基本原理是采用導(dǎo)電良好的金屬材料做成屏蔽罩、屏蔽盒等不同的外形，將被保護(hù)的電路包圍在其中，利用高頻電磁場對(duì)屏蔽金屬的電磁感應(yīng)作用，在屏蔽金屬內(nèi)產(chǎn)生渦流，用渦流產(chǎn)生的磁場抵消或減弱干擾磁場的影響，從而得到屏蔽的效果。它主要用來防止高頻電磁場的影響，對(duì)于低頻磁場干擾的屏蔽效果很小。 圖3-8是電磁屏蔽示意圖。 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 圖3-8 電磁屏蔽 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 下面用實(shí)例來分析電磁屏蔽的效果。圖3-9是屏蔽盒的電磁屏蔽作用示意圖。屏蔽導(dǎo)體中的電流方向與線圈中的電流方向相反。因此，在屏蔽盒的外部，屏蔽導(dǎo)體渦

16、流產(chǎn)生的磁場與線圈產(chǎn)生的磁場抵消，從而抑制了泄露到屏蔽盒外部的磁力線，起到了電磁屏蔽的 作用。若將電磁屏蔽導(dǎo)體看作是匝數(shù)的線圈，其電阻、電感分別為rs、Ls，流過的電流為is；線圈的匝數(shù)為Wc，電感為Lc，流過的電流為ic；線圈與屏蔽導(dǎo)體的互感為M，則 jcsssLrMIjI（3-12） 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 在高頻情況下，可以認(rèn)為rsLs，所以 cssIrMjI（3-14） 由式（3-14）可知，在低頻時(shí)值很小，故Is值也很小，這樣一來對(duì)低頻的屏蔽效果就很小，所以電磁屏蔽只適用于防止高頻電磁場的影響。 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 圖3-9屏蔽盒的電磁屏蔽作用示意圖第3章

17、 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 3. 3. 低頻磁屏蔽低頻磁屏蔽 低頻磁屏蔽是用來隔離低頻(主要指50Hz)磁場或固定磁場(也稱靜磁場，其幅度、方向不隨時(shí)間變化，如永久磁鐵產(chǎn)生的磁場)耦合干擾的有效措施。任何通過電流的導(dǎo)線或線圈周圍都存在磁場，它們可能對(duì)檢測(cè)儀器的信號(hào)線或儀器造成磁場耦合干擾。電磁屏蔽對(duì)這種低頻磁通干擾的屏蔽效果是很差的，這時(shí)必須采用高導(dǎo)磁材料作屏蔽層，以便讓低頻干擾磁力線從磁阻很小的磁屏蔽層中通過，使內(nèi)部電路免受低頻磁場耦合干擾的影響。 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 為了有效地進(jìn)行低頻磁屏蔽，屏蔽層材料要選用諸如坡莫合金之類對(duì)低磁通密度有高導(dǎo)磁率的鐵磁材料，同時(shí)要有一定的

18、厚度以減小磁阻。由鐵氧體壓制成的罐形磁芯可作為磁屏蔽使用，并可以把它和電磁屏蔽導(dǎo)體一同使用。為提高屏蔽效果可采用多層屏蔽。第一層用低導(dǎo)磁率的鐵磁材料，作用是使場強(qiáng)降低；第二層用高導(dǎo)磁率的鐵磁材料，以充分發(fā)揮其屏蔽作用。某些高導(dǎo)磁材料，如坡莫合金經(jīng)機(jī)械加工后，其導(dǎo)磁性能會(huì)降低。因此用這類材料制成的屏蔽體在加工后應(yīng)進(jìn)行熱處理。 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 4. 4. 驅(qū)動(dòng)屏蔽驅(qū)動(dòng)屏蔽 驅(qū)動(dòng)屏蔽又稱“電位跟蹤屏蔽”，就是用被屏蔽導(dǎo)體的電位通過11電壓跟隨器來驅(qū)動(dòng)屏蔽導(dǎo)體的電位，其原理如圖3-10所示。若11電壓跟隨器是理想的，則導(dǎo)體B與屏蔽層C二者等電位，于是在二者之間無電力線，各點(diǎn)等電位。

19、 這說明， 噪聲源導(dǎo)體A的電場影響不到導(dǎo)體B。盡管導(dǎo)體B與屏蔽層C之間有寄生電容存在，但因B與C等電位，故此寄生電容不起作用。 因此驅(qū)動(dòng)屏蔽能有效地抑制通過寄生電容的耦合干擾。應(yīng)指出的是，在驅(qū)動(dòng)屏蔽中所應(yīng)用的11電壓跟隨器不僅要求其輸出電壓與輸入電壓的幅值相同，而且要求兩者之間的相移為零。 另一方面，此電壓跟隨器的輸入阻抗與Zi相并聯(lián)，為減小其并聯(lián)作用，則要求電壓跟隨器的輸入阻抗值應(yīng)當(dāng)足夠高。實(shí)際上這些要求只能在一定程度上得到滿足。驅(qū)動(dòng)屏蔽屬于有源屏蔽，只有當(dāng)線性集成電路出現(xiàn)以后，才有實(shí)用價(jià)值，目前它已在工程中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 圖3-10 驅(qū)動(dòng)屏蔽

20、第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 驅(qū)動(dòng)屏蔽的實(shí)用例子很多，圖3-11是對(duì)電容傳感器接收信號(hào)的驅(qū)動(dòng)屏蔽示意圖。這實(shí)際上是一種等電位屏蔽法。由于傳輸電纜的芯線與內(nèi)層屏蔽等電位，從而消除了芯線對(duì)內(nèi)層屏蔽的容性漏電，也就消除了寄生電容的影響。此時(shí)，內(nèi)、外層屏蔽之間的電容便成了電纜驅(qū)動(dòng)放大器的負(fù)載，因此，驅(qū)動(dòng)放大器是一個(gè)輸入阻抗很高、具有容性負(fù)載、放大倍數(shù)為1的同相放大器。 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 圖3-11 驅(qū)動(dòng)屏蔽法實(shí)例 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 3.5.2 3.5.2 接地技術(shù)接地技術(shù)1. 1. 接地的概念和目的接地的概念和目的在電子測(cè)量系統(tǒng)中，地的含義包括兩種。一是代表一

21、個(gè)系統(tǒng)或一個(gè)電路的等電位參考點(diǎn)，接地的目的是為系統(tǒng)或電路的各部分提供一個(gè)穩(wěn)定的基準(zhǔn)電位，并以低的阻抗為信號(hào)電流回流到信號(hào)源提供通路。這種地又稱為信號(hào)地。顯然，沒有信號(hào)地， 系統(tǒng)或電路是無法工作的。二是指地球的大地。系統(tǒng)或電路的某些部分需要與該地連接，接地的目的是為電氣設(shè)備提供一個(gè)保護(hù)接地，或者是滿足靜電屏蔽的需要。 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 2. 2. 電子測(cè)量系統(tǒng)中的多種地線電子測(cè)量系統(tǒng)中的多種地線1） 保護(hù)地線 為了安全起見，作為三相四線制電源電網(wǎng)的零線、電氣設(shè)備的機(jī)殼、底盤以及避雷針等都需要接大地。對(duì)于單相電， 為了保證用電的安全性，也應(yīng)采用具有保護(hù)接地線的單相三線制配電方式。

22、圖3-12是220V三線制交流配電原理圖?！盎鹁€”上裝有熔斷絲，保護(hù)地線應(yīng)與設(shè)備外殼相連。當(dāng)電流超過容限時(shí)，熔斷絲切斷電源，但不管漏電流大小或熔斷絲是否熔斷， 用電設(shè)備外殼始終保持地電位， 從而保障了人身安全。 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 圖3-12 單相三線制配電原理圖 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 2） 信號(hào)地線 電子測(cè)量系統(tǒng)中的地線除特別說明是接大地的以外，一般都是指作為電信號(hào)的基準(zhǔn)電位的信號(hào)地線。 信號(hào)地線又可分為兩種：模擬地和數(shù)字地。模擬地是模擬信號(hào)的零電位公共線。因?yàn)槟M信號(hào)一般較弱，所以對(duì)模擬地要求較高。數(shù)字地是數(shù)字信號(hào)的零電位公共線。由于數(shù)字信號(hào)一般較強(qiáng)，故對(duì)數(shù)字

23、地要求可低些。但由于數(shù)字信號(hào)處于脈沖工作狀態(tài)，動(dòng)態(tài)脈沖電流在雜散的接地阻抗上產(chǎn)生的干擾電壓， 即使尚未達(dá)到足以影響數(shù)字電路正常工作的程度，但對(duì)于微弱的模擬信號(hào)來說，往往已成為嚴(yán)重的干擾源。為了避免模擬地與數(shù)字地之間的相互干擾，二者應(yīng)分別設(shè)置。 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 3） 信號(hào)源地線信號(hào)源地線是傳感器本身的零電位基準(zhǔn)公共線。傳感器可看做是測(cè)量裝置的信號(hào)源。通常傳感器安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場，而顯示、記錄等測(cè)量裝置則安裝在離現(xiàn)場有一定距離的控制室內(nèi)， 在接地要求上二者不同。 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 4） 負(fù)載地線 負(fù)載的電流一般較前級(jí)信號(hào)大得多，負(fù)載地線上的電流在地線中產(chǎn)生的干擾作

24、用也大，因此負(fù)載地線和測(cè)量放大器的信號(hào)地線也有不同的要求。有時(shí)二者在電氣上是相互絕緣的，它們之間通過磁耦合或光耦合傳輸信號(hào)。 在電子測(cè)量系統(tǒng)中，上述四種地線應(yīng)分別設(shè)置。在電位需要連通時(shí)，可選擇合適位置做一點(diǎn)相連，以消除各地線之間的干擾。 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 3. 3. 電路一點(diǎn)接地原則電路一點(diǎn)接地原則1） 單級(jí)放大電路的一點(diǎn)接地 如圖3-13（a）所示，單級(jí)選頻放大器的原理電路上有7個(gè)線端需要接地。如果只從原理圖的要求進(jìn)行接線，則這7個(gè)線端可以接在接地母線任意不同位置。這樣，不同接地點(diǎn)間的電位差就有可能成為這級(jí)電路的干擾信號(hào)。因此，應(yīng)采用圖3-13（b）所示的一點(diǎn)接地方式。 第

25、3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 圖3-13 單級(jí)電路的一點(diǎn)接地(a) 多點(diǎn)接地方式； (b) 一點(diǎn)接地方式 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 2） 多級(jí)電路的一點(diǎn)接地 圖3-14（a）所示的多級(jí)電路利用一段公用地線后，再在一點(diǎn)接地，它雖然避免了多點(diǎn)接地可能產(chǎn)生的干擾，但是在這段公用地線上卻存在著A、B、C三點(diǎn)不同的對(duì)地電位差，其中UA(I1+I2+I3)R1，UBUA+(I2+I3)R2 ，UCUB +I3R3。當(dāng)各級(jí)電平相差不大時(shí)，這種接地方式還勉強(qiáng)可以使用。如果各電路的電平相差很大時(shí)，就不能使用。因?yàn)楦唠娖诫娐穼?huì)產(chǎn)生較大的地電流并干擾到低電平電路。這種利用一段公用地線多級(jí)接地方式的優(yōu)

26、點(diǎn)是布線簡便，因此常應(yīng)用在級(jí)數(shù)不多，各級(jí)電平相差不大以及抗干擾能力較強(qiáng)的數(shù)字電路。在使用這種接地方式時(shí)還應(yīng)注意把低電平的電路放在距接地點(diǎn)最近的地方，因?yàn)樵擖c(diǎn)最接近于地電位。第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 圖3-14 多級(jí)電路的一點(diǎn)接地(a) 一點(diǎn)接地的串聯(lián)方式； (b) 一點(diǎn)接地的并聯(lián)方式 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 3) 放大器與信號(hào)源的接地 圖3-15（a）為放大器與信號(hào)源的兩點(diǎn)接地方式。其中Us為信號(hào)源電壓，Rs為信號(hào)源內(nèi)阻，Rc為引線電阻。對(duì)于微弱信號(hào)的放大電路，信號(hào)源地與放大器地之間存在著地電阻RG，當(dāng)某種干擾電流流過此電阻時(shí)，就會(huì)形成共模干擾UG。其等效電路如圖3-15

27、（b）所示。 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 圖3-15 放大器與信號(hào)源的接地方式(a) 放大器與信號(hào)源兩點(diǎn)接地； (b) 兩點(diǎn)接地等效電路； (c) 一點(diǎn)接地等效電路 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 3.5.3 3.5.3 浮置技術(shù)浮置技術(shù)浮置又稱浮空、浮接，它指的是電子測(cè)量系統(tǒng)的輸入信號(hào)放大器公共線(即模擬信號(hào)地)不接機(jī)殼或大地。對(duì)于被浮置的測(cè)量系統(tǒng)， 測(cè)量電路與機(jī)殼或大地之間無直流聯(lián)系。 圖3-16所示的溫度測(cè)量系統(tǒng)中，其前置放大器通過三個(gè)變壓器與外界聯(lián)系。B1是輸出變壓器，B2是反饋?zhàn)儔浩?，B3是電源變壓器。前置放大器的兩個(gè)輸入端子均不接外殼和屏蔽層， 也不接大地。兩層屏蔽之間

28、互相絕緣，外層屏蔽接大地，內(nèi)層屏蔽延伸到信號(hào)源處接地。從圖中可明顯看出，采用浮置后地電位差所造成的干擾電流大大減小，而且該電流為容性漏電流。 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 圖3-16 浮置的溫度測(cè)量系統(tǒng) 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 3.5.4 3.5.4 平衡電路平衡電路 平衡電路又稱為對(duì)稱電路。它是指雙線電路中的兩根導(dǎo)線與連接到這兩根導(dǎo)線的所有電路對(duì)地或?qū)ζ渌麑?dǎo)線電路結(jié)構(gòu)對(duì)稱，對(duì)應(yīng)阻抗相等。例如，電橋和差分放大器就屬于平衡電路。 采用平衡電路可以使對(duì)稱電路結(jié)構(gòu)所拾撿的噪聲相等，并可以在負(fù)載上自行抵消。 圖3-17所示電路是最簡單的平衡電路。UN1、UN2為噪聲電壓源，Us1、U

29、s2為信號(hào)源，兩個(gè)噪聲源所產(chǎn)生的噪聲電流為IN1、IN2，兩個(gè)信號(hào)源產(chǎn)生的信號(hào)電流為Is。由電路原理圖可求出在負(fù)載上產(chǎn)生的總電壓為 L2L1sL2N2L1N1LRRIRIRIU（3-15） 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 圖3-17 最簡單的平衡電路 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 在一個(gè)不平衡系統(tǒng)中，電路的信號(hào)傳輸部分可采用兩個(gè)變壓器而使其變得平衡，其原理如圖3-18所示。因?yàn)殚L導(dǎo)線最易拾撿噪聲，所以這種方法對(duì)于信號(hào)傳輸電路在噪聲抑制上是很有用的。同時(shí)，變壓器還能斷開地環(huán)路，因此能消除負(fù)載與信號(hào)源之間由于地電位差所造成的噪聲干擾。 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 圖3-18 用兩

30、個(gè)變壓器使傳輸線平衡(a) 不平衡系統(tǒng)； (b) 平衡傳輸系統(tǒng) 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 3.5.5 3.5.5 濾波器濾波器1. RC1. RC濾波器濾波器 當(dāng)信號(hào)源為熱電偶、應(yīng)變片等信號(hào)變化緩慢的傳感器時(shí)， 利用小體積、低成本的無源RC低通濾波器將對(duì)串模干擾有較好的抑制效果。對(duì)稱的RC低通濾波器電路如圖3-19所示。 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 圖3-19 串模干擾信號(hào)濾波器(a) 單級(jí)RC濾波器與放大器的連接； (b) 二級(jí)RC濾波器第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 2. 2. 直流電源輸出端的濾波器直流電源輸出端的濾波器直流供電的儀表，其直流電源往往被幾個(gè)電路共用。

31、因此， 為了減弱經(jīng)共用電源內(nèi)阻在各電路之間形成的噪聲耦合，對(duì)直流電源輸出端還需加裝濾波器。 圖3-20(a)、(b) 是濾除高、低頻成分干擾的兩種濾波器。 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 圖3-20 高、 低頻干擾電壓濾波器 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 3. 3. 退耦濾波器退耦濾波器 當(dāng)一個(gè)直流電源對(duì)幾個(gè)電路同時(shí)供電時(shí)，為了避免通過電源內(nèi)阻造成幾個(gè)電路之間互相干擾，應(yīng)在每個(gè)電路的直流進(jìn)線與地線之間加裝退耦濾波器。圖3-21是RC和LC退耦濾波器的應(yīng)用方法示意圖。應(yīng)注意，LC濾波器有一個(gè)諧振頻率，其值為 LCf21(3-16) 應(yīng)將這個(gè)諧振頻率取在電路的通頻帶之外。在諧振頻率時(shí)，濾

32、波器的增益與阻尼系數(shù)成反比。 LC濾波器的阻尼系數(shù) LCR2(3-17) 式中, R是電感線圈的等效電阻。 為了將諧振時(shí)的增益限制在2dB以下，應(yīng)取0.5。 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 圖3-21 電源退耦濾波器(a) RC退耦濾波器； (b) LC退耦濾波器 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 4. 4. 交流電源進(jìn)線端的對(duì)稱濾波器交流電源進(jìn)線端的對(duì)稱濾波器 任何使用交流電源的電子測(cè)量儀表，經(jīng)電源線傳導(dǎo)耦合到測(cè)量電路中的干擾，都會(huì)對(duì)儀表工作造成影響。為此，在交流電源進(jìn)線端子間加裝濾波器是十分必要的。關(guān)于這種濾波器詳見3.6節(jié)。 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 3.5.6 3.5.

33、6 光電耦合器光電耦合器光耦合器是由發(fā)光二極管和光敏三極管封裝在一個(gè)管殼內(nèi)組成的。發(fā)光二極管兩端為信號(hào)輸入端，光敏三極管的集電極和發(fā)射極作為光耦合器的輸出端，它們之間的信號(hào)傳輸是靠發(fā)光二極管在信號(hào)電壓的控制下發(fā)光，傳送給光敏三極管來完成的。輸入信號(hào)和輸出信號(hào)二者之間在電氣上是絕緣的。 其原理參見圖3-22。由于兩個(gè)電路之間采用光束來耦合，因此能把兩個(gè)電路的地電位隔離開， 兩個(gè)電路的地電位即使不同也不會(huì)造成干擾。光耦合對(duì)數(shù)字電路很適用，但在模擬電路中需應(yīng)用光反饋技術(shù)，以解決光耦合器特性的非線性問題。 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 圖3-22 用于斷開地環(huán)路的光耦合器第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及

34、其抑制技術(shù) 3.5.7 3.5.7 脈沖電路的噪聲抑制技術(shù)脈沖電路的噪聲抑制技術(shù)1. 1. 脈沖電路被干擾的一般情況脈沖電路被干擾的一般情況對(duì)于脈沖電路來說，理想的信號(hào)波形應(yīng)具有以下特征： 幅度一定； 重復(fù)周期或脈沖寬度一定； 波形無畸變，不寄生其他非工作信號(hào)波形； 沒有相位偏移； 零電平基準(zhǔn)線保持不變。實(shí)際電路中，由于各種各樣的電路條件及傳輸過程中各種干擾因素的影響，上述理想條件并不是都能滿足。例如，當(dāng)脈沖信號(hào)通過電容時(shí)就失去了直流分量，零電平可能要偏離基準(zhǔn)線；電路的時(shí)間常數(shù)不合適將使脈沖波形發(fā)生畸變；信號(hào)如通過電感將產(chǎn)生相移，且隨頻率變化；在包含頻率極寬的脈沖波形中，其每個(gè)頻率的相移大小各

35、不相同，故會(huì)發(fā)生波形畸變?？傊?，信號(hào)的畸變是引起脈沖電路工作異常的重要因素之一，也是區(qū)別于模擬電路的重要特征。 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 圖3-23 常見的脈沖干擾波形(a) 原波形； (b) 嚴(yán)重振鈴；(c) 混入了模擬干擾； (d) 高頻寄生振蕩(e) 垂度過大； (f) 共模干擾； (g) 尖峰干擾 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 2. 2. 脈沖電路的噪聲抑制技術(shù)脈沖電路的噪聲抑制技術(shù)1） 脈沖干擾隔離門脈沖干擾隔離門利用硅二極管的正向壓降對(duì)幅度較小的干擾脈沖加以阻擋，而讓幅度較大的脈沖信號(hào)順利通過。圖3-24給出了脈沖隔離門的原理電路。圖中二極管應(yīng)選用開關(guān)管。 第3章

36、檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 圖3-24 脈沖隔離門 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 2） 削波器當(dāng)噪聲電壓低于脈沖的波峰值時(shí)，也可使用圖3-25所示的削波器。 該削波器只讓高于電壓E的脈沖信號(hào)通過，而低于電壓E的干擾脈沖則被削掉。 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 圖3-25 削波器 (a) 原理圖； (b) 波形圖 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 3） 積分電路在脈沖電路中為了抑制窄脈沖型的噪聲干擾，使用積分電路是最有效的。當(dāng)脈沖電路以脈沖前沿的相位作為信息傳輸時(shí)， 通常用微分電路取出前沿相位。但是，如果有噪聲脈沖存在， 其寬度即使很小也會(huì)出現(xiàn)在輸出端。如果使用積分電路，則脈沖寬度

37、大的信號(hào)輸出大而脈沖寬度小的噪聲脈沖輸出小，所以能將噪聲脈沖干擾濾除掉。圖3-26以波形圖的形式說明了用積分電路消除干擾脈沖的原理。 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 圖3-26 用積分電路消除干擾脈沖(a) 混有干擾的脈沖信號(hào)； (b) 微分電路的輸出波形； (c) 積分電路的輸出波形 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 3.6 電源變壓器與工頻干擾電源變壓器與工頻干擾3 36 61 1電源變壓器的屏蔽措施電源變壓器的屏蔽措施1 1電源變壓器原、副邊繞組之間加入單層靜電屏蔽后的漏電電源變壓器原、副邊繞組之間加入單層靜電屏蔽后的漏電流分析流分析 在電源變壓器原、副邊繞組之間設(shè)置靜電屏蔽層的目

38、的是利用靜電屏蔽作用切斷或減弱原、副邊繞組之間的寄生電容耦合。實(shí)際上，加上靜電屏蔽層以后，屏蔽層與繞組之間仍然存在著分布電容和分布電壓，所以繞組對(duì)屏蔽層還存在著一定的容性漏電流。其等效電路如圖3-27所示。設(shè)電源角頻率為，為簡化分析，再設(shè)每一匝繞組對(duì)靜電屏蔽層的寄生電容相同，即 ，這時(shí)流過Cn的容性電流，流過Cm的容性電流為，故原邊繞組對(duì)屏蔽層的總?cè)菪月╇娏鳛椋?0n21CCCCCm0nCUInCmUI/0m第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) ssnmXUUCUCnCUnnnnnnnnnCUII2212211 122110010m（3-18） 式中，為原邊繞組對(duì)屏蔽層的總寄生電容，Xs為原邊繞

39、組對(duì)屏蔽層的總?cè)菘埂?0snCC 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 圖圖3-27 3-27 帶靜電屏蔽的變壓器等效電路帶靜電屏蔽的變壓器等效電路第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 2 2電源變壓器原、副邊繞組間加入雙層屏蔽的接法及漏電分電源變壓器原、副邊繞組間加入雙層屏蔽的接法及漏電分析析1）原邊屏蔽接地，副邊屏蔽接電路零信號(hào)基準(zhǔn)。電路及屏蔽接法原理示于圖3-28。變壓器副邊電壓經(jīng)分布電容C34對(duì)副邊屏蔽層的漏電直接在回路C34一內(nèi)閉合，該容性漏電流不會(huì)流過信號(hào)線段。原邊繞組的漏電通過分布電容C56而達(dá)到原邊屏蔽，隨即進(jìn)入地，再返回地，基本上不進(jìn)入儀表屏蔽層。但上述接法仍然存在問題。因地與地

40、之間存在地電位差，它將形成干擾電流，沿C45回路閉合。此電流流過信號(hào)線段，將造成干擾。C45是兩層屏蔽層之間的寄生電容，數(shù)值較大，例如，對(duì)10 W電源變壓器C45約為0.001 F；若取地電位差為1OV，頻率為50 Hz，將造成3 A漏電流，在2 信號(hào)線段上產(chǎn)生6 V干擾，顯然不太好。解決此問題的方法，可采用粗導(dǎo)線將副邊屏蔽與地短接，即將圖3-28中開關(guān)S合上。 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 圖3-28電路及屏蔽接法原理第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 原邊屏蔽經(jīng)短路線在信號(hào)源處接地，副邊屏蔽接電路零信號(hào)電位基準(zhǔn)。電路及屏蔽接法原理示于圖3-29。變壓器副邊電壓沿回路C12閉合，原邊電

41、壓及地電位差沿回路C78閉合，這兩路漏電流均不流經(jīng)信號(hào)線，因此不會(huì)造成干擾。這說明具有雙層屏蔽的電源變壓器采用圖3-29的屏蔽接法，其效果是較理想的。 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 圖3-29 原邊屏蔽經(jīng)短路線在信號(hào)源處接地，副邊屏蔽接電路零信號(hào)基準(zhǔn)電位 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 3. 3. 電源變壓器原、電源變壓器原、 副邊之間采用三層屏蔽的接法及干擾副邊之間采用三層屏蔽的接法及干擾分析分析 為了提高儀表對(duì)共模干擾的抑制能力，可在電源變壓器中再增加一層屏蔽。這樣電源變壓器便具有三層屏蔽。通常其屏蔽接地方法為：原邊屏蔽接電網(wǎng)地(即大地)；中間屏蔽接儀表金屬外殼；副邊屏蔽接儀表的

42、防護(hù)地(即儀表內(nèi)層浮置屏蔽罩)。 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 圖3-30所示測(cè)量系統(tǒng)，其儀表的金屬外殼應(yīng)包罩住整個(gè)儀表，即要求屏蔽具有完整性。儀表的內(nèi)層屏蔽除了在關(guān)鍵的輸入點(diǎn)等部位以外不必是完整的。副邊屏蔽層本身的疏密程度直接影響寄生電容C17的數(shù)值，因此副邊屏蔽層的質(zhì)量很關(guān)鍵。圖3-30所示系統(tǒng)的主要干擾是副邊電壓產(chǎn)生的漏電流沿回路C17R流過，在R上產(chǎn)生干擾電壓。如C17 = 1 pF，到的電位差為5V，頻率為50 Hz，取R =1 k，則在R上產(chǎn)生的干擾電壓為1.5 V?？梢娂纳娙軨17的大小影響很大。 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 圖3-30 具有三層屏蔽的電源變壓器及

43、測(cè)量系統(tǒng) 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 綜合上面的分析，可概括出電源變壓器靜電屏蔽的功能如下：一是使儀表的靜電屏蔽恢復(fù)完整性；二是通過屏蔽層的合適接法，控制原、副邊電壓漏電流的流向，使其不流經(jīng)信號(hào)線； 三是通過屏蔽層的合適接法，還可為外部干擾電流提供低阻通路，使其不流經(jīng)信號(hào)線。 從上面的分析還可以看出，在分析含變壓器在內(nèi)的電子線路漏電流干擾時(shí)，應(yīng)搞清楚三條漏電回路：變壓器副邊繞組電壓的容性漏電回路；變壓器原邊繞組電壓的容性漏電回路； 地電位差所造成的容性漏電回路。在分析每一條容性漏電回路時(shí)，要從每一個(gè)零信號(hào)基準(zhǔn)電位導(dǎo)體開始，對(duì)每一個(gè)噪聲源電壓確定可能的寄生分布電容，以及由此電容的另一端點(diǎn)

44、所有可能回到零信號(hào)基準(zhǔn)電位導(dǎo)體的返回通道。應(yīng)注意，不同的接大地點(diǎn)之間存在著地電位差。 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 3 36 62 2電源濾波器的構(gòu)造及抗干擾特性電源濾波器的構(gòu)造及抗干擾特性任何使用交流電源的電子測(cè)量系統(tǒng)，經(jīng)電源線傳導(dǎo)耦合到測(cè)量電路中的干擾，都會(huì)對(duì)系統(tǒng)工作造成影響。為此，在交流電源進(jìn)線端子間加裝濾波器是十分必要的。在電源和負(fù)載之間插入交流電源濾波器之后可以將幾千赫茲至幾十兆赫茲范圍內(nèi)的電磁干擾衰減到幾十分之一。交流電源濾波器有不同的構(gòu)造，因此也有不同的抗干擾特性。 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 圖3-31是幾種常用的電源濾波器的結(jié)構(gòu)原理圖。圖（a）是高頻旁路電容濾波

45、器，可以濾除電源中的高頻串模干擾。圖（b）是并接在電源輸入兩端的兩個(gè)串聯(lián)旁路電容，電容間的連接點(diǎn)接地。這種濾波器可以濾除電源的共模干擾。圖（c）所示的濾波器電路中，C1、C2對(duì)濾除共模干擾起作用，而C3對(duì)濾除串模干擾起作用。圖（d）是濾除電源串模干擾的濾波器，L1、L2對(duì)于高頻干擾源來說是高阻抗，C為低阻抗。圖（e）是濾出共模干擾的濾波器。 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 圖3-31 各種電源濾波器的構(gòu)成 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 圖3-32是對(duì)串模干擾和共模干擾均有濾除效果的電源濾波器。100H電感、0.1 F電容組成高頻濾波器，能吸收從電源線傳導(dǎo)進(jìn)來的中短波段的高頻噪聲干擾。

46、圖中兩只對(duì)稱的5 mH電感是由繞在同一只鐵芯兩側(cè)、匝數(shù)相等的電感繞組構(gòu)成的， 稱為共模電感（或抗共模干擾扼流圈）。由于電源的進(jìn)線側(cè)至負(fù)載的往返電流在鐵芯中產(chǎn)生的磁通方向相反、互相抵消， 因而不起電感的作用，對(duì)50 Hz的大負(fù)載電流阻抗很小，但對(duì)于電源相線和中性線同時(shí)存在的大小相等、相位相同的共模噪聲干擾來說，是一個(gè)較大的電感，它呈高阻抗，所以對(duì)共模噪聲干擾有良好的抑制作用。圖中的10 F電容能吸收因電源波形畸變而產(chǎn)生的諧波干擾；圖中的壓敏電阻R能吸收因雷擊等引起的浪涌電壓干擾。 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 圖3-32 交流電源濾波器電路 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 3.6.3

47、3.6.3 鐵氧體磁珠濾波器及浪涌吸收器鐵氧體磁珠濾波器及浪涌吸收器1. 1. 鐵氧體磁珠濾波器鐵氧體磁珠濾波器在穩(wěn)壓電源的直流輸出端接一個(gè)電源濾波器，能有效地抑制電源干擾，但是當(dāng)輸出直流電流很大時(shí)，如數(shù)十安培乃至數(shù)百安培時(shí)，濾波器中的抗共模干擾扼流圈勢(shì)必要做得很大，特別是線圈的線要粗，鐵芯截面積要大，給制作和安裝帶來很大的麻煩。在這種場合下，鐵氧體磁珠可以作為濾波器使用。 鐵氧體磁珠是一個(gè)對(duì)高頻有很大的損耗，而對(duì)低頻及直流幾乎沒有損耗的元件，它對(duì)1MHz以上的干擾有顯著的衰減作用。 磁珠可根據(jù)需要做成大型的或小型的。小型的孔徑為1 mm左右， 可以直接穿在銅線、電阻、晶體管等引線上面，起濾波

48、作用。 鐵氧體磁珠可分為電阻性的和電感性的兩種，一般用電感性的磁珠作為濾波器。這種磁珠的等效電路為一個(gè)電阻和一個(gè)電感的串聯(lián)， 磁珠的阻抗與頻率之間有如下關(guān)系： 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 222 fLRZ（3-19） 式中，R為磁珠的等效電阻，L為等效電感。由于磁珠的電阻R使電感的Q值下降，而成為低Q值電路，這對(duì)磁珠作為寬頻帶有效的扼流圈是十分重要的。當(dāng)用一個(gè)磁珠還不足以衰減干擾時(shí)， 可用幾個(gè)串聯(lián)在一起。在直流大電流時(shí)要注意選擇磁珠的規(guī)格， 不要引起磁珠的磁飽和。 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 2. 2. 浪涌吸收器浪涌吸收器 在電源電路中用浪涌吸收器，以吸收電源中的各種浪涌脈沖

49、干擾。這也是抑制電源干擾的有效措施之一。 浪涌吸收器的主要特點(diǎn)是其電流電壓關(guān)系很特殊，電流的增加和減少，使電阻值也發(fā)生相應(yīng)變化。所以，浪涌吸收器也常稱為變阻器。其伏安特性曲線如圖3-33所示。若一旦擊穿，其兩端的壓降迅速降低，電流迅速增加。浪涌吸收器的主要技術(shù)指標(biāo)有擊穿電壓、浪涌電流及導(dǎo)通電壓。 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 圖3-33 浪涌吸收器的伏安特性曲線 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 3.7 軟件抗干擾技術(shù)軟件抗干擾技術(shù) 3.7.1 數(shù)字濾波技術(shù)數(shù)字濾波技術(shù) 在信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)中均含有各種噪聲和干擾，它們來自被測(cè)信號(hào)本身、傳感器、外界干擾等。為了進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，必須消除被測(cè)信號(hào)中

50、的噪聲和干擾。噪聲有兩大類：一類為周期性的； 另一類為不規(guī)則的。前者的典型代表為50Hz的工頻干擾，對(duì)于這類信號(hào)，可以采用前幾節(jié)介紹的抗干擾措施；對(duì)于不規(guī)則的隨機(jī)干擾，可以用數(shù)字濾波方法予以削弱或?yàn)V除。所謂數(shù)字濾波，就是通過一定的計(jì)算或判斷程序減少干擾在有用信號(hào)中的比重，因此它實(shí)質(zhì)上是一種程序?yàn)V波。數(shù)字濾波克服了模擬濾波器的不足，與模擬濾波器相比，它有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)： 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) （1） 數(shù)字濾波是用程序?qū)崿F(xiàn)的，不需要增加硬件設(shè)備， 所以可靠性高、穩(wěn)定性好。 （2） 數(shù)字濾波可以對(duì)頻率很低(如0.01 Hz)的信號(hào)實(shí)現(xiàn)濾波， 克服了模擬濾波器的缺陷。 （3） 數(shù)字濾波器可

51、以根據(jù)信號(hào)的不同，采用不同的濾波方法或?yàn)V波參數(shù)，具有靈活、方便、功能強(qiáng)的特點(diǎn)。 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 1. 1. 常用的數(shù)字濾波方法常用的數(shù)字濾波方法1） 算術(shù)平均值濾波法 算術(shù)平均值濾波法是在采樣點(diǎn)連續(xù)采樣數(shù)次并相加，然后取算術(shù)平均值作為本次采樣值的方法。這種方法可以減小系統(tǒng)的隨機(jī)干擾對(duì)采樣結(jié)果的影響。 采樣次數(shù)取35次即可。 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 2） 限幅濾波法由于大的隨機(jī)干擾或傳感器的不穩(wěn)定，使得采樣數(shù)據(jù)偏離實(shí)際值太遠(yuǎn)，為此采用上、下限限幅，即 min minmaxminmaxmax)( )( )()( )(ynyyynyynyynyyny（3-20） 而且

52、采用限速(亦稱限制變化率)，即 00) 1()() 1() 1()()()(ynynynyynynynyny（3-21） 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 3） 中值濾波法中值濾波法的原理是對(duì)被測(cè)參數(shù)連續(xù)采樣m（m為大于等于3的奇數(shù)）次，并按大小順序排列，再取中間值作為本次采樣的有效數(shù)據(jù)。中值濾波法和平均值濾波法結(jié)合起來使用，濾波效果會(huì)更好。即在每個(gè)采樣周期，先用中值濾波法得到m個(gè)濾波值， 再對(duì)這m個(gè)濾波值進(jìn)行算術(shù)平均，得到可用的被測(cè)參數(shù)。 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 4） 慣性濾波法慣性濾波法實(shí)際上是用軟件方法代替硬件RC濾波器， 也就是利用軟件完成低通濾波器的算法。 以上討論了四種數(shù)字濾波方法，在實(shí)際應(yīng)用中，究竟選取哪一種數(shù)字濾波方法，應(yīng)視具體情況而定。一般來說，算術(shù)平均值濾波法適用于周期性干擾；中值濾波法和限幅濾波法適用于偶然的脈沖干擾；慣性濾波法適用于高頻及低頻的干擾信號(hào)。 針對(duì)不同的測(cè)量對(duì)象，有時(shí)還會(huì)同時(shí)采用幾種濾波方法，比如先用中值濾波法或限幅濾波法，然后再用算術(shù)平均值濾波法。 總之，應(yīng)用恰當(dāng)?shù)臄?shù)字濾波方法，可以有效地濾除和減小各種干擾和噪聲。 第3章 檢測(cè)信號(hào)的干擾及其抑制技術(shù) 2. 2. 數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)方法數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)方法數(shù)字濾波器