加屏蔽罩后的中頻變壓器課件

1、任務(wù)十一:傳感器與檢測系統(tǒng)的干擾抑制技術(shù) 7/24/2022111.1 噪聲干擾的形成 11.1.1噪聲源 在非電量測量過程中，往往會發(fā)現(xiàn)總是有一些無用的背景信號與被測信號疊加在一起，這稱為干擾，有時也采用噪聲這一習(xí)慣用語。 噪聲對檢測裝置的影響必須與有用信號共同分析才有意義。衡量噪聲對有用信號的影響常用信噪比（S/N）來表示，它是指在信號通道中，有用信號功率PS與噪聲功率PN 之比，或有用信號電壓US與噪聲電壓UN 之比。信噪比常用對數(shù)形式來表示，單位為dB，即 S/N=10lg（ PS / PN ）=20lg（ US / UN ）（dB） 在測量過程中應(yīng)盡量提高信噪比，以減少噪聲對測量結(jié)果

2、的影響。 7/24/20222噪聲源及干擾源 機(jī)械干擾是指機(jī)械振動或沖擊使電子檢測裝置中的元件發(fā)生振動，改變了系統(tǒng)的電氣參數(shù)，造成可逆或不可逆的影響。對機(jī)械干擾，可選用專用減振彈簧-橡膠墊腳或吸振橡膠海綿墊來降低系統(tǒng)的諧振頻率，吸收振動的能量， 從而減小系統(tǒng)的振幅。 橡膠 海綿軟墊橡膠墊腳及彈簧7/24/20223濕度及化學(xué)干擾 當(dāng)環(huán)境相對濕度增加時，物體表面就會附著一層水膜，并滲入材料內(nèi)部，降低了絕緣強(qiáng)度，造成了漏電、擊穿和短路現(xiàn)象；潮濕還會加速金屬材料的腐蝕，并產(chǎn)生原電池電化學(xué)干擾電壓；在較高的溫度下，潮濕還會促使霉菌的生長，并引起有機(jī)材料的霉?fàn)€。 某些化學(xué)物品如酸、堿、鹽、各種腐蝕性氣體

3、以及沿海地區(qū)由海風(fēng)帶到岸上的鹽霧也會造成與潮濕類似的漏電腐蝕現(xiàn)象，必須采取以下措施來加以保護(hù)：浸漆、密封、定期通電加熱驅(qū)潮等。用絕緣漆浸漬過的控制變壓器浸漆可防止水分進(jìn)入線圈內(nèi)部7/24/20224儀器設(shè)備的防潮試驗噴淋試驗7/24/20225儀器設(shè)備的防潮試驗（續(xù)）7/24/20226熱干擾 熱量，特別是溫度波動以及不均勻的溫度場對檢測裝置的干擾主要體現(xiàn)在以下幾個方面： 元件參數(shù)的變化（溫漂）、接觸熱電勢干擾、元器件長期在高溫下工作時，引起壽命和耐壓等級降低等。 克服熱干擾的防護(hù)措施有： 選用低溫漂元件，采取軟、硬件溫度補(bǔ)償措施，選用低功耗、低發(fā)熱元件，提高元器件規(guī)格余量，儀器的前置輸入級遠(yuǎn)

4、離發(fā)熱元件，加強(qiáng)散熱、采用熱屏蔽等。 7/24/20227散熱實(shí)例 散熱風(fēng)扇7/24/20228固有噪聲干擾 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。最重要的固有噪聲源是電阻熱噪聲、半導(dǎo)體散粒噪聲和接觸噪聲等。固有噪聲可以從喇叭或耳機(jī)中反映出來，但更多的時候是反映在輸出電壓的無規(guī)律跳變上。 7/24/20229電、磁噪聲干擾 電磁波可以通過電網(wǎng)以及直接輻射的形式傳播到離這些噪聲源很遠(yuǎn)的檢測裝置中。在工頻輸電線附近也存在強(qiáng)大的交變電場，在強(qiáng)電流輸電線附近存在干擾磁場，他們將對十分靈敏的檢測裝置造成干擾。由于這些干擾源功率強(qiáng)大，要消除他們的影響較為困難，必須采取多種措施

5、來防護(hù)。 7/24/20221011.1.2 干擾的耦合方式及傳輸途徑 一、電磁兼容（EMC）概念 我國從世紀(jì)80年代至今已制定了上百個電磁兼容的國家標(biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)制要求多數(shù)電氣設(shè)備必須通過相關(guān)電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的性能測試，否則為不合格產(chǎn)品。通俗地說，電磁兼容是指電子系統(tǒng)在規(guī)定的電磁干擾環(huán)境中能正常工作的能力，而且還不允許產(chǎn)生超過規(guī)定的電磁干擾 。 7/24/202211電磁干擾的來源 電磁干擾源分為兩大類：自然界干擾源和人為干擾源，后者是檢測系統(tǒng)的主要干擾源。 1.自然界干擾源包括地球外層空間的宇宙射電噪聲、太陽耀斑輻射噪聲以及大氣層的天電噪聲。后者的能量頻譜主要集中在30MHz以下，對檢測系統(tǒng)的影響較

6、大。 2.人為干擾源又可分為有意發(fā)射干擾源和無意發(fā)射干擾源。 7/24/202212自然界干擾源和人為干擾源X光機(jī)產(chǎn)生大功率 高頻干擾 閃電產(chǎn)生電磁場干擾7/24/202213自然界干擾源和人為干擾源（續(xù)）雷達(dá)會產(chǎn)生大功率高頻干擾 變電站會產(chǎn)生50Hz的高次 諧波干擾以及電暈放電干擾7/24/202214電吹風(fēng)機(jī)干擾電視機(jī)的演示 電吹風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的電磁波干擾以兩種途徑到達(dá)電視機(jī)：一是通過共用的電源插座，二是以空間電磁場傳輸?shù)姆绞接呻娨暀C(jī)的天線接收。應(yīng)設(shè)法切斷這些干擾途徑。 7/24/202215路和場的干擾 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)被干擾對象。例如

7、通過電源線、變壓器引入的干擾 ；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。例如，電源線對傳感器的信號線的電場耦合干擾；又如電焊機(jī)電纜上的強(qiáng)電流對信號線的磁場耦合干擾。 7/24/2022161通過路的干擾 由泄漏電阻 引起的干擾 當(dāng)儀器的信號輸入端子與220V電源進(jìn)線端子之間產(chǎn)生漏電、印制電路板上前置級輸入端與整流電路存在漏電等情況下，噪聲源可以通過這些漏電電阻作用于有關(guān)電路而造成干擾。被干擾點(diǎn)的等效阻抗越高，由泄漏電阻而產(chǎn)生的干擾影響越大。1-干擾源 2-儀器輸入端子 3-儀器的輸入電阻 R-漏電阻 7/24/202217 負(fù)載（喇叭）的電流較大，它與放大器的負(fù)電源線共用了一段

8、地線，在地線的微小電阻上產(chǎn)生了壓降，造成了干擾。由共阻抗耦合引起的干擾 當(dāng)兩個或兩個以上的電路共同享有或使用一段公共的線路, 而這段線路又具有一定的阻抗時, 這個阻抗成為這兩個電路的共阻抗。第二個電路的電流流過這個共阻抗所產(chǎn)生的壓降就成為第一個電路的干擾電壓。常見的例子是通過接地線阻抗引入的共阻抗耦合干擾。 負(fù)載電流干擾壓降正確接線7/24/202218由電源配電回路引入的干擾 交流供配電線路在工業(yè)現(xiàn)場的分布相當(dāng)于一個吸收各種干擾的網(wǎng)絡(luò), 而且十分方便地以電路傳導(dǎo)的形式傳遍各處，經(jīng)檢測裝置的電源線進(jìn)入儀器內(nèi)部造成干擾。最明顯的是電壓突變和交流電源波形畸變，它使工頻的高次諧波 (從低頻一直延伸至

9、高頻) 經(jīng)電源線進(jìn)入儀器的前級電路。例如，由調(diào)壓或逆變電路中的晶閘管引起的大功率高次諧波干擾；又如開關(guān)電源經(jīng)電源線往外泄漏出的幾百千赫茲尖脈沖干擾。 7/24/2022192通過場的干擾 由電場耦合引起的干擾： 電場耦合實(shí)質(zhì)上是電容性耦合。要減少電源線對信號線的電場耦合干擾，就必須減小兩者間的分布電容，必須盡量保持電路和信號線的對地平衡，布線時，多采用雙絞扭屏蔽線。 帶電物體產(chǎn)生的電場7/24/202220由磁場耦合引起的干擾 磁場耦合干擾的實(shí)質(zhì)是互感性耦合干擾。防止磁場耦合干擾途徑的辦法有：使信號線遠(yuǎn)離強(qiáng)電流干擾源，從而減小互感量M ；采用低頻磁屏蔽，從而減小信號線感受到的磁場；采用絞扭導(dǎo)線

10、使引入到信號處理電路兩端的干擾電壓大小相等、相位相同，使差模干擾轉(zhuǎn)變成共模干擾 。 C型變壓器的漏感比E型的小7/24/202221由電焊引起的干擾 電焊機(jī)電纜產(chǎn)生強(qiáng)磁場干擾信號線7/24/202222共模干擾與串模干擾 如果干擾源對兩根信號傳輸線的干擾大小相等、相位相同, 就屬于共模干擾。由于“儀用放大器”的共模抑制比 KCMR 較大, 所以共模干擾可以被抑制。但當(dāng)系統(tǒng)兩個輸入端出現(xiàn)很難避免的不平衡時, 共模電壓的一部分將轉(zhuǎn)換為串模干擾，就較難消除了。 共模干擾儀可依靠放大器的共模抑制比KCMR來克服。較好的放大器共模抑制比可達(dá)100dB以上,所以共模干擾對檢測裝置的影響不大。但當(dāng)系統(tǒng)的兩個

11、輸入端出現(xiàn)很難避免的不平衡時, 共模電壓的一部分將轉(zhuǎn)換為串模干擾，就較難消除了。因此必須盡量保持電路的對地平衡。 7/24/20222311.3硬件、軟件抗干擾技術(shù) 抗電磁干擾技術(shù)有時又稱為電磁兼容控制技術(shù)?？刹捎闷茐母蓴_途徑和削弱檢測系統(tǒng)電路對干擾的敏感性等方法，常用的抗干擾措施有屏蔽、接地、浮置、濾波、光電隔離等技術(shù)。 7/24/202224一、屏蔽技術(shù) 利用金屬材料制成容器，將需要防護(hù)的電路包圍在其中，可以防止電場或磁場耦合干擾的方法稱為屏蔽。屏蔽可分為靜電屏蔽、低頻磁屏蔽和電磁屏蔽等幾種。根據(jù)不同的對象，使用不同的屏蔽方式。 未加屏蔽罩時，中頻變壓器線圈易受外界干擾。加屏蔽罩后的中頻變

12、壓器7/24/2022251.靜電屏蔽 靜電屏蔽是用銅或鋁等導(dǎo)電性良好的金屬為材料制作成封閉的金屬容器，并與地線連接，把需要屏蔽的電路置于其中，使外部干擾電場的電力場不影響其內(nèi)部的電路，反之，內(nèi)部電路產(chǎn)生的電力線也無法影響外電路。靜電屏蔽的容器器壁上允許有較小的孔洞（作為引線孔或調(diào)試孔）它對屏蔽的影響不大。 7/24/202226靜電屏蔽 儀器設(shè)備的屏蔽外殼必須接地帶孔屏蔽板7/24/202227各種靜電屏蔽（續(xù)） 自制的屏蔽罩通風(fēng)屏蔽窗7/24/202228開關(guān)電源采用帶孔的屏蔽外殼，既可散熱，又可防止電磁干擾外泄7/24/202229各種靜電屏蔽（續(xù)） 帶調(diào)試孔的屏蔽盒7/24/20223

13、0屏蔽線 三絞扭屏蔽線銅芯4對雙絞扭屏蔽線（屏蔽層接地）聚氟乙烯絕緣層銅線編織網(wǎng)（接地）7/24/2022312.低頻磁屏蔽 低頻磁屏蔽是用來隔離低頻（主要指50Hz）磁場和固定磁場（也稱靜磁場，其幅度、方向不隨時間變化，如永久磁鐵產(chǎn)生的磁場）耦合干擾的有效措施。靜電屏蔽線或靜電屏蔽盒對低頻磁場不起隔離作用。必須采用高導(dǎo)磁材料作屏蔽層，以便讓低頻干擾磁力線只從磁阻很小的磁屏蔽層上通過，使低頻磁屏蔽層內(nèi)部的電路免受低頻磁場耦合干擾的影響。有時還將屏蔽線穿在接地的鐵質(zhì)蛇皮管或普通鐵管內(nèi)，同時達(dá)到靜電屏蔽和低頻屏蔽的目的。 7/24/202232低頻磁屏蔽舉例 多數(shù)儀器的外殼采用導(dǎo)磁材料（例如：鐵質(zhì)

14、機(jī)殼）作屏蔽層，讓低頻干擾磁力線從磁阻很小的磁屏蔽層上通過，使受外殼保護(hù)的內(nèi)部電路免受低頻磁場耦合干擾的影響。如果將外殼接地，則同時達(dá)到靜電屏蔽和低頻磁屏蔽的目的。 參考中國（廈門）微波高頻通信設(shè)備銷售公司資料7/24/2022333.電磁屏蔽 電磁屏蔽是采用導(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。它屏蔽的干擾對象是高頻（40kHz以上）磁場。 干擾源產(chǎn)生的高頻磁場遇到導(dǎo)電良好的電磁屏蔽層時，就在其外表面感應(yīng)出同頻率的電渦流，從而消耗了高頻干擾源磁場的能量。其次，電渦流也將產(chǎn)生一個新的磁場，抵消了一部分干擾磁場的能量，從而使電磁屏蔽層內(nèi)部的電路免受高頻干擾磁

15、場的影響。 鍍銅電磁屏蔽盒7/24/202234軍用屏蔽帳篷幾種用導(dǎo)電纖維材料編織而成的軍用電磁屏蔽器材（參考常州雷寧電磁屏蔽設(shè)備公司資料） 軍用 電子方艙屏蔽通信車7/24/202235屏蔽室 導(dǎo)電PVC地板 用于防靜電及 底部屏蔽干擾信號無法穿透鋼板屏蔽室7/24/202236二、接地技術(shù) （一）地線的種類 接地起源于強(qiáng)電技術(shù)，它的本意是接大地，主要著眼于安全。這種地線也稱為“保安地線” 。它的接地電阻值必須小于規(guī)定的數(shù)值。 對于儀器、通訊、計算機(jī)等電子技術(shù)來說，“地線”多是指電信號的基準(zhǔn)電位，也稱為“公共參考端”，它除了作為各級電路的電流通道之外，還是保證電路工作穩(wěn)定、抑制干擾的重要環(huán)節(jié)

16、。它可以接大地，也可以與大地隔絕。 7/24/202237四種觸電情況 7/24/202238保安地線 電烙鐵的外殼必須良好地接大地，以保證人身安全以及焊接對象不致被靜電擊穿。7/24/202239接大地與防靜電的關(guān)系 人在工頻電場中工作時，身體可能感應(yīng)出幾十伏以上的電壓；當(dāng)人在地板上行走時，也可能因摩擦而帶上幾百伏以上的靜電。因此在焊接集成電路時，人體必須良好地接大地，以保證集成電路的CMOS輸入端不致被靜電擊穿。人體接地的方法之一是帶上接地的防靜電手腕帶。防靜電手腕帶7/24/202240防靜電手腕帶的使用接地7/24/202241信號地線分類 1.模擬信號地線 模擬信號地線是模擬信號的零

17、信號電位公共線。因為模擬信號電壓多數(shù)情況下均較弱、易受干擾，易形成級間不希望的反饋，所以模擬信號地線的橫截面積應(yīng)盡量大些。 7/24/2022422.數(shù)字模擬地線 數(shù)字信號地線是數(shù)字信號的零電平公共線。由于數(shù)字信號處于脈沖工作狀態(tài)，動態(tài)脈沖電流在接地阻抗上產(chǎn)生的壓降往往成為微弱模擬信號的干擾源，為了避免數(shù)字信號對模擬信號的干擾，兩者的地線應(yīng)分別設(shè)置為宜，否則會嚴(yán)重干擾模擬信號的測量結(jié)果。 7/24/202243接地改錯 圖示為數(shù)字電路干擾模擬電路的例子。該圖錯誤地將數(shù)字面板表的電源負(fù)極（有較大的數(shù)字脈沖電流）與被測電壓（易受干擾的模擬信號）的負(fù)極在數(shù)字面板表的接插件上用一根地線連接到印制電路板

18、上，就會使數(shù)字面板表的示值跳動不止。如果將數(shù)字電路的地線與模擬電路的地線分開設(shè)置就能有效地消除這種干擾。請指出地線的錯誤之處，并改正之。 7/24/2022443.信號源地線 傳感器可看作是測量裝置的信號源，多數(shù)情況下信號較為微弱，通常傳感器安裝在生產(chǎn)設(shè)備現(xiàn)場，而測量裝置設(shè)在離現(xiàn)場一定距離的控制室內(nèi)，從測量裝置的角度看，可以認(rèn)為傳感器的公共參考端就是信號源地線，它必須與測量裝置進(jìn)行正確的連接才能提高整個檢測系統(tǒng)的抗干擾能力。 7/24/2022454.負(fù)載地線 負(fù)載的電流一般都比前級信號電流大得多，負(fù)載地線上的電流有可能干擾前級微弱的信號，因此負(fù)載地線必須與其他信號地線分開。例如，若誤將喇叭的負(fù)極（接地線）與擴(kuò)音機(jī)話筒的屏蔽線碰在一起，就相當(dāng)于負(fù)載地線與信號地線合并，可能引起嘯叫。又如當(dāng)負(fù)載是繼電器時，繼電器觸點(diǎn)閉合和斷開的瞬間經(jīng)常產(chǎn)生電火花，容易反饋到前級，造成干擾，因此應(yīng)正確連接。 7/24/202246（二）一點(diǎn)接地原則 對于模擬信號地線、數(shù)字信號地線、信號源地線、負(fù)載地線等幾種地線一般應(yīng)分別設(shè)置，在電位需要連通時，也必須仔細(xì)選擇合適的點(diǎn)，在一個地方相連，才能消除各地線之間的干擾。 7/24/2022471.單級電路的一點(diǎn)接地原則 考慮