英才學院傳感器與檢測技術教案第7章傳感器與檢測系統(tǒng)的干擾抑制技術

1、PAGE 二第7章 傳感器與檢測系統(tǒng)的干擾抑制技術 教學要求1了解噪聲干擾的來源及噪聲的耦合方式。2掌握噪聲的干擾模式。3掌握硬件和軟件抗干擾技術。教學課時 8學時教學內容:7.1 噪聲干擾的形成 一、干擾與噪聲 噪聲：任何不希望有的信號，即在有用頻帶內的任何不希望出現的干擾。 干擾的來源：系統(tǒng)內部干擾；系統(tǒng)外部的干擾 形成干擾的三個條件：干擾源、干擾的耦合通道（耦合方式）、干擾的接收電路。 干擾的耦合方式包括電容性耦合（電路的寄生電容）、互感性耦合、公共地線的耦合、漏電耦合、輻射電磁場耦合等。 信噪比：信號通路中，有用信號功率PS與噪聲功率PN之比，通常用S/N表示，即 在測量過程中應盡量提

2、高信噪比，以減少噪聲對測量結果的影響。 7.1.1噪聲源1機械干擾 機械干擾是指機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，造成可逆或不可逆的影響。 2濕度及化學干擾 當環(huán)境相對濕度增加時，物體表面就會附著一層水膜，并滲入材料內部，降低了絕緣強度，造成了漏電、擊穿和短路現象；潮濕還會加速金屬材料的腐蝕，并產生原電池電化學干擾電壓；在較高的溫度下，潮濕還會促使霉菌的生長，并引起有機材料的霉爛。3固有噪聲干擾 在電路中，電子元件本身產生的、具有隨機性、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、半導體散粒噪聲和接觸噪聲等。固有噪聲可以從喇叭或耳機中反映出來，但

3、更多的時候是反映在輸出電壓的無規(guī)律跳變上。4電、磁噪聲干擾 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。7.1.2噪聲的耦合方式 噪聲要引起干擾必須通過一定的耦合通道或傳輸途徑才能對檢測裝置的正常工作造成不良的影響。常見的干擾耦合方式主要有靜電耦合、電磁耦合、共阻抗耦合和漏電流耦合。 1靜電耦合 2電磁耦合3阻抗耦合4漏電流耦合7.1.3噪聲的干擾模式1差模

4、干擾：當系統(tǒng)兩個輸入端出現很難避免的不平衡時, 共模電壓的一部分將轉換為串模干擾2共模干擾：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。7.2 硬件抗干擾技術 7.2.1接地技術 接地起源于強電技術，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)定的數值。對于儀器、通訊、計算機等電子技術來說，“地線”多是指電信號的基準電位，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)。它可以接大地，也可以與大地隔絕。檢測系統(tǒng)中地線的種類：（1）信號地：指傳感器本身的零電位基準線。傳感器可看作

5、是測量裝置的信號源，多數情況下信號較為微弱，通常傳感器安裝在生產設備現場，而測量裝置設在離現場一定距離的控制室內，從測量裝置的角度看，可以認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行正確的連接才能提高整個檢測系統(tǒng)的抗干擾能力。 （2）模擬地：模擬信號的參考點。因為模擬信號電壓多數情況下均較弱、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盡量大些。 （3）數字地：數字信號的參考點。由于數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生的壓降往往成為微弱模擬信號的干擾源，為了避免數字信號對模擬信號的干擾，兩者的地線應分別設置為宜，否則會嚴重干擾模擬信號的測量結果

6、。 （4）負載地：指大功率負載或感生負載的地線。負載的電流一般都比前級信號電流大得多，負載地線上的電流有可能干擾前級微弱的信號，因此負載地線必須與其他信號地線分開。例如，若誤將喇叭的負極（接地線）與擴音機話筒的屏蔽線碰在一起，就相當于負載地線與信號地線合并，可能引起嘯叫。又如當負載是繼電器時，繼電器觸點閉合和斷開的瞬間經常產生電火花，容易反饋到前級，造成干擾，因此應正確連接。 （5）系統(tǒng)地：整個系統(tǒng)的統(tǒng)一參考電位，該點稱為系統(tǒng)地。以上5種類型的地線，接地方式有兩種：單點接地：有串聯接地和并聯接地兩種，主要用于低頻系統(tǒng)。多點接地：高頻系統(tǒng)中，通常采用多點接地方式，各個電路或元件的地線以最短的距離

7、就近連到地線匯流排上。7.2.2屏蔽技術利用金屬材料制成容器，將需要防護的電路包圍在其中，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、驅動屏蔽和電磁屏蔽等幾種。根據不同的對象，使用不同的屏蔽方式。1靜電屏蔽：能防止靜電場的影響，可以消除或削弱兩電路之間由于寄生分布電容耦合而產生的干擾。 2電磁屏蔽：采用導電性能良好的金屬材料做成屏蔽層，利用高頻干擾電磁場在屏蔽體內產生渦流，再利用渦流消耗高頻干擾磁場的能量，從而削弱高頻電磁場的影響。3低頻磁屏蔽：電磁屏蔽對低頻磁場干擾的屏蔽效果很差，對低頻磁場的屏蔽，要用導磁材料做屏蔽層，將干擾磁通限制在磁阻很小的磁屏蔽體內部，防

8、止其干擾。4驅動屏蔽：就是使被屏蔽導體的電位與屏蔽導體的電位相等，能有效抑制通過寄生電容的耦合干擾。7.2.3濾波技術濾波器是一種允許某一頻帶信號通過，而阻止另一些頻帶通過的電子電路。濾波就是保持需要的頻率成分的振幅不變，盡量減小不必要的頻率成分振幅的一種信號處理方法。濾波器分為低通濾波器和高通濾波器。1低通濾波器2高通濾波器7.3 軟件抗干擾技術7.3.1 數字濾波 數字濾波由軟件算法實現，不需要增加硬件設備，只要在程序進入控制算法之前，附加一段數字濾波程序。1中位值法2平均值法3限幅濾波7.3.2 軟件冗余技術 進行軟件設計時要考慮到萬一程序“跑飛”，應讓其自動恢復到正常狀態(tài)下運行，冗余技術是常用的方法。常用的冗余技術主要有指令冗余技術、數據和程序冗余技術。7.3.3 軟件陷阱技術當亂飛程序進入非程序區(qū)或表格區(qū)時，采用冗余指令使程序入軌條件便不滿足，此時可設定軟件陷阱。軟件陷阱，就是用引導指令強行將捕獲到的亂飛程序引向復位入口地址0000H，在此處將程序轉向專門對程序出錯進行處理的程序，使程序納入正軌。7.3.4 “看門狗”技