測試系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)

1、測試系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)第1頁，共59頁，2022年，5月20日，12點(diǎn)2分，星期四 測量過程中，除待測量信號外，各種不可見的、隨機(jī)的信號可能出現(xiàn)在測量系統(tǒng)中。這些信號與有用信號疊加在一起，嚴(yán)重扭曲測量結(jié)果。 測量系統(tǒng)射線輻射干擾電磁干擾機(jī)械干擾熱干擾光干擾濕度變化干擾化學(xué)干擾一、干擾源第2頁，共59頁，2022年，5月20日，12點(diǎn)2分，星期四1、機(jī)械干擾: 是由于機(jī)械振動或沖擊，使檢測裝置中的元件發(fā)生振動、變形，使連接線發(fā)生位移，使指針發(fā)生抖動。 聲波的干擾類似于機(jī)械振動，從效果上看，也可以列入這一類。 抗機(jī)械干擾主要采用減震措施，如減震彈簧、減震橡皮墊等。2、熱干擾: 工作時，檢測系統(tǒng)產(chǎn)生的

2、熱量所引起溫度波動和環(huán)境溫度的變化等引起檢測電路元器件參數(shù)發(fā)生變化，或產(chǎn)生附加的熱電動勢等。 抗熱干擾主要采用： 1）采用熱屏蔽，如將關(guān)鍵元器件用導(dǎo)熱良好的金屬屏蔽罩包圍起來。 2）采用恒溫措施，如將基準(zhǔn)穩(wěn)壓管（與精度密切相關(guān)的器件）置于恒溫槽中。第3頁，共59頁，2022年，5月20日，12點(diǎn)2分，星期四3）電路采用對稱平衡結(jié)構(gòu)，如差動放大電路、橋式電路等。4）采用溫度補(bǔ)償元件，如溫補(bǔ)電阻。3、光干擾: 檢測系統(tǒng)廣泛采用半導(dǎo)體元器件，半導(dǎo)體材料在光線的作用下會激發(fā)出電子空穴對，使半導(dǎo)體元器件產(chǎn)生電勢或引起阻值的變化。 抗光干擾主要采用光屏蔽，如將對光敏感的半導(dǎo)體元器件用不透光的屏蔽罩包圍起來

3、。4、濕度變化干擾: 濕度增加會使元件的絕緣電阻下降，漏電流增加，高值電阻阻值下降，電介質(zhì)的介電常數(shù)增加，吸潮的線圈骨架膨脹等等。 抗?jié)穸雀蓴_主要采用密封防潮措施，如將電氣元件印刷電路板浸漆、環(huán)氧樹脂封灌和硅橡膠封灌等。第4頁，共59頁，2022年，5月20日，12點(diǎn)2分，星期四5、化學(xué)干擾: 如酸堿鹽及腐蝕性氣體會通過化學(xué)腐蝕作用損壞檢測位置。 抗化學(xué)干擾主要采用良好的密封和注意清潔。6、電磁干擾: 電和磁可以通過電路和磁路對檢測系統(tǒng)產(chǎn)生干擾作用。電場和磁場的變化也會在有關(guān)電路中感應(yīng)出干擾電壓。 電磁干擾對于檢測系統(tǒng)來說是最為普遍和影響最嚴(yán)重的干擾。有關(guān)抑制電磁干擾的方法下面將進(jìn)一步討論。7

4、、射線輻射干擾: 射線會使氣體電離，半導(dǎo)體激發(fā)電子空穴對和金屬逸出電子等。 因此，用于原子能、核裝置等領(lǐng)域的檢測系統(tǒng)尤其要注意射線輻射干擾。第5頁，共59頁，2022年，5月20日，12點(diǎn)2分，星期四二、干擾途徑1.噪聲： 各種干擾在檢測系統(tǒng)的輸出端往往反映為一些與檢測量無關(guān)的信號，這些無用的信號稱為噪聲。2.干擾途徑： 噪聲通過一定的途徑侵入檢測裝置才會對測量結(jié)果造成影響。干擾的途徑有“路”和“場”兩種形式。 凡噪聲通過電路的形式作用于被干擾對象的，都屬于“路” 干擾。如通過漏電流引入的干擾。 凡噪聲通過電場、磁場的形式作用于被干擾對象的，都屬于“場”干擾。如通過分布電容、分布電感引入的干擾

5、。第6頁，共59頁，2022年，5月20日，12點(diǎn)2分，星期四1) “路” 干擾：（1） 漏電流耦合形成的干擾： 是由于絕緣不良，電流經(jīng)絕緣電阻的漏電流所引起的干擾，如圖。EnRaZiUN第7頁，共59頁，2022年，5月20日，12點(diǎn)2分，星期四漏電流耦合形成的干擾經(jīng)常發(fā)生在下列情況： # 當(dāng)用傳感器測量較高的直流電壓時。 # 在傳感器附近有較高的直流電壓源時。 # 在高輸入阻抗的直流放大電路中。如圖，設(shè)直流放大電路的輸入阻抗 Zi=108， En=15V , Ra=1010EnRaZiUNUiUo第8頁，共59頁，2022年，5月20日，12點(diǎn)2分，星期四 噪聲經(jīng)導(dǎo)線耦合到電路中去是最明顯

6、的干擾現(xiàn)象。 當(dāng)導(dǎo)線經(jīng)過有噪聲的環(huán)境時，即拾取噪聲，并經(jīng)導(dǎo)線傳送到電路而造成干擾。如經(jīng)電源線引入的噪聲。EZiUiUo+電源線（2）傳導(dǎo)耦合形成的干擾：第9頁，共59頁，2022年，5月20日，12點(diǎn)2分，星期四 共阻抗耦合是由于兩個電路共有的阻抗，當(dāng)一個電路張有電流流過時，通過共有的阻抗便在另一個電路上產(chǎn)生干擾電壓。如幾個電路由同一個電源供電時，會通過電源內(nèi)阻互相干擾，在放大器中，各級放大器通過接地線電阻互相干擾。 如圖，為共阻抗耦合等效電路。圖中：ZC- 兩個電路共有的阻抗， In-噪聲電流源 , UN-被干擾電路感應(yīng)的電壓。（3）共阻抗耦合形成的干擾：InZiZCUN第10頁，共59頁，

7、2022年，5月20日，12點(diǎn)2分，星期四2) “場”干擾(1)靜電耦合形成的干擾 電場耦合實(shí)質(zhì)上是電容性耦合，它是由于兩個電路之間存在寄生電容，可使一個電路的電荷變化影響到另一個電路。 如圖，為兩根導(dǎo)線1、2之間通過電容性耦合形成的干擾。圖中：C12-導(dǎo)線1、2間的分布電容， C2 、R2 -導(dǎo)線1對地電容、電阻, UN1-導(dǎo)線1噪聲電壓， UNO -導(dǎo)線2感應(yīng)出來的噪聲干擾電壓。當(dāng)R2 比(C12+ C2 )的阻抗小得多時， 可求得UNO 21UN1C1C2UNOC12R2等效電路電容性耦合示意圖C12R2UN1UNOC1C2第11頁，共59頁，2022年，5月20日，12點(diǎn)2分，星期四

8、由上式可以得到下面結(jié)論： # 被接收的噪聲干擾電壓UNO與噪聲源的角頻率成正比。這表明：頻率越高，靜電耦合干擾越嚴(yán)重。但是，對于微弱信號（極低電平）的接受電路，即使在音頻范圍（20 Hz20KHz），靜電耦合干擾也不能忽視。 # 干擾電壓UNO與接受電路的輸入電阻R2成正比。這表明：降低接受電路的輸入電阻R2，可減少靜電耦合干擾。對于微弱信號（極低電平）的放大器，其輸入電阻應(yīng)盡可能低，一般希望在數(shù)百歐姆以下。 # 干擾電壓UNO正比于噪聲源與接受電路之間的分布電容C12。這表明：減小分布電容C12，可降低靜電耦合干擾。通常采用合理布線和適當(dāng)防護(hù)措施減小分布電容。電容性耦合示意圖注意： 當(dāng)有幾個

9、噪聲源同時經(jīng)靜電耦合干擾同一接收電路，只要是線形電路，就可以使用迭加原理進(jìn)行分析。21UN1C1C2UNOC12R2第12頁，共59頁，2022年，5月20日，12點(diǎn)2分，星期四(2)電磁耦合形成的干擾 電磁耦合又稱互感耦合，它是由于兩個電路之間存在互感，一個電路的電流變化，通過磁交鏈會影響到另一個電路。 如圖，為電磁耦合干擾等效電路。圖中：M12-1、2兩個電路之間的互感系數(shù)， In-電路1噪聲電流源， UNO -電路2通過電磁耦合感應(yīng)出來的噪聲干擾電壓。令噪聲源的角頻率為， 可求得UNO 電磁耦合干擾等效電路 比如，在傳感器內(nèi)部，線圈或變壓器的漏磁對鄰近電路會產(chǎn)生嚴(yán)重干擾；在電子裝置外部，

10、當(dāng)兩根導(dǎo)線在較長一段區(qū)間平行架設(shè)時，也會產(chǎn)生電磁耦合干擾。InM12RUNO12第13頁，共59頁，2022年，5月20日，12點(diǎn)2分，星期四電磁耦合干擾等效電路 顯然，對于電磁耦合干擾，降低傳感器的輸入阻抗，并不會減少干擾。電磁耦合干擾電壓是與傳感器接收電路導(dǎo)線相串聯(lián)的，這不同于電場耦合干擾。 由上式可以得到下面結(jié)論： # 被接收的噪聲干擾電壓UNO與噪聲源的角頻率成正比。 # 干擾電壓UNO與噪聲源的電流In成正比。 # 干擾電壓UNO正比于噪聲源電路與接受電路之間的互感系數(shù)M12。InM12RUNO12第14頁，共59頁，2022年，5月20日，12點(diǎn)2分，星期四(3)輻射電磁場耦合形成

11、的干擾 輻射電磁場通常來源于大功率高頻電氣設(shè)備、廣播發(fā)射臺、電視發(fā)射臺等。 比如，在輻射電磁場中放置一個導(dǎo)體，則在導(dǎo)體上產(chǎn)生正比于電場強(qiáng)度E的感應(yīng)電動勢。配電線，特別是架空配電線都將在輻射電磁場中感應(yīng)出干擾電動勢，并通過供電線路侵入傳感器，造成干擾。 在大功率廣播發(fā)射機(jī)附近的強(qiáng)電磁場中，傳感器的外殼或傳感器內(nèi)部尺寸較小的導(dǎo)體也能感應(yīng)出較大的干擾電勢。如，當(dāng)中波廣播發(fā)射的垂直極化波的強(qiáng)度為 100mV/m，長度為10cm的垂直導(dǎo)體可以產(chǎn)生 5mV 的感應(yīng)電動勢。第15頁，共59頁，2022年，5月20日，12點(diǎn)2分，星期四三、抑制干擾的基本措施途徑1.形成干擾的三要素： 形成干擾必須同時具備三項(xiàng)

12、因素：干擾源、干擾途徑以及對噪聲敏感性較高的接收電路檢測裝置的前級電路。干擾源干擾途徑接收器形成干擾的三要素之間的聯(lián)系第16頁，共59頁，2022年，5月20日，12點(diǎn)2分，星期四2.抑制干擾的基本措施： 消除干擾源是積極主動的措施。繼電器、接觸器和斷路器等的電觸點(diǎn)，在通斷電時的電火花是較強(qiáng)的干擾源，可以采取觸點(diǎn)消弧電容等。對于接觸不良、電路接頭松動、虛焊也是造成干擾的原因，應(yīng)于消除。 某些自然現(xiàn)象的干擾，鄰近工廠用電設(shè)備的干擾等，就必須采取保護(hù)措施來抑制干擾源。1）消除或抑制干擾源2）破壞干擾途徑 # 對于“路”形式干擾： 采用提高絕緣性能的辦法來抑制漏電流干擾； 采用隔離變壓器、光電耦合器

13、等切斷環(huán)路干擾途徑； 采用濾波器、扼流圈等技術(shù)，將干擾信號除去； 對于數(shù)字信號采用整形、限幅等信號處理方法切斷干擾； 改變接地形式以消除共阻抗耦合干擾等。第17頁，共59頁，2022年，5月20日，12點(diǎn)2分，星期四3）削弱接收電路對于干擾信號的敏感性 電路設(shè)計(jì)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等都與干擾有關(guān)。比如：高輸入阻抗比低輸入阻抗易受干擾；布局松散的電子裝置比結(jié)構(gòu)緊湊的電子裝置更易受干擾；模擬電路比數(shù)字電路的抗干擾的能力差。 因此，系統(tǒng)布局要合理，設(shè)計(jì)電路要用對干擾信號不敏感的電路。 # 對于以“場”形式的干擾，一般采用各種屏蔽措施。 總的來說，消除干擾的措施可以用疾病預(yù)防來比喻：消滅病菌來源，阻止病菌傳播和

14、提高人體抵抗能力。第18頁，共59頁，2022年，5月20日，12點(diǎn)2分，星期四四、抗干擾的技術(shù) 1.屏蔽技術(shù) 1）靜電屏蔽 原理：在靜電場中，密閉的空心導(dǎo)體內(nèi)部無電力線，即內(nèi)部各點(diǎn)的電位相等。實(shí)際以銅或鋁等導(dǎo)電良好地金屬為材料，制作封閉地金屬容器，并將金屬容器與地線連接。 2）電磁屏蔽 原理：利用電渦流原理，使高頻干擾磁場在屏蔽金屬內(nèi)產(chǎn)生電渦流，消耗干擾磁場的能量，并利用渦流磁場抵消高頻干擾磁場。實(shí)際將電磁屏蔽層接地，同時兼有靜電屏蔽作用。如通常使用的銅質(zhì)網(wǎng)狀屏蔽電纜線。 3）低頻磁屏蔽 原理：在低頻磁場中，電渦流作用不太明顯，因此，采用高導(dǎo)磁材料做屏蔽層，使低頻干擾磁力線限制在磁阻很小的屏

15、蔽層內(nèi)。在干擾嚴(yán)重的地方常采用復(fù)合屏蔽電纜。最外層是低磁導(dǎo)率、高飽和的鐵磁材料，最里層是銅質(zhì)電磁屏蔽層，以進(jìn)一步消耗干擾磁場能量。工業(yè)中將屏蔽線穿在鐵質(zhì)蛇皮管或普通鐵管內(nèi)，達(dá)到雙重屏蔽目的。第19頁，共59頁，2022年，5月20日，12點(diǎn)2分，星期四 濾波技術(shù)的基本用途是選擇信號和抑制干擾，為實(shí)現(xiàn)這兩大功能而設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)都稱為濾波器。通常按功用可把濾波器分為信號選擇濾波器和電磁干擾(EMI)濾波器兩大類。2.濾波技術(shù) 電源LNE濾波器測量電路濾波器顯示濾 波 器傳 感 器濾波器抑制檢測系統(tǒng)干擾的原理框圖第20頁，共59頁，2022年，5月20日，12點(diǎn)2分，星期四 信號選擇濾波器是以有效去除不

16、需要的信號分量，同時是對被選擇信號的幅度相位影響最小的濾波器。 電磁干擾濾波器是以能夠有效抑制電磁干擾為目標(biāo)的濾波器。電磁干擾濾波器常常又分為信號線EMI濾波器、電源EMI濾波器、印刷電路板EMI濾波器、反射EMI濾波器、隔離EMI濾波器等幾類。 電源LNE濾波器測量電路濾波器顯示濾 波 器傳 感 器濾波器抑制檢測系統(tǒng)干擾的原理框圖第21頁，共59頁，2022年，5月20日，12點(diǎn)2分，星期四 線路板上的導(dǎo)線是最有效的接收和輻射天線，由于導(dǎo)線的存在，往往會使線路板上產(chǎn)生過強(qiáng)的電磁輻射。同時，這些導(dǎo)線又能接受外部的電磁干擾，使電路對干擾很敏感。 在導(dǎo)線上使用信號濾波器是一個解決高頻電磁干擾輻射和

17、接收很有效的方法。 脈沖信號的高頻成分很豐富，這些高頻成分可以借助導(dǎo)線輻射，使線路板的輻射超標(biāo)。信號濾波器的使用可使脈沖信號的高頻成分大大減少，由于高頻信號的輻射效率較高，這個高頻成分的減少，線路板的輻射將大大改善。 第22頁，共59頁，2022年，5月20日，12點(diǎn)2分，星期四 電源線是電磁干擾傳入設(shè)備和傳出設(shè)備主要途徑。通過電源線，電網(wǎng)上的干擾可以傳入設(shè)備，干擾設(shè)備的正常工作。同樣，設(shè)備的干擾也可以通過電源線傳到電網(wǎng)上，對網(wǎng)上其它設(shè)備造成干擾。 為了防止這兩種情況的發(fā)生，必須在設(shè)備的電源入口處安裝一個低通濾波器，這個濾波器只容許設(shè)備的工作頻率(50Hz,60Hz,400Hz)通過，而對較高

18、頻率的干擾有很大的損耗，由于這個濾波器專門用于設(shè)備電源線上，所以稱為電源線濾波器。 電源線上的干擾電路以兩種形式出現(xiàn)。一種是在火線零線回路中，其干擾被稱為差模干擾。另一種是在和火線、零線與地線和大地的回路中，稱為共模干擾。 通常200Hz以下時，差模干擾成分占主要部分。1MHz以上時，共模干擾成分占主要成分。 電源濾波器對差模干擾和共模干擾都有抑制作用，但由于電路結(jié)構(gòu)不同，對差模干擾和共模干擾的抑制效果不一樣。所以濾波器的技術(shù)指標(biāo)中有差模插入損耗和共模插入損耗之分。 第23頁，共59頁，2022年，5月20日，12點(diǎn)2分，星期四 使用濾波器一般要求將干擾衰減100%以上。選用濾波器應(yīng)考慮以下幾

19、點(diǎn)： # 測量電路的輸出阻抗和前級放大器的輸入阻抗； # 濾波器的時間常數(shù)對檢測系統(tǒng)性能的影響； # 濾波器的頻率特性對檢測系統(tǒng)性能的影響； # 濾波器的體積、安裝及制造工藝。電源LNE濾波器測量電路濾波器顯示濾 波 器傳 感 器濾波器抑制檢測系統(tǒng)干擾的原理框圖第24頁，共59頁，2022年，5月20日，12點(diǎn)2分，星期四 接地技術(shù)最早是應(yīng)用在強(qiáng)電系統(tǒng)（電力系統(tǒng)、輸變電設(shè)備、電氣設(shè)備）中，為了設(shè)備和人身的安全，將接地線直接接在大地上。由于大地的電容非常大，一般情況下可以將大地的電位視為零電位。 后來，接地技術(shù)延伸應(yīng)用到弱電系統(tǒng)中。對于電力電子設(shè)備將接地線直接接在大地上或者接在一個作為參考電位的

20、導(dǎo)體上，當(dāng)電流通過該參考電位時，不應(yīng)產(chǎn)生電壓降。然而由于不合理的接地，反而會引入了電磁干擾，比如共地線干擾、地環(huán)路干擾等，從而導(dǎo)致電力電子設(shè)備工作不正常。 因此。接地技術(shù)是電力電子設(shè)備電磁兼容技術(shù)的重要內(nèi)容之一，有必要對接地技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)探討。 3.接地技術(shù)電氣設(shè)備220VLNE地線外殼大地第25頁，共59頁，2022年，5月20日，12點(diǎn)2分，星期四 1） 接地的種類和目的 電力電子設(shè)備一般是為以下幾種目的而接地： （1） 安全接地 安全接地即將機(jī)殼接大地。一是防止機(jī)殼上積累電荷，產(chǎn)生靜電放電而危及設(shè)備和人身安全；二是當(dāng)設(shè)備的絕緣損壞而使機(jī)殼帶電時，促使電源的保護(hù)動作而切斷電源，以便保護(hù)工作人

21、員的安全。 （2） 防雷接地 當(dāng)電力電子設(shè)備遇雷擊時，不論是直接雷擊還是感應(yīng)雷擊，電力電子設(shè)備都將受到極大傷害。為防止雷擊而設(shè)置避雷針，以防雷擊時危及設(shè)備和人身安全。 上述兩種接地主要為安全考慮，均要直接接在大地上。 電氣設(shè)備220VLNE地線外殼大地第26頁，共59頁，2022年，5月20日，12點(diǎn)2分，星期四 （3） 工作接地 工作接地是為電路正常工作而提供的一個基準(zhǔn)電位。該基準(zhǔn)電位可以設(shè)為電路系統(tǒng)中的某一點(diǎn)、某一段或某一塊等。 當(dāng)該基準(zhǔn)電位不與大地連接時，視為相對的零電位。這種相對的零電位會隨著外界電磁場的變化而變化，從而導(dǎo)致電路系統(tǒng)工作的不穩(wěn)定。 當(dāng)該基準(zhǔn)電位與大地連接時，基準(zhǔn)電位視為

22、大地的零電位，而不會隨著外界電磁場的變化而變化。但是不正確的工作接地反而會增加干擾。比如共地線干擾、地環(huán)路干擾等。 為防止各種電路在工作中產(chǎn)生互相干擾，使之能相互兼容地工作。根據(jù)電路的性質(zhì)，將工作接地分為不同的種類，比如直流地、交流地、數(shù)字地、模擬地、信號地、功率地、電源地等。上述不同的接地應(yīng)當(dāng)分別設(shè)置。 第27頁，共59頁，2022年，5月20日，12點(diǎn)2分，星期四 （a）信號地 信號地是各種物理量的傳感器和信號源零電位的公共基準(zhǔn)地線。由于信號一般都較弱，易受干擾，因此對信號地的要求較高。 （b）模擬地 模擬地是模擬電路零電位的公共基準(zhǔn)地線。由于模擬電路既承擔(dān)小信號的放大，又承擔(dān)大信號的功率

23、放大；既有低頻的放大，又有高頻放大；因此模擬電路既易接受干擾，又可能產(chǎn)生干擾。所以對模擬地的接地點(diǎn)選擇和接地線的敷設(shè)更要充分考慮。 （c）數(shù)字地 數(shù)字地是數(shù)字電路零電位的公共基準(zhǔn)地線。由于數(shù)字電路工作在脈沖狀態(tài)，特別是脈沖的前后沿較陡或頻率較高時，易對模擬電路產(chǎn)生干擾。所以對數(shù)字地的接地點(diǎn)選擇和接地線的敷設(shè)也要充分考慮。 第28頁，共59頁，2022年，5月20日，12點(diǎn)2分，星期四 （d）電源地 電源地是電源零電位的公共基準(zhǔn)地線。由于電源往往同時供電給系統(tǒng)中的各個單元，而各個單元要求的供電性質(zhì)和參數(shù)可能有很大差別，因此既要保證電源穩(wěn)定可靠的工作，又要保證其它單元穩(wěn)定可靠的工作。 （e）功率地

24、 功率地是負(fù)載電路或功率驅(qū)動電路的零電位的公共基準(zhǔn)地線。由于負(fù)載電路或功率驅(qū)動電路的電流較強(qiáng)、電壓較高，所以功率地線上的干擾較大。因此功率地必須與其它弱電地分別設(shè)置，以保證整個系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的工作。第29頁，共59頁，2022年，5月20日，12點(diǎn)2分，星期四 工作接地按工作頻率而采用以下幾種接地方式： (1） 單點(diǎn)接地 工作頻率低（ 0.83L 式中：L地線的長度，m； S地線的截面,mm2。 第32頁，共59頁，2022年，5月20日，12點(diǎn)2分，星期四 (2)多點(diǎn)接地 工作頻率高（30MHz）的采用多點(diǎn)接地式（即在該電路系統(tǒng)中，用一塊接地平板代替電路中每部分各自的地回路）。 因?yàn)榻拥匾€的

25、感抗與頻率和長度成正比，工作頻率高時將增加共地阻抗，從而將增大共地阻抗產(chǎn)生的電磁干擾，所以要求地線的長度盡量短。 采用多點(diǎn)接地時，盡量找最接近的低阻值接地面接地。 (3)混合接地 工作頻率介于130MHz的電路采用混合接地式。當(dāng)接地線的長度小于工作信號波長的1/20時，采用單點(diǎn)接地式，否則采用多點(diǎn)接地式。 第33頁，共59頁，2022年，5月20日，12點(diǎn)2分，星期四 浮置又稱浮空、浮接，它指是模擬信號的零信號電位公共線（模擬信號地線）不接機(jī)殼或大地。對于被浮置地測量系統(tǒng)，測量電路與機(jī)殼或大地之間無直接關(guān)系，如圖。 系統(tǒng)被浮置后，明顯加大了信號放大器的公共地線與大地（或外殼）之間的阻抗，因此，

26、大大減小了干擾漏電流。 浮置不可能“完全浮空”。因?yàn)?，雖然信號放大器的公共地線與大地（或外殼）之間的阻抗很大（絕緣級電阻），可以大大減小電阻性漏電流干擾，但是它們之間仍然存在寄生電容，即容性漏電流干擾還存在。(4) 浮置技術(shù)B1前置放大器功率放大器B2B3220V+外殼測量裝置傳感器外屏蔽層信號傳輸線浮置的溫度測量系統(tǒng)第34頁，共59頁，2022年，5月20日，12點(diǎn)2分，星期四 (1) 對接地電阻的要求 接地電阻越小越好，因?yàn)楫?dāng)有電流流過接地電阻時，其上將產(chǎn)生電壓。該電壓除產(chǎn)生共地阻抗的電磁干擾外，還會使設(shè)備受到反擊過電壓的影響，并使人員受到電擊傷害的威脅。因此一般要求接地電阻小于4；對于移

27、動設(shè)備，接地電阻可小于10。 3)接地電阻 (2) 降低接地電阻的方法 接地電阻由接地線電阻、接觸電阻和地電阻組成。為此降低接地電阻的方法有以下三種： 降低接地線電阻，為此要選用總截面大和長度短的多股細(xì)導(dǎo)線。 降低接觸電阻，為此要將接地線與接地螺栓、接地極緊密又牢靠地連接并要增加接地極和土壤之間的接觸面積與緊密度。 降低地電阻，為此要增加接地極的表面積和增加土壤的導(dǎo)電率（如在土壤中注入鹽水）。 第35頁，共59頁，2022年，5月20日，12點(diǎn)2分，星期四 (3) 接地電阻的計(jì)算 垂直接地極接地電阻R為： R = 0.366(/L)lg(4L/d) 式中：土壤電阻率,m； L接地極在地中的深度

28、,m； d接地極的直徑,m。 例如，黃土取200m，L為2cm，d為0.05m，則垂直接地極接地電阻R為80.67。如在土壤中注入鹽水，使降為20m時。則接地極接地電阻R為8.067。 第36頁，共59頁，2022年，5月20日，12點(diǎn)2分，星期四 一臺設(shè)備要實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求，往往含有多種電路，比如低電平的信號電路（如高頻電路、數(shù)字電路、模擬電路等）、高電平的功率電路（如供電電路、繼電器電路等）。為了安裝電路板和其它元器件、為了抵抗外界電磁干擾而需要設(shè)備具有一定機(jī)械強(qiáng)度和屏蔽效能的外殼。設(shè)備的接地應(yīng)當(dāng)注意以下幾點(diǎn)： 50Hz電源零線應(yīng)接到安全接地螺栓處，對于獨(dú)立的設(shè)備，安全接地螺栓設(shè)在設(shè)備金屬外殼

29、上，并有良好電連接； 為防止機(jī)殼帶電，危及人身安全，不許用電源零線作地線代替機(jī)殼地線； 4)設(shè)備地 第37頁，共59頁，2022年，5月20日，12點(diǎn)2分，星期四為防止高電壓、大電流和強(qiáng)功率電路（如供電電路、繼電器電路）對低電平電路（如高頻電路、數(shù)字電路、模擬電路等）的干擾，將它們的接地分開。前者為功率地（強(qiáng)電地），后者為信號地（弱電地），而信號地又分為數(shù)字地和模擬地，信號地線應(yīng)與功率地線和機(jī)殼地線相絕緣； 對于信號地線可另設(shè)一信號地螺栓（和設(shè)備外殼相絕緣），該信號地螺栓與安全接地螺栓的連接有三種方法（取決于接地的效果）：一是不連接，而成為浮地式；二是直接連接，而成為單點(diǎn)接地式；三是通過一3F

30、電容器連接，而成為直流浮地式，交流接地式。其它的接地最后匯聚在安全接地螺栓上（該點(diǎn)應(yīng)位于交流電源的進(jìn)線處），然后通過接地線將接地極埋在土壤中。 第38頁，共59頁，2022年，5月20日，12點(diǎn)2分，星期四 系統(tǒng)的接地應(yīng)當(dāng)注意以下幾點(diǎn)： 參照設(shè)備的接地注意事項(xiàng)； 設(shè)備外殼用設(shè)備外殼地線和機(jī)柜外殼相連； 機(jī)柜外殼用機(jī)柜外殼地線和系統(tǒng)外殼相連； 對于系統(tǒng)，安全接地螺栓設(shè)在系統(tǒng)金屬外殼上，并有良好電連接； 5)系統(tǒng)地第39頁，共59頁，2022年，5月20日，12點(diǎn)2分，星期四當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)機(jī)柜、設(shè)備過多時，將導(dǎo)致數(shù)字地線、模擬地線、功率地線和機(jī)柜外殼地線過多。對此，可以考慮鋪設(shè)兩條互相并行并和系統(tǒng)外殼絕

31、緣的半環(huán)形接地母線，一條為信號地母線，一條為屏蔽地及機(jī)柜外殼地母線；系統(tǒng)內(nèi)各信號地就近接到信號地母線上，系統(tǒng)內(nèi)各屏蔽地及機(jī)柜外殼地就近接到屏蔽地及機(jī)柜外殼地母線上；兩條半環(huán)形接地母線的中部靠近安全接地螺栓，屏蔽地及機(jī)柜外殼地母線接到安全接地螺栓上；信號地母線接到信號地螺栓上； 當(dāng)系統(tǒng)用三相電源供電時，由于各負(fù)載用電量和用電的不同時性，必然導(dǎo)致三相不平衡，造成三相電源中心點(diǎn)電位偏移，為此將電源零線接到安全接地螺栓上，迫使三相電源中心點(diǎn)電位保持零電位，從而防止三相電源中心點(diǎn)電位偏移所產(chǎn)生的干擾； 接地極用鍍鋅鋼管，其外直徑不小于50mm，長度不小于2.0m；埋設(shè)時，將接地極打入地表層一定深度、并倒

32、入鹽水，一般要求接地電阻小于4，對于移動設(shè)備，接地電阻可小于10。 第40頁，共59頁，2022年，5月20日，12點(diǎn)2分，星期四 電路隔離的主要目的是通過隔離元器件把噪聲干擾的路徑切斷，從而達(dá)到抑制噪聲干擾的效果。在采用了電路隔離的措施以后，絕大多數(shù)電路都能夠取得良好的抑制噪聲的效果，使設(shè)備符合電磁兼容性的要求。 電路隔離主要有： 模擬電路的隔離、數(shù)字電路的隔離、數(shù)字電路與模擬電路之間的隔離。 4、檢測系統(tǒng)的電路隔離技術(shù) 第41頁，共59頁，2022年，5月20日，12點(diǎn)2分，星期四數(shù)字電路的隔離主要有： 脈沖變壓器隔離、繼電器隔離、光電耦合器隔離、光纖隔離等。其中數(shù)字量輸入隔離方式主要采用

33、脈沖變壓器隔離、光電耦合器隔離；而數(shù)字量輸出隔離方式主要采用光電耦合器隔離、繼電器隔離、高頻變壓器隔離（個別情況下采用）。 模擬電路的隔離 模擬電路的隔離比較復(fù)雜，主要取決于對傳輸通道的精度要求，對精度要求越高，其通道的成本也就越高；然而，當(dāng)性能的要求上升為主要矛盾時，應(yīng)當(dāng)以性能為主選擇隔離元器件，把成本放在第二位；反之，應(yīng)當(dāng)從價格的角度出發(fā)選擇隔離元器件。 模擬電路的隔離主要采用變壓器隔離、互感器隔離、直流電壓隔離器隔離、線性隔離放大器隔離。 模擬電路與數(shù)字電路之間的隔離 主要采用模/數(shù)轉(zhuǎn)換裝置；對于要求較高的電路，除采用模/數(shù)轉(zhuǎn)換裝置外，還應(yīng)在模/數(shù)轉(zhuǎn)換裝置的兩端分別加入模擬隔離元器件和數(shù)

34、字隔離元器件。 第42頁，共59頁，2022年，5月20日，12點(diǎn)2分，星期四1） 模擬電路的隔離 一套控制裝置或者一臺電子電氣設(shè)備，通常包含供電系統(tǒng)，模擬信號測量系統(tǒng)，模擬信號控制系統(tǒng)。 供電系統(tǒng)又可分為交流供電系統(tǒng)和直流供電系統(tǒng)，交流供電系統(tǒng)主要采用變壓器隔離，直流供電系統(tǒng)主要采用直流電壓隔離器隔離。 模擬信號測量系統(tǒng)相對來說比較復(fù)雜，既要考慮其精度，頻帶寬度的因素，又要考慮其價格因素；對于高電壓、大電流信號，一般采用互感器（電壓互感器、電流互感器）隔離法，近年來，又出現(xiàn)了霍爾變送器，這些元器件都是高電壓、大電流信號測量常規(guī)使用的元器件；對于微電壓、微電流信號，一般采用線性隔離放大器。 模

35、擬信號控制系統(tǒng)與模擬信號測量系統(tǒng)的隔離類似，一般采用變壓器、直流電壓隔離器。 第43頁，共59頁，2022年，5月20日，12點(diǎn)2分，星期四 （1） 供電系統(tǒng)的隔離 （a） 交流供電系統(tǒng)的隔離 由于交流電網(wǎng)中存在著大量的諧波，雷擊浪涌，高頻干擾等噪聲，所以對由交流電源供電的控制裝置和電子電氣設(shè)備，都應(yīng)采取抑制來自交流電源干擾的措施。 采用電源隔離變壓器，可以有效地抑制竄入交流電源中的噪聲干擾。但是，普通變壓器卻不能完全起到抗干擾的作用，這是因?yàn)椋m然一次繞組和二次繞組之間是絕緣的，能夠阻止一次側(cè)的噪聲電壓、電流直接傳輸?shù)蕉蝹?cè)，有隔離作用。 第44頁，共59頁，2022年，5月20日，12點(diǎn)2

36、分，星期四 然而，由于分布電容（繞組與鐵心之間，繞組之間，層匝之間和引線之間）的存在，交流電網(wǎng)中的噪聲會通過分布電容耦合到二次側(cè)。為了抑制噪聲，必須在繞組間加屏蔽層，這樣就能有效地抑制噪聲，消除干擾，提高設(shè)備的電磁兼容性。圖(a)、(b)所示為不加屏蔽層和加屏蔽層的隔離變壓器分布電容的情況。 變 壓 器 隔 離 第45頁，共59頁，2022年，5月20日，12點(diǎn)2分，星期四 隨著技術(shù)的進(jìn)步，國外已研制成功了專門抑制噪聲的隔離變壓器（NoiseCutoutTransformer，簡稱NCT），這是一種繞組和變壓器整體都有屏蔽層的多層屏蔽變壓器。 這類變壓器的結(jié)構(gòu)，鐵心材料，形狀及其線圈位置都比較

37、特殊，它可以切斷高頻噪聲漏磁通和繞組的交鏈，從而使差模噪聲不易感應(yīng)到二次側(cè)，故這種變壓器既能切斷共模噪聲電壓，又能切斷差模噪聲電壓，是比較理想的隔離變壓器。 變 壓 器 隔 離 第46頁，共59頁，2022年，5月20日，12點(diǎn)2分，星期四 （b） 直流供電系統(tǒng)的隔離 當(dāng)控制裝置和電子電氣設(shè)備的內(nèi)部子系統(tǒng)之間需要相互隔離時，它們各自的直流供電電源間也應(yīng)該相互隔離，其隔離方式如下：第一種是在交流側(cè)使用隔離變壓器，如圖（a）所示；第二種是使用直流電壓隔離器（即DC/DC變換器），如圖（b）所示。 直 流 電 源 系 統(tǒng) 的 隔 離 (a)交 流 側(cè) 隔 離 (b)直 流 隔 離 第47頁，共59頁

38、，2022年，5月20日，12點(diǎn)2分，星期四 (2） 模擬信號測量系統(tǒng)的隔離 對于具有直流分量和共模噪聲干擾比較嚴(yán)重的場合，在模擬信號的測量中必須采取措施，使輸入與輸出完全隔離，彼此絕緣，消除噪聲的耦合。隔離對系統(tǒng)有如下好處： 防止模擬系統(tǒng)干擾，尤其是電力系統(tǒng)的接地干擾進(jìn)入邏輯系統(tǒng)，導(dǎo)致邏輯系統(tǒng)的工作紊亂； 在精密測量系統(tǒng)中，防止數(shù)字系統(tǒng)的脈沖波動干擾進(jìn)入模擬系統(tǒng)，尤其是前置放大部分，因?yàn)榍爸梅糯蟛糠值男盘柗浅Ｎ⑷?，較小的騷擾波動信號就會把有用信號淹沒。 第48頁，共59頁，2022年，5月20日，12點(diǎn)2分，星期四 （a） 高電壓、大電流信號的隔離 高電壓、大電流信號采用互感器隔離，其抑制噪

39、聲的原理與隔離變壓器類似，這里不再贅述?；ジ衅鞲綦x的應(yīng)用如圖所示。 互 感 器 隔 離 電 路 第49頁，共59頁，2022年，5月20日，12點(diǎn)2分，星期四 （b） 微電壓、微電流信號的隔離 微電壓、微電流模擬信號的隔離系統(tǒng)相對來說比較復(fù)雜，既要考慮其精度，頻帶寬度的因素，又要考慮其價格因素。一般情況下，對于較小量的共模噪聲，采用差動放大器或儀表放大器就能夠取得良好的效果，但對于具有較大量的共模噪聲，且測量精度要求比較高的場合，應(yīng)該選擇高精度線性隔離放大器，如BB公司的ISO106，其主要參數(shù)如下： 交流耐壓35kV/1min，60Hz； 直流耐壓495kV； 沖擊耐壓8kVPK/10s；

40、非線性誤差0.007； 隔離噪聲抑制比交流130dB，直流160dB。 ISO106的優(yōu)秀參數(shù)，使其大量地應(yīng)用于精密測量系統(tǒng)中，線性隔離放大器的應(yīng)用如圖所示。 線 性 隔 離 放 大 器 第50頁，共59頁，2022年，5月20日，12點(diǎn)2分，星期四 (3）數(shù)字電路的隔離 與模擬系統(tǒng)類似，一套控制裝置，或者一臺電子電氣設(shè)備，通常所包含的數(shù)字系統(tǒng)有：數(shù)字信號輸入系統(tǒng)，數(shù)字信號輸出系統(tǒng)。數(shù)字量輸入系統(tǒng)主要采用脈沖變壓器隔離，光電耦合器隔離；而數(shù)字量輸出系統(tǒng)主要采用光電耦合器隔離，繼電器隔離，個別情況也可采用高頻變壓器隔離。 （a） 光電耦合器隔離 光電耦合器件是一種“電光電”耦合元件。它輸入是電流

41、，輸出也是電流，兩者之間在電氣方面卻是絕緣的。如圖（a）、（b）所示。 光 電 耦 合 器 電 路第51頁，共59頁，2022年，5月20日，12點(diǎn)2分，星期四 目前，大多數(shù)光電耦合器件的隔離電壓都在2.5kV以上，有些器件達(dá)到了8kV，既有高壓大電流大功率光電耦合器件，又有高速高頻光電耦合器件（頻率高達(dá)10MHz）。常用的器件如：4N25，其隔離電壓為5.3kV；6N137，其隔離電壓為3kV，頻率在10MHz以上。 在檢測系統(tǒng)使用光電耦合器件越來越多，如圖。采用線形光電耦合器件的前置放大電路原理框圖信號源UO預(yù)放大器線形光電耦合器件電源1放大器電源2UNZN1ZN2第52頁，共59頁，2022年，5月20日，12點(diǎn)2分，星期四 光電耦合器件特點(diǎn)： # 輸入、輸出回路絕緣電阻高（大于1010）、耐壓超過1KV。 # 光傳輸是單向，所以輸出回路信號不會反饋影響輸入回路。 # 輸入、輸出回路完全隔離，能很好解決不同電位、不同邏輯電路之間的隔離和傳輸問題