檢測系統(tǒng)抗干擾技術(shù)

1、檢測系統(tǒng)抗干擾技術(shù)第1頁，共27頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)51分，星期四2022/9/201檢測系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)Anti-interference technology of detesting system主要內(nèi)容干擾的來源及分類硬件抗干擾技術(shù)軟件抗干擾技術(shù)第2頁，共27頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)51分，星期四2022/9/2021 干擾的來源及分類干擾竄入儀表內(nèi)部的三個主要途徑：電磁感應(yīng)傳輸通道電源線干擾存在的三個要素：干擾源耦合通道對干擾敏感的接受電路第3頁，共27頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)51分，星期四2022/9/2031 干擾的來源及分類1.1 外部干擾1.2 內(nèi)

2、部干擾第4頁，共27頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)51分，星期四2022/9/2041.1 外部干擾Outer interference外部干擾主要來自環(huán)境溫度和濕度的變化、機(jī)械的振動和沖擊以及電磁輻射和傳導(dǎo)等。主要介紹：電磁干擾電網(wǎng)干擾環(huán)境的理化性干擾第5頁，共27頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)51分，星期四2022/9/205電磁干擾電磁干擾（Electromagnetic Interference, EMI）是對檢測系統(tǒng)和電路最嚴(yán)重的干擾。它影響測量的精度。外來電磁干擾包括太陽等天體輻射的電磁波，廣播、電視及各種無線通信設(shè)備發(fā)出的電磁波，空調(diào)機(jī)、日光燈、微波爐等家用電器產(chǎn)生的電磁干擾

3、。1.1 外部干擾Outer interference第6頁，共27頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)51分，星期四2022/9/206電網(wǎng)干擾含有高次諧波或尖脈沖，供電電壓大幅度波動。大功率的啟動或停止時，出現(xiàn)浪涌電壓，并伴有電火花放電。由于負(fù)載的瞬時接入或切斷、雷電放電、故障短路或開路，輸電線會產(chǎn)生高壓脈沖或電流浪涌。1.1 外部干擾Outer interference第7頁，共27頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)51分，星期四2022/9/207環(huán)境的理化性干擾環(huán)境的溫度、濕度、壓力、機(jī)械振動、化學(xué)腐蝕等都會對檢測系統(tǒng)形成物理或化學(xué)上的影響，這些干擾將使系統(tǒng)的元件發(fā)生變形、參數(shù)變化、絕緣強(qiáng)

4、度下降、性能變差，最終導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常工作。1.1 外部干擾Outer interference第8頁，共27頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)51分，星期四2022/9/2081.2 內(nèi)部干擾Inner interference內(nèi)部電磁干擾系統(tǒng)內(nèi)部單元、信號線、信號線和電源和地之間都存在電磁干擾。干擾信號包括電磁繼電器產(chǎn)生的火花放電、自激震蕩、尖峰干擾、噪聲電壓等。在信號傳輸通道存在共模干擾和串模干擾。第9頁，共27頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)51分，星期四2022/9/209電氣互鎖故障干擾儀表系統(tǒng)內(nèi)部器件存在大量的電氣上的互鎖，如焊盤、接插件、信號傳輸線等，在這方面存在著較大的故障率，

5、直接影響系統(tǒng)的可靠性。軟件故障干擾在軟件設(shè)計中，考慮不周的程序、電磁干擾作用于CPU、人為錯誤操作通過容錯性能不好的程序造成的故障，都以軟件故障的形式表現(xiàn)。1.2 內(nèi)部干擾Inner interference第10頁，共27頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)51分，星期四2022/9/20102 硬件抗干擾技術(shù)Hardware anti-interference technology主要內(nèi)容2.1 串模干擾的抑制2.2 共模干擾的抑制2.3 電磁干擾的抑制2.4 隔離技術(shù)第11頁，共27頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)51分，星期四2022/9/20112.1 串模干擾的抑制Restrainin

6、g of serial interference串模干擾是由外部條件引起疊加在被測電壓上的干擾信號。包括信號線引入的共模干擾，以及信號源本身固有的漂移、紋波和噪聲以及電源變壓器不良屏蔽或穩(wěn)壓濾波效果不良等引入的串模干擾。常用的抗串模干擾措施有：采用輸入濾波器選擇合適的器件對信號的預(yù)處理第12頁，共27頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)51分，星期四2022/9/2012采用輸入濾波器當(dāng)串模干擾頻率與被測信號的頻帶不同時，可采用相應(yīng)的濾波器抑制串模干擾。通常，儀表的輸入濾波器都采用RC濾波器，在選擇電阻和電容參數(shù)時，除了要滿足串模抑制比指標(biāo)外，還要考慮信號源的內(nèi)阻抗，兼顧共模抑制比和放大器動態(tài)特性

7、的要求，因此，常用二級阻容低通濾波網(wǎng)絡(luò)作為輸入通道的濾波器。2.1 串模干擾的抑制Restraining of serial interference第13頁，共27頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)51分，星期四2022/9/2013選擇合適的器件利用雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器可以削弱周期性的串模干擾。由于此類器件是對輸入信號的平均值進(jìn)行轉(zhuǎn)換的。選擇高抗擾度的邏輯器件，通過提高閾值電平來抑制低噪聲的干擾。可人為附加電容器，降低某個邏輯電路的工作速度以抑制高頻干擾。2.1 串模干擾的抑制Restraining of serial interference第14頁，共27頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)

8、51分，星期四2022/9/2014對信號的預(yù)處理盡早對被測信號進(jìn)行前置放大，以提高信噪比。盡早完成A/D轉(zhuǎn)換。采取隔離屏蔽措施。信號線選用帶屏蔽層的雙絞線或電纜線，并有良好的接地系統(tǒng)。2.1 串模干擾的抑制Restraining of serial interference第15頁，共27頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)51分，星期四2022/9/2015共模干擾是同時疊加在兩條被測信號線上的外界干擾信號。抑制共模干擾的方法：利用雙端輸入的差分放大器作為儀表輸入通道的前置放大器。儀表輸入通道的前置放大器常用差分放大器。利用隔離放大器、變壓器和光耦合器將各種模擬負(fù)載和數(shù)字信號隔離開，也就是將數(shù)

9、字地和模擬地斷開。被測信號通過變壓器耦合或光耦合，有效抑制共模干擾。信號源于儀表間隔離放大器，既可以抑制共模干擾，同時又提高了傳輸信號的信噪比。利用浮地輸入雙層屏蔽放大器來抑制共模干擾。浮地，就是利用屏蔽方法使信號的模擬地浮空，從而達(dá)到抑制共模干擾的目的。2.2 共模干擾的抑制Restraining of parallel interference第16頁，共27頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)51分，星期四2022/9/20162.3 電磁干擾的抑制Restraining of electromagnetic interference主要內(nèi)容電磁干擾濾波器接地技術(shù)屏蔽措施第17頁，共27頁，

10、2022年，5月20日，5點(diǎn)51分，星期四2022/9/2017電磁干擾濾波器電磁干擾濾波器也稱為電源噪聲濾波器，能有效抑制電網(wǎng)噪聲及電磁干擾，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。接地技術(shù)接地設(shè)計有兩個基本目的：消除各電路電流流經(jīng)公共地阻抗時所產(chǎn)生的噪聲電壓。避免磁場與地電位差的影響，使其不形成地環(huán)路。2.3 電磁干擾的抑制Restraining of electromagnetic interference第18頁，共27頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)51分，星期四2022/9/2018接地設(shè)計應(yīng)注意的幾個問題：一點(diǎn)接地與多點(diǎn)接地的使用原則。高頻電路就近多點(diǎn)接地，低頻電路應(yīng)一點(diǎn)接地。一般來說，頻率在1M

11、HZ以下，可用一點(diǎn)接地；高于10MHZ時，采用多點(diǎn)接地；在1MHZ到10MHZ時，即可采用一點(diǎn)接地，也可采用多點(diǎn)接地。交流地與信號地不能共用。數(shù)字地與模擬地分開，僅在一點(diǎn)接地。電子設(shè)備的接地，按其作用可分為保護(hù)接地和信號接地。保護(hù)接地的目的是將電子設(shè)備的外殼利用低通導(dǎo)體連至大地上，使人員觸及外殼時不易發(fā)生電擊危險。信號接地的目的是為電子設(shè)備中信號電壓提供一個穩(wěn)定的零電位參考點(diǎn)。2.3 電磁干擾的抑制Restraining of electromagnetic interference第19頁，共27頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)51分，星期四2022/9/2019屏蔽措施屏蔽是指將整個系統(tǒng)或

12、部分單元，用導(dǎo)電或?qū)Т诺牟牧习鼑饋恚瑯?gòu)成屏蔽層，再將屏蔽層接地的技術(shù)。屏蔽抗干擾的一般原則：不同的干擾源采用不同的保護(hù)措施。同時要注意所使用的措施不能破壞另一種屏蔽保護(hù)措施收到的屏蔽效果。根據(jù)干擾源的性質(zhì)確定屏蔽材料。根據(jù)檢測系統(tǒng)的浮地要求確定需屏蔽的對象，確定屏蔽的連接和接地。 2.3 電磁干擾的抑制Restraining of electromagnetic interference第20頁，共27頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)51分，星期四2022/9/2020屏蔽的作用是隔離電磁場，它只適合防止兩種類型的外部干擾：電磁輻射干擾和靜電電磁干擾。屏蔽分為靜電屏蔽、磁屏蔽和電磁屏蔽三種：

13、靜電屏蔽：用接地良好的金屬殼體將電路隔離，是泄漏在分布電容上的能量經(jīng)屏蔽層短接入地，而不致影響其他電路。靜電屏蔽無論對高頻還是低頻的靜電感應(yīng)都有效果。對靜電屏蔽材料的要求主要是導(dǎo)電性能好。2.3 電磁干擾的抑制Restraining of electromagnetic interference第21頁，共27頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)51分，星期四2022/9/2021磁屏蔽：用高導(dǎo)磁率材料將干擾源或需要屏蔽的器件包裹起來，從而將干擾磁場“短”路掉。磁屏蔽主要消除低頻磁場的干擾。磁屏蔽的基本要求是選用磁導(dǎo)率高的材料。電磁屏蔽：利用金屬板對電磁場有吸收損耗、界面反射損耗、內(nèi)部反射損耗的原

14、理來抑制輻射干擾。電磁屏蔽主要對付高頻干擾，即針對電磁場的輻射干擾采取的措施。由于電磁屏蔽效果與輻射干擾的頻率、場的特性等有很大關(guān)系，因此應(yīng)根據(jù)具體情況在以上三種損耗之和最大原則來確定使用的屏蔽材料和厚度，在要求更高的場合也可采用雙層屏蔽。2.3 電磁干擾的抑制Restraining of electromagnetic interference第22頁，共27頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)51分，星期四2022/9/2022信號的屏蔽傳輸：輸出信號應(yīng)采用屏蔽線傳輸，屏蔽線可抑制靜電感應(yīng)干擾。對一般信號的傳輸可采用雙絞線，以抑制電磁干擾。在要求較高的場合應(yīng)采用雙絞屏蔽線。放大器、屏蔽線接地要

15、求一點(diǎn)接地。屏蔽與接地：屏蔽接地的基本原則：屏蔽外殼的接地與系統(tǒng)信號的參考點(diǎn)相連，而且只能在一處相接。所有具有相同參考點(diǎn)的電路單元必須全部置于一個屏蔽層內(nèi)，其引出線應(yīng)采用屏蔽線。接地參考點(diǎn)不同的單元應(yīng)當(dāng)分別屏蔽，不可置于同一個屏蔽層內(nèi)。2.3 電磁干擾的抑制Restraining of electromagnetic interference第23頁，共27頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)51分，星期四2022/9/20232.4 隔離技術(shù)Isolation technology隔離技術(shù)即將噪聲源與信號線相互隔離的技術(shù)。光耦合器是最常用的隔離器件。光耦合器是把發(fā)光元件和光敏元件封裝在一起的組件，以光為媒介進(jìn)行前、后級之間的轉(zhuǎn)換。應(yīng)用光電隔離技術(shù)時的注意事項(xiàng)：光電隔離技術(shù)在PLC輸入模塊單元中的應(yīng)用。第24頁，共27頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)51分，星期四2022/9/20243 軟件抗干擾技術(shù)Software anti-interference