第六章信號(hào)的干擾及其抑制

第六章信號(hào)的干擾及其抑制本章內(nèi)容及要求主要內(nèi)容:介紹干擾的種類、傳輸途徑和抑制干擾的措施和方法。本章要求:了解各種干擾源及干擾源對(duì)信號(hào)產(chǎn)生干擾的機(jī)理；了解常見抑制干擾的措施和方法。第一節(jié)概述

一、干擾對(duì)測(cè)試裝置的影響

各種測(cè)試裝置普遍存在著干擾，嚴(yán)重的干擾甚至?xí)箿y(cè)試系統(tǒng)不能正常工作。

信號(hào)的干擾及其抑制

二、干擾的形成信號(hào)的干擾及其抑制

干擾源干擾通道受感器信號(hào)三、研究干擾問題的方法和步驟

弄清噪聲源弄清對(duì)干擾敏感的電路了解噪聲是如何傳輸和通過什么途徑傳輸?shù)摹?/p>

第二節(jié)干擾源

一、干擾的分類

按照干擾形成的原因分：

自然干擾人為干擾按照干擾源的位置來分：

外部干擾內(nèi)部干擾按照干擾原理分：

有電場(chǎng)干擾磁場(chǎng)干擾電磁場(chǎng)干擾按照干擾的波形特征分：

正弦型、脈沖型干擾穩(wěn)態(tài)型、瞬態(tài)型干擾周期型、非周期型干擾按照干擾的頻譜分：

有低頻、高頻干擾窄帶、寬帶干擾

二、外部干擾

1.自然干擾大氣層發(fā)生的自然現(xiàn)象所引起的干擾以及來自宇宙的電磁輻射干擾。

2.電氣設(shè)備干擾（對(duì)測(cè)試裝置正常工作的影響較為嚴(yán)重）

電氣設(shè)備所產(chǎn)生的干擾：放電干擾、工頻干擾、開關(guān)干擾及射頻干擾等。

電暈放電(如高壓輸電線);輝光放電(如熒光燈、霓紅燈、閘流管);弧光放電(如電焊);火花放電(如點(diǎn)火系統(tǒng)、電火花加工)。(1)放電干擾

(2)工頻干擾

供電設(shè)備和輸電線造成工頻干擾。

(3)射頻干擾

無線電廣播、電視、雷達(dá)通過天線發(fā)射強(qiáng)烈的電波，高頻加熱電器也會(huì)產(chǎn)生射頻輻射。

三、內(nèi)部干擾

內(nèi)部干擾：設(shè)備內(nèi)部由于設(shè)計(jì)不良或某些器件工作所形成的干擾。

內(nèi)部干擾長(zhǎng)期干擾：溫差電勢(shì)、熱噪音、信號(hào)耦合、工頻紋波等。

瞬時(shí)干擾：轉(zhuǎn)接過程、微音干擾、壓電效應(yīng)等。第三節(jié)干擾耦合

一、電阻耦合

公共電源線和地線所存在的電阻，在電路間形成干擾。

導(dǎo)線存在電壓降，使各電路實(shí)際供電電壓以及接地電壓都受到其它電路電流的影響。

模擬系統(tǒng)和數(shù)字系統(tǒng)的公共接地線電阻產(chǎn)生干擾

即使Rcm很小，數(shù)字電流也會(huì)在其兩端形成較高電壓，使模擬系統(tǒng)的接地電壓不等于零。

消除電阻耦合的方法：

采用單點(diǎn)供電與單點(diǎn)接地。但在相當(dāng)多的電路中難免使用公共電源線和地線，此時(shí)應(yīng)盡量將公共線縮短、加粗。

二、容性（電場(chǎng)）耦合（干擾源為電壓形式）

干擾源電路

耦合電容由等效電路可得：

一般jωCZs<<1，忽略分母中jωCZs并取模，得：

由上式可得以下結(jié)論：頻率越高，干擾越大。干擾電壓Vs正比電路的輸入阻抗Zs。

與耦合電容C成正比。

減小電容耦合的方法：通常ω及Zs由設(shè)備的性能指標(biāo)所確定，因此減小耦合電容C是抑制干擾的必要措施。

三、

感性（磁場(chǎng)）耦合

兩個(gè)電路之間存在互感時(shí)，當(dāng)干擾源是以電源形式出現(xiàn)時(shí)，此電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)通過互感耦合對(duì)鄰近信號(hào)形成干擾。

由互感耦合在導(dǎo)線2上形成的感應(yīng)電壓為:干擾源耦合電感由上式可得以下結(jié)論：互感耦合干擾電壓與干擾源的頻率成正比。感應(yīng)電壓與互感量成正比。減小電感耦合的方法：減少互感量是抑制磁場(chǎng)耦合干擾的關(guān)鍵?；ジ辛颗c導(dǎo)線的尺寸、形狀、距離有關(guān)，在直流測(cè)量裝置中,布線時(shí)應(yīng)使直流控制線與交流動(dòng)力線處于垂直方向。

第四節(jié)干擾抑制技術(shù)針對(duì)三要素采取措施：消除或抑制噪聲源；阻截干擾傳遞途徑；削弱接收電路對(duì)噪聲干擾的敏感性.

一、屏蔽技術(shù)

電磁屏蔽：用導(dǎo)電體或?qū)Т朋w做成外殼，將干擾源或信號(hào)電路罩起來，使電磁場(chǎng)的耦合受到很大的衰減。

（1）電場(chǎng)屏蔽

用導(dǎo)電性能良好金屬作屏蔽盒，干擾源被屏蔽起來，并將屏蔽罩接地。如果屏蔽罩不接地，其耦合干擾更為嚴(yán)重。如果干擾源不屏蔽，而將信號(hào)電路屏蔽，所得結(jié)果與上述屏蔽類似。

（2）磁場(chǎng)屏蔽

磁場(chǎng)屏蔽是為了抑制磁場(chǎng)的耦合干擾。隨著頻率的不同，其屏蔽原理和使用的屏蔽材料也不同。

低頻磁場(chǎng)屏蔽

用具有高導(dǎo)磁率的鐵磁材料將干擾源屏蔽起來，使干擾源產(chǎn)生的磁通被引導(dǎo)至鐵磁材料中，而不與被干擾電路交連。注：屏蔽罩應(yīng)有足夠的厚度高頻磁場(chǎng)屏蔽

高頻磁場(chǎng)屏蔽是利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象在屏蔽殼體表面所產(chǎn)生的渦流的反磁場(chǎng)來達(dá)到其目的。因此，希望屏蔽體上形成的渦流越大越好。

屏蔽材料采用良導(dǎo)體。由于高頻集膚效應(yīng)，渦流僅在屏蔽盒表面薄層流通，高頻屏蔽盒無需做得很厚。對(duì)于屏蔽導(dǎo)線，通常采用多股線編織網(wǎng)，多股線在相同體積下有更大的表面積。

高頻磁場(chǎng)屏蔽

高頻磁場(chǎng)屏蔽是利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象在屏蔽殼體表面所產(chǎn)生的渦流的反磁場(chǎng)來達(dá)到其目的。因此，希望屏蔽體上形成的渦流越大越好。

屏蔽材料采用良導(dǎo)體。由于高頻集膚效應(yīng)，渦流僅在屏蔽盒表面薄層流通，高頻屏蔽盒無需做得很厚。對(duì)于屏蔽導(dǎo)線，通常采用多股線編織網(wǎng)，多股線在相同體積下有更大的表面積。

二、接地技術(shù)1．安全接地為了人身和設(shè)備的安全，電子設(shè)備的機(jī)殼、底座都應(yīng)接大地。2．信號(hào)接地信號(hào)接地是指各信號(hào)的公共參考電位線。以直流電源的正極線或負(fù)極線作為信號(hào)地線。信號(hào)接地的三種形式

共用地線串聯(lián)一點(diǎn)接地

從抑制電阻耦合角度看，這種接地方式最不可取，尤其是強(qiáng)電流電路對(duì)弱信號(hào)電路干擾更為嚴(yán)重。采用這種接地方式時(shí)，應(yīng)把弱信號(hào)電路放在接地點(diǎn)最近處。

獨(dú)立地線并聯(lián)一點(diǎn)接地

可避免電阻耦合干擾，最適用于低頻

存在問題：布線復(fù)雜，接地線長(zhǎng)而多，由于存在分布電感與分布電容，隨著頻率升高，地線間的感性耦合、容性耦合越趨嚴(yán)重，并且長(zhǎng)線也會(huì)成為輻射干擾信號(hào)的天線，因此不適用于高頻。

多點(diǎn)接地方式

適用高頻段。在多點(diǎn)接地時(shí)，地線常用導(dǎo)電線連成網(wǎng)（或是一塊金屬網(wǎng)板），各電路單元分別以最短連線接地，以降低接地阻抗。

3、電纜屏蔽層的接地

當(dāng)放大器與傳感器距離較遠(yuǎn)時(shí)，信號(hào)傳輸線都要采用屏蔽導(dǎo)線，并且屏蔽層應(yīng)接地，以防止外界干擾。

三．隔離技術(shù)

1．隔離變壓器

采用隔離變壓器可以阻隔地環(huán)路電流。

圖1地環(huán)路干擾

圖2變壓器阻隔地環(huán)

2．光電耦合

采用光電耦合可以截?cái)鄡呻娐分g的地環(huán)路。在數(shù)字電路中普遍采用。

3．隔離放大器

在模擬系統(tǒng)前端用浮地的隔離放大器能避免形成地環(huán)路。隔離放大器使輸入電路、輸出電路、電源電路三者無公共地線。第六節(jié)負(fù)載效應(yīng)

被測(cè)對(duì)象傳感器信號(hào)調(diào)理顯示記錄負(fù)載效應(yīng):在兩個(gè)測(cè)量環(huán)節(jié)串聯(lián)時(shí)，由于阻抗配合的不同對(duì)信號(hào)傳遞造成的干擾。干擾一、負(fù)載效應(yīng)的一般關(guān)系

電功率=電壓×電流機(jī)械功率=力(扭矩)×速度(角速度)勢(shì)變量

流變量

廣義阻抗：

研究負(fù)載效應(yīng)要解決的問題:

在達(dá)到信號(hào)（勢(shì)變量或流變量）有效地傳遞的同時(shí)，后一個(gè)環(huán)節(jié)（儀器）從前一環(huán)節(jié)（儀器）吸取的能量盡量小。

1．靜態(tài)負(fù)載效應(yīng)

例：用一個(gè)直流電壓表測(cè)量直流電壓，電壓（被測(cè)電壓）為Eg。（a）被測(cè)系統(tǒng)

（b）電壓表

電壓表實(shí)際的輸入電壓：

當(dāng)Ri>>Rg時(shí)，可認(rèn)為Ei=Eg,使測(cè)量誤差盡量小。

在靜態(tài)的勢(shì)變量測(cè)量中，有兩個(gè)測(cè)量環(huán)節(jié)相串聯(lián)：信號(hào)在兩個(gè)環(huán)節(jié)間的傳遞

從上例推廣得：設(shè)A、B環(huán)節(jié)的靜態(tài)靈敏度分別為S1和S2，整個(gè)系統(tǒng)的輸入為x，輸出為y，可得：

傳遞環(huán)節(jié)的靈敏度

系統(tǒng)的總靈敏度

例：電流表測(cè)電流。被測(cè)系統(tǒng)中的電流為Ig。

接入電流表后，流經(jīng)電流表的電流為：

靜態(tài)流變量檢測(cè)的串接系統(tǒng)中有：

2．動(dòng)態(tài)負(fù)載效應(yīng)

阻抗Z以及輸入x和輸出y表示成頻率的函數(shù)。B環(huán)節(jié)與A環(huán)節(jié)串接時(shí)，對(duì)勢(shì)變量傳遞的影響程度為：傳遞環(huán)節(jié)的頻率響應(yīng)函數(shù)為：總頻率響應(yīng)函數(shù)：注：串接的各環(huán)節(jié)的頻率響應(yīng)函數(shù)應(yīng)滿足不失真的條件，同時(shí)要求HT(jω)在被傳遞的信號(hào)的頻帶范圍內(nèi)，也滿足不失真的條件。二、幾種阻抗配合的負(fù)載效應(yīng)1．Zg(jω)和Zi(jω)均為純電阻Zg(jω)=Rg，Zi(jω)=Ri，則傳遞環(huán)節(jié)的頻率響應(yīng)函數(shù)為幅頻特性和相頻特性為

純電阻配合時(shí)假想環(huán)節(jié)的頻率響應(yīng)函數(shù)這種阻抗配合的形式，其測(cè)量結(jié)果并不會(huì)產(chǎn)生波形失真，只是信號(hào)的幅值有變化。幅值誤差

在測(cè)量單頻信號(hào)時(shí)，若忽視了阻抗配合的影響，將會(huì)造成幅值誤差。Ri/Rg愈大，其幅值誤差愈小。

2．Zg(jω)