干擾抑制技術(shù)

1、檢測(cè)裝置的檢測(cè)裝置的干擾抑制技術(shù)干擾抑制技術(shù) 工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)干擾會(huì)造成檢測(cè)電路失去測(cè)量精度甚至測(cè)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)干擾會(huì)造成檢測(cè)電路失去測(cè)量精度甚至測(cè)量結(jié)果失常。本章討論常見的干擾類型、干擾傳輸途徑量結(jié)果失常。本章討論常見的干擾類型、干擾傳輸途徑以及干擾抑制方法。以及干擾抑制方法。第一節(jié)第一節(jié) 干擾的來源干擾的來源 一、一、常見的干擾類型常見的干擾類型 （1 1）外部干擾）外部干擾 自然界干擾自然界干擾周圍電氣設(shè)備干擾周圍電氣設(shè)備干擾（2 2）內(nèi)部干擾：）內(nèi)部干擾： 固定干擾固定干擾動(dòng)態(tài)干擾動(dòng)態(tài)干擾二、二、噪聲和信躁比噪聲和信躁比 1. 噪聲：檢測(cè)系統(tǒng)及儀表電路中混進(jìn)去的無用信號(hào)。噪聲：檢測(cè)系統(tǒng)及儀表電路中混

2、進(jìn)去的無用信號(hào)。 2. 信噪比：測(cè)量通道中有用信號(hào)成分和噪聲信號(hào)成信噪比：測(cè)量通道中有用信號(hào)成分和噪聲信號(hào)成分之比分之比(取對(duì)數(shù)取對(duì)數(shù))。信噪比越大越好。信噪比越大越好。NsNsUUPPNSlg20lg10)/(信號(hào)功率信號(hào)功率噪聲功率噪聲功率噪聲電壓噪聲電壓信號(hào)電壓信號(hào)電壓第二節(jié)第二節(jié) 干擾的耦合與傳輸途徑干擾的耦合與傳輸途徑 干擾形成的三個(gè)條件：干擾形成的三個(gè)條件： （1 1）干擾源；）干擾源； （2 2）對(duì)干擾敏感的接收電路；）對(duì)干擾敏感的接收電路； （3 3）從干擾源到接收電路之間的）從干擾源到接收電路之間的傳輸途徑傳輸途徑。 靜電耦合：因寄生電容引起的電荷耦合靜電耦合：因寄生電容引起

3、的電荷耦合 電磁耦合：因兩個(gè)電路的互感引起的磁鏈耦合。電磁耦合：因兩個(gè)電路的互感引起的磁鏈耦合。 共阻抗耦合：不同電路之間存在公共阻抗引起的共阻抗耦合：不同電路之間存在公共阻抗引起的電壓耦合。例如兩個(gè)電路合用一個(gè)電源。電壓耦合。例如兩個(gè)電路合用一個(gè)電源。 漏電流耦合：因絕緣不良，在絕緣電阻上產(chǎn)生漏漏電流耦合：因絕緣不良，在絕緣電阻上產(chǎn)生漏電流所引起的干擾。電流所引起的干擾。一、一、靜電耦合靜電耦合靜電耦合靜電耦合示意圖示意圖等效電路圖等效電路圖nimnimimncEZCjEZCjZCjU1寄生電容寄生電容干擾電壓干擾電壓干擾源電壓干擾源電壓輸入阻抗輸入阻抗 結(jié)論結(jié)論： （1 1）干擾源的頻率越

4、高，靜電耦合干擾越強(qiáng)。）干擾源的頻率越高，靜電耦合干擾越強(qiáng)。 （2 2）減小接收電路阻抗）減小接收電路阻抗Z Zi i，有利于抑制靜電耦合干擾。，有利于抑制靜電耦合干擾。 （3 3）合理布線，減小分布電容）合理布線，減小分布電容C Cm m，有利于抑制靜電耦，有利于抑制靜電耦合干擾合干擾。靜電耦合靜電耦合對(duì)放大器的干擾對(duì)放大器的干擾等效電路圖等效電路圖在干擾頻率在干擾頻率1MHz1MHz，干擾源電壓，干擾源電壓5V5V，寄生電容，寄生電容0.01pF0.01pF的情況下，干擾輸入電壓為的情況下，干擾輸入電壓為31.4mV31.4mV。100100倍倍3.14V3.14V二、二、電磁耦合電磁耦合

5、nncMIjU互感互感干擾電壓干擾電壓干擾源電流干擾源電流電磁耦合電磁耦合示意圖示意圖等效電路圖等效電路圖電磁耦合對(duì)交流電橋的干擾電磁耦合對(duì)交流電橋的干擾在干擾頻率在干擾頻率10kHz10kHz，干擾源電流干擾源電流10mA10mA，互，互感感0.10.1H H的情況下，的情況下，干擾電壓為干擾電壓為62.862.8V V。三、三、共阻抗耦合共阻抗耦合cnncZIU干擾源電流干擾源電流干擾電壓干擾電壓共有阻抗共有阻抗共阻抗耦合共阻抗耦合等效電路等效電路電源內(nèi)阻引起的共阻抗干擾電源內(nèi)阻引起的共阻抗干擾四、四、漏電流耦合漏電流耦合ninincEZRZU干擾源電壓干擾源電壓干擾電壓干擾電壓漏電流輸入

6、回路的輸入阻抗漏電流輸入回路的輸入阻抗絕緣電阻絕緣電阻漏電流耦合漏電流耦合等效電路等效電路第三節(jié)第三節(jié) 差模干擾和共模干擾差模干擾和共模干擾 一、差模干擾一、差模干擾 差模干擾：干擾信號(hào)與有效信號(hào)串聯(lián)疊加后作用到差模干擾：干擾信號(hào)與有效信號(hào)串聯(lián)疊加后作用到檢測(cè)裝置的輸入端。檢測(cè)裝置的輸入端。 干擾信號(hào)干擾信號(hào)有效信號(hào)有效信號(hào) 較長的檢測(cè)信號(hào)接線會(huì)因?yàn)殡姶篷詈稀㈧o電耦合帶較長的檢測(cè)信號(hào)接線會(huì)因?yàn)殡姶篷詈?、靜電耦合帶來差模干擾信號(hào)。來差模干擾信號(hào)。 電源變壓器的屏蔽不良，信號(hào)源自身的紋波、漂移，電源變壓器的屏蔽不良，信號(hào)源自身的紋波、漂移，也會(huì)帶來差模干擾信號(hào)。也會(huì)帶來差模干擾信號(hào)。 差模干擾典型

7、實(shí)例：差模干擾典型實(shí)例： -熱電偶傳輸線受交變磁場(chǎng)影響引入差模干擾。熱電偶傳輸線受交變磁場(chǎng)影響引入差模干擾。 抑制差模干擾的方法：抑制差模干擾的方法： 1.1.采用采用低通濾波器低通濾波器濾掉交流干擾。濾掉交流干擾。 2.2.盡可能早對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行盡可能早對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行前置放大前置放大，以提高信躁比。，以提高信躁比。 3.3.檢測(cè)系統(tǒng)采用檢測(cè)系統(tǒng)采用高抗擾度元器件高抗擾度元器件，提高閥值電平提高閥值電平，采，采用用低速邏輯部件低速邏輯部件抑制高頻干擾。抑制高頻干擾。 4.4.注意信號(hào)線注意信號(hào)線屏蔽和接地屏蔽和接地良好。良好。 二、共模干擾二、共模干擾 共模干擾：兩個(gè)輸入端對(duì)地同時(shí)存在的干擾信

8、號(hào)。共模干擾：兩個(gè)輸入端對(duì)地同時(shí)存在的干擾信號(hào)。 出現(xiàn)共模干擾信號(hào)的主要原因是被測(cè)信號(hào)的參考接出現(xiàn)共模干擾信號(hào)的主要原因是被測(cè)信號(hào)的參考接地點(diǎn)與檢測(cè)電路的輸入接地點(diǎn)不同。地點(diǎn)與檢測(cè)電路的輸入接地點(diǎn)不同。 共模干擾示意圖共模干擾示意圖等效電路圖等效電路圖)(222111ZrrZrrUUUUcmBAAB輸入端對(duì)地等效阻抗輸入端對(duì)地等效阻抗共模干擾電壓共模干擾電壓長電纜導(dǎo)線電阻長電纜導(dǎo)線電阻不同地之間的電位差不同地之間的電位差 消除共模干擾的方法：消除共模干擾的方法： 理論上，當(dāng)兩個(gè)輸入端電路完全對(duì)稱，理論上，當(dāng)兩個(gè)輸入端電路完全對(duì)稱，r r1 1=r=r2 2且且Z Z1 1=Z=Z2 2時(shí)，時(shí)，

9、共模干擾可消除。實(shí)際上無法做到。共模干擾可消除。實(shí)際上無法做到。 抑制共模干擾的方法：抑制共模干擾的方法： 盡可能使得盡可能使得r r1 1、r r2 2的數(shù)值接近，的數(shù)值接近，Z Z1 1、Z Z2 2的數(shù)值接近，就的數(shù)值接近，就可以減小共模干擾?？梢詼p小共模干擾。 三、共模干擾抑制比三、共模干擾抑制比 共模干擾信號(hào)只有共模干擾信號(hào)只有在電路不對(duì)稱的情況下變成差模在電路不對(duì)稱的情況下變成差模信號(hào)信號(hào)才會(huì)成為干擾。才會(huì)成為干擾。 引入引入共模干擾抑制比共模干擾抑制比的概念，用以的概念，用以衡量檢測(cè)裝置對(duì)衡量檢測(cè)裝置對(duì)共模干擾的抑制能力共模干擾的抑制能力。共模干擾抑制比。共模干擾抑制比越大越好。

10、越大越好。 cmnmcmonmonmcmKKUUUUUUCMRRlg20lg20lg20共模抑制比共模抑制比共模干擾信號(hào)共模干擾信號(hào)（產(chǎn)生同樣輸出所需的）（產(chǎn)生同樣輸出所需的）差模干擾信號(hào)差模干擾信號(hào)差模增益差模增益共模增益共模增益 抑制共模干擾的方法總結(jié)：抑制共模干擾的方法總結(jié)： （1 1）采用）采用雙端輸入的差分放大器雙端輸入的差分放大器作為儀表輸入通道的作為儀表輸入通道的前置放大器，前置放大器，CMRRCMRR可達(dá)可達(dá)100100160dB160dB，是抑制共模干擾的有，是抑制共模干擾的有效方法；效方法； （2 2）將將“模擬地模擬地”與與“數(shù)字地?cái)?shù)字地”隔離隔離，共模干擾構(gòu)不，共模干擾

11、構(gòu)不成回路，會(huì)被有效抑制；成回路，會(huì)被有效抑制； （3 3）利用）利用屏蔽屏蔽的方法使輸入信號(hào)的的方法使輸入信號(hào)的“模擬地模擬地”浮空，浮空，也可以抑制共模干擾。也可以抑制共模干擾。第四節(jié)第四節(jié) 干擾抑制技術(shù)干擾抑制技術(shù)一、一、屏蔽技術(shù)屏蔽技術(shù) 屏蔽技術(shù)利用低阻材料或磁性材料，可屏蔽技術(shù)利用低阻材料或磁性材料，可隔離電磁干擾隔離電磁干擾。 1. 1. 靜電屏蔽靜電屏蔽 利用導(dǎo)電性能良好的金屬作成屏蔽盒，并將其接地，利用導(dǎo)電性能良好的金屬作成屏蔽盒，并將其接地，可以保護(hù)內(nèi)部電路免受靜電場(chǎng)的干擾?？梢员Ｗo(hù)內(nèi)部電路免受靜電場(chǎng)的干擾。 2. 2. 電磁屏蔽電磁屏蔽 利用導(dǎo)電性能良好的金屬作成屏蔽層，利

12、用渦流作用，利用導(dǎo)電性能良好的金屬作成屏蔽層，利用渦流作用，阻斷高頻電磁場(chǎng)的能量；如果加上接地，也可以防止靜電阻斷高頻電磁場(chǎng)的能量；如果加上接地，也可以防止靜電干擾；還可以削弱兩電路之間由于寄生分布電容耦合所產(chǎn)干擾；還可以削弱兩電路之間由于寄生分布電容耦合所產(chǎn)生的干擾。生的干擾。 3. 3. 低頻磁屏蔽低頻磁屏蔽 對(duì)低頻磁場(chǎng)干擾，要用高導(dǎo)磁材料作屏蔽層。對(duì)低頻磁場(chǎng)干擾，要用高導(dǎo)磁材料作屏蔽層。 4. 4. 驅(qū)動(dòng)屏蔽驅(qū)動(dòng)屏蔽 利用利用1:11:1的電壓的電壓跟隨器跟隨器電路，迫使電路，迫使被屏蔽導(dǎo)體被屏蔽導(dǎo)體B B與與屏蔽屏蔽層層D D等電位。等電位。二、二、接地技術(shù)接地技術(shù) 正確接地可以消除各

13、電路電流流經(jīng)公共地線時(shí)產(chǎn)生的正確接地可以消除各電路電流流經(jīng)公共地線時(shí)產(chǎn)生的躁聲電壓，可抑制躁聲電壓，可抑制電磁場(chǎng)和地電位差的干擾電磁場(chǎng)和地電位差的干擾。 1.“1.“地線地線”的種類：的種類： （1 1）屏蔽接地線及機(jī)殼接地線屏蔽接地線及機(jī)殼接地線-實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁場(chǎng)的屏蔽。實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁場(chǎng)的屏蔽。 （2 2）信號(hào)接地線信號(hào)接地線-分別設(shè)置的分別設(shè)置的“模擬地模擬地”與與“數(shù)字?jǐn)?shù)字地地”。 （3 3）功率地線功率地線-大電流網(wǎng)絡(luò)部件的零電平，本身干擾大電流網(wǎng)絡(luò)部件的零電平，本身干擾作用大，與信號(hào)地互相絕緣。作用大，與信號(hào)地互相絕緣。 （4 4）交流電源地線交流電源地線-交流電源地線交流電源地線N N本身

14、是一個(gè)躁聲本身是一個(gè)躁聲源，必須與直流地線相互絕緣。源，必須與直流地線相互絕緣。 2.2.接地設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)：接地設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)： （1 1）高頻電路高頻電路應(yīng)就近多點(diǎn)接地，應(yīng)就近多點(diǎn)接地，低頻電路低頻電路應(yīng)一點(diǎn)接地。應(yīng)一點(diǎn)接地。 （2 2）交流地、功率地、信號(hào)地線不能共用。）交流地、功率地、信號(hào)地線不能共用。 （3 3）電纜屏蔽層的接地：當(dāng)一個(gè)不接地的信號(hào)源連接）電纜屏蔽層的接地：當(dāng)一個(gè)不接地的信號(hào)源連接一個(gè)接地的放大器，電纜屏蔽層接到放大器公共端。反之一個(gè)接地的放大器，電纜屏蔽層接到放大器公共端。反之應(yīng)接到信號(hào)源公共端。應(yīng)接到信號(hào)源公共端。 （4 4）屏蔽接地方式隨屏蔽目的而不同。）屏蔽接地方

15、式隨屏蔽目的而不同。 3.3.常見電路及用電設(shè)備的接地方式常見電路及用電設(shè)備的接地方式 （1 1）印刷電路板內(nèi)的接地方式）印刷電路板內(nèi)的接地方式: : 低頻電路一點(diǎn)接地低頻電路一點(diǎn)接地 高頻電路多點(diǎn)接地高頻電路多點(diǎn)接地單極放大電路的一點(diǎn)接地方法單極放大電路的一點(diǎn)接地方法從任意點(diǎn)接地從任意點(diǎn)接地到一點(diǎn)接地到一點(diǎn)接地避免低頻干擾避免低頻干擾多極放大電路的一點(diǎn)接地方法多極放大電路的一點(diǎn)接地方法從串聯(lián)接地從串聯(lián)接地到一點(diǎn)并聯(lián)接地到一點(diǎn)并聯(lián)接地避免低頻干擾避免低頻干擾 （2 2）傳感器接口電路的接地方式）傳感器接口電路的接地方式兩點(diǎn)接地兩點(diǎn)接地一點(diǎn)接地一點(diǎn)接地避免共模干擾避免共模干擾 （3 3）檢測(cè)系統(tǒng)

16、與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的接地方式）檢測(cè)系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的接地方式 低電平地線、功率地線和機(jī)殼屏蔽地線低電平地線、功率地線和機(jī)殼屏蔽地線應(yīng)分開設(shè)應(yīng)分開設(shè)置，但最后要匯集起來，通過專用地線與大地連接構(gòu)置，但最后要匯集起來，通過專用地線與大地連接構(gòu)成成“一點(diǎn)接地一點(diǎn)接地”的地線系統(tǒng)。的地線系統(tǒng)。接地電阻小于接地電阻小于1010歐歐 （4 4）電纜屏蔽層的接地方式）電纜屏蔽層的接地方式 如檢測(cè)電路是一點(diǎn)接地，電纜屏蔽層也要一點(diǎn)接地。如檢測(cè)電路是一點(diǎn)接地，電纜屏蔽層也要一點(diǎn)接地。傳感器測(cè)接地傳感器測(cè)接地放大器測(cè)未接放大器測(cè)未接兩測(cè)都接地兩測(cè)都接地傳感器測(cè)未接傳感器測(cè)未接放大器測(cè)接地放大器測(cè)接地兩測(cè)都接地兩測(cè)都接地

17、三、三、浮空技術(shù)浮空技術(shù) 如果檢測(cè)輸入放大器的公共線，既不接機(jī)殼也不接大如果檢測(cè)輸入放大器的公共線，既不接機(jī)殼也不接大地，即稱為浮空。浮空比接地具有更強(qiáng)的共模干擾抑制能地，即稱為浮空。浮空比接地具有更強(qiáng)的共模干擾抑制能力。力。 cmZrcmnmUZrZrZZrZrrUZrZrZrZrZrrU)()()(22113122132211122133333 r3越小，越小，Z3越大越好越大越好四、四、隔離技術(shù)隔離技術(shù) 1.1.變壓器隔離：如晶閘管的門極觸發(fā)電路。變壓器隔離：如晶閘管的門極觸發(fā)電路。 2.2.光電耦合隔離：如變頻器中功率晶體管的驅(qū)動(dòng)電路。光電耦合隔離：如變頻器中功率晶體管的驅(qū)動(dòng)電路。 五

18、、濾波五、濾波技術(shù)技術(shù) 1. 1.交流電源進(jìn)線對(duì)稱濾波器交流電源進(jìn)線對(duì)稱濾波器 （1 1）高頻干擾電壓對(duì)稱濾波電路）高頻干擾電壓對(duì)稱濾波電路 線間電壓濾波器線間電壓濾波器 線間電壓對(duì)地電壓濾波器線間電壓對(duì)地電壓濾波器 簡(jiǎn)化簡(jiǎn)化電路電路（2 2）低頻干擾電壓對(duì)稱濾波電路）低頻干擾電壓對(duì)稱濾波電路 2. 2.直流輸出濾波器直流輸出濾波器 濾低頻電容濾低頻電容 濾高頻電容濾高頻電容 濾低頻電容濾低頻電容 濾高頻電容濾高頻電容 2. 2.退耦濾波器退耦濾波器 當(dāng)同一個(gè)直流電源同時(shí)對(duì)幾個(gè)電路供電時(shí)當(dāng)同一個(gè)直流電源同時(shí)對(duì)幾個(gè)電路供電時(shí), ,應(yīng)在應(yīng)在每個(gè)電每個(gè)電路的電源進(jìn)線路的電源進(jìn)線側(cè)設(shè)置退耦濾波器，以避

19、免電源內(nèi)阻的干擾。側(cè)設(shè)置退耦濾波器，以避免電源內(nèi)阻的干擾。 直直流流電電源源 退耦濾波器退耦濾波器1 1退耦濾波器退耦濾波器2 2 - -+ + 退耦濾波器安裝注意事項(xiàng)：退耦濾波器安裝注意事項(xiàng)： （1 1）濾波器進(jìn)出電纜注意屏蔽與接地。）濾波器進(jìn)出電纜注意屏蔽與接地。 （2 2）浮地系統(tǒng)中，濾波器外殼應(yīng)與設(shè)備外殼絕緣。）浮地系統(tǒng)中，濾波器外殼應(yīng)與設(shè)備外殼絕緣。 （3 3）設(shè)備和濾波器均可靠接地，浮地系統(tǒng)隔離接地。）設(shè)備和濾波器均可靠接地，浮地系統(tǒng)隔離接地。六、軟件干擾抑制六、軟件干擾抑制技術(shù)技術(shù) 1. 1.數(shù)字濾波技術(shù)數(shù)字濾波技術(shù) （1 1）算術(shù)平均值濾波：對(duì)同一采樣點(diǎn)連續(xù)）算術(shù)平均值濾波：對(duì)同一采樣點(diǎn)連續(xù)N N次采樣，以次采樣，以平均值作為可靠結(jié)果。平均值作為可靠結(jié)果。 （2 2）中值濾波：對(duì)同一采樣點(diǎn)連續(xù)）中值濾波：對(duì)同一采樣點(diǎn)連續(xù)n n次采樣，按大小排次采樣，按大小排列后取中間值作為可靠結(jié)果。列后取中間值作為可靠結(jié)果。 （3 3）抑制脈沖算術(shù)平均值濾波：對(duì)同一采樣點(diǎn)連續(xù)）抑制脈沖算術(shù)平均值濾波：對(duì)同一采樣點(diǎn)連續(xù)