抗干扰技术h课件

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1、1/18/2023抗干扰技术h11/18/2023抗干扰技术h2第七章第七章 传感器的抗干扰技术传感器的抗干扰技术 抗干扰技术抗干扰技术 “干扰干扰”在检测系统中是一种无用信号，在检测系统中是一种无用信号，它会在测量结果中产生误差。因此要获得良它会在测量结果中产生误差。因此要获得良好的测量结果，就必须研究干扰来源及抑制好的测量结果，就必须研究干扰来源及抑制措施。通常把消除或削弱各种干扰影响的全措施。通常把消除或削弱各种干扰影响的全部技术措施，总称为抗干扰技术或称为防护。部技术措施，总称为抗干扰技术或称为防护。1/18/2023抗干扰技术h37.1 7.1 干扰源及干扰的耦合方式干扰源及干扰的耦

2、合方式 干扰干扰(也叫噪声也叫噪声)是指测量中来自测量系统内部或外部，影响测量是指测量中来自测量系统内部或外部，影响测量装置或传输环节正常工作和测试结果的各种因素的总和。装置或传输环节正常工作和测试结果的各种因素的总和。干扰的产生主要有两大类：电气设备干扰和放电干扰。电气设备干扰的产生主要有两大类：电气设备干扰和放电干扰。电气设备干扰主要有射频干扰、工频干扰和感应干扰等；放电干扰主要有弧光干扰主要有射频干扰、工频干扰和感应干扰等；放电干扰主要有弧光放电干扰、火花放电干扰、电晕放电干扰和天体、天电干扰等。放电干扰、火花放电干扰、电晕放电干扰和天体、天电干扰等。根据干扰产生的原因，通常可分为以下几

3、种类型。根据干扰产生的原因，通常可分为以下几种类型。1.1.机械干扰机械干扰 2.2.热干扰热干扰 3.3.光干扰光干扰 4.4.湿度干扰湿度干扰 5.5.化学干扰化学干扰6.6.电磁干扰电磁干扰7.1.1干扰信号的来源干扰信号的来源1/18/2023抗干扰技术h4 干扰信号进入接收电路或测量装置内的途径，称为干扰干扰信号进入接收电路或测量装置内的途径，称为干扰信号的耦合方式。干扰的耦合方式主要有：电磁耦合、信号的耦合方式。干扰的耦合方式主要有：电磁耦合、静电电容耦合、漏电流耦合、共阻抗耦合。静电电容耦合、漏电流耦合、共阻抗耦合。1.1.电磁耦合电磁耦合7.1.2 干扰信号的耦合方式干扰信号的

4、耦合方式电磁耦合电磁耦合(电感性耦合电感性耦合)是是由于电路之间存在互感，由于电路之间存在互感，使一个电路的电流变化，使一个电路的电流变化，通过磁交变影响到另一通过磁交变影响到另一个电路。个电路。两个电路电磁耦合示意图和等效电路两个电路电磁耦合示意图和等效电路1/18/2023抗干扰技术h52.2.静电电容耦合静电电容耦合静电电容耦合是由于两个电路之间存在寄生电容，产生静电效应使静电电容耦合是由于两个电路之间存在寄生电容，产生静电效应使一个电路的电荷变化影响到另一个电路。一个电路的电荷变化影响到另一个电路。3.3.漏电流耦合漏电流耦合由于绝缘不良，流经绝缘电阻的漏电流由于绝缘不良，流经绝缘电阻

5、的漏电流I IN N作用于有关电路引起的干作用于有关电路引起的干扰，称为漏电流耦合。扰，称为漏电流耦合。1/18/2023抗干扰技术h64.4.共阻抗耦合共阻抗耦合共阻抗耦合是由于两个电路间有公共阻抗，当一个电路中有电流流过共阻抗耦合是由于两个电路间有公共阻抗，当一个电路中有电流流过时，通过共阻抗便在另一个电路上产生干扰电压。时，通过共阻抗便在另一个电路上产生干扰电压。1 1）通过电源内阻的共阻抗耦合干扰；）通过电源内阻的共阻抗耦合干扰；2 2）通过公共地线的共阻抗耦合干扰。）通过公共地线的共阻抗耦合干扰。1/18/2023抗干扰技术h7接地是保证人身和设备安全、抗噪声干扰的一种方法。接地是保

6、证人身和设备安全、抗噪声干扰的一种方法。7.2 7.2 常用的抑制干扰的措施常用的抑制干扰的措施7.2.1 接地技术接地技术1.接地线的种类接地线的种类 保护接地线保护接地线 出于安全防护的目的将检测装置的外壳屏蔽层接地用的地线。出于安全防护的目的将检测装置的外壳屏蔽层接地用的地线。信号地线信号地线 它只是检测装置的输入与输出的零信号电位公共线，除特别情况之外，它只是检测装置的输入与输出的零信号电位公共线，除特别情况之外，一般与真正大地是隔绝的。分为两种：模拟信号地线及数字信号地线，一般与真正大地是隔绝的。分为两种：模拟信号地线及数字信号地线，因前者信号较弱，故对地线要求较高，而后者则要求可低

7、些。因前者信号较弱，故对地线要求较高，而后者则要求可低些。信号源地线信号源地线 它是传感器本身的信号电位基准公共线。它是传感器本身的信号电位基准公共线。交流电源地线交流电源地线 1/18/2023抗干扰技术h8 在检测装置中，上列四种地线一般应分别设置，以消除各地线之间的相在检测装置中，上列四种地线一般应分别设置，以消除各地线之间的相互干扰。互干扰。a.一点接地准则一点接地准则 通常在检测装置中至少要有三种分开的地线，如图所示。若设备使用通常在检测装置中至少要有三种分开的地线，如图所示。若设备使用交流电源时，则交流电源地线应和保护地线相连。图中三条地线应连交流电源时，则交流电源地线应和保护地线

8、相连。图中三条地线应连在一起并通过一点接地。使用这种接地方式可以避免公共地线各点电在一起并通过一点接地。使用这种接地方式可以避免公共地线各点电位不均匀所产生的干扰。位不均匀所产生的干扰。信号地线(低电平电路)电源地线保护地线、(机壳 机架 机箱)图10.4.2 三种地线分开设置图1/18/2023抗干扰技术h9为了使屏蔽在防护检测装置不受外界电场的电容性或电阻为了使屏蔽在防护检测装置不受外界电场的电容性或电阻性漏电影响时充分发挥作用，应将屏蔽线接到大地上。但性漏电影响时充分发挥作用，应将屏蔽线接到大地上。但是大地各处电位很不一致，如果一个测量系统在两点接地，是大地各处电位很不一致，如果一个测量

9、系统在两点接地，因两接地点不易获得同一电位，从而对两点因两接地点不易获得同一电位，从而对两点(多点多点)接地电接地电路造成干扰。这时地电位是装置输入端共模干扰电压的主路造成干扰。这时地电位是装置输入端共模干扰电压的主要来源。因此，要来源。因此，对一个测量电路只能一点接地对一个测量电路只能一点接地。信号电路一点接地是消除因公共阻抗耦合干扰的一种重要信号电路一点接地是消除因公共阻抗耦合干扰的一种重要方法。在一点接地的情况下，虽然避免了干扰电流在信号方法。在一点接地的情况下，虽然避免了干扰电流在信号电路中流动，但还存在着绝缘电阻、寄生电容等组成的漏电路中流动，但还存在着绝缘电阻、寄生电容等组成的漏电

10、通路，所以干扰不可能全部被抑制掉。电通路，所以干扰不可能全部被抑制掉。1/18/2023抗干扰技术h10测量系统一点接地测量系统一点接地 图图7-11为同一测量系统采用两点接地为同一测量系统采用两点接地和一点接地示意图，图和一点接地示意图，图a为两点接地；图为两点接地；图b为一点接地。为一点接地。图7-11 测量系统接地示意图1/18/2023抗干扰技术h11信号导线屏蔽层一点接地信号导线屏蔽层一点接地 如前所述，信号导线必须屏蔽如前所述，信号导线必须屏蔽和屏蔽层接地，否则没有抑制串模干扰的效果，而且屏和屏蔽层接地，否则没有抑制串模干扰的效果，而且屏蔽层也应一点接地。那么，屏蔽层又该接到哪一点

11、才适蔽层也应一点接地。那么，屏蔽层又该接到哪一点才适合呢？合呢？应该遵循下列两个原则：应该遵循下列两个原则：当有一个不接地的信号源与一个接地的放大器相连接时，信号导当有一个不接地的信号源与一个接地的放大器相连接时，信号导线屏蔽层应接放大器的公共端，见图线屏蔽层应接放大器的公共端，见图7-12 a。当一个接地的信号源与不接地的放大器连接时，即使信号源接的当一个接地的信号源与不接地的放大器连接时，即使信号源接的不是大地，信号导线屏蔽层也应接至信号源的公共端，见图不是大地，信号导线屏蔽层也应接至信号源的公共端，见图7-12b。图7-12 信号导线屏蔽层一点接地1/18/2023抗干扰技术h12 利用

12、金属罩利用金属罩(铜、铝等铁磁材料铜、铝等铁磁材料)将信号源或测量电将信号源或测量电路包围起来，此种措施称为屏蔽。屏蔽的目的就是隔断路包围起来，此种措施称为屏蔽。屏蔽的目的就是隔断场的耦合通道，抑制各种场的干扰。场的耦合通道，抑制各种场的干扰。7.2.2 屏蔽技术屏蔽技术1.静电屏蔽静电屏蔽 在静电场作用下，导体内部无电力线，即各点等电位。静电屏在静电场作用下，导体内部无电力线，即各点等电位。静电屏蔽就是利用了与大地相连接的导电性良好的金属容器，使其内部的电蔽就是利用了与大地相连接的导电性良好的金属容器，使其内部的电力线不外传，同时也不使外部的电力线影响其内部。力线不外传，同时也不使外部的电力

13、线影响其内部。静电屏蔽能防止静电场的影响，静电屏蔽能防止静电场的影响，用它可以消除或削弱两电路之间用它可以消除或削弱两电路之间由于寄生分布电容耦合而产生的干扰由于寄生分布电容耦合而产生的干扰。在电源变压器的一次、二次侧绕组之间插入一个梳齿形薄铜皮并在电源变压器的一次、二次侧绕组之间插入一个梳齿形薄铜皮并将它接地，以此来防止两绕组间的静电耦合，就是静电屏蔽的范例。将它接地，以此来防止两绕组间的静电耦合，就是静电屏蔽的范例。1/18/2023抗干扰技术h132.电磁屏蔽电磁屏蔽 电磁屏蔽是采用导电良好的金属材料做成屏蔽层，利用高频干扰电电磁屏蔽是采用导电良好的金属材料做成屏蔽层，利用高频干扰电磁场

14、在屏蔽体内产生涡流，再利用涡流消耗高频干扰磁场的能量，磁场在屏蔽体内产生涡流，再利用涡流消耗高频干扰磁场的能量，从而从而削弱高频电磁场的影响。削弱高频电磁场的影响。若将电磁屏蔽层接地，则同时兼有静电屏蔽的作用。也就是说，用若将电磁屏蔽层接地，则同时兼有静电屏蔽的作用。也就是说，用导电良好的金属材料做成的接地电磁屏蔽层，同时起到电磁屏蔽和静电导电良好的金属材料做成的接地电磁屏蔽层，同时起到电磁屏蔽和静电屏蔽两种作用。屏蔽两种作用。3.低频磁屏蔽低频磁屏蔽 在低频磁场干扰下，采用高导磁材料作屏蔽层以便将干扰磁力线在低频磁场干扰下，采用高导磁材料作屏蔽层以便将干扰磁力线限制在磁阻很小的磁屏蔽体内部，

15、限制在磁阻很小的磁屏蔽体内部，防止低频磁场的干扰。防止低频磁场的干扰。通常采用坡莫合金之类的对低频磁通有高导磁系数的材料。同时通常采用坡莫合金之类的对低频磁通有高导磁系数的材料。同时要有一定的厚度，以减少磁阻。要有一定的厚度，以减少磁阻。1/18/2023抗干扰技术h14驱动屏蔽就是使被屏蔽导体的电位与屏蔽导体的电位相等。其原理如图驱动屏蔽就是使被屏蔽导体的电位与屏蔽导体的电位相等。其原理如图所示。若所示。若1：1电压跟随器是理想的，即在工作中导体电压跟随器是理想的，即在工作中导体B与屏蔽层与屏蔽层D之间之间的绝缘电阻为无穷大，并且等电位。那么，的绝缘电阻为无穷大，并且等电位。那么，在导体在导

16、体B与屏蔽层与屏蔽层D之间的空间之间的空间无电力线，各点等电位。这说明，导体无电力线，各点等电位。这说明，导体A噪声源的电场噪声源的电场En影响不到导体影响不到导体B。这时，。这时，尽管导体尽管导体B与屏蔽层与屏蔽层D之间有寄生电容之间有寄生电容Cs2存在，但是，因存在，但是，因B与与D是等电位，故此是等电位，故此寄生电容也不起作用。因此，驱动屏蔽能寄生电容也不起作用。因此，驱动屏蔽能有效地抑制通过寄生电容的耦合干扰。有效地抑制通过寄生电容的耦合干扰。应该指出的是，在驱动屏蔽中所应用的应该指出的是，在驱动屏蔽中所应用的1 1电压跟随器，不仅要求其输出电压电压跟随器，不仅要求其输出电压与输入电压

17、的幅值相同，而且要求两者之间的相移亦为零。与输入电压的幅值相同，而且要求两者之间的相移亦为零。EnABDCs1Cs2ZiR图10.4.1 驱动屏蔽示意图另一方面，电压跟随器的输入阻抗另一方面，电压跟随器的输入阻抗与导体与导体B的对地阻抗的对地阻抗Zi相并联，为减相并联，为减小其并联作用，则要求跟随器有无小其并联作用，则要求跟随器有无穷大的输入阻抗。实际上，这些要穷大的输入阻抗。实际上，这些要求只能在一定程度上得到满足。驱求只能在一定程度上得到满足。驱动屏蔽属于有源屏蔽，只有当线性动屏蔽属于有源屏蔽，只有当线性集成电路出现以后，驱动屏蔽才有集成电路出现以后，驱动屏蔽才有了实用价值，并在工程中获得

18、愈来了实用价值，并在工程中获得愈来愈广泛的应用。愈广泛的应用。4.驱动屏蔽驱动屏蔽 1/18/2023抗干扰技术h15浮空又称浮置、浮接。如果检测装置的输入放大器的公共浮空又称浮置、浮接。如果检测装置的输入放大器的公共线，既不接机壳也不接大地，则称为浮空。线，既不接机壳也不接大地，则称为浮空。7.2.3 浮空浮空1/18/2023抗干扰技术h167.2.3 电源引入干扰的抑制 在仪表内部，一种主要的干扰是来自小功率变压器产生的在仪表内部，一种主要的干扰是来自小功率变压器产生的漏电流。它是由电网的相电压通过变压器一、二次侧间存漏电流。它是由电网的相电压通过变压器一、二次侧间存在的分布电容的静电耦

19、合进入二次侧绕组的，进而到仪表在的分布电容的静电耦合进入二次侧绕组的，进而到仪表电路中，甚至进入信号源再到地产生泄漏电流，见图电路中，甚至进入信号源再到地产生泄漏电流，见图7-17a。这往往产生这往往产生50Hz且与信号电压叠加的工频干扰。且与信号电压叠加的工频干扰。图7-17 电源变压器引入的干扰a)无屏蔽变压器 b)、c)单层屏蔽变压器1/18/2023抗干扰技术h17为了防止这种干扰，可将电源变压器一次侧绕组放在屏蔽层内，并将为了防止这种干扰，可将电源变压器一次侧绕组放在屏蔽层内，并将屏蔽层接地。此时，变压器一次侧的相电压通过对屏蔽层的分布电容，屏蔽层接地。此时，变压器一次侧的相电压通过

20、对屏蔽层的分布电容，使漏电流直接流入地，而不再流入放大器和信号源中产生干扰。但是使漏电流直接流入地，而不再流入放大器和信号源中产生干扰。但是有了接地的屏蔽层后，变压器二次侧绕组的电压也会产生干扰，有了接地的屏蔽层后，变压器二次侧绕组的电压也会产生干扰，见见图图7-17b 和和c。为避免由电源引入的干扰，应将电源变压器采用双层屏蔽。为避免由电源引入的干扰，应将电源变压器采用双层屏蔽。除变压除变压器一次侧屏蔽层外，给二次侧绕组也用一单独的屏蔽层，并将屏蔽层器一次侧屏蔽层外，给二次侧绕组也用一单独的屏蔽层，并将屏蔽层接至电源负端，见图接至电源负端，见图7-18。这时电源电压不会在仪表的测量电路中产。

21、这时电源电压不会在仪表的测量电路中产生漏电流。生漏电流。为了提高仪表对共模干扰的抑制能力为了提高仪表对共模干扰的抑制能力,电源变压器往往采用三层屏蔽。电源变压器往往采用三层屏蔽。其各屏蔽层的接法如下：其各屏蔽层的接法如下：一次侧绕组屏蔽层接电网地一次侧绕组屏蔽层接电网地(即大地即大地)；中间屏蔽层接仪表金属外壳；中间屏蔽层接仪表金属外壳；二次侧绕组屏蔽层接电源负端。二次侧绕组屏蔽层接电源负端。图7-18 双层屏蔽的电源变压器1/18/2023抗干扰技术h187.2.4 其他抑制干扰的措施 为了切断共模干扰的电流回路，可采用各种隔离器件，如为了切断共模干扰的电流回路，可采用各种隔离器件，如光耦合

22、器、耦合变压器等。对于脉冲电路中的噪声抑制，光耦合器、耦合变压器等。对于脉冲电路中的噪声抑制，可以采用稳压管或二极管组成的脉冲干扰隔离门，阻断幅可以采用稳压管或二极管组成的脉冲干扰隔离门，阻断幅值较小的干扰脉冲。对于幅值和宽度都大于正常脉冲信号值较小的干扰脉冲。对于幅值和宽度都大于正常脉冲信号的干扰，则需采取相关量法来解决。相关量法的基本思路的干扰，则需采取相关量法来解决。相关量法的基本思路是，找出脉冲信号相关量，相关量与脉冲信号同时作用到是，找出脉冲信号相关量，相关量与脉冲信号同时作用到与门上，仅当两输入皆有信号时，才能使与门打开送出脉与门上，仅当两输入皆有信号时，才能使与门打开送出脉冲信号

23、，这样就抑制了干扰脉冲。冲信号，这样就抑制了干扰脉冲。1/18/2023抗干扰技术h19为了能有效地抑制干扰一般应遵循以下原则：为了能有效地抑制干扰一般应遵循以下原则：电路元件的安装位置应尽量根据信号的传输顺序排成一直电路元件的安装位置应尽量根据信号的传输顺序排成一直线的走向，即按输入级、线的走向，即按输入级、放大级、信号转换级、输出级放大级、信号转换级、输出级的次序安排。不要相互交叉和混合安排，防止引起寄生耦的次序安排。不要相互交叉和混合安排，防止引起寄生耦合，避免造成互相干扰或产生自激振荡。合，避免造成互相干扰或产生自激振荡。对于电磁感应耦合元件（如变压器、扼流圈、振荡线圈对于电磁感应耦合

24、元件（如变压器、扼流圈、振荡线圈等等)）的安装位置应远离输入级。）的安装位置应远离输入级。高输入阻抗放大器输入级的印刷电路板走线应设计屏蔽保高输入阻抗放大器输入级的印刷电路板走线应设计屏蔽保护环，防止漏电流经线路绝缘电阻流入输入端。护环，防止漏电流经线路绝缘电阻流入输入端。低电平测量电路中的电源变压器和输入变压器除相互远离低电平测量电路中的电源变压器和输入变压器除相互远离外，还必须加屏蔽罩。外，还必须加屏蔽罩。a)电路较复杂、单元电路较多的仪表电路较复杂、单元电路较多的仪表,可将有关单元电路分可将有关单元电路分块装配，必要时将输入级与高频振荡级均用屏蔽层隔离。块装配，必要时将输入级与高频振荡级

25、均用屏蔽层隔离。1/18/2023抗干扰技术h20仪表内的布线原则：仪表内的布线原则：输入级的弱信号线与输出级的强信号线以及电源线应尽量远离。输入级的弱信号线与输出级的强信号线以及电源线应尽量远离。直流信号线与交流信号线应远离。直流信号线与交流信号线应远离。输入级与其它可能引起寄生耦合的线输入级与其它可能引起寄生耦合的线,严禁平行走线严禁平行走线,彼此应尽彼此应尽量远离。量远离。低电平信号地线、交流电源地线和金属机壳地线应分开设置低电平信号地线、交流电源地线和金属机壳地线应分开设置,最最后集中一点接地。后集中一点接地。输入电缆的屏蔽层应选择适当的接地点。输入电缆的屏蔽层应选择适当的接地点。注意：注意：以上所述只是一种基本考虑原则，实施时要根据实际情况，以上所述只是一种基本考虑原则，实施时要根据实际情况，对具体问题进行具体分析，合理调整对具体问题进行具体分析，合理调整,切不可生搬硬套。切不可生搬硬套。1/18/2023抗干扰技术h211.干扰的来源有什么？干扰的来源有什么？2.干扰额耦合方式有哪些？干扰额耦合方式有哪些？3.屏蔽有几种型式屏蔽有几种型式?各起什么作用各起什么作用?4.接地技术的准则是什么接地技术的准则是什么?思考题