第3章抗干擾技術(shù)3.1干擾的來源與途徑3.2抗干擾技術(shù)3.1干擾的來源與途徑3.1.1干擾的來源根據(jù)產(chǎn)生干擾的物理原因，干擾有如下幾種來源:1.機(jī)械干擾機(jī)械干擾是指由于機(jī)械振動(dòng)或沖擊，使傳感器裝置中的元件發(fā)生振動(dòng)、變形，使連接導(dǎo)線發(fā)生位移，使指針發(fā)生抖動(dòng)，這些都將影響其正常工作。聲波的干擾也類似于機(jī)械振動(dòng)。對(duì)于機(jī)械干擾主要是采用減震措施來解決，例如應(yīng)用減震彈簧或減震橡皮墊等。

2.熱干擾在工作時(shí)傳感器系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量所引起的溫度波動(dòng)或環(huán)境溫度的變化等都會(huì)引起檢測(cè)電路元器件參數(shù)發(fā)生變化，或產(chǎn)生附加的熱電動(dòng)勢(shì)等，從而影響傳感器系統(tǒng)的正常工作。下一頁(yè)返回3.1干擾的來源與途徑對(duì)于熱干擾，通常采用熱屏蔽、恒溫措施、對(duì)稱平衡結(jié)構(gòu)和溫度補(bǔ)償元件等方法進(jìn)行抑制。

3.光干擾在傳感器裝置中，人們廣泛使用著各種半導(dǎo)體器件，但是半導(dǎo)體材料在光線的作用下會(huì)激發(fā)出電子空穴對(duì)，使半導(dǎo)體元器件產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)或引起阻值的變化，從而影響檢測(cè)系統(tǒng)的正常工作。因此，半導(dǎo)體元器件應(yīng)封裝在不透光的殼體內(nèi)，對(duì)于具有光敏作用的元件，尤其應(yīng)注意光的屏蔽問題。

4.化學(xué)干擾化學(xué)物品，如酸堿鹽及腐蝕性氣體等，會(huì)通過化學(xué)腐蝕作用腐蝕電氣元件、損壞傳感器裝置，產(chǎn)生電化學(xué)噪聲。因此，良好的密封和注意清潔是十分必要的。上一頁(yè)返回下一頁(yè)3.1干擾的來源與途徑

5.潮濕干擾濕度增加會(huì)使元器件的絕緣電阻下降，漏電流增加，高值電阻的阻值下降，電介質(zhì)的介電常數(shù)增加，吸潮的線圈骨架膨脹等。這樣必然會(huì)影響傳感器系統(tǒng)的正常工作，尤其是南方潮濕地區(qū)、船舶及鍋爐等地方，更應(yīng)注意密封防潮措施。例如，電氣元件印刷電路板的浸漆、環(huán)氧樹脂封灌和硅橡膠封灌等均是強(qiáng)有力的防濕措施。

6.電磁干擾電和磁可以通過電路和磁路對(duì)傳感器系統(tǒng)產(chǎn)生干擾作用，電場(chǎng)和磁場(chǎng)的變化會(huì)在有關(guān)電路中產(chǎn)生感應(yīng)干擾電壓，從而影響傳感器系統(tǒng)的正常工作。這種電磁干擾是最為普遍和影響最嚴(yán)重的干擾，必須認(rèn)真對(duì)待。下一頁(yè)返回上一頁(yè)3.1干擾的來源與途徑7.射線輻射干擾射線會(huì)使氣體電離、半導(dǎo)體內(nèi)會(huì)激發(fā)電子空穴對(duì)、金屬逸出電子等，因而，對(duì)于原子能、核裝置等領(lǐng)域內(nèi)的傳感器系統(tǒng)，尤其要注意射線輻射對(duì)傳感器系統(tǒng)的干擾。3.1.2噪聲、噪聲源與信噪比

1.噪聲、噪聲源各種干擾在傳感器系統(tǒng)的輸出端往往表現(xiàn)為一些與檢測(cè)量無關(guān)的電信號(hào)，這些無用的信號(hào)稱為噪聲。當(dāng)噪聲電壓使檢測(cè)電路無法正常工作時(shí)，該噪聲電壓就稱為干擾電壓。噪聲來源于噪聲源，噪聲源實(shí)際上是各種干擾在檢測(cè)電路中的具體反映，常見的噪聲源有:放電噪聲源、電氣設(shè)備噪聲源和固有噪聲源三類，其中固有噪聲源包括熱噪聲、散粒噪聲和接觸噪聲。上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.1干擾的來源與途徑

2.信噪比在測(cè)量中，不希望有噪聲，但是噪聲是無法完全消除的，實(shí)際上只能要求噪聲盡可能小些。噪聲對(duì)有用信號(hào)影響的大小用“信噪比”來表述的?！靶旁氡取敝傅氖窃谛盘?hào)通道中，有用信號(hào)成分與噪聲成分之比，用S/N表示，單位分貝(dB)。設(shè)有用信號(hào)功率為

，有用信號(hào)電壓，噪聲功率為，噪聲電壓為，則由上式可知，信噪比越大，表示噪聲對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響越小。上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.1干擾的來源與途徑3.1.3干擾的途徑與作用方式噪聲通過一定的途徑進(jìn)入傳感器裝置對(duì)測(cè)量結(jié)果造成影響，因此要了解干擾的途徑及作用方式，以便有效地切斷這些途徑，消除干擾。干擾的途徑有“路”和“場(chǎng)”兩種形式。凡噪聲源通過電路的形式作用于被干擾對(duì)象的，屬于“路”的干擾，如通過漏電流、共阻抗藕合等引入的干擾;凡噪聲源通過電場(chǎng)、磁場(chǎng)的形式作用于被干擾對(duì)象的，屬于“場(chǎng)”的干擾，如通過分布電容、分布互感等引入的干擾。

1.通過“路”的干擾

(1)漏電流藕合形成的干擾這是由于絕緣不良，由流經(jīng)絕緣電阻的漏電流所引起的噪聲干擾，主要發(fā)生在:當(dāng)用傳感器測(cè)量較高的直流電壓時(shí)、在傳感器附近有較高的直流電壓源時(shí)、在高輸入阻抗的直流放大電路中等幾種情況。上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.1干擾的來源與途徑(2)傳導(dǎo)藕合形成的干擾噪聲經(jīng)導(dǎo)線藕合到電路中去是最明顯的干擾現(xiàn)象。傳導(dǎo)藕合的主要現(xiàn)象是噪聲經(jīng)電源線傳到電路中來。通常，交流供電線路在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的分布，實(shí)際上構(gòu)成了一個(gè)吸收各種噪聲的網(wǎng)絡(luò)，噪聲十分方便地以電路傳導(dǎo)的形式傳到各處，并經(jīng)過電源引線進(jìn)入各種電子裝置，造成干擾。

(3)共阻抗藕合形成的干擾共阻抗藕合是由于兩個(gè)電路共有阻抗，當(dāng)一個(gè)電路中有電源流過時(shí)，通過共有阻抗在另一個(gè)電路上產(chǎn)生干擾電壓。例如，幾個(gè)電路由同一個(gè)電源供電時(shí)，會(huì)通過電源內(nèi)阻互相干擾;在放大器中，各放大級(jí)通過接地電阻互相干擾。

2.通過“場(chǎng)”的干擾

(1)靜電藕合形成的干擾電場(chǎng)藕合實(shí)質(zhì)上是電容性藕合，是由于兩個(gè)電路之間存在寄生電容，可使一個(gè)電路的電荷變化影響到另一個(gè)電路。當(dāng)有幾個(gè)噪聲源同時(shí)經(jīng)靜電藕合干擾上一頁(yè)返回下一頁(yè)3.1干擾的來源與途徑同一個(gè)接收電路時(shí)，只要是線性電路，就可以使用疊加原理分別對(duì)各噪聲源干擾進(jìn)行分析。

(2)電磁藕合形成的干擾電磁藕合又稱互感藕合，它是在兩個(gè)電路之間存在互感，一個(gè)電路的電流變化，通過磁交鏈會(huì)影響到另一個(gè)電路。例如，在傳感器內(nèi)部，線圈或變壓器的漏磁是對(duì)鄰近電路的一種很嚴(yán)重的干擾;在電子裝置外部，當(dāng)兩根導(dǎo)線在較長(zhǎng)一段區(qū)間平行架設(shè)時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生電磁藕合干擾。

(3)輻射電磁場(chǎng)藕合形成的干擾輻射電磁場(chǎng)通常來源于大功率高頻電氣設(shè)備、廣播發(fā)射臺(tái)、電視發(fā)射臺(tái)等。如果在輻射電磁場(chǎng)中放置一個(gè)導(dǎo)體，則在導(dǎo)體上產(chǎn)生正比于電場(chǎng)強(qiáng)度E的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。在輸配電線路中，特別是架空輸配電線路都將在輻射電磁場(chǎng)中感應(yīng)出干擾電動(dòng)勢(shì)，并通過供電線路進(jìn)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(chǎng)中，傳感器外殼或傳感器內(nèi)部尺寸較小的導(dǎo)體也能感應(yīng)出較大的干擾電勢(shì)。返回上一頁(yè)3.2抗干擾技術(shù)3.2.1抑制干擾的基本措施干擾的形成必須同時(shí)具備三要素，即干擾源、干擾途徑以及對(duì)噪聲敏感性較高的接收電路。要想抑制干擾，就要從形成干擾的三要素出發(fā)，在三個(gè)方面采取措施。

1.消除或抑制干擾源消除干擾源是積極主動(dòng)的措施，繼電器、接觸器、斷路器等的電觸點(diǎn)，在通斷電時(shí)產(chǎn)生的電火花是較強(qiáng)的干擾，可以采取觸點(diǎn)消弧電容等措施。接插件接觸不良、電路接頭松脫、虛焊等也是造成干擾的原因，對(duì)于這類可以消除的干擾源盡可能消除;對(duì)難于消除或不能消除的干擾源，例如某些自然現(xiàn)象的干擾、鄰近工廠的用電設(shè)備干擾等，就必須采取防護(hù)措施來抑制干擾源。下一頁(yè)返回3.2抗干擾技術(shù)

2.破壞干擾途徑對(duì)于以“路”的形式進(jìn)入的干擾，可以采取提高絕緣性能的辦法來抑制漏電流干擾;采用隔離變壓器、光電藕合器等來切斷大地環(huán)路的干擾途徑;引用濾波器、扼流圈等技術(shù)，將干擾信號(hào)除去;改變接地形式以消除共阻抗藕合干擾等;對(duì)于數(shù)字信號(hào)可采用整形、振幅等信號(hào)處理方法切斷干擾途徑。對(duì)于以“場(chǎng)”的形式進(jìn)入的干擾，一般采取各種屏蔽措施。

3.削弱接收電路對(duì)干擾信號(hào)的敏感性高輸入阻抗電路一般比低輸入阻抗電路易受干擾，布局松散的電子裝置比結(jié)構(gòu)緊湊的電子裝置更易受外來干擾，模擬電路比數(shù)字電路的抗干擾能力差。所以，系統(tǒng)布局應(yīng)合理，且設(shè)計(jì)電路時(shí)應(yīng)采用對(duì)干擾信號(hào)敏感性差的電路。抑制干擾的基本措施中消除干擾源是最徹底、最有效的上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.2抗干擾技術(shù)方法，但實(shí)際上不少干擾源是不可消除的，所以需要研究抗電磁干擾技術(shù)?？闺姶鸥蓴_技術(shù)有時(shí)稱為電磁兼容控制技術(shù)。常用的、行之有‘效的抗干擾技術(shù)有屏蔽技術(shù)、接地技術(shù)、浮置技術(shù)、平衡電路等。

3.2.2屏蔽技術(shù)利用金屬材料制成容器，將需要防護(hù)的電路包在其中，可以防止電場(chǎng)或磁場(chǎng)的藕合干擾，稱之為屏蔽。屏蔽可以分為靜電屏蔽、電磁屏蔽和低頻屏蔽等。

1.靜電屏蔽根據(jù)電學(xué)原理，在靜電場(chǎng)中，封閉的空心導(dǎo)體內(nèi)部無電力線，即內(nèi)部各點(diǎn)等電位。靜電屏蔽就是利用這個(gè)原理，以銅或鋁等導(dǎo)電性好的金屬為材料，制作封閉的金屬容器，并與上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.2抗干擾技術(shù)地線連接，把需要屏蔽的電路置于其中，使外部干擾電場(chǎng)的電力線不影響其內(nèi)部的電路;反過來，內(nèi)部電路產(chǎn)生的電力線也無法影響外部電路。注意，作為靜電屏蔽的容器壁上允許有較小的孔隙，這是引線孔，對(duì)屏蔽效果影響不大。在電源變壓器的一次側(cè)和二次側(cè)之間插入一個(gè)留有縫隙的導(dǎo)體，并將它接地也屬于靜電屏蔽，可以防止兩繞組間的靜電藕合。

2.電磁屏蔽電磁屏蔽也是采用導(dǎo)電性良好的金屬材料作屏蔽罩，利用電渦流原理，使高頻干擾電磁場(chǎng)在屏蔽金屬內(nèi)部產(chǎn)生電渦流，消耗干擾磁場(chǎng)的能量，并利用渦流磁場(chǎng)抵消高頻干擾磁場(chǎng)，從而使電磁屏蔽層內(nèi)部的電路免受高頻電磁場(chǎng)的影響。上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.2抗干擾技術(shù)若將電磁屏蔽層接地，則同時(shí)兼有靜電屏蔽作用。通常使用的銅質(zhì)網(wǎng)狀屏蔽電纜就能同時(shí)起電磁屏蔽和靜電屏蔽的作用。

3.低頻磁屏蔽在低頻磁場(chǎng)中，電渦流作用不太明顯，因此必須采用高導(dǎo)磁材料做屏蔽層，以便將低頻干擾磁力線限制在磁阻很小的磁屏蔽層內(nèi)部，使低頻磁屏蔽層內(nèi)部的電路免受低頻磁場(chǎng)藕合干擾的影響。在干擾嚴(yán)重的地方常使用復(fù)合屏蔽電纜，其最外層是低磁導(dǎo)率、高飽和的鐵磁材料，最里層是銅質(zhì)電磁屏蔽層，以便一步步地消耗干擾磁場(chǎng)的能量。常用的辦法是將屏蔽線穿在鐵質(zhì)蛇皮管或普通鐵管內(nèi)，以達(dá)到雙重屏蔽的目的。

3.2.3接地技術(shù)導(dǎo)線接地起源于強(qiáng)電技術(shù)，本意是接大地，主要著眼于上一頁(yè)返回下一頁(yè)3.2抗干擾技術(shù)安全，這種地線也稱為“保護(hù)地線”。對(duì)于儀器、通信、計(jì)算機(jī)等所應(yīng)用的電子技術(shù)來說，“地線”多是指電信號(hào)的基準(zhǔn)單位，也稱為“公共參考端”，它除了作為各級(jí)電路的電流通道外，還是保證電路工作穩(wěn)定、抑制干擾的重要環(huán)節(jié)。它可以是接大地的或于大地隔絕的，例如飛機(jī)、衛(wèi)星上的地線。對(duì)于上述四種地線一般應(yīng)分別設(shè)置，在電位需要連通時(shí)，必須仔細(xì)選擇合適的點(diǎn)，在一個(gè)地方相連，這樣才能消除各地線之間的干擾。我們稱為“一點(diǎn)接地原則”。常見的接地方式如圖3-1所示。3.2.4其他抗干擾技術(shù)

1.浮置技術(shù)上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.2抗干擾技術(shù)浮置又稱浮空、浮接，指的是模擬輸入信號(hào)放大器的公共線(即模擬信號(hào)地線)不接機(jī)殼或大地。對(duì)于被浮置的測(cè)量系統(tǒng)，測(cè)量電路與機(jī)殼或大地之間無直接聯(lián)系。前面講過，屏蔽接地的目的是將干擾電流從信號(hào)電路引開，即不讓干擾電流流經(jīng)導(dǎo)線，而是讓干擾電流流紹弄蔽層到大地。浮置與屏蔽接地相反，是阻斷干擾電流的通路，檢測(cè)系統(tǒng)被浮置后，明顯地加大了系統(tǒng)信號(hào)放大器的公;畢淺與大地(或外殼)之間的固叻乞，因此浮置能大大減小;以莫干擾電流。

2.平衡電路平衡電路又稱劉稱電路。它是指雙線電路中的兩根導(dǎo)線與連接到這兩根導(dǎo)線的所在電路，對(duì)地或劉其導(dǎo)線來說，電攤陷身構(gòu)對(duì)稱，對(duì)應(yīng)阻抗相等。例如，電橋電路和差分放大器等電路就屬于平衡電路。采用平衡電路可以使劉稱電攤陷身構(gòu)所獲得噪聲相等，并可以在負(fù)載上自行抵消。上一頁(yè)返回下一頁(yè)3.2抗干擾技術(shù)

3.濾波技術(shù)濾波器是抑制干擾的重要手段之一。所謂濾波技術(shù)就是用電容和電感線圈或電容和電阻組成濾波器接在電源輸出端、測(cè)量線路輸入端、放大器輸入端或測(cè)量橋路與放大器之間，以阻止干擾信號(hào)進(jìn)入放大器，使干擾信號(hào)衰減。常用的是RC型,LC型及雙T型等形成的無源濾波器或有源濾波器。使用濾波器一般要求將干擾衰減100倍以上，在滿足此要求時(shí)，選用濾波器還應(yīng)考慮:檢測(cè)電路的外接阻抗及放大器的輸入阻抗;濾波器的時(shí)間常數(shù)對(duì)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)性能的影響;濾波器的頻率特性(不同類型濾波器對(duì)不同頻率的干擾衰減倍率);濾波器體積、安裝及制造工藝等。為防止無線電干擾，還要盡量避免產(chǎn)生火花。這可通過開關(guān)或觸頭(如繼電器)兩端加滅弧裝置(如并聯(lián)電容)或在電源端加濾波電路實(shí)現(xiàn)。下一頁(yè)返回上一頁(yè)3.2