測控技術(shù)與儀器專業(yè)必修課*智能儀器設(shè)計112內(nèi)容回顧1、儀器自檢方式、自檢內(nèi)容2、ROM、RAM、總線等自檢方法3、量程自動轉(zhuǎn)換技術(shù)的一般要求（測量速度、確定性、安全性）4、看懂量程自動轉(zhuǎn)換電路舉例（重點）（重點是：流程圖）八、自檢與量程自動轉(zhuǎn)換技術(shù)※3作業(yè)？一臺直流數(shù)字電壓表的輸入單元如下圖所示，其對應(yīng)的自動量程轉(zhuǎn)換閾值如下表所示，請回答：（1）對應(yīng)下表的每一量程，圖中的各開關(guān)應(yīng)處于何位置？（Vx標(biāo)準(zhǔn)輸出1V）（2）畫出自動量程轉(zhuǎn)換的控制流程圖，并簡述自動量程轉(zhuǎn)換的過程。（以任一量程為例）自動測量技術(shù)4自動測量技術(shù)量程自動轉(zhuǎn)換程序流程逐檔降量程升到最高量程維持現(xiàn)有量程-顯示讀數(shù)第9章抗干擾技術(shù)9.1干擾的來源及分類9.2干擾耦合途徑9.3硬件抗干擾技術(shù)9.4軟件抗干擾技術(shù)5抗干擾技術(shù)6主要知識點匯總1、串模干擾和共模干擾的概念、特點及抑制措施2、干擾的耦合途徑3、硬件抗干擾技術(shù)（1）常用硬件抗干擾技術(shù)種類、特點、實現(xiàn)方法（2）“地”的種類、接地方法4、軟件抗干擾技術(shù)（1）軟件抗干擾都有那些實現(xiàn)方法（2）軟件陷阱的定義、實現(xiàn)方法等抗干擾技術(shù)9.1干擾的來源及分類干擾的來源外部干擾——環(huán)境電磁場、振動、溫度、濕度等內(nèi)部干擾——電路元器件干擾信號回路干擾負(fù)載回路干擾電源干擾數(shù)字電路干擾干擾產(chǎn)生的影響數(shù)據(jù)采集誤差過大控制狀態(tài)失靈數(shù)據(jù)受干擾發(fā)生變化程序運行失常干擾的來源和分類78外部干擾與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無關(guān)，由使用條件和外部環(huán)境因素決定主要有：天電干擾，如雷電或大氣電離作用引起的干擾電波；天體干擾，如太陽輻射的電磁波；周圍電氣設(shè)備發(fā)出的電磁波的干擾；電源的工頻干擾；氣象條件引起的干擾；地磁場干擾；火花放電、弧光放電、輝光放電等產(chǎn)生的電磁波。1.外部干擾干擾的來源和分類9外部干擾干擾的來源和分類9102.內(nèi)部干擾內(nèi)部干擾由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)布局、線路設(shè)計、元器件性質(zhì)變化和漂移等原因造成主要有：分布電容、分布電感引起的耦合感應(yīng)；電磁場輻射感應(yīng)；長線傳輸?shù)牟ǚ瓷?；多點接地造成的電位差引入的干擾；寄生振蕩引起的干擾熱噪聲、閃變噪聲、尖峰噪聲等。干擾的來源和分類11內(nèi)部干擾干擾的來源和分類串模干擾是由外界條件引起的、串聯(lián)疊加在被測信號上的干擾信號，并通過測量儀器的輸入端，與被測信號一起進入測量儀器而引起測量誤差。串模干擾信號有直流和交流兩種。高壓輸電線與信號線平行敷設(shè)的輸電線導(dǎo)線中大電流所產(chǎn)生的空間電磁場空間工頻電磁場在輸入回路中產(chǎn)生的工頻感應(yīng)電勢分類來源3.串模干擾干擾的來源和分類12除了從信號線引入的串模干擾外，信號源本身固有的漂移、紋波和噪聲，電源變壓器不良屏蔽以及穩(wěn)壓濾波效果不良等也會引入串模干擾。串模干擾示意圖干擾的來源和分類13串模抑制比用來衡量串模干擾的抑制能力串模抑制比高的系統(tǒng)抗干擾能力強。對于智能儀器，一般要求NMRR≥40～80dB。

式中串模干擾電壓

系統(tǒng)輸入端由串模干擾電壓轉(zhuǎn)化成的等效差模干擾電壓*干擾的來源和分類14干擾的來源和分類15共模電壓(commonmodevoltage):在每一導(dǎo)線和所規(guī)定的參照點之間（大地或機架）出現(xiàn)的相量電壓的平均值，或者說同時加在電壓表兩測量端和規(guī)定公共端之間的那部分輸入電壓。差模電壓(differentialmodevoltage)：一對導(dǎo)線上電壓的差值。共模干擾是指輸入通道兩個輸入端上（如信號線和信號地）共有的干擾電壓。來源由于被測信號地和儀器地之間電位不等,兩個地之間的電位差就成為共模干擾源。共模干擾示意圖4.共模干擾干擾的來源和分類16用來衡量共模干擾的抑制能力共模抑制比

采用雙端差分放大器作為智能儀器前置放大器，通過設(shè)計可使CMRR≥40～80dB。

干擾的來源和分類17其中，Ucm是共模干擾電壓，Un是由Ucm轉(zhuǎn)化成的等效差模干擾電壓，Uo是輸出電壓，Aud是差模信號放大倍率，Auc是共模信號放大倍率如果此時ZS1=ZS2且Zc1=Zc2，則VAB=0，表示不會引入共模干擾；實際上無法滿足上述條件，只能做到ZS1接近ZS2，Zc1接近Zc2。干擾的來源和分類18（a）直流信號；（b）串模干擾；（c）共模干擾；（d）串模干擾與共模干擾共同作用串模干擾與共模干擾干擾的來源和分類19209.2干擾的耦合途徑電容耦合磁場耦合公共阻抗耦合傳導(dǎo)耦合輻射耦合漏電耦合干擾的耦合途徑平行導(dǎo)線分布電容分布電感地線公共阻抗

平行導(dǎo)線的電容耦合及其等效電路當(dāng)R很大時，設(shè)法降低CAB，就能減小VB值。因此，在布線時應(yīng)增大兩導(dǎo)線間的距離，并盡量避免兩導(dǎo)線平行。當(dāng)R很小時，VB正比于CAB、R和信號幅值VS，而且與信號電壓頻率有關(guān)。降低R值就能減小耦合受感回路的噪聲電壓。1.電容耦合（圖中C是導(dǎo)線分布電容，R是對地電阻，Vs是信號電壓，VB是感應(yīng)電壓）干擾的耦合途徑21(a)門1的輸出(b)門4的輸入(c)門4的輸出干擾脈沖數(shù)字電路中布線產(chǎn)生的干擾干擾的耦合途徑22干擾的耦合途徑23

在印刷電路板上，兩條平行導(dǎo)線間的分布電容為0.1～0.5pF/cm，與靠在一起的絕緣導(dǎo)線間的分布電容有相同數(shù)量級。

除以上所介紹之外，還有其他一些干擾和噪聲。例如：

由印刷電路板電源線與地線之間的開關(guān)電流和阻抗引起的干擾、元器件的熱噪聲、靜電感應(yīng)噪聲等。2.磁場耦合兩導(dǎo)線間的磁場耦合空間的磁場耦合通過導(dǎo)體間的互感耦合進行，又稱電磁感應(yīng)耦合。在任何載流導(dǎo)體周圍空間中都會產(chǎn)生磁場，而交變磁場則對其周圍閉合電路產(chǎn)生感應(yīng)電勢。干擾的耦合途徑24253.公共阻抗耦合共源阻抗耦合公共阻抗耦合發(fā)生在兩個電路的電流流經(jīng)一個公共阻抗時，一個電路在該阻抗上的電壓降會影響到另一個電路，從而產(chǎn)生干擾噪聲。共地阻抗耦合干擾的耦合途徑264.傳導(dǎo)耦合*-穿心電容通過導(dǎo)體（導(dǎo)線）將噪聲耦合進電路中，最典型的例子是噪聲通過電源線傳入電路。對這種耦合方式，可采用濾波去耦的方法有效地抑制電磁干擾信號的傳入。5.輻射耦合*-無線電能傳輸發(fā)射/接收線圈電磁場的輻射也會造成干擾耦合，是一種無規(guī)則的干擾。這種干擾很容易通過電源線傳到系統(tǒng)中去。另當(dāng)信號傳輸線較長時，它們能輻射干擾波和接收干擾波，稱為大線效應(yīng)。6.漏電耦合*-利茲線電火花所謂漏電耦合就是電阻性耦合，這種干擾常在絕緣降低時發(fā)生。干擾的耦合途徑9.3硬件抗干擾技術(shù)

EMC電磁兼容EMI(電磁干擾)：機器本身在執(zhí)行應(yīng)有功能的過程中所產(chǎn)生不利于其它系統(tǒng)的電磁噪聲。

EMS(電磁耐受性)：機器在執(zhí)行應(yīng)有功能的過程中不受周圍電磁環(huán)境影響的能力。消除或抑制干擾源破壞干擾的耦合通道消除接收設(shè)備對干擾的敏感性采用軟件抑制干擾抑制干擾和噪聲的基本措施硬件抗干擾技術(shù)27可以作為隔離開關(guān)量/數(shù)字信號或模擬信號使用輸入部分和輸出部分必須分別采用獨立的電源1.隔離技術(shù)（1）光耦隔離硬件抗干擾技術(shù)28（2）繼電器隔離繼電器的線圈和觸點之間沒有電氣上的聯(lián)系，可利用繼電器的線圈接收電氣信號，從而避免強電和弱電信號之間的直接接觸，實現(xiàn)了抗干擾隔離，常用于開關(guān)量輸出，以驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)。繼電器隔離技術(shù)硬件抗干擾技術(shù)29（3）變壓器隔離對于一般的交流信號，可以用普通變壓器實現(xiàn)隔離，如交流電壓/電流互感器。下圖表明了一個由CMOS集成電路完成的交流電流檢測電路。變壓器隔離技術(shù)硬件抗干擾技術(shù)30（4）隔離放大器隔離放大器是一種特殊的測量放大電路，其輸入、輸出和電源電路之間沒有直接電路耦合，即信號在傳輸過程中沒有公共的接地端。⑴按隔離模式分類：①兩口隔離：指信號輸入部分和信號輸出部分歐姆隔離，采取其它措施進行電源隔離。②三口隔離：指輸入、輸出和供電三部分彼此歐姆隔離。⑵按隔離方法分類：①變壓器隔離（電磁隔離）②光電隔離③電容隔離硬件抗干擾技術(shù)3132集成光耦（速度/轉(zhuǎn)換時間）BBISO100、ISO130、3650、3652HPHCPL7800/7800A/7800B、HCNR201*ToshibaTLP521-1、TLP521-2、TLP521-4FairchildHCPL-2530,HCPL-2531變壓器耦合（內(nèi)置DC/DC變換器）BBIS0212、ISO213ADAD202，AD204、AD210、AD215、ADUM1200常用集成光耦/變壓器耦合隔離放大器*數(shù)據(jù)采集技術(shù)33隔離放大器變壓器隔離放大器：AD202硬件抗干擾技術(shù)34抗干擾工控機測量系統(tǒng)信號隔離電路原理圖隔離放大器實例數(shù)據(jù)采集技術(shù)模擬信號隔離如何實現(xiàn)？35硬件抗干擾技術(shù)①線性光耦隔離36②在A/D轉(zhuǎn)換信號后加光耦隔離硬件抗干擾技術(shù)372.濾波器技術(shù)模擬濾波器技術(shù)硬件抗干擾技術(shù)

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)部阻抗，兼顧共模抑制比和放大器動態(tài)特性的要求，因此常用