《传感器技术及应用》项目八传感器抗干扰技术课件

*项目八传感器抗干扰技术*项目八 传感器抗干扰技术1任务一认识干扰的来源及途径任务导入有效的抗干扰措施，必须“对症下药”才能收到良好效果，如果盲目采用抗干扰措施，误以为措施越多越好，则不仅会效果不明显，甚至会事与愿违。为了有效地抑制干扰，必须清楚地了解干扰的来源及其传输途径，有针对性地正确运用抗干扰措施。任务一 认识干扰的来源及途径任务导入 有效的抗干扰措施，必2任务一认识干扰的来源及途径一、干扰的来源干扰有来自内部和外部两种，内部干扰来自设备本身，制造时技术人员已采取抗干扰措施，消除内部干扰。外部干扰主要有以下几种。1.放电干扰由各种放电现象产生的干扰，称为放电干扰。它是对电子设备影响最大的一种干扰。常见的放电现象有电晕放电、辉光放电、孤光放电等持续放电现象和火花放电等过度放电现象。任务一 认识干扰的来源及途径 一、干扰的来源 干扰有3任务一认识干扰的来源及途径一、干扰的来源2.电气设备干扰（1）工频干扰大功率输电线，甚至就是一般室内交流电电源线对于输入阻抗高和灵敏度很高的测量装置来说都是威胁很大的干扰源。电子设备内部会由于工频感应而产生干扰。如果波形失真，则干扰更大。（2）射频干扰高频感应加热、高频介质加热、高频焊接等工业电子设备会通过辐射或通过电源线给附近测量装置带来的干扰。（3）电子开关通断干扰电子开关、电子管、晶闸管等大功率电子开关虽然不产生火花，但因通断速度极快，会使电路电流和电压发生急剧变化，形成冲击脉冲而成为干扰源。在一定电路参数下还会产生阻尼振荡，构成高频干扰。任务一 认识干扰的来源及途径 一、干扰的来源2.电气设备干4任务一认识干扰的来源及途径二、干扰的传输途径干扰的途径有“路”和“场”两种形式。1.通过“路”的干扰（1）泄漏电流任务一 认识干扰的来源及途径二、干扰的传输途径干扰的途径有“5任务一认识干扰的来源及途径二、干扰的传输途径（2）公共阻抗耦合干扰两个以上电路共有一部分阻抗，一个电路的电流流经共阻抗所产生的电压降就成为其他电路的干扰源。在检测系统内部，各个电路往往共用一个直流电源，这时电源内阻。电源线阻抗形成公共电源阻抗。当电流流经公共阻抗时，阻抗上的压降便成为噪声电压，如图所示。任务一 认识干扰的来源及途径二、干扰的传输途径（2）公共阻抗6任务一认识干扰的来源及途径二、干扰的传输途径（3）经电源线引入的干扰交流供电线路在现场的分布很自然地构成了吸收各种干扰的网络，而且十分方便地以电路传导的形式传遍各处，并通过电源引线进入各种电子设备造成干扰。任务一 认识干扰的来源及途径二、干扰的传输途径（3）经电源线7任务一认识干扰的来源及途径二、干扰的传输途径2.通过“场”的干扰（1）静电耦合任务一 认识干扰的来源及途径二、干扰的传输途径2.通过“场8任务一认识干扰的来源及途径二、干扰的传输途径2.通过“场”的干扰（2）通过磁场耦合的干扰任务一 认识干扰的来源及途径二、干扰的传输途径2.通过“场9任务一认识干扰的来源及途径二、干扰的传输途径2.通过“场”的干扰（3）通过辐射电磁场耦合的干扰 辐射电磁场通常来自大功率高频用电设备、广播发射台、电视发射台等在电能量交换频繁的地方。如果在辐射电磁场中放置一个导体，则在导体上产生正比于电场强度的感应电势。配电线特别是架空配电线都将在辐射电磁场中感应出干扰电势，并通过供电线路侵入检测系统的电子装置，造成干扰。任务一 认识干扰的来源及途径二、干扰的传输途径2.通过“场10任务一认识干扰的来源及途径三、干扰的作用方式外部噪声源对测量装置的干扰一般都作用在输入端，根据其作用方式及与有用信号的关系，可分为串模和共模干扰两种形态。1.串模干扰凡干扰信号和有用信号按电压源的形式串联（或按电流源的形式并联）起来作用在输入端的称串模干扰，其等效电路如图所示。任务一 认识干扰的来源及途径三、干扰的作用方式 外部噪声11任务一认识干扰的来源及途径三、干扰的作用方式1.串模干扰 串模干扰又常称差模干扰，它会使测量装置的两个输入端电压发生变化，所以影响很大。常见的串模干扰有交变磁场耦合干扰、漏电阻耦合干扰、共阻抗耦合干扰等，如图所示。任务一 认识干扰的来源及途径三、干扰的作用方式1.串模干扰12任务一认识干扰的来源及途径三、干扰的作用方式2.共模干扰 干扰信号使两个输入端的电位相对于某一公共端一起变化，这种干扰称共模干扰，其等效电路如图所示。任务一 认识干扰的来源及途径三、干扰的作用方式2.共模干扰13任务二干扰的抑制技术一、抑制干扰的方法干扰的形成必须同时具备干扰源、干扰途径和对干扰信号敏感的接收电路三个条件。（1）消除或抑制干扰源1）使产生干扰的电气设备远离检测装置。2）对继电器、接触器、断路器等采取触点火弧措施或改用无触点开关。3）消除虚焊、假焊等。任务二 干扰的抑制技术 一、抑制干扰的方法干扰的形成必须同14任务二干扰的抑制技术一、抑制干扰的方法干扰的形成必须同时具备干扰源、干扰途径和对干扰信号敏感的接收电路三个条件。（2）破坏干扰途径1）提高绝缘性能，采用变压器、光耦合器隔离以切断“路”径。2）利用退耦、滤波、选频等电路手段引导干扰信号转移。3）改变接地形式，消除共阻抗耦合干扰途径。4）对数字信号可采用鉴别、限幅、整形等信号处理方法或选通控制方法切断干扰途径。任务二 干扰的抑制技术 一、抑制干扰的方法干扰的形成必须同15任务二干扰的抑制技术一、抑制干扰的方法干扰的形成必须同时具备干扰源、干扰途径和对干扰信号敏感的接收电路三个条件。（3）削弱接收电路对干扰信号的敏感性1）电路中用选频措施削弱对全频带噪声的敏感性。2）利用负反馈削弱内部干扰源。3）对信号采用绞线传输或差动输入电路有效削弱接收电路对干扰信号的敏感性。任务二 干扰的抑制技术 一、抑制干扰的方法干扰的形成必须同16任务二干扰的抑制技术一、抑制干扰的方法常用的抑制干扰技术有屏蔽、接地、滤波、隔离、浮置技术等。1.屏蔽技术 屏蔽技术是抑制电、磁场干扰的有效措施，正确的屏蔽可抑制干扰源或阻止干扰进入测量装置内部。根据屏蔽的目的可分为静电屏蔽、电磁屏蔽和磁屏蔽。任务二 干扰的抑制技术 一、抑制干扰的方法常用的抑制干扰技17任务二干扰的抑制技术一、抑制干扰的方法（1）静电屏蔽 静电屏蔽的原理如图所示，图（a）所示为一空间孤立存在的导体A，其电力线射向无穷远处，对附近物体产生感应。图（b）所示为用低阻抗金属容器B将A罩起来，仅能中断电力线，尚不能起到屏蔽作用。图（c）所示为将容器B接地，容器外电荷流入地而消失，外部电力线才消失，这时就可将导体A所产生的电力线封闭在容器B的内部，容器B具有静电屏蔽作用。容器B上的负电荷将通过地线引至零电位，即B和接地线上产生了电流。任务二 干扰的抑制技术 一、抑制干扰的方法（1）静电屏蔽 18任务二干扰的抑制技术一、抑制干扰的方法（1）静电屏蔽 削弱分布电容的方法是在两个导体A、B之间设置一个接地导体C，可使A、B之间的分布电容CN耦合大大减弱，如图8-9所示。变压器一、二次绕组间的屏蔽就是基于这一原理。任务二 干扰的抑制技术 一、抑制干扰的方法（1）静电屏蔽 19任务二干扰的抑制技术一、抑制干扰的方法（2）电磁屏蔽 电磁屏蔽主要是抑制高频电磁场的干扰。电磁屏蔽采用铜、铝或镀银铜板等良导体材料，利用高频电磁场在屏蔽导体内产生涡流的效应，一方面消耗电磁场能量，另一方面涡流可产生反磁场抵消高频干扰磁场，从而达到磁屏蔽的效果。当屏蔽体上必须开孔或开槽时，应注意避免切断涡流的流通途径。若把屏蔽体接地，则可兼顾静电屏蔽。若对电磁线圈进行屏蔽，屏蔽罩直径必须大于线圈直径一倍以上，否则会使线圈电感量减小，Q值降低。任务二 干扰的抑制技术 一、抑制干扰的方法（2）电磁屏蔽 20任务二干扰的抑制技术一、抑制干扰的方法（3）磁屏蔽 低频磁场的屏蔽，要用高导磁材料，使干扰磁力线在屏蔽体内构成回路，屏蔽体外漏磁通很少，从而抑制了低频磁场的干扰作用，如图所示。为保证屏蔽效果，屏蔽板应有一定厚度，以免磁饱和或部分磁通穿过屏蔽层。任务二 干扰的抑制技术 一、抑制干扰的方法（3）磁屏蔽 21任务二干扰的抑制技术一、抑制干扰的方法2.接地技术 在抑制干扰的措施中，接地技术与屏蔽紧密相关，如果接地不当，不仅不能抑制干扰，有时还会引入干扰。因此，必须重视接地方法。接地技术的目的：一是安全性，二是抗干扰。任务二 干扰的抑制技术 一、抑制干扰的方法2.接地技术22任务二干扰的抑制技术一、抑制干扰的方法（1）电气、电子设备中的接地 接地就是将电气设备的某一部分通过接地装置同大地连接起来，接地电阻是指接地体或自然接地体的对地电阻和接地线电阻的总和，按照国家有关部门的规定，对于安全考虑接地电阻的阻值应小于110，对于仪器设备、计算机等的接地电阻应小于2，对于防雷接地电阻应小于1。按接地目的的不同，主要可分为工作接地、保护接地和保护接零三种，如图所示。任务二 干扰的抑制技术 一、抑制干扰的方法（1）电气、电子23任务二干扰的抑制技术一、抑制干扰的方法（1）电气、电子设备中的接地1）工作接地 采用三相四线制供电的电力系统由于运行和安全的需要，常将配电变压器中的中性点接地，这种接地方式称为工作接地。从配电变压器的中性点引出一线叫中线，也叫工作零线。引入工作接地的作用是可以迅速切断故障设备，降低人体所承受的触电电压，降低电力线路和用电设备对地的绝缘水平，降低成本。2）保护接地 在中性点不接地的低压系统中，为保证电气设备的金属外壳或框架在漏电时，对接触该部分的人能起保护作用而进行的接地称为保护接地。任务二 干扰的抑制技术 一、抑制干扰的方法（1）电气、电子24任务二干扰的抑制技术一、抑制干扰的方法（1）电气、电子设备中的接地3）保护接零 所谓保护接零，就是将电气设备的金属外壳接到零线上，适用于中性点接地的低压系统中。所示的是电动机的保护接零。当电动机某一相绕组的绝缘损坏而与外壳相接时，就形成单相短路，迅速将这一相中的熔丝熔断，因而外壳便不再带电。即使在熔丝熔断前人体触及外壳时，也由于人体电阻远大于线路电阻，通过人体的电流也是极为微小的，从而保证了使用人员的人身安全。任务二 干扰的抑制技术 一、抑制干扰的方法（1）电气、电子25任务二干扰的抑制技术一、抑制干扰的方法（2）一点接地原则1）机内一点接地 单级电路有输入与输出及电阻、电容、电感等不同电平和性质的信号地线；多级电路中的前级和后级的信号地线；在A/D、D/A转换的数-模混合电路中有模拟信号地线和数字信号地线；整机中有产生噪声的继电器、电动机等高功率电路和引导或隔离干扰源的屏蔽机构以及机壳、机箱、机架等金属件地线，这些地线均应分别一点接地，然后再总的一点接地。任务二 干扰的抑制技术 一、抑制干扰的方法（2）一点接地原26任务二干扰的抑制技术一、抑制干扰的方法2）系统一点接地 对于一个包括传感器和测量装置的检测系统，也应考虑一点接地。如图所示，图中 a）中采用两点接地，因两点接地点电位差产生的共模信号电流要流经信号零线，转换为差模干扰，造成严重影响。图 b）中改为在信号源处一点接地，干扰信号流经屏蔽层和输入端与外壳的分布电容，主要是容性漏电流，影响很小。任务二 干扰的抑制技术 一、抑制干扰的方法2）系统一点接地27任务二干扰的抑制技术一、抑制干扰的方法3）电缆屏蔽层的一点接地 如果测量电路是一点接地，电缆屏蔽层也应一点接地。1）信号源不接地，测量电路接地，电缆屏蔽层应接到测量电路的低端，如图 a）中的C，其余A、B、D接法均不正确。2）信号源接地，测量电路不接地，电缆屏蔽层应接到信号源的地端，如图 b）中的A，其余B、C、D接法均不正确。任务二 干扰的抑制技术 一、抑制干扰的方法3）电缆屏蔽层的28任务二干扰的抑制技术一、抑制干扰的方法3.滤波技术（1）硬件滤波（2）软件滤波1）最小二乘滤波法2）滤波系数法3）加权滤波法4）中位值滤波法5）RC低通数字滤波法6）滑动平均滤波法任务二 干扰的抑制技术 一、抑制干扰的方法3.滤波技术29任务二干扰的抑制技术一、抑制干扰的方法4.隔离技术 隔离技术就是把电路上的干扰源和易受干扰的部分隔离开，使测控系统与现场仅保持信号联系，不产生直接的电联系。隔离的实质就是把引入的干扰通道切断，从而达到隔离现场干扰的目的。测控系统与现场干扰之间、强电与弱点之间常采用的隔离方法有光电隔离。继电器隔离、变压器隔离等。任务二 干扰的抑制技术 一、抑制干扰的方法4.隔离技术30任务二干扰的抑制技术一、抑制干扰的方法5.浮置技术 如果测量装置电路的公共线不接机壳也不接大地，即与大地之间没有任何导电性的直接联系，就称为浮置。在检测装置中，往往采用带有三层静电屏蔽的电源变压器，各层接法如下：一次侧屏蔽层及电源变压器外壳与测量装置的外壳连接并接大地；中间屏蔽层与保护屏蔽层连接；二次侧屏蔽层与测量装置的零电位连接。任务二 干扰的抑制技术 一、抑制干扰的方法5.浮置技术 31任务二干扰的抑制技术一、抑制干扰的方法6.其他抑制干扰的措施 在仪表中还经常采用调制、解调技术，滤波技术和隔离技术（一般用变压器作前隔离，光耦合器作后隔离），通过调制选频放大解调滤波，只放大输出有用信号，抑制无用的干扰信号。滤波的类型有低通滤波、高通滤波、带通滤波、带阻滤波等，起选频作用。隔离主要防止后级对前级的干扰。这些都是电子技术中常用的方法。除了前面介绍的数字滤波软件抗干扰措施外，软件抗干扰主要技术有软件陷阱、“看门狗”技术等。任务二 干扰的抑制技术 一、抑制干扰的方法6.其他抑制干32Thank You！Thank You！33