第8章检测系统的抗干扰技术

1、传感器与自动检测技术传感器与自动检测技术 刘丽刘丽 主编主编 第第8 8章章 检测系统的抗干扰技术检测系统的抗干扰技术 本本 章章 小小 结结 8.2 8.2 抑制干扰措施抑制干扰措施 8.1 8.1 干扰的类型及形成要素干扰的类型及形成要素 第第8 8章章 检测系统的抗干扰技术检测系统的抗干扰技术 8.1 干扰的类型及形成要素干扰的类型及形成要素 8.1 干扰的类型及形成要素干扰的类型及形成要素 所谓干扰，就是指有用信号以外对系统的正常工作产生不良影响的内部所谓干扰，就是指有用信号以外对系统的正常工作产生不良影响的内部 或外部因素的总称。或外部因素的总称。 干扰的形成包括三个要素：干扰源、传

2、播途径和接受载体。干扰的形成包括三个要素：干扰源、传播途径和接受载体。 8.1.1. 干扰源的类型干扰源的类型 按照干扰的来源，可以把干扰分为内部干扰和外部干扰。按照干扰的来源，可以把干扰分为内部干扰和外部干扰。 1.内部干扰内部干扰 内部干扰是指系统内部的各种元器件、信道、负载、电源等引起的干扰。内部干扰是指系统内部的各种元器件、信道、负载、电源等引起的干扰。 信号通道干扰信号通道干扰 电源干扰电源干扰 2.外部干扰外部干扰 外部干扰是指那些与系统本身结构无关，由使用条件和外界环境因素外部干扰是指那些与系统本身结构无关，由使用条件和外界环境因素 所决定的干扰。主要来自于自然界的干扰以及周围电

3、气设备的干扰。所决定的干扰。主要来自于自然界的干扰以及周围电气设备的干扰。 第第8 8章章 检测系统的抗干扰技术检测系统的抗干扰技术 8.1.2 8.1.2 电磁干扰的途径电磁干扰的途径 电磁干扰的途径有电磁干扰的途径有“路路”和和“场场”两种形式。两种形式。 路的干扰：通过电路的形式作用于被干扰对象的，路的干扰必须在干路的干扰：通过电路的形式作用于被干扰对象的，路的干扰必须在干 扰源和被干扰对象之间有完整的电路连接，干扰沿着这个通路到达被扰源和被干扰对象之间有完整的电路连接，干扰沿着这个通路到达被 干扰对象；干扰对象； 场的干扰：通过电场、磁场的形式作用于被干扰对象的，场的干扰不场的干扰：通

4、过电场、磁场的形式作用于被干扰对象的，场的干扰不 需要沿着电路传输，而是以电磁场辐射的方式进行，如通过分布电容、需要沿着电路传输，而是以电磁场辐射的方式进行，如通过分布电容、 分布互感等引入的干扰。分布互感等引入的干扰。 1.1.通过通过“路路”的干扰的干扰 漏电流耦合形成的干扰漏电流耦合形成的干扰 传导耦合形成的干扰传导耦合形成的干扰 共阻抗耦合形成的干扰共阻抗耦合形成的干扰 2.2.通过通过“场场”的干扰的干扰 静电耦合形成的干扰静电耦合形成的干扰 电磁耦合形成的干扰电磁耦合形成的干扰 辐射电磁场耦合形成的干扰辐射电磁场耦合形成的干扰 8.1 干扰的类型及形成要素干扰的类型及形成要素 第第

5、8 8章章 检测系统的抗干扰技术检测系统的抗干扰技术 8.1.3.8.1.3.电子测量装置的两种干扰电子测量装置的两种干扰 根据干扰进入测量电路的方式不同，可分为差模干扰和共模干扰。根据干扰进入测量电路的方式不同，可分为差模干扰和共模干扰。 1 1）差模干扰）差模干扰 差模干扰是使信号接收器的一个输入端电位相对另一个输入端电差模干扰是使信号接收器的一个输入端电位相对另一个输入端电 位发生变化，即干叠加在被测信号上的干扰信号。位发生变化，即干叠加在被测信号上的干扰信号。 差模干扰可用图差模干扰可用图8-18-1所示的方式等效表示，图中的所示的方式等效表示，图中的E Es s及及R Rs s为有用

6、信为有用信 号源及内阻，号源及内阻，U Ud d表示等效干扰电压，表示等效干扰电压，Z Zd d为干扰源等效阻抗；为干扰源等效阻抗；R Ri i为接收为接收 器的输入电阻。器的输入电阻。 8.1 干扰的类型及形成要素干扰的类型及形成要素 图8-1 差模干扰等效电路图 针对具体情况可以采用双绞信号传输针对具体情况可以采用双绞信号传输 线、传感器耦合端加滤波器、金属隔离线、传感器耦合端加滤波器、金属隔离 线、屏蔽等措施来消除差模干扰。线、屏蔽等措施来消除差模干扰。 第第8 8章章 检测系统的抗干扰技术检测系统的抗干扰技术 2 2）共模干扰）共模干扰 共模干扰往往是指同时加载在各个信号接收器输入信号

7、接口端的共模干扰往往是指同时加载在各个信号接收器输入信号接口端的 共有的信号干扰。虽然它不直接影响结果，但是当信号接收器的输入共有的信号干扰。虽然它不直接影响结果，但是当信号接收器的输入 电路参数不对称时，它会转化为差模干扰，对测量结果产生影响。电路参数不对称时，它会转化为差模干扰，对测量结果产生影响。 共模干扰一般用等效电压源表示，图共模干扰一般用等效电压源表示，图8-28-2给出一般情况下的等效电给出一般情况下的等效电 路。图中路。图中E Es s及及R Rs s为有用信号源及内阻，为有用信号源及内阻，U Ud d表示干扰电压源，表示干扰电压源，Z Zd1 d1、 、Zd2Zd2表表 示干

8、扰源阻抗，示干扰源阻抗，Z Z1 1、Z Z2 2表示信号传输线阻抗，表示信号传输线阻抗，Z Zs1 s1、 、Z Zs2 s2表示信号传输线 表示信号传输线 对地漏阻抗。对地漏阻抗。 8.1 干扰的类型及形成要素干扰的类型及形成要素 图8-2 共模干扰等效电路图 第第8 8章章 检测系统的抗干扰技术检测系统的抗干扰技术 3 3）共模干扰抑制比）共模干扰抑制比 检测系统对共模干扰的抑制能力可以共模干扰抑制比检测系统对共模干扰的抑制能力可以共模干扰抑制比 来衡量，它是指作用于系统的共模干扰信号与使系统产生来衡量，它是指作用于系统的共模干扰信号与使系统产生 同样输出所需的差模信号之比。同样输出所需

9、的差模信号之比。 常用对数形式表示常用对数形式表示 式中式中 U Ucm cm- -作用于系统的共模干扰信号； 作用于系统的共模干扰信号； U Ucd cd- -使系统产生同样输出所需的差模信号。 使系统产生同样输出所需的差模信号。 共模干扰抑制比共模干扰抑制比K KCMR CMR值越高，说明对共模干扰抑制能 值越高，说明对共模干扰抑制能 力越强。力越强。 8.1 干扰的类型及形成要素干扰的类型及形成要素 cd cm CMR U U Klg20 第第8 8章章 检测系统的抗干扰技术检测系统的抗干扰技术 8.2 抑制干扰措施抑制干扰措施 抑制干扰的措施很多，主要包括硬件处理和软件处理抑制干扰的措

10、施很多，主要包括硬件处理和软件处理 等方法。等方法。 8.2.1硬件抑制干扰措施硬件抑制干扰措施 1. 屏蔽技术屏蔽技术 屏蔽是利用导电或导磁材料制成的盒状或壳状屏蔽体，将干扰源屏蔽是利用导电或导磁材料制成的盒状或壳状屏蔽体，将干扰源 或干扰对象包围起来从而割断或削弱干扰场的空间耦合通道，阻止其或干扰对象包围起来从而割断或削弱干扰场的空间耦合通道，阻止其 电磁能量的传输的技术措施。电磁能量的传输的技术措施。 按需屏蔽的干扰场的性质不同，可分为静电屏蔽、低频磁场屏蔽按需屏蔽的干扰场的性质不同，可分为静电屏蔽、低频磁场屏蔽 和电磁屏蔽。和电磁屏蔽。 8.2 抑制干扰措施抑制干扰措施 第第8 8章章

11、 检测系统的抗干扰技术检测系统的抗干扰技术 2.2.隔离隔离 隔离是指把干扰源与接收系统隔离开来，使有用信号正常传输，隔离是指把干扰源与接收系统隔离开来，使有用信号正常传输， 而干扰耦合通道被切断，达到抑制干扰的目的。常见的隔离方法有光而干扰耦合通道被切断，达到抑制干扰的目的。常见的隔离方法有光 电隔离、变压器隔离和继电器隔离等方法。电隔离、变压器隔离和继电器隔离等方法。 （1 1）光电隔离）光电隔离 8.2 抑制干扰措施抑制干扰措施 图8-3 光电隔离原理 第第8 8章章 检测系统的抗干扰技术检测系统的抗干扰技术 （2）变压器隔离）变压器隔离 对于交流信号的传输一般使用变压器隔离干扰信号的办

12、法。隔对于交流信号的传输一般使用变压器隔离干扰信号的办法。隔 离变压器也是常用的隔离部件，用来阻断交流信号中的直流干扰和抑离变压器也是常用的隔离部件，用来阻断交流信号中的直流干扰和抑 制低频干扰信号的强度。制低频干扰信号的强度。 8.2 抑制干扰措施抑制干扰措施 图8-4 光电隔离和变压器隔离原理 （3）继电器隔离）继电器隔离 继电器线圈和触点仅有机械上形成联系，而没有直接的电的继电器线圈和触点仅有机械上形成联系，而没有直接的电的 联系，因此可利用继电器线圈接受电信号，而利用其触点控制和传联系，因此可利用继电器线圈接受电信号，而利用其触点控制和传 输电信号，从而可实现强电和弱电的隔离。同时，继

13、电器触点较多输电信号，从而可实现强电和弱电的隔离。同时，继电器触点较多 ，且其触点能承受较大的负载电流，因此应用非常广泛。，且其触点能承受较大的负载电流，因此应用非常广泛。 第第8 8章章 检测系统的抗干扰技术检测系统的抗干扰技术 3.接地接地 接地是保证人身和设备安全、抗噪声干扰的一种方法。接地是保证人身和设备安全、抗噪声干扰的一种方法。 接地有两种情况，一种是设定一个基准面（如金属机壳），所有接地有两种情况，一种是设定一个基准面（如金属机壳），所有 信号回线都与之相连，包括测量仪器在内的所有电子仪器内部均为此信号回线都与之相连，包括测量仪器在内的所有电子仪器内部均为此 接法。另一种是直接接

14、地，工业电源、电力设备等都与大地相连。接法。另一种是直接接地，工业电源、电力设备等都与大地相连。 合理地选择接地方式是抑制电容性耦合、电感性耦合及电阻耦合，合理地选择接地方式是抑制电容性耦合、电感性耦合及电阻耦合， 减小或削弱干扰的重要措施。减小或削弱干扰的重要措施。 检测系统接地包括一点接地和多点接地两种方式。一般低频电路检测系统接地包括一点接地和多点接地两种方式。一般低频电路 由于布线和元件间的电感影响很小，而公共阻抗影响很大，因此应一由于布线和元件间的电感影响很小，而公共阻抗影响很大，因此应一 点接地。而在高频电路中，地线具有电感，因而增加了地线阻抗，而点接地。而在高频电路中，地线具有电

15、感，因而增加了地线阻抗，而 且地线变成厂天线，向外辐射噪声信号，因此要多点接地。通常频率且地线变成厂天线，向外辐射噪声信号，因此要多点接地。通常频率 在在1MHz以下用一点接地，频率在以下用一点接地，频率在10MHz以上用多点接地。以上用多点接地。 8.2 抑制干扰措施抑制干扰措施 第第8 8章章 检测系统的抗干扰技术检测系统的抗干扰技术 （1）一点接地）一点接地 就是将各种具有不同信号电平的信号地线、噪声地线和金属件地就是将各种具有不同信号电平的信号地线、噪声地线和金属件地 线分别在电路中适当的一点接地，而不应相互串接。线分别在电路中适当的一点接地，而不应相互串接。点接地又分单点接地又分单

16、级电路一点接地和多级电路一点接地两种情况。级电路一点接地和多级电路一点接地两种情况。 8.2 抑制干扰措施抑制干扰措施 图8-5 串联一点接地图 8-6 并联一点接地 第第8 8章章 检测系统的抗干扰技术检测系统的抗干扰技术 （2）多点接地）多点接地 若电路工作频率较高，电感分量大，各地线间的互感耦合会增若电路工作频率较高，电感分量大，各地线间的互感耦合会增 加干扰，这时最好采用多点接地，如图加干扰，这时最好采用多点接地，如图8-7所示，各接地点就近接于所示，各接地点就近接于 接地汇流排或底座、外壳等金属构件上。接地汇流排或底座、外壳等金属构件上。 8.2 抑制干扰措施抑制干扰措施 图8-7

17、多点接地 第第8 8章章 检测系统的抗干扰技术检测系统的抗干扰技术 4.4.滤波滤波 滤波是抑制干扰传导的一种重要方法。由于干扰源发出的电磁干滤波是抑制干扰传导的一种重要方法。由于干扰源发出的电磁干 扰的频谱往往比要接收的信号的频谱宽得多，因此，当接受器接收有扰的频谱往往比要接收的信号的频谱宽得多，因此，当接受器接收有 用信号时，也会接收到那些不希望有的干扰。这时，可以采用滤波的用信号时，也会接收到那些不希望有的干扰。这时，可以采用滤波的 方法，只让所需要的频率成分通过，而将干扰频率成分加以抑制。方法，只让所需要的频率成分通过，而将干扰频率成分加以抑制。 8.2 抑制干扰措施抑制干扰措施 图8

18、-8 二阶RC有源低通滤波电路 第第8 8章章 检测系统的抗干扰技术检测系统的抗干扰技术 8.2.48.2.4软件抗干扰技术软件抗干扰技术 1.1.数字滤波数字滤波 所谓数字滤波就是通过一定的计算程序对采样信号进行平滑处理，所谓数字滤波就是通过一定的计算程序对采样信号进行平滑处理， 提高其有用信号，消除或减少各种干扰和噪音的影响，以保证系统的提高其有用信号，消除或减少各种干扰和噪音的影响，以保证系统的 可靠性。不需要增加硬件设备，只要在程序进入控制算法之前，附加可靠性。不需要增加硬件设备，只要在程序进入控制算法之前，附加 一段数字滤波程序。一段数字滤波程序。 2.2.软件陷阱技术软件陷阱技术 软件陷阱是通过指令强行将捕获的程序引向指定地址，并在此用软件陷阱是通过指令强行将捕获的程序引向指定地址，并在此用 专门的出错处理程序加以处理的软件抗干扰技术。专门的出错处理程序加以处理的软件抗干扰技术。 3.“3