测控系统抗干扰技术PPT学习教案

1、会计学1 测控系统抗干扰技术测控系统抗干扰技术PPT课件课件 2021-8-82 第1页/共37页 2021-8-83 第2页/共37页 2021-8-84 第3页/共37页 2021-8-85 Us Un 信号信号 接收接收 端端 第4页/共37页 2021-8-86 图3-1 串模干扰示意图 A/D 转 换 器 Us Ug 信 号 源 A/D 转 换 器 Us Ug 理想被测信 号 Us O Ug O t 串模干扰信 号 Uc O t t 实测 信号 (a) (b)(c) 第5页/共37页 2021-8-87 串模干扰也称为差模干扰、横向干扰、常模干扰或常态干扰串模干扰也称为差模干扰、横向

2、干扰、常模干扰或常态干扰。 第6页/共37页 2021-8-88 Us 信号信号 接收接收 端端 Ucm A B 第7页/共37页 2021-8-89 图图9.3 串模干扰与共模干扰波形串模干扰与共模干扰波形 (a) 直流信号； (b) 串模干扰； (c) 共模干扰； (d) 串模干扰与共模干扰共同作用 第8页/共37页 2021-8-810 第9页/共37页 2021-8-811 Us 信号信号 接收接收 器器 Ucm Z i A 单端对地输入单端对地输入 Zs Ic Zs1 Us 信号信号 接收接收 器器 Ucm Z c 1 A 差动输入差动输入 Ic1 Zs2 Ic2 Z c 2 A 第

3、10页/共37页 2021-8-812 有效信号有效信号 高压线高压线 漏电阻漏电阻 汇流条汇流条 Rp1Rp2Rpn Rn1 Rn2Rnn i1 i2in i1i1+i 2 nj j ij 1 回流条回流条 第11页/共37页 2021-8-813 模拟模拟 系统系统 数字数字 系统系统 模拟模拟 系统系统 数字数字 系统系统 模拟模拟 系统系统 数字数字 系统系统 第12页/共37页 2021-8-814 2、电磁场传播的干扰电磁场传播的干扰 (1) 静电耦合：静电耦合：静电场干扰通过分布电容耦合进入系统静电场干扰通过分布电容耦合进入系统 两根平行导线之间的、印刷线路之间、变压器线匝之间、

4、两根平行导线之间的、印刷线路之间、变压器线匝之间、 绕组之间都可能构成分布电容。绕组之间都可能构成分布电容。 (2)电磁耦合：电磁耦合：电磁耦合干扰通过电感引入感应电势电磁耦合干扰通过电感引入感应电势 两条平行导线间会产生磁场耦合两条平行导线间会产生磁场耦合 (3) 辐射电磁场耦合：辐射电磁场耦合：具有天线效应的电源线和长信号线会具有天线效应的电源线和长信号线会 对空间电磁场产生接收作用，感应出干扰信号。对空间电磁场产生接收作用，感应出干扰信号。 第13页/共37页 2021-8-815 1消除或抑制干扰源消除或抑制干扰源 消除和抑制干扰源是行之有效的抗干扰措施之一， 如：选择热噪声小的元器件

5、、把产生干扰的大功率设备 移开、避免信号电缆与电源电缆平行敷设、在各种强电 触点开关上采取消弧措施等等。 2切断引入干扰的途径切断引入干扰的途径 (1) 提高绝缘性能，消除或抑制漏电阻； (2) 正确的接地技术； (3) 隔离技术，切断信号传输中电的联系； (4) 屏蔽、浮置技术，防止电磁场干扰； (5) 滤波技术，阻止干扰信号进入系统。 3提高设备本身抗干扰的性能提高设备本身抗干扰的性能 使用高质量元器件、优化设计线路板等 第14页/共37页 2021-8-816 1滤波技术滤波技术 滤波是抗串模干扰的通常做法，在有效信号和干扰 信号特性显著不同时，则滤波效果十分有效。 滤波器的形式： -

6、低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器等； - 模拟滤波器、数字滤波器； 模拟滤波器又分： - 无源滤波器和有源滤波器（滤波+放大） 2使用双积分式使用双积分式A/D转换器转换器 克服工频干扰以及对称干扰的影响。 3使用双绞屏蔽信号传输线使用双绞屏蔽信号传输线 减少电磁感应产生的干扰 4选用高抗干扰性的元器件选用高抗干扰性的元器件：高逻辑电平高逻辑电平 、V/F转换 器 5供电技术与阻抗匹配技术供电技术与阻抗匹配技术 第15页/共37页 2021-8-817 1差动输入差动输入 2隔离技术隔离技术 切断电量通道，把信号侧与输入侧隔离开来，使共模切断电量通道，把信号侧与输入侧隔离开来，使共模 电压形

7、不成电流电路，以光耦合或磁耦合作用将有效信号传电压形不成电流电路，以光耦合或磁耦合作用将有效信号传 递至输入端。递至输入端。 光电隔离 ：传输脉冲信号，也可传递模拟信号 变压器隔离：对信号进行调制和解调 3浮地与屏蔽浮地与屏蔽 浮地：使模拟地浮空，提高整个回路对于共模干扰电压的 阻抗 屏蔽：屏蔽外部电磁场对模拟放大部分的干扰 模拟量输入通道采用三线采样、双层屏蔽、放大器浮模拟量输入通道采用三线采样、双层屏蔽、放大器浮 地的方式地的方式 ，电路原理框图如图3-13所示 。三线采样保证在非采 样期间切断Ucm形成电流回路，双层屏蔽和浮地大大提高了 CMRR 第16页/共37页 2021-8-818

8、 图图3-11 变压器隔离电路变压器隔离电路 图图3-12 光电隔离光电隔离 第17页/共37页 2021-8-819 图3-13 三线采样、双层屏蔽、放大器浮地原理图 第18页/共37页 2021-8-820 终端（始端）阻抗匹配技术终端（始端）阻抗匹配技术： 针对传输线的阻抗（双绞线的波阻抗一般在100 200之间，同轴电缆的波阻抗在50100之间）。设计 适宜的终端（始端）阻抗匹配电路。 第19页/共37页 2021-8-821 3.3.1地线与接地技术 计算机控制系统中的地线有计算机控制系统中的地线有: : 安全地： 机壳地或屏蔽地，特征是不作为电流回流的地线。接 地电阻要求小于5 电

9、源或信号参考电位：电源或信号的参考地电位 数字地、 模拟地、 功率地 第20页/共37页 2021-8-822 接地的应用原则接地的应用原则 (1) 一般高频电路应就近多点接地, 低频电路应一点接 地。在高频电路中, 地线上具有电感, 因而增加了地线阻抗, 而且地线变成了天线, 向外辐射噪声信号, 因此, 要多点就近 接地。在低频电路中, 接地电路若形成环路, 对系统影响很 大, 因此应一点接地。 第21页/共37页 2021-8-823 电路电路1电路电路2电路电路3 串联一点接地串联一点接地 并联一点接地并联一点接地 电路电路1电路电路2电路电路3 信号地线信号地线噪声地线噪声地线 金属件

10、接地金属件接地 实用低频接地实用低频接地 第22页/共37页 2021-8-824 (2) 交流地、功率地与信号地不能公用。 流过交流地和功率 地的电流较大, 会造成数毫伏、甚至几伏电压, 这会严重地干扰 低电平信号的电路, 因此信号地与交流地、功率地分开。 (3) 数字地与模拟地应分开, 最后单点相连。 数字地模拟地 安全地 (机壳地) 系统地 接地板 横汇流条 纵汇流条 横汇流条 纵汇流条 模拟地 数字地 图3.17(a) 回流法接地示例 分别回流法分别回流法：电路中把模拟地和数字地分开，采用汇流条分别 走线，最终在一点把两个地接在一起。 第23页/共37页 2021-8-825 信号屏蔽

11、层接地：单点接地信号屏蔽层接地：单点接地 机柜接地：机柜接地： 机柜内安装的内部机件外壳应保证与机柜有很好的接触 ，机柜应当与大地一点相连。 内部电路应当浮空，与机柜 的绝缘电阻应大于50M。 第24页/共37页 2021-8-826 交流交流 稳压器稳压器 低低 通通 滤波器滤波器 计算机计算机 直直 流流 稳压器稳压器 220V AC 第25页/共37页 2021-8-827 2. 抗电源干扰技术抗电源干扰技术 (1)交流电源系统的抗干扰交流电源系统的抗干扰 消除电源中高频干扰，常采用带屏蔽的变压器隔离和滤波技术 (2) 直流电源系统的抗干扰直流电源系统的抗干扰 采用逆变式开关电源(DC/

12、DC变换器): 防止工频干扰 采用退耦电容器 ：以消除电源内阻所产生的干扰 分组供电。 把变压器隔离，光电隔离输入与输出部分的电源分开，单独供 电。 （3）电源保护）电源保护 配置不间断电源装置（UPS）。在正常情况下，来自电网的 220VAC给系统供电，同时，也对电池组充电。当交流供电中 断后，控制器立即将开关切至逆变器的输出端，电池组为逆变 器供电，输出交流220V电压，对系统供电。 设置双回路供电系统、掉电中断等 第26页/共37页 2021-8-828 1、数字滤波数字滤波 数字滤波是通过一定的算法程序，进一步消除信号中 的低频或高频干扰。数字滤波算法种类很多，常用的如 ：算术平均滤波

13、可消除周期性干扰信号；中值滤波可去 掉脉冲性的干扰；一阶滞后滤波相当于RC滤波器。 2、信号监督信号监督 充分利用计算机的判断能力，对系统输入与输出信号 进行判别与监督。如上下限监督、多测点表决方式输入 、接入标准验证信号等。 3、系统监督系统监督 对整个计算机系统工作状态的监督 ，如诊断程序等。 第27页/共37页 2021-8-829 计算机控制系统工作特点：计算机控制系统工作特点： 环境恶劣、干扰严重、对可靠性要求高环境恶劣、干扰严重、对可靠性要求高 对计算机控制系统的评价：对计算机控制系统的评价： 性能指标、可靠性性能指标、可靠性 （两方面都重要）（两方面都重要） 第28页/共37页

14、2021-8-830 什么是计算机控制系统的可靠性什么是计算机控制系统的可靠性？ 在规定的条件下、在规定的时间内完成规定任务的在规定的条件下、在规定的时间内完成规定任务的 能力。是个定性的概念。能力。是个定性的概念。 有两层含义：有两层含义： 在规定时间内无故障运行；在规定时间内无故障运行； 故障后维修方便。故障后维修方便。 第29页/共37页 2021-8-831 可靠性的定量描述：可靠性的定量描述： 如下图，系统运行时间 后发生故障，需维修时间 。 k t k T , 2 , 1 k 可定义以下可靠性指标可定义以下可靠性指标： 第30页/共37页 2021-8-832 可靠性指标可靠性指标

15、： (1)可靠度可靠度R(t) 可靠度的定义：可靠度的定义：产品在规定的条件和规定的时间内完成 规定功能的概率。设t为运行时间，N0为相同的控制系统数( 足够大) ,NS为该段时间内未发生故障的控制系统数,则: 0 )( N N tR S (2)失效率失效率(t) 失效率的定义：失效率的定义：单位时间内发生故障的次数。 n i i t n 1 总工作时间 失效次数 第31页/共37页 2021-8-833 可靠性指标可靠性指标： 图3-21电子产品的失效率曲线 早期故障期：元器件质量原因，通过投运前考机、调试排除 偶然故障期：系统稳定期 失效故障期：部分器件寿命到期 第32页/共37页 2021-8-834 （3）平均无故障时间）平均无故障时间 MTBF(Mean Time Between Failure) 1 MTBF 平均维护时间MTTR(Mean Time To Repair) 维护次数 总维护时间 MTTR (4)利用率利用率A MTBF A MTBFMTTR 要获得尽可能大的可利用率，应当使MTBF尽可能大 ，使MTTR尽可能地小。