检测系统中的干扰分析与抑制

1、检测系统中的干扰分析与抑制    【关键词】检测系统；干扰；噪声；抑制    【中图分类号】                        【文献标识码】 A            

2、;        【文章编号】 1008-1151(2006)08-0068-02      随着检测设备的日趋小型化、集成化、微机化，在极小的空间里要处理大量信息，而许多信号又是微弱的模拟信号，所以干扰问题显得越来越突出。由于这些干扰的影响，轻则影响测量精度，降低检测装置的分辨率和灵敏度，重则使检测系统无法正常工作，特别是在利用测量结果进行控制的系统中，会导致控制失灵，降低产品质量，甚至损坏设备，造成事故。因此在检测系统的设计、制造、安装和使用中都必须充分注意抗干扰问题。一

3、、干扰和干扰源检测系统在工作过程中会受到许多的干扰，把来自系统外部的对测试工作不利的因素称为干扰；而把来自系统内部产生的对测试工作不利的因素称为噪声，噪声称为内部干扰。并把干扰和噪声统称为干扰，归纳起来干扰源主要来自以下几个方面：（一）机械干扰      机械干扰是通过机械震动或冲击使电子检测系统中的元件发生震动，从而改变了系统的电气参数而引起的。      （二）化学及湿度干扰      化学物品如酸、碱、盐及其他腐蚀性气体侵入检测系统内部，腐

4、蚀电气元件，产生电化学噪声。环境湿度增大会使绝缘体的绝缘电阻下降，使电介质的电介常数增大；使电感常数线圈的Q值（电感线圈的品质因数）下降；使金属材料生锈等等。      （三）固有噪声干扰      固有噪声是在检测系统中同电子元件本身产生的、具有随机性、宽频带的噪声。其固有噪声源有电阻热噪声、半导体散粒噪声和接触噪声三种。1.电阻热噪声。任何电阻即使不与电源相接，在它的两端也有一定的噪声电压产生，这个噪声电压是由电阻中的电子作无规则的热运动引起的。2.半导体散粒噪声。散粒噪声产生于半导体中，它

5、是通过载流子的随机扩散以及电子空穴对随机发生及复合形而成的噪声。3.接触噪声。接触噪声它一般发生在两个导体相连接的地方，由于元器件之间的不完全接触，从而形成电导率的起伏而引起的。（四）电磁噪声干扰在交通、工业生产中有大量的用电设备容易产生火花放电，在放电过程中，会向周围辐射出从低频到甚高频大功率的电磁波。无线电台、雷电等也会发射出功率强大的电磁波，上述这些电磁波可以通过电网、甚至以直接辐射的形式传播到离这些噪声源很远的检测装置中，在工频输电线路附近也存在强大的交变电场和磁场，将对十分敏感的检测装置造成干扰。可以说，检测系统总是处于电磁干扰的环境中，电磁干扰则是检测系统的主要干扰形式。二、干扰的

6、传输途径      干扰传输的途径有“路”和“场”两种形式。      （一）通过“路”的干扰1.泄漏电阻。元件的支架、接线柱、印刷电路以用电容器内部的介质或绝缘外壳等绝缘不良等都可产生漏电流而引起干扰。2.共阻抗耦合。共阻抗耦合干扰是由检测系统内部的各部分之间相互影响而引起的。当两个或两个以上电路有公共阻抗时，一个电路电流的变化会在公共阻抗上产生电压，这个电压就成为其他电路的干扰源；当一个电源同时对几个电路供电时，电源内阻和线路电阻成为几个电路的公共阻抗，某一电路电流的变化在公共阻抗上产生的电

7、压也会成为对其他电路和干扰源。3.经电源线引入干扰。交流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。（二）通过“场”的干扰1.通过电场的耦合。电场耦合它又称电容耦合，它是通过两个电路之间的寄生电容把一个电路的电荷变化传送到另一电路中。如图1所示，角频率为的噪声电压Un通过干扰线和信号线之间存在的分布电容C在信号源电阻Rs上产生电压jCUnRs。     图1 静电干扰2.通过电磁耦合的干扰。电磁耦合它又称互感器耦合，它通过两个电路之间的互感，把一个电路的电流变化以磁交链

8、的形式影响另一个电路。如图2所示，在信号线旁流过的角频率为的噪声电流由于互感M的存在在放大电路的输入端产生干扰电压jMIs。    图2  磁场干扰3.电磁辐射。它是通过由辐射电磁波产生的电场强度，而感应出的干扰电压hEn，h为信号线的高度，如图3所示：   图3  电磁场的干扰三、干扰的抑制以上通过对干扰的分析，不难看出，干扰的形成必须同时具备干扰源、干扰途径、对噪声敏感的接收电路三个条件，因此抑制干扰则可以分别采用消除或抑制干扰源、破坏干扰途径、削弱接收电路对干扰的敏感性等措施。（一）消除或抑制干扰源1.对机械

9、干扰的抑制。可通过对检测系统采用减震弹簧和减震橡胶来进行防护而消除干扰。2.对化学及湿度干扰的抑制。由于检测系统受周围环境因素的影响较大，可通过对检测系统采取密封、浸漆、环氧树脂或硅橡胶封灌等措施来防护。3.对固有噪声干扰的抑制。对热电阻噪声可通过减小电阻值、带宽和降低温度的方法来实现；而通过选用低噪声三极管减小半导体器件的电流、电路的带宽都能起到减小散粒噪声的影响；减小流过触点的直流电流可以减小接触噪声的影响。4.对电、磁场干扰的抑制。屏蔽技术是抑制电、磁场干扰的有效措施，它主要是通过利用低电阻率的导电材料或高导磁率的铁磁材料将检测系统易受干扰的地方包围起来，以阻断电磁场的传播，达到抑制电磁

10、场干扰的目的。它有静电屏蔽、电磁屏蔽和磁屏蔽三种类型：静电屏蔽是利用金属导体处等电位，其内部无电力线这一原理。它是通过选用一些由铜、铝等低电阻材料制成的屏蔽盒或屏蔽来防止静电干扰的一种方法。当屏蔽的金属罩接地，则静电场的电力线就在金属处中断，即起到隔离静电场的作用。噪声电流不是通过电阻RS，而是通过屏蔽线到地。如图4所示： 图4电磁屏蔽主要是抑制高频电磁场的干扰。屏蔽体采用的是良好的导体材料，利用高频电磁场在屏蔽导体内所产生的涡流效应的原理，通过一方面消耗电磁场能量，另一方面由涡电流产生反磁场抵消高频干扰磁场，从而达到磁屏蔽的效果。磁屏蔽它主要是用来抑制低频磁场干扰。由于电磁屏蔽材料

11、对低频磁场干扰的屏蔽效果差，故须用高导磁材料的玻莫合金制成屏蔽罩，使干扰磁力线在屏蔽体内构成回路，屏蔽体外漏磁通很少，从而抑制低频磁场的干扰作用。（二）破坏干扰途径1.利用电源退耦、滤波技术引导干扰信号的转移。检测系统不论是采用直流供电还是交流供电都存在由电源引起的干扰。如果是交流供电，整流滤波后得到的电压波纹是一种低频干扰，而开关电源则存在高频噪声；如果是直流变换器，同样也存在高频噪声。电源滤波和退耦可以抑制电源干扰。把电路滤波电路放在交流进线和变压器输入之间，由高频电感L和旁路电容C组成的滤波器能有效地抑制高频噪声进入电源进线。同时为了避免系统内几个电路间的相互干扰，可在每个电路的直流电源

12、进线与地线之间接入退耦电路。如图5所示： 图5  电源滤波和退耦技术2.通过改变接地形式来消除共阻抗干扰。检测系统的接地有多种方式，若接地不当，也会造成干扰。如图6所示，若采用两点接地，因地电位差产生的共模电压的电流要流经信号零线转换为差模干扰，造成严重影响。若改在信号源处一点接地，干扰信号主要经屏蔽层而且主要是容性漏电流，则影响很小。 图6  检测系统的一点接地3.利用光电隔离器切断“路”径。这是一种具有光电隔离的放大器，其输入输出电路以及电源部分是隔离的，它们之间没有电的直接联系，信号的传递是通过磁路或光路来完成的，它能有效地阻止测量现场和检测系统间的共模干扰，如图7所示： 图7  光电隔离（三）消弱接收电路对干扰的敏感性能      1.利用检测系统内的选频电路可以削