第11章 传感器输出信号的处理技术

1、学习目的 掌握传感器输出信号的形式掌握传感器输出信号的形式 掌握常用典型传感器接口电路掌握常用典型传感器接口电路 了解干扰的来源与抗干扰技术了解干扰的来源与抗干扰技术 传感器使用时需与专用的测量电路有效结合才传感器使用时需与专用的测量电路有效结合才能发挥其功能，理想的传感器电路不仅能使其正常能发挥其功能，理想的传感器电路不仅能使其正常工作，还能在一定程度上工作，还能在一定程度上克服传感器本身的不足克服传感器本身的不足，扩展其功能扩展其功能，使传感器的功能得到充分的发挥。同，使传感器的功能得到充分的发挥。同时，为使传感器的输出信号能用于仪器、仪表的显时，为使传感器的输出信号能用于仪器、仪表的显示

2、或控制，往往要对输出信号进行必要的加工处理。示或控制，往往要对输出信号进行必要的加工处理。111 传感器输出信号的特点11.1.1 11.1.1 传感器输出信号的形式传感器输出信号的形式u 由于传感器种类繁多，传感器的输出形式也由于传感器种类繁多，传感器的输出形式也是各式各样的。例如，尽管同是温度传感器，是各式各样的。例如，尽管同是温度传感器，热电偶随温度变化输出的是不同的电压，热敏热电偶随温度变化输出的是不同的电压，热敏电阻随温度变化输出的是不同的电阻，而双金电阻随温度变化输出的是不同的电阻，而双金属温度传感器则随温度变化输出开关信号。表属温度传感器则随温度变化输出开关信号。表11-111-

3、1列出了传感器输出信号的一般形式。列出了传感器输出信号的一般形式。表11-1传感器的输出信号形式输出形式输出形式输出变化量输出变化量传感器的例子传感器的例子开关信号型开关信号型机械触点机械触点双金属温度传感器双金属温度传感器模拟信号型模拟信号型电子开关电子开关霍耳开关式集成传感器霍耳开关式集成传感器电压电压热电偶、磁敏元件、气敏元热电偶、磁敏元件、气敏元件件电流电流光敏二极管光敏二极管电阻电阻热敏电阻、应变片热敏电阻、应变片电容电容电容式传感器电容式传感器电感电感电感式传感器电感式传感器其他其他频率频率多普勒速度传感器、谐振式多普勒速度传感器、谐振式传感器传感器11.1.2 传感器输出信号的特

4、点传感器输出的信号类型有传感器输出的信号类型有电压、电流、电阻、电容、电感、电压、电流、电阻、电容、电感、频率频率等，通常是等，通常是动态的动态的。输出的电信号一般都输出的电信号一般都比较弱比较弱，如电压信号通常为，如电压信号通常为VmVVmV级，级，电流信号为电流信号为nAmAnAmA级。级。传感器内部传感器内部存在噪声存在噪声，输出信号输出信号会与会与噪声信号噪声信号混合在一起，混合在一起，当噪声比较大而输出信号又比较弱时，常会使有用信号淹没当噪声比较大而输出信号又比较弱时，常会使有用信号淹没在噪声之中。在噪声之中。传感器的输出信号传感器的输出信号动态范围很宽动态范围很宽。输出信号随着物理

5、量的变。输出信号随着物理量的变化而变化，但它们之间的关系不一定是化而变化，但它们之间的关系不一定是线性比例关系线性比例关系，例如，例如，热敏电阻值随温度变化按指数函数变化。输出信号大小会受热敏电阻值随温度变化按指数函数变化。输出信号大小会受温度的影响，有温度系数存在。温度的影响，有温度系数存在。传感器的输出信号传感器的输出信号受外界环境（如温度、电场）的干扰受外界环境（如温度、电场）的干扰。传感器的传感器的输出阻抗都比较高输出阻抗都比较高，这样会使传感器信号输入到测，这样会使传感器信号输入到测量电路时，产生较大信号衰减。量电路时，产生较大信号衰减。11.1.3 输出信号的处理方法 根据传感器输

6、出信号的特点，采取不同的信号处理方法来根据传感器输出信号的特点，采取不同的信号处理方法来提高测量系统的测量提高测量系统的测量精度精度和和线性度线性度，这正是传感器信号处理，这正是传感器信号处理的目的。另外，传感器在测量过程的目的。另外，传感器在测量过程中常掺杂有许多噪声信号中常掺杂有许多噪声信号，它会直接影响测量系统的精度，因此它会直接影响测量系统的精度，因此抑制噪声抑制噪声也是传感器信也是传感器信号处理的重要内容。号处理的重要内容。 传感器输出信号的处理主要由传感器的传感器输出信号的处理主要由传感器的接口电路接口电路完成。因完成。因此传感器接口电路应具有一定信号预处理的功能。经预处理此传感器

7、接口电路应具有一定信号预处理的功能。经预处理后的信号，应成为后的信号，应成为可供测量、控制使用及便于向微型计算机可供测量、控制使用及便于向微型计算机输出的信号形式输出的信号形式。接口电路对不同的传感器是完全不一样的，。接口电路对不同的传感器是完全不一样的，其典型应用电路见表其典型应用电路见表11-211-2。表11-2 典型的传感器接口电路接口电路接口电路对信号的预处理功能对信号的预处理功能阻抗变换电路阻抗变换电路在传感器输出为高阻抗的情况下，变换为低阻抗、在传感器输出为高阻抗的情况下，变换为低阻抗、以便于检测电路准确地拾取传感器的输出信号以便于检测电路准确地拾取传感器的输出信号放大变换电路放

8、大变换电路将微弱的传感器输出信号放大将微弱的传感器输出信号放大电流电压转换电路电流电压转换电路 将传感器的电流输出转换成电压将传感器的电流输出转换成电压电桥电路电桥电路把传感器的电阻、电容、电感变化为电流或电压把传感器的电阻、电容、电感变化为电流或电压频率电压转换电路频率电压转换电路 把传感器输出的频率信号转换为电流或电压把传感器输出的频率信号转换为电流或电压电荷放大器电荷放大器将电场型传感器输出产生的电荷转换为电压将电场型传感器输出产生的电荷转换为电压有效值转换电路有效值转换电路在传感器为交流输出的情况下，转为有效值、变在传感器为交流输出的情况下，转为有效值、变为直流输出为直流输出滤波电路滤

9、波电路通过低通及带通滤波器的噪声成分通过低通及带通滤波器的噪声成分线性化电路线性化电路在传感器的特性不是线性的情况下，用来进行线在传感器的特性不是线性的情况下，用来进行线性校正性校正对数压缩电路对数压缩电路当传感器输出信号的动态范围较宽时，用对数电当传感器输出信号的动态范围较宽时，用对数电路进行压缩路进行压缩 在非电量测量过程中，往往会发现总是有一些在非电量测量过程中，往往会发现总是有一些无用的背景无用的背景信号信号与与被测信号被测信号叠加在一起，这称为叠加在一起，这称为干扰干扰，有时也采用，有时也采用噪声噪声这这一习惯用语。一习惯用语。 对由传感器形成的测量装置而言，形成噪声干扰通常有对由传

10、感器形成的测量装置而言，形成噪声干扰通常有3 3个个要素要素：噪声源、通道：噪声源、通道（噪声源到接收电路之间的耦合通道）、（噪声源到接收电路之间的耦合通道）、接收电路接收电路。 噪声对检测装置的影响必须与有用信号共同分析才有意义。噪声对检测装置的影响必须与有用信号共同分析才有意义。衡量噪声对有用信号的影响常用衡量噪声对有用信号的影响常用信噪比（信噪比（S/N）来表示，它是来表示，它是指在指在信号通道信号通道中，中，有用信号功率有用信号功率PS与与噪声功率噪声功率PN 之比，或之比，或有用有用信号电压信号电压US与与噪声电压噪声电压UN 之比。信噪比常用对数形式来表示，之比。信噪比常用对数形式

11、来表示，单位为单位为dB，即，即 S/N=10lg（ PS / PN ）=20lg（ US / UN ）（）（dB） 在测量过程中应尽量提高信噪比，以减少噪声对测量结果在测量过程中应尽量提高信噪比，以减少噪声对测量结果的影响。的影响。 11.3 干扰的类型与要素信噪比信噪比（S/N）的）的计算举例计算举例 在扩音机输入端测得：话筒输出的做报在扩音机输入端测得：话筒输出的做报告者声音的平均电压为告者声音的平均电压为50mV， 50Hz干扰干扰“嗡嗡嗡嗡”声的电压为声的电压为0.5mV，求信噪比。，求信噪比。 解解 S/N=20lg（50/0.5） dB =40 dB 噪声源及干扰源噪声源及干扰源

12、 一、机械干扰一、机械干扰 机械干扰机械干扰是指机械振动或是指机械振动或冲击使电子检测装置中的元件冲击使电子检测装置中的元件发生发生振动振动改变了系统的改变了系统的电气参电气参数数，造成可逆或不可逆的影响。，造成可逆或不可逆的影响。 对机械干扰，可选用专用对机械干扰，可选用专用减振弹簧减振弹簧- -橡胶垫脚或吸振橡橡胶垫脚或吸振橡胶海绵垫来降低系统的谐振频胶海绵垫来降低系统的谐振频率，吸收振动的能量，率，吸收振动的能量， 从而从而减小系统的振幅。减小系统的振幅。 橡胶橡胶 海绵软垫海绵软垫橡胶垫脚及弹簧橡胶垫脚及弹簧振动试验台振动试验台 频率、振幅均可调节频率、振幅均可调节 将被测仪器（如图中

13、的电子天平）固定在将被测仪器（如图中的电子天平）固定在振动台上，逐渐增大振幅，测试在不同频率的振动台上，逐渐增大振幅，测试在不同频率的规定振幅下，产品指标是否变化。规定振幅下，产品指标是否变化。固定固定跌落试验跌落试验 产品在运输产品在运输过程中常因为遭过程中常因为遭受剧烈震动或跌受剧烈震动或跌落而损坏或性能落而损坏或性能变差，因此需要变差，因此需要做抗跌落试验和做抗跌落试验和测试。测试。跌落试验机跌落试验机二、湿度及化学干扰二、湿度及化学干扰 当环境当环境相对湿度相对湿度增加时，物体表面就增加时，物体表面就会附着一层会附着一层水膜水膜，并渗入材料内部，降低，并渗入材料内部，降低了绝缘强度，造

14、成了漏电、击穿和短路现了绝缘强度，造成了漏电、击穿和短路现象；潮湿还会加速金属材料的腐蚀，并产象；潮湿还会加速金属材料的腐蚀，并产生原电池电化学干扰电压；在较高的温度生原电池电化学干扰电压；在较高的温度下，潮湿还会促使霉菌的生长，并引起有下，潮湿还会促使霉菌的生长，并引起有机材料的霉烂。机材料的霉烂。 某些化学物品如酸、碱、盐、各种腐某些化学物品如酸、碱、盐、各种腐蚀性气体以及沿海地区由海风带到岸上的蚀性气体以及沿海地区由海风带到岸上的盐雾也会造成与潮湿类似的漏电腐蚀现象，盐雾也会造成与潮湿类似的漏电腐蚀现象，必须采取以下措施来加以保护：必须采取以下措施来加以保护：浸漆、密浸漆、密封、定期通电

15、加热驱潮等封、定期通电加热驱潮等。用绝缘漆浸用绝缘漆浸漆漆过的控制过的控制变压器变压器浸漆可防止水分浸漆可防止水分进入线圈内部进入线圈内部仪器设备的防潮试验仪器设备的防潮试验喷淋试验喷淋试验仪器设备的防潮试验（续）仪器设备的防潮试验（续）“步入式步入式”恒温恒湿房恒温恒湿房（参考（参考江苏省计量测试技术研究所江苏省计量测试技术研究所资料）资料） 体积：体积：25m3 3 ，温度调节范围：（，温度调节范围：（-40+80）， 湿度调节范围：（湿度调节范围：（3090）%RH 可用于进行大型仪器设备的高低温、恒定湿热、可用于进行大型仪器设备的高低温、恒定湿热、交变湿热试验。交变湿热试验。三、热干扰

16、三、热干扰 热量，特别是热量，特别是温度波动温度波动以及以及不均匀的温度场不均匀的温度场对检测对检测装置的装置的干扰干扰，主要体现在以下几个方面：，主要体现在以下几个方面： 元件参数的变化（温漂）、接触热电势干扰、元器元件参数的变化（温漂）、接触热电势干扰、元器件长期在高温下工作时，引起寿命和耐压等级降低等。件长期在高温下工作时，引起寿命和耐压等级降低等。 克服热干扰的克服热干扰的防护措施防护措施有：有： 选用低温漂元件，采取软、硬件温度补偿措施，选选用低温漂元件，采取软、硬件温度补偿措施，选用低功耗、低发热元件，提高元器件规格余量，仪器的用低功耗、低发热元件，提高元器件规格余量，仪器的前置输

17、入级远离发热元件，加强散热、采用热屏蔽等。前置输入级远离发热元件，加强散热、采用热屏蔽等。 散热实例散热实例 散热风扇散热风扇四、固有噪声干扰四、固有噪声干扰 在电路中，电子元件本在电路中，电子元件本身产生的、具有身产生的、具有随机性、宽随机性、宽频带频带的噪声称为的噪声称为固有噪声固有噪声。 最重要的固有噪声源是最重要的固有噪声源是电阻热噪声、半导体散粒噪电阻热噪声、半导体散粒噪声和接触噪声等。声和接触噪声等。 固有噪声可以从喇叭或固有噪声可以从喇叭或耳机中反映出来，但更多的耳机中反映出来，但更多的时候是反映在输出电压的无时候是反映在输出电压的无规律跳变上。规律跳变上。 、电磁兼容（、电磁兼

18、容（EMCEMC）概念）概念 我国从世纪我国从世纪8080年代至今已制定了上百个电年代至今已制定了上百个电磁兼容的国家标准，强制要求多数电气设备必须通磁兼容的国家标准，强制要求多数电气设备必须通过相关电磁兼容标准的性能测试，否则为不合格产过相关电磁兼容标准的性能测试，否则为不合格产品。通俗地说，品。通俗地说，电磁兼容电磁兼容是指是指电子系统在规定的电电子系统在规定的电磁干扰环境中能正常工作的能力，而且还不允许产磁干扰环境中能正常工作的能力，而且还不允许产生超过规定的电磁干扰生超过规定的电磁干扰 。 五、电、磁噪声干扰五、电、磁噪声干扰 、电磁干扰的来源、电磁干扰的来源 电场和磁场以通过电路和磁

19、路对检测系统产生电场和磁场以通过电路和磁路对检测系统产生的干扰称为电磁干扰，它是最为普遍、影响最严的干扰称为电磁干扰，它是最为普遍、影响最严重的干扰。重的干扰。 电磁干扰源分为两大类：电磁干扰源分为两大类：自然界干扰源自然界干扰源和和人人为干扰源为干扰源，后者是检测系统的主要干扰源。，后者是检测系统的主要干扰源。 1.1.自然界干扰源自然界干扰源包括地球外层空间的包括地球外层空间的宇宙射宇宙射电噪声、太阳耀斑辐射噪声电噪声、太阳耀斑辐射噪声以及以及大气层的天电噪大气层的天电噪声声。后者的能量频谱主要集中在。后者的能量频谱主要集中在30MHz30MHz以下，对检以下，对检测系统的影响较大。测系统

20、的影响较大。 2.2.人为干扰源人为干扰源又可分为又可分为有意发射干扰源有意发射干扰源和和无无意发射干扰源意发射干扰源。 通过通过人为干扰源人为干扰源，电磁波电磁波可以通过电网以可以通过电网以直接辐射直接辐射的形式传播到离这些噪声源很远的检的形式传播到离这些噪声源很远的检测装置中。测装置中。 在工频输电线附近也存在强大的交变电场，在工频输电线附近也存在强大的交变电场，在强电流输电线附近存在干扰磁场，他们将对在强电流输电线附近存在干扰磁场，他们将对十分灵敏的检测装置造成干扰。由于这些干扰十分灵敏的检测装置造成干扰。由于这些干扰源功率强大，要消除他们的影响较为困难，必源功率强大，要消除他们的影响较

21、为困难，必须采取多种措施来防护。须采取多种措施来防护。 自然界干扰源和人为干扰源自然界干扰源和人为干扰源X光机产生大功率光机产生大功率 高频干扰高频干扰 闪电产生电磁场干扰闪电产生电磁场干扰自然界干扰源和人为干扰源（续）自然界干扰源和人为干扰源（续）雷达会产生大功率高频干扰雷达会产生大功率高频干扰 变电站会产生变电站会产生50Hz的高次的高次 谐波干扰以及谐波干扰以及电晕放电干扰电晕放电干扰电吹风机干扰电视机的演示电吹风机干扰电视机的演示 电吹风机产生电吹风机产生的电磁波干扰以两的电磁波干扰以两种途径到达电视机：种途径到达电视机：一是通过共用的电一是通过共用的电源插座，二是以空源插座，二是以空

22、间电磁场传输的方间电磁场传输的方式由电视机的天线式由电视机的天线接收。接收。 应设法切断这应设法切断这些干扰途径。些干扰途径。 六六、 内部干扰内部干扰 内部干扰内部干扰主要来自于主要来自于检测系统内部检测系统内部，包括元器件、电，包括元器件、电源电路、信号通道、负载回路、数字电路等内部干扰因素源电路、信号通道、负载回路、数字电路等内部干扰因素 按按路路和和场场的干扰方式分类：的干扰方式分类：路的干扰路的干扰必须在干扰源和被干扰对象之间有完整的必须在干扰源和被干扰对象之间有完整的电路电路连接连接，干扰沿着这个通路到达被干扰对象干扰沿着这个通路到达被干扰对象。例如通过电源。例如通过电源线、变压器

23、引入的干扰线、变压器引入的干扰 ；场的干扰场的干扰不需要沿着电路传输，而是以不需要沿着电路传输，而是以电磁场辐射电磁场辐射的方的方式进行。例如，电源线对传感器的信号线的电场耦合干扰式进行。例如，电源线对传感器的信号线的电场耦合干扰；又如电焊机电缆上的强电流对信号线的磁场耦合干扰。；又如电焊机电缆上的强电流对信号线的磁场耦合干扰。 若电阻器、电容器、电感器、晶体管、变压器若电阻器、电容器、电感器、晶体管、变压器和集成电路等电路元器件选择不当、材质不对、型和集成电路等电路元器件选择不当、材质不对、型号有误、焊接虚脱和接触不良时，就可能成为电路号有误、焊接虚脱和接触不良时，就可能成为电路中最易被忽视

24、的元器件干扰源。中最易被忽视的元器件干扰源。1 1通过路的干扰通过路的干扰 负载（喇叭）的电流较大，负载（喇叭）的电流较大，它与放大器的负电源线共用了它与放大器的负电源线共用了一段地线，在地线的微小电阻一段地线，在地线的微小电阻上产生了压降，造成了干扰。上产生了压降，造成了干扰。由共阻抗耦合引起的干扰由共阻抗耦合引起的干扰 当两个或两个以上的当两个或两个以上的电路共同享有或使用一段电路共同享有或使用一段公共的线路公共的线路, , 而这段线路而这段线路又具有一定的阻抗时又具有一定的阻抗时, , 这这个阻抗成为这两个电路的个阻抗成为这两个电路的共阻抗。第二个电路的电共阻抗。第二个电路的电流流过这个

25、共阻抗所产生流流过这个共阻抗所产生的压降就成为第一个电路的压降就成为第一个电路的干扰电压。的干扰电压。 常见的例子是通过接地常见的例子是通过接地线阻抗引入的共阻抗耦合线阻抗引入的共阻抗耦合干扰。干扰。 负载负载电流电流干扰干扰压降压降正确接线正确接线电源干扰电源干扰由电源配由电源配电回路引入的干扰电回路引入的干扰 交流供配电线路在工业现场的分布相当于一个吸收各种干交流供配电线路在工业现场的分布相当于一个吸收各种干扰的网络扰的网络, , 而且十分方便地以电路传导的形式传遍各处，通过而且十分方便地以电路传导的形式传遍各处，通过检测装置的电源线进入仪器内部造成干扰。检测装置的电源线进入仪器内部造成干

26、扰。最明显的是电压突变和交流电源波形畸变，它使工频的高最明显的是电压突变和交流电源波形畸变，它使工频的高次谐波次谐波 ( (从低频一直延伸至高频从低频一直延伸至高频) ) 经电源线进入仪器的前级电经电源线进入仪器的前级电路。例如，由调压或逆变电路中的晶闸管引起的大功率高次谐路。例如，由调压或逆变电路中的晶闸管引起的大功率高次谐波干扰；又如开关电源经电源线往外泄漏出的几百千赫兹的尖波干扰；又如开关电源经电源线往外泄漏出的几百千赫兹的尖脉冲干扰。脉冲干扰。这些干扰均可以通过电源的内阻，耦合到检测系统这些干扰均可以通过电源的内阻，耦合到检测系统内部的电路，从而对系统造成极大的危害内部的电路，从而对系

27、统造成极大的危害2 2通过场的干扰通过场的干扰 由电场耦合引起的干扰：由电场耦合引起的干扰： 电场耦合电场耦合实质上是实质上是电容性耦合电容性耦合。要减少电源。要减少电源线对信号线的线对信号线的电场耦合干扰电场耦合干扰，就必须减小两者间，就必须减小两者间的的分布电容分布电容，必须尽量保持电路和信号线的，必须尽量保持电路和信号线的对地对地平衡平衡，布线时，多采用双绞扭屏蔽线。，布线时，多采用双绞扭屏蔽线。 带电物体产生的电场带电物体产生的电场由磁场耦合引起的干扰由磁场耦合引起的干扰 磁场耦合干扰磁场耦合干扰的实质是的实质是互感性耦互感性耦合干扰合干扰。 防止磁场耦合干扰途径的办法有：防止磁场耦合

28、干扰途径的办法有： 使信号线使信号线远离强电流干扰源，从远离强电流干扰源，从而减小互感量而减小互感量M ； 采用低频磁屏蔽，从而减小信号采用低频磁屏蔽，从而减小信号线感受到的磁场；线感受到的磁场； 采用绞扭导线使引入到信号处理采用绞扭导线使引入到信号处理电路两端的干扰电压大小相等、相电路两端的干扰电压大小相等、相位相同，使差模干扰转变成共模干位相同，使差模干扰转变成共模干扰扰 。 C型变压器的漏感比型变压器的漏感比E型的小型的小4对双绞扭线对双绞扭线由电焊引起的干扰由电焊引起的干扰 电焊机电缆产生强磁场干扰电焊机电缆产生强磁场干扰磁场交链磁场交链信号线信号线11.3.2 干扰控制的方法削弱接收

29、电路对干扰的灵敏度削弱接收电路对干扰的灵敏度通过电子线路板的合理通过电子线路板的合理布局，如输入电路采用对称结构、信号的数字传输、信布局，如输入电路采用对称结构、信号的数字传输、信号传输线采用双绞线等措施来实现号传输线采用双绞线等措施来实现阻断或减弱干扰的耦合通道或传输途径阻断或减弱干扰的耦合通道或传输途径消除或抑制干扰源消除或抑制干扰源消除干扰源是最有效、最彻底的方消除干扰源是最有效、最彻底的方法，但在实际中是很难完全消除的法，但在实际中是很难完全消除的检测装置的干扰控制方式主要是检测装置的干扰控制方式主要是根据噪声干扰必须具备的根据噪声干扰必须具备的3 3个要素（个要素（噪声源、通道、接收

30、电路）噪声源、通道、接收电路） 干扰噪声的控制干扰噪声的控制就是如何阻断干扰的传就是如何阻断干扰的传输途径和耦合通道。输途径和耦合通道。 检测装置的干扰噪声控制方法常采用的检测装置的干扰噪声控制方法常采用的有有屏蔽技术、接地技术、隔离技术、滤波屏蔽技术、接地技术、隔离技术、滤波器器等硬件抗干扰措施，以及等硬件抗干扰措施，以及冗余技术、陷冗余技术、陷阱技术阱技术等微机软件抗干扰措施。对其它种等微机软件抗干扰措施。对其它种类干扰可采用类干扰可采用隔热、密封、隔振及蔽光隔热、密封、隔振及蔽光等等措施，或在转换为电量后对干扰进行措施，或在转换为电量后对干扰进行分离分离或抑制或抑制。1. 屏蔽屏蔽 屏蔽

31、屏蔽就是用低电阻材料或磁性材料把元件、传输导线、电路就是用低电阻材料或磁性材料把元件、传输导线、电路及组合件包围起来，以隔离内外电磁或电场的相互干扰。及组合件包围起来，以隔离内外电磁或电场的相互干扰。屏蔽屏蔽电场屏蔽电场屏蔽电场屏蔽主要用来防止元件或电路间因电场屏蔽主要用来防止元件或电路间因 分布分布 电容耦合电容耦合形成的干扰。形成的干扰。磁场屏蔽磁场屏蔽主要用来消除元件或电路间因主要用来消除元件或电路间因磁场寄生耦合磁场寄生耦合 产生的产生的 干扰，磁场屏蔽的材料一般都选用干扰，磁场屏蔽的材料一般都选用 高磁导系数的磁高磁导系数的磁 性材料性材料电磁屏蔽电磁屏蔽电磁屏蔽主要用来防止电磁屏蔽

32、主要用来防止高频磁场的干扰高频磁场的干扰。 电磁屏蔽电磁屏蔽 的材料应选用导电率较高的材的材料应选用导电率较高的材 料，如铜、银等，利用电磁场在屏蔽金属料，如铜、银等，利用电磁场在屏蔽金属 内部产生内部产生涡流涡流而起屏蔽作用。而起屏蔽作用。 电磁屏蔽的屏蔽体可以电磁屏蔽的屏蔽体可以不不接地接地，但一般为防止分布电容的影，但一般为防止分布电容的影响，可以使电磁的屏蔽体接地，起到兼有电场屏蔽的作用。响，可以使电磁的屏蔽体接地，起到兼有电场屏蔽的作用。电电场屏蔽体场屏蔽体必须可靠接地必须可靠接地。各种静电屏蔽各种静电屏蔽 仪器设备的屏蔽仪器设备的屏蔽外壳必须接地外壳必须接地带孔屏蔽板带孔屏蔽板各种

33、静电屏蔽（续）各种静电屏蔽（续） 自制的自制的屏蔽屏蔽罩罩通风屏蔽窗通风屏蔽窗各种静电屏蔽（续）各种静电屏蔽（续） 开关电源采用带孔的屏开关电源采用带孔的屏蔽外壳，既可散热，又蔽外壳，既可散热，又可防止电磁干扰外泄可防止电磁干扰外泄屏蔽线屏蔽线 三绞扭屏蔽线三绞扭屏蔽线铜芯铜芯4对双绞扭屏蔽线对双绞扭屏蔽线（屏蔽层接地）（屏蔽层接地）聚氟乙烯聚氟乙烯绝缘层绝缘层铜线编织网铜线编织网（接地）（接地）低频磁屏蔽低频磁屏蔽 低频磁屏蔽低频磁屏蔽是用来隔离低频（主要指是用来隔离低频（主要指50Hz）磁）磁场和固定磁场（也称静磁场，其幅度、方向不随时场和固定磁场（也称静磁场，其幅度、方向不随时间变化，如

34、永久磁铁产生的磁场）耦合干扰的有效间变化，如永久磁铁产生的磁场）耦合干扰的有效措施。措施。静电屏蔽线或静电屏蔽盒对低频磁场不起隔离静电屏蔽线或静电屏蔽盒对低频磁场不起隔离作用。必须采用作用。必须采用高导磁材料高导磁材料作屏蔽层，以便让低频作屏蔽层，以便让低频干扰磁力线只从磁阻很小的磁屏蔽层上通过，使低干扰磁力线只从磁阻很小的磁屏蔽层上通过，使低频磁屏蔽层内部的电路免受低频磁场耦合干扰的影频磁屏蔽层内部的电路免受低频磁场耦合干扰的影响。有时还将屏蔽线穿在接地的铁质蛇皮管或普通响。有时还将屏蔽线穿在接地的铁质蛇皮管或普通铁管内，同时达到静电屏蔽和低频磁屏蔽的目的。铁管内，同时达到静电屏蔽和低频磁屏

35、蔽的目的。 低频磁屏蔽举例低频磁屏蔽举例 多数仪器的外壳采用导磁材料多数仪器的外壳采用导磁材料（例如：铁质机壳）作屏蔽层，让（例如：铁质机壳）作屏蔽层，让低频干扰磁力线从磁阻很小的磁屏低频干扰磁力线从磁阻很小的磁屏蔽层上通过，使受外壳保护的内部蔽层上通过，使受外壳保护的内部电路免受低频磁场耦合干扰的影响。电路免受低频磁场耦合干扰的影响。 如果将外壳接地，则同时达到如果将外壳接地，则同时达到静电屏蔽和低频磁屏蔽的目的。静电屏蔽和低频磁屏蔽的目的。 电磁屏蔽电磁屏蔽 电磁屏蔽电磁屏蔽是采用导电良好的是采用导电良好的金金属材料属材料做成屏蔽罩、屏蔽盒等做成屏蔽罩、屏蔽盒等不同不同的外形，将被保护的电

36、路包围在其的外形，将被保护的电路包围在其中。它屏蔽的干扰对象是中。它屏蔽的干扰对象是高频高频（40kHz以上）磁场以上）磁场。干扰源干扰源产生的高频磁场遇到导产生的高频磁场遇到导电良好的电良好的电磁屏蔽层电磁屏蔽层时，就在其外时，就在其外表面感应出同频率的表面感应出同频率的电涡流电涡流，从而，从而消耗了高频干扰源磁场的能量。其消耗了高频干扰源磁场的能量。其次，电涡流也将产生一个新的磁场，次，电涡流也将产生一个新的磁场，抵消了一部分干扰磁场的能量，从抵消了一部分干扰磁场的能量，从而使电磁屏蔽层内部的而使电磁屏蔽层内部的电路免受高电路免受高频干扰磁场的影响。频干扰磁场的影响。镀铜镀铜电磁屏蔽盒电磁

37、屏蔽盒军用屏蔽帐篷军用屏蔽帐篷几种用导电纤维材料编织导电纤维材料编织而成的军用电磁屏蔽器材而成的军用电磁屏蔽器材 军用军用 电子方舱电子方舱屏蔽通信车屏蔽通信车防电磁波屏蔽围裙防电磁波屏蔽围裙几种用几种用导电纤维材料编织而成的电导电纤维材料编织而成的电磁屏蔽服磁屏蔽服辐射源辐射源防电磁波防电磁波屏蔽服装屏蔽服装防电磁波屏蔽防电磁波屏蔽围裙的使用围裙的使用屏蔽室屏蔽室 导电导电PVC地板地板 用于防静电及用于防静电及 底部底部屏蔽屏蔽干扰信号无法穿透干扰信号无法穿透钢板屏蔽室钢板屏蔽室2. 接地 电路或传感器中的地指的是一个电路或传感器中的地指的是一个等电位点等电位点，它是电路或传感器的它是电路

38、或传感器的基准电位点基准电位点，与基准电位，与基准电位点相连就是接地。点相连就是接地。 传感器或电路接地，是为了清除电流流经传感器或电路接地，是为了清除电流流经公共地线阻抗时产生的噪声电压，也可以避免公共地线阻抗时产生的噪声电压，也可以避免受磁场或地电位差的影响。把接地和屏蔽正确受磁场或地电位差的影响。把接地和屏蔽正确结合起来使用，就可抑制大部分的噪声。结合起来使用，就可抑制大部分的噪声。一点接地和多点接地一点接地和多点接地一般来说，系统内印制电路板接地的基本原则是一般来说，系统内印制电路板接地的基本原则是高频电路高频电路应就近多点接地，应就近多点接地，低频电路低频电路应一点接地。应一点接地。

39、因为在因为在低频电路低频电路中，布线和元件间的电感并不是大问题，中，布线和元件间的电感并不是大问题，而而公共阻抗耦合干扰公共阻抗耦合干扰的影响较大，因此，常以一点为接地点。的影响较大，因此，常以一点为接地点。高频电路高频电路中各地线电路形成的环路会产生中各地线电路形成的环路会产生电感耦合电感耦合，增加，增加了地线阻抗，同时各地线之间也会产生电感耦合。在高频、了地线阻抗，同时各地线之间也会产生电感耦合。在高频、超超高频高频时，尤其是当线长度等于时，尤其是当线长度等于1/41/4波长的奇数倍波长的奇数倍时，地线阻抗时，地线阻抗就会变得很高。这时的地线就变成了就会变得很高。这时的地线就变成了天线天线

40、，可以向外辐射噪声，可以向外辐射噪声信号。所以这时的地线长度应小于信号信号。所以这时的地线长度应小于信号波长的波长的l/2l/2，才能防止，才能防止辐射干扰，并降低地线阻抗。辐射干扰，并降低地线阻抗。 实验证明，在超高频时，地线长度应小于实验证明，在超高频时，地线长度应小于25mm25mm，并要求地，并要求地线镀银处理。线镀银处理。一般来说，频率在一般来说，频率在1MHz1MHz以下，可用以下，可用一点接地一点接地；而高于；而高于10MHz10MHz时，则应时，则应多点接地多点接地。在。在lMHz10MHzlMHz10MHz之间时，如果采用一点接地的之间时，如果采用一点接地的方式，其地线长度就

41、不要超过方式，其地线长度就不要超过波长的波长的1/201/20。否则，应采用多点接。否则，应采用多点接地的方式。地的方式。对于具体接地方式：对于具体接地方式： 一点接地有一点接地有放射式接地线路放射式接地线路和和母线式接地线路母线式接地线路方式。放射式方式。放射式接地线路就是接地线路就是电路中各功能电路的电路中各功能电路的“地地”直接用接地导线与零电直接用接地导线与零电位基准点连接位基准点连接；母线式接地线路是；母线式接地线路是采用具有一定截面积的优质导采用具有一定截面积的优质导电体作为接地母线，直接接至零电位点，电路中的各功能块的电体作为接地母线，直接接至零电位点，电路中的各功能块的“地地”，可就近接至该母线，可就近接至该母线上。上。而多点接地采用而多点接地采用平面式接地方式平面式接地方式，利用一个良好的导电平面，利用一个良好的导电平面体体( (如采用多层线路板中的一层如采用多层线路板中的一层) )接至零电位基准地上，各高频电接至零电位基准地上，各高频电路的路的“地地”就近接至该就近接至该“地平面地平面”。若电路中高低频均有，可将。若电路中高低频均有，可将上述接地方法组合使用。上述接地方法组合使用。1.单级电路的一点接地原则单级电路的一点接地原则 考虑到加考虑到加工工艺，在实工工艺，在实际的印制电路