电工量计及检测运用应用技术第八章

第八章测量系统的抗干扰技术

1．电磁兼容（1）电磁兼容含义电磁兼容（简称EMC）是指电子装置能在规定的电磁环境中，既不受周围电磁场的影响能正常工作，也不对该环境或其它设备造成不允许的扰动的能力。（2）电磁兼容设计的主要内容

2．研究抗干扰技术的基本方法（1）形成“干扰”的必要条件（三要素）

干扰源

敏感元件（测量对象、测量仪表）图8.1形成干扰的示意图●

干扰源；●被干扰对象;●干扰传播途径.（2）基本方法

发现干扰分析测量找出干扰源干扰特点电路及其工作环境

抑制干扰屏蔽滤波隔离建立电路模型分析干扰电路理论图8.2抗干扰技术研究简化图（3）基本内容

①对测量系统周围存在的可能对测量系统形成干扰的干扰源的特性和干扰传播途径，进行估算与测定；③根据仪表的功能和应用场合，采取适当的方法抑制干扰。②

对测量系统低抗干扰的能力以及感受干扰的敏感度，进行分析计算或试验测定；3．干扰的来源

3.1外部干扰

3.2内部干扰

放电干扰

高频干扰

浪涌干扰

振动干扰

环境干扰

数字电路干扰

元器件干扰信号回路干扰负载回路干扰电源电路干扰4．干扰的耦合方式和传导模式

4.1干扰的耦合（传递）方式

静电耦合电磁感应耦合公共阻抗耦合辐射耦合漏电流耦合工程中研究干扰传递的方法——用集中参数电容C、电感

L

及互感M

表示耦合通道简化电路模型（1）静电耦合干扰电压通过分布电容使其它导体上的电位受到影响.～U１U2CZ2图8.3静电耦合等效电路U1—干扰电压C—分布电容Z2—仪表的等效阻抗U2—静电感应干扰电压ω—U1的角频率～MI１Z2U2图8.4电磁感应耦合等效电路（2）电磁感应耦合I1—干扰电流ω—I1的角频率M—两导体间互感（3）公共阻抗耦合UZ2GZ1RC图8.5公共阻抗耦合等效电路ESRSZ1Z2电源内阻对电路的影响（4）辐射耦合①电能变换频繁的地方；②高频电能变换装置；③脉冲电源；④电源线、信号线。E—电场强度（V/cm）H—产生辐射干扰的“天线”的长度由辐射产生的干扰电压为

U=EH易产生辐射干扰场合—（5）漏电流耦合～U1U2RZ2图8.6漏电流耦合等效电路U1—干扰电压R—绝缘电阻Z2—仪表的等效阻抗U2—干扰耦合电压信号线分布电容的静电耦合；信号线传输距离较长引起的互感；空间电磁场的电磁感应等。（1）串模干扰干扰串联于信号回路，往返于两条线路间，使两条传输线路之间存在一个电位差;干扰电流IN和信号电流IS的路径往返两条线上是一致的；难以消除

.常使运放饱和、灵敏度下降和零点漂移.①特点：②原因：③影响：RN~USUN~ISINISIN图8.7(a)串模干扰4.1干扰的传导模式

（2）共模干扰①特点:③影响:②原因:干扰侵入传输线路和地线间，两条传输线路上共同存在着对地干扰电压;干扰电流在两条线上各流过一部分，以地为公共回路，而信号电流只在往返两条线路中流过。从本质上讲，这种干扰能够消除

.由于线路和器件的不平衡性，共模干扰→串模干扰

。信号源的“地”与信号放大电路的“地”之间存在一个电位差；电场或磁场耦合等。IN图8.7(b)共模干扰RN~USUN~ISIN/2ISIN/2N—干扰源ZL—为负载阻抗Z1—导线1对地阻抗Z2—导线2对地阻抗NUN1UN2UNZLZ1Z2IN1IN2IN12图8.7(c)

共模干扰转化为常模干扰当Z1=Z2时IN=0当Z1≠Z2时IN≠0J1-2AD1R1K1GO1-1D2J1-1RWJ1R2T1U1R3D3C1图8.12高压接地保护电路GO1-1■一种高压接地保护装置（ZL94228640.5

）①安全接地方式J1-3J1-2~220V~220VK2J2C3J2-1IC1U1R9J1-3C2LED图8.13高压接地保护的语音报警电路12638542196315C4C5IC2R4R5R6R7R8R10■

一种具有接地保护功能的半导体开关模块三个功能电路：检测电路+驱动电路+开关电路（ZL03284623.1）ADCB电力电子集成模块的封装外形金属底板绝缘层功率开关元件检测及驱动电路元件电力电子集成模块封装结构

电力电子集成模块的应用BADC~220VRL外壳电气设备②工作接地方式a.一点接地●一点接地、多点接地—

按各功能电路的地与系统地连接形式●浮地方式、直接接地方式、电容接地方式—

按系统地与大地的连接关系

放射式接地电路A电路B电路C

母线式接地电路A电路B电路C适用于低频线路b.多点接地（平面式接地）平面式接地电路A电路B电路Cc.浮地方式

适用于高频线路适用于浮地系统对地分布电容很小

d.直接接地方式e.电容接地方式适用于系统有很大的对地分布电容适用于工作地与大地间存在直流或低频电位差③

屏蔽接地方式测控装置～屏蔽层工作地信号源图8.10屏蔽层接地点在信号源侧～现场地UCM充电电流分布电容图8.11屏蔽层接地点在信号接收侧测控装置～屏蔽层工作地信号源分布电容a.电缆屏蔽层的接地方式原始（无干扰）信号信号源侧接地时测量仪表侧接地时b.变压器的屏蔽层接地接地方式:一般情况下接保护地(接大地)保护地屏蔽地5．2屏蔽技术

（1）基本原理（2）方法和材料

方法—在电容耦合通道上插入一个接地良好的金属屏蔽导体。①电场屏蔽材料—导电率良好的材料。方法—

用高导电率材料做成屏蔽壳，将仪表或感扰源置于其内。③电磁屏蔽材料—高导电率材料。②磁场屏蔽高频磁场屏蔽

低频磁场屏蔽材料—高导电率的良导电材料。方法—用高导电率的良导电材料做成薄屏蔽壳，将仪表置于其内。材料—高导磁率材料。方法—用高导磁率材料做成屏蔽壳，将仪表或感扰源置于其内。①屏蔽罩——

一般用无孔金属板制成；②屏蔽栅网—

一般用金属编制网或有孔金属薄板制成；③屏蔽铜箔—

一般是利用多层线路板的一个铜箔面作为屏蔽板；④隔离仓——

是将整机金属箱体用金属板分隔成多个独立的单元，从而屏蔽各部分之间的电磁干扰；⑤导电涂料—

是在非金属的箱体内、外表面喷漆一层金属涂层。（3）屏蔽的结构形式5．3双绞线技术（1）双绞线类型无屏蔽网双绞线；有屏蔽网双绞线；有屏蔽网的单芯或多芯导线。（2）双绞线抗干扰原理～R1R2R3R2R3R

ii

cIiS1iS212图8.9双绞线间电磁感应干扰情况M双绞线的节距与噪声衰减率导线节距(cm)噪声衰减率抑制噪声效果(dB)空气中平行导线—1：10双绞线1014：123双绞线7.571：137双绞线5112：141双绞线2.5141：143钢管中平行导线—22：127（3）双绞线的使用①抑制静电感应干扰应选用屏蔽网双绞线；抑制电磁感应干扰可选用无屏蔽网双绞线。②屏蔽层起静电屏蔽的作用，它必须正确接地。测控装置～屏蔽层工作地信号源图8.10屏蔽层接地点在信号源侧～现场地UCM充电电流分布电容图8.11屏蔽层接地点在信号接收侧测控装置～屏蔽层工作地信号源分布电容仪表使用的环境温度划分—5个级别电子器件使用温度适用范围的划分

图脉冲电源的屏蔽与接地示意图脉冲输出辅助电源（隔离）控制电路高频变压器机壳屏蔽层屏蔽层交流输入功率地控制地浮地屏蔽层功率变换电路▲浮地屏蔽方式基本思想：增大共模回路阻抗；静电保护②

双绞线的接地接地方式——用作屏蔽线的一根应采用双端接地方式，为感应电流提供流动回路.5．4隔离技术（1）空间隔离（2）器件性隔离功能电路之间的合理布局。光电隔离继电器隔离放大器隔离变压器隔离R1R2

U

in(out)AC插头电源变压器机壳图仪器浮地输出（输入）电子线路+接地端

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in(out)AC插头电源变压器机壳图仪器接地输出（输入）电子线路+接地端VCC隔离变压器

U

in(out)AC插头电源变压器机壳图仪器接地输出（输入）电子线路+接地端输入~220V5.5滤波技术(1)

滤波器的作用(2)滤波器的分类●选出有用的频率信号，抑制杂散无用的频率信号，使一定范围内的信号通过，且衰减很小；而在此范围以外的信号衰减很大，从而提高系统的信噪比.●抑制串模干扰的常用方法之一只阻止规定的某频段信号通过，但允许高于或低于该频段的信号通过①低通滤波器—②高通滤波器—③带通滤波器—④带阻滤波器—允许低频信号通过，但阻止高频信号通过允许高频信号通过，但阻止低频信号通过允许规定的某频段信号通过，但阻止高于或低于该频段的信号通过│A（f）│Ofc1f(b)高通滤波器│A（f）│Ofc2f(a)

低通滤波器│A（f）│Ofc2f(c)带通滤波器fc1f0│A（f）│Ofc2f(d)带阻滤波器fc1f0图常用滤波器的幅频特性CR输入Vi输出Vo1阶RC滤波器截止频率：