1、第九章第九章 检测装置的干扰抑制技术检测装置的干扰抑制技术 干扰：干扰：工业生产中检测装置的使用条件很复杂，被测量工业生产中检测装置的使用条件很复杂，被测量往往被转换为微弱的低电平信号，并远距离传输送至显往往被转换为微弱的低电平信号，并远距离传输送至显示仪表，这时经常会有一些与被测量无关的电量（电压示仪表，这时经常会有一些与被测量无关的电量（电压或电流）与有用的信号一起进入检测装置之中。这些与或电流）与有用的信号一起进入检测装置之中。这些与被测量无关的影响检测装置正常工作的非信号电量（电被测量无关的影响检测装置正常工作的非信号电量（电压或电流）就称为压或电流）就称为“干扰干扰”。危害：危害：在
2、测量过程中，由于这些干扰的存在，轻则使测量在测量过程中，由于这些干扰的存在，轻则使测量装置示值误差加大、灵敏度降低、指示不稳、零点漂移、装置示值误差加大、灵敏度降低、指示不稳、零点漂移、严重失真或超差等，重则使测量结果完全失常。严重失真或超差等，重则使测量结果完全失常。第1页，共43页。第一节第一节 干扰的形成干扰的形成 一、形成干扰的三要素一、形成干扰的三要素 干扰源、耦合通道和接收电路是形成干扰的三个要素。干扰源、耦合通道和接收电路是形成干扰的三个要素。三要素之间的联系如图所示。干扰必须通过一定的耦合通三要素之间的联系如图所示。干扰必须通过一定的耦合通道或传输途径才能对检测装置的正常工作造
3、成不良的影响。道或传输途径才能对检测装置的正常工作造成不良的影响。第2页，共43页。二、常见的干扰耦合方式常见的干扰耦合方式（一）电磁耦合（一）电磁耦合 电磁耦合又称互感耦合，它是由于两电路之间存在电磁耦合又称互感耦合，它是由于两电路之间存在互感而产生的。一个电路中电流的改变引起磁交链而耦互感而产生的。一个电路中电流的改变引起磁交链而耦合到另一个电路。若某一电路有干扰，则同样可以通过合到另一个电路。若某一电路有干扰，则同样可以通过互感而耦合到另一电路中。互感而耦合到另一电路中。在大功率变压器、交流电机、强电流电力线等周围存在较强在大功率变压器、交流电机、强电流电力线等周围存在较强的交变磁场，如
4、果仪表信号线在其附近通过，就会受到交变磁场的交变磁场，如果仪表信号线在其附近通过，就会受到交变磁场影响而产生交变电动势，形成工频干扰，如图所示。影响而产生交变电动势，形成工频干扰，如图所示。第3页，共43页。电磁耦合及等效电路如图所示。图中电磁耦合及等效电路如图所示。图中InIn为电路为电路A A中的干扰电中的干扰电流源，流源，M M为两电路之间的互感，为两电路之间的互感，UncUnc为为B B中所引起的感应干扰电中所引起的感应干扰电压。可以得出压。可以得出 结论：结论：干扰电压干扰电压UncUnc正比于干扰源的电流正比于干扰源的电流UncUnc、干扰源的角、干扰源的角频率频率和互感和互感M
5、M。nncMIjU 电磁耦合及等效电路电磁耦合及等效电路(a)(a)电磁耦合的实际情况电磁耦合的实际情况 (b)(b)等效电路等效电路 第4页，共43页。（二）静电耦合（二）静电耦合 静电耦合又称电容耦合，是由于两个电路之间存在着寄静电耦合又称电容耦合，是由于两个电路之间存在着寄生电容，使一个电路的电荷影响到另一个电路。信号线靠生电容，使一个电路的电荷影响到另一个电路。信号线靠近电网线敷设，电网线与信号线之间存在分布电容，因电近电网线敷设，电网线与信号线之间存在分布电容，因电网线与两信号线距离不等，分布电容亦不同，从而会由于网线与两信号线距离不等，分布电容亦不同，从而会由于静电耦合而产生感应电
6、压，形成差模干扰静电耦合而产生感应电压，形成差模干扰e es s 静电耦合产生干扰静电耦合产生干扰 第5页，共43页。仪表测量线路受静电耦合传输干扰的示意图及等效仪表测量线路受静电耦合传输干扰的示意图及等效电路如图所示电路如图所示 。可以写出在。可以写出在X Xi i上干扰电压的表达式：上干扰电压的表达式：考虑到一般情况下有考虑到一般情况下有 ，故上式可简化为，故上式可简化为 UXCjXCjUisisa11isXCjUXCjUisa 静电耦合静电耦合（a a）示意图）示意图 （b b）等效电路）等效电路 第6页，共43页。若干扰信号若干扰信号U=5VU=5V，分布电容为，分布电容为0.01pf
7、0.01pf，信号频率为，信号频率为1MHz1MHz，放大器输入阻抗为放大器输入阻抗为100k100k，则此干扰在放大器输入端所造，则此干扰在放大器输入端所造成的干扰电压成的干扰电压Us=31.4mVUs=31.4mV，再经放大倍数为，再经放大倍数为100100的放大器后，的放大器后，在放大器输出端的干扰电压为在放大器输出端的干扰电压为3.14V3.14V，可见其影响是很大的。，可见其影响是很大的。可以得到以下结论：可以得到以下结论：（1 1）干扰源的频率越高，静电耦合引起的干扰也越严重。）干扰源的频率越高，静电耦合引起的干扰也越严重。（2 2）干扰电压与接收电路的输入阻抗成正比，降低接收电）
8、干扰电压与接收电路的输入阻抗成正比，降低接收电路的输入阻抗可减少静电耦合的干扰。路的输入阻抗可减少静电耦合的干扰。（3 3）通过合理布线和适当防护措施以减小分布电容，可减少静电耦）通过合理布线和适当防护措施以减小分布电容，可减少静电耦合的干扰。合的干扰。第7页，共43页。（三）公共阻抗耦合三）公共阻抗耦合 公共阻抗耦合就是多个电路通过共有阻抗造成的耦公共阻抗耦合就是多个电路通过共有阻抗造成的耦合。当某一电路的电流通过共有阻抗时，会在共有阻抗合。当某一电路的电流通过共有阻抗时，会在共有阻抗上产生电压，该电压就可能成为其他电路的干扰。干扰上产生电压，该电压就可能成为其他电路的干扰。干扰电压正比于公
9、共阻抗和噪声源电流。电压正比于公共阻抗和噪声源电流。公共阻抗耦合是检测仪表中很常见的一种干扰，如：公共阻抗耦合是检测仪表中很常见的一种干扰，如：由接地线阻抗形成的公共阻抗耦合干扰。多台电子测由接地线阻抗形成的公共阻抗耦合干扰。多台电子测量装置的公共线接地时，若在接地线上有较大电流通过，量装置的公共线接地时，若在接地线上有较大电流通过，会通过接地线阻抗产生公共阻抗耦合干扰，如图所示；会通过接地线阻抗产生公共阻抗耦合干扰，如图所示；第8页，共43页。由电源内阻形成的公共阻抗耦合干扰。当用同一个电源同由电源内阻形成的公共阻抗耦合干扰。当用同一个电源同时对多个仪表供电时，如有高电平电路的输出电流流过电
10、源，时对多个仪表供电时，如有高电平电路的输出电流流过电源，这个电流就会在电源内阻上产生压降，形成干扰电压，造成对这个电流就会在电源内阻上产生压降，形成干扰电压，造成对其它低电平电路的干扰，如图所示；其它低电平电路的干扰，如图所示；第9页，共43页。（3 3）信号输出电路的相互干扰。当电子测量装置的信号输）信号输出电路的相互干扰。当电子测量装置的信号输出电路带有多路负载时，如果有任一路负载发生变化，出电路带有多路负载时，如果有任一路负载发生变化，此变化都将通过输出阻抗公共耦合而影响到其它输出电此变化都将通过输出阻抗公共耦合而影响到其它输出电路，如图所示。路，如图所示。第10页，共43页。公共阻抗
11、耦合等效电路可用图表示。图中公共阻抗耦合等效电路可用图表示。图中Z Zc c表示两个电表示两个电路之间的共有阻抗，路之间的共有阻抗，InIn表示干扰源的电流，表示干扰源的电流，UncUnc表示被干扰电表示被干扰电路的干扰电压。路的干扰电压。可写出被干扰电路的干扰电压可写出被干扰电路的干扰电压UncUnc的表达式的表达式 可见公共阻抗耦合干扰电压可见公共阻抗耦合干扰电压UncUnc正比于共有阻抗正比于共有阻抗Z Zc c值和值和干扰源电流干扰源电流In In。若要消除公共阻抗耦合干扰，首先要消除两。若要消除公共阻抗耦合干扰，首先要消除两个或几个电路之间的共有阻抗。个或几个电路之间的共有阻抗。cn
12、ncZIU第11页，共43页。当信号线路与动力线路之间绝缘低劣，或信号线路之间当信号线路与动力线路之间绝缘低劣，或信号线路之间绝缘低劣，就可能出现导电性接触，给信号线路引入共模干扰绝缘低劣，就可能出现导电性接触，给信号线路引入共模干扰电压，其等效电路如图所示。电压，其等效电路如图所示。图中图中E EN N表示噪声电动势，表示噪声电动势，RmRm为漏电阻，为漏电阻，ZiZi为漏电为漏电流流入电路的输入阻抗，流流入电路的输入阻抗，U UN N为干扰电压。为干扰电压。若直流放大器的输入阻抗若直流放大器的输入阻抗Zi=10Zi=108 8，干扰源电动势，干扰源电动势U UN N=15V=15V，绝缘电
13、，绝缘电阻阻Rm=10Rm=108 8，可以得出，可以得出 NimiNEZRZUV149.0NU第12页，共43页。从以上估算可知，对于高输入阻抗放大器来说，即从以上估算可知，对于高输入阻抗放大器来说，即使是微弱的漏电流干扰，也将造成严重的后果。所以必使是微弱的漏电流干扰，也将造成严重的后果。所以必须提高与输入端有关电路的绝缘水平。须提高与输入端有关电路的绝缘水平。漏电流耦合的实例如图所示，使用热电偶测量温度漏电流耦合的实例如图所示，使用热电偶测量温度时，耐火砖在高温下的绝缘性电阻大大下降，热电偶的时，耐火砖在高温下的绝缘性电阻大大下降，热电偶的陶瓷套管、绝缘子在高温下绝缘性能同样大大下降。因
14、陶瓷套管、绝缘子在高温下绝缘性能同样大大下降。因此在高温下，电加热设备的电源会通过热电偶保护套管此在高温下，电加热设备的电源会通过热电偶保护套管泄漏到热电偶上，形成高温漏电，从而在热电偶与地之泄漏到热电偶上，形成高温漏电，从而在热电偶与地之间产生一个共模干扰电压间产生一个共模干扰电压e ec c。第13页，共43页。（五）外线路附加电势（五）外线路附加电势 在测量系统中，由于不同金属零件或导线相接触，当其两端接在测量系统中，由于不同金属零件或导线相接触，当其两端接点处于不同温度时，会产生附加热电势；两种金属因某种原因进点处于不同温度时，会产生附加热电势；两种金属因某种原因进入酸、碱、盐溶液，产
15、生化学电势。这种电势均为直流，在接线入酸、碱、盐溶液，产生化学电势。这种电势均为直流，在接线端子板或是干簧继电器等处容易产生，对仪表影响极重，应尽量端子板或是干簧继电器等处容易产生，对仪表影响极重，应尽量避免这种干扰出现。避免这种干扰出现。（六）不等电位接地（六）不等电位接地 同一信号回路多点接地，同一信号回路多点接地，“大地大地”成为信号回路的一部成为信号回路的一部分。由于实际大地电阻不为零，因此当大地中流过电流时，分。由于实际大地电阻不为零，因此当大地中流过电流时，在不同点上就会产生不等电位的现象。如果仪表输入回路中在不同点上就会产生不等电位的现象。如果仪表输入回路中存在两个或多个接地点，
16、就可能出现因接地点不等电位而产存在两个或多个接地点，就可能出现因接地点不等电位而产生共模干扰生共模干扰e ec c。特别是出现接地故障电流或有直接雷击电流时，将。特别是出现接地故障电流或有直接雷击电流时，将出现强大的大地杂散电流，大地上不同接地点可能出现明显的电位差出现强大的大地杂散电流，大地上不同接地点可能出现明显的电位差e ec c。第14页，共43页。第二节第二节 差模干扰与共模干扰差模干扰与共模干扰 根据干扰进入信号测量电路的方式以及与有用信号的关系，根据干扰进入信号测量电路的方式以及与有用信号的关系，可将干扰分为差模干扰与共模干扰。可将干扰分为差模干扰与共模干扰。一、差模干扰一、差模
17、干扰 差模干扰又称横向干扰、正态干扰或串模干扰等。它使测量差模干扰又称横向干扰、正态干扰或串模干扰等。它使测量装置的两个信号输入端子的电位差发生变化，即干扰信号与有用装置的两个信号输入端子的电位差发生变化，即干扰信号与有用信号是按电压源形式串联起来作用于输入端的。由于它和有用信信号是按电压源形式串联起来作用于输入端的。由于它和有用信号叠加起来直接作用于输入端，因此它直接影响测量结果。差模号叠加起来直接作用于输入端，因此它直接影响测量结果。差模干扰可用图所示的两种方式表示。干扰可用图所示的两种方式表示。差模干扰等效电路差模干扰等效电路（a a）串联电压源形式）串联电压源形式 （b b）并联电流源
18、形式）并联电流源形式 第15页，共43页。造成差模干扰的原因很多。造成差模干扰的原因很多。差模干扰产生的原因差模干扰产生的原因（a a）温度测量系统的差模干扰）温度测量系统的差模干扰 （b b）热电偶焊在通过电流的导体上引进）热电偶焊在通过电流的导体上引进差模干扰差模干扰 （c c）动圈式检流计的差模干扰）动圈式检流计的差模干扰（a）(b)(c)第16页，共43页。常用的消除差模干扰的方法有：常用的消除差模干扰的方法有：用低通输入滤波器滤除交流干扰；用低通输入滤波器滤除交流干扰；尽可能早地对被测信号进行前置放大，以提高回路中的信噪尽可能早地对被测信号进行前置放大，以提高回路中的信噪比；比；在选
19、取组成检测系统的元器件时，可以采用高抗扰度的逻辑器件，在选取组成检测系统的元器件时，可以采用高抗扰度的逻辑器件，通过提高阈值电平来抑制低噪声的干扰，或采用低速逻辑部件来通过提高阈值电平来抑制低噪声的干扰，或采用低速逻辑部件来抑制高频干扰；抑制高频干扰；信号线应选用带屏蔽层的双绞线或电缆线，并有良好的信号线应选用带屏蔽层的双绞线或电缆线，并有良好的接地系统。接地系统。第17页，共43页。二、共模干扰二、共模干扰 共模干扰又称纵向干扰、对地干扰、同相干扰、共共模干扰又称纵向干扰、对地干扰、同相干扰、共态干扰等。它是相对于公共的基准地（接地点），在测态干扰等。它是相对于公共的基准地（接地点），在测量
20、系统的两个输入端子上同时出现的干扰，如图所示。量系统的两个输入端子上同时出现的干扰，如图所示。这种干扰可以是直流电压，也可以是交流电压，其幅值这种干扰可以是直流电压，也可以是交流电压，其幅值可达几伏甚至更高。造成共模干扰的主要原因是被测信可达几伏甚至更高。造成共模干扰的主要原因是被测信号的参考接地点和检测装置输入信号的参考接地点不同。号的参考接地点和检测装置输入信号的参考接地点不同。虽然它不直接影响测量结果，但当信号输入电路参数不虽然它不直接影响测量结果，但当信号输入电路参数不对称时，它会转化为差模干扰，对测量产生影响。对称时，它会转化为差模干扰，对测量产生影响。共模干扰通常用等效电压源表示。
21、共模干扰通常用等效电压源表示。共模干扰共模干扰 共模干扰等效电路共模干扰等效电路 第18页，共43页。共模干扰电流的通路只是部分与信号电路共有，且共模干扰电流的通路只是部分与信号电路共有，且共模干扰会通过干扰电流通路和信号电流通路的不对称共模干扰会通过干扰电流通路和信号电流通路的不对称性转化为差模干扰，从而影响测量结果。性转化为差模干扰，从而影响测量结果。常见的共模干扰耦合有下面几种：常见的共模干扰耦合有下面几种：（1 1）在测量系统附近有大功率电气设备，因绝缘不良漏电，或）在测量系统附近有大功率电气设备，因绝缘不良漏电，或三相动力电网负载不平衡，零线有较大电流时，都存在着较三相动力电网负载不
22、平衡，零线有较大电流时，都存在着较大的地电流和地电位差。这时，若测量系统有两个以上接地大的地电流和地电位差。这时，若测量系统有两个以上接地点，则地电位差就会造成共模干扰。点，则地电位差就会造成共模干扰。（2 2）当电气设备的绝缘性能不良时，动力电源会通过漏电阻）当电气设备的绝缘性能不良时，动力电源会通过漏电阻耦合到测量系统的信号回路，形成干扰。耦合到测量系统的信号回路，形成干扰。（3 3）在交流供电的电子测量仪表中，动力电源会通过）在交流供电的电子测量仪表中，动力电源会通过电源变压器的原边、副边绕组间的杂散电容、整流滤波电源变压器的原边、副边绕组间的杂散电容、整流滤波电路、信号电路与地之间的杂
23、散电容与地构成回路，形电路、信号电路与地之间的杂散电容与地构成回路，形成工频共模干扰。成工频共模干扰。第19页，共43页。三、共模干扰向差模干扰的转化三、共模干扰向差模干扰的转化 共模干扰对仪表的影响比差模干扰小，但在一定条共模干扰对仪表的影响比差模干扰小，但在一定条件下，共模干扰会转化为差模干扰，其对仪表的影响大件下，共模干扰会转化为差模干扰，其对仪表的影响大大加强。大加强。如果组成信号传输外线路的桥路不平衡，共模干扰如果组成信号传输外线路的桥路不平衡，共模干扰可以转化为差模干扰，转化原理如图所示。可以转化为差模干扰，转化原理如图所示。cseZRRZRRe)(111222第20页，共43页。
24、由于共模干扰只有转换成差模干扰才能对检测仪表产生由于共模干扰只有转换成差模干扰才能对检测仪表产生干扰作用，所以共模干扰对测量系统的影响大小取决于共模干扰作用，所以共模干扰对测量系统的影响大小取决于共模干扰转换成差模干扰的大小。可以利用干扰转换成差模干扰的大小。可以利用“共模干扰抑制比共模干扰抑制比”值的大小来衡量测量系统对共模干扰的抑制能力。值的大小来衡量测量系统对共模干扰的抑制能力。共模干扰抑制比定义为作用于测量系统的共模干扰信号共模干扰抑制比定义为作用于测量系统的共模干扰信号与使测量系统产生同样输出所需的差模信号之比。通常以对与使测量系统产生同样输出所需的差模信号之比。通常以对数形式表示为
25、数形式表示为 式中式中 U Ucmcm为作用于测量系统的共模干扰信号；为作用于测量系统的共模干扰信号；U Ucdcd为使测量系统产生为使测量系统产生同样输出所需的差模信号。同样输出所需的差模信号。共模干扰抑制比也可定义为检测仪表的差模增益共模干扰抑制比也可定义为检测仪表的差模增益KdKd与共模增益与共模增益KcKc之比，即之比，即值越高，说明系统对共模干扰的抑制能力越强。值越高，说明系统对共模干扰的抑制能力越强。cdcmUUlg20CMRR cdKKlg20CMRR 第21页，共43页。共模干扰是一种常见的干扰源，常采用的抑制共模干共模干扰是一种常见的干扰源，常采用的抑制共模干扰的方法有：扰的
26、方法有：采用双端输入的差分放大器作为仪表输入通道的前置放大器，是采用双端输入的差分放大器作为仪表输入通道的前置放大器，是抑制共模干扰的有效方法。设计比较完善的差分放大器，在不平抑制共模干扰的有效方法。设计比较完善的差分放大器，在不平衡电阻为衡电阻为1k1k的条件下，共模抑制比的条件下，共模抑制比CMRRCMRR可达可达100100160dB160dB；采用变压器或光耦合器把各种模拟负载与数字信号隔离开来，也采用变压器或光耦合器把各种模拟负载与数字信号隔离开来，也就是把就是把“模拟地模拟地”与与“数字地数字地”断开。被测信号通过变压器耦合断开。被测信号通过变压器耦合或光电耦合获得通路，共模干扰由
27、于不成回路而得到有效的抑制；或光电耦合获得通路，共模干扰由于不成回路而得到有效的抑制；可以采用浮地输入双层屏蔽放大器来抑制共模干扰。这可以采用浮地输入双层屏蔽放大器来抑制共模干扰。这是利用屏蔽方法使输入信号的是利用屏蔽方法使输入信号的“模拟地模拟地”浮空，从而达浮空，从而达到抑制共模干扰的目的。到抑制共模干扰的目的。第22页，共43页。第三节第三节 抑制干扰的措施抑制干扰的措施 首先要发现干扰源，在干扰源处杜绝干扰是积极的措首先要发现干扰源，在干扰源处杜绝干扰是积极的措施。有些干扰，如自然干扰及某些现场环境干扰是不可施。有些干扰，如自然干扰及某些现场环境干扰是不可避免的。这时，削弱干扰通道对干
28、扰的耦合，以及提高避免的。这时，削弱干扰通道对干扰的耦合，以及提高接收电路的抗干扰能力就显得非常重要。接收电路的抗干扰能力就显得非常重要。（1 1）消除干扰源）消除干扰源 一般来说，电压或电流剧变的地方就是干扰源。如继电一般来说，电压或电流剧变的地方就是干扰源。如继电器通断、电容充电、电机运转、集成电路开关工作等都可器通断、电容充电、电机运转、集成电路开关工作等都可能成为干扰源。能成为干扰源。消除和抑制干扰源的方法可采用低噪声电路、瞬态抑制电路消除和抑制干扰源的方法可采用低噪声电路、瞬态抑制电路和稳压电路等。所用器件尽可能采用低噪声、高频特性好、稳定和稳压电路等。所用器件尽可能采用低噪声、高频
29、特性好、稳定性高的电子元件。器件选择不当可能产生新的干扰源。性高的电子元件。器件选择不当可能产生新的干扰源。第23页，共43页。（2 2）割断干扰耦合路径）割断干扰耦合路径 对于以对于以“电路电路”的形式侵入的干扰，可采取提高绝缘的形式侵入的干扰，可采取提高绝缘性能、改变接地形式及采用隔离变压器、光耦合器等措性能、改变接地形式及采用隔离变压器、光耦合器等措施切断干扰途径。采用退耦、滤波等手段也可引导干扰施切断干扰途径。采用退耦、滤波等手段也可引导干扰信号的转移。对于以信号的转移。对于以“辐射辐射”的形式侵入的干扰，一般的形式侵入的干扰，一般采取各种屏蔽措施，如静电屏蔽、电磁屏蔽、磁屏蔽等。采取
30、各种屏蔽措施，如静电屏蔽、电磁屏蔽、磁屏蔽等。（3 3）提高接收电路的抗干扰能力）提高接收电路的抗干扰能力 一般来说，高输入阻抗的电路比低输入阻抗的电路易受干一般来说，高输入阻抗的电路比低输入阻抗的电路易受干扰；模拟电路比数字电路的抗干扰能力差；布局松散的电子装扰；模拟电路比数字电路的抗干扰能力差；布局松散的电子装置比结构紧凑的易于接收干扰。为消弱电路对干扰的敏感性，置比结构紧凑的易于接收干扰。为消弱电路对干扰的敏感性，可以采用滤波、选频、双绞线、对称电路和负反馈等措施。一可以采用滤波、选频、双绞线、对称电路和负反馈等措施。一个设计良好的检测装置应该具备对有用信号敏感、对干扰信号个设计良好的检
31、测装置应该具备对有用信号敏感、对干扰信号尽量不敏感的特性。尽量不敏感的特性。此外，还可采用软件抑制干扰。通过编入一定的程序此外，还可采用软件抑制干扰。通过编入一定的程序进行信号处理和分析判断，达到抑制干扰的目的。进行信号处理和分析判断，达到抑制干扰的目的。第24页，共43页。经常采用的措施有以下几种。经常采用的措施有以下几种。一、隔离一、隔离 隔离有两种含义，即可靠的绝缘和合理地布线（考隔离有两种含义，即可靠的绝缘和合理地布线（考虑间距和走向）。虑间距和走向）。1.1.隔离变压器隔离变压器 地环路干扰地环路干扰 变压器阻隔地环路变压器阻隔地环路 第25页，共43页。2.2.光电耦合光电耦合二、
32、二、屏蔽屏蔽 屏蔽技术主要是抑制电磁感应对检测装置的干扰，屏蔽技术主要是抑制电磁感应对检测装置的干扰，它是利用铜或铝等低阻材料或导磁性良好的铁磁性材它是利用铜或铝等低阻材料或导磁性良好的铁磁性材料把元件、电路、组合件或传输线等包围起来以隔离料把元件、电路、组合件或传输线等包围起来以隔离内外电磁的相互干扰，屏蔽一般分为静电屏蔽、电磁内外电磁的相互干扰，屏蔽一般分为静电屏蔽、电磁屏蔽、低频磁屏蔽、驱动屏蔽。屏蔽、低频磁屏蔽、驱动屏蔽。光电耦合截断地环路光电耦合截断地环路 第26页，共43页。（1 1）静电屏蔽）静电屏蔽 静电屏蔽是根据静电学原理，即处于静电平衡状态下，静电屏蔽是根据静电学原理，即处
33、于静电平衡状态下，导体内部各点等电位，故在导体内部无电力线。因此采用导体内部各点等电位，故在导体内部无电力线。因此采用导电性能良好的金属作屏蔽盒，并将它接地，可使其内部导电性能良好的金属作屏蔽盒，并将它接地，可使其内部的电力线不外传，同时也不使外部的电力线影响其内部。的电力线不外传，同时也不使外部的电力线影响其内部。（a a）非屏蔽）非屏蔽 （b b）屏蔽）屏蔽 静电屏蔽的原理静电屏蔽的原理 第27页，共43页。静电屏蔽能防止静电场的影响，用它可以消除或削弱两静电屏蔽能防止静电场的影响，用它可以消除或削弱两电路之间由于寄生分布电容耦合而产生的干扰。静电屏电路之间由于寄生分布电容耦合而产生的干扰
34、。静电屏蔽时，可以在屏蔽导体上任意开缝，以防止涡流损耗。蔽时，可以在屏蔽导体上任意开缝，以防止涡流损耗。静电屏蔽的典型应用之一，是在电源变压器的原边与副边绕组静电屏蔽的典型应用之一，是在电源变压器的原边与副边绕组之间，插入一个梳齿形导体，并将其接地，可以防止两绕组之之间，插入一个梳齿形导体，并将其接地，可以防止两绕组之间的静电耦合。间的静电耦合。（a a）非接地情况）非接地情况 （b b）接地情况）接地情况接地导线的静电屏蔽作用接地导线的静电屏蔽作用 第28页，共43页。（2 2）电磁屏蔽）电磁屏蔽 电磁屏蔽主要防止交变电场的影响。其基本原理是采用导电磁屏蔽主要防止交变电场的影响。其基本原理是
35、采用导电良好的金属屏蔽罩、屏蔽盒等，将被保护的电路包围在其中，电良好的金属屏蔽罩、屏蔽盒等，将被保护的电路包围在其中，屏蔽体良好接地。利用高频电磁场对屏蔽金属的电磁感应作用，屏蔽体良好接地。利用高频电磁场对屏蔽金属的电磁感应作用，在屏蔽金属内产生涡流，用涡流产生的磁场抵消或减弱干扰磁在屏蔽金属内产生涡流，用涡流产生的磁场抵消或减弱干扰磁场的影响，从而得到屏蔽的效果。场的影响，从而得到屏蔽的效果。电磁屏蔽的必要条件是在屏蔽导体内流过高频电流，而且电磁屏蔽的必要条件是在屏蔽导体内流过高频电流，而且电流必须在抵消干扰磁通的方向上。它主要用来防止高频电流必须在抵消干扰磁通的方向上。它主要用来防止高频电
36、磁场的影响，对低频磁场干扰的屏蔽影响很小。电磁场的影响，对低频磁场干扰的屏蔽影响很小。屏蔽层的材料必需选择导电性能良好的低电阻金属，如铜、铝屏蔽层的材料必需选择导电性能良好的低电阻金属，如铜、铝或镀银铜板等。或镀银铜板等。用导电良好的金属材料做成的接地电磁屏蔽层，可同时用导电良好的金属材料做成的接地电磁屏蔽层，可同时起到电磁屏蔽和静电屏蔽两种作用。起到电磁屏蔽和静电屏蔽两种作用。第29页，共43页。（3 3）低频磁屏蔽低频磁屏蔽 低频磁场由于其频率低，趋附效应很小，吸收损耗小，低频磁场由于其频率低，趋附效应很小，吸收损耗小，并且由于其波阻抗低，反射损耗也很小，电磁屏蔽对这种低并且由于其波阻抗低
37、，反射损耗也很小，电磁屏蔽对这种低频磁通干扰的屏蔽效果是很差的。频磁通干扰的屏蔽效果是很差的。低频磁屏蔽的原理低频磁屏蔽的原理 第30页，共43页。（4 4）驱动屏蔽）驱动屏蔽 驱动屏蔽又称驱动屏蔽又称“电位跟踪屏蔽电位跟踪屏蔽”，就是用被屏蔽导体的，就是用被屏蔽导体的电位通过电位通过1:11:1电压跟随器来驱动屏蔽导体的电位，其原理如电压跟随器来驱动屏蔽导体的电位，其原理如图图11-2411-24所示。若所示。若1:11:1电压跟随器是理想的，则导体电压跟随器是理想的，则导体B B与屏蔽与屏蔽层层C C二者等电位。尽管导体二者等电位。尽管导体B B和屏蔽层和屏蔽层C C之间有寄生电容存在，之
38、间有寄生电容存在，但因但因B B与与C C等电位，故此寄生电容不起作用。因此驱动屏蔽能等电位，故此寄生电容不起作用。因此驱动屏蔽能有效地抑制通过寄生电容产生的耦合干扰。有效地抑制通过寄生电容产生的耦合干扰。第31页，共43页。综上所述，在现场中敷设信号线时要注意：现场综上所述，在现场中敷设信号线时要注意：现场中带盖的钢质电缆槽和穿线管兼有静电屏蔽能力及一中带盖的钢质电缆槽和穿线管兼有静电屏蔽能力及一定的电磁屏蔽能力。因此远距离信号线传输宜采用钢定的电磁屏蔽能力。因此远距离信号线传输宜采用钢质电缆槽、穿线管进行屏蔽敷设。如果电缆槽内安放质电缆槽、穿线管进行屏蔽敷设。如果电缆槽内安放不同用途、不同
39、电压等级的电线电缆时，应分类布置，不同用途、不同电压等级的电线电缆时，应分类布置，如毫伏类低电平信号、本安线路、开关量联锁线路、如毫伏类低电平信号、本安线路、开关量联锁线路、电源线路等，应使用钢质隔离板分类敷设，进行补充电源线路等，应使用钢质隔离板分类敷设，进行补充屏蔽；小型装置以及现场接线箱引出线的分支线路宜屏蔽；小型装置以及现场接线箱引出线的分支线路宜用钢管分类穿管走线。用钢管分类穿管走线。对重要的信号线，尤其是毫伏级低电平信对重要的信号线，尤其是毫伏级低电平信号线，宜用带屏蔽的电线电缆，此是抗静电感应号线，宜用带屏蔽的电线电缆，此是抗静电感应干扰的最有效方法。干扰的最有效方法。第32页，
40、共43页。三、三、双绞线双绞线 所谓双绞线，是由成对的两根导线（线芯）相互绞扭而形成的所谓双绞线，是由成对的两根导线（线芯）相互绞扭而形成的电线电缆。两根导线的位置反复交替，纵观全线路，其与干扰电线电缆。两根导线的位置反复交替，纵观全线路，其与干扰源间的分布电容几乎相等，因交变磁场感应或静电感应产生的源间的分布电容几乎相等，因交变磁场感应或静电感应产生的干扰电势几乎可以相互抵消（线路电阻对称情况下），残留的干扰电势几乎可以相互抵消（线路电阻对称情况下），残留的差模干扰电势就很小了。差模干扰电势就很小了。双绞线一般由两根双绞线一般由两根22222626号绝缘铜导线相互缠绕而成，如号绝缘铜导线相互
41、缠绕而成，如果把一对或多对绞合导线放在一个绝缘套管中便构成了双果把一对或多对绞合导线放在一个绝缘套管中便构成了双绞线电缆。两根导线相互扭合，其扭绞节距的长短与该导绞线电缆。两根导线相互扭合，其扭绞节距的长短与该导线的线径有关。线径越细，扭绞节距越短，抑制感应噪声线的线径有关。线径越细，扭绞节距越短，抑制感应噪声的效果越明显，但成本增加。的效果越明显，但成本增加。第33页，共43页。双绞线主要用来传输模拟信号，也适用于数字信号传输，对较短双绞线主要用来传输模拟信号，也适用于数字信号传输，对较短距离的数字信号传输效果好。双绞线在信号传输应用中具有传输距离的数字信号传输效果好。双绞线在信号传输应用中
42、具有传输距离远、传输质量高、抗干扰能力强、布线方便、造价低廉等优距离远、传输质量高、抗干扰能力强、布线方便、造价低廉等优点。但其对信号也存在着较大的衰减，并且产生波形畸变。所以点。但其对信号也存在着较大的衰减，并且产生波形畸变。所以在用双绞线远距离传输信号时，必须采取放大、补偿等措施。在用双绞线远距离传输信号时，必须采取放大、补偿等措施。双绞线分为屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线两种。屏蔽双绞线电缆双绞线分为屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线两种。屏蔽双绞线电缆的外层由一层金属箔包裹，从而能抑制双绞线向外辐射电磁波，的外层由一层金属箔包裹，从而能抑制双绞线向外辐射电磁波，同时具有很高的信号传输速率。但屏蔽双绞线
43、造价相对较高，同时具有很高的信号传输速率。但屏蔽双绞线造价相对较高，安装施工也比非屏蔽双绞线电缆困难。安装施工也比非屏蔽双绞线电缆困难。双绞线抗干扰有效、经济，可明显抑制静电感应和交变磁双绞线抗干扰有效、经济，可明显抑制静电感应和交变磁场引入的干扰，是优先考虑的措施之一。场引入的干扰，是优先考虑的措施之一。第34页，共43页。四、实现正确接地四、实现正确接地 所谓接地是指将一个点与某个电位基准面用导体连接起来所谓接地是指将一个点与某个电位基准面用导体连接起来建立低电阻的导电通道。建立低电阻的导电通道。这里的这里的“地地”通常是指以下两种：一种是通常是指以下两种：一种是“大地大地”（安全地）。（
44、安全地）。接地的目的是为电气设备提供一个保护接地，或者是满足静电屏接地的目的是为电气设备提供一个保护接地，或者是满足静电屏蔽的要求。一种是蔽的要求。一种是“信号基准地信号基准地”（信号地）。（信号地）。接地的目的是为系统或电路的各部分提供一个稳定的接地的目的是为系统或电路的各部分提供一个稳定的基准电位，并以低的阻抗为信号电流回流到信号源提供基准电位，并以低的阻抗为信号电流回流到信号源提供通路。通路。第35页，共43页。（1 1）检测装置的地线）检测装置的地线 屏蔽接地线及机壳接地线屏蔽接地线及机壳接地线 信号接地线信号接地线 功率地线功率地线 交流电源地线（即交流交流电源地线（即交流50Hz5
45、0Hz地线）地线）（2 2）常见的接地方式）常见的接地方式电路的一点接地和多点接地电路的一点接地和多点接地 一般高频电路应就近多点接地，低频电路应一点接地。一般高频电路应就近多点接地，低频电路应一点接地。一点接地又分单级电路一点接地和多级电路一点一点接地又分单级电路一点接地和多级电路一点接地两种情况。接地两种情况。第36页，共43页。单级电路的一点接地（a）任意点接地 （b）一点接地 第37页，共43页。各种地线的分开设置 第38页，共43页。五、浮置技术浮置技术 浮置又称浮空、浮接。如果检测装置的输入放大器的公浮置又称浮空、浮接。如果检测装置的输入放大器的公共线，既不接机壳也不接大地，则称为
46、浮空。浮空的目的共线，既不接机壳也不接大地，则称为浮空。浮空的目的是要阻断干扰电流的通路。浮空后，检测电路的公共线与是要阻断干扰电流的通路。浮空后，检测电路的公共线与大地（或机壳）之间的阻抗很大。被浮置的测量系统，测大地（或机壳）之间的阻抗很大。被浮置的测量系统，测量电路与机壳或大地之间无直流联系。量电路与机壳或大地之间无直流联系。第39页，共43页。六、加装滤波器加装滤波器 滤波器的安装和使用应注意以下几点：滤波器的安装和使用应注意以下几点：（1）为了防止由于滤波器输入线路和输出线路的感）为了防止由于滤波器输入线路和输出线路的感应而导致性能下降，滤波器的输入及输出线必须采用屏应而导致性能下降
47、，滤波器的输入及输出线必须采用屏蔽电缆或将导线置于金属管中，电缆外壳或金属管应与蔽电缆或将导线置于金属管中，电缆外壳或金属管应与滤波器外壳连接，并要接地。滤波器外壳连接，并要接地。（2）在浮地系统中，滤波器外壳应与设备机架或机箱绝）在浮地系统中，滤波器外壳应与设备机架或机箱绝缘，以防止设备带电。缘，以防止设备带电。（3）滤波器接地不仅是为了安全，主要还在于可提高滤波）滤波器接地不仅是为了安全，主要还在于可提高滤波器抑制共模干扰的能力。因此在可能的情况下设备和滤波器均器抑制共模干扰的能力。因此在可能的情况下设备和滤波器均应有可靠的接地装置。在浮地系统中，滤波器和电网之间应接应有可靠的接地装置。在
48、浮地系统中，滤波器和电网之间应接入入1:1的隔离变压器，然后将滤波器外壳与系统的地可靠连接。的隔离变压器，然后将滤波器外壳与系统的地可靠连接。第40页，共43页。七、软件抗干扰技术软件抗干扰技术 常用的软件干扰抑制技术主要有数字滤波、指令冗余常用的软件干扰抑制技术主要有数字滤波、指令冗余技术、软件陷阱技术等。技术、软件陷阱技术等。数字滤波具有很多硬件滤波器没有的优点。它是由软件算法数字滤波具有很多硬件滤波器没有的优点。它是由软件算法实现的，不需要增加硬件设备，只要在程序进入控制算法之前，实现的，不需要增加硬件设备，只要在程序进入控制算法之前，附加一段数字滤波的程序即可。各个通道可以共用一个数字
49、滤波附加一段数字滤波的程序即可。各个通道可以共用一个数字滤波器，而不像硬件滤波器那样存在阻抗匹配问题。它使用灵活，只器，而不像硬件滤波器那样存在阻抗匹配问题。它使用灵活，只要改变滤波程序或运算参数，就可实现不同的滤波效果，很容易要改变滤波程序或运算参数，就可实现不同的滤波效果，很容易解决较低频信号的滤波问题。目前先进的数字滤波方法有卡尔曼解决较低频信号的滤波问题。目前先进的数字滤波方法有卡尔曼滤波、自适应滤波、自适应卡尔曼滤波、小波滤波等。常用的数滤波、自适应滤波、自适应卡尔曼滤波、小波滤波等。常用的数字滤波方法有算术平均值法、中位值法、抑制脉冲算术平均法字滤波方法有算术平均值法、中位值法、抑
50、制脉冲算术平均法（复合滤波法）。（复合滤波法）。第41页，共43页。（2）冗余技术 当干扰信号通过某种途径作用到CPU上，使CPU不能按正常状态执行程序，从而引起混乱，这就是所说的程序“跑飞”。对程序“跑飞”后使其恢复正常的一个最简单的方法是通过人工复位，使CPU重新执行程序。采用这种方法虽然简单，但需要人的参与，而且复位不及时。因此可从软件设计上考虑在程序“跑飞”时如何自动恢复到正常状态下运行。冗余技术是经常用到的方法。它包括指令的冗余设计和数据程序的冗余设计。第42页，共43页。指令的冗余设计，就是在一些关键的地方人为地插入一指令的冗余设计，就是在一些关键的地方人为地插入一些单字节的空操作
