1、第十二章第十二章 检测系统的抗干扰技术检测系统的抗干扰技术 本章介绍噪声、本章介绍噪声、骚扰骚扰和和干扰干扰的概念、的概念、来源来源及及防护方法防护方法、自动检测系统中的、自动检测系统中的电磁兼容原理及电磁兼容原理及控制技术控制技术（屏蔽屏蔽、接地接地、滤波滤波、光耦光耦等），以等），以及及检测系统的检测系统的电磁兼容试验（电磁辐射、抗扰电磁兼容试验（电磁辐射、抗扰度等）度等）及设备及设备。12.1 噪声及防护噪声及防护12.2 检测技术中的电磁兼容原理检测技术中的电磁兼容原理12.3 几种几种电磁兼容控制技术电磁兼容控制技术12.4 电磁兼容试验及实验室电磁兼容试验及实验室第十二章第十二章
2、检测系统的抗干扰技术检测系统的抗干扰技术 目录目录进入进入进入进入进入进入进入进入第一节第一节 噪声及防护噪声及防护在测量过程中，往往会发现总是有一些无用的在测量过程中，往往会发现总是有一些无用的背景信背景信号与被测信号叠加在一起号与被测信号叠加在一起，称之为，称之为骚扰骚扰或或噪声噪声。如果骚。如果骚扰引起设备或系统的性能下降时，称之为扰引起设备或系统的性能下降时，称之为干扰干扰。骚扰仅骚扰仅仅是客观存在的一种物理现象仅是客观存在的一种物理现象，它可能引起设备降级或，它可能引起设备降级或损害，损害，但不一定已经形成后果但不一定已经形成后果。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
3、常用信噪比（信噪比（S/N）来表）来表示示，它是指在信号通道中，它是指在信号通道中，有用信号功率有用信号功率PS与噪声功率与噪声功率PN 之比之比，或，或有用信号电压有用信号电压US与噪声电压与噪声电压UN 之比之比即：即：S/N=10lg(PS/PN)=20lg(US/UN(dB)信噪比信噪比（S/N）的）的计算计算 在测量过程中在测量过程中应尽量提高信噪比应尽量提高信噪比，以减少噪声，以减少噪声对测量结果的影响。对测量结果的影响。例例：在扩音机输入端测得：在扩音机输入端测得：话筒输出的做报告者话筒输出的做报告者声音的平均电压为声音的平均电压为50mV，50Hz干扰干扰“嗡嗡嗡嗡”声声的电压
4、为的电压为0.5mV，求信噪比求信噪比。解：解：S/N=20lg(50/0.5)dB=40dB又例：当又例：当S/N分别为分别为20 dB、0 dB、-20 dB 时，时，说明说明做报告者声音与干扰声音之间各为什么关系做报告者声音与干扰声音之间各为什么关系？干扰衰减分贝数干扰衰减分贝数的的计算计算例例：在仪表输入端插入：在仪表输入端插入EMI射频滤波器（射频滤波器（插入损插入损耗为耗为30dB），若原来施加在仪表输入端的），若原来施加在仪表输入端的射频干射频干扰扰Ui1=100mV。问：插入问：插入EMI射频滤波器后，射频滤波器后，输入端的射频干扰输入端的射频干扰Ui2减小到多少毫伏减小到多少
5、毫伏？解解:插入损耗插入损耗30dB=20lg(Ui1/Ui2),则有：则有：Ui1/Ui2=10(30/20）=31.6倍倍，Ui2=10031.6=3.16mV 又例：当衰减量分别为又例：当衰减量分别为0dB、-20dB、-40dB 时，说时，说明明衰减后的干扰是衰减前的多少分之一衰减后的干扰是衰减前的多少分之一？噪声源及干扰源噪声源及干扰源 1.1.机械骚扰机械骚扰 机械振动或冲击使电子机械振动或冲击使电子检测装置中的元件发生振检测装置中的元件发生振动，改变了系统的电气参动，改变了系统的电气参数，造成可逆或不可逆的数，造成可逆或不可逆的影响。影响。对于机械对于机械骚扰骚扰，可选用，可选用
6、专用减振弹簧专用减振弹簧-橡胶垫脚橡胶垫脚或吸振橡胶海绵垫来降低或吸振橡胶海绵垫来降低系统的谐振频率，吸收振系统的谐振频率，吸收振动的能量，从而减小系统动的能量，从而减小系统的振幅。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两种机械减振方法两种机械减振方法a）减振弹簧）减振弹簧/橡胶垫脚橡胶垫脚(可可移动方式）移动方式）b）用橡胶或）用橡胶或海绵垫吸收振海绵垫吸收振动能量动能量(固定固定)c）减振等效）减振等效模型模型1橡胶垫脚橡胶垫脚 2减振弹簧减振弹簧 3固定螺钉固定螺钉4吸振橡胶（海绵）垫吸振橡胶（海绵）垫 5橡胶套管（起隔振作用）橡胶套管（起隔振作用）m质量块质量块
7、 k弹簧弹簧 c阻尼器阻尼器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（如图中的电子天平）固定在振动台上，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，测试在不同频率的规定振幅下，产品逐渐增大振幅，测试在不同频率的规定振幅下，产品指标是否变化。指标是否变化。须固定须固定FJ-250振动试验台技术指标振动试验台技术指标 振动方向：垂直振动方向：垂直最大试验负载：最大试验负载：250kg振动机功率：振动机功率：7.5kW满载振幅可调范围满载振幅可调范围p-p：06mm频率可调范围：频率可调范围：580Hz最大加速度：最大加速度：10g,或或100m/s2振
8、动波形：正弦波振动波形：正弦波连续振动时间：连续振动时间：7天内天内固定固定电子电子控制台控制台跌落试验跌落试验 产品在运输产品在运输过程中常因为过程中常因为遭受剧烈振动遭受剧烈振动或或跌落而损坏，跌落而损坏，或性能变差或性能变差，因此需要做因此需要做抗抗跌落试验跌落试验和测和测试。试。跌落试验机跌落试验机跌落试验跌落试验原理原理 跌落试验的国家跌落试验的国家标准有：标准有：一角一角、三边三边、六面六面之自由落体，之自由落体，跌落跌落的高度是根据产品的高度是根据产品重量而定重量而定。分。分900mm、760mm、650mm几个等级。几个等级。将包装件按规定高度将包装件按规定高度跌落于坚硬、平整
9、的水平面上跌落于坚硬、平整的水平面上，评定包装件承受垂直冲击的能力和包装对内装物的保护评定包装件承受垂直冲击的能力和包装对内装物的保护能力。能力。电磁铁电磁铁2.湿度及化学骚扰湿度及化学骚扰 当环境相对湿度增加时，物体当环境相对湿度增加时，物体表面就会附着一层水膜，并渗入表面就会附着一层水膜，并渗入材料内部，材料内部，降低了绝缘强度，造降低了绝缘强度，造成了漏电、击穿和短路现象；潮成了漏电、击穿和短路现象；潮湿还会产生原电池电化学干扰电湿还会产生原电池电化学干扰电压。压。某些化学物品如某些化学物品如酸、碱、盐、酸、碱、盐、各种腐蚀性气体以及沿海地区的各种腐蚀性气体以及沿海地区的盐雾盐雾也会造成
10、与潮湿类似的漏电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腐蚀现象，必须采取以下措施来加以保护：加以保护：浸漆、密封、浸漆、密封、定期通定期通电加热驱潮电加热驱潮等。等。用绝缘漆浸用绝缘漆浸渍过的控制渍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水试验仪器设备的防水试验IPX5等级的淋水试验：等级的淋水试验：3min，12.5L/min，喷嘴距离：喷嘴距离：3m。仪器淋水试验设备仪器淋水试验设备喷孔直径：喷孔直径：1.2mm喷孔个数：喷孔个数：40喷孔间距：喷孔间距：12.5mm旋管转速：旋管转速：23r/min旋管角度：旋管角度：360旋转旋
11、转旋管喷水水压：旋管喷水水压：98kPa可调可调旋管水流量：旋管水流量：25.4L/min可调可调仪器淋水试验设备（续）仪器淋水试验设备（续）.仪器设备的防潮试验房仪器设备的防潮试验房“步入式步入式”恒温恒湿房恒温恒湿房体积：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、交可用于进行大型仪器设备的高低温、恒定湿热、交变湿热试验变湿热试验。恒温恒湿试验机恒温恒湿试验机试验温度范围：试验温度范围：-70150，湿度范围：，湿度范围：1098RH 盐雾试验盐雾试验利用盐雾试验设备所创造的利用盐雾试
12、验设备所创造的人工模拟盐雾环境条件人工模拟盐雾环境条件来来考核产品或金属材料耐腐蚀性能的环境试验。常用的有：考核产品或金属材料耐腐蚀性能的环境试验。常用的有：中性盐雾试验（中性盐雾试验（NSSNSS试验）试验）、铜盐加速醋酸盐雾试验铜盐加速醋酸盐雾试验（CASSCASS试验）试验）、交变盐雾试验交变盐雾试验等。等。在盐雾试验箱容积空间内在盐雾试验箱容积空间内，用用喷雾喷雾的方法，造成盐雾环的方法，造成盐雾环境境，来对产品的耐盐雾腐蚀来对产品的耐盐雾腐蚀性能质量进行考核性能质量进行考核48h48h。其盐雾环境的氯化物的盐。其盐雾环境的氯化物的盐浓度，可以浓度，可以是一般天然环境是一般天然环境盐雾
13、含量的几十倍盐雾含量的几十倍，使腐蚀使腐蚀速度大大提高速度大大提高，得出结果的得出结果的时间大大缩短时间大大缩短。3.热骚扰热骚扰 热量，特别是温度波动以及不均匀的温度场对热量，特别是温度波动以及不均匀的温度场对检测装置的干扰主要体现在以下几个方面：检测装置的干扰主要体现在以下几个方面：元件参数的变化（温漂）元件参数的变化（温漂）、接触热电势干扰接触热电势干扰、元器件长期在高温下工作时，引起元器件长期在高温下工作时，引起寿命和耐压等寿命和耐压等级降低级降低等。等。克服热干扰的防护措施有：克服热干扰的防护措施有：选用低温漂元件，选用低温漂元件，采取软、硬件温度补偿措施采取软、硬件温度补偿措施，选
14、用低功耗、低发热元件选用低功耗、低发热元件，提高元器件规格余量提高元器件规格余量，仪器的前置输入级远离发热元件仪器的前置输入级远离发热元件，加强散热、采加强散热、采用热屏蔽用热屏蔽等。等。散热实例散热实例 计算机显卡的散热风扇计算机显卡的散热风扇4.固有噪声骚扰固有噪声骚扰 在电路中，在电路中，电子元件本电子元件本身产生的身产生的、具有随机性具有随机性、宽频带的噪声宽频带的噪声称为称为固有噪固有噪声声。最重要的固有噪声源最重要的固有噪声源是电阻热噪声是电阻热噪声、半导体散半导体散粒噪声和接触噪声粒噪声和接触噪声等。固等。固有噪声可以从喇叭或耳机有噪声可以从喇叭或耳机中反映出来，但更多的时中反映
15、出来，但更多的时候是候是反映在输出电压的无反映在输出电压的无规律跳变规律跳变上。上。固有噪声骚扰固有噪声骚扰 电阻热噪声电阻热噪声:任何电阻，即使任何电阻，即使不与电源相接，在它的两端也有一定不与电源相接，在它的两端也有一定的交流噪声电压产生的交流噪声电压产生。这个噪声电压是。这个噪声电压是由于电阻中的电由于电阻中的电子无规则的热运动引起的子无规则的热运动引起的，属于白噪声属于白噪声。阻值越大阻值越大，热，热噪声引起的压降也越大。噪声引起的压降也越大。频带越宽频带越宽，噪声也越大噪声也越大。电阻。电阻两端出现的热噪声电压的平均值为：两端出现的热噪声电压的平均值为：式中：式中：k玻尔兹曼常数（玻
16、尔兹曼常数（1.3810-23J/K）T热力学温度；热力学温度；R电阻值；电阻值；f噪声带宽。噪声带宽。4tUkTR f电阻热噪声计算电阻热噪声计算 例：例：某放大器的某放大器的输入电阻为输入电阻为1M，带宽为带宽为2MHz，放大放大器的放大倍数为器的放大倍数为100,求求:环境温度为环境温度为27(300K)时时,在放在放大器的输出端可能得到宽带噪声电压平均值大器的输出端可能得到宽带噪声电压平均值。解：解：若该放大器的输入信号为微伏级，则输出信号可能被若该放大器的输入信号为微伏级，则输出信号可能被噪声所淹没。噪声所淹没。为了减小电阻热噪声，应根据实际需要来确定电路的为了减小电阻热噪声，应根据
17、实际需要来确定电路的带宽；带宽；不应片面强调不应片面强调很宽的高频响应很宽的高频响应和和高输入电阻高输入电阻；电；电路中尽量不用高阻值的电阻，使用质量高的路中尽量不用高阻值的电阻，使用质量高的金属膜金属膜、金金属氧化膜属氧化膜电阻，尽量降低前置级的温度。电阻，尽量降低前置级的温度。2366100 4(1004 1.38 10300 1 102 10V18mVtUkTR f 解)半导体散粒噪声半导体散粒噪声 在半导体中，在半导体中，载流子的随机扩散以及电子载流子的随机扩散以及电子-空穴对的空穴对的随机发生及复合形成的噪声称为半导体的散粒噪声随机发生及复合形成的噪声称为半导体的散粒噪声，在，在收录
18、音技术中，体现为收录音技术中，体现为“流水声流水声”。从整体看，散粒噪。从整体看，散粒噪声使流过半导体的电流产生随机性的涨落，从而干扰测声使流过半导体的电流产生随机性的涨落，从而干扰测量结果。选用低噪声器件、减小半导体器件的电流和电量结果。选用低噪声器件、减小半导体器件的电流和电路的带宽，均能减小散粒噪声的影响。例如在路的带宽，均能减小散粒噪声的影响。例如在CD机前机前置放大级中，可采用超置放大级中，可采用超晶体管或低功耗集成电路，在晶体管或低功耗集成电路，在不减小放大倍数的情况下，它的工作电流可以减少到不减小放大倍数的情况下，它的工作电流可以减少到0.1mA，以减小散粒噪声。，以减小散粒噪声
19、。接触噪声接触噪声 接触噪声是由元器件之间的不完全接触，从而接触噪声是由元器件之间的不完全接触，从而形成电形成电导率的起伏导率的起伏而引起的。它发生在两个导体连接的地方，而引起的。它发生在两个导体连接的地方，如开关、继电器触点、电位器触点、接线端子电阻、晶如开关、继电器触点、电位器触点、接线端子电阻、晶体管内部的不良接触等。接触噪声是低频电路中的主要体管内部的不良接触等。接触噪声是低频电路中的主要噪声，噪声，减小流过触点的直流电流减小流过触点的直流电流、采用镀金或镀铑触采用镀金或镀铑触点点、增加接触压力等均可减小接触噪声增加接触压力等均可减小接触噪声。接触噪声多发生在接触噪声多发生在低频段低频
20、段。f0HzSE E100Hz白噪声白噪声 指功率谱密度在整个频域内均匀分布的噪声。指功率谱密度在整个频域内均匀分布的噪声。所有所有频率点上，具有相同能量的随机噪声称为白噪声。上述频率点上，具有相同能量的随机噪声称为白噪声。上述热噪声和散弹噪声，多接近白噪声。热噪声和散弹噪声，多接近白噪声。其他功率频谱密度不为常数的噪声信号被称为其他功率频谱密度不为常数的噪声信号被称为有色噪有色噪声声，例如：，例如：粉红噪声粉红噪声、褐色噪声褐色噪声、高斯白噪声高斯白噪声等。等。噪声并不一定体现在人耳的感觉上，可以用频谱仪或噪声并不一定体现在人耳的感觉上，可以用频谱仪或示波器来观察各种噪声。示波器来观察各种噪
21、声。高斯白噪声序列高斯白噪声序列：f5.电、磁噪声骚扰电、磁噪声骚扰 电磁波可以电磁波可以通过电网通过电网以及以及直接辐射直接辐射的形式的形式传播到离这些噪声源很远的检测装置中。在传播到离这些噪声源很远的检测装置中。在工频输电线附近也存在强大的交变电场工频输电线附近也存在强大的交变电场，在，在强电流输电线附近存在干扰磁场强电流输电线附近存在干扰磁场，他们将对，他们将对灵敏的检测装置造成干扰。由于这些干扰源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，功率强大，要消除他们的影响较为困难，必必须采取多种措施来防护，见下述须采取多种措施来防护，见下述。第二节第二节 检测技
22、术中的电磁兼容原理检测技术中的电磁兼容原理 一、电磁兼容（一、电磁兼容（EMC）概念）概念 我国从我国从20世纪世纪80年代至今已制定了年代至今已制定了上百个电磁兼容上百个电磁兼容的国家标准的国家标准,强制要求绝大多数电气设备必须通过相关强制要求绝大多数电气设备必须通过相关电磁兼容标准的性能测试。电磁兼容标准的性能测试。EMC指电子设备在规定的指电子设备在规定的电磁干扰环境中能按照原设计要求而正常工作的能力电磁干扰环境中能按照原设计要求而正常工作的能力,而且也不向处于同一环境中的其他设备释放超过允许范而且也不向处于同一环境中的其他设备释放超过允许范围的电磁干扰围的电磁干扰。按国家标准。按国家标
23、准GB/T4765-1995电磁兼容电磁兼容术语术语对对“电磁兼容电磁兼容”的定义是：的定义是：“设备或系统在其电设备或系统在其电磁环境中能正常工作磁环境中能正常工作,且不对该环境中的住何事物构成且不对该环境中的住何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力不能承受的电磁骚扰的能力”,即要求即要求在同一电磁环境在同一电磁环境中的各种设备都能正常工作中的各种设备都能正常工作,又互不干扰又互不干扰,达到达到“兼容兼容”状态状态。回目录回目录部分电磁兼容的国家标准部分电磁兼容的国家标准一、一、基础类标准基础类标准 GBGBT 4365-1995 T 4365-1995 电磁兼容术语电磁兼容术语 GBGBT 6
24、113-1995 T 6113-1995 无线电干扰和抗扰度测量设备规范无线电干扰和抗扰度测量设备规范 GB 3907-83GB 3907-83*工业无线电干扰基本测量方法工业无线电干扰基本测量方法 GB 4859-84GB 4859-84*电气设备的抗扰度性基本测量方法电气设备的抗扰度性基本测量方法 GBGBT 15658-1995 T 15658-1995 城市无线电噪声测量方法城市无线电噪声测量方法 二、二、通用类标准通用类标准 GB 8702-88 GB 8702-88 电磁辐射防护规定电磁辐射防护规定GBGBT 13926.1-92 T 13926.1-92 工业过程测量和控制装置的
25、电磁兼容性总论工业过程测量和控制装置的电磁兼容性总论 GBGBT 13926.2-92 T 13926.2-92 工业过程测量和控制装置的电磁兼容性静工业过程测量和控制装置的电磁兼容性静电放电要求电放电要求 GBGBT13926.3-92 T13926.3-92 工业过程测量和控制装置的电磁兼容性辐工业过程测量和控制装置的电磁兼容性辐射电磁场要求射电磁场要求 GBGBT 13926.4-92 T 13926.4-92 工业过程测量和控制装置的电磁兼容性工业过程测量和控制装置的电磁兼容性电快速瞬变脉冲群要求电快速瞬变脉冲群要求 GBGBT 14431-93 T 14431-93 无线电业务要求的
26、信号无线电业务要求的信号/干扰保护比和最小干扰保护比和最小可用场强；可用场强；三、三、产品类产品类（略）；四、（略）；四、系统类系统类（略）（略）二、电磁干扰的来源二、电磁干扰的来源 本节开始，讨论的对象为本节开始，讨论的对象为“干扰干扰”，即：，即：由骚扰由骚扰引起的设备、转输通道或系统性能的下降问题引起的设备、转输通道或系统性能的下降问题。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为干人为干扰源扰源，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.自然界干扰源包括地球外层空间的宇宙射电噪自然界干扰源包括地球外层空间的宇宙射电噪声、太阳耀斑辐射噪
27、声以及大气层的天电噪声。后声、太阳耀斑辐射噪声以及大气层的天电噪声。后者的能量频谱主要集中在者的能量频谱主要集中在30MHz以下以下，对检测系统，对检测系统的影响较大。的影响较大。2.人为干扰源又可分为人为干扰源又可分为有意发射干扰有意发射干扰源和源和无意发无意发射干扰射干扰源。源。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人为干扰源人为干扰源雷达会产生大功率高频干扰雷达会产生大功率高频干扰 变电站会产变电站会产生生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。检测系统受到外
28、部电磁干扰示意图检测系统受到外部电磁干扰示意图移动通讯电力线电力线雷电雷电电台电台电视台电视台交流供电电路交流供电电路电动机电动机移动通移动通信设备信设备天体电磁辐射天体电磁辐射 检测检测系统电系统电磁干扰磁干扰的主要的主要传播路传播路径径移动通讯电吹风机干扰电视机的演示电吹风机干扰电视机的演示 电吹风机产电吹风机产生的电磁波干生的电磁波干扰以两种途径扰以两种途径到达电视机：到达电视机：一是一是以空间以空间电磁场传输的电磁场传输的方式由电视机方式由电视机的天线接收的天线接收；二是二是通过通过共用的电源插共用的电源插座座。电磁干扰三要素电磁干扰三要素消除或减弱电磁干扰的方法消除或减弱电磁干扰的方
29、法（1 1）消除或抑制干扰源：积极、主动的措）消除或抑制干扰源：积极、主动的措施是消除干扰源。施是消除干扰源。（2 2）切断干扰途径：提高绝缘性能、采用）切断干扰途径：提高绝缘性能、采用光耦合器、采用退耦、滤波电路、静电屏蔽、光耦合器、采用退耦、滤波电路、静电屏蔽、磁屏蔽、电磁屏蔽等。磁屏蔽、电磁屏蔽等。（3 3）削弱接受回路对干扰的敏感性：降低）削弱接受回路对干扰的敏感性：降低输入阻抗、尽量采用数字电路等。输入阻抗、尽量采用数字电路等。路和场的干扰路和场的干扰 路的干扰必须在干扰源和被干扰对象之间有路的干扰必须在干扰源和被干扰对象之间有完整的电路连接完整的电路连接，干扰沿着这个通路到达被干干
30、扰沿着这个通路到达被干扰对象扰对象。例如通过电源线、变压器引入的干扰。例如通过电源线、变压器引入的干扰。路的干扰又称传导干扰；路的干扰又称传导干扰；场的干扰不需要沿着电路传输场的干扰不需要沿着电路传输，而是，而是以电磁以电磁场辐射的方式进行场辐射的方式进行，又称为辐射干扰。，又称为辐射干扰。例如，电源线对传感器的信号线的电场耦合例如，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。磁场耦合干扰。1 1通过路的干扰通过路的干扰 由泄漏电阻由泄漏电阻 引起的干扰引起的干扰1干扰源干扰源 2仪器输入端子仪器输入端子 R漏电
31、阻漏电阻 i漏电流漏电流IS信号源输出电流信号源输出电流 Ri仪器的输入电阻仪器的输入电阻通过路的干扰例题通过路的干扰例题 图中的图中的UNi为干扰源电压。为干扰源电压。Ri为被干扰电路的输入电为被干扰电路的输入电阻，阻，R为漏电阻。作用于为漏电阻。作用于Ri上的干扰电压上的干扰电压UNo为为iNoNiiRUURR例例:设设UNi为电路中的为电路中的交流电源交流电源,其有效值其有效值为为15V，Ri=106，R=1010，可计算，可计算得到作用于该电路输得到作用于该电路输入端的入端的50Hz干扰电干扰电压有效值为压有效值为1.5mV。差模干扰差模干扰传感器与其他设备或外围设备相互交换的传输线路
32、至传感器与其他设备或外围设备相互交换的传输线路至少需要两根导线少需要两根导线,干扰电压和干扰电流在两根导线上干扰电压和干扰电流在两根导线上,分分别作为往返线路传输。别作为往返线路传输。干扰电压干扰电压UNi是与有用信号是与有用信号US串串联和叠加在一起联和叠加在一起,与输入电阻与输入电阻Ri构成回路构成回路,差模干扰电压差模干扰电压较难滤除。较难滤除。1有用信号源有用信号源 2干扰源干扰源 3测量装置测量装置 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一段地线，在地线的微小电阻在地线的微小电阻上产生了压降上产生了压降，造成了干扰
33、。，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电路共同享有或使用一段公共的线路段公共的线路,而这段而这段线路又具有一定的阻抗线路又具有一定的阻抗时时,这个阻抗成为这两这个阻抗成为这两个电路的共阻抗。第二个电路的共阻抗。第二个电路的电流流过这个个电路的电流流过这个共阻抗所产生的压降就共阻抗所产生的压降就成为第一个电路的干扰成为第一个电路的干扰电压。电压。负载负载电流电流干扰干扰压降压降正确接线正确接线由电源配电由电源配电回路引入的回路引入的干扰干扰 交流供配电线路在工业现场的分布交流供配电线路在工业现场的分布相当于一个吸收各
34、相当于一个吸收各种干扰的网络种干扰的网络,以以电路传导的形式电路传导的形式传遍各处，传遍各处，经检测装经检测装置的电源线进入仪器内部造成干扰置的电源线进入仪器内部造成干扰。电压突变电压突变和和交流电源波形畸变交流电源波形畸变使使工频的高次谐波工频的高次谐波 经经电源线进入仪器的前级电路电源线进入仪器的前级电路。常见的大功率干扰有：常见的大功率干扰有：调压或逆变电路中的晶闸管引调压或逆变电路中的晶闸管引起的大功率高次谐波干扰起的大功率高次谐波干扰、开关电源经电源线往外泄漏开关电源经电源线往外泄漏出的几百千赫兹尖脉冲干扰出的几百千赫兹尖脉冲干扰。2 2通过场的干扰通过场的干扰 电场耦合的实质是电场
35、耦合的实质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电场耦合干扰，就必须线对信号线的电场耦合干扰，就必须加大信号加大信号线与电源线的距离线与电源线的距离、减小两者间的分布电容减小两者间的分布电容；必须尽量必须尽量保持电路和信号线的对地平衡保持电路和信号线的对地平衡，布线，布线时，多时，多采用双绞扭屏蔽线采用双绞扭屏蔽线。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 防止磁场耦合干扰途防止磁场耦合干扰途径的办法有：径的办法有：使信号线使信号线远远离强电流干扰源离强电流干扰源，从而减，从而减小互感量小互感量M；采用铁质低采用铁质低频磁屏蔽频磁屏蔽，从
36、而减小信号，从而减小信号线感受到的磁场；线感受到的磁场；采用绞采用绞扭导线使引入到信号处理扭导线使引入到信号处理电路两端的干扰电压大小电路两端的干扰电压大小相等、相位相同相等、相位相同，使差模，使差模干扰干扰转变成共模干扰转变成共模干扰 。C型变压器的漏感型变压器的漏感比比E型小型小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 电焊机二次侧电缆产生强磁电焊机二次侧电缆产生强磁场干扰场干扰磁场交链磁场交链信号线信号线共模干扰与串模干扰共模干扰与串模干扰 如果干扰源对两根信号传输线的干扰如果干扰源对两根信号传输线的干扰大小相大小相等、等、相位相同相位相同,就属于共模干扰就属于共模干扰。由
37、于。由于“仪用仪用放大器放大器”的共模抑制比的共模抑制比 KCMR可达可达120dB以上以上,所以共模干扰可以被抑制所以共模干扰可以被抑制，所以共模干扰对检所以共模干扰对检测装置的影响不大。测装置的影响不大。当系统的两个输入端出现很难避免的当系统的两个输入端出现很难避免的不平衡不平衡时时,共模电压的一部分将转换为串模干扰共模电压的一部分将转换为串模干扰，就，就较难消除了。因此较难消除了。因此必须尽量保持电路的对地平必须尽量保持电路的对地平衡衡。共模干扰与串模干扰举例共模干扰与串模干扰举例 强电导线应与弱电导线分开，传感器导线不要靠近强电导线应与弱电导线分开，传感器导线不要靠近高频电缆。采用双绞
38、扭导线能保证两根信号线与干扰源高频电缆。采用双绞扭导线能保证两根信号线与干扰源导线的平均距离保持一致，也就保证了导线的平均距离保持一致，也就保证了C1=C2。最后形。最后形成共模干扰，由抗共模放大器来自动消除。成共模干扰，由抗共模放大器来自动消除。由磁场引入的干扰举例由磁场引入的干扰举例 热电偶的引线与存在强电流的工频输电线靠热电偶的引线与存在强电流的工频输电线靠得太近时，引入磁场耦合干扰得太近时，引入磁场耦合干扰INi为干扰源电流，为干扰源电流，M1、M2为热电偶两根导线与干扰为热电偶两根导线与干扰源间的互感量，检测电路引入的噪声电压与源间的互感量，检测电路引入的噪声电压与M1、M2以以及干
39、扰源电流及干扰源电流INi 成正比。成正比。由于热电偶正极导线与干扰源由于热电偶正极导线与干扰源间的距离较近间的距离较近,所以所以M1M2,UNi UN2,造成了差模干扰造成了差模干扰。采用双绞扭导线，能将磁场耦合干扰采用双绞扭导线，能将磁场耦合干扰转换成共模电压转换成共模电压a）双绞扭导线抗干扰原理图）双绞扭导线抗干扰原理图 b）带低频磁屏蔽的双绞扭屏蔽线）带低频磁屏蔽的双绞扭屏蔽线1低频磁屏蔽软铁管低频磁屏蔽软铁管 2PVC塑料保护外套塑料保护外套3铜网编织屏蔽层（接地）铜网编织屏蔽层（接地）4双绞扭电缆双绞扭电缆 5多股铜心线多股铜心线由高频电磁场辐射引起的干扰由高频电磁场辐射引起的干扰
40、 高频辐射耦合是以电磁场的形式，通过辐射途径，将高频辐射耦合是以电磁场的形式，通过辐射途径，将电磁能量从干扰源，经辐射空间传输到检测设备。电磁能量从干扰源，经辐射空间传输到检测设备。1）天线与天线间的辐射耦合）天线与天线间的辐射耦合：干扰源和检测设备中，：干扰源和检测设备中，较长的输出信号线、控制线、输入信号线等，都可以看较长的输出信号线、控制线、输入信号线等，都可以看成一段发射天线或接收天线，均能发射和接收电磁波，成一段发射天线或接收天线，均能发射和接收电磁波，它们之间形成天线辐射耦合干扰。它们之间形成天线辐射耦合干扰。2）电磁场对导线的感应耦合）电磁场对导线的感应耦合：干扰源的每一根导线：
41、干扰源的每一根导线都由输入端阻抗、输出端阻抗和返回阻抗构成一个回路。都由输入端阻抗、输出端阻抗和返回阻抗构成一个回路。干扰沿导线产生电磁辐射而进入检测设备。干扰沿导线产生电磁辐射而进入检测设备。3）电电磁场对闭合回路的耦合磁场对闭合回路的耦合：检测设备中的某些闭：检测设备中的某些闭合回路的长度约等于电磁场波长的合回路的长度约等于电磁场波长的1/4时，干扰源的电时，干扰源的电磁场与闭合回路之间的电磁耦合加大，将在闭合回路磁场与闭合回路之间的电磁耦合加大，将在闭合回路中产生较大的干扰电流。中产生较大的干扰电流。由高频电磁场辐射引起的干扰由高频电磁场辐射引起的干扰 手机信号有可能引起监手机信号有可能
42、引起监护室仪器的误动作护室仪器的误动作第三节第三节 几种电磁兼容控制技术几种电磁兼容控制技术 抗电磁干扰技术有时抗电磁干扰技术有时又称为电磁兼容控制技又称为电磁兼容控制技术术。可采用。可采用破坏干扰途径破坏干扰途径和和削弱检测系统电路削弱检测系统电路对干扰的敏感性对干扰的敏感性等方法，常用的抗干扰措施有等方法，常用的抗干扰措施有屏蔽屏蔽、接地接地、浮置浮置、退耦退耦、滤波滤波、光电隔离光电隔离等等技术。技术。回目录回目录一、屏蔽技术一、屏蔽技术 利用利用金属材料制成金属材料制成容器容器，将需要防护的将需要防护的电路包围在其中电路包围在其中，可，可以防止电场或磁场耦以防止电场或磁场耦合干扰的方法
43、称为屏合干扰的方法称为屏蔽。屏蔽可分为蔽。屏蔽可分为静电静电屏蔽屏蔽、低频磁屏蔽低频磁屏蔽和和电磁屏蔽电磁屏蔽等几种。根等几种。根据不同的对象，使用据不同的对象，使用不同的屏蔽方式。不同的屏蔽方式。未加屏蔽罩时，中频变未加屏蔽罩时，中频变压器线圈易受外界干扰。压器线圈易受外界干扰。加屏蔽罩后的中频变压器加屏蔽罩后的中频变压器1.静电屏蔽静电屏蔽 静电屏蔽是静电屏蔽是用铜或铝等导电性良好的金属用铜或铝等导电性良好的金属为材料制作成封闭的金属容器为材料制作成封闭的金属容器，并与地线连，并与地线连接，把需要屏蔽的电路置于其中，使接，把需要屏蔽的电路置于其中，使外部干外部干扰电场的电力场不影响其内部的
44、电路扰电场的电力场不影响其内部的电路。反之，。反之，内部电路产生的电力线也无法影响外电路内部电路产生的电力线也无法影响外电路。静电屏蔽的容器器壁上静电屏蔽的容器器壁上允许有较小的孔洞允许有较小的孔洞（作为引线孔或调试孔）它对屏蔽的影响不（作为引线孔或调试孔）它对屏蔽的影响不大。大。静电屏蔽原理静电屏蔽原理 a）带电体（干扰源）通过电场感应干扰仪器）带电体（干扰源）通过电场感应干扰仪器A b）仪器）仪器B放在静电屏蔽盒内，不受带电体的干扰放在静电屏蔽盒内，不受带电体的干扰c）带电体放在接地的静电屏蔽盒内，而盒外无电力线）带电体放在接地的静电屏蔽盒内，而盒外无电力线 各种静电屏蔽各种静电屏蔽 仪器
45、设备的屏蔽仪器设备的屏蔽外壳最好接地外壳最好接地屏蔽面板允许小孔屏蔽面板允许小孔各种静电屏蔽（续）各种静电屏蔽（续）自制的自制的屏蔽紫铜屏蔽紫铜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开关电源采用带孔的屏蔽外壳，既可屏蔽外壳，既可防止电防止电磁干扰外泄磁干扰外泄，又可散热，又可散热各种静电屏蔽（续）各种静电屏蔽（续）带调试孔的屏蔽盒带调试孔的屏蔽盒屏蔽用的导电硅橡胶屏蔽用的导电硅橡胶铁镍镀银微珠复合铁镍镀银微珠复合粉末与硅橡胶混合硫粉末与硅橡胶混合硫化，可制作导电硅橡化，可制作导电硅橡胶。可覆盖在被保护胶。可覆盖在被保护体上，或者作为柔软体上，或者作为柔软
46、的密封条，可以起静的密封条，可以起静电屏蔽作用。电屏蔽作用。优良的导电硅胶的优良的导电硅胶的体积电阻率可以达到体积电阻率可以达到0.01cm，矫顽力，矫顽力1kOe，饱和磁化强度，饱和磁化强度1.2emumL。100MHz时的衰减仍时的衰减仍可达到可达到40dB(1/100)。屏蔽线屏蔽线 三绞扭屏蔽线三绞扭屏蔽线铜芯铜芯4对对双绞扭屏蔽线双绞扭屏蔽线(铝质铝质屏蔽层屏蔽层接地接地）聚氟乙烯聚氟乙烯绝缘层绝缘层屏蔽层吸收能量屏蔽层吸收能量(涡流损耗涡流损耗)、反射能、反射能量量(电磁波在屏蔽体上的界面反射电磁波在屏蔽体上的界面反射)和抵和抵消能量消能量(电磁感应在屏蔽层上产生反向电磁感应在屏蔽
47、层上产生反向电磁场，抵消部分干扰电磁波电磁场，抵消部分干扰电磁波)铜线编织网铜线编织网（必须接地）（必须接地）2.低频磁屏蔽低频磁屏蔽 低频磁屏蔽是用来低频磁屏蔽是用来隔离低频（主要指隔离低频（主要指50Hz）磁场磁场和和固定磁场（也称静磁场，其幅度、方向固定磁场（也称静磁场，其幅度、方向不随时间变化，如永久磁铁产生的磁场）不随时间变化，如永久磁铁产生的磁场）耦合耦合干扰的有效措施。静电屏蔽线或静电屏蔽盒对干扰的有效措施。静电屏蔽线或静电屏蔽盒对低频磁场不起隔离作用。必须低频磁场不起隔离作用。必须采用高导磁材料采用高导磁材料作屏蔽层作屏蔽层，以便，以便让低频干扰磁力线只从磁阻很让低频干扰磁力线
48、只从磁阻很小的磁屏蔽层上通过小的磁屏蔽层上通过，使低频磁屏蔽层内部的，使低频磁屏蔽层内部的电路免受低频磁场耦合干扰的影响。有时还将电路免受低频磁场耦合干扰的影响。有时还将屏蔽线穿在屏蔽线穿在接地接地的铁质蛇皮管或普通铁管内，的铁质蛇皮管或普通铁管内，同时达到静电屏蔽同时达到静电屏蔽和和低频屏蔽低频屏蔽的目的。的目的。低频磁屏蔽示意图低频磁屏蔽示意图150Hz变压器铁心变压器铁心 2主磁通主磁通 3漏磁通漏磁通 4导磁材料屏蔽层导磁材料屏蔽层 5内部电路内部电路 磁屏蔽示意图磁屏蔽示意图主磁通主磁通 1被保护内部电路被保护内部电路 2双层磁屏蔽（外层低磁导率、高饱和的铁磁材料双层磁屏蔽（外层低磁
49、导率、高饱和的铁磁材料，内层是高磁导率、低饱和铁磁材料内层是高磁导率、低饱和铁磁材料）磁场磁场铁质铁质=0用于低频磁屏蔽的铁质外壳用于低频磁屏蔽的铁质外壳多数仪器的外壳采用导磁多数仪器的外壳采用导磁材料（例如：铁质机壳）作材料（例如：铁质机壳）作屏蔽层屏蔽层，让低频干扰磁力线让低频干扰磁力线从磁阻很小的磁屏蔽层上通从磁阻很小的磁屏蔽层上通过过，使受外壳保护的内部电，使受外壳保护的内部电路免受低频磁场耦合干扰的路免受低频磁场耦合干扰的影响。影响。如果将外壳接地，则如果将外壳接地，则同时达到静电屏蔽和低频磁同时达到静电屏蔽和低频磁屏蔽的目的屏蔽的目的。3.高频高频电磁屏蔽电磁屏蔽 高频电磁屏蔽是高
50、频电磁屏蔽是采用导电良好的采用导电良好的金属材料做成屏蔽罩、屏蔽盒金属材料做成屏蔽罩、屏蔽盒等等不不同的外形，将被保护的电路包围在同的外形，将被保护的电路包围在其中。它屏蔽的干扰其中。它屏蔽的干扰对象是对象是100kHz以上磁场以上磁场。干扰源产生的高频磁场遇到导电干扰源产生的高频磁场遇到导电良好的电磁屏蔽层时，就良好的电磁屏蔽层时，就在其外表在其外表面感应出同频率的电涡流面感应出同频率的电涡流，从而，从而消消耗了高频干扰源磁场的能量耗了高频干扰源磁场的能量。其次，。其次，电涡流也将产生一个新的磁场，抵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，从而消了一部分干扰磁场的能量，从而使
