梁森——抗干扰技术.

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1、机械工业出版社 中等职业教育电气类规划教材 自动检测与转换技术 第十二章 多媒体课件 200951 更新 Date1 第十二章 检测系统的抗干扰技术 作为生产第一线的工程技术人员，经常会 遇到测控系统受到干扰而不能正常工作的情 况。现在，“干扰”这个名词在某些场合常被“ 骚扰”所代替。在这一章里，卡卡将给大家介 绍几种常见的干扰，以及抗干扰的方法，还 要介绍几种行之有效的电磁兼容技术。 *2 做一个电磁干扰的小实验 将一台质量不佳的“电子镇流器式台灯”靠近示 波器的探头，我们会发现示波器的显示屏上出现 大量约宽度为数s的尖峰波形。 收音机了也会传出令人烦躁的“吱吱”噪声。 *3 第一节 噪声干

2、扰及防护 在测量过程中，往往会发现总是有 一些无用的背景信号与被测信号叠加在一起， 称之为骚扰或噪声。如果骚扰引起设备或系统 的性能下降时，称之为干扰。 衡量噪声对有用信号的影响常用信 噪比（S/N）来表示，它是指在信号通道中，有 用信号功率PS与噪声功率PN 之比，或有用信号 电压US与噪声电压UN 之比即： S/N=10lg（ PS / PN ）=20lg（ US / UN ）（ dB） Date4 信噪比（S/N）的计算举例 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。 例：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50mV， 50Hz干扰“嗡 嗡”声的电压

3、为0.5mV，求信噪比。 解 S/N=20lg（50/0.5） dB =40 dB 又问：当S/N分别为20 dB、0 dB 、 - 20 dB 时，说明做报告者声音与干扰声音之间 各为什么关系？ Date5 噪声源及干扰源 一、机 械骚扰 机械振动或冲击使电 子检测装置中的元件发生 振动，改变了系统的电气 参数，造成可逆或不可逆 的影响。 对机械骚扰，可选用 专用减振弹簧-橡胶垫脚 或吸振橡胶海绵垫来降低 系统的谐振频率，吸收振 动的能量， 从而减小系 统的振幅。 橡胶 海绵软垫 橡胶垫脚及弹簧 Date6 振动试验台 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，逐渐

4、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。 固定 Date7 跌落试验 产品在运 输过程中常因 为遭受剧烈震 动或跌落而损 坏或性能变差 ，因此需要做 抗跌落试验和 测试。 跌落试验机 Date8 二、湿度及化学骚扰 当环境相对湿度增加 时，物体表面就会附着一层水膜 ，并渗入材料内部，降低了绝缘 强度，造成了漏电、击穿和短路 现象；潮湿还会产生原电池电化 学干扰电压。 某些化学物品如酸、 碱、盐、各种腐蚀性气体以及沿 海地区的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：浸漆、密封 、 定期通电加热驱潮等。 用绝缘漆浸 渍过的控制 变压器 浸漆可防止水分

5、 进入线圈内部 Date9 仪器设备的防潮试验 喷淋试验 Date10 仪器设备的防潮试验（续） “步入式”恒温恒湿房（参考江苏苏省计计量测试测试 技术术研究所资料 ） 体积：25m3 ，温度调节范围：（-40+80）， 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、 交变湿热试验。 Date11 三、热骚扰 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： 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。 克服热干扰的防护措施有： 选用低温漂元件，采取软、硬件温 度补偿措施，选用低

6、功耗、低发热元件，提高元 器件规格余量，仪器的前置输入级远离发热元件 ，加强散热、采用热屏蔽等。 Date12 散热实例 散热风扇 Date13 四、固有噪声骚扰 在电路中， 电子元件本身产生的、 具有随机性、宽频带的 噪声称为固有噪声。最 重要的固有噪声源是电 阻热噪声、半导体散粒 噪声和接触噪声等。固 有噪声可以从喇叭或耳 机中反映出来，但更多 的时候是反映在输出电 压的无规律跳变上。 Date14 五、电、磁噪声骚扰 电磁波可以通过电网以及直 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，他们将对十分灵敏的检测

7、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，必须采取多种 措施来防护。 Date15 第二节 检测技术中的电磁兼容原理 一、电磁兼容（EMC）概念 我国从世纪80年代至今已制定了 上百个电磁兼容的国家标准，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 ，否则为不合格产品。通俗地说，电磁兼容是指 电子系统在规定的电磁干扰环境中能正常工作的 能力，而且还不允许产生超过规定的电磁干扰 。 Date16 二、电磁干扰的来源 电磁干扰源分为两大类：自然 界干扰源和人为干扰源，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 间的宇宙射电噪声、太阳耀斑

8、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30MHz以下，对检测系统的影响较大。 2.人为干扰源又可分为有意发射 干扰源和无意发射干扰源。 Date17 自然界干扰源和人为干扰源 X光机产生大 功率 高频干扰 闪电产生电磁场干扰 Date18 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 变电站会产生 50Hz的高次 谐波干扰以及 电晕放电干扰 Date19 电吹风机干扰电视机的演示 电吹 风机产生的电磁 波干扰以两种途 径到达电视机： 一是通过共用的 电源插座，二是 以空间电磁场传 输的方式由电视 机的天线接收。 Date20 由电源配电 回路引入的 干扰 交流

9、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, 以电路传导的形式传遍各 处，经检测装置的电源线进入仪器内部造成干扰。 电压突变和交流电源波形畸变使工频的高 次谐波 经电源线进入仪器的前级电路。 常见的大功率干扰有：调压或逆变电路中 的晶闸管引起的大功率高次谐波干扰、开关电源经电 源线往外泄漏出的几百千赫兹尖脉冲干扰。 Date21 由电焊引起的干扰 电焊机电缆产生强 磁场干扰 磁场交链 信号线 Date22 第二节 电磁兼容技术 抗电磁干扰技术有时又称为电磁兼容控制 技术。可采用破坏干扰途径和削弱检测系统电 路对干扰的敏感性等方法，常用的抗干扰措施 有屏蔽、接地、浮置、退耦、滤波、

10、光电隔离 等技术。 Date23 一、屏蔽技术 利用金属 材料制成容器，将需 要防护的电路包围在 其中，可以防止电场 或磁场耦合干扰的方 法称为屏蔽。屏蔽可 分为静电屏蔽、低频 磁屏蔽和电磁屏蔽等 几种。根据不同的对 象，使用不同的屏蔽 方式。 未加屏蔽罩时，中频变 压器线圈易受外界干扰。 加屏蔽罩后的中频变压器 Date24 1.静电屏蔽 静电屏蔽是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，并与 地线连接，把需要屏蔽的电路置于其中，使外 部干扰电场的电力场不影响其内部的电路。反 之，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允许有较小的孔洞（ 作为引线孔或调试

11、孔）它对屏蔽的影响不大。 Date25 各种静电屏蔽 仪器设备的屏蔽 外壳必须接地 带孔屏蔽板 Date26 各种静电屏蔽（续） 自制的屏蔽罩 通风屏蔽窗 Date27 各种静电屏蔽（续） 开关电源采用带孔的屏 蔽外壳，既可散热，又 可防止电磁干扰外泄 Date28 各种静电屏蔽（续） 带调试孔的屏蔽盒 Date29 屏蔽线 三绞扭 屏蔽线 铜芯 4对双绞扭屏蔽线 （屏蔽层接地） 聚氟乙烯 绝缘层 铜线编织网 （接地） Date30 2.低频磁屏蔽 低频磁屏蔽是用来隔离低频（主 要指50Hz）磁场和固定磁场（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）耦合干扰的有效措施。静

12、电屏蔽 线或静电屏蔽盒对低频磁场不起隔离作用。 必须采用高导磁材料作屏蔽层，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铁管内，同时达到静电 屏蔽和低频屏蔽的目的。 Date31 低频磁屏蔽举例 多数仪器的外壳采 用导磁材料（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 。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。 参考中国（厦门）微波高频通信设备销售公司资料 Date32 3.电磁屏蔽 电磁

13、屏蔽是采用导电 良好的金属材料做成屏蔽罩、屏 蔽盒等不同的外形，将被保护的 电路包围在其中。它屏蔽的干扰 对象是高频（40kHz以上）磁场。 干扰源产生的高频磁 场遇到导电良好的电磁屏蔽层时 ，就在其外表面感应出同频率的 电涡流，从而消耗了高频干扰源 磁场的能量。其次，电涡流也将 产生一个新的磁场，抵消了一部 分干扰磁场的能量，从而使电磁 屏蔽层内部的电路免受高频干扰 磁场的影响。 镀铜电电磁屏蔽 盒 Date33 军用屏 蔽帐篷 几种用导电纤维材 料编织而成的军用 电磁屏蔽器材 （参考常州雷宁电磁屏蔽设备公司资料） 军用 电子方舱屏蔽通信车 Date34 防电磁波屏 蔽围裙 几种用导电纤维材

14、料编织而成的 电磁屏蔽服 辐射源 防电磁波 屏蔽服装 防电磁波屏蔽 围裙的使用 Date35 屏蔽室 导电 PVC地板 用于 防静电及 底部 屏蔽 干扰信号无法穿透 钢板屏蔽室 Date36 二、接地技术 （一）地线的种类 接地起源于强电技术，它的本意是接 大地，主要着眼于安全。这种地线也称为“保安地 线” 。它的接地电阻值必须小于规定的数值。 对于仪器、通讯、计算机等电子技术 来说，“地线”多是指电信号的基准电位，也称为 “公共参考端”，它除了作为各级电路的电流通道 之外，还是保证电路工作稳定、抑制干扰的重要环 节。它可以接大地，也可以与大地隔绝。 Date37 四种触电情况 Date38

15、保安地线 电烙铁 的外壳必须良好地接 大地，以保证人身安 全以及焊接对象不致 被静电击穿。 Date39 接大地与防静电的关系 人在工频电 场中工作时，身体可能感 应出几十伏以上的电压； 当人在地板上行走时，也 可能因摩擦而带上几百伏 以上的静电。因此在焊接 集成电路时，人体必须良 好地接大地，以保证集成 电路的CMOS输入端不致 被静电击穿。人体接地的 方法之一是带上接地的防 静电手腕带。 防静电手腕带 Date40 防静电手腕带 的使用 接地 Date41 信号地线分类 1.模拟信号地线 模拟信号地线是模拟信号的零信号电 位公共线。因为模拟信号电压多数情况下 均较弱、易受干扰，易形成级间不

16、希望的 反馈，所以模拟信号地线的横截面积应尽 量大些。 Date42 2.数字模拟地线 数字信号地线是数字信号的零 电平公共线。由于数字信号处于脉冲工作状 态，动态脉冲电流在接地阻抗上产生的压降 往往成为微弱模拟信号的干扰源，为了避免 数字信号对模拟信号的干扰，两者的地线应 分别设置为宜，否则会严重干扰模拟信号的 测量结果。 Date43 接地改错 图示为数字电路干扰模拟电路的例子。该 图错误地将数字面板表的电源负极（有较大的数字脉 冲电流）与被测电压（易受干扰的模拟信号）的负极 在数字面板表的接插件上用一根地线连接到印制电路 板上，就会使数字面板表的示值跳动不止。如果将数 字电路的地线与模拟电路的地线分开设置就能有效地 消除这种干扰。请指出地线的错误之处，并改正之。 Date44 3.信号源地线 传感器可看作是测量装置的信号 源，多数情况下信号较为微弱。通常传感器 安装在生产设备现场，而测量装置设在离现 场一定距离的控制室内，从测量装置的角度 看，可以认为传感器的公共参考端就是信号