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1、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； 被干扰对象; 干扰传播途径.,（2）基本方法,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
2、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.,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 U1的角频率,（2）电磁感应耦合,I1干扰电流 I1的角频率 M两导体间互感,（3）公共阻抗耦合,（4）辐射耦合, 电能变换频繁的地方； 高频电能变换装置； 脉冲电源； 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,U
3、1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 ., 特 点：, 原 因：, 影 响：,R,N,US,UN,IS,IN,IS,IN,图8.7(a) 串模干扰,4.1 干扰的传导模式,（2）共模干扰,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
4、，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,R,N,US,UN,IS,IN/2,IS,IN/2,N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,N,UN1,UN2,UN,ZL,Z1,Z2,IN1,IN2,IN,1,2,图8.7(c) 共模干扰转化为常模干扰,当Z1=Z2时,IN=0,当Z1Z2时,IN0,J1-2,A,D1,R1,K1,GO1-1,D2,J1-1,RW,J1,R
5、2,T1,U1,R3,D3,C1,图 8.12 高压接地保护电路,GO1-1,一种 高压接地保护装置（ZL 94228640.5 ）, 安全接地方式,J1-3,J1-2,220V,220V,K2,J2,C3,J2-1,IC1,U1,R9,J1-3,C2,LED,图 8.13 高压接地保护的语音报警电路,1,2,6,3,8,5,4,2,1,9,6,3,15,C4,C5,IC2,R4,R5,R6,R7,R8,R10, 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,（ZL 03284623.1 ）, 工作接地方式,a.一点接地, 一点接地、多点接地 按各功
6、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）,c.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, 屏蔽接地方式,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,52屏蔽技术
7、,（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。, 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。, 电磁屏蔽,材料 高导电率材料。, 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。, 屏蔽罩 一般用无孔金属板制成； 屏蔽栅网 一般用金属编制网或有孔金属薄板制成； 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； 隔离仓 是将整机金属箱体用金属
8、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； 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,53 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,R1,R2,R3,R2,R3,R i,i c,I,iS1,iS2,1,2,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,（3）双绞线的使用, 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。, 屏蔽层起静电屏蔽的作用，它必须正确接地。,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
9、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, 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.,54 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,R1,R2,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,VCC,隔离变压器,U in(ou
10、t),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 220V,5.5 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,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,C,R,输入Vi,输出Vo,1 阶RC滤波器,截止频率： f
11、c= 1/( 2RC ),图 实际使用的滤波器,（ -20dB/dec的衰减陡度）,图 1 阶RC滤波器的幅频特性,56 仪表电路的设计与制作,（1）元器件的选择,（2）电路的设计,（3）印刷线路板的制作,（1）掌握电磁兼容的含义和产生电磁干扰的“三要素”； （2）掌握干扰的耦和方式； （3）理解串模干扰和共模干扰的特点； （4）掌握接地目的、接地类型，屏蔽技术采用的材料， 隔离技术采用的器件； （5）掌握提高测量系统抗干扰的主要措施。,6本章要求,1、研究电磁干扰问题主要应从抓住三个基本要素，它们是（ ）、（ ）和（ ）。,思考题,2、电器系统接地的目的主要有（为了安全）、（为电路工作提供公共基准电位）、（为了抑制干扰）。 3、（导电率高）的材料，用于静电屏蔽的效果好，（导磁率高）的材料，用于磁屏蔽的效果好。,4、干扰的耦合方式主要有（ ）、（ ）、（ ）、（ ）等。,
