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1、2019/5/25,1,9.1.6 噪声及其抑制,本节学习干扰的来源及防护方法、自动检测系统中的电磁兼容原理及对策，学习掌握检测系统的抗干扰技术。,2019/5/25,2,1.噪声的种类及来源,在非电量测量过程中，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，这称为干扰，有时也采用噪声这一习惯用语。 噪声对检测装置的影响必须与有用信号共同分析才有意义。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。信噪比常用对数形式来表示，单位为dB，即 S/N=10lg（ PS / PN ）=20
2、lg（ US / UN ）（dB） 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。,干扰与噪声,2019/5/25,3,信噪比（S/N）的计算举例,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？,2019/5/25,4,电、磁噪声干扰,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
3、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。,2019/5/25,5,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 。,2019/5/25,6,二、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
4、间的宇宙射电噪声、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。,2019/5/25,7,（1）电晕放电噪声 这种噪声来自高压传输线，噪声的大小与线间距离的平方成反比，其特点是间歇性地产生脉冲电流，放电过程产生振荡，振荡频率在1MHZ以下，它主要对低频系统影响较大，特别是在湿度较高环境中噪声电平更大。 （2）火花放电噪声 火花放电噪声是由电气放电、发电机点火、开关闭合或由于空气带电的干扰造成的，这类噪声普遍存在且频率范围宽，因此对系统影响较大。 （3）电气干扰 它是输电线、发射设备、电
5、子开关和脉冲发生器等设备所产生的噪声干扰，是最为普遍而且影响较大的一类干扰。例如低电平信号线只有有一段与输电线平行，即使输电线功率小也会产生干扰。,2019/5/25,8,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,2019/5/25,9,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,2019/5/25,10,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。应设法切断这些干扰途径。,2019/5/25,11
6、,2.噪声控制,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、滤波、光电隔离等技术。,2019/5/25,12,一、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,2019/5/25,13,1.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
7、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（作为引线孔或调试孔）它对屏蔽的影响不大。,2019/5/25,14,各种静电屏蔽,仪器设备的屏蔽外壳必须接地,带孔屏蔽板,2019/5/25,15,各种静电屏蔽（续）,自制的屏蔽罩,通风屏蔽窗,2019/5/25,16,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,2019/5/25,17,各种静电屏蔽（续）,带调试孔的屏蔽盒,2019/5/25,18,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
8、编织网（接地）,2019/5/25,19,2.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。,2019/5/25,20,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
9、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,2019/5/25,21,3.电磁屏蔽,电磁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。,镀铜电磁屏蔽盒,2019/5/25,22,军用
10、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,2019/5/25,23,防电磁波屏蔽围裙,几种用导电纤维材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,2019/5/25,24,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,2019/5/25,25,二、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
11、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。,2019/5/25,26,四种触电情况,2019/5/25,27,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。,2019/5/25,28,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,20
12、19/5/25,29,防静电手腕带的使用,接地,2019/5/25,30,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，易形成级间不希望的反馈，所以模拟信号地线的横截面积应尽量大些。,2019/5/25,31,2.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。,2019/5/25,32,接地改错,图示为数字电路干扰模拟电路的例子。该
13、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。,2019/5/25,33,3.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源地线，它必须与测量装置进行正确的连接才能提高整个检测系统的抗干扰能力。,2019/5/25,34,
14、4.负载地线,负载的电流一般都比前级信号电流大得多，负载地线上的电流有可能干扰前级微弱的信号，因此负载地线必须与其他信号地线分开。例如，若误将喇叭的负极（接地线）与扩音机话筒的屏蔽线碰在一起，就相当于负载地线与信号地线合并，可能引起啸叫。又如当负载是继电器时，继电器触点闭合和断开的瞬间经常产生电火花，容易反馈到前级，造成干扰，因此应正确连接。,2019/5/25,35,（二）一点接地原则,对于模拟信号地线、数字信号地线、信号源地线、负载地线等几种地线一般应分别设置，在电位需要连通时，也必须仔细选择合适的点，在一个地方相连，才能消除各地线之间的干扰。,2019/5/25,36,1.单级电路的一点
15、接地原则,考虑到加工工艺，在实际的印制电路板设计中，只能做到各接地点尽量靠近、并加大地线的宽度。,1接线端子 2印制板安装孔 3接地母线 4高频变压器屏蔽外壳接地点,2019/5/25,37,2.多级电路的一点接地原则,若将多级电路的地线逐级串联，在最后一段地线上将存在一定的对地电位差，有可能产生共阻抗耦合干扰，应采取并联接地方式，才不易产生级与级之间的相互干扰。 设计多级电路的地线应注意以下两个原则：一是公用地线截面积应尽量大些，以减小地线的内阻，二是应把电流最大的电路放在距电源的接地点最近的地方。,2019/5/25,38,图9-10串联接地,图9-11并联接地,2019/5/25,39,
16、三、隔离光电耦合技术,目前检测系统越来越多地采用光耦合器，也称光电耦合器或光耦，它可较大地提高系统的抗共模干扰能力。 光耦合器是一种电光电耦合器件，它的输入量是电流，输出量也是电流，可是两者之间从电气上看却是绝缘的，输入、输出回路的绝缘电阻可高达1010、耐压超过1kV。光耦中的发光二极管一般采用砷化镓红外发光二极管，而光敏元件可以是光敏二极管、三极管、达林顿管，甚至可以是光敏双向晶闸管、光敏集成电路等。,2019/5/25,40,光耦的外形,双列直插式,贴片式,2019/5/25,41,四、滤波技术,滤波器是抑制交流差模干扰的有效手段之一。有RC滤波器和LC滤波器等几种。,1. RC滤波器：当信号源为热电偶、应变片等信号变化缓慢的传感器时，利用小体积、低成本的无源RC低通滤波器将对串模干扰有较好的抑制效果。,a）单节RC滤波器与放大器的连接 b）双节RC滤波器 c）低通滤波器图形符
