使用传感器技术教程PPT传感器的补偿和抗干扰技术

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1、实用传感器技术教程实用传感器技术教程2024/8/81传感器的补偿技术传感器的补偿技术1.2第第8章章传感器的补偿和抗干扰技术传感器的补偿和抗干扰技术8.1温度误差及补偿温度误差及补偿8.1.2传感器的抗干扰技术传感器的抗干扰技术8.2非线性误差及补偿非线性误差及补偿8.1.1干扰的分类干扰的分类8.2.1干扰的耦合方式干扰的耦合方式8.2.2抑制干扰的措施抑制干扰的措施8.2.3v在实际测量中，有两个影响传感器系统测量精度的重要因素，在实际测量中，有两个影响传感器系统测量精度的重要因素，一是传感器的非线性特性；二是检测元件和电路受温度变化的一是传感器的非线性特性；二是检测元件和电路受温度变化

2、的影响。因此，为了保证传感器在实际应用中准确、可靠地工作，影响。因此，为了保证传感器在实际应用中准确、可靠地工作，有必要对影响传感器测量精度的非线性和温度误差进行相应的有必要对影响传感器测量精度的非线性和温度误差进行相应的补偿。补偿。v由于传感器的工作环境都是非常复杂的，各种干扰信息也会通由于传感器的工作环境都是非常复杂的，各种干扰信息也会通过不同的耦合方式进入传感器，使测量结果偏离准确值，严重过不同的耦合方式进入传感器，使测量结果偏离准确值，严重时会使传感器不能正常工作，甚至导致传感器的损坏。因此，时会使传感器不能正常工作，甚至导致传感器的损坏。因此，为保证传感器不受外界干扰，必须要周密地考

3、虑和解决抗干扰为保证传感器不受外界干扰，必须要周密地考虑和解决抗干扰问题，认真研究抗干扰技术，把干扰对测量的影响降到最低的问题，认真研究抗干扰技术，把干扰对测量的影响降到最低的程度。程度。 8.1 传感器的补偿技术传感器的补偿技术 8.1.1 非线性误差及补偿非线性误差及补偿 v大多数传感器在把物理量转换成电量时，其输出电量与被测物理大多数传感器在把物理量转换成电量时，其输出电量与被测物理量之间的关系不是线性的。产生非线性的原因，一方面是由于量之间的关系不是线性的。产生非线性的原因，一方面是由于传感器变换原理的非线性；另一方面是由于转换电路的非线性。传感器变换原理的非线性；另一方面是由于转换电

4、路的非线性。同时，传感器具有离散性，还可能产生温漂、滞后等。同时，传感器具有离散性，还可能产生温漂、滞后等。 v为了保证测量仪表的输出与输入之间具有线性关系，除了对传感为了保证测量仪表的输出与输入之间具有线性关系，除了对传感器本身在设计和制造工艺上采取一定措施外，还可以利用后部器本身在设计和制造工艺上采取一定措施外，还可以利用后部电路对其输入参量进行非线性补偿。电路对其输入参量进行非线性补偿。 8.1.1 非线性误差及补偿非线性误差及补偿 v传感器非线性补偿的方法大体上可划分为硬件非线性传感器非线性补偿的方法大体上可划分为硬件非线性补偿和软件非线性补偿两类。补偿和软件非线性补偿两类。 1.硬件

5、非线性补偿硬件非线性补偿（1 1）模拟式线性化器）模拟式线性化器模拟式线性化器的基本思想是将传感器的非线性的特性曲线划分成模拟式线性化器的基本思想是将传感器的非线性的特性曲线划分成若干段，每小段的曲线都用直线来近似代替，然后用折线去逼近若干段，每小段的曲线都用直线来近似代替，然后用折线去逼近原来的曲线，再根据各转折点的斜率设计电路。这种方法就是分原来的曲线，再根据各转折点的斜率设计电路。这种方法就是分段直线逼近法，采用这种方法，分段越多，精度越高，但是电路段直线逼近法，采用这种方法，分段越多，精度越高，但是电路也越复杂。也越复杂。8.1.1 非线性误差及补偿非线性误差及补偿1.硬件非线性补偿硬

6、件非线性补偿 （1 1）模拟式线性化器）模拟式线性化器 v模拟式线性化电路常用的方法就是利用非线性函数放大器，它模拟式线性化电路常用的方法就是利用非线性函数放大器，它的实质就是一种增益不是常数，而与输入成某种函数关系的特的实质就是一种增益不是常数，而与输入成某种函数关系的特殊放大器。殊放大器。 图图8-1 K8-1 K型热电偶非线性补偿电路原理型热电偶非线性补偿电路原理8.1.1 非线性误差及补偿非线性误差及补偿 1.硬件非线性补偿硬件非线性补偿 （1 1）模拟式线性化器）模拟式线性化器 补偿电路工作过程如下：v第一折线段（oe01），因输入电压较低，所以输出电压低于E2、E3，所以D2、D3

7、不导通，反馈电阻为Rf1，此时放大倍数为v第二折线段（e01e02），此时e02e01，所以运算放大器的输出电压高于E2，但低于E3，故D2导通，D3不导通，所以反馈电阻为Rf1/Rf2，此时放大倍数为v 第三折线段（e02e03），此时e03e02，所以运算放大器的输出电压高于E2、E3，D2、D3均导通，此时除负反馈电阻Rf1/Rf2接入外，正反馈电阻Rf3也接接入，故此时放大倍数为8.1.1 非线性误差及补偿非线性误差及补偿1.硬件非线性补偿硬件非线性补偿 （2 2）查表法线性化）查表法线性化 v查表法线性化方法属于数字线性化。它是将被测信号通过查表法线性化方法属于数字线性化。它是将被测

8、信号通过A/DA/D转换后得到的转换后得到的数字量作为数字量作为EPROMEPROM的地址，去选取事先编在的地址，去选取事先编在EPROMEPROM中的数据，而存放在中的数据，而存放在EPROMEPROM中的数据才是对应于被测信号的真实数字量。中的数据才是对应于被测信号的真实数字量。 v图图8-28-2为查表法线性化硬件原理框图。输入信号为查表法线性化硬件原理框图。输入信号U Ux x经经A/DA/D转换后输出的数字量转换后输出的数字量由锁存器锁存，被锁存的数据作为存储器的地址访问由锁存器锁存，被锁存的数据作为存储器的地址访问EPROMEPROM，EPROMEPROM相应地相应地址单元中存放的

9、表格数据被取出，经译码后驱动显示器显示出测量结果。址单元中存放的表格数据被取出，经译码后驱动显示器显示出测量结果。 图8-2 查表法线性化硬件框图8.1.1 非线性误差及补偿非线性误差及补偿2.软件非线性补偿软件非线性补偿 采用软件实现数据线性化，常用有三种方法：校正函数法、查采用软件实现数据线性化，常用有三种方法：校正函数法、查表法和插值法。表法和插值法。 （1 1）校正函数法）校正函数法v在图在图8-38-3中，被测物理量中，被测物理量x x经传感器转换成电信号经传感器转换成电信号y y，由于传感器，由于传感器的非线性，所以的非线性，所以y y与与x x是非线性关系。是非线性关系。A/DA

10、/D转换器是一种线性转换，转换器是一种线性转换，可知可知Y Y与与x x仍是非线性关系。如果有一个非线性函数仍是非线性关系。如果有一个非线性函数f,f,令令Z=Z=f(Yf(Y) )，能，能够满足够满足Z=Z=kxkx，即，即Z Z与与x x是线性关系，那么函数是线性关系，那么函数f f就是该传感器的校正就是该传感器的校正函数。校正函数的运算不是由硬件实现，而是由函数。校正函数的运算不是由硬件实现，而是由CPUCPU来完成。来完成。 图8-3 校正函数法原理示意图8.1.1 非线性误差及补偿非线性误差及补偿2.软件非线性补偿软件非线性补偿 （2 2）查表法）查表法 v查表法就是把事先计算好的校

11、正值按一定顺序制成表格，存入内查表法就是把事先计算好的校正值按一定顺序制成表格，存入内存单元，然后存单元，然后CPUCPU利用查表程序根据被测量的大小查出被校正后的利用查表程序根据被测量的大小查出被校正后的结果。结果。 v查表程序与制表的方法有关。当表格的排列是任意的，无一定规查表程序与制表的方法有关。当表格的排列是任意的，无一定规律或表格较小时，可采用顺序查表法；当表格的排列有一定规律时，律或表格较小时，可采用顺序查表法；当表格的排列有一定规律时，可采用计算查表法或对分搜索查表法。可采用计算查表法或对分搜索查表法。v在实际测量时，输入参量往往并不正好与表格数据相等，一般介在实际测量时，输入参

12、量往往并不正好与表格数据相等，一般介于某两个表格数据之间，若不作插值计算，仍然按其最相近的两个于某两个表格数据之间，若不作插值计算，仍然按其最相近的两个数据所对应的输出数值作为结果，必然有较大的误差。数据所对应的输出数值作为结果，必然有较大的误差。 8.1.1 非线性误差及补偿非线性误差及补偿2.软件非线性补偿软件非线性补偿 （3 3）插值法）插值法 v1）线性插值法）线性插值法 v2）二次插值法）二次插值法(又称抛物线法又称抛物线法) 图8-4线性插值法进行非线性补偿示意图8.1 传感器的补偿技术传感器的补偿技术 8.1.2 温度误差及补偿温度误差及补偿v一般传感器都是在标准条件的温度下(2

13、05)标定的，但其实际工作环境温度可能由零下几十度变到零上几十度，传感器是由多个环节所组成，这些基本环节的静特性与环境温度有关，尤其是由金属材料和半导体材料制成的敏感元件的静特性，更是与温度有密切关系，信号调整电路的电阻、电容、二极管和三极管的特性、集成运放的零点及工作特性等都随温度而变化。 8.1.2 温度误差及补偿温度误差及补偿1. 温度补偿原理温度补偿原理设被测物理量为设被测物理量为x x，环境温度为，环境温度为T T，则传感器的输出，则传感器的输出y y为为 （8-38-3）式（式（8-38-3）表明，传感器的输出不仅与被测量有关，还与环境温度有关。）表明，传感器的输出不仅与被测量有关

14、，还与环境温度有关。v如果传感器的输出如果传感器的输出y y与被测量与被测量x x为非线性关系，其函数式为为非线性关系，其函数式为 y=A0(T)+A1(T)x+A2(T)x2+.+ An(T)xn （8-48-4）v则传感器的温度灵敏度则传感器的温度灵敏度ST为为 （8-58-5）v若忽略若忽略x x的高次项，则的高次项，则ST可简化为可简化为 （8-68-6）v若要消除温度对传感器的影响，必须满足若要消除温度对传感器的影响，必须满足 （8-78-7） 式（式（8-78-7）就是传感器的温度补偿条件。）就是传感器的温度补偿条件。8.1.2 温度误差及补偿温度误差及补偿 2. 温度补偿方法温度

15、补偿方法（1）自补偿法）自补偿法v自补偿就是利用传感器本身的一些特殊结构来满足传感器的温度补偿条件，自补偿就是利用传感器本身的一些特殊结构来满足传感器的温度补偿条件，已达到消除温度对传感器的影响。组合式温度自补偿应变片就是利用两种不已达到消除温度对传感器的影响。组合式温度自补偿应变片就是利用两种不同的电阻丝栅串联制成一个应变片。当温度变化时，两段电阻丝各自产生大同的电阻丝栅串联制成一个应变片。当温度变化时，两段电阻丝各自产生大小相等、方向相反的电阻增量，从而实现温度的补偿。小相等、方向相反的电阻增量，从而实现温度的补偿。8.1.2 温度误差及补偿温度误差及补偿 2. 温度补偿方法温度补偿方法（

16、2）电桥温度补偿法）电桥温度补偿法v根据不平衡电桥输出表达式，得到电桥的温度补偿条件根据不平衡电桥输出表达式，得到电桥的温度补偿条件为为v （8-8）v将式（将式（8-8）两边除以）两边除以T后，得到后，得到 v （8-9）v可见，为了达到电桥的温度补偿，电桥四个桥臂电阻在可见，为了达到电桥的温度补偿，电桥四个桥臂电阻在满足桥路平衡条件满足桥路平衡条件R1R3=R2R4之外，还应该满足式（之外，还应该满足式（8-9）。）。v应变片采用的线路补偿法修正温度误差就是电桥温度补应变片采用的线路补偿法修正温度误差就是电桥温度补偿法的典型应用。偿法的典型应用。 8.1.2 温度误差及补偿温度误差及补偿

17、2. 温度补偿方法温度补偿方法（3）并联式温度补偿法）并联式温度补偿法v人为地附加一个温度补偿环节，如图人为地附加一个温度补偿环节，如图8-5所示。该补偿环节与被补偿环所示。该补偿环节与被补偿环节并行相连，使补偿后的合成输出特性基本不随环境温度而变。节并行相连，使补偿后的合成输出特性基本不随环境温度而变。v图中被补偿部分输出特性为图中被补偿部分输出特性为 y=A0(T)+A1(T)xv补偿部分输出特性为补偿部分输出特性为 y=A0(T)+A1(T)xv由图可以得到总输出由图可以得到总输出y1与输入与输入x、温度、温度T的增量表达式的增量表达式y1v （8-10）v可见，为了达到温度补偿的目的，

18、应按照下列条件选择温度补偿环节可见，为了达到温度补偿的目的，应按照下列条件选择温度补偿环节的参数的参数v v （8-11）v从式（从式（8-10）可以看出，如果令）可以看出，如果令A1(T)= A1(T)，则测量灵敏度可以提，则测量灵敏度可以提高一倍。高一倍。图8-5 并联式温度补偿 8.2 传感器的抗干扰技术传感器的抗干扰技术 8.2.1 干扰的分类干扰的分类1. 外部干扰外部干扰l（1）电磁干扰）电磁干扰 l（2）射线辐射干扰）射线辐射干扰 l（3）光干扰）光干扰 l（4）热干扰）热干扰 l（5）湿度干扰）湿度干扰l（6）机械干扰）机械干扰l（7）化学干扰）化学干扰8.2.1 干扰的分类干

19、扰的分类2. 内部干扰内部干扰 （1）元器件干扰）元器件干扰 电电阻阻器器 ：电电阻阻工工作作在在额额定定功功率率的的一一半半以以上上时时，会会产产生生热热噪噪声声；电电阻阻材材质质较较差差，则则会会产产生生电电流流噪噪声声；电电位位器器因因触触点点移移动动产产生生的的滑滑动动噪噪声声；工工作作在在交交流流信信号号下下的的电电阻器会呈现电感或电容特性。阻器会呈现电感或电容特性。 电电容容器器 ：没没有有根根据据电电路路要要求求合合理理选选择择型型号号；忽忽视视电电容容器器的的精精度度；忽忽视视电电容容器器的的等效电感；忽略电容器的使用环境温度和湿度等。等效电感；忽略电容器的使用环境温度和湿度等

20、。 电电感感器器 ：忽忽视视了了电电感感线线圈圈的的分分布布电电容容（线线匝匝之之间间、线线圈圈与与地地之之间间、线线圈圈与与屏屏蔽蔽完之间以及线圈中每层之间）。完之间以及线圈中每层之间）。 信信号号连连接接器器 ：接接触触不不良良，增增加加了了接接触触阻阻抗抗；绝绝缘缘电电阻阻不不足足，产产生生“爬爬电电”现现象象；缺缺乏乏屏屏蔽蔽手手段段，引引入入电电磁磁干干扰扰；接接插插件件相相邻邻两两脚脚的的分分布布电电容容过过大大；接接插插件件的的插插头头与插座之间缺乏固定连接措施；接插件的材质等。与插座之间缺乏固定连接措施；接插件的材质等。 8.2.1 干扰的分类干扰的分类2. 内部干扰内部干扰

21、（2）电源干扰）电源干扰 导导致致电电源源电电路路产产生生干干扰扰的的因因素素有有：供供给给该该系系统统的的供供电电线线路路上上有有大大功功率率电电器器的的频频繁繁启启动动、停停机机；具具有有容容抗抗或或感感抗抗负负载载的的电电器器运运行行时时对对电电网网的的能能量量回回馈馈；通通过过变变压压器器的的初初级级、次次级级线线圈圈之之间间的的分分布布电电容串入的电磁干扰等。容串入的电磁干扰等。 8.2.1 干扰的分类干扰的分类2. 内部干扰内部干扰 （3）信号通道干扰）信号通道干扰 图8-6 差模干扰等效电路 图8-7 共模干扰等效电路 8.2.1 干扰的分类干扰的分类2. 内部干扰内部干扰 （4

22、）负载干扰）负载干扰 继继电电器器与与电电磁磁阀阀均均是是开开关关型型动动作作的的执执行行器器件件。它它们们在在断断开开时时，电电感感线线圈圈会会产产生生放放电电和和电电弧弧干干扰扰；闭闭合合时时，由由于于触触点点的的机机械械抖抖动动，形形成成脉脉冲冲序序列列干扰。干扰。 应应用用晶晶闸闸管管时时所所产产生生的的干干扰扰影影响响有有：晶晶闸闸管管整整流流装装置置是是电电源源的的非非线线性性负负载载，它它使使电电源源电电流流中中含含有有许许多多高高次次谐谐波波，使使电电源源电电压压波波形形产产生生畸畸变变，影影响响传传感感器器的的正正常常工工作作；采采用用品品闸闸管管进进行行相相位位控控制制会会

23、增增加加电电源源电电流流的的无无功功分分量量，降降低低电电源源电电压压，使使之之在在相相位位调调节节时时出出现现电电源源电电压压波波动动；晶晶闸闸管管作作为为大大功功率率开开关关器器件件在在触触发发导导通通和和关关断断时时电电流流变变化化剧剧烈烈，使使干干扰扰通通过过电电源源线和空间传播，影响周围的设备的正常工作。线和空间传播，影响周围的设备的正常工作。8.2.1 干扰的分类干扰的分类2. 内部干扰内部干扰 （4）负载干扰）负载干扰 继继电电器器与与电电磁磁阀阀均均是是开开关关型型动动作作的的执执行行器器件件。它它们们在在断断开开时时，电电感感线线圈圈会会产产生生放放电电和和电电弧弧干干扰扰；

24、闭闭合合时时，由由于于触触点点的的机机械械抖抖动动，形形成成脉脉冲冲序序列列干扰。干扰。 应应用用晶晶闸闸管管时时所所产产生生的的干干扰扰影影响响有有：晶晶闸闸管管整整流流装装置置是是电电源源的的非非线线性性负负载载，它它使使电电源源电电流流中中含含有有许许多多高高次次谐谐波波，使使电电源源电电压压波波形形产产生生畸畸变变，影影响响传传感感器器的的正正常常工工作作；采采用用品品闸闸管管进进行行相相位位控控制制会会增增加加电电源源电电流流的的无无功功分分量量，降降低低电电源源电电压压，使使之之在在相相位位调调节节时时出出现现电电源源电电压压波波动动；晶晶闸闸管管作作为为大大功功率率开开关关器器件

25、件在在触触发发导导通通和和关关断断时时电电流流变变化化剧剧烈烈，使使干干扰扰通通过过电电源源线和空间传播，影响周围的设备的正常工作。线和空间传播，影响周围的设备的正常工作。8.2 传感器的抗干扰技术传感器的抗干扰技术 8.2.2 干扰的耦合方式干扰的耦合方式（1）静电耦合）静电耦合 静电耦合又称电场耦合或电容耦合，它是由于各静电耦合又称电场耦合或电容耦合，它是由于各种导线之间、元件之间、线圈之间以及元件与地种导线之间、元件之间、线圈之间以及元件与地之间均存在着分布电容，使一个电路的电荷变化之间均存在着分布电容，使一个电路的电荷变化影响到另一个电路，从而干扰电压经分布电容通影响到另一个电路，从而

26、干扰电压经分布电容通过静电感应耦合于有效信号。过静电感应耦合于有效信号。 图中图中A为干扰源，为干扰源，B为测量电路，为测量电路，EN为干扰电压，为干扰电压，Cm为干扰源与测量电路之间的寄生电容，为干扰源与测量电路之间的寄生电容，Zi为为测量电路的输入阻抗，测量电路的输入阻抗，UN为为Zi上拾到的干扰电压。上拾到的干扰电压。UN由下式决定由下式决定 （8-1） 当（当（1+jCmZi）1时，式（时，式（8-1）可简化为）可简化为 （8-2） 图8-8 静电耦合等效电路 8.2.2 干扰的耦合方式干扰的耦合方式（2）电磁耦合）电磁耦合 电磁耦合又称互感耦合，它是由于两个电路之间电磁耦合又称互感耦

27、合，它是由于两个电路之间存在互感，使一个电路的电流变化通过互感影响存在互感，使一个电路的电流变化通过互感影响到另一个电路。到另一个电路。 电磁耦合的等效电路如图电磁耦合的等效电路如图8-9所示。图中所示。图中IN为干扰为干扰电流，电流，M为两电感之间的互感，为两电感之间的互感，IN造成的干扰电造成的干扰电压压UN为为 （8-3） 由式（由式（8-3）中可见，）中可见，UN与干扰电压的角频率与干扰电压的角频率、互感互感M以及干扰电流以及干扰电流IN有关。显然，对于电磁耦有关。显然，对于电磁耦合干扰，应尽量采取远离干扰源或设法降低合干扰，应尽量采取远离干扰源或设法降低M等等措施。措施。 图8-9

28、电磁耦合等效电路 8.2.2 干扰的耦合方式干扰的耦合方式（3）公共阻抗耦合）公共阻抗耦合 共阻抗耦合是由于两个电路间有公共阻抗，当一共阻抗耦合是由于两个电路间有公共阻抗，当一个电路中有电流流过时，通过共阻抗便在另一个个电路中有电流流过时，通过共阻抗便在另一个电路上产生干扰电压。共阻抗耦合主要有电源内电路上产生干扰电压。共阻抗耦合主要有电源内阻抗的共阻抗耦合、公共地线的共阻抗耦合以及阻抗的共阻抗耦合、公共地线的共阻抗耦合以及信号输出电路的共阻抗耦合。信号输出电路的共阻抗耦合。 图中图中Zc表示两个电路之间的共有阻抗，表示两个电路之间的共有阻抗，IN表示干扰表示干扰源电流，源电流，UN表示被干扰

29、电路的干扰电压，表示被干扰电路的干扰电压，ZL为被为被干扰电路的负载，干扰电路的负载，UL为电路输出电压。消除共阻为电路输出电压。消除共阻抗耦合干扰的核心是消除两个或几个电路之间的抗耦合干扰的核心是消除两个或几个电路之间的公共阻抗。公共阻抗。 图8-10 共阻抗耦合等效电路 8.2.2 干扰的耦合方式干扰的耦合方式（4）漏电耦合）漏电耦合 漏电漏电耦合是由于绝缘不良，流经绝缘电阻的漏电流耦合是由于绝缘不良，流经绝缘电阻的漏电流所引起的噪声干扰。这种漏电电流对低电平电路造所引起的噪声干扰。这种漏电电流对低电平电路造成干扰，其等效电路如图成干扰，其等效电路如图8-11所示。所示。 被干扰电路干扰电

30、压被干扰电路干扰电压UN为为 （8-4）漏电耦合形成的干扰，通常发生在以下场合：漏电耦合形成的干扰，通常发生在以下场合：v检测较高的直流电压时，被测电压通过绝缘电阻向检测较高的直流电压时，被测电压通过绝缘电阻向测量电路的输入电阻漏电；测量电路的输入电阻漏电；v在传感器系统附近有较高的直流电源，电压源通过在传感器系统附近有较高的直流电源，电压源通过绝缘电阻向传感器的输入电阻漏电；绝缘电阻向传感器的输入电阻漏电；v有高输入阻抗的直流放大器，由于输入阻抗有高输入阻抗的直流放大器，由于输入阻抗Zi取值取值较大，由式（较大，由式（8-4）可知，引入的干扰电压）可知，引入的干扰电压UN就大。就大。 图8-

31、11 漏电耦合等效电路 8.2.2 干扰的耦合方式干扰的耦合方式（5）辐射电磁场耦合）辐射电磁场耦合 v辐射电磁场通常是由于高频电气设备、广播发射台、电视发射台等在电辐射电磁场通常是由于高频电气设备、广播发射台、电视发射台等在电能量频繁交换产生的。如果在辐射电磁场中放置一个导体，则在导体上能量频繁交换产生的。如果在辐射电磁场中放置一个导体，则在导体上产生正比于电场强度的感应电势。配电线特别是架空配电线都将在辐射产生正比于电场强度的感应电势。配电线特别是架空配电线都将在辐射电磁场中感应出干扰电势，并通过供电线路侵入检测系统的电子装置，电磁场中感应出干扰电势，并通过供电线路侵入检测系统的电子装置，

32、造成干扰。造成干扰。 （6）传导耦合）传导耦合v在信号传输过程中，当导线经过具有噪声的环境时，有用信号就会被噪在信号传输过程中，当导线经过具有噪声的环境时，有用信号就会被噪声污染，并经导线传送到检测系统而造成干扰。最典型的传导耦合就是声污染，并经导线传送到检测系统而造成干扰。最典型的传导耦合就是噪声经电源线传到检测系统中。事实上，经电源线引入检测系统的干扰噪声经电源线传到检测系统中。事实上，经电源线引入检测系统的干扰是非常广泛和严重的。是非常广泛和严重的。 8.2 传感器的抗干扰技术传感器的抗干扰技术8.2.3 抑制干扰的措施抑制干扰的措施v把消除或削弱各种干扰影响的全部技术措施，总称为抗干扰

33、技术。抑制干扰主要通过消除或抑制干扰源、破坏干扰途径以及消除被干扰对象对干扰的敏感性等形成干扰的三要素来实现。通常抗干扰技术包括：屏蔽技术、隔离技术、接地技术、滤波技术、电路的合理布局等。8.2.3 抑制干扰的措施抑制干扰的措施 1. 屏蔽技术屏蔽技术 屏蔽技术是利用金属材料对于电磁波具有较好的吸收和反射能力来进行屏蔽技术是利用金属材料对于电磁波具有较好的吸收和反射能力来进行抗干扰的。屏蔽一般分为三种抗干扰的。屏蔽一般分为三种 ：v（1）静电屏蔽：）静电屏蔽：用导体做成的屏蔽外壳处于外电场时，由于壳内的场用导体做成的屏蔽外壳处于外电场时，由于壳内的场强为零，可使放置其内的电路不受外界电场的干扰

34、。如果将带电体放入强为零，可使放置其内的电路不受外界电场的干扰。如果将带电体放入接地的导体外壳内，则壳内电场不能穿透到外部。接地的导体外壳内，则壳内电场不能穿透到外部。 v（2）磁场屏蔽：）磁场屏蔽：采用高导磁材料作屏蔽层，使外部的磁场的干扰磁通采用高导磁材料作屏蔽层，使外部的磁场的干扰磁通被限制在磁阻很小的磁屏蔽层内部，从而无法对屏蔽体内电路产生干扰。被限制在磁阻很小的磁屏蔽层内部，从而无法对屏蔽体内电路产生干扰。 v（3）电磁屏蔽：）电磁屏蔽：采用导电良好的金属材料做成屏蔽层，利用高频干扰采用导电良好的金属材料做成屏蔽层，利用高频干扰电磁场在屏蔽体内产生涡流，利用涡流产生的磁场抵消或减弱干

35、扰磁场电磁场在屏蔽体内产生涡流，利用涡流产生的磁场抵消或减弱干扰磁场的影响。的影响。 8.2.3 抑制干扰的措施抑制干扰的措施 2. 接地技术接地技术v（1）一点接地和多点接地）一点接地和多点接地 ：一般来说，系统内印制电路板接地的基本一般来说，系统内印制电路板接地的基本原则是高频电路应就近多点接地，低频电路应一点接地。原则是高频电路应就近多点接地，低频电路应一点接地。 通通常常，频频率率在在1MHz以以下下，可可用用一一点点接接地地；而而高高于于10MHz时时，则则应应多多点点接接地地。在在1MHz10MHz之之间间时时，如如果果采采用用一一点点接接地地的的方方式式，其其地地线线长长度就不要

36、超过波长的度就不要超过波长的120。否则，应采用多点接地的方式。否则，应采用多点接地的方式。 v（2）浮地与接地）浮地与接地 ：多数的系统应接大地，有些特殊的场合，应采用浮多数的系统应接大地，有些特殊的场合，应采用浮地方式。系统的浮地就是将系统的各个部分全都与大地浮置起来，即浮地方式。系统的浮地就是将系统的各个部分全都与大地浮置起来，即浮空，其目的是为了阻断干扰电流的通路。空，其目的是为了阻断干扰电流的通路。 v（3）模拟地）模拟地 ：为了提高抗共模干扰的能力，可采用三线采样双层屏蔽为了提高抗共模干扰的能力，可采用三线采样双层屏蔽浮地技术。所谓三线采样，就是将地线和信号线一起采样，这样的双层浮

37、地技术。所谓三线采样，就是将地线和信号线一起采样，这样的双层屏蔽技术是抗共模干扰最有效的办法。屏蔽技术是抗共模干扰最有效的办法。 8.2.3 抑制干扰的措施抑制干扰的措施 2. 接地技术接地技术v（4）数字地）数字地 ：数字地又称逻辑地，它是数字逻辑电路的零电位。印制板中数字地又称逻辑地，它是数字逻辑电路的零电位。印制板中的数字地线应呈网状，其它布线不要形成环路，特别是不要有环绕外周的环的数字地线应呈网状，其它布线不要形成环路，特别是不要有环绕外周的环路。印制板中的条状线不要长距离平行，不得已时，应加隔离电极和跨接线路。印制板中的条状线不要长距离平行，不得已时，应加隔离电极和跨接线或做屏蔽处理

38、。或做屏蔽处理。 v（5）信号地（传感器地）信号地（传感器地） ：在检测系统中，传感器是重要的组成部分，一在检测系统中，传感器是重要的组成部分，一般的传感器输出的信号都比较微弱，传输线长，易受到干扰影响。所以，传般的传感器输出的信号都比较微弱，传输线长，易受到干扰影响。所以，传感器的信号传输线应当采取屏蔽措施，以减少电磁辐射影响和传导耦合干扰。感器的信号传输线应当采取屏蔽措施，以减少电磁辐射影响和传导耦合干扰。v（6）屏蔽接地）屏蔽接地 ：电场屏蔽的目的是解决分布电容的问题，屏蔽的接法根据电场屏蔽的目的是解决分布电容的问题，屏蔽的接法根据屏蔽对象的不同也各不相同，一般以接大地的方式来解决。磁场

39、屏蔽主要是屏蔽对象的不同也各不相同，一般以接大地的方式来解决。磁场屏蔽主要是为了避免高频电磁场的辐射干扰问题，屏蔽材料要利用低阻金属材料，最好为了避免高频电磁场的辐射干扰问题，屏蔽材料要利用低阻金属材料，最好接大地。磁路屏蔽是为防止磁铁、电动机、变压器、线圈等磁感应、磁耦合接大地。磁路屏蔽是为防止磁铁、电动机、变压器、线圈等磁感应、磁耦合而采取的抗干扰方法，其屏蔽材料为高导磁材料。磁路屏蔽以封闭式结构为而采取的抗干扰方法，其屏蔽材料为高导磁材料。磁路屏蔽以封闭式结构为妥，并且接大地。妥，并且接大地。 8.2.3 抑制干扰的措施抑制干扰的措施 3. 隔离技术隔离技术 （1）电磁隔离）电磁隔离v电

40、磁隔离是在两个电路间加一个隔离变压器，变电信号电磁隔离是在两个电路间加一个隔离变压器，变电信号的传输为磁信号的传输，如图的传输为磁信号的传输，如图8-128-12所示。电路所示。电路和电和电路路分别接地，两个地之间存在地电位差分别接地，两个地之间存在地电位差VcmVcm，由于，由于VcmVcm的存在而形成环路电流，造成共模干扰。图的存在而形成环路电流，造成共模干扰。图8-128-12电电路中，在电路路中，在电路和电路和电路之间加入隔离变压器后，两之间加入隔离变压器后，两电路的地之间电路的地之间 被切断，电路之间的信号以磁的形式传被切断，电路之间的信号以磁的形式传递，从而消除了递，从而消除了Vc

41、mVcm的影响。的影响。 图8-12 电磁隔离 8.2.3 抑制干扰的措施抑制干扰的措施 3. 隔离技术隔离技术 （2）光隔离）光隔离 v光隔离是在两个电路间加一个光电耦合器，变电信号的光隔离是在两个电路间加一个光电耦合器，变电信号的传输为光信号的传输，如图传输为光信号的传输，如图8-13所示。所示。（3）隔离放大器）隔离放大器v隔离放大器由输入放大器、信号耦合器件、输出放大器隔离放大器由输入放大器、信号耦合器件、输出放大器和隔离电源组成。隔离放大器主要用于要求共模抑制和隔离电源组成。隔离放大器主要用于要求共模抑制比高的模拟电信号的传递过程中。比高的模拟电信号的传递过程中。 图8-13 光电隔

42、离 8.2.3 抑制干扰的措施抑制干扰的措施 4. 滤波技术滤波技术（1）硬件滤波）硬件滤波v1）电源滤波）电源滤波 v对于交流供电电源的高低频干扰分别采用相应的对称型滤波电路来抑制；对对于交流供电电源的高低频干扰分别采用相应的对称型滤波电路来抑制；对于直流电源，为了减小公共电源内阻在电路之间形成的噪声耦合，在电源的于直流电源，为了减小公共电源内阻在电路之间形成的噪声耦合，在电源的输出端加装相应的高低频滤波电路；当一个直流电源对几个电路同时供电时，输出端加装相应的高低频滤波电路；当一个直流电源对几个电路同时供电时，为了避免通过电源内阻造成几个电路之间相互干扰，在每个电路的直流电源为了避免通过电

43、源内阻造成几个电路之间相互干扰，在每个电路的直流电源进线与地之间加装去耦滤波器。进线与地之间加装去耦滤波器。 v2）信号滤波）信号滤波 v根据差模干扰的频率与被测信号频率的分布特性，选用低通、高通或带通滤根据差模干扰的频率与被测信号频率的分布特性，选用低通、高通或带通滤波器等。波器等。 v滤波器有两种，一是由电阻、电容、电感构成的无源滤波器，二是基于反馈滤波器有两种，一是由电阻、电容、电感构成的无源滤波器，二是基于反馈式运算放大器的有源滤波器。式运算放大器的有源滤波器。 8.2.3 抑制干扰的措施抑制干扰的措施 4. 滤波技术滤波技术（2）软件滤波）软件滤波 1）限幅滤波）限幅滤波 2）中值滤波）中值滤波 3）算术平均值滤波）算术平均值滤波 4）滑动平均滤波）滑动平均滤波