常用的干扰抑制技术

1、 常用的干扰抑制技术传感器与检测技术 常用的干扰抑制技术 在检测装置中常用的干扰抑制技术，是要根据具体情况，对干扰加以认真分析后，有针对性地正确地使用，才能得到满意的效果。如高电平信号允许有较大的干扰；而信号电平越低，对干扰的限制也越严。在非电量的检测技术中，动态惯量应用日趋广泛，所用的放大器、显示器、记录仪等的频带越来越宽，因此，这些装置的抗干扰问题也日趋重要。目前常用的抗干扰措施主要有如下几种。 1.1 屏蔽技术 利用铜或铝等低阻材料制成的容器，将需要防护的部分包起来或者是用导磁性良好的铁磁性材料制成的容器将要防护的部分包起来，此种方法主要是防止静电或电磁干扰，称之为屏蔽。 1. 静电屏蔽

2、 在静电场作用下，导体内部无电力线，即各点等电位。静电屏蔽就是利用了与大地相连接的导电性良好的金属容器，使其内部的电力线不外传，同时也不使外部的电力线影响其内部。 2.电磁屏蔽 电磁屏蔽是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，再利用涡流消耗高频干扰磁场的能量，从而削弱高频电磁场的影响。若将电磁屏蔽层接地，则同时兼有静电屏蔽的作用。 3.低频磁屏蔽 在低频磁场干扰下，采用高导磁材料作屏蔽层以便将干扰磁力线限制在磁阻很小的磁屏蔽体内部，防止其干扰作用。 通常采用坡莫合金之类的对低频磁通有高导磁系数的材料。同时要有一定的厚度，以减少磁阻。 4.驱动屏蔽 驱动屏蔽就

3、是使被屏蔽导体的电位与屏蔽导体的电位相等。其原理如下图所示。若1：1电压跟随器是理想的，即在工作中导体B与屏蔽层D之间的绝缘电阻为无穷大，并且等电位。那么，在导体B与屏蔽层D之间的空间无电力线，各点等电位。这时，尽管导体B与屏蔽层D之间有寄生电容Cs2存在，但是，因B与D是等电位，故此寄生电容也不起作用。因此，驱动屏蔽能有效地抑制通过寄生电容的耦合干扰。1.2 接地技术 检测装置电路接地是为了如下目的：安全；对信号电压有一个基准电位；静电屏蔽的需要。在这里主要研究用接地技术来抑制噪声干扰。 1.接地线的种类 在检测装置中，主要有保护接地线、信号地线、信号源地线和交流电源地线等四种接地线，一般应

4、分别设置，以消除各地线之间的相互干扰。 2.检测装置的接地系统 通常在检测装置中至少要有三种分开的地线，如下图所示。若设备使用交流电源时，则交流电源地线应和保护地线相连。图中三条地线应连在一起并通过一点接地。使用这种接地方式可以避免公共地线各点电位不均匀所产生的干扰。 为了使屏蔽在防护检测装置不受外界电场的电容性或电阻性漏电影响时充分发挥作用，应将屏蔽线接到大地上。但是大地各处电位很不一致，如果一个测量系统在两点接地，因两接地点不易获得同一电位，从而对两点(多点)接地电路造成干扰。这时地电位是装置输入端共模干扰电压的主要来源。因此，对一个测量电路只能一点接地。 信号电路一点接地是消除因公共阻抗

5、耦合干扰的一种重要方法。 如下图a所示的测量系统。当Un=100mV，Rn=0.01，Rs=500，Rc1=Rc2=1KRi=10K时，代入公式 通过计算，则放大器输入端的噪声电压Un为95mV。 为了解决上述问题，可采用一点接地，即保持信号源与地隔离，如下图b所示。图中ZGn=1M ，其他参数与图a所示相同，代入公式计算得Un为0.095V。可见，比信号源直接接地时，干扰情况大有改善。 1.3 浮置 浮置又称浮空、浮接，它指的检测装置的输入信号放大器公共线阴p模拟信号地)不接机壳或大地。这种被浮置的检测装置的测量电路与机壳或大地之间无直流联系，阻断了干扰电路的通路，明显地加大宁测量电路放大器

6、公共线与地(或机壳)之间的阻抗，因此浮置与接地相比能大大减小共模干扰电流。 1.4 平衡电路 平衡电路又称对称电路。它是指双线电路中的两根导线与连接到这两根导线的所有电路，对地或对其他导线电路结构对称，对应阻抗相等。如电桥电路和差分放大器就属于平衡电路。右图是最简单的平衡电路。由电路原理可求出在负载上产生的总电压为式中前两项表示噪声电压，第三项表示信号电压。若电路对称，则IN1=IN2，所以负载上噪声电压互相抵消掉。因此上式可简化为 如果电路完全对称，则负载上噪声电压为零。但实际上电路很难做到完全对称，这时抑制噪声的能力决定于电路的对称性。 在一个不平衡系统中，电路的信号传输部分可用两个变压器

7、得到平衡，其原理如上图所示。下图a表示原不平衡系统，b表示接变压器后构成的平衡传输系统。因为长导线最容易检拾噪声；所以这种方法在噪声抑制上是很有用的。同时，变压器还能断开任何地环路，因此消除了负载与信号源之间由于地电位差所造成的噪声干扰。1.5 滤波 滤波器是一种只允许某频带信号通过或只阻止某一频带信号通过的电路，是抑制噪声干扰最有效的手段之一。下面分别介绍在检测设备中的各种滤波器。 1. 交流电源进线对称滤波器 任何使用交流电源的检测装置，噪声经电源线传导耦合到测量电路中去，对检测装置工作造成干扰是最明显的。为了抑制这种噪声干扰，在交流电源进线端子间加装滤波器，后面的图a为线间电压滤波器、图

8、b为线间电压和对地电压滤波器、图c为简化的线间电压和对地电压滤波器。这种高频干扰电压对称滤波器，对于抑制中波段的高频噪声干扰是很有效的。右图是低频干扰电压滤波电路。此电路对抑制因电源波形失真而含有较多高次谐波的干扰很有效。 2 直流电源输出的滤波器 直流电源往往是检测装置几个电路公用的。为了减弱经公用电源内阻在电路之间形成的噪声耦合，对直流电源输出需加高低频成分的滤波器，如下图所示。 3. 退耦滤波器 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互相于扰，应在每个电路的直流电源进线与地线之间加装退耦滤波器。如下图所示，其中图a是R-C退耦滤波器、图b是L-C退耦滤波

9、器的示意图。应注意，L-C滤波器有一个谐振频率，其值为： 在这个谐振频率fr上，经滤波器传输过去的信号，比没有滤波器时还要大。因此，必须将这个谐振频率取在电路的通频带之外。在谐振频率fr下，滤波器的增益与阻尼系数成反比。L-C滤波器的阻尼系数 式中，R是电感线圈的等效电阻。 为了把谐振时的增益限制在2dB以下，应取0.5。对于一台多级放大器，各放大级之间会通过电源的内阻抗产生耦合干扰。因此，多级放大器的级间及供电必须进行退耦滤波，可采用R-C退耦滤波器。由于电解电容在频率较高时呈现电感特性，所以退耦电容常由两个电容并联组成。一个为电解电容，起低频退耦作用；另一个为小容量的非电解电容，起高频退耦

10、作用。 1.6 光耦合器 使用光耦合器切断地环路电流干扰是十分有效的。其原理如下图所示。由于两个电路之间采用光束来耦合，所以能把两个电路的地电位完全隔离开。这样两电路的地电位即使不同也不会造成干扰。光电耦合对数字电路很适用，但在模拟电路中，因其线性度较差而应用较少。1.7 脉冲电路中的噪声抑制 1.积分电路 下图是积分电路消除干扰脉冲的原理图。当脉冲电路以脉冲前沿的相位作为信息传输时，通常用微分电路取出前沿相位。但是，这时如果有噪声脉冲存在，其宽度即使很小也会出现在输出中。如果再使用积分电路，由于脉冲宽度大的信号输出大，而脉冲宽度小的噪声脉冲输出也小，所以能将噪声干扰滤除掉。 2.脉冲干扰隔离门 可以用硅二极管的正向压降对幅度较小的干扰脉冲加以阻挡，而让幅度较大的脉冲信号顺利通过。如下图所示。电路中的二极管最好选用开关管。 3.相关量的利用 有脉冲干扰和信号的脉冲列，如下图所示。此脉冲干扰幅值之高、时间之长都超过正常的脉冲信号，因此用上述方法是不能抑制的。