第7章 抗干扰技术.ppt

1、第7章抗干扰技术，7.1引起干扰的因素，7.2抗干扰措施，7.3提高系统抗干扰能力的措施，7.1引起干扰的因素，7.1.1干扰的定义干扰是指对系统正常运行产生不利影响的内部或外部因素。广义而言，机电一体化系统的干扰因素包括电磁干扰、温度干扰、湿度干扰、声波干扰和振动干扰等。电磁干扰是指一些与有用信号无关的电气变化，对系统性能或信号传输有害。7.1.2形成干扰1的三个元素。干扰源产生干扰信号的设备称为干扰源，如变压器、继电器、微波设备、电机、无绳电话和高压线等。所有这些都可以产生空中电磁信号2。传播路径传播路径是指干扰信号的传播路径。3.接收载波接收载波是指受影响设备的一条链路，它吸收干扰信号并

2、将其转换为影响系统的电气参数。7.1.3电磁干扰根据干扰的耦合方式进行分类，电磁干扰分为以下五种类型。1.静电干扰2。磁场耦合干扰磁场耦合干扰是指大电流周围磁场对机电一体化设备回路耦合造成的干扰。3.泄漏耦合干扰泄漏耦合干扰是由于绝缘电阻降低而导致的泄漏电流引起的干扰，主要发生在恶劣的工作条件下或器件性能下降、器件本身老化时。公共阻抗干扰公共阻抗干扰是指由公共导体阻抗、接地阻抗和电源内阻压降相互耦合引起的干扰，是机电一体化系统中常见的干扰。在图7-1所示的串联接地方式中，由于接地电阻的存在，三个电路的接地电位明显不同。5.电磁辐射干扰通过各种大功率高频和中频发生装置、各种电火花和电台、电视台产

3、生的高频电磁波辐射到周围空间，形成电磁辐射干扰。闪电和太空也会有电磁干扰信号。图7-1接地公共阻抗干扰，7.1.4干扰存在形式在电路中，干扰信号通常以串行模式干扰和共模干扰的形式与有用信号一起传输。1.串行模式干扰是叠加在测量信号上的干扰信号，也称为横向干扰。串联模式干扰的原因包括分布电容的静电耦合、长线传输的互感、空间电磁场引起的磁场耦合和50Hz工频干扰。在机电一体化系统中，被测信号是直流(或缓慢变化)信号，而干扰信号通常是带有尖峰的混沌波形，如图7-2(c)所示。在图7-2中，Us代表理想测试信号，U c代表实际传输信号，Ug代表不规则干扰信号。干扰可能来自信号源内部(图7-2(a)或电

4、线感应(图7-2(b)。图7-2串行模式干扰示意图，2。共模干扰共模干扰通常指同时加载在每个输入信号接口端子上的共模信号干扰。在图7-3所示的电路中，检测信号被输入到模数转换器，并且在模数转换器的两个输入端上存在公共电压干扰。由于输入信号源与主机之间距离较远，输入信号Us的参考接地点与计算机控制系统输入端的参考接地点之间存在电位差Ucm。该电位差会在转换器的两个输入端产生共模干扰。以计算机接地点为参考点，施加到输入点a的信号为Us Ucm，施加到输入点b的信号为Ucm。图7-3共模干扰示意图，7.2抗干扰措施，7.2.1屏蔽指使用盒形或壳形屏蔽制成在如图7-5所示的同轴电缆中，为了防止信号在传

5、输过程中受到电磁干扰，在电缆中设置了屏蔽层。图7-4变压器屏蔽，图7-5同轴电缆示意图，7.2.2隔离1。光电隔离光电隔离以光为媒介在隔离两端之间传输信号，所用的器件是光电耦合器。光电耦合器在传输信息时，不直接耦合其输入和输出电信号，而是以光作为耦合介质，因此具有很强的隔离和抗干扰能力。图7-6(a)显示了由通用光耦合器组成的输入/输出电路。在控制系统中，它不仅可以作为一般的输入输出隔离，还可以代替脉冲变压器进行线路隔离和脉冲放大。由于光电耦合器具有二极管和三极管的电气特性，所以可以方便地组合成各种电路；由于它通过光耦合传输信息，具有很强的抗电磁干扰能力，因此在机电一体化产品中得到了广泛的应用

6、。图7-6光电隔离和变压器隔离的原理(一)光电隔离；变压器隔离，图7-6光电隔离和变压器隔离原理(一)光电隔离；变压器隔离，2。变压器隔离对于交流信号的传输，变压器通常用于隔离干扰信号。隔离变压器也是常用的隔离元件，用于阻挡交流信号中的DC干扰，抑制低频干扰信号的强度，如图7-6(b)所示。隔离变压器将各种模拟负载与数字信号源隔离开来，也就是说，将模拟接地与数字接地断开。传输信号通过变压器，而共模干扰被抑制，因为它不形成环路。图7-7显示了带有多层屏蔽的隔离变压器。当从一次侧输入含有DC或低频干扰的交流信号时，根据变压器原理，从二次侧的输出信号中滤除DC干扰，低频干扰信号的幅度大大衰减，从而达

7、到抑制干扰的目的。图7-7多层隔离变压器。此外，静电隔离层S1和S2被布置在变压器的初级和次级绕组外部，其目的是防止初级和次级绕组之间的相互耦合干扰。变压器外三层屏蔽密封的内外两层由铁制成，起到磁屏蔽的作用；中间层由铜制成，与铁芯连接，直接接地，起到静电屏蔽作用。设置这三层屏蔽层是为了防止外部电磁场通过变压器干扰电路，具有很强的抗干扰能力。3.继电器隔离继电器线圈和触点只能机械连接，不能直接电气连接。因此，继电器线圈可以用来接收电信号，其触点可以用来控制和传输电信号，从而实现强电和弱电的隔离(如图7-8所示)。同时，继电器触点很多，它们的触点可以承受较大的负载电流，因此被广泛使用。图7-8继电

8、器隔离和7.2.3滤波是抑制干扰传输的重要方法。由于干扰源发射的电磁干扰频谱通常比要接收的信号频谱要宽得多，所以当接收机接收到有用信号时，也会接收到那些不需要的干扰。图7-9显示了用于计算机电源的液晶低通滤波器的接线图。瞬时高频干扰的220伏电源通过截止频率为50Hz的滤波器，其高频信号被衰减，只有50Hz的工频信号通过滤波器到达电力变压器，保证正常供电。图7-9中的低通滤波器和图7-10(a)中的触点抖动抑制电路在抑制各种触点或开关闭合或断开时由触点抖动引起的干扰方面非常有效。图7-10(b)所示电路是一个交流信号抑制电路，主要用于抑制断电时感性负载产生的反电动势。阻容吸收电路可以将电感磁场

9、释放的能量转化为电容的能量图7-10干扰滤波器电路，图7-11显示了一个双T带抑制滤波器，可用于消除工频(电源)串联模式干扰。在图中，输入信号U1通过两条路径发送到输出端。图7-11双丁字带阻滤波器，7.2.4接地图7-12显示了并联单点接地模式。这种方法最适用于低频，因为每个电路的接地电位仅与该电路的接地电流和接地阻抗相关，不会由于接地电流而导致电路之间的耦合。这种方法的缺点是需要连接许多接地线，使用起来很麻烦。图7-12:一点并联接地；2.多点接地需要更多的接地线，这通常适用于低频信号。如果电路的工作频率高，电感分量大，本地线路之间的互感耦合会增加干扰。如图7-13所示，每个接地点都与接地

10、母线或附近的底座、外壳等金属部件相连。图7-13多点接地。3.接地线的设计在机电一体化系统的设计中，应综合考虑各种接地线的布置和接地方式。图7-14显示了数控机床的接地方法。图7-14数控机床的接地，7.2.5软件1的抗干扰设计。软件滤波用软件识别有用信号和干扰信号并滤除干扰信号的方法称为软件滤波。识别信号有三个原则：(1)时间原则。(2)空间原理。(3)属性原则。软件“陷阱”从软件运行的角度来看，瞬时电磁干扰可能导致中央处理器偏离预定的程序指针，进入未使用的内存区域和只读存储器区域，造成一些无法解释的现象，其中无限循环和程序“飞走”是常见的。为了有效地消除这种干扰故障，经常使用软件“陷阱”方

11、法。这种方法的基本指导思想是用某个重启代码指令来填充系统内存(内存和只读存储器)中未使用的单元，作为捕获“飞行”程序的软件“陷阱”。通常，当中央处理器执行该指令时，程序将自动转到某个起始地址，从该地址将存储一个热启动程序，这将使程序恢复运行。热启动程序将现场扫描各种状态，并根据这些状态判断程序应进入系统程序的哪个入口，以便系统能再次投入正常运行。3.软件“看门狗”“看门狗”是指用硬件(或软件)定期检查某个程序或接口。当系统在一定时间内未能检查该程序或接口时，可以确定系统运行不正确(发生干扰)，系统可以通过软件复位或以预定方式运行。“看门狗”是一种广泛应用于工业控制机器的软件抗干扰措施。当计算机

12、程序由于侵入性的峰值电磁干扰而“飞走”时，看门狗(WATCHDOG)可以帮助系统自动恢复正常运行。7.3提高系统抗干扰能力的措施7.3.1逻辑设计力求简单可靠对于特定的机电一体化产品，逻辑设计应在满足生产过程控制要求的前提下尽可能简单，以节省元器件，方便操作。7.3.2硬件自检测和软件自恢复的设计干扰引起的误操作大多是偶然的，因此应采取一些措施使这种偶然的误操作不直接影响系统的运行。因此，在总体设计中，我们必须尽量使这种由干扰引起的故障尽快恢复正常。通常的方法是在硬件上设置一些自动监控电路，主要是加强对一些薄弱环节的监控，从而缩小故障范围，提高整体可靠性。7.3.3从安装和工艺方面采取措施消除干扰。合理选择接地；2.合理选择电源；电源的合理选择对系统的抗干扰能力也非常重要。3.合理布局机电一体化设备和系统各