检测系统的抗干扰技术

1、2021-5-31 第十二章第十二章 检测系统的抗干扰技术检测系统的抗干扰技术 章节导入： 采购的仪表，数码显示不稳定；安装到车间的仪 表数据不稳、动作失常；带计算机的系统，计算机容 易死机等等。 本章要点： 1、了解干扰源的种类以及掌握对应防护措施 2、了解电磁干扰的种类、传播途径以及掌握对应 防护措施 3、掌握抗电磁干扰技术中的屏蔽技术、接地技术、 电源滤波技术以及光电耦合技术 2021-5-32 第一节第一节 干扰源及防护干扰源及防护 在非电量测量装置的电路中出现的无用的背景信号在非电量测量装置的电路中出现的无用的背景信号 与被测信号叠加在一起，这称为干扰，有时也采用噪声这与被测信号叠加

2、在一起，这称为干扰，有时也采用噪声这 一习惯用语。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（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，有用信号功率来表示，它是指在信号通道中，有用信号功率PS与噪声功与噪声功 率率PN 之比，或有用信号电压之比，或有用信号电压US与噪声电压与噪声电压UN 之比。信噪之比。信噪 比常用对数形式来表示，单位为比常用对数形式来表示，单位为dB，即，即 S/N=10lg（ PS / PN ）=20lg（ US / UN ）（）

3、（dB） 在测量过程中应尽量提高信噪比，以减少噪声对测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。量结果的影响。 靠增加放大倍数减少干扰是于事无补的靠增加放大倍数减少干扰是于事无补的 干扰与噪声 2021-5-33 信噪比（信噪比（S/NS/N）的计算举例）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50mV50mV， 50Hz50Hz干扰干扰“嗡嗡嗡嗡”声的电压为声的电压为0.5mV0.5mV，求信噪比。，求信噪比。 解：解：S/N=20lgS/N=20lg（50/0.550/0.5） dB =40

4、dBdB =40 dB 结论：当结论：当S/NS/N分别为分别为20 dB20 dB、0 dB 0 dB 、-20 dB -20 dB 时，信噪比说明做报告者声音与时，信噪比说明做报告者声音与 干扰声音转换的电压之间各为干扰声音转换的电压之间各为1010倍、相同、倍、相同、 -10-10倍的关系；而为倍的关系；而为40dB40dB为为100100倍；倍； 60dB60dB为为10001000倍的关系。倍的关系。 2021-5-34 噪声源及干扰源噪声源及干扰源 一、机械干一、机械干 扰扰 1 1、产生的原因： 机械干扰是指机械振动或冲击使电子检测装置 中的元件发生振动，改变了系统的电气参数，造

5、成 可逆或不可逆的影响。 2 2、造成的危害： 焊点脱焊；电位器滑动臂移动；电感线圈电感 量变化；电缆接插件滑脱；开关、继电器、插头及 各种紧固螺钉松动；共振时还会引起零件的振幅加 大，造成零件断裂。 2021-5-35 3 3、机械干扰采取措施：、机械干扰采取措施： （1 1）减震 对机械干扰，可选 用专用减振弹簧- -橡胶垫 脚或吸振橡胶海绵垫来 降低系统的谐振频率， 吸收振动的能量， 从而 减小系统的振幅。 橡胶海绵软垫 橡胶垫脚及弹簧 2021-5-36 机械干扰采取措施：机械干扰采取措施： （2）振动试验台 将被测仪器（如图中的电子天平）固定在振动 台上，逐渐增大振幅，测试在不同频率

6、的规定振幅 下，产品指标是否变化。 固定 2021-5-37 机械干扰采取措施：机械干扰采取措施： （3）跌落试验 产品在运输 过程中常因为遭 受剧烈震动或跌 落而损坏或性能 变差，因此需要 做抗跌落试验和 测试。 跌落试验机 2021-5-38 二、湿度及化学干扰二、湿度及化学干扰 1、 产生的原因：产生的原因： 当环境相对湿度大于当环境相对湿度大于65%65%时，物体表面就会附着一层时，物体表面就会附着一层0.010.010.1um0.1um的水膜，并的水膜，并 渗入材料内部。渗入材料内部。 2 2、造成的危害：、造成的危害： 降低了绝缘强度，造成了漏电、击穿和短路现象；潮湿还会加速金属材

7、料的降低了绝缘强度，造成了漏电、击穿和短路现象；潮湿还会加速金属材料的 腐蚀，并产生原电池电化学干扰电压；在较高的温度下，潮湿还会促使霉菌的生长，腐蚀，并产生原电池电化学干扰电压；在较高的温度下，潮湿还会促使霉菌的生长， 并引起有机材料的霉烂。并引起有机材料的霉烂。 某些化学物品如酸、碱、盐、各种腐蚀性气体以及沿海地区由海风带到岸上的某些化学物品如酸、碱、盐、各种腐蚀性气体以及沿海地区由海风带到岸上的 盐雾也会造成与潮湿类似的漏电腐蚀现象。盐雾也会造成与潮湿类似的漏电腐蚀现象。 2021-5-39 3、采取的措施、采取的措施 （1 1）将变压器等易漏电或击）将变压器等易漏电或击 穿的元器件用绝

8、缘漆穿的元器件用绝缘漆 或环氧树脂浸渍，将或环氧树脂浸渍，将 整个印刷电路板密封。整个印刷电路板密封。 （2 2）对设备定期加热驱潮，）对设备定期加热驱潮， 或保持箱内的微热状或保持箱内的微热状 态。态。 （3 3）对易受潮的电子线路）对易受潮的电子线路 安装在不透气的机箱安装在不透气的机箱 中，箱盖用橡胶圈密中，箱盖用橡胶圈密 封。封。 用绝缘漆浸渍过 的控制变压器 浸漆可防止水分 进入线圈内部 2021-5-310 采取的措施采取的措施 （4 4）仪器设备的）仪器设备的 防潮试验防潮试验 喷淋试验 2021-5-311 采取的措施采取的措施 仪器设备的防潮试验仪器设备的防潮试验恒温恒湿房恒

9、温恒湿房 可用于进行大型仪器设备的高低温、恒定湿热、 交变湿热试验。 体积：25m25m3 3 温度调节范围： （-40-40+80+80） 湿度调节范围： （30309090）%RH%RH 2021-5-312 三、热干扰三、热干扰 1 1、造成的危害：、造成的危害： 热量，特别是温度波动以及不均匀的温度场对检测装热量，特别是温度波动以及不均匀的温度场对检测装 置的干扰主要体现在以下几个方面：置的干扰主要体现在以下几个方面： （1 1）元件参数的变化（温漂）元件参数的变化（温漂） （2 2）接触热电势干扰）接触热电势干扰 （3 3）元器件长期在高温下工作时，引起寿命和耐压）元器件长期在高温下

10、工作时，引起寿命和耐压 等级降低等。等级降低等。 2 2、克服热干扰的防护措施有：、克服热干扰的防护措施有： （1 1）选用低温漂元件）选用低温漂元件 （2 2）采取软、硬件温度补偿措施）采取软、硬件温度补偿措施 （3 3）选用低功耗、低发热元件）选用低功耗、低发热元件 （4 4）提高元器件规格余量）提高元器件规格余量 （5 5）仪器的前置输入级远离发热元件）仪器的前置输入级远离发热元件 （6 6）加强散热）加强散热 （7 7）采用热屏蔽等）采用热屏蔽等 2021-5-313 散热风扇 2021-5-314 四、固有噪声干扰四、固有噪声干扰 产生的原因及采取的措施：产生的原因及采取的措施： 在

11、电路中，电子元件本身产生的、具有随机在电路中，电子元件本身产生的、具有随机 性、宽频带的噪声称为固有噪声。例如电视机的雪花性、宽频带的噪声称为固有噪声。例如电视机的雪花 现象；喇叭、耳机的噪声；输出电压无规律跳变。现象；喇叭、耳机的噪声；输出电压无规律跳变。 （1 1）电阻热噪声：）电阻热噪声： 电阻不与电源相连，两端有噪声电压。输入信电阻不与电源相连，两端有噪声电压。输入信 号较小时，会被电阻热噪声产生的电压淹没。号较小时，会被电阻热噪声产生的电压淹没。 应根据需要确定电路带宽；不要强调高频输入应根据需要确定电路带宽；不要强调高频输入 和高输入电阻；尽量降低前置级的温度。和高输入电阻；尽量降

12、低前置级的温度。 2021-5-315 四、固有噪声干扰四、固有噪声干扰 （2 2）半导体散粒噪声：）半导体散粒噪声： 在半导体噪声中，载流子的随机扩散以及电子在半导体噪声中，载流子的随机扩散以及电子- -空穴对随机发生及复合，干空穴对随机发生及复合，干 扰测量结果。扰测量结果。 采取的措施：采取的措施： 采用低噪声以及较大放大倍数的三极管；减小半导体器件的电流和电路的带采用低噪声以及较大放大倍数的三极管；减小半导体器件的电流和电路的带 宽。宽。 （3 3）接触噪声：）接触噪声： 元器件之间不完全接触，引起电导率的起伏。元器件之间不完全接触，引起电导率的起伏。 例如：开关、继电器触点、电位器触

13、点、接线端子电阻、晶体管内的不良接例如：开关、继电器触点、电位器触点、接线端子电阻、晶体管内的不良接 触。触。 采取的措施：采取的措施： 是低频电路的主要噪声，减小流过触点的直流电流；采用镀金或镀铑触点；是低频电路的主要噪声，减小流过触点的直流电流；采用镀金或镀铑触点； 增加接触压力。增加接触压力。 2021-5-316 五、电、磁噪声干扰五、电、磁噪声干扰 1、产生的原因：、产生的原因： 电磁波可以通过电网以及直接辐射的形式传播到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。离这些噪声源很远的检测装置中。 2、造成的危害：、造成的危害： 在工频输电线附近也存在强大

14、的交变电场，在强在工频输电线附近也存在强大的交变电场，在强 电流输电线附近存在干扰磁场，他们将对十分灵敏的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。检测装置造成干扰。 3、采取的措施：、采取的措施： 由于这些干扰源功率强大，要消除他们的影响较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。在下一节详细学为困难，必须采取多种措施来防护。在下一节详细学 习。习。 2021-5-317 第二节第二节 检测技术中的电磁兼容原检测技术中的电磁兼容原 理理 一、电磁兼容（一、电磁兼容（EMCEMC）概念）概念 电磁兼容是指电子系统在规定的电磁干扰环境中能

15、正常工作的能力，而且还不允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许产生超过规定的电磁干扰 。 二、电磁干扰的来源二、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。扰源。 1.1.自然界干扰源包括地球外层空间的宇宙射电噪声、太阳耀斑辐射噪声以及大气自然界干扰源包括地球外层空间的宇宙射电噪声、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层的天电噪声。后者的能量频谱主要集中在30MHz30MHz以下，对检测

16、系统的影响较大。以下，对检测系统的影响较大。 2.2.人为干扰源又可分为有意发射干扰源和无意发射干扰源。人为干扰源又可分为有意发射干扰源和无意发射干扰源。 2021-5-318 干扰源举例干扰源举例 自然界干扰源自然界干扰源 X X光机产生大功率光机产生大功率 高高 频干扰频干扰 闪电产生电磁场干扰 人为干扰源 2021-5-319 人为干扰源人为干扰源 雷达会产生大功率高频干扰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、电晕放电 干扰 2021-5-320 三、电磁干扰的传播途径三、电磁干扰的传播途径 干扰源敏感接收器干扰途径 电磁干扰必须同时具备三个因素： 消除或减弱

17、电磁干扰的方法针对三方面因素，采取 三方面措施： （1 1）消除或抑制干扰源。例如使干扰的电气设备原 理检测装置；整流子电动机改为无刷；继电器、接触器 加消弧线圈。 （2 2）破坏干扰途径。提高电路绝缘性能；隔离变压 器；光耦合器；改变接地形式；采取电、磁、电磁屏蔽。 （3 3）削弱接收回路对干扰的敏感性。数字电路比模 拟电路抗干扰；低输入阻抗比高输入阻抗抗干扰。 2021-5-321 电磁干扰途径：电磁干扰途径： 电吹风机干扰电视机电吹风机干扰电视机 电吹风机产生的电磁波干扰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

18、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。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。此时电应设法切断这些干扰途径。此时电 吹风为干扰源。吹风为干扰源。 总结：电磁干扰有总结：电磁干扰有“路路”和和 “场场”的干扰。的干扰。 2021-5-322 “路路”和和“场场”的干扰区别的干扰区别 路的干扰必须在干扰源和被干扰对象之间有完整的电路连接，干扰沿着这路的干扰必须在干扰源和被干扰对象之间有完整的电路连接，干扰沿着这 个通路到达被干扰对象。例如通过电源线、变压器引入的干扰个通路到达被干扰对象。例如通过电源线、变压器引入的干扰 。 场的干扰不需要沿着电路传输，而

19、是以电磁场辐射的方式进行。例如，电源线场的干扰不需要沿着电路传输，而是以电磁场辐射的方式进行。例如，电源线 对传感器的信号线的电场耦合干扰；又如电焊机电缆上的强电流对信号线的磁场耦对传感器的信号线的电场耦合干扰；又如电焊机电缆上的强电流对信号线的磁场耦 合干扰。合干扰。 2021-5-323 1 1通过路的干扰通过路的干扰 （1 1）由泄漏电阻引起的干扰）由泄漏电阻引起的干扰 当仪器的信号输入端子与220V220V电源进线端子之间 产生漏电、印制电路板上前置级输入端与整流电路存 在漏电等情况下，噪声源可以通过这些漏电电阻作用 于有关电路而造成干扰。被干扰点的等效阻抗越高， 由泄漏电阻而产生的干

20、扰影响越大。 1-1-干扰源 2-2-仪器输入端子 3-3-仪器的输入电阻 R R - -漏电阻 2021-5-324 采取的措施采取的措施 此干扰为差模干扰采取的措施有： （1 1）消除印制板的泄漏电阻引起的干扰： 在印制电路板正、反面各制作一个接地的环状印 制电路，将高输入阻抗的元件电路及单元包围在环的 里面，由印制电路引起的漏电流直接通过接地保护环 流入地线。 （2 2）消除电源变压器的漏电引起的干扰： 将变压器真空浸漆或用环氧树脂灌封。 （3 3）信号输入端漏电引入的干扰： 信号源远离220V220V电源进线端子，并在它周围设置 接地保护端子。 2021-5-325 （2 2）由共阻抗

21、耦合引起的干扰）由共阻抗耦合引起的干扰 共阻抗：共阻抗： 当两个或两个以上的电路共同享有或使用一段公共的线路当两个或两个以上的电路共同享有或使用一段公共的线路, , 而这段线路又具有而这段线路又具有 一定的阻抗时一定的阻抗时, , 这个阻抗成为这两个电路的共阻抗。这个阻抗成为这两个电路的共阻抗。 引起的干扰：引起的干扰： 第二个电路的电流流过这个共阻抗所产生的压降就成为第一个电路的干扰电压。第二个电路的电流流过这个共阻抗所产生的压降就成为第一个电路的干扰电压。 常见的例子是通过接地线阻抗引入的共阻抗耦合干扰。常见的例子是通过接地线阻抗引入的共阻抗耦合干扰。 2021-5-326 负载（喇叭）的

22、电流 较大，它与放大器的负电 源线共用了一段地线，在 地线的微小电阻上产生了 压降，造成了干扰。 此干扰也为差模干扰 采取的措施：将地线分开 设置。具体方法在第三节 详细学习。 由共阻抗耦合引起的干扰由共阻抗耦合引起的干扰 负载电流干扰压降 正确接线 2021-5-327 （3 3）由电源配）由电源配 电回路引电回路引 入的干扰入的干扰 产生的原因：产生的原因： 交流供配电线路在工业现场的分布相当于一个吸收各种干扰的网络交流供配电线路在工业现场的分布相当于一个吸收各种干扰的网络, , 而且十而且十 分方便地以电路传导的形式传遍各处，经检测装置的电源线进入仪器内部造成干扰。最分方便地以电路传导的

23、形式传遍各处，经检测装置的电源线进入仪器内部造成干扰。最 明显的是电压突变和交流电源波形畸变，它使工频的高次谐波明显的是电压突变和交流电源波形畸变，它使工频的高次谐波 ( (从低频一直延伸至高从低频一直延伸至高 频频) ) 经电源线进入仪器的前级电路。例如，由调压或逆变电路中的晶闸管引起的大功经电源线进入仪器的前级电路。例如，由调压或逆变电路中的晶闸管引起的大功 率高次谐波干扰；又如开关电源经电源线往外泄漏出的几百千赫兹尖脉冲干扰。率高次谐波干扰；又如开关电源经电源线往外泄漏出的几百千赫兹尖脉冲干扰。 2021-5-328 2 2通过场的干扰通过场的干扰 工业现场各种线路的电压、电流的变化反映

24、在其对应的电场、磁场的变化，工业现场各种线路的电压、电流的变化反映在其对应的电场、磁场的变化， 各种噪声源通过这些场的途径将噪声源的部分能量传递给检测电路，造成干扰。各种噪声源通过这些场的途径将噪声源的部分能量传递给检测电路，造成干扰。 （1 1）由电场耦合引起的干扰：）由电场耦合引起的干扰： 电场耦合实质上是电容性耦合。电场耦合实质上是电容性耦合。 采取的措施：采取的措施： 必须减小两者间的分布电容；必须减小两者间的分布电容； 必须尽量保持电路和信号线的对地平衡；必须尽量保持电路和信号线的对地平衡； 布线时，多采用双绞扭屏蔽线。布线时，多采用双绞扭屏蔽线。 2021-5-329 （2 2）由

25、磁场耦合引起的干扰）由磁场耦合引起的干扰 磁场耦合干扰的实质是互感性耦合干扰。磁场耦合干扰的实质是互感性耦合干扰。 防止磁场耦合干扰途径的办法有：防止磁场耦合干扰途径的办法有： 使信号线使信号线远离强电流干扰源，从而减小互感量远离强电流干扰源，从而减小互感量 M ； 采用低频磁屏蔽采用低频磁屏蔽，从而减小信号线感受到的，从而减小信号线感受到的 磁场；磁场； 采用绞扭导线使引入到信号处理电路两端的干采用绞扭导线使引入到信号处理电路两端的干 扰电压大小相等、相位相同，使差模干扰转变成共扰电压大小相等、相位相同，使差模干扰转变成共 模干扰模干扰 。 C型变压器的漏感比 E型的小 4对双绞扭线 202

26、1-5-330 3 3、共模干扰与串模干扰、共模干扰与串模干扰 如果干扰源对两根信号传输线的干扰大小相等、如果干扰源对两根信号传输线的干扰大小相等、相位相同相位相同, 就属于共模干扰。由就属于共模干扰。由 于于“仪用放大器仪用放大器”的共模抑制比的共模抑制比 KCMR 较大较大, 所以共模干扰可以被抑制。但当系统两所以共模干扰可以被抑制。但当系统两 个输入端出现很难避免的不平衡时个输入端出现很难避免的不平衡时, 共模电压的一部分将转换为串模干扰，就较难消除共模电压的一部分将转换为串模干扰，就较难消除 了。了。 热电偶引线 与220V电源线靠 得太近将引起电 场偶合干扰。如 果UNi对两根信号

27、传输线的干扰大 小相等、相位相 同,就属于共模干 扰。 2021-5-331 共模干扰与串模干扰举例共模干扰与串模干扰举例 2021-5-332 第三节第三节 几种电磁兼容控制技几种电磁兼容控制技 术术 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、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。接地、浮置、滤波、光电隔离等技术。 一、屏蔽技术一、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

28、，可以防止电场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。屏蔽等几种。根据不同的对象，使用不同的屏蔽方式。 2021-5-333 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 屏蔽现象举例： 用铜网或不锈钢网 将收音机包围起来并接 大地，收音机收不到台。 过山洞时，手机没 有信号。 屏蔽措施有静电屏 蔽、低频磁屏蔽、电磁 屏蔽 2021-5-334 1.1.静电屏蔽静电屏

29、蔽 静电屏蔽是用铜或铝静电屏蔽是用铜或铝( (有些设备虽然用工程塑料做有些设备虽然用工程塑料做 外壳），但内部贴有金属薄膜）等导电性良好的金属为材外壳），但内部贴有金属薄膜）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 电路置于其中，使外部干扰电场的电力场不影响其内部的电路置于其中，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。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（作为引线孔或静电屏蔽的容器器壁上允许有较小的孔洞（作为引线

30、孔或 调试孔）它对屏蔽的影响不大。调试孔）它对屏蔽的影响不大。 通风屏蔽窗 带孔 屏蔽板 2021-5-335 静电屏蔽举例静电屏蔽举例 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。仪器设备的屏蔽外壳必须接地。 2021-5-336 静电屏蔽举例静电屏蔽举例 自制的屏蔽罩 带调试孔的屏蔽盒 2021-5-337 屏蔽线屏蔽线 三绞扭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 铜线编织网 （接地） 2021-5-338 2.2.低频磁屏蔽低频磁屏蔽 低频磁屏蔽是用来隔离低频（主要指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

31、）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。施。 静电屏蔽线或静电屏蔽盒对低频磁场不起隔离作用。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

32、屏蔽和低频屏蔽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。的目的。 2021-5-339 低频磁屏蔽举例低频磁屏蔽举例 多数仪器的外壳采用导磁材料（例如：铁质机壳）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，使受外壳保护的内部电路免受低频磁场耦合干扰的影过，使受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。的目的。 将屏蔽线穿在铁质蛇皮管将屏蔽线

33、穿在铁质蛇皮管 中起到双重屏蔽的作用。中起到双重屏蔽的作用。 2021-5-340 3.3.电磁屏蔽电磁屏蔽 电磁屏蔽是采用导电良好的金属材料做成屏蔽罩、电磁屏蔽是采用导电良好的金属材料做成屏蔽罩、 屏蔽盒等屏蔽盒等不同的外形，将被保护的电路包围在其中。它不同的外形，将被保护的电路包围在其中。它 屏蔽的干扰对象是高频（屏蔽的干扰对象是高频（40kHz以上）磁场。以上）磁场。 干扰源干扰源 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。

34、其次，电涡流也将产生一个新的磁场，抵磁场的能量。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。电路免受高频干扰磁场的影响。 镀铜电磁屏蔽盒 2021-5-341 军用屏蔽帐篷军用屏蔽帐篷 4、用、用导电纤维材料导电纤维材料 编织而成的军用电磁编织而成的军用电磁 屏蔽器材屏蔽器材 （参考（参考常州雷宁电磁屏蔽设备公司资料）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 2021-5-342 用用导电纤维材料编织而成的电磁屏蔽服导电纤维材料编织而成的电磁屏蔽服 辐射源 防

35、电磁波屏蔽服装 2021-5-343 5 5、屏蔽室、屏蔽室 导电导电PVC地板地板 用于防静电用于防静电 及及 底部底部屏蔽屏蔽 干扰信号无法穿透钢 板屏蔽室 2021-5-344 二、接地技术二、接地技术 （一）（一）地线的种类地线的种类 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 “保安地线保安地线” ” 。它的接地电阻值必须小于规定的数值。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，对于仪器、通讯、计算机等电子技术来说，“地线地线”多是指电信号的基准电位，多是指电

36、信号的基准电位， 也称为也称为“公共参考端公共参考端”，它除了作为各级电路的电流通道之外，还是保证电路工作，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。 通常将仪器设备的公共参考端称为信号地线。信号地线分为模拟信号地线、数通常将仪器设备的公共参考端称为信号地线。信号地线分为模拟信号地线、数 字信号地线、信号源地线、负载地线。字信号地线、信号源地线、负载地线。 2021-5-345 保安地线的举例保安地线的举例 电烙铁的外壳电烙铁的外壳必须必须良好地良好地 接大地，以保证人身

37、安全以及焊接对接大地，以保证人身安全以及焊接对 象不致被静电击穿。象不致被静电击穿。 2021-5-346 保安地线的举例保安地线的举例 人在工频电场中工作时，身体可能感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静电。因此在焊接集成电路时，人体时，人体必须必须 良好地接大地，以保证集成电路的良好地接大地，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 之一是带上接地的之一是带上接地

38、的防静电手腕带。防静电手腕带。 防静电手腕带 接地 2021-5-347 信号地线信号地线 1.1.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。大些。 2.2.数字信号地线数字信号地线 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，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

39、产生的压降往往成为微弱模拟信号的干扰源，为了避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，否则会严重干扰模 拟信号的测量结果。拟信号的测量结果。 举例说明举例说明 图示为图示为数字电路干扰模拟电路的例子数字电路干扰模拟电路的例子。该图错误地将数字面板表的电源负极（有较。该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

40、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。正确接法如图红线所示。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。正确接法如图红线所示。 2021-5-349 3.3.信号源地线信号源地线 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，从测量装置的角度装在生产

41、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。接才能提高整个检测系统的抗干扰能力。 4.4.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

42、生电火花，容易反馈到前级，造 成干扰，因此应正确连接。 2021-5-350 （二）（二）一点接地原则一点接地原则 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。地线之间的干扰。 1.单级电路的一点接地原则 2021-5-351 单级电路的一点接地原则单级电路的一点接地原则 考虑到加工工艺，考虑到加工工艺， 在实际的印制电路板设计在

43、实际的印制电路板设计 中，只能做到各接地点尽中，只能做到各接地点尽 量靠近、并加大地线的宽量靠近、并加大地线的宽 度。度。 1接线端子 2印制板安装孔 3接地母线 4 4高频变压器屏蔽外壳接地点 2021-5-352 2.2.多级电路的一点接地原则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。的相互干扰。 注意：只有频率为注意：只有频率

44、为1MHz1MHz下才予以使用。高频时采用下才予以使用。高频时采用 3.3.大面积接地。大面积接地。 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，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。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。 2021-5-353 举例多级电路的一点接地举例多级电路的一点接地 下图的多级电路接地为串联，正确接法应为并联。浅黄线为电源线，橘黄线为地线。下图的多级电路接地为串联，正确接法应为并联。浅黄线为电源线，橘黄线为地线。

45、监控电路 电源盒 第二级放大器 第一级放大器 地线1 地线3 +12V 地线2 2021-5-354 大面积接地大面积接地 当频率较高时，应采取 大面积的地线，这时允许 “多点接地”，这是因为 接地面积十分大，内阻很 低，事实上相当于一点接 地，不易产生级与级之间 的共阻耦合。 2021-5-355 3 3、检测系统的一点接地原则、检测系统的一点接地原则 将检测系统的一次仪表和二次仪表安装到工厂时，出将检测系统的一次仪表和二次仪表安装到工厂时，出 现测量数据跳变，涉及到检测系统的一点接地。产生的原现测量数据跳变，涉及到检测系统的一点接地。产生的原 因是：因是： （1 1）大地电位差：在工业现场

46、，接地电气设备多，）大地电位差：在工业现场，接地电气设备多， 大地出现电位差大地出现电位差 （2 2）若将传感器及二次仪表的零电位参考点在安装）若将传感器及二次仪表的零电位参考点在安装 地点分别接大地，因大地电位差，产生大地换流地点分别接大地，因大地电位差，产生大地换流 （3 3）检测系统接地方案）检测系统接地方案1 1屏蔽线的屏蔽层应接传感器的地屏蔽线的屏蔽层应接传感器的地 线，线， 而不允许屏蔽层两端接地。而不允许屏蔽层两端接地。 2021-5-356 检测系统的一点接地原则检测系统的一点接地原则 （4 4）浮置电路：二次仪表电路未接信号线之前，与大）浮置电路：二次仪表电路未接信号线之前，

47、与大 地之间没有任何导电性的直流电阻联系，上述方案地之间没有任何导电性的直流电阻联系，上述方案1 1中中 二次仪表属于此类情况。二次仪表属于此类情况。 有许多传感器采用两线制电流输出形式，它的两有许多传感器采用两线制电流输出形式，它的两 根信号线均不接大地。如果这时二次仪表也采用浮置电根信号线均不接大地。如果这时二次仪表也采用浮置电 路，容易出现静电积累现象，易产生电场干扰。路，容易出现静电积累现象，易产生电场干扰。 （5 5）在这种情况下多采用二次仪表测公共参考端）在这种情况下多采用二次仪表测公共参考端 接地的方案。即检测系统接地方案接地的方案。即检测系统接地方案2 2 此种情况下，检测系统

48、仍然符合一点接地原则。此种情况下，检测系统仍然符合一点接地原则。 在二次仪表与计算机相连接的情况下，由于计算机的公在二次仪表与计算机相连接的情况下，由于计算机的公 共参考端已被接金属机箱，并通过保安地线接大地，所共参考端已被接金属机箱，并通过保安地线接大地，所 以这时二次仪表的零电位端（公共参考端）也就通过计以这时二次仪表的零电位端（公共参考端）也就通过计 算机接大地了。算机接大地了。 在这种情况下，传感器的公共参考在这种情况下，传感器的公共参考 端绝对不应再接地，否则会产生大地环流，造成干扰。端绝对不应再接地，否则会产生大地环流，造成干扰。 2021-5-357 举例检测系统一点接地原则方案

49、举例检测系统一点接地原则方案2 2 此电路为两线制，二次仪表浮置，静电积累造成干扰，正确接法如电路中此电路为两线制，二次仪表浮置，静电积累造成干扰，正确接法如电路中 的红线。的红线。 2021-5-358 三、滤波技术三、滤波技术 滤波器是抑制交流差模干扰的有效手段之一。有滤波器是抑制交流差模干扰的有效手段之一。有RCRC滤滤 波器和波器和LCLC滤波器等几种。滤波器等几种。 1. RC1. 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RCRC低通滤波器 将对串模干扰有较好的抑制效果。采用两级，差模干扰衰减 更明显。 a）单节RC滤波器与放大器的连接

50、 b）双节RC滤波器 c）低通滤波器图形符号 d）频率特性 2021-5-359 2.2.交流电源滤波器交流电源滤波器 电源网络吸收了各种高、低频噪声，对此常用电源网络吸收了各种高、低频噪声，对此常用LC滤滤 波器波器来抑制混入电源的噪声。来抑制混入电源的噪声。 图中的100 H电感、0.1 F电容组成高频滤波器，用于吸 收从电源线传导进来的中短波段的高频噪声干扰；图中两只对 称的5mH电感是由绕在同一只铁心两侧、匝数相等的电感绕组 构成的，称为共模电感，用于吸收因电源波形畸变而产生的谐 波干扰；图中的压敏电阻用于吸收因雷击等引起的浪涌电压干 扰。 2021-5-360 交流电源滤波器的内部电

51、路交流电源滤波器的内部电路 共模电感 差模电感 2021-5-361 交流电源滤波器外形交流电源滤波器外形 2021-5-362 交流电源滤波器外形交流电源滤波器外形 用户可根据需要， 选择内部包含一级LCLC或 两级甚至三级LCLC的电源 滤波器。使用时外壳需 要良好接大地。 右图的电源滤波器 共有两级LC滤波电路。 电源滤波器中的共模电感 三相共模电感 2021-5-363 开关电源内部的电源滤波器及共模电感开关电源内部的电源滤波器及共模电感 当当50Hz电流流经共模电感时，由于进线与出线产生电流流经共模电感时，由于进线与出线产生 的磁场方向相反，相互抵消，不会产生压降，但共模电的磁场方向

52、相反，相互抵消，不会产生压降，但共模电 感对共模干扰却有较大的感抗。感对共模干扰却有较大的感抗。 2021-5-364 交流电源滤波器的使用效果交流电源滤波器的使用效果 使用电源使用电源 滤波器前观滤波器前观 察到的干扰察到的干扰 使用电源滤波器后干扰消失 结论： 购买开关电源、 UPSUPS、变频器或电子调 压器，必须查明是否串 有合格的LCLC滤波器，是 否符合国家电磁兼容标 准，否则会传送电磁干 扰。 2021-5-365 3.3.直流电源滤波器直流电源滤波器 直流电源往往为几个电路所共用，为了避免通过电源内阻造成几个电路间互直流电源往往为几个电路所共用，为了避免通过电源内阻造成几个电路

53、间互 相干扰，应在每个电路的直流电源上加上相干扰，应在每个电路的直流电源上加上RC或或LC退耦滤波器。下图中的电解电容退耦滤波器。下图中的电解电容 用来滤除低频噪声，电解电容旁边并联一个用来滤除低频噪声，电解电容旁边并联一个0.010.1 F的磁介电容或独石电容，用的磁介电容或独石电容，用 来滤除高频噪声。来滤除高频噪声。 2021-5-366 四、光电耦合技术四、光电耦合技术 目前检测系统越来越多地采用光耦合器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，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。地提高系统的抗共模干扰能力。 （一）光耦合器（一）光耦合

54、器 1、光耦合器的原理、光耦合器的原理 光耦合器是一种电光耦合器是一种电光光电耦合器件，它的输入量是电流，输出量也是电流，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、耐 压超过压超过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。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。双向晶闸管、光

55、敏集成电路等。 2021-5-367 光电耦合技术光电耦合技术 2 2、光耦合器的特点：、光耦合器的特点： 1 1）输入、输出回路绝缘电阻高（）输入、输出回路绝缘电阻高（ 1010 、耐压超过、耐压超过1kV） 2）光的传输是单向的，所以输出信号不会反馈和影响输入端。）光的传输是单向的，所以输出信号不会反馈和影响输入端。 3）输入、输出回路在电气上是完全隔离的，很好地解决不同电位、不同逻辑电）输入、输出回路在电气上是完全隔离的，很好地解决不同电位、不同逻辑电 路之间的隔离和传输之间的矛盾。路之间的隔离和传输之间的矛盾。 2021-5-368 3、光电耦合器的外形、光电耦合器的外形 双列直插式

56、贴片式 2021-5-369 （二）光耦的隔离、传输作用举例（二）光耦的隔离、传输作用举例 下图是用光耦传递信号并将输入回路与输出回路隔离下图是用光耦传递信号并将输入回路与输出回路隔离 的电路。光耦的电路。光耦的红外发光二极管经两只限流电阻的红外发光二极管经两只限流电阻R1、R2跨接跨接 到三相电源路中。到三相电源路中。 当交流接触器未吸合时，光敏三极管当交流接触器未吸合时，光敏三极管 VL1的电流为零，截止，的电流为零，截止，Ue为低电平，反相器为低电平，反相器Uo为高电平。为高电平。 继电器吸合后，流过光耦中的红外发光二极管继电器吸合后，流过光耦中的红外发光二极管V1的电流不的电流不 为零

57、、导通，以及为零、导通，以及Ue为高电平为高电平， ， o的低电平，输出方波，单的低电平，输出方波，单 片机工作。片机工作。 2021-5-370 光耦的隔离、传输、电平转换作用举例光耦的隔离、传输、电平转换作用举例 下图是下图是NPN常开型接近开关光耦电路。请回答：常开型接近开关光耦电路。请回答：VCC、 OUT、GND1三端分别是什么颜色？请分析当金属板靠近接三端分别是什么颜色？请分析当金属板靠近接 近开关至额定动作距离时，发光二极管近开关至额定动作距离时，发光二极管 V2的状态。的状态。 GND1与与GND2接在一起接在一起会有什么不良效果？会有什么不良效果？ 金 属 板 2021-5-

58、371 五、电磁兼容实验室及五、电磁兼容实验室及新产品的电磁兼容试新产品的电磁兼容试 验验 举例举例（参考上海市计量测试技术研究院电磁兼容实验室资（参考上海市计量测试技术研究院电磁兼容实验室资 料）料） 2021-5-372 空调的电磁兼容试验空调的电磁兼容试验 2021-5-373 电磁兼容实验室及角锥形吸波材料电磁兼容实验室及角锥形吸波材料 角锥型吸波材料是 由软质聚氨酯泡沫经过 浸炭及阻燃处理等工序 加工制成，使用频带宽， 是建造无回波暗室的最 常用材料。 劈形吸波材料 2021-5-374 电波暗室的结构及特点电波暗室的结构及特点 电波暗室的结构分为3层，最外层是金属屏蔽层， 起到隔离

59、空间电磁波的作用；中间一层是铁氧体吸波 材料，主要吸收低频段的电磁波；最里层为聚合物泡 沫吸波材料，吸收低频至高频所有频率。其中几百毫 米长的尖劈可吸收2-3GHz以下的电磁波，一百多毫米 长的尖劈可吸收高大40GHz的电磁波。电波暗室的屏 蔽性能在18GHz时仍可达到几十分贝。 2021-5-375 电磁兼容实验室的天线电磁兼容实验室的天线 “三米法” 和 “十米法” 暗室天线的高度分别为 1.8m 和3m ，与被测物的 距离分别为3m和10m。 2021-5-376 用于传导测量的屏蔽室用于传导测量的屏蔽室 （参考信息产业部通信计量中心资料） 2021-5-377 EMCEMC传导干扰测试

60、室传导干扰测试室 干扰源将高压电火花信号迭加到被测仪器的电源 线上，再测试此时仪器性能的变化。 2021-5-378 EMC辐射干扰测试室辐射干扰测试室 （参考江苏省电子产品监督检验所资料）（参考江苏省电子产品监督检验所资料） 被测试仪器 干扰辐射天线干扰源 2021-5-379 EMIEMI（电磁干扰）测试仪表（电磁干扰）测试仪表 交直流电场、磁场检测仪表交直流电场、磁场检测仪表 （接收测头未画出）（接收测头未画出） 2021-5-380 EMIEMI测试仪器（仪表）测试仪器（仪表） AEFM型交流电场计 2021-5-381 本章小结本章小结 1、了解干扰源的种类以及掌握对应防护 措施 2