测试系统的抗干扰技术

1、测试系统的抗干扰技术测试系统的抗干扰技术 测量过程中，除待测量信号外，各种不可见的、随机测量过程中，除待测量信号外，各种不可见的、随机的信号可能出现在测量系统中。这些信号与有用信号叠加的信号可能出现在测量系统中。这些信号与有用信号叠加在一起，严重扭曲测量结果。在一起，严重扭曲测量结果。 测量系统测量系统射射线线辐辐射射干干扰扰电电磁磁干干扰扰机机械械干干扰扰热热干干扰扰光光干干扰扰湿湿度度变变化化干干扰扰化化学学干干扰扰一、干扰源一、干扰源1 1、机械干扰、机械干扰: : 是由于机械振动或冲击，使检测装置中的元件发生振动、是由于机械振动或冲击，使检测装置中的元件发生振动、变形，使连接线发生位移

2、，使指针发生抖动。变形，使连接线发生位移，使指针发生抖动。 声波的干扰类似于机械振动，从效果上看，也可以列入声波的干扰类似于机械振动，从效果上看，也可以列入这一类。这一类。 抗机械干扰主要采用减震措施，如减震弹簧、减震橡皮抗机械干扰主要采用减震措施，如减震弹簧、减震橡皮垫等。垫等。2 2、热干扰、热干扰: : 工作时，检测系统产生的热量所引起温度波动和环境温工作时，检测系统产生的热量所引起温度波动和环境温度的变化等引起检测电路元器件参数发生变化，或产生附度的变化等引起检测电路元器件参数发生变化，或产生附加的热电动势等。加的热电动势等。 抗热干扰主要采用：抗热干扰主要采用： 1 1）采用热屏蔽，

3、如将关键元器件用导热良好的金属屏）采用热屏蔽，如将关键元器件用导热良好的金属屏蔽罩包围起来。蔽罩包围起来。 2 2）采用恒温措施，如将基准稳压管（与精度密切相关）采用恒温措施，如将基准稳压管（与精度密切相关的器件）置于恒温槽中。的器件）置于恒温槽中。3 3）电路采用对称平衡结构，如差动放大电路、桥式电路等。）电路采用对称平衡结构，如差动放大电路、桥式电路等。4 4）采用温度补偿元件，如温补电阻。）采用温度补偿元件，如温补电阻。3 3、光干扰、光干扰: : 检测系统广泛采用半导体元器件，半导体材料在光线的检测系统广泛采用半导体元器件，半导体材料在光线的作用下会激发出电子空穴对，使半导体元器件产生

4、电势或作用下会激发出电子空穴对，使半导体元器件产生电势或引起阻值的变化。引起阻值的变化。 抗光干扰主要采用光屏蔽，如将对光敏感的半导体元器抗光干扰主要采用光屏蔽，如将对光敏感的半导体元器件用不透光的屏蔽罩包围起来。件用不透光的屏蔽罩包围起来。4 4、湿度变化干扰、湿度变化干扰: : 湿度增加会使元件的绝缘电阻下降，漏电流增加，高值湿度增加会使元件的绝缘电阻下降，漏电流增加，高值电阻阻值下降，电介质的介电常数增加，吸潮的线圈骨架电阻阻值下降，电介质的介电常数增加，吸潮的线圈骨架膨胀等等。膨胀等等。 抗湿度干扰主要采用密封防潮措施，如将电气元件印刷抗湿度干扰主要采用密封防潮措施，如将电气元件印刷电

5、路板浸漆、环氧树脂封灌和硅橡胶封灌等。电路板浸漆、环氧树脂封灌和硅橡胶封灌等。5 5、化学干扰、化学干扰: : 如酸碱盐及腐蚀性气体会通过化学腐蚀作用损坏检测位如酸碱盐及腐蚀性气体会通过化学腐蚀作用损坏检测位置。置。 抗化学干扰主要采用良好的密封和注意清洁。抗化学干扰主要采用良好的密封和注意清洁。6 6、电磁干扰、电磁干扰: : 电和磁可以通过电路和磁路对检测系统产生干扰作用。电和磁可以通过电路和磁路对检测系统产生干扰作用。电场和磁场的变化也会在有关电路中感应出干扰电压。电场和磁场的变化也会在有关电路中感应出干扰电压。 电磁干扰对于检测系统来说是最为普遍和影响最严重的电磁干扰对于检测系统来说是

6、最为普遍和影响最严重的干扰。有关抑制电磁干扰的方法下面将进一步讨论。干扰。有关抑制电磁干扰的方法下面将进一步讨论。7 7、射线辐射干扰、射线辐射干扰: : 射线会使气体电离，半导体激发电子空穴对和金属逸出射线会使气体电离，半导体激发电子空穴对和金属逸出电子等。电子等。 因此，用于原子能、核装置等领域的检测系统尤其要注因此，用于原子能、核装置等领域的检测系统尤其要注意射线辐射干扰。意射线辐射干扰。二、干扰途径二、干扰途径1.1.噪声：噪声： 各种干扰在检测系统的输出端往往反映为一些与检测量各种干扰在检测系统的输出端往往反映为一些与检测量无关的信号，这些无用的信号称为噪声。无关的信号，这些无用的信

7、号称为噪声。2.2.干扰途径：干扰途径： 噪声通过一定的途径侵入检测装置才会对测量结果造成噪声通过一定的途径侵入检测装置才会对测量结果造成影响。干扰的途径有影响。干扰的途径有“路路”和和“场场”两种形式。两种形式。 凡噪声通过电路的形式作用于被干扰对象的，都属于凡噪声通过电路的形式作用于被干扰对象的，都属于“路路” ” 干扰。如通过漏电流引入的干扰。干扰。如通过漏电流引入的干扰。 凡噪声通过电场、磁场的形式作用于被干扰对象的，都凡噪声通过电场、磁场的形式作用于被干扰对象的，都属于属于“场场”干扰。如通过分布电容、分布电感引入的干扰。干扰。如通过分布电容、分布电感引入的干扰。1) “1) “路路

8、” ” 干扰：干扰：（1 1） 漏电流耦合形成的干扰：漏电流耦合形成的干扰： 是由于绝缘不良，电流经绝缘电阻的漏电流所引是由于绝缘不良，电流经绝缘电阻的漏电流所引起的干扰，如图。起的干扰，如图。EnRaZiUN噪噪声声电电势势漏漏电电阻阻干干扰扰电电路路的的输输入入阻阻抗抗干干扰扰电电压压其其中中：naiNniaiNERZUEZRZU漏电流耦合形成的干扰经常发生在下列情况漏电流耦合形成的干扰经常发生在下列情况： # # 当用传感器测量较高的直流电压时。当用传感器测量较高的直流电压时。 # # 在传感器附近有较高的直流电压源时。在传感器附近有较高的直流电压源时。 # # 在高输入阻抗的直流放大电

9、路中。在高输入阻抗的直流放大电路中。如图，设直流放大电路的输入阻抗如图，设直流放大电路的输入阻抗 Zi=10=108 8， En=15=15V , Ra=10=101010VEZRZUEZRZUniaiNniaiN149.0151010108108可可得得由由EnRaZiUNUiUo 噪声经导线耦合到电路中去是最明显的干扰现象。噪声经导线耦合到电路中去是最明显的干扰现象。 当导线经过有噪声的环境时，即拾取噪声，并经导当导线经过有噪声的环境时，即拾取噪声，并经导线传送到电路而造成干扰。如经电源线引入的噪声。线传送到电路而造成干扰。如经电源线引入的噪声。EZiUiUo+电源线电源线（2 2）传导耦

10、合形成的干扰：）传导耦合形成的干扰： 共阻抗耦合是由于两个电路共有的阻抗，当一个电路张有电流流共阻抗耦合是由于两个电路共有的阻抗，当一个电路张有电流流过时，通过共有的阻抗便在另一个电路上产生干扰电压。如几个电路过时，通过共有的阻抗便在另一个电路上产生干扰电压。如几个电路由同一个电源供电时，会通过电源内阻互相干扰，在放大器中，各级由同一个电源供电时，会通过电源内阻互相干扰，在放大器中，各级放大器通过接地线电阻互相干扰。放大器通过接地线电阻互相干扰。 如图，为共阻抗耦合等效电路。图中：如图，为共阻抗耦合等效电路。图中：ZC- - 两个电路共有的阻抗两个电路共有的阻抗， In- -噪声电流源噪声电流

11、源 , UN- -被干扰电路感应的电压。被干扰电路感应的电压。同同阻阻抗抗消消除除几几个个电电路路之之间间的的共共是是可可见见：消消除除干干扰扰的的核核心心CCnNZZIU（3 3）共阻抗耦合形成的干扰：）共阻抗耦合形成的干扰：InZiZCUN2) “2) “场场”干扰干扰(1)(1)静电耦合形成的干扰静电耦合形成的干扰 电场耦合实质上是电容性耦合，它是由于两个电路之间存在寄生电电场耦合实质上是电容性耦合，它是由于两个电路之间存在寄生电容，可使一个电路的电荷变化影响到另一个电路。容，可使一个电路的电荷变化影响到另一个电路。 如图，为两根导线如图，为两根导线1 1、2 2之间通过电容性耦合形成的

12、干扰。图中：之间通过电容性耦合形成的干扰。图中：C12- -导线导线1 1、2 2间的分布电容间的分布电容， C2 、R2 - -导线导线1 1对地电容、电阻对地电容、电阻, UN1- -导线导线1 1噪声电压，噪声电压， UNO - -导线导线2 2感应出来的噪声干扰电压。当感应出来的噪声干扰电压。当R2 比比( (C12+ + C2 ) )的的阻抗小得多时，阻抗小得多时， 可求得可求得UNO 2 21 1UN1C1C2UNOC12R2等效电路等效电路电容性耦合示意图电容性耦合示意图1122NNOUCRjUC12R2UN1UNOC1C2 由上式可以得到下面结论：由上式可以得到下面结论： #

13、被接收的噪声干扰电压被接收的噪声干扰电压UNO与噪声源的角频率与噪声源的角频率成正比。这表明：频成正比。这表明：频率越高，静电耦合干扰越严重。但是，对于微弱信号（极低电平）的接受率越高，静电耦合干扰越严重。但是，对于微弱信号（极低电平）的接受电路，即使在音频范围（电路，即使在音频范围（20 Hz20KHz），静电耦合干扰也不能忽视。），静电耦合干扰也不能忽视。 # 干扰电压干扰电压UNO与与接受电路的输入电阻接受电路的输入电阻R2成正比。这表明：降低接受电成正比。这表明：降低接受电路的输入电阻路的输入电阻R2，可减少静电耦合干扰。对于微弱信号（极低电平）的放，可减少静电耦合干扰。对于微弱信号（

14、极低电平）的放大器，其输入电阻应尽可能低，一般希望在数百欧姆以下。大器，其输入电阻应尽可能低，一般希望在数百欧姆以下。 # 干扰电压干扰电压UNO正比正比于噪声源与于噪声源与接受电路之间的接受电路之间的分布电容分布电容C12。这表明：这表明：减小减小分布电容分布电容C12，可降低静电耦合干扰。通常采用合理布线和适当防护，可降低静电耦合干扰。通常采用合理布线和适当防护措施减小措施减小分布电容分布电容。电容性耦合示意图电容性耦合示意图1122NNOUCRjU注意：注意： 当有几个噪声源同时经当有几个噪声源同时经静电静电耦合干扰同一接收电路，只要是耦合干扰同一接收电路，只要是线形电路，就可以使用迭加

15、原理线形电路，就可以使用迭加原理进行分析。进行分析。2 21 1UN1C1C2UNOC12R2(2)(2)电磁耦合形成的干扰电磁耦合形成的干扰 电磁耦合又称互感耦合，它是由于两个电路之间存在互感，一个电电磁耦合又称互感耦合，它是由于两个电路之间存在互感，一个电路的电流变化，通过磁交链会影响到另一个电路。路的电流变化，通过磁交链会影响到另一个电路。 如图，为电磁耦合干扰等效电路。图中：如图，为电磁耦合干扰等效电路。图中：M12-1-1、2 2两个电路之间的两个电路之间的互感系数互感系数， In- -电路电路1 1噪声电流源，噪声电流源， UNO - -电路电路2 2通过电磁耦合感应出来的通过电磁

16、耦合感应出来的噪声干扰电压。令噪声源的角频率为噪声干扰电压。令噪声源的角频率为， 可求得可求得UNO 电磁耦合干扰等效电路电磁耦合干扰等效电路nNOIMjU12 比如，在传感器内部，线圈或变压器的漏磁对邻近电路会产生严重比如，在传感器内部，线圈或变压器的漏磁对邻近电路会产生严重干扰；在电子装置外部，当两根导线在较长一段区间平行架设时，也干扰；在电子装置外部，当两根导线在较长一段区间平行架设时，也会产生电磁耦合干扰。会产生电磁耦合干扰。InM12RUNO12电磁耦合干扰等效电路电磁耦合干扰等效电路nNOIMjU12 显然，对于电磁耦合干扰，降低传感器的输入阻抗，并不会减少干显然，对于电磁耦合干扰

17、，降低传感器的输入阻抗，并不会减少干扰。电磁耦合干扰电压是与传感器接收电路导线相串联的，这不同于扰。电磁耦合干扰电压是与传感器接收电路导线相串联的，这不同于电场耦合干扰。电场耦合干扰。 由上式可以得到下面结论：由上式可以得到下面结论： # 被接收的噪声干扰电压被接收的噪声干扰电压UNO与噪声源的角频率与噪声源的角频率成正比。成正比。 # 干扰电压干扰电压UNO与噪声源的电流与噪声源的电流In成正比。成正比。 # 干扰电压干扰电压UNO正比正比于噪声源于噪声源电路电路与与接受电路之间的接受电路之间的互感系数互感系数M12。InM12RUNO12(3)(3)辐射电磁场耦合形成的干扰辐射电磁场耦合形

18、成的干扰 辐射电磁场通常来源于大功率高频电气设备、辐射电磁场通常来源于大功率高频电气设备、广播发射台、电视发射台等。广播发射台、电视发射台等。 比如，在辐射电磁场中放置一个导体，则在导体比如，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上产生正比于电场强度E的感应电动势的感应电动势。配电线，特。配电线，特别是架空配电线都将在辐射电磁场中别是架空配电线都将在辐射电磁场中感应出干扰电感应出干扰电动势，并通过供电线路侵入传感器，造成干扰。动势，并通过供电线路侵入传感器，造成干扰。 在大功率广播发射机附近的强电磁场中，传感器在大功率广播发射机附近的强电磁场中，传感器的外壳或传感器内部尺寸较

19、小的导体也能感应出较的外壳或传感器内部尺寸较小的导体也能感应出较大的干扰电势。如，当中波广播发射的垂直极化波大的干扰电势。如，当中波广播发射的垂直极化波的强度为的强度为 100mV/m，长度为，长度为10cm的垂直导体可以产的垂直导体可以产生生 5mV 的感应电动势。的感应电动势。三、抑制干扰的基本措施途径三、抑制干扰的基本措施途径1.1.形成干扰的三要素：形成干扰的三要素： 形成干扰必须同时具备三项因素：干扰源、干扰形成干扰必须同时具备三项因素：干扰源、干扰途径以及对噪声敏感性较高的接收电路途径以及对噪声敏感性较高的接收电路检测装置的检测装置的前级电路。前级电路。干扰源干扰源干扰途径干扰途径

20、接收器接收器形成干扰的三要素之间的联系形成干扰的三要素之间的联系2.2.抑制干扰的基本措施：抑制干扰的基本措施： 消除干扰源是积极主动的措施。继电器、接触器和断路器等的消除干扰源是积极主动的措施。继电器、接触器和断路器等的电触点，在通断电时的电火花是较强的干扰源，可以采取触点消弧电触点，在通断电时的电火花是较强的干扰源，可以采取触点消弧电容等。对于接触不良、电路接头松动、虚焊也是造成干扰的原因，电容等。对于接触不良、电路接头松动、虚焊也是造成干扰的原因，应于消除。应于消除。 某些自然现象的干扰，邻近工厂用电设备的干扰等，就必须采某些自然现象的干扰，邻近工厂用电设备的干扰等，就必须采取保护措施来

21、抑制干扰源。取保护措施来抑制干扰源。1 1）消除或抑制干扰源）消除或抑制干扰源2 2）破坏干扰途径）破坏干扰途径 # # 对于对于“路路”形式干扰：形式干扰： 采用提高绝缘性能的办法来抑制漏电流干扰；采用提高绝缘性能的办法来抑制漏电流干扰； 采用隔离变压器、光电耦合器等切断环路干扰途径；采用隔离变压器、光电耦合器等切断环路干扰途径； 采用滤波器、扼流圈等技术，将干扰信号除去；采用滤波器、扼流圈等技术，将干扰信号除去； 对于数字信号采用整形、限幅等信号处理方法切断干扰；对于数字信号采用整形、限幅等信号处理方法切断干扰； 改变接地形式以消除共阻抗耦合干扰等。改变接地形式以消除共阻抗耦合干扰等。3

22、3）削弱接收电路对于干扰信号的敏感性）削弱接收电路对于干扰信号的敏感性 电路设计、系统结构等都与干扰有关。比如：高输电路设计、系统结构等都与干扰有关。比如：高输入阻抗比低输入阻抗易受干扰；布局松散的电子装置比入阻抗比低输入阻抗易受干扰；布局松散的电子装置比结构紧凑的电子装置更易受干扰；模拟电路比数字电路结构紧凑的电子装置更易受干扰；模拟电路比数字电路的抗干扰的能力差。的抗干扰的能力差。 因此，系统布局要合理，设计电路要用对干扰信号因此，系统布局要合理，设计电路要用对干扰信号不敏感的电路。不敏感的电路。 # # 对于以对于以“场场”形式的干扰，一般采用各种屏蔽措形式的干扰，一般采用各种屏蔽措施。

23、施。 总的来说，消除干扰的措施可以用疾病预防来比喻：总的来说，消除干扰的措施可以用疾病预防来比喻：消灭病菌来源，阻止病菌传播和提高人体抵抗能力。消灭病菌来源，阻止病菌传播和提高人体抵抗能力。四、抗干扰的技术四、抗干扰的技术 1. 1.屏蔽技术屏蔽技术 1 1）静电屏蔽）静电屏蔽 原理：在静电场中，密闭的空心导体内部无电力线，原理：在静电场中，密闭的空心导体内部无电力线，即内部各点的电位相等。实际以铜或铝等导电良好地金属为材料，制作封即内部各点的电位相等。实际以铜或铝等导电良好地金属为材料，制作封闭地金属容器，并将金属容器与地线连接。闭地金属容器，并将金属容器与地线连接。 2 2）电磁屏蔽）电磁

24、屏蔽 原理：利用电涡流原理，使高频干扰磁场在屏蔽金原理：利用电涡流原理，使高频干扰磁场在屏蔽金属内产生电涡流，消耗干扰磁场的能量，并利用涡流磁场抵消高频干扰磁属内产生电涡流，消耗干扰磁场的能量，并利用涡流磁场抵消高频干扰磁场。实际将电磁屏蔽层接地，同时兼有静电屏蔽作用。如通常使用的铜质场。实际将电磁屏蔽层接地，同时兼有静电屏蔽作用。如通常使用的铜质网状屏蔽电缆线。网状屏蔽电缆线。 3 3）低频磁屏蔽）低频磁屏蔽 原理：在低频磁场中，电涡流作用不太明显，因原理：在低频磁场中，电涡流作用不太明显，因此，采用高导磁材料做屏蔽层，使低频干扰磁力线限制在磁阻很小的屏蔽此，采用高导磁材料做屏蔽层，使低频干

25、扰磁力线限制在磁阻很小的屏蔽层内。在干扰严重的地方常采用复合屏蔽电缆。最外层是低磁导率、高饱层内。在干扰严重的地方常采用复合屏蔽电缆。最外层是低磁导率、高饱和的铁磁材料，最里层是铜质电磁屏蔽层，以进一步消耗干扰磁场能量。和的铁磁材料，最里层是铜质电磁屏蔽层，以进一步消耗干扰磁场能量。工业中将屏蔽线穿在铁质蛇皮管或普通铁管内，达到双重屏蔽目的。工业中将屏蔽线穿在铁质蛇皮管或普通铁管内，达到双重屏蔽目的。 滤波技术的基本用途是选择信号和抑制干扰，为实现这滤波技术的基本用途是选择信号和抑制干扰，为实现这两大功能而设计的网络都称为滤波器。通常按功用可把滤波两大功能而设计的网络都称为滤波器。通常按功用可

26、把滤波器分为信号选择滤波器和电磁干扰器分为信号选择滤波器和电磁干扰(EMI)(EMI)滤波器两大类。滤波器两大类。2.2.滤波技术滤波技术 电电源源LNE滤滤波波器器测测量量电电路路滤滤波波器器显显示示滤滤 波波 器器传传 感感 器器滤波器抑制检测系统干扰的原理框图滤波器抑制检测系统干扰的原理框图 信号选择滤波器是以有效去除不需要的信号分量，同时是对被选择信号选择滤波器是以有效去除不需要的信号分量，同时是对被选择信号的幅度相位影响最小的滤波器。信号的幅度相位影响最小的滤波器。 电磁干扰滤波器是以能够有效抑制电磁干扰为目标的滤波器。电磁电磁干扰滤波器是以能够有效抑制电磁干扰为目标的滤波器。电磁干

27、扰滤波器常常又分为信号线干扰滤波器常常又分为信号线EMIEMI滤波器、电源滤波器、电源EMIEMI滤波器、印刷电路板滤波器、印刷电路板EMIEMI滤波器、反射滤波器、反射EMIEMI滤波器、隔离滤波器、隔离EMIEMI滤波器等几类。滤波器等几类。 电电源源LNE滤滤波波器器测测量量电电路路滤滤波波器器显显示示滤滤 波波 器器传传 感感 器器滤波器抑制检测系统干扰的原理框图滤波器抑制检测系统干扰的原理框图 线路板上的导线是最有效的接收和辐射天线，由于线路板上的导线是最有效的接收和辐射天线，由于导线的存在，往往会使线路板上产生过强的电磁辐射。导线的存在，往往会使线路板上产生过强的电磁辐射。同时，这

28、些导线又能接受外部的电磁干扰，使电路对干同时，这些导线又能接受外部的电磁干扰，使电路对干扰很敏感。扰很敏感。 在导线上使用信号滤波器是一个解决高频电磁干扰在导线上使用信号滤波器是一个解决高频电磁干扰辐射和接收很有效的方法。辐射和接收很有效的方法。 脉冲信号的高频成分很丰富，这些高频成分可以借脉冲信号的高频成分很丰富，这些高频成分可以借助导线辐射，使线路板的辐射超标。信号滤波器的使用助导线辐射，使线路板的辐射超标。信号滤波器的使用可使脉冲信号的高频成分大大减少，由于高频信号的辐可使脉冲信号的高频成分大大减少，由于高频信号的辐射效率较高，这个高频成分的减少，线路板的辐射将大射效率较高，这个高频成分

29、的减少，线路板的辐射将大大改善。大改善。 电源线是电磁干扰传入设备和传出设备主要途径。通过电源线，电电源线是电磁干扰传入设备和传出设备主要途径。通过电源线，电网上的干扰可以传入设备，干扰设备的正常工作。同样，设备的干扰也网上的干扰可以传入设备，干扰设备的正常工作。同样，设备的干扰也可以通过电源线传到电网上，对网上其它设备造成干扰。可以通过电源线传到电网上，对网上其它设备造成干扰。 为了防止这两种情况的发生，必须在设备的电源入口处安装一个低为了防止这两种情况的发生，必须在设备的电源入口处安装一个低通滤波器，这个滤波器只容许设备的工作频率通滤波器，这个滤波器只容许设备的工作频率(50Hz,60Hz

30、,400Hz)(50Hz,60Hz,400Hz)通过，通过，而对较高频率的干扰有很大的损耗，由于这个滤波器专门用于设备电源而对较高频率的干扰有很大的损耗，由于这个滤波器专门用于设备电源线上，所以称为电源线滤波器。线上，所以称为电源线滤波器。 电源线上的干扰电路以两种形式出现。一种是在火线零线回路中，电源线上的干扰电路以两种形式出现。一种是在火线零线回路中，其干扰被称为差模干扰。另一种是在和火线、零线与地线和大地的回路其干扰被称为差模干扰。另一种是在和火线、零线与地线和大地的回路中，称为共模干扰。中，称为共模干扰。 通常通常200Hz200Hz以下时，差模干扰成分占主要部分。以下时，差模干扰成分

31、占主要部分。1MHz1MHz以上时，共模以上时，共模干扰成分占主要成分。干扰成分占主要成分。 电源滤波器对差模干扰和共模干扰都有抑制作用，但由于电路结构电源滤波器对差模干扰和共模干扰都有抑制作用，但由于电路结构不同，对差模干扰和共模干扰的抑制效果不一样。所以滤波器的技术指不同，对差模干扰和共模干扰的抑制效果不一样。所以滤波器的技术指标中有差模插入损耗和共模插入损耗之分。标中有差模插入损耗和共模插入损耗之分。 使用滤波器一般要求将干扰衰减使用滤波器一般要求将干扰衰减100%100%以上。选用滤波器应考虑以下以上。选用滤波器应考虑以下几点：几点： # # 测量电路的输出阻抗和前级放大器的输入阻抗；

32、测量电路的输出阻抗和前级放大器的输入阻抗； # # 滤波器的时间常数对检测系统性能的影响；滤波器的时间常数对检测系统性能的影响； # # 滤波器的频率特性对检测系统性能的影响；滤波器的频率特性对检测系统性能的影响； # # 滤波器的体积、安装及制造工艺。滤波器的体积、安装及制造工艺。电电源源LNE滤滤波波器器测测量量电电路路滤滤波波器器显显示示滤滤 波波 器器传传 感感 器器滤波器抑制检测系统干扰的原理框图滤波器抑制检测系统干扰的原理框图 接地技术最早是应用在强电系统（电力系统、输变电设备、电气设备）接地技术最早是应用在强电系统（电力系统、输变电设备、电气设备）中，为了设备和人身的安全，将接地

33、线直接接在大地上。由于大地的电容中，为了设备和人身的安全，将接地线直接接在大地上。由于大地的电容非常大，一般情况下可以将大地的电位视为零电位。非常大，一般情况下可以将大地的电位视为零电位。 后来，接地技术延伸应用到弱电系统中。对于电力电子设备将接地线后来，接地技术延伸应用到弱电系统中。对于电力电子设备将接地线直接接在大地上或者接在一个作为参考电位的导体上，当电流通过该参考直接接在大地上或者接在一个作为参考电位的导体上，当电流通过该参考电位时，不应产生电压降。然而由于不合理的接地，反而会引入了电磁干电位时，不应产生电压降。然而由于不合理的接地，反而会引入了电磁干扰，比如共地线干扰、地环路干扰等，

34、从而导致电力电子设备工作不正常。扰，比如共地线干扰、地环路干扰等，从而导致电力电子设备工作不正常。 因此。接地技术是电力电子设备电磁兼容技术的重要内容之一，有必因此。接地技术是电力电子设备电磁兼容技术的重要内容之一，有必要对接地技术进行详细探讨。要对接地技术进行详细探讨。 3.3.接地技术接地技术电气设备220VLNE地线地线外壳外壳大地大地 1 1） 接地的种类和目的接地的种类和目的 电力电子设备一般是为以下几种目的而接地：电力电子设备一般是为以下几种目的而接地： （1 1） 安全接地安全接地 安全接地即将机壳接大地。一是防止机壳上积累电荷，产生静电放电安全接地即将机壳接大地。一是防止机壳上

35、积累电荷，产生静电放电而危及设备和人身安全；二是当设备的绝缘损坏而使机壳带电时，促使电而危及设备和人身安全；二是当设备的绝缘损坏而使机壳带电时，促使电源的保护动作而切断电源，以便保护工作人员的安全。源的保护动作而切断电源，以便保护工作人员的安全。 （2 2） 防雷接地防雷接地 当电力电子设备遇雷击时，不论是直接雷击还是感应雷击，电力电子当电力电子设备遇雷击时，不论是直接雷击还是感应雷击，电力电子设备都将受到极大伤害。为防止雷击而设置避雷针，以防雷击时危及设备设备都将受到极大伤害。为防止雷击而设置避雷针，以防雷击时危及设备和人身安全。和人身安全。 上述两种接地主要为安全考虑，均要直接接在大地上。

36、上述两种接地主要为安全考虑，均要直接接在大地上。 电气设备220VLNE地线地线外壳外壳大地大地 （3 3） 工作接地工作接地 工作接地是为电路正常工作而提供的一个基准电位。该基准电位可工作接地是为电路正常工作而提供的一个基准电位。该基准电位可以设为电路系统中的某一点、某一段或某一块等。以设为电路系统中的某一点、某一段或某一块等。 当该基准电位不与大地连接时，视为当该基准电位不与大地连接时，视为相对的零电位相对的零电位。这种相对的零。这种相对的零电位会随着外界电磁场的变化而变化，从而导致电路系统工作的不稳定。电位会随着外界电磁场的变化而变化，从而导致电路系统工作的不稳定。 当该基准电位与大地连

37、接时，基准电位视为当该基准电位与大地连接时，基准电位视为大地的零电位大地的零电位，而不会，而不会随着外界电磁场的变化而变化。但是不正确的工作接地反而会增加干扰。随着外界电磁场的变化而变化。但是不正确的工作接地反而会增加干扰。比如共地线干扰、地环路干扰等。比如共地线干扰、地环路干扰等。 为防止各种电路在工作中产生互相干扰，使之能相互兼容地工作。为防止各种电路在工作中产生互相干扰，使之能相互兼容地工作。根据电路的性质，将工作接地分为不同的种类，比如直流地、交流地、根据电路的性质，将工作接地分为不同的种类，比如直流地、交流地、数字地、模拟地、信号地、功率地、电源地等。上述不同的接地应当分数字地、模拟

38、地、信号地、功率地、电源地等。上述不同的接地应当分别设置。别设置。 （a a）信号地）信号地 信号地是各种物理量的传感器和信号源零电位的公共基准地线。信号地是各种物理量的传感器和信号源零电位的公共基准地线。由于信号一般都较弱，易受干扰，因此对信号地的要求较高。由于信号一般都较弱，易受干扰，因此对信号地的要求较高。 （b b）模拟地）模拟地 模拟地是模拟电路零电位的公共基准地线。由于模拟电路既承担模拟地是模拟电路零电位的公共基准地线。由于模拟电路既承担小信号的放大，又承担大信号的功率放大；既有低频的放大，又有高小信号的放大，又承担大信号的功率放大；既有低频的放大，又有高频放大；因此模拟电路既易接

39、受干扰，又可能产生干扰。所以对模拟频放大；因此模拟电路既易接受干扰，又可能产生干扰。所以对模拟地的接地点选择和接地线的敷设更要充分考虑。地的接地点选择和接地线的敷设更要充分考虑。 （c c）数字地）数字地 数字地是数字电路零电位的公共基准地线。由于数字电路工作在数字地是数字电路零电位的公共基准地线。由于数字电路工作在脉冲状态，特别是脉冲的前后沿较陡或频率较高时，易对模拟电路产脉冲状态，特别是脉冲的前后沿较陡或频率较高时，易对模拟电路产生干扰。所以对数字地的接地点选择和接地线的敷设也要充分考虑。生干扰。所以对数字地的接地点选择和接地线的敷设也要充分考虑。 （d d）电源地）电源地 电源地是电源零

40、电位的公共基准地线。由于电源往往电源地是电源零电位的公共基准地线。由于电源往往同时供电给系统中的各个单元，而各个单元要求的供电性同时供电给系统中的各个单元，而各个单元要求的供电性质和参数可能有很大差别，因此既要保证电源稳定可靠的质和参数可能有很大差别，因此既要保证电源稳定可靠的工作，又要保证其它单元稳定可靠的工作。工作，又要保证其它单元稳定可靠的工作。 （e e）功率地）功率地 功率地是负载电路或功率驱动电路的零电位的公共基功率地是负载电路或功率驱动电路的零电位的公共基准地线。由于负载电路或功率驱动电路的电流较强、电压准地线。由于负载电路或功率驱动电路的电流较强、电压较高，所以功率地线上的干扰

41、较大。因此功率地必须与其较高，所以功率地线上的干扰较大。因此功率地必须与其它弱电地分别设置，以保证整个系统稳定可靠的工作。它弱电地分别设置，以保证整个系统稳定可靠的工作。 工作接地按工作频率而采用以下几种接地方式：工作接地按工作频率而采用以下几种接地方式： (1(1） 单点接地单点接地 工作频率低（工作频率低（1MHz 0.83L 式中：式中：L地线的长度，地线的长度，m； S地线的截面地线的截面,mm2。 (2) (2)多点接地多点接地 工作频率高（工作频率高（30MHz30MHz）的采用多点接地式（即在该电路系）的采用多点接地式（即在该电路系统中，用一块接地平板代替电路中每部分各自的地回路

42、）。统中，用一块接地平板代替电路中每部分各自的地回路）。 因为接地引线的感抗与频率和长度成正比，工作频率高时因为接地引线的感抗与频率和长度成正比，工作频率高时将增加共地阻抗，从而将增大共地阻抗产生的电磁干扰，所以将增加共地阻抗，从而将增大共地阻抗产生的电磁干扰，所以要求地线的长度尽量短。要求地线的长度尽量短。 采用多点接地时，尽量找最接近的低阻值接地面接地。采用多点接地时，尽量找最接近的低阻值接地面接地。 (3)(3)混合接地混合接地 工作频率介于工作频率介于1 130MHz30MHz的电路采用混合接地式。当接地线的电路采用混合接地式。当接地线的长度小于工作信号波长的的长度小于工作信号波长的1

43、/201/20时，采用单点接地式，否则采时，采用单点接地式，否则采用多点接地式。用多点接地式。 浮置又称浮空、浮接，它指是模拟信号的零信号电位公共线（模拟浮置又称浮空、浮接，它指是模拟信号的零信号电位公共线（模拟信号地线）不接机壳或大地。对于被浮置地测量系统，测量电路与机壳信号地线）不接机壳或大地。对于被浮置地测量系统，测量电路与机壳或大地之间无直接关系，如图。或大地之间无直接关系，如图。 系统被浮置后，明显加大了信号放大器的公共地线与大地（或外壳）系统被浮置后，明显加大了信号放大器的公共地线与大地（或外壳）之间的阻抗，因此，大大减小了干扰漏电流。之间的阻抗，因此，大大减小了干扰漏电流。 浮置

44、不可能浮置不可能“完全浮空完全浮空”。因为，虽然信号放大器的公共地线与大。因为，虽然信号放大器的公共地线与大地（或外壳）之间的阻抗很大（绝缘级电阻），可以大大减小电阻性漏地（或外壳）之间的阻抗很大（绝缘级电阻），可以大大减小电阻性漏电流干扰，但是它们之间仍然存在寄生电容，即容性漏电流干扰还存在。电流干扰，但是它们之间仍然存在寄生电容，即容性漏电流干扰还存在。(4) (4) 浮置技术浮置技术B1前置前置放大器放大器功率功率放大器放大器B2B3220V+ +外壳外壳测量装置测量装置传感器传感器外屏蔽层外屏蔽层信号传输线信号传输线浮置的温度测量系统浮置的温度测量系统 (1) (1) 对接地电阻的要求

45、对接地电阻的要求 接地电阻越小越好，因为当有电流流过接地电阻时，其上将产生电接地电阻越小越好，因为当有电流流过接地电阻时，其上将产生电压。该电压除产生共地阻抗的电磁干扰外，还会使设备受到反击过电压压。该电压除产生共地阻抗的电磁干扰外，还会使设备受到反击过电压的影响，并使人员受到电击伤害的威胁。因此一般要求接地电阻小于的影响，并使人员受到电击伤害的威胁。因此一般要求接地电阻小于44；对于移动设备，接地电阻可小于；对于移动设备，接地电阻可小于1010。 3) 3)接地电阻接地电阻 (2) (2) 降低接地电阻的方法降低接地电阻的方法 接地电阻由接地线电阻、接触电阻和地电阻组成。为此降低接地电接地电

46、阻由接地线电阻、接触电阻和地电阻组成。为此降低接地电阻的方法有以下三种：阻的方法有以下三种： 降低接地线电阻，为此要选用总截面大和长度短的多股细导线。降低接地线电阻，为此要选用总截面大和长度短的多股细导线。 降低接触电阻，为此要将接地线与接地螺栓、接地极紧密又牢降低接触电阻，为此要将接地线与接地螺栓、接地极紧密又牢靠地连接并要增加接地极和土壤之间的接触面积与紧密度。靠地连接并要增加接地极和土壤之间的接触面积与紧密度。 降低地电阻，为此要增加接地极的表面积和增加土壤的导电率降低地电阻，为此要增加接地极的表面积和增加土壤的导电率（如在土壤中注入盐水）。（如在土壤中注入盐水）。 (3) (3) 接地

47、电阻的计算接地电阻的计算 垂直接地极接地电阻垂直接地极接地电阻R R为：为： R = 0.366(/L)lg(4L/d) 式中：式中：土壤电阻率土壤电阻率,m； L接地极在地中的深度接地极在地中的深度,m； d接地极的直径接地极的直径,m。 例如，黄土例如，黄土取取200200m m，L L为为2cm2cm，d d为为0.05m0.05m，则垂直接地极接地，则垂直接地极接地电阻电阻R R为为80.6780.67。如在土壤中注入盐水，使。如在土壤中注入盐水，使降为降为2020m m时。则接地极时。则接地极接地电阻接地电阻R R为为8.0678.067。 一台设备要实现设计要求，往往含有多种电路，

48、比如低一台设备要实现设计要求，往往含有多种电路，比如低电平的信号电路（如高频电路、数字电路、模拟电路等）、电平的信号电路（如高频电路、数字电路、模拟电路等）、高电平的功率电路（如供电电路、继电器电路等）。为了安高电平的功率电路（如供电电路、继电器电路等）。为了安装电路板和其它元器件、为了抵抗外界电磁干扰而需要设备装电路板和其它元器件、为了抵抗外界电磁干扰而需要设备具有一定机械强度和屏蔽效能的外壳。具有一定机械强度和屏蔽效能的外壳。设备的接地应当注意以下几点：设备的接地应当注意以下几点： 50Hz50Hz电源零线应接到安全接地螺栓处，对于独立的设备电源零线应接到安全接地螺栓处，对于独立的设备，安

49、全接地螺栓设在设备金属外壳上，并有良好电连接；，安全接地螺栓设在设备金属外壳上，并有良好电连接； 为防止机壳带电，危及人身安全，不许用电源零线作地为防止机壳带电，危及人身安全，不许用电源零线作地线代替机壳地线；线代替机壳地线； 4) 4)设备地设备地 为防止高电压、大电流和强功率电路（如供电电路、继为防止高电压、大电流和强功率电路（如供电电路、继电器电路）对低电平电路（如高频电路、数字电路、模拟电电器电路）对低电平电路（如高频电路、数字电路、模拟电路等）的干扰，将它们的接地分开。前者为功率地（强电地路等）的干扰，将它们的接地分开。前者为功率地（强电地），后者为信号地（弱电地），而信号地又分为数

50、字地和模），后者为信号地（弱电地），而信号地又分为数字地和模拟地，信号地线应与功率地线和机壳地线相绝缘；拟地，信号地线应与功率地线和机壳地线相绝缘； 对于信号地线可另设一信号地螺栓（和设备外壳相绝缘对于信号地线可另设一信号地螺栓（和设备外壳相绝缘），该信号地螺栓与安全接地螺栓的连接有三种方法（取决），该信号地螺栓与安全接地螺栓的连接有三种方法（取决于接地的效果）：一是不连接，而成为浮地式；二是直接连于接地的效果）：一是不连接，而成为浮地式；二是直接连接，而成为单点接地式；三是通过一接，而成为单点接地式；三是通过一3F3F电容器连接，而成电容器连接，而成为直流浮地式，交流接地式。其它的接地最后汇

51、聚在安全接为直流浮地式，交流接地式。其它的接地最后汇聚在安全接地螺栓上（该点应位于交流电源的进线处），然后通过接地地螺栓上（该点应位于交流电源的进线处），然后通过接地线将接地极埋在土壤中。线将接地极埋在土壤中。 系统的接地应当注意以下几点：系统的接地应当注意以下几点： 参照设备的接地注意事项；参照设备的接地注意事项； 设备外壳用设备外壳地线和机柜外壳相连；设备外壳用设备外壳地线和机柜外壳相连； 机柜外壳用机柜外壳地线和系统外壳相连；机柜外壳用机柜外壳地线和系统外壳相连； 对于系统，安全接地螺栓设在系统金属外壳上，并有对于系统，安全接地螺栓设在系统金属外壳上，并有良好电连接；良好电连接； 5)5

52、)系统地系统地当系统内机柜、设备过多时，将导致数字地线、模拟地线、功率地当系统内机柜、设备过多时，将导致数字地线、模拟地线、功率地线和机柜外壳地线过多。对此，可以考虑铺设两条互相并行并和系统外线和机柜外壳地线过多。对此，可以考虑铺设两条互相并行并和系统外壳绝缘的半环形接地母线，一条为信号地母线，一条为屏蔽地及机柜外壳绝缘的半环形接地母线，一条为信号地母线，一条为屏蔽地及机柜外壳地母线；系统内各信号地就近接到信号地母线上，系统内各屏蔽地及壳地母线；系统内各信号地就近接到信号地母线上，系统内各屏蔽地及机柜外壳地就近接到屏蔽地及机柜外壳地母线上；两条半环形接地母线机柜外壳地就近接到屏蔽地及机柜外壳地

53、母线上；两条半环形接地母线的中部靠近安全接地螺栓，屏蔽地及机柜外壳地母线接到安全接地螺栓的中部靠近安全接地螺栓，屏蔽地及机柜外壳地母线接到安全接地螺栓上；信号地母线接到信号地螺栓上；上；信号地母线接到信号地螺栓上； 当系统用三相电源供电时，由于各负载用电量和用电的不同时性，当系统用三相电源供电时，由于各负载用电量和用电的不同时性，必然导致三相不平衡，造成三相电源中心点电位偏移，为此将电源零线必然导致三相不平衡，造成三相电源中心点电位偏移，为此将电源零线接到安全接地螺栓上，迫使三相电源中心点电位保持零电位，从而防止接到安全接地螺栓上，迫使三相电源中心点电位保持零电位，从而防止三相电源中心点电位偏

54、移所产生的干扰；三相电源中心点电位偏移所产生的干扰； 接地极用镀锌钢管，其外直径不小于接地极用镀锌钢管，其外直径不小于50mm50mm，长度不小于，长度不小于2.0m2.0m；埋设；埋设时，将接地极打入地表层一定深度、并倒入盐水，一般要求接地电阻小时，将接地极打入地表层一定深度、并倒入盐水，一般要求接地电阻小于于44，对于移动设备，接地电阻可小于，对于移动设备，接地电阻可小于1010。 电路隔离的主要目的是通过隔离元器件把噪声干扰电路隔离的主要目的是通过隔离元器件把噪声干扰的路径切断，从而达到抑制噪声干扰的效果。在采用了的路径切断，从而达到抑制噪声干扰的效果。在采用了电路隔离的措施以后，绝大多

55、数电路都能够取得良好的电路隔离的措施以后，绝大多数电路都能够取得良好的抑制噪声的效果，使设备符合电磁兼容性的要求。抑制噪声的效果，使设备符合电磁兼容性的要求。 电路隔离主要有：电路隔离主要有： 模拟电路的隔离、数字电路的隔离、数字电路与模模拟电路的隔离、数字电路的隔离、数字电路与模拟电路之间的隔离。拟电路之间的隔离。 4 4、检测系统的电路隔离技术、检测系统的电路隔离技术 数字电路的隔离主要有：数字电路的隔离主要有： 脉冲变压器隔离、继电器隔离、光电耦合器隔离、光纤隔离等脉冲变压器隔离、继电器隔离、光电耦合器隔离、光纤隔离等。其中数字量输入隔离方式主要采用脉冲变压器隔离、光电耦合器。其中数字量

56、输入隔离方式主要采用脉冲变压器隔离、光电耦合器隔离；而数字量输出隔离方式主要采用光电耦合器隔离、继电器隔隔离；而数字量输出隔离方式主要采用光电耦合器隔离、继电器隔离、高频变压器隔离（个别情况下采用）。离、高频变压器隔离（个别情况下采用）。 模拟电路的隔离模拟电路的隔离 模拟电路的隔离比较复杂，主要取决于对传输通道的精度要求模拟电路的隔离比较复杂，主要取决于对传输通道的精度要求，对精度要求越高，其通道的成本也就越高；然而，当性能的要求，对精度要求越高，其通道的成本也就越高；然而，当性能的要求上升为主要矛盾时，应当以性能为主选择隔离元器件，把成本放在上升为主要矛盾时，应当以性能为主选择隔离元器件，

57、把成本放在第二位；反之，应当从价格的角度出发选择隔离元器件。第二位；反之，应当从价格的角度出发选择隔离元器件。 模拟电路的隔离主要采用变压器隔离、互感器隔离、直流电压模拟电路的隔离主要采用变压器隔离、互感器隔离、直流电压隔离器隔离、线性隔离放大器隔离。隔离器隔离、线性隔离放大器隔离。 模拟电路与数字电路之间的隔离模拟电路与数字电路之间的隔离 主要采用模主要采用模/ /数转换装置；对于要求较高的电路，除采用模数转换装置；对于要求较高的电路，除采用模/ /数数转换装置外，还应在模转换装置外，还应在模/ /数转换装置的两端分别加入模拟隔离元器件数转换装置的两端分别加入模拟隔离元器件和数字隔离元器件。

58、和数字隔离元器件。 1 1） 模拟电路的隔离模拟电路的隔离 一套控制装置或者一台电子电气设备，通常包含供电系统，模拟信一套控制装置或者一台电子电气设备，通常包含供电系统，模拟信号测量系统，模拟信号控制系统。号测量系统，模拟信号控制系统。 供电系统又可分为交流供电系统和直流供电系统，交流供电系统主供电系统又可分为交流供电系统和直流供电系统，交流供电系统主要采用变压器隔离，直流供电系统主要采用直流电压隔离器隔离。要采用变压器隔离，直流供电系统主要采用直流电压隔离器隔离。 模拟信号测量系统相对来说比较复杂，既要考虑其精度，频带宽度模拟信号测量系统相对来说比较复杂，既要考虑其精度，频带宽度的因素，又要

59、考虑其价格因素；对于高电压、大电流信号，一般采用互的因素，又要考虑其价格因素；对于高电压、大电流信号，一般采用互感器（电压互感器、电流互感器）隔离法，近年来，又出现了霍尔变送感器（电压互感器、电流互感器）隔离法，近年来，又出现了霍尔变送器，这些元器件都是高电压、大电流信号测量常规使用的元器件；对于器，这些元器件都是高电压、大电流信号测量常规使用的元器件；对于微电压、微电流信号，一般采用线性隔离放大器。微电压、微电流信号，一般采用线性隔离放大器。 模拟信号控制系统与模拟信号测量系统的隔离类似，一般采用变压模拟信号控制系统与模拟信号测量系统的隔离类似，一般采用变压器、直流电压隔离器。器、直流电压隔

60、离器。 （1 1） 供电系统的隔离供电系统的隔离 （a a） 交流供电系统的隔离交流供电系统的隔离 由于交流电网中存在着大量的谐波，雷击浪涌，高由于交流电网中存在着大量的谐波，雷击浪涌，高频干扰等噪声，所以对由交流电源供电的控制装置和电频干扰等噪声，所以对由交流电源供电的控制装置和电子电气设备，都应采取抑制来自交流电源干扰的措施。子电气设备，都应采取抑制来自交流电源干扰的措施。 采用电源隔离变压器，可以有效地抑制窜入交流电采用电源隔离变压器，可以有效地抑制窜入交流电源中的噪声干扰。但是，普通变压器却不能完全起到抗源中的噪声干扰。但是，普通变压器却不能完全起到抗干扰的作用，这是因为，虽然一次绕组