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      傳感器檢測中的抗干擾技術
      發布時間:2018-10-16   點擊次數:2778次

      傳感器檢測電路中比較常用的方法,是對干擾途徑及接收電路采取相應的措施,以消除或減弱噪聲干擾。

        下面介紹幾種常用的、行之有效的抗干擾技術:
       

        屏蔽技術

        利用金屬材料制成容器.將需要保護的電路包在其中,可以有效防止電場或磁場的干擾,此種方法稱為屏蔽。屏蔽又可分為靜電屏蔽、電磁屏蔽和低頻磁屏蔽等。

        1、靜電屏蔽
        根據電磁學原理,置于靜電場中的密閉空心導體內部無電場線,其內部各點等電位。用這個原理,以銅或鋁等導電性良好的金屬為材料,制作密閉的金屬容器,并與地線連接,把需要保護的電路置于其中,使外部干擾電場不影響其內部電路,反過來,內部電路產生的電場也不會影響外電路。這種方法就稱為靜電屏蔽。例如傳感器測量電路中,在電源變壓器的一次側和二次側之間插入一個留有縫隙的導體,并把它接地,可以防止兩繞組之間的靜電耦合,這種方法就屬于靜電屏蔽。

        2、電磁屏蔽
        對于高頻干擾磁場,利用電渦流原理,使高頻干擾電磁場在屏蔽金屬內產生電渦流,消耗干擾磁場的能量,渦流磁場抵消高頻干擾磁場,從而使被保護電路免受高頻電磁場的影響。這種屏蔽法就稱為電磁屏蔽。若電磁屏蔽層接地,同時兼有靜電屏蔽的作用。傳感器的輸出電纜一般采用銅質網狀屏蔽,既有靜電屏蔽又有電磁屏蔽的作用。屏蔽材料必須選擇導電性能良好的低電阻材料,如銅、鋁或鍍銀銅等。

        3、低頻磁屏蔽
        干擾如為低頻磁場,這時的電渦流現象不太明顯,只用上述方法抗干擾效果并不太好,因此必須采用高導磁材料作屏蔽層,以便把低頻干擾磁感線限制在磁阻很小的磁屏蔽層內部,使被保護電路免受低頻磁場耦合干擾的影響。這種屏蔽方法一般稱為低頻磁屏蔽。傳感器檢測儀器的鐵皮外殼就起低頻磁屏蔽的作用。若進一步將其接地,又同時起靜電屏蔽和電磁屏蔽的作用。

        基于以上三種常用的屏蔽技術,因此在干擾比較嚴重的她方,可以采用復合屏蔽電纜,即外層是低頻磁屏蔽層,內層是電磁屏蔽層,達到雙重屏蔽的作用。例如電容式傳感器在實際測量時,其寄生電容是必須解決的關鍵問題,否則其傳輸效率、靈敏度都要變低。必須對傳感器進行靜電屏蔽,而其電極引出線就采用雙層屏蔽技術,一般稱之為驅動電纜技術。用這種方法可以有效的克服傳感器在使用過程中的寄生電容。

        接地技術

        接地技術是抑制干擾的有效技術之一,是屏蔽技術的重要保證。正確的接地能夠有效地抑制外來干擾,同時可提高測試系統的可靠性,減少系統自身產生的干擾因素。接地的目的有兩個,即安全性和抑制干擾。因此接地分為保護接地、屏蔽接地和信號接地。

          · 保護接地以安全為目的,傳感器測量裝置的機殼、底盤等都要接地。要求接地電阻在10Ω以下;

          · 屏蔽接地是干擾電壓對地形成低阻通路,以防干擾測量裝置。接地電阻應小于0.02Ω;


          · 信號接地是電子裝置輸入與輸出的零信號電位的公共線,它本身可能與大地是絕緣的。信號地線又分為模擬信號地線和數字信號地線,模擬信號一般較弱,故對地線要求較高;數字信號一般較強,故對地線要求可低一些。


        不同的傳感器檢測條件對接地的方式也有不同的要求,必須選擇合適的接地方法,常用接地方法有一點接地和多點按地。下面給出這兩種不同的接地處理措施:

        1、一點接地
        在低頻電路中一般建議采用一點接地,它有放射式接地線和母線式接地線路。放射式接地就是電路中各功能電路直接用導線與零電位基準點連接;母線式接地就是采用具有一定截面積的導體作為接地母線,直接接到零電位點,電路中的各功能塊的地可就近接在該母線上。這時若采用多點接地,在電路中會形成多個接地回路,當低頻信號或脈沖磁場經過這些回路時,就會引起電磁感應噪聲,由于每個接地回路的特性不同,在不同的回路閉合點就產生電位差,形成干擾。為避免這種情 況,采用一點接地的方法。

        傳感器與測量裝置構成一個完整的檢測系統,但兩者之間可能相距較遠。由于工業現場大地電流十分復雜,所以這兩部分外殼的接大地點之間的電位一般是不相同的,若將傳感器與測量裝置的零電位在兩處分別接地,即兩點接地,則會有較大的電流流過內阻很低的信號傳輸線產生壓降,造成串模干擾。因此這種情況下也應該采用一點接地方法。

        2、多點接地
        高頻電路一般建議采用多點接地。高頻時,即使一小段地線也將有較大的阻抗壓降,加上分布電容的作用,不可能實現一點接地,因此可采用平面式接地方式,即多點接地方式,利用一個良好的導電平面體(如采用多層線路板中的一層)接至零電位基準點上,各高頻電路的地就近接至該導電平面體上。由于導電平面體的高頻阻抗很小,基本保證了每一處電位的一致,同時加設旁路電容等減少壓降。因此,這種情況要采用多點接地方式。

        濾波技術

        濾波器是抑制交流串模干擾的有效手段之一。傳感器檢測電路中常見的濾波電路有RC濾波器、交流電源濾波器和真流電源濾波器。下面介紹這幾種濾波電路的應用:

        1、RC濾波器
        當信號源為熱電偶、應變片等信號變化緩慢的傳感器時,利用小體積、低成本的無源RC濾波器將會對串模干擾有較好的抑制效果。但應該一提的是,RC濾波器是以犧牲系統響應速度為代價來減少串模干擾的。

        2、交流電源濾波器
        電源網絡吸收了各種高、低頻噪聲,對此常用LC濾波器來抑制混入電源的噪聲。

        3、直流電源濾波器
        直流電源往往為幾個電路所共用,為了避免通過電源內阻造成幾個電路間相互干擾,應該在每個電路的直流電源上加上RCLC退耦濾波器,用來濾除低頻噪聲。

        光電耦合技術

        光電耦合器是一種電電的耦合器件,它由發光二極管和光電三極管封裝組成,其輸入與輸出在電氣上是絕緣的,因此這種器件除了用于做光電控制以外, 現在被越來越多的用于提高系統的抗共模干擾能力。當有驅動電流流過光耦合器中的發光二極管,光電三極管受光飽和。其發射極輸出高電平,從而達到信號傳輸的目的。這樣即使輸入回路有干擾,只要它在門限之內,就不會對輸出造成影響。

        脈沖電路中的嗓聲抑制

        若在脈沖電路中存在干擾噪聲??梢詫⑤斎朊}沖微分后再積分,然后設置一定幅度的門限電壓,使得小于該門限電壓的信號被濾除。對于模擬信號可以先用A/D轉換,再用這種方法濾除噪聲。

       

       

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