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第六章 检测系统的抗干扰与可靠性 技术 §6-1 检测系统的抗干扰技术 §6-2 检测系统的可靠性技术 §6-3 系统故障检测与诊断技术 §6-1 检测系统的抗干扰技术 6.1.1 干扰和噪声源 6.1.2 抗干扰措施和方法 6.1.1 干扰和噪声源 干扰串入系统的渠道主要有三个: 空间(电磁感应) 传输通道 配电系统 6.1.1 干扰和噪声源 1.外部干扰 （1）串模干扰 串模干扰：是指干扰电压与有效信号串联叠加后作用到系统上。 来源：高压输电线、与信号线平行敷设的输电线和大电流控制线所产生的空间电磁场；信号源本身固有的漂移、纹波和噪声，以及电源变压器不良屏蔽或稳压滤波效果不良等。 （2）共模干扰 共模干扰：指输入通道两个输入端上共有的干扰电压。 6.1.1 干扰和噪声源 共模干扰电压可以是直流电压，也可以是交流电压，其幅值可达几伏甚至更高。 在检测系统中，检测元件和传感器是分散在生产现场的各个地方，因此，被测信号的参考接地点和检测系统输入信号的参考接地点之间存在一定的电位差，这个电位差就是共模干扰电压。 在测量电路中，被测信号有单端对地输入和双端对地输入两种方式。当存在共模干扰时，不能采用单端对地输入方式，因为此时的共模干扰电压将全部成为串模干扰电压。 6.1.1 干扰和噪声源 6.1.1 干扰和噪声源 6.1.1 干扰和噪声源 （3）电源干扰 从电源窜人的干扰一般有： 当同一电源系统中的可控硅器件通断时产生的尖峰，通过变压器的初级与次级间的电容耦合到直流电源中产生的干扰。 附近的继电器动作时产生的浪涌电压，由电源线经变压器级间电容耦合产生的干扰。 共用同一个电源的附近设备接通或断开时产生的干扰。 6.1.1 干扰和噪声源 2.数字电路的干扰 电容性耦合：在数字电路的元件和元件之间，导线和导线之间，导线和元件之间，导线和结构件之间都存在着分布电容。如果某一导体上的信号电压通过分布电容使其他导体上的电压受到影响。 6.1.1 干扰和噪声源 6.1.1 干扰和噪声源 （1）内源干扰 内源干扰：由于系统运行所产生的干扰，意即干扰源在内部的干扰。 （2）外源干扰 外源干扰：不是由于机器运行所产生的干扰。一般有逆变开关电源干扰、空间电磁场干扰、电网浪涌电压干扰、过程输入输出通道干扰等。 6.1.2 抗干扰措施和方法 1.串模干扰的抑制 串模干扰的能力用串模抑制比NMRR来衡量 式中，Vnm为串模干扰电压；Vnml为仪器输入端由串 模干扰引起的等效差模电压。 抑制串模干扰的具体措施：信号滤波，信号积分等。 6.1.2 抗干扰措施和方法 （1）信号滤波 适用于干扰频谱不同的情况：用低通滤波器来抑制高频串模干扰；用高通滤波器来抑制低频串模干扰；如果串模干扰频率落在被测信号的两侧，则用带通滤波器来抑制。 主要的抗干扰措施是：用低通输入滤波器滤除交流干扰。 常用的低通滤波器：RC滤波器、LC滤波器、双T滤波器及有源滤波器。 6.1.2 抗干扰措施和方法 6.1.2 抗干扰措施和方法 ①RC滤波器：结构简单，成本低，但串模抑制比不高，且时间常数RC较大。 ②LC滤波器：串模抑制比教高，但需要绕制电感，体积大，成本高。 ③双T滤波器：对固定频率的干扰具有很高的抑制比，偏离该频率后抑制比迅速减小。主要滤除工频干扰。 ④有源滤波器：可以获得比较理想的频率特性，但有源器件的共模抑制比一般难以满足要求，其本身的噪声也较大。 6.1.2 抗干扰措施和方法 通常，仪器仪表的输入滤波器都采用RC滤波器，在选择电阻和电容参数时除了要满足NMRR指标外，还要考虑信号源的内阻抗，兼顾共模抑制比和放大器动态特性的要求，故常用两级阻容低通滤波网络作为输入通道的滤波器。 6.1.2 抗干扰措施和方法 （2）信号积分 原理：用双积分A/D可以削弱周期性的串模干扰的影响。因为双积分A/D是对输入信号的积分值进行测量，若干扰信号是周期性的而积分时间又为信号周期或信号周期的整数倍，则积分后干扰值为零。 积分式A/D转换器对串模干扰抑制能力为 式中，E为串模干扰幅值； 为干扰产生的输出折算到输入端的电压幅值；T为干扰信号周期；T0为A/D变换周期。 6.1.2 抗干扰措施和方法 为了使T0与电源频率一致，往往用锁相环实现对T0对T的跟踪；一般V-F型积分式A/D变换器不能对抗“过零干扰”，在串模干扰较大时，应选用双积分式A/D变换器。 6.1.2 抗干扰措施和方法 （3）其他措施 对于主要来自于电磁感应的串模干扰，应尽可能早的对被测信号进行前置放大，或者尽可能早地完成模/数转换或采取隔离和屏蔽等措施。 从选择器件入手。 如果串模干扰的变化速度与被测信号相当，此时应该从根本上