传感器与检测技术(第版)[谢志萍]7详解.ppt

传感器与检测技术 第7章 传感器与检测系统的干扰抑制技术 电子工业出版社 7.1 噪声干扰的形成 7.1.1 噪声源 1．内部噪声源 （1）电路元器件产生的固有噪声。 （2）感性负载切换时产生的噪声干扰。 （3）接触噪声。 7.1 噪声干扰的形成 2．外部噪声源 （1）天体和天电干扰。天体干扰是由太阳或其他恒星辐射电磁波产生的干扰。天电干扰是由雷电、大气的电离作用、火山爆发及地震等自然现象所产生的电磁波和空间电位变化所引起的干扰。 （2）放电干扰。放电干扰是指电动机的电刷和整流子间的周期性瞬间放电，电焊、电火花加工机床、电气开关设备中的开关通断，电气机车和电车导电线与电刷间的放电等对邻近检测系统的干扰。 （3）射频干扰。电视广播、雷达及无线电收发机等对邻近检测系统的干扰，称为射频干扰。 （4）工频干扰。大功率输、配电线与邻近测试系统的传输通过耦合产生的干扰，称为工频干扰。 7.1 噪声干扰的形成 7.1.2 噪声的耦合方式 1．静电耦合（电容性耦合） 7.1 噪声干扰的形成 2．电磁耦合（电感性耦合） 7.1 噪声干扰的形成 3．阻抗耦合 共阻抗耦合干扰是由于两个或两个以上电路有公共阻抗，当一个电路中的电流流经公共阻抗产生压降时，就形成对其他电路的干扰电压，如图 7.1 噪声干扰的形成 电源内阻产生的共阻抗干扰 7.1 噪声干扰的形成 4．漏电流耦合 由于绝缘不良，流经绝缘电阻R的漏电流对检测装置引起的干扰叫做漏电流耦合。 7.1 噪声干扰的形成 7.1.3 噪声的干扰模式 1．差模干扰 差模干扰是指干扰电压与有效信号串联叠加后作用到检测装置的输入端，又称串模干扰、正态干扰、常态干扰或横向干扰等，如图 7.1 噪声干扰的形成 2．共模干扰 7.1 噪声干扰的形成 共模干扰抑制比是指作用于检测系统的共模干扰信号与使该系统产生同样输出所需的差模信号之比，用CMRR表示，通常以对数形式表示为： 共模干扰抑制比也可以定义为检测系统的差模增益与共模增益之比，用数学式表示为： 7.2 硬件抗干扰技术 7.2.1 接地技术 （1）信号地。 （2）模拟地。 （3）数字地。 （4）负载地。 （5）系统地。 7.2 硬件抗干扰技术 两个或两个以上的电路共用一段地线的接地方法称为串联单点接地，其等效电路如图 7.2 硬件抗干扰技术 各个电路的地线只在一点（系统地）汇合的接地方式为并联单点接地，如图 7.2 硬件抗干扰技术 在高频系统中，通常采用多点接地方式，各个电路或元件的地线以最短的距离就近连到地线汇流排（Ground Plane通常是金属底板）上，如图 7.2 硬件抗干扰技术 7.2.2 屏蔽技术 1．静电屏蔽 2．电磁屏蔽 3．低频磁屏蔽 4．驱动屏蔽 7.2 硬件抗干扰技术 7.2.3 滤波技术 模拟电路中，有代表性的滤波器是低通滤波器。热电偶等响应速度慢的传感器中，仅低频成分有效，高频成分全都是噪声，可由低通滤波器去除噪声干扰。 7.2 硬件抗干扰技术 高通滤波器是保存高频信号，使低频成分衰减的滤波器，用于信号成分是高频，想去除低频噪声或是想去除直流成分的场合 7.3 软件抗干扰技术 7.3.1 数字滤波 1．中位值法 2．平均值法 （1）算术平均值法。 （2）去极值平均值法。 7.3 软件抗干扰技术 3．限幅滤波 7.3 软件抗干扰技术 7.3.2 软件冗余技术 当干扰信号通过某种途径作用到CPU上时，使CPU不能按正常状态执行程序，从而引起混乱，这就是所说的程序“跑飞”。对程序“跑飞”后使其恢复正常的一个最简单的方法是通过人工复位，使CPU重新执行程序。采用这种方法虽然简单，但其需要人的参与，而且复位不及时。人工复位一般是在整个系统已经瘫痪，无计可施的情况下才不得已而为之的，因此进行软件设计时就要考虑到万一程序“跑飞”，应让其自动恢复到正常状态下运行，冗余技术就是经常用到的方法。常用的冗余技术主要有指令冗余技术、数据和程序冗余技术。 7.3 软件抗干扰技术 7.3.3 软件陷阱技术 形 式 软件陷阱形式 对应入口形式 形式之一 NOP NOP LJMP 0000H 0000H：LJMP MAIN；运行程序 ? 形式之二 LJMP 0202H LJMP 0000H 0000H：LJMP MAIN；运行主程序 ? 0202H：LJMP 0000H ? 7.3 软件抗干扰技术 7.3.4 “看门狗”技术 计算机受到干扰而失控，引起程序乱飞，也可能使程序陷入“死循环”。当指令冗余技术、软件陷阱技术不能使失控的程序摆脱“死循环”的困境时，通常采用程序监视技术，又称“看门狗”技术（Watchdog），使程序脱离“死循环”。“看门狗”技术就是不断监视程序循环运行时间，若发现