第十章—信号处理及系统集成.ppt

10.2.2 噪声耦合方式 检测装置受到噪声源干扰的途径叫做噪声的耦合方式。噪声耦合方式可归纳为下列几种： 1.静电耦合 它是由于两个 电路之间存在着寄生电容，使 一个电路的电荷影响到另一个 电路。在一般情况下，静电耦 合的等效电路，如右图所示。 可以写出在Zi上的干扰电压 表达式为： 2.电磁耦合 电磁耦合又称互感耦合，它是由于两个电路之间存在有互感，使一个电路的电流变化，通过磁交链影响到另一个电路。电磁耦合可用右图表示其等效电路。根据交流电路理论，可将UN写成下式 式中， 为噪声源电流的 角频率。分析上式可以得 出：干扰电压UN正比于 噪声源电流角频率、互感 系数M和噪声电流-In。 3.共阻抗耦合 共阻抗耦合是由于两个电路的共有阻抗，使一个电路的电流在另一个电路上产生干扰电压。可用右图表示。根据共阻抗耦合等效电路，UN的表达式应为： 显然，若要消除共阻抗耦合 干扰，首先要消除两个或 几个电路之间的共阻抗。 3 漏电流耦合 由于绝缘不良，流经绝缘电阻R的漏电流所引起的噪声干扰叫做漏电流耦合，可用右图表示其等效电路，UN的表达式为: 漏电流耦合经常发生在： 用仪表测量较高的直流 电压时；在检测装置附 近有较高的直流电压源 时，在高输入阻抗的 直流放大器中。 例如：设直流放大器的输入阻抗Zi=108，干扰源电动势En=15V，绝缘电阻R=1010。如右图所示。根据上述给出的数据可以得出 从上述估算可知，对于 高输入阻抗放大器，即使是 微弱的漏电流干扰，也将造 成严重的后果。所以必须严 密注意与输入端 10.3 共模与差模干扰 根据噪声进入信号测量电路的方式以及与有用信号的关系，可将噪声干扰分为差模干扰与共模干扰。 10.3.1 差模干扰 差模干扰又称串模干扰、正态干扰、常态干扰、横向干扰等，它使检测仪器的一个信号输入端子相对另一个信号输入端子的电位差发生变化，即干扰信号与有用信号按电压源形式串联起来作用于输入端。因为它和有用信号叠加起来直接作用于输入端，所以它直接影响测量结果。 差模干扰可用下图所示的两种方式表示，图a为串联电压源形式；图b为并联电流源形式。图中es及Rs为有用信号源及内阻；Un表示等效干扰电压In表示等效干扰电流，Zn为干扰源等效阻抗Ri为接收器的输入电阻。 当干扰源的等效内阻较小时，宜用串联电压形式；当干扰源等效内阻较高时，宜用并联电流源形式。下图a表示用热电偶作敏感元件，进行测温时，由于有交变磁通穿过信号传输回路产生干扰电动势，造成差模 干扰；图b表示 高压直流电场 通过漏电流对 动圈式检流计 造成差模干扰。 10.3.2 共模干扰 共模干扰又称纵向干扰、对地干扰、同相干扰、共态干扰等，它是相对于公共的电位基准点(通常为接地点)，在检测仪器的两个输入端子上同时出现的干扰。虽然它不直接影响测量结果，但是当信号输入电路参数不对称时，它会转化为差模干扰，对测量产生影响。在实际测量过程中，由于共模干扰的电压一般都比较大，而且它的耦合机理和耦合电路不易搞清楚，排除也比较困难，所以共模干扰对测量的影响更为严重。 共模干扰一般用等效电压源表示，下图为其等效电路。从图中可以看出，共模干扰电流的通路只是部分地与信号电路所共有；共模干扰会通过干扰电流通路和信号电流通路的不对称性转化为差模干扰，从而影响测量结果。 造成共模干扰的原因很多，常见的共模干扰耦合有下面几种：在检测装置附近有大功率的电气设备，因绝缘不良或三相动力电网负载不平衡，零线有较大电流时，都存在着较大的地电流和地电位差，这时，若检测系统有两个以上接地点，则地电位差就会造成共模于扰。如下图a所示热电偶测温系统及b的动力电源通过漏电阻R对热电偶测温系统形成共模干扰。 在交流供电的电气测量装置中，动力电源会通过电源变压器的一次、二次侧绕组间的杂散电容、整流滤被电路、信号电路与地之间的杂散电容到地构成回路，形成工频共模干扰，如 下图所示。 10.3.3 共模干扰抑制比 根据共模干扰只有转换成差模干扰才能对检测装置产生干扰作用的原理可知，共模干扰对检测装置的影响大小，直接取决于共模干扰转换成差模干扰的大小。用“共模干扰抑制比”来表示其大小，定义为：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。通常以对数形式表示： 式中，Ucm是作用此检测系统的实际共模干扰信号；Ucd是使检测系统产生同样输出所需的差模信号。 共模干扰