第七章智能仪器的抗干扰技术2.ppt

在智能仪器中,电路各部分之间经常是共用电源和地线的。这样,电源和地线的阻抗就成了各部分之间的公共阻抗。当某部分的电流经过公共阻抗时,阻抗的压降就成了其他部分的干扰信号。图7-2是公共电源内阻耦合干扰示意图,仪器的N个电路共用一个电源,因内阻抗和线路阻抗的影响,电路N中电流的任何变化均会影响电路1至N-1的工作。图7-3是公共地线阻抗耦合干扰信号的示意图。在图中（a）、（b）两种情况下,两部分电路的信号变化会互相干扰,（c）中的接地措施则可避免这种干扰。 公共阻抗耦合发生在两个电路的电流流经一个公共阻抗时，噪声源在该阻抗上的电压降会影响到信号源所在电路。 图中1号导线对2号导线有分布电容C12存在,两根导线对地分别有C1g和C2g存在。如果1号导线上有干扰源U1存在,则2号导线上出现的干扰电压为 对图7-5所示的两条平行线而言,它们之间的互感M可以用下式表示： 另外,智能仪器内部线圈或变压器的漏磁是对邻近电路是一种比较严重的干扰。图7-6是这种干扰形成的示意图。 图中In表示干扰源, M表示两部分电路之间的互感系数, Un是通过电磁耦合在被干扰电路感应的干扰电压。设干扰信号的角频率为ω,则Un为 Un =jωMIn (7-7) 按噪声的传导模式分类 1)常模噪声又称线间感应噪声或对称噪声，也称为串模噪声或差动噪声、横向噪声等。在这种线路里，噪声电流和信号电流的路径在往返两条线上是一致的。这种噪声一般难以除掉。 2)共模噪声又叫地感应噪声、纵向噪声或不对称噪声。这种噪声侵入线路和地线间，噪声电流在两条线上各流过一部分，以地为公共回路，而信号电流只在往返两条线路中流过。这种噪声是可消除的。抑制共模噪声的方法很多，如屏蔽、接地、隔离等。 要消除干扰,只要能够去掉形成干扰的三个基本条件之一即可。首先是清除或抑制干扰源,这是最积极、主动的措施。内部干扰源可以通过合理的电气设计在一定程度上予以消除；外部干扰源有的可以采取措施给以抑制或消除。例如,各种电接点在通断时产生的电火花是较强的干扰源,可以采取触点消弧来抑制干扰,也可以在触点上并接消弧电容。但是,有些外部干扰源是难以消除甚至是不可能消除的,例如仪表以外的其他用电设备、雷电等造成的干扰。所以,可以认为干扰源一般总是存在的,只能从其他方面采取措施来解决。 其次,对于接收干扰的敏感单元,虽然可以在设计时从元器件的选取、电路的布置、放大器的输入阻抗的适当改变、负反馈或选频技术的采取等加以改善,但回旋余地也不大,因为一般不能为了抗干扰而改变系统的工作原理或降低系统的灵敏度。再次是破坏干扰的传输通道,抗干扰的主要工作是围绕这一部分展开的。值得注意的是,不管采用什么样的措施或者多个措施,要想在一个系统中完全消除干扰是不可能的,只能尽量去减少干扰,保证系统的正常工作。只要不影响系统的正常工作及所要求的测量控制精度,就不必过于苛求。因此,下面将要讨论的各种抗干扰技术并不是每一个系统都需要,更不是一个系统同时采用这些抗干扰措施,而是根据系统的具体情况,选用其中的一种或几种。 接地技术起源于强电,其概念是将电网的零线及各种设备的外壳接大地,以起到保障人身和设备安全的目的。在智能设备中接地的概念又有了新的内涵,这里的“地”是指输入信号与输出信号的公共零电位,它本身可能是与大地相隔离的,而接地不仅是保护人身和设备的安全,也是抑制噪声干扰,保证系统工作稳定的关键技术。在设计和安装使用过程中,如果能把接地和屏蔽正确地结合起来使用,是可以抑制大部分干扰的。 光电耦合器件是以光为媒介传输信号的集成化器件。采用光电耦合器可以将主机与前向、后向以及其他主机部分切断电路的联系,以有效地防止干扰从过程通道进入主机。图7-16为常用光电耦合器的几种基本结构形式,其中图7-16（a）为由发光二极管和平面型光敏三极管组成的光电耦合器。光敏三极管的输出可与TTL电平兼容,加之此类光电耦合器的响应频率能满足一般测控系统的需要,因此,在智能仪器中应用广泛。 图7-10（b）所示的是由发光二极管和光敏二极管与三极管串接组成的光电耦合器。受光元件是连在晶体管集电极—基极之间的光敏二极管。当光敏二极管受光照射时,产生的光电流变成三极管基极电流并被三极管放大,在三极管的集电极输出。此类光电耦合器的特点是响应速度非常快。 光电耦合的主要优点是能有效地抑制尖峰脉冲及各种噪声干扰,从而使过程通道上的信噪比大大提高。光电耦合具有很强的抗干扰能力,这是因为：  ① 光电耦合器的输入阻抗很小,一般为100 Ω～1 kΩ,而干扰源内阻一般很大,通常为105～108 Ω。根据分压原理可知,这时能馈送到光电耦合器输入端的噪声自然会很小。 ② 干扰噪声虽