自动检测技术第3版马西秦第13章节干扰抑制技术幻灯片.ppt

第十三章 检测装置的 干扰抑制技术 工业现场干扰会造成检测电路失去测量精度甚至测量结果失常。本章讨论常见的干扰类型、干扰传输途径以及干扰抑制方法。 第一节 干扰的来源 一、常见的干扰类型 （1）外部干扰 自然界干扰 周围电气设备干扰 （2）内部干扰： 固定干扰 动态干扰 二、噪声和信躁比 1. 噪声：检测系统及仪表电路中混进去的无用信号。 2. 信噪比：测量通道中有用信号成分和噪声信号成分之比(取对数)。信噪比越大越好。 信号功率 噪声功率 噪声电压 信号电压 第二节 干扰的耦合与传输途径 干扰形成的三个条件： （1）干扰源； （2）对干扰敏感的接收电路； （3）从干扰源到接收电路之间的传输途径。 静电耦合：因寄生电容引起的电荷耦合 电磁耦合：因两个电路的互感引起的磁链耦合。 共阻抗耦合：不同电路之间存在公共阻抗引起的电压耦合。例如两个电路合用一个电源。 漏电流耦合：因绝缘不良，在绝缘电阻上产生漏电流所引起的干扰。 一、静电耦合 静电耦合 示意图 等效电路图 寄生电容 干扰电压 干扰源电压 输入阻抗 结论： （1）干扰源的频率越高，静电耦合干扰越强。 （2）减小接收电路阻抗Zi，有利于抑制静电耦合干扰。 （3）合理布线，减小分布电容Cm，有利于抑制静电耦合干扰。 静电耦合 对放大器的干扰 等效电路图 在干扰频率1MHz，干扰源电压5V，寄生电容0.01pF的情况下，干扰输入电压为31.4mV。 100倍 3.14V 二、电磁耦合 互感 干扰电压 干扰源电流 电磁耦合 示意图 等效电路图 电磁耦合对交流电桥的干扰 在干扰频率10kHz，干扰源电流10mA，互感0.1μH的情况下，干扰电压为62.8μV。 三、共阻抗耦合 干扰源电流 干扰电压 共有阻抗 共阻抗耦合 等效电路 电源内阻引起的共阻抗干扰 四、漏电流耦合 干扰源电压 干扰电压 漏电流输入回路的输入阻抗 绝缘电阻 漏电流耦合 等效电路 第三节 差模干扰和共模干扰 一、差模干扰 差模干扰：干扰信号与有效信号串联叠加后作用到检测装置的输入端。 干扰信号 有效信号 较长的检测信号接线会因为电磁耦合、静电耦合带 来差模干扰信号。 电源变压器的屏蔽不良，信号源自身的纹波、漂移， 也会带来差模干扰信号。 差模干扰典型实例： --热电偶传输线受交变磁场影响引入差模干扰。 抑制差模干扰的方法： 1.采用低通滤波器滤掉交流干扰。 2.尽可能早对被测信号进行前置放大，以提高信躁比。 3.检测系统采用高抗扰度元器件，提高阀值电平，采用低速逻辑部件抑制高频干扰。 4.注意信号线屏蔽和接地良好。 二、共模干扰 共模干扰：两个输入端对地同时存在的干扰信号。 出现共模干扰信号的主要原因是被测信号的参考接 地点与检测电路的输入接地点不同。 共模干扰示意图 等效电路图 输入端对地等效阻抗 共模干扰电压 长电缆导线电阻 不同地之间的电位差 消除共模干扰的方法： 理论上，当两个输入端电路完全对称，r1=r2且Z1=Z2时，共模干扰可消除。实际上无法做到。 抑制共模干扰的方法： 尽可能使得r1、r2的数值接近，Z1、Z2的数值接近，就可以减小共模干扰。 三、共模干扰抑制比 共模干扰信号只有在电路不对称的情况下变成差模信号才会成为干扰。 引入共模干扰抑制比的概念，用以衡量检测装置对共模干扰的抑制能力。共模干扰抑制比越大越好。 共模抑制比 共模干扰信号 （产生同样输出所需的） 差模干扰信号 差模增益 共模增益 抑制共模干扰的方法总结： （1）采用双端输入的差分放大器作为仪表输入通道的前置放大器，CMRR可达100—160dB，是抑制共模干扰的有效方法； （2）将“模拟地”与“数字地”隔离，共模干扰构不成回路，会被有效抑制； （3）利用屏蔽的方法使输入信号的“模拟地”浮空，也可以抑制共模干扰。 第四节 干扰抑制技术 一、屏蔽技术 屏蔽技术利用低阻材料或磁性材料，可隔离电磁干扰。