抗干扰技术.pptVIP

第7章 抗干扰技术 7.1 产生干扰的因素 7.2 抗干扰的措施 7.3 提高系统抗干扰能力的措施 思考题  7.1 产生干扰的因素 7.1.1干扰的定义 干扰是指对系统的正常工作产生不良影响的内部或外部因素。从广义上讲，机电一体化系统的干扰因素包括电磁干扰、温度干扰、湿度干扰、声波干扰和振动干扰等等。 电磁干扰是指在工作过程中受环境因素的影响，出现的一些与有用信号无关的，并且对系统性能或信号传输有害的电气变化现象。 7.1.2 形成干扰的三个要素 1.干扰源 产生干扰信号的设备被称为干扰源，如变压器、继电器、微波设备、电机、无绳电话和高压电线等都可以产生空中电磁信 2.传播途径 传播途径是指干扰信号的传播路径。 3.接收载体 接收载体是指受影响的设备的某个环节，该环节吸收了干扰信号，并转化为对系统造成影响的电器参数。 7.1.3 电磁干扰的种类 按干扰的耦合模式分类，电磁干扰分为以下五种类型。 1.静电干扰 2.磁场耦合干扰 磁场耦合干扰是指大电流周围磁场对机电一体化设备回路耦合形成的干扰。 3.漏电耦合干扰 漏电耦合干扰是因绝缘电阻降低而由漏电流引起的干扰，多发生于工作条件比较恶劣的环境或器件性能退化、器件本身老化的情况下。 4.共阻抗干扰 共阻抗干扰是指电路各部分公共导线阻抗、地阻抗和电源内阻压降相互耦合形成的干扰,这是机电一体化系统普遍存在的一种干扰。如图7-1所示的串联接地方式，由于接地电阻的存在，三个电路的接地电位明显不同。 5.电磁辐射干扰 由各种大功率高频、中频发生装置,各种电火花以及电台、电视台等产生的高频电磁波向周围空间辐射，形成电磁辐射干扰。雷电和宇宙空间也会有电磁波干扰信号。 7.1.4干扰存在的形式 在电路中，干扰信号通常以串模干扰和共模干扰形式与有用信号一同传输。 1. 串模信号 串模干扰是叠加在被测信号上的干扰信号，也称横向干扰。产生串模干扰的原因有分布电容的静电耦合、长线传输的互感、空间电磁场引起的磁场耦合以及50Hz的工频干扰等。 在机电一体化系统中，被测信号是直流（或变化比较缓慢的）信号，而干扰信号经常是一些杂乱的波形并含有尖峰脉冲，如图7-2(c)所示。图7-2中Us表示理想测试信号， U c表示实际传输信号，Ug表示不规则干扰信号。干扰可能来自信号源内部（图7-2(a)），也可能来自于导线的感应（图7-2(b)）。 2.共模干扰 共模干扰往往是指同时加载在各个输入信号接口端的共有的信号干扰。图7-3所示的电路中，检测信号输入A/D转换器，A/D转换器的两个输入端上即存在公共的电压干扰。由于输入信号源与主机有较长的距离，输入信号Us的参考接地点和计算机控制系统输入端参考接地点之间存在电位差Ucm。这个电位差就在转换器的两个输入端上形成共模干扰。以计算机接地点为参考点，加到输入点A上的信号为Us+Ucm，加到输入点B上的信号为Ucm。 7.2 抗干扰的措施 7.2.1 屏蔽 屏蔽是指利用导电或导磁材料制成的盒状或壳状屏蔽体，将干扰源或干扰对象包围起来，从而割断或削弱干扰场的空间耦合通道，阻止其电磁能量的传输。按需屏蔽的干扰场的性质不同，可分为电场屏蔽、磁场屏蔽和电磁场屏蔽。 电场屏蔽是为了消除或抑制由于电场耦合引起的干扰。 磁场屏蔽是为了消除或抑制由于磁场耦合引起的干扰。 如图7-4所示的变压器，在变压器绕组线包的外面包一层铜皮作为漏磁短路环。 在如图7-5所示的同轴电缆中，为防止信号在传输过程中受到电磁干扰，在电缆线中设置了屏蔽层。 7.2.2 隔离 1.光电隔离 光电隔离是以光作为媒介在隔离的两端之间进行信号传输的，所用的器件是光电耦合器。由于光电耦合器在传输信息时，不是将其输入和输出的电信号进行直接耦合，而是借助于光作为媒介物进行耦合的，因而具有较强的隔离和抗干扰能力。图7-6(a)所示为一般光电耦合器组成的输入/输出线路。在控制系统中，它既可以用作一般输入/输出的隔离，也可以代替脉冲变压器起线路隔离与脉冲放大作用。由于光电耦合器具有二极管、三极管的电气特性，使它能方便地组合成各种电路；又由于它靠光耦合传输信息，使它具有很强的抗电磁干扰的能力，因而在机电一体化产品中获得了极其广泛的应用。 2.变压器隔离 对于交流信号的传输,一般使用变压器隔离干扰信号的办法。隔离变压器也是常用的隔离部件，用来阻断交流信号中的直流干扰和抑制低频干扰信号的强度,如图7-6(b)所示的变压器耦合隔离电路。隔离变压器把各种模拟负载和数字信号源隔离开来，也就是把模拟地和数字地断