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1、抗干扰技术第1页，此课件共37页哦第一节 干扰的来源和途径n传感器是自动检测系统中的“感觉器官”，它的反应灵敏度、测量误差、线性度、反应灵敏度、测量误差、线性度、迟滞迟滞等性能指标会影响整个系统的性能，有时对整个检测系统、自动化生产线等设备的性能有决定性的影响。第2页，此课件共37页哦n除了传感器本身的性能指标外,生产现场中存在的各种干扰问题也会使自动检测系统发生一些故障、误动作、甚至造成计算机的“死机”和系统的严重故障。这些干扰如有些生产现场大能耗设备多,特别是大功率感性负载的启、停往往会使电网产生几百伏甚至几千伏的尖脉冲干扰,供电电压的波动,各种信号线绑扎在一起或走同一根多芯电缆,信号线间
2、的干扰,空间各种电磁、气象条件、雷电甚至地磁场的变化也会干扰传感器的正常工作。第3页，此课件共37页哦n此外,生产现场温度、湿度的变化可能引起电路参数发生变化等等。以上各种情况都可能引起自动检测系统、传感器的工作异常。n为了保证自动检测系统的正常工作，必须采用相应的措施，将各种干扰消除或抑制干扰，使系统正常工作。第4页，此课件共37页哦噪声n“噪声”的广义的定义就是：“在处理过程中设备自行产生的信号”，这些信号与输入信号无关。第5页，此课件共37页哦噪声的来源噪声的来源n第一种是元器件产生的固有噪声，电路中几乎所有的元器件在工作时都会产生一定的噪声，晶体管、电阻、电容，这种噪声是连续的，基本上
3、是固定不变的。好在现在很多优质元器件的固有噪声都很小，在设计电路时选择优质元器件就可以把这种噪声压制到非常小的水平，小到我们根本不会听见。第6页，此课件共37页哦n第二种噪声来源于电路本身的设计失误或者安装工艺上的缺陷，电路设计失误往往会导致电路的轻微自激（一种自由振荡状态）。n安装工艺失误，比如接插件接触不良，接触表面形成二极管效应或者接触电阻随温度、振动等影响发生变化而导致信号传输特性变化，产生噪声。n还有元器件排布上的失误，将高热的元器件排布在对温度敏感的元器件旁边，或者将一些有轻微振动的元器件放在对振动敏感的元器件旁边，或者没有足够的避震措施等等都会产生一定的噪声。这些噪声可以说都是人
4、为造成的，对于经验丰富的电子设计师来说，这些噪声都是可以避免或者大大减轻的。第7页，此课件共37页哦n第三种噪声则是非常广泛的，也是经常被提起的干扰噪声。第8页，此课件共37页哦噪声的来源噪声的来源n我们把噪声的来源分为内部和外部两种，由于实验室的测试条件通常都十分优越，所以在这种条件下测试的信噪比指标实际是设备内部噪声的反应，内部噪声主内部噪声主要是由于要是由于电路电路设计、制造工艺等因素，设计、制造工艺等因素，由设备自身产生的。由设备自身产生的。而外部噪声是由设而外部噪声是由设备所在的电子环境和备所在的电子环境和物理化学物理化学环境（自环境（自然环境）所造成的。然环境）所造成的。第9页，此
5、课件共37页哦n外部噪声通常被称为“干扰”，这种干扰可能是电磁干扰，也可能是机械振动干扰，也可能来自温度变化的干扰总之，都不是器材自身产生的。于是此时另一个不太起眼的指标凸现出了它的意义电磁兼容性。电磁兼容性。第10页，此课件共37页哦电磁兼容性n电磁兼容性有两个层次的含义，一是设备在运行时不会对其它设备产生干扰，二是耐受干扰的能力强，在一定的外界干扰下仍能正常工作。第一层意思容易理解，而第二层意思对于音响设备来说，还有更进一步的含义，那就是如何定义“正常工作状态”。这个正常工作不应该仅仅是“出声就好”，还应该是保证一定的性能指标，这其中就包括有信噪比。也就是说，一个电磁兼容性能优良的设备器材
6、，在一定的外界干扰条件下，其信噪比指标不应该有明显的劣化。第11页，此课件共37页哦n实际上，很多音响产品在电路设计中都有“电磁兼容”的影子，比如在电源输入端设计滤波器、压敏电阻，外壳采用金属材料，内部信号线采用屏蔽线等等，实践证明，这些措施对于抑制干扰有很大的作用。第12页，此课件共37页哦信噪比n信噪比，英文名称叫做SNR或S/N（SIGNAL-NOISE RATIO)，又称为讯噪比。是指一个电子设备或者电子系统中信号与噪声的比例。这里面的信号指的是来自设备外部需要通过这台设备进行处理的电子信号，噪声是指经过该设备后产生的原信号中并不存在的无规则的额外信号（或信息），并且该种信号并不随原信
7、号的变化而变化。第13页，此课件共37页哦n狭义来讲是指放大器的输出信号的功率与同时输出的噪声功率的比，常常用分贝数表示，设备的信噪比越高表明它产生的噪声越少。一般来说，信噪比越大，说明混在信号里的噪声越小，声音回放的音质量越高，否则相反。信噪比一般不应该低于70dB，高保真音箱的信噪比应达到110dB以上。第14页，此课件共37页哦一、干扰的种类n要消除干扰,首先要分清干扰源是什么,干扰的途径是什么,干扰信号是怎样进入系统的等问题,只有这样,才能针对不同问题,采用不同的措施。n(一)电和磁的干扰 电和磁可以通过电路和磁路对系统产生干扰作用,电场和磁场的变化在系统的有关电路或导线中感应出干扰电
8、压,从而影响系统的正常工作。n(二)机械干扰 机械振动和冲击,使系统中的仪表或某些装置的电气元件发生振动、变化等,从而影响系统的正常工作。n(三)热干扰 设备和元器件在工作时产生的热量所引起的温度波动以及环境温度的变化引起仪表和测量装置中电路的元器件参数发生变化,从而影响系统的正常工作。第15页，此课件共37页哦(四)光干扰 测量仪表或传感器所使用的半导体元件在光作用下会改变其导电性能,从而影响系统的正常工作。(五)温度干扰 温度增加会引起绝缘电阻下降,漏电流增加,从而影响系统的正常工作。(六)射频干扰 电磁波、射线会使气体、电离,使金属逸出电子,从而影响系统的正常工作。(七)化学干扰等 第1
9、6页，此课件共37页哦二、干扰信号进入系统的途径(一)通过电路进入系统 1.通过电源回路进入系统;2.通过电路中的共阻抗进入系统;3.通过电路中的共漏电阻进入系统。(二)通过场进入系统 1.通过电场耦合进入系统;2.通过磁场耦合进入系统。第17页，此课件共37页哦第二节第二节 抗电磁干扰技术抗电磁干扰技术一、消除干扰的措施 可以从以下三个方面采取措施:1.消除或抑制干扰源（）2.破坏干扰途径路、场（）3.削弱接收回路对干扰的敏感性（）低输入阻抗电路、结构紧凑电路、数字电路 第18页，此课件共37页哦二、屏蔽技术 n1.静电屏蔽:就是用铜或铝等导电性能良好的金属铜或铝等导电性能良好的金属为材料制
10、作成封闭的金属容器,并与地线连接,把需要屏蔽的电路置于其中,使外部干扰电场的电力场不影响其内部的电路,反过来,内部电路产生的电力线也无法外逸去影响外电路。静电屏蔽不但能够防止静电干扰,也一样能防止交变电场的干扰,所以许多仪器的外壳用导电材料制作并且接地。现在虽然有越来越多的仪器用工程塑料(ABS)制作外壳,但当你打开外壳时,仍然会看到在机壳的内壁上粘贴有一层接地的金属薄膜,它起到与金属外壳一样的静电屏蔽作用。第19页，此课件共37页哦n2.低频磁屏蔽:用来隔离低频磁场和固定磁场耦合干扰隔离低频磁场和固定磁场耦合干扰的有效措施。任何通过电流的导线或线圈周围都存在磁场,客观存在磁场,它们可能对检测
11、仪器的信号线或者仪器造成磁场耦合干扰。为了防止磁场耦合干扰,必须采用高导磁材料作屏蔽层,以便让低频干扰磁力线从磁阻很小的磁屏蔽层上通过,使低频磁屏蔽层内部的电路免受低频磁场耦合干扰的影响。例如,仪器的铁皮外壳就起到低频磁屏蔽的作用。若进一步将外壳接地,以同时起静电屏蔽的作用。第20页，此课件共37页哦n3.电磁屏蔽:是采用导电良好的金属材料做成屏蔽罩、屏蔽盒等不同的外形,将被保护的电路包围在其中。它屏蔽的干扰对象不是电场,而是高频(40KHz以上)磁场。干扰源产生的高频磁场遇到导电良好的电磁屏蔽层时,就在其外表面感应出同频率的电涡流,从而消耗了高频干扰的能量。其次,电涡流也将产生一个新的磁场,
12、根据楞次定律,其方向恰好与干扰源的方向相反,以抵消了一部分干扰磁场的能量,从而使电磁屏蔽层内部的电路免受高频干扰磁场的影响。第21页，此课件共37页哦 无线电广播的本质是电磁波,所以电磁屏蔽也能吸收掉它们的能量,这就是我们在汽车(钢板车身,但并未接地)里收不到电台,而必须将收音机的天线拉出车外的原因。若将电磁屏蔽层接地,它可同时兼有静电屏蔽作用,对电磁波的屏蔽效果就更好。通常作为传输线使用的铜质网状屏蔽电缆接地时就能同时起到电磁屏蔽和静电屏蔽的作用。第22页，此课件共37页哦三、接地技术（一）种类 接地包括安全接地、信号接地、信号源接地、负载接地等。接地是保证人身和设备安全、抗干扰的一种方法。
13、合理地选择接地方式是抑制电容性耦合、电感性耦合及电阻耦合、减小或削弱干扰的重要措施。第23页，此课件共37页哦1.安全接地安全接地 将装置的机壳和底盘接大地，接地电阻将装置的机壳和底盘接大地，接地电阻在在10以下以下(计算机房等要求计算机房等要求4以下以下)。2.信信号接地号接地 信号接地是使电测装置的零电位信号接地是使电测装置的零电位(基基准电位准电位)接地线，不一定接大地。接地线，不一定接大地。第24页，此课件共37页哦 3.信号源接地信号源接地 信号源地线是传感器的零电位电平基准信号源地线是传感器的零电位电平基准，传感器与其它测量设备在接地上有不，传感器与其它测量设备在接地上有不同要求。
14、同要求。4.负载接地负载接地 负载中的电流一般较大，在负载地线上负载中的电流一般较大，在负载地线上产生的干扰也较大，故对负载地线与测产生的干扰也较大，故对负载地线与测量仪器的地线有不同的要求。量仪器的地线有不同的要求。第25页，此课件共37页哦（二）电路一点接地准则（二）电路一点接地准则 1.单级单级一点接地准则一点接地准则如图所示，电路中的如图所示，电路中的7 7个点若分别接地，不同接地点间会个点若分别接地，不同接地点间会产生干扰电压，应在一点接地。产生干扰电压，应在一点接地。第26页，此课件共37页哦 图图a所示的接地形式虽然避免了多点接地所示的接地形式虽然避免了多点接地可能产生的干扰，但
15、当各级电平相差较大时，可能产生的干扰，但当各级电平相差较大时，会产生较大的地电流干扰。图会产生较大的地电流干扰。图b采用的分别接采用的分别接地方式适用于低频电路。地方式适用于低频电路。2.多级电路一点接地多级电路一点接地第27页，此课件共37页哦四、其他抗电磁干扰技术n1 浮置浮置 浮置是输入信号放大器的公共线不接机壳和大浮置是输入信号放大器的公共线不接机壳和大地的一种抗干扰技术。地的一种抗干扰技术。第28页，此课件共37页哦2 滤波滤波n 滤波是在信号通道中，接入与噪声滤波是在信号通道中，接入与噪声信号频带相应的滤波器，达到抑制干扰信号频带相应的滤波器，达到抑制干扰的目的。的目的。第29页，
16、此课件共37页哦1、交流电源进线的对称滤波交流电源进线的对称滤波第30页，此课件共37页哦 2 2、直流电源输出的滤波器、直流电源输出的滤波器 图是滤除电源高、低频成分的滤波器。图是滤除电源高、低频成分的滤波器。第31页，此课件共37页哦n3 平衡电路平衡电路 平衡电路是结构对称，对应阻抗相平衡电路是结构对称，对应阻抗相等的电路。图所示电桥就是一种平衡电等的电路。图所示电桥就是一种平衡电路。路。第32页，此课件共37页哦n4 隔离措施隔离措施 n隔离包括变压器隔离、光电耦合器隔离等。n隔离是破坏干扰途径、切断耦合通道,从而达到抑制干扰的一种技术措施。n变压器隔离主要使用在传输交变信号的传输通道
17、中。n光电耦合器隔离广泛应用于数字接口电路中。目前,在自动检测系统中越来越多的采用光电耦合器来提高系统的抗共模干扰能力。第33页，此课件共37页哦变压器隔离变压器隔离 图是一个两端图是一个两端接地系统，消除此接地系统，消除此类干扰的方法类干扰的方法是隔离。是隔离。第34页，此课件共37页哦n 如图所示，在信号传输通道中接一个变压器切如图所示，在信号传输通道中接一个变压器切断地环回路，有效地抑制了干扰。断地环回路，有效地抑制了干扰。第35页，此课件共37页哦n光电耦合器光电耦合器是一种电光电耦合器件,它的输入量是电流,输出量也是电流,但是输入、输出之间从电气上看却是绝缘的。保证了输入回路和输出回路的电气隔离。n第36页，此课件共37页哦n光电耦合器的主要特点是:输入、输出回路绝缘电阻高(大于1010)、耐压超过1KV;因为光的传输是单向的,所以输出信号不会反馈和影响输入端;输入、输出回路在电气上是完全隔离的,能很好的解决不同电位、不同逻辑电路之间的隔离和传输矛盾。第37页，此课件共37页哦