傳感器電路的噪聲及其抗干擾技術(shù)研究
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4．2．2 電磁屏蔽
對(duì)于高頻干擾磁場(chǎng)，利用電渦流原理，使高頻干擾電磁場(chǎng)在屏蔽金屬內(nèi)產(chǎn)生電渦流，消耗干擾磁場(chǎng)的能量，渦流磁場(chǎng)抵消高頻干擾磁場(chǎng)，從而使被保護(hù)電路免受高頻電磁場(chǎng)的影響。若電磁屏蔽層接地，同時(shí)兼有靜電屏蔽的作用。傳感器的輸出電纜一般采用銅質(zhì)網(wǎng)狀屏蔽，既有靜電屏蔽又有電磁屏蔽的作用。屏蔽材料必須選擇導(dǎo)電性能良好的低電阻材料，如銅、鋁或鍍銀銅等。
4．2．3 低頻磁屏蔽
干擾如為低頻磁場(chǎng)，這時(shí)的電渦流現(xiàn)象不太明顯，只用上述方法抗干擾效果并不太好，因此必須采用采用高導(dǎo)磁材料作屏蔽層，以便把低頻干擾磁感線限制在磁阻很小的磁屏蔽層內(nèi)部，使被保護(hù)電路免受低頻磁場(chǎng)耦合干擾的影響。傳感器檢測(cè)儀器的鐵皮外殼就起低頻磁屏蔽的作用。若進(jìn)一步將其接地，又同時(shí)起靜電屏蔽和電磁屏蔽的作用。
基于以上3種常用的屏蔽技術(shù)，因此在干擾比較嚴(yán)重的地方，可以采用復(fù)合屏蔽電纜，即外層是低頻磁屏蔽層，內(nèi)層是電磁屏蔽層，達(dá)到雙重屏蔽的作用。例如電容式傳感器在實(shí)際測(cè)量時(shí)其寄生電容是必須解決的關(guān)鍵問(wèn)題，否則其傳輸效率、靈敏度都要變低，必須對(duì)傳感器進(jìn)行靜電屏蔽，而其電極引出線就采用雙層屏蔽技術(shù)，一般稱之為驅(qū)動(dòng)電纜技術(shù)。用這種方法可以有效的克服傳感器在使用過(guò)程中的寄生電容。
4．3 接地技術(shù)
接地技術(shù)是抑制干擾的有效技術(shù)之一，是屏蔽技術(shù)的重要保證。正確的接地能夠有效地抑制外來(lái)干擾，同時(shí)可提高測(cè)試系統(tǒng)的可靠性，減少系統(tǒng)自身產(chǎn)生的干擾因素。接地的目的有兩個(gè)：安全性和抑制干擾。因此接地分為保護(hù)接地、屏蔽接地和信號(hào)接地。保護(hù)接地以安全為目的，傳感器測(cè)量裝置的機(jī)殼、底盤(pán)等都要接地。要求接地電阻在10 Ω以下；屏蔽接地是干擾電壓對(duì)地形成低阻通路，以防干擾測(cè)量裝置。接地電阻應(yīng)小于0．02Ω；信號(hào)接地是電子裝置輸入與輸出的零信號(hào)電位的公共線，它本身可能與大地是絕緣的。信號(hào)地線又分為模擬信號(hào)地線和數(shù)字信號(hào)地線，模擬信號(hào)一般較弱，故對(duì)地線要求較高；數(shù)字信號(hào)一般較強(qiáng)，故對(duì)地線要求可低一些。
不同的傳感器檢測(cè)條件對(duì)接地的方式也有不同的要求，必須選擇合適的接地方法，常用接地方法有一點(diǎn)接地和多點(diǎn)接地。
4．3．1 一點(diǎn)接地
在低頻電路中一般建議采用一點(diǎn)接地，它有放射式接地線和母線式接地線路。放射式接地就是電路中各功能電路直接用導(dǎo)線與零電位基準(zhǔn)點(diǎn)連接；母線式接地就是采用具有一定截面積的優(yōu)質(zhì)導(dǎo)體作為接地母線，直接接到零電位點(diǎn)，電路中的各功能塊的地可就近接在該母線上。這時(shí)若采用多點(diǎn)接地，在電路中會(huì)形成多個(gè)接地回路，當(dāng)?shù)皖l信號(hào)或脈沖磁場(chǎng)經(jīng)過(guò)這些回路時(shí)，就會(huì)引起電磁感應(yīng)噪聲，由于每個(gè)接地回路的特性不同，在不同的回路閉合點(diǎn)就產(chǎn)生電位差，形成干擾。為避免這種情況，最好采用一點(diǎn)接地的方法。
傳感器與測(cè)量裝置構(gòu)成一個(gè)完整的檢測(cè)系統(tǒng)，但兩者之間可能相距較遠(yuǎn)。由于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)大地電流十分復(fù)雜，所以這兩部分外殼的接大地點(diǎn)之間的電位一般是不相同的；若將傳感器與測(cè)量裝置的零電位在兩處分別接地，即兩點(diǎn)接地，則會(huì)有較大的電流流過(guò)內(nèi)阻很低的信號(hào)傳輸線產(chǎn)生壓降，造成串模干擾。因此這種情況下也應(yīng)該采用一點(diǎn)接地方法。
4．3．2 多點(diǎn)接地
一般建議高頻電路采用多點(diǎn)接地。高頻時(shí)，即使一小段地線也將有較大的阻抗壓降，加上分布電容的作用，不可能實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)接地，因此可采用平面式接地方式，即多點(diǎn)接地方式，利用一個(gè)良好的導(dǎo)電平面體(如采用多層線路板中的一層)接至零電位基準(zhǔn)點(diǎn)上，各高頻電路的地就近接至該導(dǎo)電平面體上。由于導(dǎo)電平面體的高頻阻抗很小，基本保證了每一處電位的一致，同時(shí)加設(shè)旁路電容等減少壓降。因此，這種情況要采用多點(diǎn)接地方式。
4．4 隔離技術(shù)
在接口電路中，如出現(xiàn)兩點(diǎn)以上接地時(shí)，可能引入共阻耦合干擾和地環(huán)路電流干擾。抑制這類(lèi)干擾的方法是采用隔離技術(shù)。通常有電磁隔離和光電隔離兩種。
4．4．1 電磁耦合隔離
利用隔離變壓器來(lái)切斷環(huán)流，由于地環(huán)路則被切斷，兩電路有獨(dú)立的地電位基準(zhǔn)，因而不會(huì)造成干擾，信號(hào)通過(guò)耦合形式進(jìn)行傳遞。
4．4．2 光電耦合隔離
光電耦合器是一種電-光-電的耦合器件，它由發(fā)光二極管和光電晶體管封裝組成，其輸入與輸出在電氣上是絕緣的，因此，這種器件除了用于做光電控制外，現(xiàn)在被越來(lái)越多的用于提高系統(tǒng)的抗共模干擾能力。這樣即使輸入回路有干擾，只要它在門(mén)限之內(nèi)，就不會(huì)對(duì)輸出造成影響。
4．5 其他抗干擾技術(shù)
(1)穩(wěn)壓技術(shù)。目前智能傳感器及儀器儀表開(kāi)發(fā)中常用的穩(wěn)壓電源有兩種：一種是由集成穩(wěn)壓芯片提供的串聯(lián)調(diào)整電源，另一種是DC-DC穩(wěn)壓電源，這對(duì)防止電網(wǎng)電壓波動(dòng)干擾儀器正常工作十分有效。
(2)抑制共模干擾技術(shù)。采用差分放大器，提高差分放大器的輸入阻抗或降低信號(hào)源內(nèi)阻可大大降低共模干擾的影響。
(3)軟件補(bǔ)償技術(shù)。外界因素如溫濕度變化等也會(huì)引起某些參數(shù)的變化，造成偏差。可以利用軟件根據(jù)外界因素的變化和誤差曲線進(jìn)行修正，去掉干擾。
5 結(jié)語(yǔ)
抗干擾是一個(gè)非常復(fù)雜、實(shí)踐性很強(qiáng)的問(wèn)題，一種干擾現(xiàn)象可能是由若干因素引起的。因此，在傳感器電路以及測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，不僅應(yīng)預(yù)先采取抗干擾措施，在調(diào)試過(guò)程中還應(yīng)及時(shí)分析出遇到的現(xiàn)象，對(duì)傳感器及其系統(tǒng)的電路原理、具體布線、屏蔽、電源的抗干擾能力、數(shù)字地或模擬地的處理以及防護(hù)形式不斷改進(jìn)，以提高電路的可靠性和穩(wěn)定性。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/194775.htm
評(píng)論