傳感器電路的噪聲及其抗干擾技術研究
加入技術交流群
4．2．2 電磁屏蔽
對于高頻干擾磁場，利用電渦流原理，使高頻干擾電磁場在屏蔽金屬內(nèi)產(chǎn)生電渦流，消耗干擾磁場的能量，渦流磁場抵消高頻干擾磁場，從而使被保護電路免受高頻電磁場的影響。若電磁屏蔽層接地，同時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，這時的電渦流現(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，使被保護電路免受低頻磁場耦合干擾的影響。傳感器檢測儀器的鐵皮外殼就起低頻磁屏蔽的作用。若進一步將其接地，又同時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，因此在干擾比較嚴重的地方，可以采用復合屏蔽電纜，即外層是低頻磁屏蔽層，內(nèi)層是電磁屏蔽層，達到雙重屏蔽的作用。例如電容式傳感器在實際測量時其寄生電容是必須解決的關鍵問題，否則其傳輸效率、靈敏度都要變低，必須對傳感器進行靜電屏蔽，而其電極引出線就采用雙層屏蔽技術，一般稱之為驅(qū)動電纜技術。用這種方法可以有效的克服傳感器在使用過程中的寄生電容。
4．3 接地技術
接地技術是抑制干擾的有效技術之一，是屏蔽技術的重要保證。正確的接地能夠有效地抑制外來干擾，同時可提高測試系統(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：安全性和抑制干擾。因此接地分為保護接地、屏蔽接地和信號接地。保護接地以安全為目的，傳感器測量裝置的機殼、底盤等都要接地。要求接地電阻在10 Ω以下；屏蔽接地是干擾電壓對地形成低阻通路，以防干擾測量裝置。接地電阻應小于0．02Ω；信號接地是電子裝置輸入與輸出的零信號電位的公共線，它本身可能與大地是絕緣的。信號地線又分為模擬信號地線和數(shù)字信號地線，模擬信號一般較弱，故對地線要求較高；數(shù)字信號一般較強，故對地線要求可低一些。
不同的傳感器檢測條件對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接地和多點接地。
4．3．1 一點接地
在低頻電路中一般建議采用一點接地，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線與零電位基準點連接；母線式接地就是采用具有一定截面積的優(yōu)質(zhì)導體作為接地母線，直接接到零電位點，電路中的各功能塊的地可就近接在該母線上。這時若采用多點接地，在電路中會形成多個接地回路，當?shù)皖l信號或脈沖磁場經(jīng)過這些回路時，就會引起電磁感應噪聲，由于每個接地回路的特性不同，在不同的回路閉合點就產(chǎn)生電位差，形成干擾。為避免這種情況，最好采用一點接地的方法。
傳感器與測量裝置構成一個完整的檢測系統(tǒng)，但兩者之間可能相距較遠。由于工業(yè)現(xiàn)場大地電流十分復雜，所以這兩部分外殼的接大地點之間的電位一般是不相同的；若將傳感器與測量裝置的零電位在兩處分別接地，即兩點接地，則會有較大的電流流過內(nèi)阻很低的信號傳輸線產(chǎn)生壓降，造成串模干擾。因此這種情況下也應該采用一點接地方法。
4．3．2 多點接地
一般建議高頻電路采用多點接地。高頻時，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，不可能實現(xiàn)一點接地，因此可采用平面式接地方式，即多點接地方式，利用一個良好的導電平面體(如采用多層線路板中的一層)接至零電位基準點上，各高頻電路的地就近接至該導電平面體上。由于導電平面體的高頻阻抗很小，基本保證了每一處電位的一致，同時加設旁路電容等減少壓降。因此，這種情況要采用多點接地方式。
4．4 隔離技術
在接口電路中，如出現(xiàn)兩點以上接地時，可能引入共阻耦合干擾和地環(huán)路電流干擾。抑制這類干擾的方法是采用隔離技術。通常有電磁隔離和光電隔離兩種。
4．4．1 電磁耦合隔離
利用隔離變壓器來切斷環(huán)流，由于地環(huán)路則被切斷，兩電路有獨立的地電位基準，因而不會造成干擾，信號通過耦合形式進行傳遞。
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，只要它在門限之內(nèi)，就不會對輸出造成影響。
4．5 其他抗干擾技術
(1)穩(wěn)壓技術。目前智能傳感器及儀器儀表開發(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，這對防止電網(wǎng)電壓波動干擾儀器正常工作十分有效。
(2)抑制共模干擾技術。采用差分放大器，提高差分放大器的輸入阻抗或降低信號源內(nèi)阻可大大降低共模干擾的影響。
(3)軟件補償技術。外界因素如溫濕度變化等也會引起某些參數(shù)的變化，造成偏差?？梢岳密浖鶕?jù)外界因素的變化和誤差曲線進行修正，去掉干擾。
5 結語
抗干擾是一個非常復雜、實踐性很強的問題，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控系統(tǒng)的設計中，不僅應預先采取抗干擾措施，在調(diào)試過程中還應及時分析出遇到的現(xiàn)象，對傳感器及其系統(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形式不斷改進，以提高電路的可靠性和穩(wěn)定性。本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/194775.htm
評論