97抗干扰技术

第7章测试技术的工程应用第一节抗干扰技术7.1干扰的因素7.2干扰的种类7.3干扰的抑制第一节抗干扰技术一、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。二干扰的种类按照干扰源的位置，可分为外部干扰:来源于测试设备之外，与测试系统结构无关，由工作环境和使用条件所决定，它主要来自于自然界的干扰和电气设备的干扰内部干扰：测试系统内部由于设计不良或各种元件工作引起的干扰，包括长期干扰和瞬时干扰。二按干扰的耦合模式分类，干扰分为以下五种类型：1.2.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.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。图7-1接地共阻抗干扰三干扰的抑制1、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，可分为静电屏蔽、电磁屏蔽和低频磁屏蔽。静电屏蔽是为了消除或抑制由于电场耦合引起的干扰。电磁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。图7-4变压器的屏蔽图7-5同轴电缆示意图2、隔离技术（1）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。图7-6(a）光电隔离；(b）变压器隔离图7-6(a）光电隔离；(b）变压器隔离（2）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开。传输信号通过变压器获得通路，而共模干扰由于不形成回路而被抑制。图7-7所示为一种带多层屏蔽的隔离变压器。当含有直流或低频干扰的交流信号从一次侧端输入时，根据变压器原理，二次侧输出的信号滤掉了直流干扰，且低频干扰信号幅值也被大大衰减，从而达到了抑制干扰的目的。图7-7多层隔离变压器另外，在变压器的一次侧和二次侧线圈外设有静电隔离层S1和S2，其目的是防止一次和二次绕组之间的相互耦合干扰。变压器外的三层屏蔽密封体的内、外两层用铁，起磁屏蔽的作用；中间层用铜，与铁心相连并直接接地，起静电屏蔽作用。这三层屏蔽层是为了防止外界电磁场通过变压器对电路形成干扰而设置的，这种隔离变压器具有很强的抗干扰能力。3.继电器线圈和触点仅有机械上的联系，而没有直接的电的联系，因此可利用继电器线圈接收电信号，而利用其触点控制和传输电信号，从而可实现强电和弱电的隔离（如图7-8所示）。同时，继电器触点较多，且其触点能承受较大的负载电流，因此应用非常广泛。图7-8继电器隔离3、滤波技术滤波是抑制干扰传导的一种重要方法。由于干扰源发出的电磁干扰的频谱往往比要接收的信号的频谱宽得多，因而当接收器接收有用信号时，也会接收到那些不希望有的干扰。图7-9所示为计算机电源采用的一种LC低通滤波器的接线图。含有瞬间高频干扰的220V工频电源通过截止频率为50Hz的滤波器，其高频信号被衰减，只有50Hz的工频信号通过滤波器到达电源变压器，保证正常供电。图7-9低通滤波器图7-10(a)所示为触点抖动抑制电路，对抑制各类触点或开关在闭合或断开瞬间因触点抖动所引起的干扰是十分有效的。图7-10(b)所示电路是交流信号抑制电路，主要用于抑制电感性负载在切断电源瞬间所产生的反电势。这种阻容吸收电路可以将电感线圈的磁场释放出来的能量转化为电容器电场的能量储存起来，以降低能量的消散速度。图7-10(c)所示电路是输入信号的阻容滤波电路，类似的这种线路既可作为直流电源的输入滤波器，也可作为模拟电路输入信号的阻容滤波器。图7-10干扰滤波电路4、接地技术安全接地是指各种设备的外壳与大地相连，其目的是为保障人身和设备的安全工作接地是指系统的输入信号与输出信号的公共零电位，它本身可能与大地是隔离的。图7-12所示是并联一点接地方式。这种方式在低频时是最适用的，因为各电路的地电位只与本电路的地电流和地线阻抗有关，不会因地电流而引起各电路间的耦合。这种方式的缺点是需要连很多根地线，用起来比较麻烦。图7-12并联一点接地2.多点接地所需地线较多，一般适用于低频信号。若电路工作频率较高，电感分量大，各地线间的互感耦合会增加干扰。如图7-13所示，各接地点就近接于接地汇流排或底座、外壳等金属构件上。图7-13多点接地3.机电一体化系统设计时要综合考虑各种地线的布局和接地方法。图7-14所示是一台数控机床的接地方法。图7-14数控机床的接地