摘要:闡述了檢測系統(tǒng)的各種干擾及干擾形成的原因;詳細分析了干擾的傳導途徑;指出了抑制干擾的三方面措施,以便于有效抑制干擾,提高檢測系統(tǒng)的抗干擾能力。
隨著科學技術的發(fā)展和生產(chǎn)力水平的不斷提高,檢測系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應用到科學研究和生產(chǎn)實踐的各個領域。由于檢{貝4現(xiàn)場存在干擾,尤其是工業(yè)現(xiàn)場的環(huán)境比較惡劣,電磁干擾嚴重,直接影響了檢測系統(tǒng)的穩(wěn)定性和測量精度,嚴重時可使檢測系統(tǒng)不能正常工作。為了提高檢測系統(tǒng)的電磁兼容能力,即系統(tǒng)在規(guī)定的電磁干擾環(huán)境中能穩(wěn)定可靠地工作,而且也不向處于同一環(huán)境中的其他設備釋放超過允許規(guī)定的電磁干擾,從系統(tǒng)的設計、制造、使用等各個方面都必須周密考慮和解決干擾問題。所以對干擾的研究、分析和解決是檢測技術中的一個重要課題。
干擾的形成必須同時具備三個要素,即干擾源、干擾途徑以及對干擾敏感性較高的接受器。由干擾源發(fā)出的干擾信號,經(jīng)過干擾途徑到達敏感接受器上,構成整個系統(tǒng)的干擾。
1 干擾源
干擾源有的來自檢測系統(tǒng)外部,稱為外部干擾源;有的來自檢測系統(tǒng)內(nèi)部,稱為內(nèi)部干擾源。
1.1 外部干擾源
外部干擾源分為兩大類:自然界干擾源和人為干擾源。
自然界干擾源包括地球外層間宇宙射電、太陽黑子的電磁輻射以及雷電、大氣層的電場變化、電離層變化等。該干擾源的能量頻譜主要集中在30MHz以下,對檢測系統(tǒng)的影響較大。
人為干擾源是檢測系統(tǒng)的主要干擾。主要有:
a)射頻干擾:通信設備、無線電廣播、電視、雷達等通過天線會發(fā)射強烈的電波,高頻感應加熱、高頻焊接等設備也會產(chǎn)生射頻干擾。電磁波在檢測系統(tǒng)的傳輸線上會感應出大小不等的射頻信號,干擾檢測系統(tǒng)的正常工作;
b)工頻干擾:供電設備和輸電線都是典型的工頻干擾源。檢測系統(tǒng)信號線只要有一段與輸電線平行,50Hz交流電就會耦合到信號線上形成干擾;
C)靜電干擾:摩擦產(chǎn)生的靜電作為能源來說是很小的,但是電壓可達數(shù)萬伏。帶有高電位的人接觸檢測系統(tǒng)時,人體上的電荷會向系統(tǒng)放電,急劇的放電電流造成噪聲干擾,會影響檢測系統(tǒng)的正常工作;
d)放電干擾:放電干擾源會向周圍輻射出從低頻到甚高頻的電磁波,而且還會傳播到很遠的距離。它是對檢測系統(tǒng)影響*甚的一種干擾。放電干擾包括電暈放電、火花放電和輝光放電等。如高壓輸電線因絕緣失效會產(chǎn)生間隙脈沖電流,形成電暈放電,它對低頻系統(tǒng)影響較為嚴重。電氣設備觸點處的斷續(xù)電流將引起火花放電,火花放電可以通過直接輻射和電源電路向外傳播,它可以在低頻至甚高頻范圍內(nèi)造成干擾。輝光放電即氣體放電,近來大量使用的熒光燈、霓虹燈也成為一種較嚴重的干擾源。
e)電子開關:電子開關由于通斷的速度極快,使電路中的電壓和電流發(fā)生急劇的變化,形成沖擊脈沖,從而成為干擾源。在一定電路參數(shù)條件下,電子開關的通斷還會帶來相應的阻尼振蕩,從而構成高頻干擾源。如使用可控硅的電壓調(diào)整電路在可控硅的控制下,周期性的通斷形成前沿陡峭的電壓和電流,并使供電電源波形畸變,從而干擾由該電源系統(tǒng)供電的檢測系統(tǒng)。
1.2 內(nèi)部干擾源
a)電源干擾:電源干擾主要是從電源和電源引線侵入系統(tǒng)。當系統(tǒng)與其它經(jīng)常變動的大負載共用電源時,會產(chǎn)生電源噪聲。當使用較長的電源引線來進行傳輸時,所產(chǎn)生的電壓降及感應電勢等也會形成噪聲;
b)固有噪聲干擾:在電路中,電子元件本身產(chǎn)生的、具有隨機性和寬頻帶的噪聲稱為固有噪聲。*主要的固有噪聲源有電阻熱噪聲、半導體散粒噪聲和接觸噪聲。
1)電阻熱噪聲:任何電阻即使不與電源相接,在它的兩端也有一定的噪聲電壓產(chǎn)生,這個噪聲電壓是由于電阻中的電子無規(guī)則的熱運動引起的。電阻兩端的熱噪聲電壓Ut的有效值為:
3)接觸噪聲:接觸噪聲是由兩種元器件之間不完全接觸,從而形成電導率的起伏而引起的。它發(fā)生在兩個導體連接的地方,如開關、繼電器觸點和電位器觸點等。接觸噪聲正比于直流電流的大小,其功率密度正比于頻率的倒數(shù),其大小服從正態(tài)分布。因此在低頻時的接觸噪聲可能是很大的。
c)熱干擾:熱干擾是指溫度波動以及不均勻溫度場對檢測系統(tǒng)的干擾。主要體現(xiàn)在三個方面:1)各種電子元件均有一定的溫度系數(shù),溫度升高,電路參數(shù)會隨之改變;2)電子元件多由不同金屬構成,當它們相互連接成電路時,如果各點溫度不均勻就會產(chǎn)生接觸熱電勢;3)元器件長期在高溫下工作時,將降低使用壽命,降低耐壓等級,甚至燒毀。
內(nèi)部干擾還有信號線相互之間的串擾;多點接地造成的電位差;數(shù)字地和模擬地的影響;相鄰回路之間的耦合等。
在實際工作環(huán)境中,干擾總是客觀存在的。內(nèi)部干擾與系統(tǒng)結構有關,可以通過精心設計,改變結構布局和生產(chǎn)工藝等方法加以抑制。外部干擾是隨機的,針對不同的情況,應采用不同的方法來加以抑制
2 干擾途徑
干擾源通常是通過傳導傳輸和輻射傳輸?shù)男问絺鞑ジ蓴_。傳導傳輸干擾一定在干擾源和**擾對象之間有完整的電路連接,干擾沿著這個通路到達**擾對象。而輻射傳輸干擾是以電磁場輻射的方式進行,各種干擾源通過電場耦合和磁場耦合,到達檢測系統(tǒng),影響檢測系統(tǒng)正常工作。
2.1通過共阻抗耦合
當兩個或兩個以上的電路共同享有或使用一段公共的線路,而這段線路又具有一定的阻抗時,這個阻抗成為兩個線路的共阻抗。**個電路的電流流過這個共阻抗所產(chǎn)生的壓降就成為**個電路的干擾電壓。
例如,在帶有模擬量輸入的數(shù)字裝置中,若模擬信號和數(shù)字信號共地,如圖1所示,則數(shù)字信號的電流就可以通過共阻抗RCM耦合到模擬信號中去.