傳感器檢測的八大抗干擾技術(shù)解析

來源：傳感器技術(shù)

隨著現(xiàn)代科技的進(jìn)步，生產(chǎn)自動化水平也不斷提高。在工業(yè)生產(chǎn)中．廣泛應(yīng)用各種傳感器及自動檢測裝置來監(jiān)視生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)，有的還需要計算機(jī)來控制生產(chǎn)的全 過程，這樣的系統(tǒng)中，一般需要數(shù)百個不同的傳感器將各種不同的非電參量轉(zhuǎn)換成電量，供計算機(jī)處理。

但由于生產(chǎn)現(xiàn)場往往存在大量的電和磁的干擾源，它們叮能 會破壞傳感器、計算機(jī)乃至整個檢測系統(tǒng)的正常工作，因此抗干擾技術(shù)是傳感器檢測系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，對于從事自動檢測工作的人來說，了解抗干擾技術(shù)是非常必要 的。

在電子測量裝置的電路中出現(xiàn)的、無用的信號稱為噪聲，當(dāng)噪聲影響電路正常工作時，該噪聲就稱為干擾。信號傳輸過程中干擾的形成必須具備三項因素，即 干擾源、干擾途徑以及對噪聲敏感性較高的接收電路。因此消除或減弱噪聲干擾的方法可以針對這三項中的其中任意一項采取措施。在傳感器檢測電路中比較常用的 方法，是對干擾途徑及接收電路采取相應(yīng)的措施以消除或減弱噪聲干擾。

下面介紹幾種常用的、行之有效的抗干擾技術(shù)。

1、屏蔽技術(shù)

利用金屬材料制成容器．將需要保護(hù)的電路包在其中，可以有效防止電場或磁場的干擾，此種方法稱為屏蔽。屏蔽又可分為靜電屏蔽、電磁屏蔽和低頻磁屏蔽等。

2、靜電屏蔽

根據(jù)電磁學(xué)原理，置于靜電場中的密閉空心導(dǎo)體內(nèi)部無電場線，其內(nèi)部各點等電位。用這個原理，以銅或鋁等導(dǎo)電性良好的金屬為材料，制作密閉的金屬容器，并與 地線連接，把需要保護(hù)的電路值r其中，使外部干擾電場不影響其內(nèi)部電路，反過來，內(nèi)部電路產(chǎn)生的電場也不會影響外電路。這種方法就稱為靜電屏蔽。例如傳感 囂測量電路中，在電源變壓器的一次側(cè)和二次側(cè)之間插入一個留有縫隙的導(dǎo)體，并把它接地，可以防止兩繞組之問的靜電耦合，這種方法就屬于靜電屏蔽。

3、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(hù)電路免受高頻 電磁場的影響。這種屏蔽法就稱為電磁屏蔽。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(dǎo)電性能良好的低電阻材料，如銅、鋁或鍍銀銅等。

4、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(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)電路免受低頻磁場耦合干擾的影響。這種屏蔽方法一般稱為低頻磁屏蔽。傳感器檢測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，又同時起靜電屏蔽和電磁屏蔽的作用。

基于以上三種常用的屏蔽技術(shù)，因此在干擾比較嚴(yán)重的她方，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際測量時其寄生電容是必須解決的關(guān)鍵問題，否則其傳輸效率、靈敏 度都要變低。必須對傳感器進(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)動電纜技術(shù)。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。

5、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(hù)接地、屏蔽接地和信號接地。保護(hù)接地以安全為目的，傳感器測量裝置的機(jī)殼、底盤等都要接地。要 求接地電阻在10 ?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(yīng)小于0．02 ?。

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(qiáng)，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按地。下面給出這兩種不同的接地處理措施。

6、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(dǎo)線與零電位基準(zhǔn)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(dǎo)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(dāng)?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(yīng)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(gòu)成一個完整的檢測系統(tǒng)，但兩者之問可能相距較遠(yuǎn)。由于工業(yè)現(xiàn)場大地電流十分 復(fù)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(yīng)該采用一點接地方法。

7、多點接地

高頻電路一般建議采用多點接地。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(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，同時加設(shè)旁路電容等減少壓降。因此，這種情況耍采用多點接地方式。

8、濾波技術(shù)

濾波器是抑制交流串模干擾的有效手段之一。傳感器檢測電路中常見的濾波電路有Rc濾波器、交流電源濾波器和真流電源濾波器。

下面介紹這幾種濾波電路的應(yīng)用。

RC濾波器

當(dāng)信號源為熱電偶、應(yīng)變片等信號變化緩慢的傳感器時，利用小體積、低成本的無源Rc濾波器將會對串模干擾有較好的抑制效果。但應(yīng)該一提的是，Rc濾波器是以犧牲系統(tǒng)響應(yīng)速度為代價來減少串模干擾的。

交流電源濾波器

電源網(wǎng)絡(luò)吸收了各種高、低頻噪聲，對此常用Lc濾波器來抑制混入電源的噪聲。

直流電源濾波器

直流電源往往為幾個電路所共用，為了避免通過電源內(nèi)阻造成幾個電路問相互干擾，應(yīng)該在每個電路的直流電源上加上Rc或Lc退耦濾波器，用來濾除低頻噪聲。

光電耦合技術(shù)

光電耦合器是一種電——光——電的耦合器件，它由發(fā)光二極管和光電三極管封裝組成，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以外， 現(xiàn)在被越來越多的用于提高系統(tǒng)的抗共模干擾能力。當(dāng)有驅(qū)動電流流過光藕合器中的發(fā)光二極管，光電三極管受光飽和。其發(fā)射極輸出高電平，從而達(dá)到信號傳輸?shù)?目的。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。

脈沖電路中的嗓聲抑制

若在脈沖電路中存在干擾噪聲?？梢詫⑤斎朊}沖微分后再積分，然后設(shè)置一定幅度的門限電壓，使得小于該門限電壓的信號被濾除。對于模擬信號可以先用A／D轉(zhuǎn)換．再用這種方法濾除噪聲。
我們在使用這些抗干擾技術(shù)時要根據(jù)實際情況迸行選擇。切不可盲目使用，否則不但達(dá)不到抗干擾的目的，可能還會有其他不良影響。

審核編輯黃昊宇