测试系统的抗干扰技术
测试系统的抗干扰技术
、干扰源 测量过程中,除待测量信号外,各种不可见的、随机 的信号可能出现在测量系统中。这些信号与有用信号叠加 在一起,严重扭曲测量结果。 湿 射 械/热光度化电线 机 千/于/变学磁辐 扰/扰扰/化千|千射 干扰扰干 扰 扰 测量系统
测量过程中，除待测量信号外，各种不可见的、随机 的信号可能出现在测量系统中。这些信号与有用信号叠加 在一起，严重扭曲测量结果。 测量系统 射 线 辐 射 干 扰 电 磁 干 扰 机 械 干 扰 热 干 扰 光 干 扰 湿 度 变 化 干 扰 化 学 干 扰 一、干扰源
1、机械干扰 是由于机械振动或冲击,使检测装置中的元件发生振动、 变形,使连接线发生位移,使指针发生抖动。 声波的干扰类似于机械振动,从效果上看,也可以列入 这一类。 抗机械干扰主要采用减震措施,如减震弹簧、减震橡皮 垫等。 2、热干扰: 工作时,检测系统产生的热量所引起温度波动和环境温 度的变化等引起检测电路元器件参数发生变化,或产生附 加的热电动势等。 抗热干扰主要采用: )采用热屏蔽,如将关键元器件用导热良好的金属屏 蔽罩包围起来。 2)采用恒温措施,如将基准稳压管(与精度密切相关 的器件)置于恒温槽中
1、机械干扰: 是由于机械振动或冲击，使检测装置中的元件发生振动、 变形，使连接线发生位移，使指针发生抖动。 声波的干扰类似于机械振动，从效果上看，也可以列入 这一类。 抗机械干扰主要采用减震措施，如减震弹簧、减震橡皮 垫等。 2、热干扰: 工作时，检测系统产生的热量所引起温度波动和环境温 度的变化等引起检测电路元器件参数发生变化，或产生附 加的热电动势等。 抗热干扰主要采用： 1）采用热屏蔽，如将关键元器件用导热良好的金属屏 蔽罩包围起来。 2）采用恒温措施，如将基准稳压管（与精度密切相关 的器件）置于恒温槽中
3)电路采用对称平衡结构,如差动放大电路、桥式电路等。 4)采用温度补偿元件,如温补电阻 3、光干扰 检测系统广泛采用半导体元器件,半导体材料在光线的 作用下会激发出电子空穴对,使半导体元器件产生电势或 引起阻值的变化。 抗光干扰主要采用光屏蔽,如将对光敏感的半导体元器 件用不透光的屏蔽罩包围起来。 4、湿度变化干扰: 湿度增加会使元件的绝缘电阻下降,漏电流增加,高值 电阻阻值下降,电介质的介电常数增加,吸潮的线圈骨架 膨胀等等。 抗湿度干扰主要采用密封防潮措施,如将电气元件印刷 电路板浸漆、环氧树脂封灌和硅橡胶封灌等
3）电路采用对称平衡结构，如差动放大电路、桥式电路等。 4）采用温度补偿元件，如温补电阻。 3、光干扰: 检测系统广泛采用半导体元器件，半导体材料在光线的 作用下会激发出电子空穴对，使半导体元器件产生电势或 引起阻值的变化。 抗光干扰主要采用光屏蔽，如将对光敏感的半导体元器 件用不透光的屏蔽罩包围起来。 4、湿度变化干扰: 湿度增加会使元件的绝缘电阻下降，漏电流增加，高值 电阻阻值下降，电介质的介电常数增加，吸潮的线圈骨架 膨胀等等。 抗湿度干扰主要采用密封防潮措施，如将电气元件印刷 电路板浸漆、环氧树脂封灌和硅橡胶封灌等
5、化学干扰 如酸碱盐及腐蚀性气体会通过化学腐蚀作用损坏检测位 抗化学干扰主要采用良好的密封和注意清洁。 6、电磁干扰: 电和磁可以通过电路和磁路对检测系统产生干扰作用。 电场和磁场的变化也会在有关电路中感应出干扰电压。 电磁干扰对于检测系统来说是最为普遍和影响最严重的 干扰。有关抑制电磁干扰的方法下面将进一步讨论。 7、射线辐射干扰: 射线会使气体电离,半导体激发电子空穴对和金属逸出 电子等。 因此,用于原子能、核装置等领域的检测系统尤其要注 意射线辐射干扰
5、化学干扰: 如酸碱盐及腐蚀性气体会通过化学腐蚀作用损坏检测位 置。 抗化学干扰主要采用良好的密封和注意清洁。 6、电磁干扰: 电和磁可以通过电路和磁路对检测系统产生干扰作用。 电场和磁场的变化也会在有关电路中感应出干扰电压。 电磁干扰对于检测系统来说是最为普遍和影响最严重的 干扰。有关抑制电磁干扰的方法下面将进一步讨论。 7、射线辐射干扰: 射线会使气体电离，半导体激发电子空穴对和金属逸出 电子等。 因此，用于原子能、核装置等领域的检测系统尤其要注 意射线辐射干扰
二、干扰途径 1.噪声: 各种干扰在检测系统的输出端往往反映为一些与检测量 无关的信号,这些无用的信号称为噪声。 2.干扰途径: 噪声通过一定的途径侵入检测装置才会对测量结果造成 影响。干扰的途径有“路”和“场”两种形式。 凡噪声通过电路的形式作用于被干扰对象的,都属于 路”干扰。如通过漏电流引入的干扰。 凡噪声通过电场、磁场的形式作用于被干扰对象的,都 属于“场”干扰。如通过分布电容、分布电感引入的干扰
二、干扰途径 1.噪声： 各种干扰在检测系统的输出端往往反映为一些与检测量 无关的信号，这些无用的信号称为噪声。 2.干扰途径： 噪声通过一定的途径侵入检测装置才会对测量结果造成 影响。干扰的途径有“路”和“场”两种形式。 凡噪声通过电路的形式作用于被干扰对象的，都属于 “路” 干扰。如通过漏电流引入的干扰。 凡噪声通过电场、磁场的形式作用于被干扰对象的，都 属于“场”干扰。如通过分布电容、分布电感引入的干扰
1)“路”干扰: (1)漏电流耦合形成的干扰: 是由于绝缘不良,电流经绝缘电阻的漏电流所引 起的干扰,如图。 Ra+zi 其中: E 干扰电压 干扰电路的输入阻抗 R-漏电阻 E,-噪声电势
1) “路” 干扰： （1） 漏电流耦合形成的干扰： 是由于绝缘不良，电流经绝缘电阻的漏电流所引 起的干扰，如图。 En Ra Zi UN 噪声电势 漏电阻 干扰电路的输入阻抗 干扰电压 其中： − − − − + = n a i N n a i i N E R Z U E R Z Z U
漏电流耦合形成的干扰经常发生在下列情况: #当用传感器测量较高的直流电压时。 #在传感器附近有较高的直流电压源时。 #在高输入阻抗的直流放大电路中 如图,设直流放大电路的输入阻抗Z=1082,En=15V,R=101092 由 UN R+Z 可得 10 E 15=0.149 R+2 1010+10 U①UN
漏电流耦合形成的干扰经常发生在下列情况： # 当用传感器测量较高的直流电压时。 # 在传感器附近有较高的直流电压源时。 # 在高输入阻抗的直流放大电路中。 如图，设直流放大电路的输入阻抗 Zi=108Ω，En=15V , Ra=1010Ω E V R Z Z U E R Z Z U n a i i N n a i i N 15 0.149 10 10 10 1 0 8 8 = + = + = + 由 = 可 得 En Ra Ui UN Zi Uo
(2)传导耦合形成的干扰: 噪声经导线耦合到电路中去是最明显的干扰现象。 当导线经过有噪声的环境时,即拾取噪声,并经导 线传送到电路而造成干扰。如经电源线引入的噪声。 一电源线
噪声经导线耦合到电路中去是最明显的干扰现象。 当导线经过有噪声的环境时，即拾取噪声，并经导 线传送到电路而造成干扰。如经电源线引入的噪声。 E Ui Zi Uo + 电源线 （2）传导耦合形成的干扰：
(3)共阻抗耦合形成的干扰: 共阻抗耦合是由于两个电路共有的阻抗,当一个电路张有电流流 过时,通过共有的阻抗便在另一个电路上产生干扰电压。如几个电路 由同一个电源供电时,会通过电源內阻互相干扰,在放大器中,各级 放大器通过接地线电阻互相干扰。 如图,为共阻抗耦合等效电路。图中:z两个电路共有的阻抗, 噪声电流源,U被干扰电路感应的电压。 可见:消除干扰的核心是 消除几个电路之间的垌阻抗-zc
共阻抗耦合是由于两个电路共有的阻抗，当一个电路张有电流流 过时，通过共有的阻抗便在另一个电路上产生干扰电压。如几个电路 由同一个电源供电时，会通过电源内阻互相干扰，在放大器中，各级 放大器通过接地线电阻互相干扰。 如图，为共阻抗耦合等效电路。图中：ZC- 两个电路共有的阻抗， In-噪声电流源, UN-被干扰电路感应的电压。 消除几个电路之间的共同阻抗 。 可见：消除干扰的核心是 C N n C Z U I Z − = （3）共阻抗耦合形成的干扰： In Zi ZC UN