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检测系统干扰的综合分析

 

摘要:阐述了检测系统的各种干扰及干扰形成的原因;详细分析了干扰的传导途径;指出了抑制干扰的三方面措施,以便于有效抑制干扰,提高检测系统的抗干扰能力。

 随着科学技术的发展和生产力水平的不断提高,检测系统已经广泛应用到科学研究和生产实践的各个领域。由于检{贝4现场存在干扰,尤其是工业现场的环境比较恶劣,电磁干扰严重,直接影响了检测系统的稳定性和测量精度,严重时可使检测系统不能正常工作。为了提高检测系统的电磁兼容能力,即系统在规定的电磁干扰环境中能稳定可靠地工作,而且也不向处于同一环境中的其他设备释放超过允许规定的电磁干扰,从系统的设计、制造、使用等各个方面都必须周密考虑和解决干扰问题。所以对干扰的研究、分析和解决是检测技术中的一个重要课题。
   
干扰的形成必须同时具备三个要素,即干扰源、干扰途径以及对干扰敏感性较高的接受器。由干扰源发出的干扰信号,经过干扰途径到达敏感接受器上,构成整个系统的干扰。
1
干扰源
   
干扰源有的来自检测系统外部,称为外部干扰源;有的来自检测系统内部,称为内部干扰源。
1
.1 外部干扰源
   
外部干扰源分为两大类:自然界干扰源和人为干扰源。
   
自然界干扰源包括地球外层间宇宙射电、太阳黑子的电磁辐射以及雷电、大气层的电场变化、电离层变化等。该干扰源的能量频谱主要集中在30MHz以下,对检测系统的影响较大。
   
人为干扰源是检测系统的主要干扰。主要有:
   a)
射频干扰:通信设备、无线电广播、电视、雷达等通过天线会发射强烈的电波,高频感应加热、高频焊接等设备也会产生射频干扰。电磁波在检测系统的传输线上会感应出大小不等的射频信号,干扰检测系统的正常工作;
   b)
工频干扰:供电设备和输电线都是典型的工频干扰源。检测系统信号线只要有一段与输电线平行,50Hz交流电就会耦合到信号线上形成干扰;
   C)
静电干扰:摩擦产生的静电作为能源来说是很小的,但是电压可达数万伏。带有高电位的人接触检测系统时,人体上的电荷会向系统放电,急剧的放电电流造成噪声干扰,会影响检测系统的正常工作;
   d)
放电干扰:放电干扰源会向周围辐射出从低频到甚高频的电磁波,而且还会传播到很远的距离。它是对检测系统影响*甚的一种干扰。放电干扰包括电晕放电、火花放电和辉光放电等。如高压输电线因绝缘失效会产生间隙脉冲电流,形成电晕放电,它对低频系统影响较为严重。电气设备触点处的断续电流将引起火花放电,火花放电可以通过直接辐射和电源电路向外传播,它可以在低频至甚高频范围内造成干扰。辉光放电即气体放电,近来大量使用的荧光灯、霓虹灯也成为一种较严重的干扰源。
   e)
电子开关:电子开关由于通断的速度极快,使电路中的电压和电流发生急剧的变化,形成冲击脉冲,从而成为干扰源。在一定电路参数条件下,电子开关的通断还会带来相应的阻尼振荡,从而构成高频干扰源。如使用可控硅的电压调整电路在可控硅的控制下,周期性的通断形成前沿陡峭的电压和电流,并使供电电源波形畸变,从而干扰由该电源系统供电的检测系统。
1
.2 内部干扰源
   a)
电源干扰:电源干扰主要是从电源和电源引线侵入系统。当系统与其它经常变动的大负载共用电源时,会产生电源噪声。当使用较长的电源引线来进行传输时,所产生的电压降及感应电势等也会形成噪声;
   b)
固有噪声干扰:在电路中,电子元件本身产生的、具有随机性和宽频带的噪声称为固有噪声。*主要的固有噪声源有电阻热噪声、半导体散粒噪声和接触噪声。
   1)
电阻热噪声:任何电阻即使不与电源相接,在它的两端也有一定的噪声电压产生,这个噪声电压是由于电阻中的电子无规则的热运动引起的。电阻两端的热噪声电压Ut的有效值为:

 

    3)接触噪声:接触噪声是由两种元器件之间不完全接触,从而形成电导率的起伏而引起的。它发生在两个导体连接的地方,如开关、继电器触点和电位器触点等。接触噪声正比于直流电流的大小,其功率密度正比于频率的倒数,其大小服从正态分布。因此在低频时的接触噪声可能是很大的。
   c)
热干扰:热干扰是指温度波动以及不均匀温度场对检测系统的干扰。主要体现在三个方面:1)各种电子元件均有一定的温度系数,温度升高,电路参数会随之改变;2)电子元件多由不同金属构成,当它们相互连接成电路时,如果各点温度不均匀就会产生接触热电势;3)元器件长期在高温下工作时,将降低使用寿命,降低耐压等级,甚至烧毁。
   
内部干扰还有信号线相互之间的串扰;多点接地造成的电位差;数字地和模拟地的影响;相邻回路之间的耦合等。
   
在实际工作环境中,干扰总是客观存在的。内部干扰与系统结构有关,可以通过精心设计,改变结构布局和生产工艺等方法加以抑制。外部干扰是随机的,针对不同的情况,应采用不同的方法来加以抑制


2
干扰途径
   
干扰源通常是通过传导传输和辐射传输的形式传播干扰。传导传输干扰一定在干扰源和**扰对象之间有完整的电路连接,干扰沿着这个通路到达**扰对象。而辐射传输干扰是以电磁场辐射的方式进行,各种干扰源通过电场耦合和磁场耦合,到达检测系统,影响检测系统正常工作。
2
.1通过共阻抗耦合
   
当两个或两个以上的电路共同享有或使用一段公共的线路,而这段线路又具有一定的阻抗时,这个阻抗成为两个线路的共阻抗。**个电路的电流流过这个共阻抗所产生的压降就成为**个电路的干扰电压。
   
例如,在带有模拟量输入的数字装置中,若模拟信号和数字信号共地,如图1所示,则数字信号的电流就可以通过共阻抗RCM耦合到模拟信号中去.

 

 

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