数据处理与抗干扰技术

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干扰源的频率越高，静电耦合的干扰越强。
§2.1 干扰的来源和传播途径
2、电磁耦合 电磁耦合是指在空间磁场中电路之间的互感耦合。 因为任何载流导体都会在周围的空间产生磁场，而交变 磁场又会在周围的闭合电路中产生感应电势，所以这种 电磁耦合总是存在的，只是程度强弱不同而已。
§2.1 干扰的来源和传播途径 二、 干扰的作用途径
1、静电耦合 干扰信号通过分布电容进行传递称为静电耦合。系 统内部各导线之间，印刷线路板的各线条之间，变压器 线匝之间的绕组之间以及元件之间、元件与导线之间都 存在着分布电容。具有一定频率的干扰信号通过这些分 布电容提供的电抗通道穿行，对系统形成干扰。
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§2.1 干扰的来源和传播途径
当放大器为双端输入时，共模电压Vc引入放大器输 入端的串模干扰电压为 Vn2 = Ic1Zs1 – Ic2Zs2 = VcZs1 / (Zs1+Zr1) – VcZs2 / (Zs2+Zr2) Zs1 、 Zs2为信号源内阻； Zc1 、 Zc2 为放大器输入端对 地的漏阻抗； Zc1 >> Zs1 Zc2>> Zs2 因此， Vn2 ≈ Vc( Zs1 / Zc1 –Zs2 / Zc2 ) 当 Zs1 / Zc1 = Zs2 / Zc2时 Vn2 ＝ 0
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（3）其发光二极管只有通过一定的电流时才能发光，从 而有效的抑制干扰信号。
§2.2 模拟量输入通道抗干扰技术
3、浮地屏蔽
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目标：抑制共模干扰
E cm
Ecm
双层屏蔽原理图
§2.2 模拟量输入通道抗干扰技术
如果数字量和工程量成线性关系，则可按下 式转换：
N X N0 AM A0 A0 AX N M N0
§1.2 标度变换
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§1.3 线性化处理
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计算机从工程输入通道得到的现场信号与该信号所 代表的对应的物理量之间不一定是线性关系，经常存在 着非线性关系。 例如在温度测量中，常用的Pt100铂电阻，其适用范 围为－200℃—850℃，根据IEC标准751-1983规定， Pt100铂电阻的阻值与温度的关系为
§2.1 干扰的来源和传播途径
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2、共模干扰 共模干扰是在信号输入端接地点与计算机系统接地点 存在不等电压引起的干扰，也称为共态干扰、对地干扰、 纵向干扰、同向干扰等。 ▲共模电压：在现场地与计算机系统地之间由于不等 电位产生的电位差Ecm。 ▲共模干扰：由于Ecm的存在，导致系统信号输入端 产生的等效差模干扰电压Esr。
§2.1 干扰的来源和传播途径 （3）共模抑制比
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Ecm CMRR 20 lg Esr
(dB)
即作用于系统的共模电压Ecm与其作用下转换为 系统信号输入端的等效差模干扰电压Esr之比，反映 了系统对共模干扰的抑制能力。 Esr：当输入信号为零时，因存在Ecm导致在系统信号 输入端产生的等效差模干扰电压。
第六章 数据处理与抗干扰技术
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§1 数据处理技术 §2 抗干扰技术 要点总结
第一节 数据处理技术
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考虑：送入计算机的数据是A/D转换结果，计算机 如何进行数据的显示和控制呢？
§1.1 数字滤波技术 §1.2 标度变换 §1.3 线性化处理
§1.1 数字滤波技术 2、中值滤波方法
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这种滤波法是将被测参数连续采样 N 次 ( 一般 N 取奇 数 )，然后把采样值按大小顺序排列，再取中间值作为本 次的采样值。消除脉冲性质的干扰。 作用：可以抑制尖脉冲干扰。
3、算术平均滤波
1 n Y n xi n i 1
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§2.1 干扰的来源和传播途径
三、 干扰的作用形式
各种干扰信号通过不同的耦合方式进入系统后，按照对系统的 作用形式又可分为共模干扰和串模干扰。
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1、串模干扰
串模干扰就是指串联叠加在工作信号上的干扰，也称之为正态干 扰、常态干扰、横向干扰等。
5、滑动平均滤波
算术平均滤波的一种改进。算术平均滤波：采样N 次计算一次数据；滑动平均滤波：N个数据组成队列， 每采样一次，丢掉队首的一个数据，并计算滤波输出。 加权滑动平均平均滤波（略）
§1.1 数字滤波技术 6、 程序判断滤波方法
（1）限速滤波
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§1.1 数字滤波技术 1、 一阶滞后滤波（惯性滤波方法）
低通滤波器
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U(s)
R
1 G(s) 1 Tf s
C X(s)
T f RC
x(k ) x(k 1) Tf x(k ) u (k ) T
令
Tf Tf T
x ( k ) (1 )u ( k ) x ( k 1)
n 12 液位： n 4
流量：
作用：适用于信号本身在某一数值上下波动的情况。
§1.1 数字滤波技术 4、加权平均滤波
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Y n Ci xi
i 0
n 1
C
i 0
n 1
i
1
作用：算术平均滤波的一种改进，可通过权重不同增 加新采样值在平均值中的比重。
F K P
式中K是流量系数，也是非线性关系。 针对上述非线性参数需要进行线性化处理。
§1.3 线性化处理 一、根据数学方程式处理
当非线性关系可以用数学方程式表示时，可以用相 应的计算方法处理。如：流量测量中，其流量与差压的 公式为：
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G K P
§2.1 干扰的来源和传播途径
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计算等效差模电压Esr时，现场地为零电位。
§2.1 干扰的来源和传播途径
共模电压对放大器的影响，实际上是转换成串模干 扰的形式而加入到放大器的输入端。 当信号为单端输入时，共模电压Vc引入放大器输入 端的串模干扰电压为 Vn1 = IcZs = VcZs / (Zs+Zr) Zs 为信号源内阻； Zr 为放大器输入阻抗； Zr >> Zs 因此， Vn1 ≈ VcZs / Zr
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§2.1 干扰的来源和传播途径
3、公共阻抗耦合 公共阻抗耦合是指多个电路的电流流经同一公共阻 抗时所产生的相互影响。例如系统中往往是多个电路共 用一个电源，各电路的电流都流经电源内阻和线路电 阻，成为各电路的公共阻抗。每一个电路的电流在公共 阻抗上造成的压降都将成为其它电路的干扰信号。
Yn Yn 1 y 取Yn
（2）限幅滤波
Yn Yn 1 y
取Yn 1
y (n) YH y (n) YL
取YH 取YL
§1.1 数字滤波技术 7、 复合数字滤波
复合滤波就是把两种以上的滤波方法结合起 来使用。例如把中值滤波的思想与算术平均的方 法结合起来，就是一种常用的复合滤波法。具体 方法是首先将采样值按大小排队，去掉最大和最 小的，然后再把剩下的取平均值。这样显然比单 纯的平均值滤波的效果要好。
测量流量时的标度变换公式为：
K N x K N0 G x G0 G m G0 K N m K N 0
§1.3 线性化处理
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非线性补偿的三种方法：
1. 公式计算法（可以用解析式明确表示的非线性函数关系） 2. 查表法 3. 线性插值法
y i 1 y i y yi ( x xi ) xi 1 xi
第二节 抗干扰技术
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§2.1 干扰的来源和传播途径 §2.2 模入通道抗干扰技术 §2.3 开入通道抗干扰技术 §2.4 接地技术
§2.1 干扰的来源和传播途径 一、 干扰的来源
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微机控制系统所受到的干扰源分为外部干扰和内部 干扰。 1、 外部干扰 外部干扰的主要来源有：电源电网的波动、大型用 电设备(如天车、电炉、大电机、电焊机等)的启停、 高压设备和电磁开关的电磁辐射、传输电缆的共模干 扰等。 2、 内部干扰 内部干扰主要有：分布电容或分布电感产生的干扰、 多点接地造成的电位差给系统带来的影响等。
§2.1 干扰的来源和传播途径 （3）串模抑制比
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系统对差模干扰的抑制能力，以差模抑制比NMRR表 示，即差模干扰电压Enm与由其引起的折算到系统输入端 的偏移电压△Ui之比的分贝值：
Enm NMRR 20 lg Ui
(dB )
信号输入端：Ui＝Us+△Ui △Ui：Enm引起，折算到信号输入端产 生的偏移量。
பைடு நூலகம்
§2.1 干扰的来源和传播途径