检测系统的抗干扰技术
自动检测系统中的接地抗干扰技术
图 １ 单级 电路的一点接地 ２ 、多级 电路 一点接地
图 ２（）所示 多级 电路 中，利用一 段公用 地 线后 ，再 ａ 点接地 ，它虽然避免 了多点接地可能产生的干扰 ，但是这
段公用地线 上却存 在着 Ａ、Ｂ、Ｃ三点不 同 的对地 电位差 。
免形 成地环路 。现将几种实用接地抗干扰措施介绍如下 。
自动检测系统在工作 的过程 中，不可避免地受 到外部和 内部 的各种因素的干扰，干扰在测试 系统 中是无用 信号 ， 不 但会造成测量误差 ，有 的甚至会引起 系统的紊乱 ，导致测量
系统不能正常工作 。因此在 自动检测装置的设 计、制造 、安 装和使用中必须充分注意抗干扰 问题 ，对系统 实施有效 的干 扰抑制措施。 抑制干扰 的基本措施 中消除干扰源是最有效、最彻底 的 方法 ，但实际上不 少 干扰 源是不 可消 除的 ，但 可抑制 其强
干扰的最常用的、行之有 效的接地抗干扰技 术。
关键词 ：接地 ；抗干扰 ；自动检测 系统
中图分类号 ： Ｐ ７ 文献标识码 ：Ｂ 文章 编号：１０ ９ ２ （０ ６ ０ — ０ ３ ０ Ｔ ２４ ０９ ５ ２ ２ ０ ） ２ ０ ２ — ２
Ｇｒ ｕ ｎ ｃ ｉ ｎ Ｔｅ ｈ ｉ ｕ ｎ Ａｕ ｏ Ｅｘ ｍｉ ａ ｉ ｎ Ｓ ｓｅ ｏ ｎｄ Ｃｏ ｎｅ ｔｏ ｃ ｎ ｑ ｅ ｉ ｔ ａ ｎ ｔｏ ｙ ｔｍ
ＬＩ Ｚ ａ ｐｎ Ｕ ｈ ｏ— ｉｇ
（ｉ ｉ ｇＶ ｃｔ ｎｌ Ｔｅｈ ｉ ｌ ｏ ｅｅ Ｊ ｊ ｎ ｉ ， ｉ ｇ ｉ ｍｖｎｅ ３ ０ ０ Ｊ ｊｎ ｏａｉ ａ ＆ ｃｎｃ ｌｇ ， ｉ ｉ ｇＣｔ Ｊ ｎｘ ｌ ，３２ ０ ） ｕａ ｏ ａＣ ｌ ｕａ ｙ ａ Ｐ ｃ
Ａｂ ｔａ ｔ Ｉ ｒｅ ｉ ｏｖ ） ｓｌｓ ｇ ａｓｉ ｕｏｅ ａ ｎ ｔ ｎｓｓｅ ，ｉ’ ｅｅｓｒ ａ ｅａ ｐｏ ｒ ｓｒ ｃ ： ｎ ｏｄ ｒｔ ｄｓ ｌｅｓｍｅｕ ｅｅｓ ｉｎ ｌ ｎａ ｔ ｘ ｍｉａｉ ｙｔｍ ｔ ｓｎ ｃｓａｙ ｔ ｔｋ ｐ ｒｐ — ｏ ｓ ￣ ｓ ｏ ｏ ｉ
任务十 检测技术与抗干扰技术
图 10-10 共阻抗耦合等效电路
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四
常用的抑制干扰的措施
为了保证测量系统的正常工作，必须削弱和防止干扰 的影响，如消除或抑制干扰源、破坏干扰途径以及消除被 干扰对象(接收电路)对干扰的敏感性等。通过采取各种抗 干扰技术措施，使仪器设备能稳定可靠地工作，从而提高 测量的精确度。 常用的抗干扰技术:接地技术、屏蔽技术 、浮空。
任务十 检测技术与抗干扰技术
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任务要求
熟悉检测技术、测量方法、检测系统的构 成及分类，掌握数据处理的方法 掌握干扰产生的原因、类型、干扰信号的 耦合方式和常用的抑制干扰的措施
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任务十 检测技术与抗干扰技术
1
情境一
检测技术
2
情境二
抗干扰技术
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2. 静电电容耦合
静电电容耦合是由于两个电路之间存在寄生电容， 产生静电效应，使一个电路的电荷变化影响到另一个电 路。
图 10-8 静电电容耦合
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3. 漏电流耦合
由于绝缘不良，流经绝缘电阻R的漏电流IN作用于有关 电路引起的干扰，称为漏电耦合。一般情况下，漏电流耦 合可以用图10-9所示等效电路表示。
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二 干扰的类型
根据干扰产生的原因，通常可分为以下几种类型。 1. 机械干扰 2. 热干扰 3. 光干扰 4. 湿度干扰 5. 化学干扰 6. 电磁干扰
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三
干扰信号的耦合方式
干扰信号进入接收电路或测量装置内的途径，称 为干扰信号的耦合方式。干扰的耦合方式主要有：电 磁耦合、静电电容耦合、漏电流耦合、共阻抗耦合。
传感器中使用的抗干扰技术
传感器中使用的抗干扰技术1.1绕线技术：通过绕线使传感器输出电缆进行电磁屏蔽，减少外部电磁干扰对传感器的影响。
1.2金属屏蔽技术：在传感器的外壳或电路板上添加金属屏蔽层，阻挡外部的电磁干扰。
1.3增加滤波器：在传感器的电路中增加低通、高通或带通滤波器，滤除干扰频率的信号。
1.4增加隔离器：将传感器与被测对象的电路隔离，阻止干扰信号的传播。
1.5引入可变增益放大器：根据不同的工作环境，通过调整放大器的增益，提高传感器的输入信号与干扰信号的动态范围。
2.1数字滤波技术：通过数字信号处理算法，滤除干扰信号，提取有效的测量信号。
2.2校正算法：通过对不同工作环境下的干扰信号的分析和建模，设计相应的校正算法，消除干扰对测量结果的影响。
2.3故障诊断技术：通过对传感器输出信号的监测和分析，检测传感器是否受到干扰或故障，并提供相应的补偿或报警。
2.4信号处理算法：通过对传感器输出信号进行处理，提取有效信息，滤除干扰信号。
2.5信号采样技术：通过合理的采样频率和采样精度，提高传感器对有效信号的采样率，减少干扰信号的干扰。
3.电磁兼容性设计技术3.1地线设计：合理设计传感器的地线布线，减少电磁辐射和电磁感应。
3.2电源线设计：合理设计传感器的电源线布线，减少电磁干扰和电磁感应。
3.3路由规划：合理规划传感器的布线路径，尽量避免与其他电磁源的干扰。
3.4屏蔽灵敏部件：对于传感器中的灵敏部件，如ADC等，使用合适的屏蔽措施，减少电磁干扰。
3.5系统排布：合理布置传感器系统中各个模块的位置和间距，减少它们之间的电磁干扰。
4.地址编码技术4.1使用独特的地址编码：将每个传感器分配一个独一无二的地址，通过地址编码来区分传感器之间的信号。
4.2增加容错机制：在地址编码中增加冗余信息，使得接收端能够校验传输的地址信息是否正确。
4.3时钟同步：通过时钟同步技术，使得传感器能够在相同的时间窗口内发送和接收信号，避免信号混淆和干扰。
测试系统的抗干扰设计
通过互感作用在另一回路引起感应 电动势。因此 ， 信号 源 与仪表 之间 的连接 导线 以及 仪 表 内部 的配 线都 会通过
系统的正常运行 。 关键词 ： 测试 系统 ； 干扰因素 ； 抗干扰 ； 屏蔽 ； 隔离 ； 接地 ： 滤波器
１ 引言
测试 系统一 般都 安 装 在 工业 现 场 ， 之相 连 的 被测 与
是， 如果把信号线扭绞在一起 ， 就能使电场在两信号线上 产生 的电位差 大为减 小 。
对象及待测参数往往遍布整个测试区域， 这些环境一般 都 比较恶劣 ， 干扰源 比较复杂 ， 所有干扰都有可能给测试
一
布各处 ， 并通过电源引线进入各种电子设备造成干扰。 （） ４ 公共 阻抗干扰 。两 个 以上 电路 共有 一部 分阻抗 ， 个 电路 的电流经共 阻抗所 产 生的 电压降就 成为 其它 电
路的干扰 源 。如图 ２所 示 ， 尺ｃ是公 共 阻抗 ， 和 Ｚ 分 Ｚｌ ２ 过辐射或通过电源线给附近的测试系统带来的干扰就是射 别是两个 电路的等效阻抗 ， Ｃ点 电压可 以看作是 ｚ 和 １ 频干扰 ； 电子开关 、 电子管 、 晶闸管等大功率电子开关由于通 尺 对 电源 Ｖ 的分压或者 Ｚ 和 尺 ｃ ２ ｃ对 Ｖ 的分压。若 ｚ ｌ 断速度极快 ， 电流和 电压产生剧变 ， 冲击脉 冲而行 电路 行程 和 ｚ 不相等 ， Ｚ 和 ｚ 将彼此产生干扰 。 ２ 则 １ ２ 成 的干扰就是 电子开关通断干扰 。 此外 ， 有泄 漏 电阻干扰 ， 由绝缘 不 良引起漏 电现 还 即 ３ 测试 系统 干扰 的传 播 途径 象而 引入 的干扰 ； 附加 热 电势和化 学 电势干扰 ， 由于不 即 干扰必 须 通 过 一 定 的传 播 途 径 才 能 影 响 到 测试 系 同金 属产生 的热 电势 以及 金属 腐蚀 等原 因产生 的化学 电 统。 主要包 括 以下几个 方 面 ： 势 ， 于 电回路时会 成 为 干 扰 ； 动 干扰 ， 线 在 磁场 中 处 振 导 （） １静电感应干扰 。如图 １ 所示 ， 导线 １ 的电位会在 运动 时产生 感应 电动 势带 来 的干 扰 ， 在振 动 的环 境 中应 导线 ２上感 应 出对 地 的 电压 。 当把两根 信号线 与动力线 把信号 导线 固定 ； 射 电磁 耦合 干扰 ， 电能频 繁交换 的 辐 在 地方 和高频换 能装 置 周 围存 在着 强 烈 的 电磁 辐射 ， 对 会 系统 产生干扰 电压 。
抗干扰技术
§2.1 干扰的来源和传播途径
2、串模干扰 、串模干扰 串模干扰就是指串联叠加在工作信号上的干扰， 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。 称之为正态干扰、常态干扰、横向干扰等。
常用的干扰抑制技术
屏蔽技术 接地技术 浮置 平衡电路 滤波技术
静电屏蔽 在静电场作用下，导体内部无电力线，即各点等电位。静电屏蔽就是利用了与大地相连 接的导电性良好的金属容器，使其内部的电力线不外传，同时也不使外部的电力线影响其 内部。 静电屏蔽能防止静电场的影响，用它可以消除或削弱两电路之间由于寄生分布电容耦合 而产生的干扰。 在电源变压器的一次、二次侧绕组之间插入一个梳齿形薄铜皮并将它接地，以此来防止 两绕组间的静电耦合，就是静电屏蔽的范例。 电磁屏蔽 电磁屏蔽是采用导电良好的金属材料做成屏蔽层，利用高频干扰电磁场在屏蔽体，内产 生涡流，再利用涡流消耗高频干扰磁场的能量，从而削弱高频电磁场的影响。 若将电磁屏蔽层接地，则同时兼有静电屏蔽的作用。也就是说，用导电良好的金属材料 做成的接地电磁屏蔽层，同时起到电磁屏蔽和静电屏蔽两种作用 低频磁屏蔽 在低频磁场干扰下，采用高导磁材料作屏蔽层以便将干扰磁力线限制在磁阻很小的磁屏 蔽体内部，防止其干扰作用。 通常采用坡莫合金之类的对低频磁通有高导磁系数的材料。同时要有一定的厚度，以减少 磁阻。
N N
§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。 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， 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、 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。 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。 布电容提供的电抗通道穿行，对系统形成干扰。
常用的干扰抑制技术
Rs1 RL
Us
a)
Rs1
RL
Us
b)
1.5 滤波
滤波器是一种只允许某频带信号通过或只阻止某 一频带信号通过的电路，是抑制噪声干扰最有效的手 段之一。下面分别介绍在检测设备中的各种滤波器。
1. 交流电源进线对称滤波器
任何使用交流电源的检测装置，噪声经电源线传 导耦合到测量电路中去，对检测装置工作造成干扰是 最明显的。为了抑制这种噪声干扰，在交流电源进线 端子间加装滤波器，后面的图a为线间电压滤波器、图 b为线间电压和对地电压滤波器、图c为简化的线间电 压和对地电压滤波器。这种高频干扰电压对称滤波器， 对于抑制中波段的高频噪声干扰是很有效的。
信号电路一点接地是消除因公共阻抗耦合 干扰的一种重要方法。
如 下 图 a 所 示 的 测 量 系 统 。 当 Un=100mV，Rn=0.01Ω， Rs=500Ω，Rc1=Rc2=1KΩRi=10KΩ时，代入公式
通 过 计 算 ， 则 放 大 器 输 UN
Ri
Ri R c1 Rs
R c2 R c2 R n
在一个不平衡系统中，电路的信号传输部分可
用两个变压器得到平衡，其原理如上图所示。下图 a表示原不平衡系统，b表示接变压器后构成的平衡 传输系统。因为长导线最容易检拾噪声；所以这种 方法在噪声抑制上是很有用的。同时，变压器还能 断开任何地环路，因此消除了负载与信号源之间由 于地电位差所造成的噪声干扰。
层D之间有寄生电容Cs2存在，但是，因B与D是等电位，
故此寄生 电容也不起作用。
Cs1 A
Cs2
D
B
因此，驱动屏蔽
能有效地抑制通
En
Zi
过寄生电容的
R
耦合测装置电路接地是为了如下目的：安全；对信 号电压有一个基准电位；静电屏蔽的需要。在这里主 要研究用接地技术来抑制噪声干扰。
检测系统的抗干扰技术
• 引言 • 检测系统干扰来源 • 抗干扰技术分类 • 抗干扰技术在检测系统中的应用 • 抗干扰技术的发展趋势和未来展望
01
引言
背景介绍
检测系统在工业生产、医疗诊断、环 境监测等领域广泛应用，但在复杂的 环境中，检测系统容易受到各种干扰 的性能要 求越来越高，抗干扰技术成为保障检 测系统稳定运行的关键因素。
抗干扰技术的重要性
在复杂的环境中，抗干扰技术能 够提高检测系统的稳定性和可靠 性，保证测量结果的准确性和可
靠性。
抗干扰技术能够提高检测系统的 适应性和应用范围，使其在各种
恶劣环境下仍能正常工作。
抗干扰技术能够提高检测系统的 安全性和可靠性，避免因干扰引 起的误操作或故障对生产和生活
造成影响。
02
常见的抗干扰措施包括：电磁屏蔽、 滤波技术、接地技术、软件抗干扰等。
智能家居系统的抗干扰策略
智能家居系统的抗干扰策略主要是为了 保证家居设备的正常运行和数据传输的
稳定性。
常见的抗干扰策略包括：信号线屏蔽、 滤波技术、软件抗干扰等。
这些技术的应用能够有效地抑制外界电 磁噪声和电气噪声对智能家居系统的影 响，提高系统的稳定性和可靠性，提供
常见的抗干扰设计方法包括：信号线屏蔽、接地技术、滤波技术、隔离技术等。
这些技术的应用能够有效地抑制电磁干扰、电气噪声等对检测系统的影响，提高检 测系统的可靠性和稳定性。
医疗设备的抗干扰措施
医疗设备的抗干扰措施主要是为了保 证设备的正常运行和检测结果的准确 性。
这些技术的应用能够有效地抑制外界 电磁噪声和电气噪声对医疗设备的影 响，提高设备的稳定性和可靠性，保 障患者的安全。
扰。
通过增加系统的冗余量， 提高系统的容错能力， 降低因干扰导致的错误。
第七章检测系统抗干扰技术-PPT
7.2 干扰的引入
7.2.1 串模干扰
串模干扰的等效电路如图6.1所示。其中，Us
为输入信号，Un为干扰信号。抗串模干扰能力用
串模抑制比来表示：
SMR 20 lg U cm Un
(6.3)
检测
式中：Ucm为串模
干扰源的电压峰值；
系统
Un Us
Un为串模干扰 图6.1 串模干扰等效电路
引起的误差电压。
10
7.1 干扰的分类
电源干扰 对于电子、电气设备来说，电源干扰是较为
普遍的问题。在计算机检测系统的实际应用中， 大多数是采用是由工业用电网络供电。工业系 统中的某些大设备的启动、停机等，都可能引 起电源的过压、欠压、浪涌、下陷及尖峰等， 这些也是要加以重视的干扰因素。同时，这些 电压噪声均通过电源的内阻，耦合到系统内部 的电路，从而对系统造成极大的危害。
7.3.2 接地的类型 检测系统的接地主要有二种类型：
保护接地： 保护接地是为了避免因设备的绝缘损坏或性
能下降时，系统操作人员遭受触电危险和保证系 统安全而采取的安全措施。 工作接地：
工作接地是为了保证系统稳定可靠地运行， 防止地环路引起干扰而采取的防干扰措施。
30
7.3 干扰的抑制方法
一点接地和多点接地
一般来说，系统内印制电路板接地的基本原则
是高频电路应就近多点接地，低频电路应一点接地。
因为在低频电路中，布线和元件间的电感并不是大
问题，而公共阻抗耦合干扰的影响较大，因此，常
以一点为接地点。高频电路中各地线电路形成的环
路会产生电感耦合，增加了地线阻抗，同时各地线
之间也会产生电感耦合。在高频、甚高频时，尤其
双输入线中感应产生的干扰电动势E1及E2也 具有相似的性质。即当E1＝E2时，产生共模 干扰；当E1≠E2时，既产生共模干扰又产生差 模干扰电动势En＝E1－E2。
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检测系统的抗干扰技术
1、抑制电感性耦合干扰可以采用静电屏蔽方法。
（* ）
2、可以采用电场屏蔽的方法来抑制电容性耦合。
（√）
3、消除差模干扰和共模干扰的方法分别有哪些？
答：消除共模干扰的方法:1）浮置；2）隔离；3）平衡传输
消除差模干扰的方法：
1）信号传输线最多一端接大地；
2）屏蔽信号传输线；
3）采用双绞线传输；4）进行信号转换
4、当一个直流电源对几个电路同时供电时，为避免几个电路之间互相干扰，应在每个电路的直流电源进线与地线之间加装RC（ A ）滤波器。
A.低通
B.高通
C.带通
D.带阻
5、差模干扰是指相对于公共的（参考接地点），在接收电路的两个输入端上同时出现的干扰。
（×）
6、常用的传感器如下所示：
电阻应变片磁敏电阻霍尔元件气敏传感器
湿敏传感器光电耦合器压电传感器电容传感器
热敏电阻 CCD电荷耦合器压阻式传感器光纤传感器
磁电传感器光电二极管差动变压器热释电器件
磁敏晶体管电涡流传感器光电池超声波传感器
热电偶红外传感器色敏传感器
请认真分析回答下列问题：
1）、选出至少3种可以进行位移测量的传感器？
2）、选出至少3种可以完成温度测量的传感器？
3）、选出至少2种可以进行振动（或加速度）测量的传感器？
答：
1）可以进行位移测量的传感器有霍尔元件、差动变压器、电阻传感器；
2）可以完成温度测量的有热电偶、热敏电阻；热释电；
3）进行振动（或加速度）测量的传感器磁电传感器、压电传感器；
****************************************************************************
衡量噪声对有用信号的影响常用信噪比（S/N）来表示，它是指在信号通道中，有用信号功率PS与噪声功率PN 之比，或有用信号电压US与噪声电压UN 之比。
信噪比常用对数形式来表示，单位为dB，即
S/N=10lg（PS / PN ）=20lg（US / UN ）（dB）
在测量过程中应尽量提高信噪比，以减少噪声对测量结果的影响。
信噪比（S/N）的计算举例;
在扩音机输入端测得：话筒输出的做报告者声音的平均电压为50mV，50Hz干扰“嗡嗡”声的电压为0.5mV，求信噪比。
解S/N=20lg（50/0.5）dB =40 dB
从叠加的方式来分，干扰有差模和共模干扰两种。
1.差模干扰:
差模干扰又称串模干扰、常态干扰，横向干扰，是指干扰电压与有效信号串联叠加后作用到检测装置（接收电路）的输入端。
差模干扰通常来自高压输电线，与信号平等铺设的电源线及大电流控制线所产生的空间电磁场。
消除方法：
可用低通输入滤波器滤除交流干扰。
应尽可能早地对被测信号进行前置放大，以提高回路中的信噪比。
信号线应选用带屏蔽层的双绞线或电缆线，并有良好的接地系统。
采用电流交流传输
采用数字量传输。
2.共模干扰
共模干扰：又称纵向干扰，对地干扰，共态干扰。
是指检测装置两个输入端对地共有的干扰电压，这种干扰可以是直流电压，也可以是交流电压，其幅值可达几伏甚至更高。
造成共模干扰的主要原因，是被测信号的参考接地点和检测装置输入信号的参考接地点不同。
因此就会产生一定的电压
3、共模抑制比
共模干扰对检测装置的影响大小直接取决于共模干扰转换成差模干扰的大小。
为了衡量检测对共模干扰的抑制能力，引入共模抑制比概念。
定义：作用于检测系统的共模干扰信号与使该系统产生同样输出所需的差模信号的比值。
抑制方法
采用双端输入的差分放大器作仪表输入通道前置放大（平衡输入）。
采用变压器或光耦把各种模拟负载与数字信号隔离开来，也就是共模地与数字地断开。
被测信号通过变压器或者光耦获得通路，而共模干扰因为不成回路而得到有效抑制（隔离）。
还可采用浮地输入双层屏蔽放大器来抑制共模干扰，这是利用屏蔽方法使输入信号模拟地浮空，从而达到抑制共模干扰的目的（浮置）。
nm cm V V CMRR lg 20=VM VC A A CMRR lg 20=。