抑制工频干扰的一种软件方法
浅析计算机自动测试系统的电磁干扰与抑制方法
器 相连 的前 置 电路 必须 与 传 感器 相 适 应 ，即输 入 阻抗 要 足 够大 ， 并 基 于计 算 机 数 据 采 集 与信 号 处 理 的 测 试 技 术 是 当今 测试 领域 选 用 低 噪声 器件 。 的主流技术 ， 以计算机为中心 、 传感器 、 数据 采集卡 、 信号放大与调 ２ ． ２ ． ２抗差模干扰措施 ：一是合理设计传感器结构并采用完全 理模块为外设 、 基 于 图形 编程 语 言 的 虚 拟 仪 器 （ Ｖ ｉ ｒ ｔ ｕ ａ ｌ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｍ ｅ ｎ ｔ ） 屏蔽措施 ， 防止外界干扰进入和 内部寄生耦合 干扰 ； 二是信号传输 测 试 软件 为 核 心搭 建 的测 试 平 台 ， 是 自动 测试 系统 的标 准 配置 。在 采取 抗 干扰 措施 ， 如用 双 绞线 、 屏 蔽 电缆 、 信 号线 滤 波等 。 这个体系 中， 要求采集硬件具备高精度 、 稳定性强 ， 低漂移 、 低噪声 ２ ． ２ ． ３抗 共 模 干扰 措 施 ：一 是 对 于 由敏 感 元件 组 成 桥路 的传 感 的特点 ， 能对信号进行放大 、 滤波 、 信号激励 、 线性补偿 、 冷端补偿 、 器， 为减小供 电电源所引起的共模干扰 ， 可采取正负对称 的电源供 共／ 常模抑制 ， 高噪音抑制 、 抗射频干扰和 电磁干扰。我们一 台用于 电 ， 使电桥输 出端形成的共模干扰 电压接近于零 ； 二是测量 电路采 机 电设 备 测 试 的 自动测 试 系统 ， 测 试 数 据 出 现较 大 的偏 差 ， 测 试 结 用输 入 端对 称 电路 或 用差 分 放 大 器 ，可 提 高抑 制 共模 干扰 的 能 力 。 果 不准确 ， 经过分析 和试验 ， 发现其 在信 号的采集 、 传输 和调理环 三是 采 用合 理 的 接地 系统 ， 减 少 共 模 干 扰形 成 的 干扰 电流 流人 测 量 节， 微弱的信号受到电磁杂波的干扰 ， 导致设备无法正常使用 。目前 电路 。 部 分 基 于计 算 机测 试 系统 在 设计 阶段 没 有考 虑 电磁 干 扰 的 问题 ， 测 ２ ＿ ３ Ａ ／ Ｄ转换 中的抗 干 扰 试 系统 精度 较 差 ， 本文 以此难 题 为研 究 对象 ， 提 出初 步解 决 方案 。 传 感 器 获 得 的信 号 ， 在Ａ ／ Ｄ转 换 器 的输 入 端 ， 往 往 会 窜 人 各 种 １测试 系 统信 号 电磁 干 扰 的概 念及 抑 制 分析 干 扰 。为 抑制 窜 人干 扰 ， 可采 用 硬件 和 软件 两 方 面 的措施 。 电磁干扰 （ Ｅ ＭＩ ： Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ — Ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ — Ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ） 是 指测 试 系 对 被 ２ ． ３ ． １硬 件 提高 抗 干扰 能 力 ａ ． 在差模干扰严重点场合 ，采用积分式或双积分式 Ａ 测的压力 、 流量 、 温度 、 电压 、 震动等信号进行采集和传输时 ， 受 到电 ／ Ｄ转换 磁或噪声信号等的干扰。干扰导致采集到的信号严重失真 ， 在放大 器 。 这样， 转换 的是平均值 ， 瞬间干扰和高频噪声对转换综合影响很 环节 后 ， 偏 离 了实 际 值 ， 导致 测试 失 效 。 电磁 干 扰有 传 导 干扰 和 辐射 小 。 干扰两种 ， 传导干扰是指通过导 电介质把一个 电网络上 的信号耦合 ｂ ． 对 于低 频 干 扰 ， 可 采用 同步 采 样 的 方 法 加 以消 除 。这需 先 检 （ 干扰） 到另一个电网络 ， 辐射干扰是指干扰源通过空间把其信号耦 测 出干 扰 频率 ， 然 后选 取 与 此 频 率 成 整数 倍 的采 样 频 率 ， 并 使 二 者 合（ 干扰） 到另一个点 网络。 高频信号线 、 集成电路 的引脚 、 各类接插 同步 。 件等都 可能成为具有天线 特性 的干扰源 ， 在配备 电机 、 高频元件 的 ｃ ． 传感器与 Ａ ／ Ｄ转换器相距较远 时， 信号 的传输可用电流传输 系统中 ， 电机 启 动 和 高频 工 作 时 ， 会 对 采 集 系 统 产 生很 大 的 电磁 干 代替电压传输。 扰。 ２ － ３ ． ２ 软件 提 高 Ａ ／ Ｄ抗干 扰 能力 解 决 电磁 干 扰 有三 种基 本 方 法 ： 一 是将 干扰 源 产生 的干 扰 压缩 ａ ． 对白噪声干扰 ， 采用数 字滤波 ； ｂ ． 对脉 冲干扰 ， 采用 大量采集 到最小 ； 二是为设备提供保护 ； 三是阻断干扰 。在实际设计 中， 干扰 数据 ， 取平均值 对工频干扰 ， 采用两次采样进行处理 ， 通过计算 机 源 产 生 的 干 扰不 可 避 免 ， 电路 的变 化 都会 产 生干 扰 信 号 ， 所 以 只 能 软件 ， 取相邻两次采样值作算术平均处理 ， 以获得有用信号值。 降 低 干扰 和 提高 抗 干扰 能 力 。目前 在测 试 设备 中通 用 的 防电磁 干 扰 处理方法 ： Ｕ ｌ ＝ Ｕ ｏ ＋ ｅ ， Ｕｌ ＿ － Ｕ ｏ － ｅ ， ｔ ２ ＝ ｔ ｌ ＋ Ｔ ／ ２（ ｕ ０ 为有用信号 ； ｕ ｌ 是在 主 要有 三 项措 施 ， 即屏蔽 、 滤 波 和接 地 。这 三 种 技 术 中 ， 滤 波 技 术是 干扰已叠加在有用信号上的 ｔ 。 时刻的瞬时电压值 ； Ｕ ： 是在 ｔ 。 时刻的 目前抑 止 电 磁干 扰 最有 效 和 经济 的一 种 手段 。 在 电气 设 备 电源 线 的 瞬时电压值 ； ｅ 为干扰的瞬时值； Ｔ为工频干扰的周期 ，两次相邻采 入 口处 插 入抗 Ｅ Ｍ Ｉ 滤波器 ， 可 以把 通过 电源线 传 导 的 电磁 干扰 信 号 样间隔为 Ｔ ／ ２ ） 这时有 ｕ ＝ （ ｕ 。 ＋ ｕ ： ） ＝ ｕ 。 ， 因而获得 了有用信号 ， 滤除 了 给 予充 分 地 抑制 。 工频 干扰 。 ２ 测试 系统 的 抗 电磁 干扰 的几种 方 法 ３结 束 语 在测试现场 ， 计算机控制对象和测量信号分布在各处 ， 信号线 、 在基于计算机信号采集与数据处理测试系统的设计和使用中 ， 控 制 线 均可 能 是几 十 米 的长 线 ； 其次 ， 在 现场 强 电设 备 如 中 、 高 频 电 必须考虑消除电磁干扰 ， 通过 以上几种方法设计 的抗 电磁干扰测试 机 的启 动和 工作 时 会对 计 算 机产 生 强 烈 的 干扰 ， 系 统 中频 电源 的 使 系统 ， 消除了部分干扰对测试结果造成 的影响 ， 提高了测试精度 ， 实 用 同样 给采 集带 来 干 扰 ， 这些 电磁 场 的存 在 和 变换 主 要 以辐 射 干 扰 际使用中 ， 经过改造 的测试设备测试数据准确 ， 测量精度高 ， 实用效 的方 式 出现 。由于测 试 系统 传 感器 较 多 ， 需 要 经 过计 算 机 Ａ Ｄ ／ Ｄ Ａ转 果 明显 。 换， 电磁辐射对传感器的干扰更严重 ， 因此我们着重研究这三个方 参 考文 献 面 的 电磁干 扰 。 ［ １ １ 李科 杰． 新 编传 感 器技 术 手册 『 Ｍ１ ． 国 防工 业 出版 社 ， ２ ０ ０ ２ ． ２ ． １ 电源 干 扰 的抑 制 【 ２ １ 王卫芳． 发 动 机 传 感 器信 号 的 应 用 与研 究机 电 产 品 开 发 与 创新 ， 信 号采 集 系统 中危 害最 严 重 的干 扰 来 自于 电源 ， 为 防 止从 电源 ２ ０ ０ ８ （ ３） ． 系统引入干扰 ， 系统采用交流稳压器提高其稳定性 ； 用隔离变压器 ［ ３ ］ ｚ 海宝， 等， Ｌ ａ ｂ Ｖ ｌ Ｅ Ｗ 虚 拟 仪 器程 序 设 计 与应 用 ［ Ｍ］ ． 西 安 交通 大 来 消除主 、 次级键的寄生耦合干扰 ， 提高其抗抑制 比能力 。 滤波器 网 学 出版 社 ， ２ ０ ０ ４ ． 络允许一些频率通过 ， 而对其它频率成份加 以抑制。根据要滤除干 【 ４ １ 李扬 ， 朱铮 涛 ． 采 用 虚 拟 仪 器 实 现 液 压 装 置 的动 特 性 测 试 和仿 真 扰信号的频率与工作频率的相对关系 ， 选择合适的滤波器 ， 干扰滤 机 床 与 液压 ， １ ９ ９ ９ （ ３ ） ． 波 器有 低通 滤 波 器 、 高通 滤波 器 、 带 通 滤波 器 、 带 阻滤 波 器等 种 类 。 ２ ． ２传感器 的抗干扰 当传感器直接接触或接近被测对象而获取信息时 ， 传感器与被 测对 象 同时都 处 于被 干 扰 的环 境 中 ，不 可 避免 地 受 到 外界 的干 扰 ， 采取的抗 干扰措施依据传感器 的结构 、种类 和特性选择不 同的方
机电一体化专业知识题库
机电一体化专业知识题库（277题）（注*的不适于中、初级职称）1、什么是机电一体化？机电一体化技术是由机械技术、计算机技术、信息处理技术、自动控制技术、检测技术、电力电子技术、接口技术及系统总体技术等群体技术，有机融合而成的一种综合性技术。
2、什么是机械设计技术？机械设计技术是机电一体化的基础。
机电一体化产品中的主功能和构造功能，往往是以机械技术为主实现的。
3、什么是计算机与信息处理技术？信息处理技术包括信息的输入、识别、变换、运算、存储和输出技术，它们大都倚靠计算机来进行，因此，计算机技术和信息处理技术是密且相关的。
计算机技术包括计算机硬件技术和软件技术、网络通信技术、数据库技术等。
机电一体化系统中主要用工业控制机（包括PLC，单片机等）进行信息处理。
机电一体化产品中，计算机和信息处理装置指挥整个产品的运行。
4、什么是自动控制技术？自动控制技术就是通过控制器使被控对象或过程自动地按照预定规律运行。
自动控制技术的范围很广，包括自动控制理论、控制系统设计、系统仿真、现场调试、可靠运行等从理论到实践的整个过程。
机电一体化系统中的自动控制技术主要包括位置控制、速度控制、最优控制、模糊控制、自适应控制等，在实际运用中越来越多地与计算机控制技术联系在一起，成为机电一体化中十分重要的关键技术。
5、什么是传感与检测技术？传感与检测技术是机电一体化的关键技术，他将所测得的各种参数如：位移、位置、速度、加速度、力、温度等和其他形式的信号等转换为统一规格的电信号输入到信息处理系统中，并由此产生出相应的控制信号，以决定执行机构的运动形式和动作幅度。
传感器检测的精度、灵敏度和可靠性将直接影响到机电一体化的性能。
6、什么是执行与驱动技术？执行与驱动技术的主要研究对象是执行元件及其驱动装置。
执行元件分为电动、气动、液压等多种类型，机电一体化产品中多采用电动执行元件；驱动装置主要指各种电动机的驱动电源电路，目前多采用电力电子器件及集成化的功能电路构成。
电气检测技术(新9)AD转换原理
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1) ai为输入数字量，接CPU的DBUS。可选用 不同的代码，常用的DAC采用二进制码。
2)触发器构成的缓冲寄存器(锁存器)，锁存 CPU送来的数据。得到和暂存对应的输出电压。
压分辨率为5V/255≈20mV；10位DAC的分辨率为 5V/1023≈5mV。 位数越多，分辩率越高，转换的精度也越高。
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测量系统用ADC的主要类型：
1、适用于数字仪器、仪表的ADC； 这类产品多半设计成BCD码输出，转换速度 一般较低(每秒转换十几次)。
2、适用测量系统作模／数接口部件的ADC。 这类产品的转换速度较高，多半以二进制代码 (含双极性代码)输出，常设计成带有三态 输出锁存器，能方便实现与微处理器直接接口。
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3、应用
产品种类多，转换能力有很大的差异； 有8Bit、10Bit、12Bit、14Bit、16Bit等。 在这些不同转换能力的ADC中，又包括有并行输 出的ADC，以及输出为串行的ADC。 常见的8Bit的有NS公司的ADC0801、DC0802、 ADC0803、ADC0804系列及ADC0808、 ADC0809系列 10Bit有AD公司的AD574，MAXIM公司 MAX1425、MAX1426 12Bit有AD公司的AD7888，MAXIM公司 MAX170、MAX172
有些DAC芯片内无缓冲寄存器，此时须外接， 如74LS273、373等锁存器。
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3) 模拟开关按输入的数字量接通或断开解码 网相应支路的电流或电压；对它的要求比接通或 断开开关量的电子开关更高。希望动作快；接通 电阻很小，断开电阻很大，且稳定性好。在DAC 中有电压型开关和恒流型电流开关之分。
测量系统的干扰及其抑制方法
测量系统的干扰及其抑制方法在实际测量中，人们常发现即使所选用的测量系统是由高精度、高稳定度、高质量的仪器所组成的，并且频率响应特性也很好，但在实际现场使用时，仍难免会受到程度不同的各种噪声的干扰。
在测量系统中，由于内部和外部干扰的影响，会在测量信号上叠加干扰电压或电流，通常把这种干扰信号称为噪声，噪声是电路中的一些非所期望的无用电信号。
当所测信号很微弱时，难免会出现噪声淹没信号的现象。
例如，在火箭或飞机发动机实验现场中，测试系统所面临的工作环境是很复杂的，各种电气系统交织在一起同时工作，通过各种传输渠道将噪声耦合到测量电路。
不可避免地会影响到测量结果。
因此，解决干扰问题是关系到测试工作的成败和测量结果精度高低的重要条件之一。
这也是测试工作者必须掌握的基本知识。
但干扰问题是一个复杂的问题，篇幅所限，这里只作简要介绍，详细内容可参看有关书籍。
1、干扰源为了抑制和减弱干扰，首先要弄清噪声的来源及其传播方式和途径。
干扰源即产生噪声的来源。
从来源上讲一般可分为外部噪声和内部噪声。
外部噪声一般是指测试系统外部的电气设备在接通与断开时产生的瞬变电火花或辐射电磁波。
内部噪声是指系统内部固有的噪声，系统内信号间的串扰等。
若按噪声的产生原因和传播方式分类，可分为静电噪声、磁噪声、电磁辐射噪声、公共阻抗噪声等。
一般常见干扰(噪声)源有以下几种。
（1）外部干扰外部干扰又可分为来自自然界的干扰和来自电器设备的干扰。
例如，大气层发生的雷电、电离层的变化、太阳黑子的电磁辐射、来自宇宙的电磁辐射等。
对于长期存在的自然干扰，由于能量微弱，可以忽略。
但对于强烈的干扰，如雷电等，则不能忽略其影响，此时最好设法回避或屏蔽。
来自电器设备的干扰主要有大电流及电压变化率引起的噪声。
当大型感性负载通断时，在开关接点处会产生电弧，还有高压输电线引起的电晕放电，金属电焊引起的弧光放电等，这种瞬变过程形成的噪声通过公用电源线传入信号电路，或通过相邻导线耦合到信号电路中。
基于屏蔽驱动的工频干扰抑制技术研究
基于屏蔽驱动的工频干扰抑制技术研究姜言冰;纪宁;杨子健;王辉;陈世雄;李光林【摘要】There are always interferences in environment, especially power-line interferences, when we collect biomedical signals such as electrocardiogram, electromyogram and electroencephalogram. Moreover, the noise amplitude is usually much larger than that of the physiological signals, making the subsequent signal analysis and processing very difficult. The conventional methods are to pass the collected signal through a software filter for reducing the effects of power-frequency interferences. However, it would cause the reduction and distortion of the target signal. In order to solve this problem, this study proposed a novel design of hardware circuit based on the shielding technology, which can intensively inhibit the power-frequency interferences mixed in the original signal in analog front end. The experiments of both electrocardiogram and electromyogram acquisitions carried out on TI ADS1299 platform showed that the power-line interferences could be signiifcantly suppressed when the electrode was electronically shielded. By comparing the conditions when the shielding layer was connected to different driving signals, it was found that the attenuation of the power-frequency interferences could reach as high as 35 dB when the electrode was shielded by signal itself. The shielding technology proposed in this study could be used in a variety of biomedical signal acquisitions to reduce power-frequency interferences at the initial stage, and therefore it could essentially enhance the signal tonoise ratio of biomedical signals.%采集心电、肌电和脑电等生理电信号时，总是存在工频干扰等环境噪声，且噪声的幅度通常远大于生理电信号本身的幅度，给信号的分析和处理带来了很大的困难。
表面肌电信号测试中工频干扰的抑制
表面肌电信号测试中工频干扰的抑制X罗志增任晓亮(杭州电子工业学院杭州310037)摘要介绍了一种表面肌电信号( EMG) 测试调理电路和信号处理的方法。
表面EMG测量中最难处理的问题之一是工频(50Hz) 干扰,它处在有效的肌电信号频带之中。
针对表面EMG的测量特点设计了一种信号调理电路,使肌电信号和工频信号并行单独处理,避免了不加区分地采用工频陷波器,这一设计思想在实际的肌电信号检测时取得了较好的实验结果。
关键词表面肌电信号工频干扰信号处理Power Frequency Noise Restraint in Surface Electromyography MeasurementLuo Zhizeng Ren Xiaoliang( Hangz hou Institute of Elect ronic Engineering , Hangz hou 310037 , China)Abstract A surface electromyography ( EMG) detection and processing circuit is discussed. The surface EMGis usuallydisturbed by power frequency noise. In that cases , it is a problem , because the surface EMGis confused with power fre2quency noise. A processing circuit for the measurement of surface EMGis designed by using a parallel structure respec2tively for EMG signal processing and power frequency noise processing. It can be avoided that a 50Hz trap filter abused.The experimentation proved the developed circuit was effective.Key words Surface EMG Power frequency noise Signal processing1 引言肌电信号( EMG) 是一种伴随肌肉运动而产生的生物电信号,表面EMG 则是通过检测手段获取的肌肉外表皮肤上的电信号。
生物医学信号处理(1)
信号数字化:模数转换器 (Signal digitalization：converter)
• 数据采集的目的是获得有效的能被计算机处理 的数据。计算机数字信号处理中的数据采集， 就实时性、复杂性、目的性、自动化及数据量 的庞大等各个方面，都大大不同于传统的医学 统计里的数据采集。 • 数据采集功能是将通过放大器放大到足够大的 模拟电信号变换成能为计算机识别的数字电信 号。
什么是生物医学信号处理
根据生物医学信号特点，应用信 息科学的基本理论和方法，研究如何 从被干扰和噪声淹没的观察记录中提 取各种生物医学信号中所携带的信息 ，并对它们进步分析、解释和分类。
信号的基本概念
• 什么是信息？
社会和日常生活中，人们借助语言、文字、图象和数据等媒体表达 的感觉、思想、意见等统称为信息。显然，同一信息可用不同媒体来表 达。
信号放大:放大器 (Signal amplification：amplifier)
• 高性能的放大器是获得生物医学信号的关键设备 之一。 • 对于医学放大器首要的是其安全性。保证安全性 的关键技术隔离、浮臵： • （1）隔离(isolation)：接入人体的测量回路与其 余电路隔离。隔离技术有光隔离、变压器隔离、 场隔离（采用发射与接收分离的方式）。 • （2）浮臵(floatation)：检查床和设备有良好的 本地接地（接地电阻<0.1Ω），与人体测量回路 不能共地。
• 我们所研究的生物医学信号即是上述 的包括：
– 主动的 – 被动的 – 电的和非电的人体物理信息。
医学信号的性质
• 对医学信号而言，有的主要属于确定性信 号（在有限的时间内），如心电、心音、 阻抗等，有的似乎含随机成分多，如脑电 、肌电、胃电（平滑肌电）等。 • 因此，对医学信号的处理涉及对确定性信 号的处理及对随机信号的处理。除此之外 ，近来还开展了信号混沌性的分析。
具有抗工频干扰的多路高精度数据采集
ＧＡＯ Ｊ ｉｅ ＸＵ Ｇａｎｇ
摘要： 在一 些 自 动 化 测 量 中 ， 数 据 采 集 不 但 要 求 在 高 精 度 量 级 上 进 行 ， 而 且 需 要 有 较 强 的 工 频 抑 制 能 力 。针 对 上 述 问 题 ， 本
文 将 先 进 的 ２４ 位 高 精 度 Σ－ ΔＡＤ 转 换 技 术 应 用 于 数 据 采 集 前 端 ， 通 过 型 ＲＣ 复 式 滤 波 电 路 和 ｓｉｎｃ３ 型 ＦＩＲ 陷 波 器 对 工 频 干
滤 除 工 频 干 扰 的 主 要 方 法 是 使 用 ｓｉｎｃ３ 型 ＦＩＲ 滤 波 器 ， 其 主要优点是它具有陷波特性， 因此可以将 ｓｉｎｃ３ 的陷波点设定在 工频附近抑 制 干 扰。本 系 统 中 ｓｉｎｃ３ 型 数 字 滤波 器 的 频率 响 应 取决于 Σ－ Δ型 ＡＤ７７１８ 芯片的采样速率 ｆｓ（３２．７６８ＫＨｚ）和寄存器 设置 ＳＦ。它们决定了 ＡＤＣ 的更新速率 ｆＡＤＣ （通道转换时间的倒 数）， 频率响应中的陷波位置和 ＡＤＣ 的转换噪声。陷波位置直接 相 关 于 ＡＤＣ 的 更 新 速 率 。 ＡＤ７７１８ 芯 片 的 工 作 方 式 有 斩 波 （ＣＨＯＰ）和 非 斩 波 两 种 ， 在 非 斩 波 方 式 时 ｓｉｎｃ３ 滤 波 器 的 频 率 响 应公式为：
（１）
此时 ＡＤＣ 的更新速率为 （２）
通道转换的稳定时间三倍于通道转换时间， 即 （３）
通 过（１）， （２）， （３）式 ， 我 们 就 可 以 计 算 特 定 的 ＳＦ 值 与 陷 波 点 频率以及稳定时间的关系。当陷波点设在 ５０Ｈｚ 时，稳定时间 ｔ＝ ３／５０Ｈｚ＝６０ｍｓ。因此若采用 ｓｉｎｃ３ 滤波器， 则当输入信道改变后，