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影响模拟量传感器的干扰因素和抗干扰措施

时间:2020-03-06 14:47:35 来源:网络整理 有0人参与

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模拟传感器的应用非常广泛,不论是在工业、农业、国防建设,还是在日常生活、教育事业以及科学研究等领域,处处可见模拟传感器的身影。但在模拟传感器的设计和使用中,都有一个如何使其测量精度达到的问题。而众多的干扰一直影响着传感器的测量精度,如:现场大耗能设备多,特别是大功率感性负载的启停往往会使电网产生几百伏甚至几千伏的尖脉冲干扰;工业电网欠压或过压(涉县钢铁厂供电电压在160V~310V波动),常常达到额定电压的35%左右,这种恶劣的供电有时长达几分钟、几小时,甚至几天;各种信号线绑扎在- -起或走同一根多芯电缆,信号会受到干扰,特别是信号线与交流动力线同走一-个 长的管道中干扰尤甚;多路开关或保持器性能不好,也会引起通道信号的窜扰;空间各种电磁、气象条件、雷电甚至地磁场的变化也会干扰传感器的正常工作;此外,现场温度、湿度的变化可能引起电路参数发生变化,腐蚀性气体、酸碱盐的作用,野外的风沙、雨淋,甚至鼠咬虫蛀等都会影响传感器的可靠性。模拟传感器输出的一般都是小信号,都存在小信号放大、处理、整形以及抗干扰问题,也就是将传感器的微弱信号精确地放大到所需要的统一-标准信号(如1VDC~5VDC或4 mADC~ 20mADC),并达到所需要的技术指标。这就要求设计制作者必须注意到模拟传感器电路图上未表示出来的某些问题,即抗干扰问题。只有搞清楚模拟传感器的干扰源以及干扰作用方式,设计出消除干扰的电路或预防干扰的措施,才能达到应用模拟传感器的状态。

干扰源、干扰种类及干扰现象

传感器及仪器仪表在现场运行所受到的干扰多种多样,具体情况具体分析,对不同的干扰采取不同的措施是抗干扰的原则。这种灵活机动的策略与普适性无疑是矛盾的,解决的办法是采用模块化的方法,除了基本构件外,针对不同的运行场合,仪器可装配不同的选件以有效地抗干扰、提高可靠性。

影响模拟量传感器的外界干扰因素和抗干扰措施

模拟量传感器信号传输过程中干扰的形成必须具备三项因素,即干扰源、干扰途径以及对噪声敏感性较高的接收电路。

影响模拟量传感器的外界干扰主要有以下几种:

1、静电感应干扰

静电感应是由于两条支电路或元件之间存在着寄生电容,使一条支路上的电荷通过寄生电容传送到另一条支路上去,有时候也被称为电容性耦合。

2、电磁感应干扰

当两个电路之间有互感存在时,一个电路中电流的变化就会通过磁场耦合到另一个电路,这一现象称为电磁感应。这种情况在传感器使用的时候经常遇到,尤为注意。

3、漏电流感应干扰

由于电子线路内部的元件支架、接线柱、印刷电路板、电容内部介质或外壳等绝缘不良,特别是传感器的应用环境湿度增大,导致绝缘体的绝缘电阻下降,这时漏电电流会增加,由此引发干扰。尤其当漏电流流入到测量电路的输入级时,其影响就特别严重。

4、射频干扰干扰

主要是大型动力设备的启动、操作停止时产生的干扰以及高次谐波干扰。

5、其他干扰 主要指的是系统工作环境差,还容易受到机械干扰、热干扰和化学干扰等等。 通过以上概述,我们了解传感器的干扰来源主要有两种途径:一是由电路感应产生干扰;二是由外围设备以及通信线路的感应引入干扰。我们得仔细分析外界干扰的来源,信号传输线路以及敏感程度,做好接地处理和传感器信号线屏蔽措施,有可能的话远离干扰源。

模拟量传感器抗干扰技术

1、屏蔽技术

利用金属材料制成容器。将需要保护的电路包在其中,可以有效防止电场或磁场的干扰,此种方法称为屏蔽。屏蔽又可分为静电屏蔽、电磁屏蔽和低频磁屏蔽等。

2、静电屏蔽

根据电磁学原理,置于静电场中的密闭空心导体内部无电场线,其内部各点等电位。用这个原理,以铜或铝等导电性良好的金属为材料,制作密闭的金属容器,并与地线连接,把需要保护的电路值r其中,使外部干扰电场不影响其内部电路,反过来,内部电路产生的电场也不会影响外电路。这种方法就称为静电屏蔽。

3、电磁屏蔽

对于高频干扰磁场,利用电涡流原理,使高频干扰电磁场在屏蔽金属内产生电涡流,消耗干扰磁场的能量,涡流磁场抵消高频干扰磁场,从而使被保护电路免受高频电磁场的影响。这种屏蔽法就称为电磁屏蔽。若电磁屏蔽层接地,同时兼有静电屏蔽的作用。传感器的输出电缆一般采用铜质网状屏蔽,既有静电屏蔽又有电磁屏蔽的作用。

4、低频磁屏蔽

干扰如为低频磁场,这时的电涡流现象不太明显,只用上述方法抗干扰效果并不太好,因此必须采用采用高导磁材料作屏蔽层,以便把低频干扰磁感线限制在磁阻很小的磁屏蔽层内部。使被保护电路免受低频磁场耦合干扰的影响。这种屏蔽方法一般称为低频磁屏蔽。传感器检测仪器的铁皮外壳就起低频磁屏蔽的作用。若进一步将其接地,又同时起静电屏蔽和电磁屏蔽的作用。

5、接地技术接地技术

是抑制干扰的有效技术之一,是屏蔽技术的重要保证。正确的接地能够有效地抑制外来干扰,同时可提高测试系统的可靠性,减少系统自身产生的干扰因素。接地的目的有两个:安全性和抑制干扰。因此接地分为保护接地、屏蔽接地和信号接地。保护接地以安全为目的,传感器测量装置的机壳、底盘等都要接地。信号地线又分为模拟信号地线和数字信号地线,模拟信号一般较弱,故对地线要求较高:数字信号一般较强,故对地线要求可低一些。不同的传感器检测条件对接地的方式也有不同的要求,必须选择合适的接地方法,常用接地方法有一点接地和多点按地。

6、一点接地

在低频电路中一般建议采用一点接地,它有放射式接地线和母线式接地线路。放射式接地就是电路中各功能电路直接用导线与零电位基准点连接:母线式接地就是采用具有一定截面积的优质导体作为接地母线,直接接到零电位点,电路中的各功能块的地可就近接在该母线上。传感器与测量装置构成一个完整的检测系统,但两者之问可能相距较远。

7、多点接地

高频电路一般建议采用多点接地。高频时,即使一小段地线也将有较大的阻抗压降,加上分布电容的作用,不可能实现一点接地,因此可采用平面式接地方式,即多点接地方式,利用一个良好的导电平面体接至零电位基准点上,各高频电路的地就近接至该导电平面体上。由于导电平面体的高频阻抗很小,基本保证了每一处电位的一致,同时加设旁路电容等减少压降。因此,这种情况耍采用多点接地方式。

8、滤波技术

滤波器是抑制交流串模干扰的有效手段之一。传感器检测电路中常见的滤波电路有Rc滤波器、交流电源滤波器和真流电源滤波器。下面介绍这几种滤波电路的应用。

1)RC滤波器:当信号源为热电偶、应变片等信号变化缓慢的传感器时,利用小体积、低成本的无源Rc滤波器将会对串模干扰有较好的抑制效果。但应该一提的是,Rc滤波器是以牺牲系统响应速度为代价来减少串模干扰的。

2)交流电源滤波器:电源网络吸收了各种高、低频噪声,对此常用Lc滤波器来抑制混入电源的噪声。

3)直流电源滤波器:直流电源往往为几个电路所共用,为了避免通过电源内阻造成几个电路问相互干扰,应该在每???电路的直流电源上加上Rc或Lc退耦滤波器,用来滤除低频噪声。

9、光电耦合技术

光电耦合器除了用于做光电控制以外,现在被越来越多的用于提高系统的抗共模干扰能力。当有驱动电流流过光藕合器中的发光二极管,光电三极管受光饱和。脉冲电路中的嗓声抑制,若在脉冲电路中存在干扰噪声。可以将输入脉冲微分后再积分,然后设置一定幅度的门限电压,使得小于该门限电压的信号被滤除。

对于模拟信号可以先用A/D转换。再用这种方法滤除噪声。我们在使用这些抗干扰技术时要根据实际情况迸行选择。切不可盲目使用,否则不但达不到抗干扰的目的,可能还会有其他不良影响。

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