自動檢測

1、1、掌握干擾的來源及防護方法2、理解自動檢測系統(tǒng)中的電磁兼容原理及對策3、掌握檢測系統(tǒng)的抗干擾技術,第十章 抗干擾技術,學習目標:,第一節(jié) 干擾源及防護,在非電量測量過程中，往往會發(fā)現(xiàn)總是有一些無用的背景信號與被測信號疊加在一起，這稱為干擾，有時也采用噪聲這一習慣用語。 噪聲對檢測裝置的影響必須與有用信號共同分析才有意義。衡量噪聲對有用信號的影響常用信噪比（S/N）來表示

2、 S/N=10lg（ PS / PN ）=20lg（ US / UN ）（dB） 在測量過程中應盡量提高信噪比，以減少噪聲對測量結果的影響。,,,一、干擾與噪聲,信噪比（S/N）的計算舉例,在擴音機輸入端測得：話筒輸出的做報告者聲音的平均電壓為50mV， 50Hz干擾“嗡嗡”聲的電壓為0.5mV，求信噪比。 解 S/N=20lg（50/0.5） dB =40 dB

3、 當S/N分別為20 dB、0 dB 、 -20 dB 時，說明做報告者聲音與干擾聲音之間各為什么關系？,,,二、噪聲源及干擾源,1、機械干擾,機械干擾是指機械振動或沖擊使電子檢測裝置中的元件發(fā)生振動，改變了系統(tǒng)的電氣參數(shù)，造成可逆或不可逆的影響。對機械干擾，可選用專用減振彈簧-橡膠墊腳或吸振橡膠海綿墊來降低系統(tǒng)的諧振頻率，吸收振動的能量，從而減小系統(tǒng)的振幅。,橡膠 海綿軟墊,橡膠墊腳及彈簧,振動試驗臺,,,頻率、振幅均可調節(jié),

4、將被測儀器（如圖中的電子天平）固定在振動臺上，逐漸增大振幅，測試在不同頻率的規(guī)定振幅下，產品指標是否變化。,固定,跌落試驗,,產品在運輸過程中常因為遭受劇烈震動或跌落而損壞或性能變差，因此需要做抗跌落試驗和測試。,跌落試驗機,2、濕度及化學干擾,當環(huán)境相對濕度增加時，物體表面就會附著一層水膜，并滲入材料內部，降低了絕緣強度，造成了漏電、擊穿和短路現(xiàn)象；潮濕還會加速金屬材料的腐蝕，并產生原電池電化學干擾電壓；在較高的溫度下，潮濕還會促使霉

5、菌的生長，并引起有機材料的霉爛。 某些化學物品如酸、堿、鹽、各種腐蝕性氣體以及沿海地區(qū)由海風帶到岸上的鹽霧也會造成與潮濕類似的漏電腐蝕現(xiàn)象，必須采取以下措施來加以保護：浸漆、密封、定期通電加熱驅潮等。,用絕緣漆浸漬過的控制變壓器,浸漆可防止水分進入線圈內部,儀器設備的防潮試驗,噴淋試驗,3、熱干擾,熱干擾主要體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）元件參數(shù)的變化（溫漂）（2）接觸熱電勢干擾（3）元器件長期在高溫下工作時，引起壽命和耐

6、壓等級降低等。 克服熱干擾的防護措施有：（1）選用低溫漂元件（2）采取軟、硬件溫度補償措施（3）選用低功耗、低發(fā)熱元件（4）提高元器件規(guī)格余量（5）儀器的前置輸入級遠離發(fā)熱元件（6）加強散熱、采用熱屏蔽等。,,,散熱實例,,,,散熱風扇,4、固有噪聲干擾,在電路中，電子元件本身產生的、具有隨機性、寬頻帶的噪聲稱為固有噪聲。最重要的固有噪聲源是電阻熱噪聲、半導體散粒噪聲和接觸噪聲等。固有噪聲可以從喇叭或耳機中反映出

7、來，但更多的時候是反映在輸出電壓的無規(guī)律跳變上。,,,五、電、磁噪聲干擾,電磁波可以通過電網以及直接輻射的形式傳播到離這些噪聲源很遠的檢測裝置中。在工頻輸電線附近也存在強大的交變電場，在強電流輸電線附近存在干擾磁場，他們將對十分靈敏的檢測裝置造成干擾。由于這些干擾源功率強大，要消除他們的影響較為困難，必須采取多種措施來防護。,,,第二節(jié) 檢測技術中的電磁兼容原理,一、電磁兼容（EMC）概念,,通俗地說，電磁兼容是指電子系統(tǒng)在規(guī)定的電磁

8、干擾環(huán)境中能正常工作的能力，而且還不允許產生超過規(guī)定的電磁干擾 。,二、電磁干擾的來源,1.自然界干擾源包括地球外層空間的宇宙射電噪聲、太陽耀斑輻射噪聲以及大氣層的天電噪聲。后者的能量頻譜主要集中在30MHz以下，對檢測系統(tǒng)的影響較大。 2.人為干擾源又可分為有意發(fā)射干擾源和無意發(fā)射干擾源。,,,自然界干擾源和人為干擾源,X光機產生大功率高頻干擾,,,閃電產生電磁場干擾,雷達會產生大功率高頻干擾,,,變電站會產生50Hz的高

9、次 諧波干擾以及電暈放電干擾,電吹風機產生的電磁波干擾以兩種途徑到達電視機：一是通過共用的電源插座，二是以空間電磁場傳輸?shù)姆绞接呻娨暀C的天線接收。應設法切斷這些干擾途徑。,,路和場的干擾,路的干擾必須在干擾源和被干擾對象之間有完整的電路連接，干擾沿著這個通路到達被干擾對象。例如通過電源線、變壓器引入的干擾 ；場的干擾不需要沿著電路傳輸，而是以電磁場輻射的方式進行。例如，電源線對傳感器的信號線的電場耦合干擾；又如電焊機電纜上的強電流對信

10、號線的磁場耦合干擾。,,,1．通過路的干擾,（1）由泄漏電阻引起的干擾,,1-干擾源 2-儀器輸入端子 3-儀器的輸入電阻 R?-漏電阻,負載（喇叭）的電流較大，它與放大器的負電源線共用了一段地線，在地線的微小電阻上產生了壓降，造成了干擾。,（2）由共阻抗耦合引起的干擾,,負載電流,,干擾壓降,正確接線,,,,（3）由電源配電回路引入的干擾,交流供配電線路在工業(yè)現(xiàn)場的分布相當于一個吸收各種干擾的網絡, 而且十分方便地以電路傳導的

11、形式傳遍各處，經檢測裝置的電源線進入儀器內部造成干擾。最明顯的是電壓突變和交流電源波形畸變，它使工頻的高次諧波 (從低頻一直延伸至高頻) 經電源線進入儀器的前級電路。例如，由調壓或逆變電路中的晶閘管引起的大功率高次諧波干擾；又如開關電源經電源線往外泄漏出的幾百千赫茲尖脈沖干擾。,2．通過場的干擾,（1）由電場耦合引起的干擾： 電場耦合實質上是電容性耦合。要減少電源線對信號線的電場耦合干擾，就必須減小兩者間的分布電容，必須盡量

12、保持電路和信號線的對地平衡，布線時，多采用雙絞扭屏蔽線。,,帶電物體產生的電場,（2）由磁場耦合引起的干擾,防止磁場耦合干擾途徑的辦法有：A 使信號線遠離強電流干擾源，從而減小互感量M B 采用低頻磁屏蔽，從而減小信號線感受到的磁場C 采用絞扭導線使引入到信號處理電路兩端的干擾電壓大小相等、相位相同，使差模干擾轉變成共模干擾,,,C型變壓器的漏感比E型的小,4對雙絞扭線,,,磁場耦合干擾的實質是互感性耦合干擾。,共模干擾與串模干擾

13、舉例,熱電偶引線與220V電源線靠得太近將引起電場偶合干擾。如果UNi對兩根信號傳輸線的干擾大小相等、相位相同,就屬于共模干擾。,第三節(jié) 幾種抗電磁干擾技術,抗電磁干擾技術有時又稱為電磁兼容控制技術?？刹捎闷茐母蓴_途徑和削弱檢測系統(tǒng)電路對干擾的敏感性等方法，常用的抗干擾措施有屏蔽、接地、浮置、濾波、光電隔離等技術。,,,一、屏蔽技術,利用金屬材料制成容器，將需要防護的電路包圍在其中，可以防止電場或磁場耦合干擾的方法稱為屏蔽。,,,未

14、加屏蔽罩時，中頻變壓器線圈易受外界干擾。,加屏蔽罩后的中頻變壓器,,,1.靜電屏蔽,靜電屏蔽是用銅或鋁等導電性良好的金屬為材料制作成封閉的金屬容器，并與地線連接，把需要屏蔽的電路置于其中，使外部干擾電場的電力場不影響其內部的電路，反之，內部電路產生的電力線也無法影響外電路。靜電屏蔽的容器器壁上允許有較小的孔洞（作為引線孔或調試孔）它對屏蔽的影響不大。,,各種靜電屏蔽,儀器設備的屏蔽外殼必須接地,帶孔屏蔽板,自制的屏蔽罩,通風屏蔽窗,,開

15、關電源采用帶孔的屏蔽外殼，既可散熱，又可防止電磁干擾外泄,,帶調試孔的屏蔽盒,屏蔽線,三絞扭屏蔽線,銅芯,4對雙絞扭屏蔽線（屏蔽層接地）,,聚氟乙烯絕緣層,銅線編織網（接地）,,,,2.低頻磁屏蔽,低頻磁屏蔽是用來隔離低頻（主要指50Hz）磁場和固定磁場（也稱靜磁場，其幅度、方向不隨時間變化，如永久磁鐵產生的磁場）耦合干擾的有效措施。靜電屏蔽線或靜電屏蔽盒對低頻磁場不起隔離作用。必須采用高導磁材料作屏蔽層，以便讓低頻干擾磁力線只從磁阻很

16、小的磁屏蔽層上通過，使低頻磁屏蔽層內部的電路免受低頻磁場耦合干擾的影響。有時還將屏蔽線穿在接地的鐵質蛇皮管或普通鐵管內，同時達到靜電屏蔽和低頻屏蔽的目的。,,,低頻磁屏蔽舉例,多數(shù)儀器的外殼采用導磁材料（例如：鐵質機殼）作屏蔽層，讓低頻干擾磁力線從磁阻很小的磁屏蔽層上通過，使受外殼保護的內部電路免受低頻磁場耦合干擾的影響。如果將外殼接地，則同時達到靜電屏蔽和低頻磁屏蔽的目的。,3.電磁屏蔽,電磁屏蔽是采用導電良好的金屬材料做成屏蔽罩、屏

17、蔽盒等不同的外形，將被保護的電路包圍在其中。它屏蔽的干擾對象是高頻（40kHz以上）磁場。,,,鍍銅電磁屏蔽盒,,軍用屏蔽帳篷,,幾種用導電纖維材料編織而成的軍用電磁屏蔽器材,軍用 電子方艙,屏蔽通信車,防電磁波屏蔽圍裙,,幾種用導電纖維材料編織而成的電磁屏蔽服,輻射源,防電磁波屏蔽服裝,防電磁波屏蔽圍裙的使用,,,屏蔽室,導電PVC地板 用于防靜電及 底部屏蔽,,干擾信號無法穿透鋼板屏蔽室,二、接地技術,

18、對于儀器、通訊、計算機等電子技術來說，“地線”多是指電信號的基準電位，也稱為“公共參考端”，它除了作為各級電路的電流通道之外，還是保證電路工作穩(wěn)定、抑制干擾的重要環(huán)節(jié)。它可以接大地，也可以與大地隔絕。,,四種觸電情況,,（1）保安地線,,1、地線的種類,接大地與防靜電的關系,人在工頻電場中工作時，身體可能感應出幾十伏以上的電壓；當人在地板上行走時，也可能因摩擦而帶上幾百伏以上的靜電。因此在焊接集成電路時，人體必須良好地接大地，以保證集成

19、電路的CMOS輸入端不致被靜電擊穿。人體接地的方法之一是帶上接地的防靜電手腕帶。,,防靜電手腕帶,,接地,,（2）信號地線分類,A.模擬信號地線,,模擬信號地線是模擬信號的零信號電位公共線。因為模擬信號電壓多數(shù)情況下均較弱、易受干擾，易形成級間不希望的反饋，所以模擬信號地線的橫截面積應盡量大些。,B.數(shù)字模擬地線,數(shù)字信號地線是數(shù)字信號的零電平公共線。由于數(shù)字信號處于脈沖工作狀態(tài)，動態(tài)脈沖電流在接地阻抗上產生的壓降往往成為微弱模擬信號的

20、干擾源，為了避免數(shù)字信號對模擬信號的干擾，兩者的地線應分別設置為宜，否則會嚴重干擾模擬信號的測量結果。,,,（3）信號源地線,傳感器可看作是測量裝置的信號源，多數(shù)情況下信號較為微弱，通常傳感器安裝在生產設備現(xiàn)場，而測量裝置設在離現(xiàn)場一定距離的控制室內，從測量裝置的角度看，可以認為傳感器的公共參考端就是信號源地線，它必須與測量裝置進行正確的連接才能提高整個檢測系統(tǒng)的抗干擾能力。,,,（4）負載地線,負載的電流一般都比前級信號電流大得多，負

21、載地線上的電流有可能干擾前級微弱的信號，因此負載地線必須與其他信號地線分開。例如，若誤將喇叭的負極（接地線）與擴音機話筒的屏蔽線碰在一起，就相當于負載地線與信號地線合并，可能引起嘯叫。又如當負載是繼電器時，繼電器觸點閉合和斷開的瞬間經常產生電火花，容易反饋到前級，造成干擾，因此應正確連接。,,2、一點接地原則,對于模擬信號地線、數(shù)字信號地線、信號源地線、負載地線等幾種地線一般應分別設置，在電位需要連通時，也必須仔細選擇合適的點，在一個地

22、方相連，才能消除各地線之間的干擾。,,（1）單級電路的一點接地原則,考慮到加工工藝，在實際的印制電路板設計中，只能做到各接地點盡量靠近、并加大地線的寬度。,,,1—接線端子 2—印制板安裝孔 3—接地母線 4—高頻變壓器屏蔽外殼接地點,（2）多級電路的一點接地原則,若將多級電路的地線逐級串聯(lián)，在最后一段地線上將存在一定的對地電位差，有可能產生共阻抗耦合干擾，應采取并聯(lián)