检测系统抗干扰技术

2020/1/211检测系统的抗干扰技术Anti-interferencetechnologyofdetestingsystem2020/1/212检测系统的抗干扰技术Anti-interferencetechnologyofdetestingsystem主要内容1.干扰的来源及分类2.硬件抗干扰技术3.软件抗干扰技术2020/1/2131干扰的来源及分类干扰窜入仪表内部的三个主要途径：①电磁感应②传输通道③电源线干扰存在的三个要素：①干扰源②耦合通道③对干扰敏感的接受电路2020/1/2141干扰的来源及分类1.1外部干扰1.2内部干扰2020/1/2151.1外部干扰Outerinterference外部干扰主要来自环境温度和湿度的变化、机械的振动和冲击以及电磁辐射和传导等。主要介绍：①电磁干扰②电网干扰③环境的理化性干扰2020/1/216①电磁干扰电磁干扰（ElectromagneticInterference,EMI）是对检测系统和电路最严重的干扰。它影响测量的精度。外来电磁干扰包括太阳等天体辐射的电磁波，广播、电视及各种无线通信设备发出的电磁波，空调机、日光灯、微波炉等家用电器产生的电磁干扰。1.1外部干扰Outerinterference2020/1/217②电网干扰a.含有高次谐波或尖脉冲，供电电压大幅度波动。b.大功率的启动或停止时，出现浪涌电压，并伴有电火花放电。c.由于负载的瞬时接入或切断、雷电放电、故障短路或开路，输电线会产生高压脉冲或电流浪涌。1.1外部干扰Outerinterference2020/1/218③环境的理化性干扰环境的温度、湿度、压力、机械振动、化学腐蚀等都会对检测系统形成物理或化学上的影响，这些干扰将使系统的元件发生变形、参数变化、绝缘强度下降、性能变差，最终导致系统不能正常工作。1.1外部干扰Outerinterference2020/1/2191.2内部干扰Innerinterference①内部电磁干扰系统内部单元、信号线、信号线和电源和地之间都存在电磁干扰。干扰信号包括电磁继电器产生的火花放电、自激震荡、尖峰干扰、噪声电压等。在信号传输通道存在共模干扰和串模干扰。2020/1/2110②电气互锁故障干扰仪表系统内部器件存在大量的电气上的互锁，如焊盘、接插件、信号传输线等，在这方面存在着较大的故障率，直接影响系统的可靠性。③软件故障干扰在软件设计中，考虑不周的程序、电磁干扰作用于CPU、人为错误操作通过容错性能不好的程序造成的故障，都以软件故障的形式表现。1.2内部干扰Innerinterference2020/1/21112硬件抗干扰技术Hardwareanti-interferencetechnology主要内容2.1串模干扰的抑制2.2共模干扰的抑制2.3电磁干扰的抑制2.4隔离技术2020/1/21122.1串模干扰的抑制Restrainingofserialinterference串模干扰是由外部条件引起叠加在被测电压上的干扰信号。包括信号线引入的共模干扰，以及信号源本身固有的漂移、纹波和噪声以及电源变压器不良屏蔽或稳压滤波效果不良等引入的串模干扰。常用的抗串模干扰措施有：①采用输入滤波器②选择合适的器件③对信号的预处理2020/1/2113①采用输入滤波器当串模干扰频率与被测信号的频带不同时，可采用相应的滤波器抑制串模干扰。通常，仪表的输入滤波器都采用RC滤波器，在选择电阻和电容参数时，除了要满足串模抑制比指标外，还要考虑信号源的内阻抗，兼顾共模抑制比和放大器动态特性的要求，因此，常用二级阻容低通滤波网络作为输入通道的滤波器。2.1串模干扰的抑制Restrainingofserialinterference2020/1/2114②选择合适的器件利用双积分式A/D转换器可以削弱周期性的串模干扰。由于此类器件是对输入信号的平均值进行转换的。选择高抗扰度的逻辑器件，通过提高阈值电平来抑制低噪声的干扰。可人为附加电容器，降低某个逻辑电路的工作速度以抑制高频干扰。2.1串模干扰的抑制Restrainingofserialinterference2020/1/2115③对信号的预处理尽早对被测信号进行前置放大，以提高信噪比。尽早完成A/D转换。采取隔离屏蔽措施。信号线选用带屏蔽层的双绞线或电缆线，并有良好的接地系统。2.1串模干扰的抑制Restrainingofserialinterference2020/1/2116共模干扰是同时叠加在两条被测信号线上的外界干扰信号。抑制共模干扰的方法：①利用双端输入的差分放大器作为仪表输入通道的前置放大器。仪表输入通道的前置放大器常用差分放大器。利用隔离放大器、变压器和光耦合器将各种模拟负载和数字信号隔离开，也就是将数字地和模拟地断开。被测信号通过变压器耦合或光耦合，有效抑制共模干扰。信号源于仪表间隔离放大器，既可以抑制共模干扰，同时又提高了传输信号的信噪比。②利用浮地输入双层屏蔽放大器来抑制共模干扰。浮地，就是利用屏蔽方法使信号的模拟地浮空，从而达到抑制共模干扰的目的。2.2共模干扰的抑制Restrainingofparallelinterference2020/1/21172.3电磁干扰的抑制Restrainingofelectromagneticinterference主要内容①电磁干扰滤波器②接地技术③屏蔽措施2020/1/2118①电磁干扰滤波器电磁干扰滤波器也称为电源噪声滤波器，能有效抑制电网噪声及电磁干扰，提高系统的抗干扰能力。②接地技术接地设计有两个基本目的：a.消除各电路电流流经公共地阻抗时所产生的噪声电压。b.避免磁场与地电位差的影响，使其不形成地环路。2.3电磁干扰的抑制Restrainingofelectromagneticinterference2020/1/2119接地设计应注意的几个问题：a.一点接地与多点接地的使用原则。高频电路就近多点接地，低频电路应一点接地。一般来说，频率在1MHZ以下，可用一点接地；高于10MHZ时，采用多点接地；在1MHZ到10MHZ时，即可采用一点接地，也可采用多点接地。b.交流地与信号地不能共用。c.数字地与模拟地分开，仅在一点接地。电子设备的接地，按其作用可分为保护接地和信号接地。保护接地的目的是将电子设备的外壳利用低通导体连至大地上，使人员触及外壳时不易发生电击危险。信号接地的目的是为电子设备中信号电压提供一个稳定的零电位参考点。2.3电磁干扰的抑制Restrainingofelectromagneticinterference2020/1/2120③屏蔽措施屏蔽是指将整个系统或部分单元，用导电或导磁的材料包围起来，构成屏蔽层，再将屏蔽层接地的技术。屏蔽抗干扰的一般原则：a.不同的干扰源采用不同的保护措施。同时要注意所使用的措施不能破坏另一种屏蔽保护措施收到的屏蔽效果。b.根据干扰源的性质确定屏蔽材料。c.根据检测系统的浮地要求确定需屏蔽的对象，确定屏蔽的连接和接地。2.3电磁干扰的抑制Restrainingofelectromagneticinterference2020/1/2121屏蔽的作用是隔离电磁场，它只适合防止两种类型的外部干扰：电磁辐射干扰和静电电磁干扰。屏蔽分为静电屏蔽、磁屏蔽和电磁屏蔽三种：a.静电屏蔽：用接地良好的金属壳体将电路隔离，是泄漏在分布电容上的能量经屏蔽层短接入地，而不致影响其他电路。静电屏蔽无论对高频还是低频的静电感应都有效果。对静电屏蔽材料的要求主要是导电性能好。2.3电磁干扰的抑制Restrainingofelectromagneticinterference2020/1/2122b.磁屏蔽：用高导磁率材料将干扰源或需要屏蔽的器件包裹起来，从而将干扰磁场“短”路掉。磁屏蔽主要消除低频磁场的干扰。磁屏蔽的基本要求是选用磁导率高的材料。c.电磁屏蔽：利用金属板对电磁场有吸收损耗、界面反射损耗、内部反射损耗的原理来抑制辐射干扰。电磁屏蔽主要对付高频干扰，即针对电磁场的辐射干扰采取的措施。由于电磁屏蔽效果与辐射干扰的频率、场的特性等有很大关系，因此应根据具体情况在以上三种损耗之和最大原则来确定使用的屏蔽材料和厚度，在要求更高的场合也可采用双层屏蔽。2.3电磁干扰的抑制Restrainingofelectromagneticinterference2020/1/2123d.信号的屏蔽传输：输出信号应采用屏蔽线传输，屏蔽线可抑制静电感应干扰。对一般信号的传输可采用双绞线，以抑制电磁干扰。在要求较高的场合应采用双绞屏蔽线。放大器、屏蔽线接地要求一点接地。e.屏蔽与接地：屏蔽接地的基本原则：a)屏蔽外壳的接地与系统信号的参考点相连，而且只能在一处相接。b)所有具有相同参考点的电路单元必须全部置于一个屏蔽层内，其引出线应采用屏蔽线。c)接地参考点不同的单元应当分别屏蔽，不可置于同一个屏蔽层内。2.3电磁干扰的抑制Restrainingofelectromagneticinterference2020/1/21242.4隔离技术Isolationtechnology隔离技术即将噪声源与信号线相互隔离的技术。光耦合器是最常用的隔离器件。光耦合器是把发光元件和光敏元件封装在一起的组件，以光为媒介进行前、后级之间的转换。①应用光电隔离技术时的注意事项：②光电隔离技术在PLC输入模块单元中的应用。2020/1/21253软件抗干扰技术Softwareanti-interferencetechnology3.1CPU抗干扰技术3.2输入／输出抗干扰技术2020/1/21263.1CPU抗干扰技术①程序运行监视系统②指令冗余技术③软件陷阱技术④掉电保护⑤延时防抖动技术⑥定时刷新输出口2020/1/21273.2输入／输出抗干扰技术①数字信号的输入②数字信号的输出③数字滤波