传感器输出信号的处理技术精选PPT.ppt

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1、关于传感器输出信号的处理技术第1页，讲稿共54张，创作于星期一学习目的掌握传感器输出信号的形式掌握传感器输出信号的形式掌握常用典型传感器接口电路掌握常用典型传感器接口电路了解干扰的来源与抗干扰技术了解干扰的来源与抗干扰技术第2页，讲稿共54张，创作于星期一 传感器使用时需与专用的测量电路有效结合才能发挥其传感器使用时需与专用的测量电路有效结合才能发挥其功能，理想的传感器电路不仅能使其正常工作，还能在一定功能，理想的传感器电路不仅能使其正常工作，还能在一定程度上程度上克服传感器本身的不足克服传感器本身的不足，扩展其功能扩展其功能，使传感器的，使传感器的功能得到充分的发挥。同时，为使传感器的输出信

2、号能功能得到充分的发挥。同时，为使传感器的输出信号能用于仪器、仪表的显示或控制，往往要对输出信号进行用于仪器、仪表的显示或控制，往往要对输出信号进行必要的加工处理。必要的加工处理。第3页，讲稿共54张，创作于星期一111 传感器输出信号的特点11.1.1 11.1.1 传感器输出信号的形式传感器输出信号的形式u 由于传感器种类繁多，传感器的输出形式也是各由于传感器种类繁多，传感器的输出形式也是各式各样的。例如，尽管同是温度传感器，热电偶随式各样的。例如，尽管同是温度传感器，热电偶随温度变化输出的是不同的电压，热敏电阻随温度变温度变化输出的是不同的电压，热敏电阻随温度变化输出的是不同的电阻，而双

3、金属温度传感器则随化输出的是不同的电阻，而双金属温度传感器则随温度变化输出开关信号。表温度变化输出开关信号。表11-111-1列出了传感器输出列出了传感器输出信号的一般形式。信号的一般形式。第4页，讲稿共54张，创作于星期一表11-1传感器的输出信号形式输出形式输出形式输出变化量输出变化量传感器的例子传感器的例子开关信号型开关信号型机械触点机械触点双金属温度传感器双金属温度传感器模拟信号型模拟信号型电子开关电子开关霍耳开关式集成传感器霍耳开关式集成传感器电压电压热电偶、磁敏元件、气敏元热电偶、磁敏元件、气敏元件件电流电流光敏二极管光敏二极管电阻电阻热敏电阻、应变片热敏电阻、应变片电容电容电容式

4、传感器电容式传感器电感电感电感式传感器电感式传感器其他其他频率频率多普勒速度传感器、谐振式多普勒速度传感器、谐振式传感器传感器第5页，讲稿共54张，创作于星期一11.1.2 传感器输出信号的特点传感器输出的信号类型有传感器输出的信号类型有电压、电流、电阻、电容、电感、频率电压、电流、电阻、电容、电感、频率等，等，通常是通常是动态的动态的。输出的电信号一般都输出的电信号一般都比较弱比较弱，如电压信号通常为，如电压信号通常为VmVVmV级，电流信级，电流信号为号为nAmAnAmA级。级。传感器内部传感器内部存在噪声存在噪声，输出信号输出信号会与会与噪声信号噪声信号混合在一起，当噪混合在一起，当噪声

5、比较大而输出信号又比较弱时，常会使有用信号淹没在噪声之声比较大而输出信号又比较弱时，常会使有用信号淹没在噪声之中。中。传感器的输出信号传感器的输出信号动态范围很宽动态范围很宽。输出信号随着物理量的变化而。输出信号随着物理量的变化而变化，但它们之间的关系不一定是变化，但它们之间的关系不一定是线性比例关系线性比例关系，例如，热敏电，例如，热敏电阻值随温度变化按指数函数变化。输出信号大小会受温度的影响，有温阻值随温度变化按指数函数变化。输出信号大小会受温度的影响，有温度系数存在。度系数存在。传感器的输出信号传感器的输出信号受外界环境（如温度、电场）的干扰受外界环境（如温度、电场）的干扰。传感器的传感

6、器的输出阻抗都比较高输出阻抗都比较高，这样会使传感器信号输入到测量，这样会使传感器信号输入到测量电路时，产生较大信号衰减。电路时，产生较大信号衰减。第6页，讲稿共54张，创作于星期一11.1.3 输出信号的处理方法 根据传感器输出信号的特点，采取不同的信号处理方法来提根据传感器输出信号的特点，采取不同的信号处理方法来提高测量系统的测量高测量系统的测量精度精度和和线性度线性度，这正是传感器信号处理的目的。另，这正是传感器信号处理的目的。另外，传感器在测量过程外，传感器在测量过程中常掺杂有许多噪声信号中常掺杂有许多噪声信号，它会直接影响测量，它会直接影响测量系统的精度，因此系统的精度，因此抑制噪声

7、抑制噪声也是传感器信号处理的重要内容。也是传感器信号处理的重要内容。传感器输出信号的处理主要由传感器的传感器输出信号的处理主要由传感器的接口电路接口电路完成。因此传感器接完成。因此传感器接口电路应具有一定信号预处理的功能。经预处理后的信号，应成为口电路应具有一定信号预处理的功能。经预处理后的信号，应成为可供可供测量、控制使用及便于向微型计算机输出的信号形式测量、控制使用及便于向微型计算机输出的信号形式。接口电路。接口电路对不同的传感器是完全不一样的，其典型应用电路见表对不同的传感器是完全不一样的，其典型应用电路见表11-211-2。第7页，讲稿共54张，创作于星期一表11-2 典型的传感器接口

8、电路接口电路接口电路对信号的预处理功能对信号的预处理功能阻抗变换电路阻抗变换电路在传感器输出为高阻抗的情况下，变换为低阻抗、在传感器输出为高阻抗的情况下，变换为低阻抗、以便于检测电路准确地拾取传感器的输出信号以便于检测电路准确地拾取传感器的输出信号放大变换电路放大变换电路将微弱的传感器输出信号放大将微弱的传感器输出信号放大电流电压转换电路电流电压转换电路将传感器的电流输出转换成电压将传感器的电流输出转换成电压电桥电路电桥电路把传感器的电阻、电容、电感变化为电流或电压把传感器的电阻、电容、电感变化为电流或电压频率电压转换电路频率电压转换电路把传感器输出的频率信号转换为电流或电压把传感器输出的频率

9、信号转换为电流或电压电荷放大器电荷放大器将电场型传感器输出产生的电荷转换为电压将电场型传感器输出产生的电荷转换为电压有效值转换电路有效值转换电路在传感器为交流输出的情况下，转为有效值、变在传感器为交流输出的情况下，转为有效值、变为直流输出为直流输出滤波电路滤波电路通过低通及带通滤波器的噪声成分通过低通及带通滤波器的噪声成分线性化电路线性化电路在传感器的特性不是线性的情况下，用来进行线在传感器的特性不是线性的情况下，用来进行线性校正性校正对数压缩电路对数压缩电路当传感器输出信号的动态范围较宽时，用对数电当传感器输出信号的动态范围较宽时，用对数电路进行压缩路进行压缩第8页，讲稿共54张，创作于星期

10、一 在非电量测量过程中，往往会发现总是有一些在非电量测量过程中，往往会发现总是有一些无用的背景信号无用的背景信号与与被被测信号测信号叠加在一起，这称为叠加在一起，这称为干扰干扰，有时也采用，有时也采用噪声噪声这一习惯用语。这一习惯用语。对由传感器形成的测量装置而言，形成噪声干扰通常有对由传感器形成的测量装置而言，形成噪声干扰通常有3 3个要素个要素：噪声源、通道噪声源、通道（噪声源到接收电路之间的耦合通道）、（噪声源到接收电路之间的耦合通道）、接收电路接收电路。噪噪声声对对检检测测装装置置的的影影响响必必须须与与有有用用信信号号共共同同分分析析才才有有意意义义。衡衡量量噪噪声声对对有有用用信信

11、号号的的影影响响常常用用信信噪噪比比（S/N）来来表表示示，它它是是指指在在信信号号通通道道中中，有有用用信信号号功功率率PS与与噪噪声声功功率率PN 之之比比，或或有有用用信信号号电电压压US与与噪噪声声电电压压UN 之比。信噪比常用对数形式来表示，单位为之比。信噪比常用对数形式来表示，单位为dB，即，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。响。11.3 干扰的类型与要素第9页，讲稿共54张，创作于星期一信噪比信噪比（S/N）的）的计算举例计算举例 在

12、扩音机输入端测得：话筒输出的做报告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者声音的平均电压为50mV，50Hz干扰干扰“嗡嗡嗡嗡”声的电压为声的电压为0.5mV，求信噪比。，求信噪比。解解 S/N=20lg（50/0.5）dB=40 dB 第10页，讲稿共54张，创作于星期一噪声源及干扰源噪声源及干扰源 一、机械干扰一、机械干扰 机械干扰机械干扰是指机械振动或冲是指机械振动或冲击使电子检测装置中的元件发生击使电子检测装置中的元件发生振动振动改变了系统的改变了系统的电气参数电气参数，造，造成可逆或不可逆的影响。成可逆或不可逆的影响。对机械干扰，可选用专用减振对机械干扰，可选用专用减

13、振弹簧弹簧-橡胶垫脚或吸振橡胶海绵垫橡胶垫脚或吸振橡胶海绵垫来降低系统的谐振频率，吸收振来降低系统的谐振频率，吸收振动的能量，动的能量，从而减小系统的振从而减小系统的振幅。幅。橡胶橡胶 海海绵软垫绵软垫橡胶垫脚及弹簧橡胶垫脚及弹簧第11页，讲稿共54张，创作于星期一振动试验台振动试验台 频率、振幅均可调节频率、振幅均可调节 将被测仪器（如图中的电子天平）固定在振动台将被测仪器（如图中的电子天平）固定在振动台上，逐渐增大振幅，测试在不同频率的规定振幅下，上，逐渐增大振幅，测试在不同频率的规定振幅下，产品指标是否变化。产品指标是否变化。固定固定第12页，讲稿共54张，创作于星期一跌落试验跌落试验

14、产品在运输过产品在运输过程中常因为遭受剧程中常因为遭受剧烈震动或跌落而损烈震动或跌落而损坏或性能变差，因坏或性能变差，因此需要做抗跌落试此需要做抗跌落试验和测试。验和测试。跌落试验机跌落试验机第13页，讲稿共54张，创作于星期一二、湿度及化学干扰二、湿度及化学干扰 当当环环境境相相对对湿湿度度增增加加时时，物物体体表表面面就就会会附附着着一一层层水水膜膜，并并渗渗入入材材料料内内部部，降降低低了了绝绝缘缘强强度度，造造成成了了漏漏电电、击击穿穿和和短短路路现现象象；潮潮湿湿还还会会加加速速金金属属材材料料的的腐腐蚀蚀，并并产产生生原原电电池池电电化化学学干干扰扰电电压压；在在较较高高的的温温度

15、度下下，潮潮湿湿还还会会促使霉菌的生长，并引起有机材料的霉烂。促使霉菌的生长，并引起有机材料的霉烂。某些化学物品如酸、碱、盐、各种腐蚀性气某些化学物品如酸、碱、盐、各种腐蚀性气体以及沿海地区由海风带到岸上的盐雾也会造体以及沿海地区由海风带到岸上的盐雾也会造成与潮湿类似的漏电腐蚀现象，必须采取以下成与潮湿类似的漏电腐蚀现象，必须采取以下措施来加以保护：措施来加以保护：浸漆、密封、定期通电加热驱浸漆、密封、定期通电加热驱潮等潮等。用绝缘漆浸用绝缘漆浸漆漆过的控制过的控制变压变压器器浸漆可防止水分进浸漆可防止水分进入线圈内部入线圈内部第14页，讲稿共54张，创作于星期一仪器设备的防潮试验仪器设备的防

16、潮试验喷淋试验喷淋试验第15页，讲稿共54张，创作于星期一仪器设备的防潮试验（续）仪器设备的防潮试验（续）“步入式步入式”恒温恒湿房恒温恒湿房（参考（参考江苏省计量测试技术研究所江苏省计量测试技术研究所资料）资料）体积：体积：25m3 3，温度调节范围：（，温度调节范围：（-40+80），湿度调湿度调节范围：（节范围：（3090）%RH 可用于进行大型仪器设备的高低温、恒定湿热、交变可用于进行大型仪器设备的高低温、恒定湿热、交变湿热试验。湿热试验。第16页，讲稿共54张，创作于星期一三、热干扰三、热干扰 热量，特别是热量，特别是温度波动温度波动以及以及不均匀的温度场不均匀的温度场对检测装置对检

17、测装置的的干扰干扰，主要体现在以下几个方面：，主要体现在以下几个方面：元件参数的变化（温漂）、接触热电势干扰、元器件元件参数的变化（温漂）、接触热电势干扰、元器件长期在高温下工作时，引起寿命和耐压等级降低等。长期在高温下工作时，引起寿命和耐压等级降低等。克服热干扰的克服热干扰的防护措施防护措施有：有：选用低温漂元件，采取软、硬件温度补偿措施，选用低功耗、选用低温漂元件，采取软、硬件温度补偿措施，选用低功耗、低发热元件，提高元器件规格余量，仪器的前置输入级远离发低发热元件，提高元器件规格余量，仪器的前置输入级远离发热元件，加强散热、采用热屏蔽等。热元件，加强散热、采用热屏蔽等。第17页，讲稿共5

18、4张，创作于星期一散热实例散热实例 散热风扇散热风扇第18页，讲稿共54张，创作于星期一四、固有噪声干扰四、固有噪声干扰 在电路中，电子元件本身产在电路中，电子元件本身产生的、具有生的、具有随机性、宽频带随机性、宽频带的噪的噪声称为声称为固有噪声固有噪声。最重要的固有噪声源是电最重要的固有噪声源是电阻热噪声、半导体散粒噪声和阻热噪声、半导体散粒噪声和接触噪声等。接触噪声等。固有噪声可以从喇叭或固有噪声可以从喇叭或耳机中反映出来，但更多的耳机中反映出来，但更多的时候是反映在输出电压的无时候是反映在输出电压的无规律跳变上。规律跳变上。第19页，讲稿共54张，创作于星期一 、电磁兼容（、电磁兼容（E

19、MCEMC）概念）概念 我国从世纪我国从世纪8080年代至今已制定了上百个电磁兼容年代至今已制定了上百个电磁兼容的国家标准，强制要求多数电气设备必须通过相关电磁兼的国家标准，强制要求多数电气设备必须通过相关电磁兼容标准的性能测试，否则为不合格产品。通俗地说，容标准的性能测试，否则为不合格产品。通俗地说，电磁电磁兼容兼容是指是指电子系统在规定的电磁干扰环境中能正常工作的电子系统在规定的电磁干扰环境中能正常工作的能力，而且还不允许产生超过规定的电磁干扰能力，而且还不允许产生超过规定的电磁干扰 。五、电、磁噪声干扰五、电、磁噪声干扰 第20页，讲稿共54张，创作于星期一、电磁干扰的来源、电磁干扰的来

20、源 电场和磁场以通过电路和磁路对检测系统产生的电场和磁场以通过电路和磁路对检测系统产生的干扰称为电磁干扰，它是最为普遍、影响最严重的干干扰称为电磁干扰，它是最为普遍、影响最严重的干扰。扰。电磁干扰源分为两大类：电磁干扰源分为两大类：自然界干扰源自然界干扰源和和人为干扰人为干扰源源，后者是检测系统的主要干扰源。，后者是检测系统的主要干扰源。1.1.自自然然界界干干扰扰源源包包括括地地球球外外层层空空间间的的宇宇宙宙射射电电噪噪声声、太太阳阳耀耀斑斑辐辐射射噪噪声声以以及及大大气气层层的的天天电电噪噪声声。后后者者的的能能量量频频谱谱主主要要集集中中在在30MHz30MHz以以下下，对对检检测测系

21、系统统的的影影响响较较大。大。2.2.人人为为干干扰扰源源又又可可分分为为有有意意发发射射干干扰扰源源和和无无意意发发射干扰源射干扰源。第21页，讲稿共54张，创作于星期一通过通过人为干扰源人为干扰源，电磁波电磁波可以通过电网以可以通过电网以直接直接辐射辐射的形式传播到离这些噪声源很远的检测装置中。的形式传播到离这些噪声源很远的检测装置中。在工频输电线附近也存在强大的交变电场，在在工频输电线附近也存在强大的交变电场，在强电流输电线附近存在干扰磁场，他们将对十分灵强电流输电线附近存在干扰磁场，他们将对十分灵敏的检测装置造成干扰。由于这些干扰源功率强大，敏的检测装置造成干扰。由于这些干扰源功率强大

22、，要消除他们的影响较为困难，必须采取多种措施来要消除他们的影响较为困难，必须采取多种措施来防护。防护。第22页，讲稿共54张，创作于星期一自然界干扰源和人为干扰源自然界干扰源和人为干扰源X光机产生大功率光机产生大功率 高频干扰高频干扰 闪电产生电磁场干扰闪电产生电磁场干扰第23页，讲稿共54张，创作于星期一自然界干扰源和人为干扰源（续）自然界干扰源和人为干扰源（续）雷达会产生大功率高频干扰雷达会产生大功率高频干扰 变电站会产生变电站会产生50Hz的高次的高次 谐谐波干扰以及电晕波干扰以及电晕放电干扰放电干扰第24页，讲稿共54张，创作于星期一电吹风机干扰电视机的演示电吹风机干扰电视机的演示 电

23、吹风机产生的电吹风机产生的电磁波干扰以两种途径电磁波干扰以两种途径到达电视机：一是通过到达电视机：一是通过共用的电源插座，二是共用的电源插座，二是以空间电磁场传输的方以空间电磁场传输的方式由电视机的天线接收。式由电视机的天线接收。应设法切断这些应设法切断这些干扰途径。干扰途径。第25页，讲稿共54张，创作于星期一六六、内部干扰内部干扰 内部干扰内部干扰主要来自于主要来自于检测系统内部检测系统内部，包括元器件、电源电路、，包括元器件、电源电路、信号通道、负载回路、数字电路等内部干扰因素信号通道、负载回路、数字电路等内部干扰因素 按按路路和和场场的干扰方式分类：的干扰方式分类：路的干扰路的干扰必须

24、在干扰源和被干扰对象之间有完整的必须在干扰源和被干扰对象之间有完整的电路连接电路连接，干干扰沿着这个通路到达被干扰对象扰沿着这个通路到达被干扰对象。例如通过电源线、变压器引入的干。例如通过电源线、变压器引入的干扰扰；场的干扰场的干扰不需要沿着电路传输，而是以不需要沿着电路传输，而是以电磁场辐射电磁场辐射的方式进行。的方式进行。例如，电源线对传感器的信号线的电场耦合干扰；又如电焊机电缆例如，电源线对传感器的信号线的电场耦合干扰；又如电焊机电缆上的强电流对信号线的磁场耦合干扰。上的强电流对信号线的磁场耦合干扰。第26页，讲稿共54张，创作于星期一 若电阻器、电容器、电感器、晶体管、变压器和若电阻器

25、、电容器、电感器、晶体管、变压器和集成电路等电路元器件选择不当、材质不对、型号有误、集成电路等电路元器件选择不当、材质不对、型号有误、焊接虚脱和接触不良时，就可能成为电路中最易被忽视焊接虚脱和接触不良时，就可能成为电路中最易被忽视的元器件干扰源。的元器件干扰源。1 1通过路的干扰通过路的干扰 第27页，讲稿共54张，创作于星期一 负载（喇叭）的电流较大，负载（喇叭）的电流较大，它与放大器的负电源线共用了一它与放大器的负电源线共用了一段地线，在地线的微小电阻上产段地线，在地线的微小电阻上产生了压降，造成了干扰。生了压降，造成了干扰。由共阻抗耦合引起的干扰由共阻抗耦合引起的干扰 当两个或两个以上的

26、当两个或两个以上的电电路路共同享有或使用一段公共的共同享有或使用一段公共的线线路路,而而这这段段线线路又具有一定的路又具有一定的阻抗阻抗时时,这这个阻抗成个阻抗成为这为这两个两个电电路的共阻抗。第二个路的共阻抗。第二个电电路的路的电电流流流流过这过这个共阻抗所个共阻抗所产产生的生的压压降就成降就成为为第一个第一个电电路的干路的干扰扰电压电压。常常见见的例子是通的例子是通过过接地接地线线阻抗引入的共阻抗耦合干阻抗引入的共阻抗耦合干扰扰。负载负载电流电流干扰压干扰压降降正确接线正确接线第28页，讲稿共54张，创作于星期一电源干扰电源干扰由电源配电由电源配电回路引入的干扰回路引入的干扰 交流供配交流

27、供配电线电线路在工路在工业现场业现场的分布相当于一个吸收各种干的分布相当于一个吸收各种干扰扰的网的网络络,而且十分方便地以而且十分方便地以电电路路传导传导的形式的形式传传遍各遍各处处，通，通过检测过检测装置装置的的电电源源线进线进入入仪仪器内部造成干器内部造成干扰扰。最明最明显显的是的是电压电压突突变变和交流和交流电电源波形畸源波形畸变变，它使工，它使工频频的高次的高次谐谐波波 (从低从低频频一直延伸至高一直延伸至高频频)经电经电源源线进线进入入仪仪器的前器的前级电级电路。例如，路。例如，由由调压调压或逆或逆变电变电路中的晶路中的晶闸闸管引起的大功率高次管引起的大功率高次谐谐波干波干扰扰；又如

28、；又如开关开关电电源源经电经电源源线线往外泄漏出的几百千赫往外泄漏出的几百千赫兹兹的尖脉冲干的尖脉冲干扰扰。这这些些干干扰扰均可以通均可以通过电过电源的内阻，耦合到源的内阻，耦合到检测检测系系统统内部的内部的电电路，从而路，从而对对系系统统造成极大的危害造成极大的危害第29页，讲稿共54张，创作于星期一2 2通过场的干扰通过场的干扰 由由电场电场耦合引起的干耦合引起的干扰扰：电场电场耦合耦合实质实质上是上是电电容性耦合容性耦合。要减少。要减少电电源源线对线对信号信号线线的的电场电场耦合干耦合干扰扰，就必，就必须须减小两者减小两者间间的的分布分布电电容容，必，必须须尽量保持尽量保持电电路和信号路

29、和信号线线的的对对地平衡地平衡，布，布线时线时，多采用双多采用双绞绞扭屏蔽扭屏蔽线线。带电物体产生的电场带电物体产生的电场第30页，讲稿共54张，创作于星期一由磁场耦合引起的干扰由磁场耦合引起的干扰 磁磁场场耦合干耦合干扰扰的的实质实质是是互感性耦合互感性耦合干干扰扰。防止磁防止磁场场耦合干耦合干扰扰途径的途径的办办法有：法有：使信号使信号线线远远离离强强电电流干流干扰扰源，从而减小源，从而减小互感量互感量M；采用低采用低频频磁屏蔽磁屏蔽，从而减小信号线，从而减小信号线感受到的磁场；感受到的磁场；采用绞扭导线使引入到信号处理电采用绞扭导线使引入到信号处理电路两端的干扰电压大小相等、相位相路两端

30、的干扰电压大小相等、相位相同，使差模干扰转变成共模干扰同，使差模干扰转变成共模干扰 。C型变压器的漏感比型变压器的漏感比E型的小型的小4对双绞扭线对双绞扭线第31页，讲稿共54张，创作于星期一由电焊引起的干扰由电焊引起的干扰 电焊机电缆产生强磁场干扰电焊机电缆产生强磁场干扰磁场交链磁场交链信号线信号线第32页，讲稿共54张，创作于星期一11.3.2 干扰控制的方法削弱接收电路对干扰的灵敏度削弱接收电路对干扰的灵敏度通过电子线路板的合理布局，通过电子线路板的合理布局，如输入电路采用对称结构、信号的数字传输、信号传输线采用双绞如输入电路采用对称结构、信号的数字传输、信号传输线采用双绞线等措施来实现

31、线等措施来实现阻断或减弱干扰的耦合通道或传输途径阻断或减弱干扰的耦合通道或传输途径消除或抑制干扰源消除或抑制干扰源消除干扰源是最有效、最彻底的方法，消除干扰源是最有效、最彻底的方法，但在实际中是很难完全消除的但在实际中是很难完全消除的检检测测装装置置的的干干扰扰控控制制方方式式主主要要是是根据噪声干扰必须具备的根据噪声干扰必须具备的3 3个要素（个要素（噪声源、通道、接收电路）噪声源、通道、接收电路）第33页，讲稿共54张，创作于星期一 干扰噪声的控制干扰噪声的控制就是如何阻断干扰的传就是如何阻断干扰的传输途径和耦合通道。输途径和耦合通道。检测装置的干扰噪声控制方法常采用的检测装置的干扰噪声控

32、制方法常采用的有有屏蔽技术、接地技术、隔离技术、滤波器屏蔽技术、接地技术、隔离技术、滤波器等硬件抗干扰措施，以及等硬件抗干扰措施，以及冗余技术、陷阱技冗余技术、陷阱技术术等微机软件抗干扰措施。对其它种类干扰等微机软件抗干扰措施。对其它种类干扰可采用可采用隔热、密封、隔振及蔽光隔热、密封、隔振及蔽光等措施，或等措施，或在转换为电量后对干扰进行在转换为电量后对干扰进行分离或抑制分离或抑制。第34页，讲稿共54张，创作于星期一1.屏蔽屏蔽屏蔽屏蔽就是用低电阻材料或磁性材料把元件、传输导线、电路及组合就是用低电阻材料或磁性材料把元件、传输导线、电路及组合件包围起来，以隔离内外电磁或电场的相互干扰。件包

33、围起来，以隔离内外电磁或电场的相互干扰。屏屏蔽蔽电场屏蔽电场屏蔽电场屏蔽主要用来防止元件或电路间因电场屏蔽主要用来防止元件或电路间因 分布分布 电容耦合电容耦合形成的干扰。形成的干扰。磁场屏蔽磁场屏蔽主要用来消除元件或电路间因主要用来消除元件或电路间因磁场寄生耦合磁场寄生耦合 产生的产生的 干扰，磁场屏蔽的材料一般都选用干扰，磁场屏蔽的材料一般都选用 高磁导系数的磁高磁导系数的磁 性材料性材料电磁屏蔽电磁屏蔽电磁屏蔽主要用来防止电磁屏蔽主要用来防止高频磁场的干扰高频磁场的干扰。电磁屏蔽电磁屏蔽 的材料应选用导电率较高的材的材料应选用导电率较高的材 料，如铜、银等，利用电磁场在屏蔽金属料，如铜、

34、银等，利用电磁场在屏蔽金属 内部产生内部产生涡流涡流而起屏蔽作用。而起屏蔽作用。电磁屏蔽的屏蔽体可以电磁屏蔽的屏蔽体可以不不接地接地，但一般为防止分布电容的影响，可，但一般为防止分布电容的影响，可以使电磁的屏蔽体接地，起到兼有电场屏蔽的作用。以使电磁的屏蔽体接地，起到兼有电场屏蔽的作用。电场屏蔽体电场屏蔽体必须必须可靠接地可靠接地。第35页，讲稿共54张，创作于星期一各种静电屏蔽各种静电屏蔽 仪器设备的屏蔽外仪器设备的屏蔽外壳必须接地壳必须接地带孔屏蔽板带孔屏蔽板第36页，讲稿共54张，创作于星期一各种静电屏蔽（续）各种静电屏蔽（续）自制的自制的屏蔽屏蔽罩罩通风屏蔽窗通风屏蔽窗第37页，讲稿共

35、54张，创作于星期一各种静电屏蔽（续）各种静电屏蔽（续）开关电源采用带孔的屏开关电源采用带孔的屏蔽外壳，既可散热，又蔽外壳，既可散热，又可防止电磁干扰外泄可防止电磁干扰外泄第38页，讲稿共54张，创作于星期一屏蔽线屏蔽线 三绞扭屏蔽线三绞扭屏蔽线铜芯铜芯4对双绞扭屏蔽线对双绞扭屏蔽线（屏蔽层接地）（屏蔽层接地）聚氟乙烯绝聚氟乙烯绝缘层缘层铜线编织网铜线编织网（接地）（接地）第39页，讲稿共54张，创作于星期一低频磁屏蔽低频磁屏蔽 低低频频磁屏蔽磁屏蔽是用来隔离低是用来隔离低频频（主要指（主要指50Hz）磁）磁场场和固定磁和固定磁场场（也称静磁（也称静磁场场，其幅度、方向不随，其幅度、方向不随时

36、间变时间变化，化，如永久磁如永久磁铁产铁产生的磁生的磁场场）耦合干）耦合干扰扰的有效措施。的有效措施。静静电电屏蔽屏蔽线线或静或静电电屏蔽盒屏蔽盒对对低低频频磁磁场场不起隔离作不起隔离作用。必用。必须须采用采用高高导导磁材料磁材料作屏蔽作屏蔽层层，以便，以便让让低低频频干干扰扰磁力磁力线线只从磁阻很小的磁屏蔽只从磁阻很小的磁屏蔽层层上通上通过过，使低，使低频频磁屏蔽磁屏蔽层层内部的内部的电电路免受低路免受低频频磁磁场场耦合干耦合干扰扰的影响。有的影响。有时还时还将屏蔽将屏蔽线线穿在接穿在接地的地的铁质铁质蛇皮管或普通蛇皮管或普通铁铁管内，同管内，同时时达到静达到静电电屏蔽和低屏蔽和低频频磁磁屏

37、蔽的目的。屏蔽的目的。第40页，讲稿共54张，创作于星期一低频磁屏蔽举例低频磁屏蔽举例 多数多数仪仪器的外壳采用器的外壳采用导导磁材料磁材料（例如：（例如：铁质铁质机壳）作屏蔽机壳）作屏蔽层层，让让低低频频干干扰扰磁力磁力线线从磁阻很小的磁屏蔽从磁阻很小的磁屏蔽层层上通上通过过，使受外壳保，使受外壳保护护的内部的内部电电路免路免受低受低频频磁磁场场耦合干耦合干扰扰的影响。的影响。如果将外壳接地，如果将外壳接地，则则同同时时达到静达到静电电屏屏蔽和低蔽和低频频磁屏蔽的目的。磁屏蔽的目的。第41页，讲稿共54张，创作于星期一电磁屏蔽电磁屏蔽 电电磁屏蔽磁屏蔽是采用是采用导电导电良好的良好的金属材金

38、属材料料做成屏蔽罩、屏蔽盒等做成屏蔽罩、屏蔽盒等不同的外形，不同的外形，将被保将被保护护的的电电路包路包围围在其中。它屏蔽的干在其中。它屏蔽的干扰对扰对象是象是高高频频（40kHz以上）磁以上）磁场场。干干扰扰源源产产生的高生的高频频磁磁场场遇到遇到导电导电良良好的好的电电磁屏蔽磁屏蔽层层时时，就在其外表面感，就在其外表面感应应出同出同频频率的率的电涡电涡流流，从而消耗了高，从而消耗了高频频干干扰扰源磁源磁场场的能量。其次，的能量。其次，电涡电涡流也将流也将产产生一个新的磁生一个新的磁场场，抵消了一部分干，抵消了一部分干扰扰磁磁场场的能量，从而使的能量，从而使电电磁屏蔽磁屏蔽层层内内部的部的电

39、电路免受高路免受高频频干干扰扰磁磁场场的影响。的影响。镀铜镀铜电电磁屏蔽盒磁屏蔽盒第42页，讲稿共54张，创作于星期一军用屏蔽帐篷军用屏蔽帐篷几种用导电纤维材料编织而导电纤维材料编织而成的军用电磁屏蔽器材成的军用电磁屏蔽器材 军用军用 电子方舱电子方舱屏蔽通信车屏蔽通信车第43页，讲稿共54张，创作于星期一防电磁波屏蔽围裙防电磁波屏蔽围裙几种用几种用导电纤维材料编织而成的电磁屏导电纤维材料编织而成的电磁屏蔽服蔽服辐射源辐射源防电磁波防电磁波屏蔽服装屏蔽服装防电磁波屏蔽围防电磁波屏蔽围裙的使用裙的使用第44页，讲稿共54张，创作于星期一屏蔽室屏蔽室 导电导电PVC地板地板 用用于防静电及于防静电

40、及 底部底部屏蔽屏蔽干扰信号无法穿透干扰信号无法穿透钢板屏蔽室钢板屏蔽室第45页，讲稿共54张，创作于星期一2.接地 电路或传感器中的地指的是一个电路或传感器中的地指的是一个等电位点等电位点，它，它是电路或传感器的是电路或传感器的基准电位点基准电位点，与基准电位点相连，与基准电位点相连就是接地。就是接地。传感器或电路接地，是为了清除电流流经公传感器或电路接地，是为了清除电流流经公共地线阻抗时产生的噪声电压，也可以避免受磁共地线阻抗时产生的噪声电压，也可以避免受磁场或地电位差的影响。把接地和屏蔽正确结合起场或地电位差的影响。把接地和屏蔽正确结合起来使用，就可抑制大部分的噪声。来使用，就可抑制大部

41、分的噪声。第46页，讲稿共54张，创作于星期一一点接地和多点接地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一般来说，系统内印制电路板接地的基本原则是高频电路高频电路应就近多点应就近多点接地，接地，低频电路低频电路应一点接地。应一点接地。因为在因为在低频电路低频电路中，布线和元件间的电感并不是大问题，而中，布线和元件间的电感并不是大问题，而公共阻公共阻抗耦合干扰抗耦合干扰的影响较大，因此，常以一点为接地点。的影响较大，因此，常以一点为接地点。高频电路高频电路中各地线电路形成的环路会产生中各地线电路形成的环路会产生电感耦合电感耦合，增加了地线，增加了地线阻抗，同时各地线之间也会产

42、生电感耦合。在高频、阻抗，同时各地线之间也会产生电感耦合。在高频、超高频超高频时，尤其时，尤其是当线长度等于是当线长度等于1/41/4波长的奇数倍波长的奇数倍时，地线阻抗就会变得很高。这时时，地线阻抗就会变得很高。这时的地线就变成了的地线就变成了天线天线，可以向外辐射噪声信号。所以这时的地线，可以向外辐射噪声信号。所以这时的地线长度应小于信号长度应小于信号波长的波长的l/2l/2，才能防止辐射干扰，并降低地线阻抗。，才能防止辐射干扰，并降低地线阻抗。实验证明，在超高频时，地线长度应小于实验证明，在超高频时，地线长度应小于25mm25mm，并要求地线镀，并要求地线镀银处理。银处理。第47页，讲稿

43、共54张，创作于星期一一般来说，频率在一般来说，频率在1MHz1MHz以下，可用以下，可用一点接地一点接地；而高于；而高于10MHz10MHz时，则应时，则应多点接地多点接地。在。在lMHz10MHzlMHz10MHz之间时，如果采用一点接地的方式，其地线长度之间时，如果采用一点接地的方式，其地线长度就不要超过就不要超过波长的波长的1/201/20。否则，应采用多点接地的方式。否则，应采用多点接地的方式。对于具体接地方式：对于具体接地方式：一点接地有一点接地有放射式接地线路放射式接地线路和和母线式接地线路母线式接地线路方式。放射式接地线方式。放射式接地线路就是路就是电路中各功能电路的电路中各功

44、能电路的“地地”直接用接地导线与零电位基准点连直接用接地导线与零电位基准点连接接；母线式接地线路是；母线式接地线路是采用具有一定截面积的优质导电体作为接地母线，采用具有一定截面积的优质导电体作为接地母线，直接接至零电位点，电路中的各功能块的直接接至零电位点，电路中的各功能块的“地地”，可就近接至该母线，可就近接至该母线上。上。而多点接地采用而多点接地采用平面式接地方式平面式接地方式，利用一个良好的导电平面体，利用一个良好的导电平面体(如采如采用多层线路板中的一层用多层线路板中的一层)接至零电位基准地上，各高频电路的接至零电位基准地上，各高频电路的“地地”就就近接至该近接至该“地平面地平面”。若

45、电路中高低频均有，可将上述接地方法组。若电路中高低频均有，可将上述接地方法组合使用。合使用。第48页，讲稿共54张，创作于星期一1.单级电路的一点接地原则单级电路的一点接地原则 考考虑虑到加工到加工工工艺艺，在，在实际实际的印制的印制电电路板路板设计设计中，只能中，只能做到各接地点做到各接地点尽量靠近、并尽量靠近、并加大地加大地线线的的宽宽度。度。1接线端子接线端子 2印制板安装孔印制板安装孔 3接地母线接地母线 44高频变压器屏蔽外壳接地点高频变压器屏蔽外壳接地点 第49页，讲稿共54张，创作于星期一大面积接地大面积接地 当频率较高时，应采取当频率较高时，应采取大面积的地线，这时允许大面积的

46、地线，这时允许“多点接地多点接地”，这是因为接地，这是因为接地面积十分大，内阻很低，事面积十分大，内阻很低，事实上相当于一点接地，不易实上相当于一点接地，不易产生级与级之间的共阻耦合。产生级与级之间的共阻耦合。第50页，讲稿共54张，创作于星期一3.隔离 前后两个电路信号端直接连接前后两个电路信号端直接连接,容易形成容易形成环路电环路电流流,引起噪声干扰。这时引起噪声干扰。这时,常采用隔离的方法常采用隔离的方法,把两个把两个电路的信号端从电路上隔开。电路的信号端从电路上隔开。隔离的方法主要采用隔离的方法主要采用变压器隔离变压器隔离和和光电耦合器隔光电耦合器隔离离。在两个电路之间加入隔离变压器可

47、以切断地环路。在两个电路之间加入隔离变压器可以切断地环路,实现前后电路的隔离实现前后电路的隔离,变压器隔离只选用于交流电路。变压器隔离只选用于交流电路。在直流或超低频测量系统中在直流或超低频测量系统中,常采用常采用光电耦合光电耦合的的方法实现电路的隔离。方法实现电路的隔离。第51页，讲稿共54张，创作于星期一图图11-4 11-4 变压器隔离和光电耦合器隔离变压器隔离和光电耦合器隔离第52页，讲稿共54张，创作于星期一4.滤波 滤波电路或滤波器是一种能使滤波电路或滤波器是一种能使某一种频率顺利通过某一种频率顺利通过而另一部分频率受到较大衰减的装置而另一部分频率受到较大衰减的装置。因传感器的输出

48、信号大多是缓慢变化的，因而对传感器因传感器的输出信号大多是缓慢变化的，因而对传感器输出信号的滤波常采用输出信号的滤波常采用有源低通滤波器有源低通滤波器，它只允许，它只允许低频信低频信号通过而不能通过高频信号号通过而不能通过高频信号。常采用的方法是在运算放大器的常采用的方法是在运算放大器的同相端同相端接入一阶接入一阶或二阶或二阶RCRC有源低通滤波器，使干扰的高频信号滤除，有源低通滤波器，使干扰的高频信号滤除，而有用的低频信号顺利通过；反之，在输入端接高通而有用的低频信号顺利通过；反之，在输入端接高通滤波器，将低频干扰滤除，使高频有用信号顺利通过。滤波器，将低频干扰滤除，使高频有用信号顺利通过。第53页，讲稿共54张，创作于星期一感谢大家观看第54页，讲稿共54张，创作于星期一