06可靠性与抗干扰技术.ppt

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1、第第6 6章章 智能仪表抗干扰技术智能仪表抗干扰技术第六章第六章智能仪表智能仪表可靠性和抗干扰技术可靠性和抗干扰技术第第6 6章章 智能仪表抗干扰技术智能仪表抗干扰技术本章主要内容本章主要内容干扰的来源、传播途径与作用方式干扰的来源、传播途径与作用方式 硬件抗干扰技术硬件抗干扰技术软件抗干扰技术软件抗干扰技术 智能仪器的可靠性设计智能仪器的可靠性设计第第6 6章章 智能仪表抗干扰技术智能仪表抗干扰技术6.1 干扰的来源、传播途径干扰的来源、传播途径与作用方式与作用方式第第6 6章章 智能仪表抗干扰技术智能仪表抗干扰技术 干扰是影响仪表正常运行的所有因素的总称。干扰是影响仪表正常运行的所有因素的

2、总称。干扰是影响仪表正常运行的所有因素的总称。干扰是影响仪表正常运行的所有因素的总称。干扰可能来自空间，也可能来自其他信号的耦合，干扰严干扰可能来自空间，也可能来自其他信号的耦合，干扰严 重时会影响到仪表的正常运行。重时会影响到仪表的正常运行。干扰形成有干扰形成有三个条件三个条件三个条件三个条件：干扰源干扰源干扰源干扰源、仪器仪表仪器仪表仪器仪表仪器仪表、传播途径传播途径传播途径传播途径。抗干扰技术抗干扰技术抗干扰技术抗干扰技术就是通过对这三要素中的一个或多个采取必要就是通过对这三要素中的一个或多个采取必要措施来实现的。措施来实现的。第第6 6章章 智能仪表抗干扰技术智能仪表抗干扰技术6.1.

3、1 干扰的来源干扰的来源 智能仪表干扰的智能仪表干扰的来源来源是多方面的：是多方面的：干扰干扰干扰干扰外部干扰外部干扰内部干扰内部干扰外部干扰外部干扰外部干扰外部干扰与仪表结构无关，是由使用条件和外部与仪表结构无关，是由使用条件和外部环境因素决定的。环境因素决定的。主要有主要有主要有主要有：天电干扰，如雷电或大气电离作用引起：天电干扰，如雷电或大气电离作用引起的干扰电波；天体干扰，如太阳辐射的电磁波；的干扰电波；天体干扰，如太阳辐射的电磁波；周围电气设备发出的电磁波的干扰；电源的工频周围电气设备发出的电磁波的干扰；电源的工频干扰；气象条件引起的干扰；地磁场干扰；火花干扰；气象条件引起的干扰；地

4、磁场干扰；火花放电、弧光放电、辉光放电等产生的电磁波等。放电、弧光放电、辉光放电等产生的电磁波等。内部干扰内部干扰内部干扰内部干扰是由仪表的结构布局、线路设计、元器件是由仪表的结构布局、线路设计、元器件性质变化和漂移等原因造成的。性质变化和漂移等原因造成的。主要有主要有主要有主要有：分布电容、分布电感引起的耦合感应，电：分布电容、分布电感引起的耦合感应，电磁场辐射感应，长线传输的波反射，多点接地造成磁场辐射感应，长线传输的波反射，多点接地造成的电位差引入的干扰，寄生振荡引起的干扰以及热的电位差引入的干扰，寄生振荡引起的干扰以及热噪声、闪变噪声、尖峰噪声等。噪声、闪变噪声、尖峰噪声等。第第6 6

5、章章 智能仪表抗干扰技术智能仪表抗干扰技术6.1.2 干扰的传播途径干扰的传播途径在智能仪表系统的现场，往往有许多强电设备，它们的启动和工作过在智能仪表系统的现场，往往有许多强电设备，它们的启动和工作过程中将产生干扰电磁场，另外还有来自空间传播的电磁波和雷电的干程中将产生干扰电磁场，另外还有来自空间传播的电磁波和雷电的干扰，以及高压输电线周围交变磁场的影响等。扰，以及高压输电线周围交变磁场的影响等。电力线电力线雷电雷电电台电台电视台电视台交流供电电路交流供电电路电动机电动机移动移动通信通信设备设备天体电磁辐射天体电磁辐射第第6 6章章 智能仪表抗干扰技术智能仪表抗干扰技术干扰传播途径主要有：干

6、扰传播途径主要有：电场耦合电场耦合 磁场耦合磁场耦合 公共阻抗耦合公共阻抗耦合第第6 6章章 智能仪表抗干扰技术智能仪表抗干扰技术电场耦合又称静电耦合，是通过电容耦合窜入其他线路的。电场耦合又称静电耦合，是通过电容耦合窜入其他线路的。1.1.电场耦合电场耦合电场干扰可以通过两根导线之间构成的分布电容窜入系统。电场干扰可以通过两根导线之间构成的分布电容窜入系统。Ra=1/jc12Rb=R/(1+1/jc2g)第第6 6章章 智能仪表抗干扰技术智能仪表抗干扰技术在在任任何何载载流流导导体体周周围围都都会会产产生生磁磁场场，当当电电流流变变化化时时会会引引起起交交变变磁磁场场，该磁场必然在其周围的闭

7、合回路中产生感应电势引起干扰。该磁场必然在其周围的闭合回路中产生感应电势引起干扰。在在设设备备内内部部，线线圈圈或或变变压压器器的的漏漏磁磁也也会会引引起起干干扰扰；在在设设备备外外部部，平平行行架架设设的的两两根根导导线线也也会会产产生生干干扰扰，由由于于感感应应电电磁磁场场引引起起的的耦耦合合，可可以计算感应电压：以计算感应电压：其中：其中：为感应磁场交变角频率为感应磁场交变角频率 M为两根导线之间的互感为两根导线之间的互感 I1为导线为导线1中的电流中的电流 2.磁场耦合第第6 6章章 智能仪表抗干扰技术智能仪表抗干扰技术假设：某信号线，与电压为假设：某信号线，与电压为220V（AC）、

8、负）、负荷为荷为10KVA的输电线的距离为的输电线的距离为1m，并且平行，并且平行走线走线10m，两线之间的互感为，两线之间的互感为4.2H，按上式，按上式计算出信号线上感应的干扰电压计算出信号线上感应的干扰电压Un。Un=MI1=2504.2（10-6）10000/220=59.98(mV)可见，这样大的干扰，足以淹没小信号。可见，这样大的干扰，足以淹没小信号。磁场耦合举例第第6 6章章 智能仪表抗干扰技术智能仪表抗干扰技术公公共共阻阻抗抗耦耦合合干干扰扰是是由由于于电电流流流流过过回回路路间间公公共共阻阻抗抗，使使得一个回路的电流所产生的电压降影响到另一回路。得一个回路的电流所产生的电压降

9、影响到另一回路。公公共共耦耦合合阻阻抗抗普普遍遍存存在在，例例如如，电电源源引引线线、印印制制电电路路板板上上的的地地和和公公共共电电源源线线、汇汇流流排排等等。这这些些汇汇流流排排都都具具有有一一定定的的阻阻抗抗，对对于于多多回回路路来来说说，就就是是公公共共耦耦合合阻阻抗抗。当当流流过过较较大大的的数数字字信信号号电电流流时时，其其作作用用就就像像是是一一根根天天线线，将将干干扰扰引引入入到到各各回回路路。同同时时，各各汇汇流流条条之之间间具具有有电电容容，数数字脉冲可以通过这个电容耦合过来。字脉冲可以通过这个电容耦合过来。印印刷刷电电路路板板上上的的“地地”实实质质上上就就是是公公共共汇

10、汇流流线线，由由于于它它具有一定的电阻，各电源之间就通过它产生信号耦合。具有一定的电阻，各电源之间就通过它产生信号耦合。3.公共阻抗耦合第第6 6章章 智能仪表抗干扰技术智能仪表抗干扰技术公共电源线的阻抗耦合Rp1、Rp1、Rpn和和Rn1、Rn2、Rnn分分别别是是电电源源引引线线的的阻阻抗抗，各各独独立立回回路路电电流流流流过过公公共共阻阻抗所产生的电压降为：抗所产生的电压降为：它们分别耦合进各级电路形成干扰。它们分别耦合进各级电路形成干扰。第第6 6章章 智能仪表抗干扰技术智能仪表抗干扰技术 公共地线的阻抗耦合如如果果系系统统的的模模拟拟信信号号和和数数字字信信号号不不是是分分开开接接地

11、地的的，如如图图a和图和图b所示，则数字信号就会耦合到模拟信号中去。所示，则数字信号就会耦合到模拟信号中去。在在图图c中中模模拟拟信信号号和和数数字字信信号号是是分分开开接接地地的的，两两种种信信号号分分别别流流入入大大地地，这这样样就就可可以以避避免免干干扰扰，因因为为大大地地是是一一种种无线吸收面。无线吸收面。第第6 6章章 智能仪表抗干扰技术智能仪表抗干扰技术6.1.3 干扰的作用方式干扰的作用方式按干扰作用方式的不同，可分为按干扰作用方式的不同，可分为差模干扰、共模干扰差模干扰、共模干扰和和长线长线传输干扰传输干扰。差模干扰：差模干扰：又称串模干扰，是指叠加在被测信号上的干扰噪又称串模

12、干扰，是指叠加在被测信号上的干扰噪声，它串联在信号源回路中，与被测信号相加输入系统。差声，它串联在信号源回路中，与被测信号相加输入系统。差模干扰与被测信号在回路中处于同样的地位，也称为常态干模干扰与被测信号在回路中处于同样的地位，也称为常态干扰或横向干扰。扰或横向干扰。产生差模干扰的原因：产生差模干扰的原因：分布电容的电场耦合，空间的磁场耦分布电容的电场耦合，空间的磁场耦合，长线传输的互感，合，长线传输的互感，50Hz工频干扰，以及信号回路中元件工频干扰，以及信号回路中元件的参数变化等。的参数变化等。IaC1C2第第6 6章章 智能仪表抗干扰技术智能仪表抗干扰技术6.1.3 干扰的作用方式干扰

13、的作用方式共模干扰：共模干扰：是指系统的信号输入端上对接地端的干扰是指系统的信号输入端上对接地端的干扰电压电压,共模干扰也称为共模干扰也称为共态干扰共态干扰或或纵向干扰纵向干扰。产生共模干扰的原因：产生共模干扰的原因：信号源的地与信号放大器的地信号源的地与信号放大器的地一般相隔一段距离，在两个接地点之间往往存在一个一般相隔一段距离，在两个接地点之间往往存在一个电位差电位差Uc，该电位差就是共模干扰，该电位差就是共模干扰。第第6 6章章 智能仪表抗干扰技术智能仪表抗干扰技术对于系统干扰来说，共模干扰大都通过差模干扰方式表现出来。对于系统干扰来说，共模干扰大都通过差模干扰方式表现出来。由由Ucm引

14、起系统输入的差模电压为：引起系统输入的差模电压为：两种输入方式的共模电压的引入两种输入方式的共模电压的引入(a)单端输入单端输入 (b)双端输入双端输入第第6 6章章 智能仪表抗干扰技术智能仪表抗干扰技术对于存在共模干扰的场合，不能采用单端输入方式，应采对于存在共模干扰的场合，不能采用单端输入方式，应采用用双端输入方式双端输入方式，原因是其抗共模干扰能力强。，原因是其抗共模干扰能力强。为了衡量一个放大器抑制共模干扰的能力，常用为了衡量一个放大器抑制共模干扰的能力，常用共模抑制共模抑制比比CMRR（Common-Mode Rejection Ratio）表示，即）表示，即 其中，其中，Ucm是共

15、模干扰电压，是共模干扰电压，Un是由是由Ucm转化成的差模转化成的差模干扰电压。单端输入方式的干扰电压。单端输入方式的CMRR较小，说明它的抗共模较小，说明它的抗共模抑制能力较差；而双端输入方式，由抑制能力较差；而双端输入方式，由Ucm引入的差模干扰引入的差模干扰电压电压Un较小，较小，CMRR较大，所以抗共模干扰能力很强。较大，所以抗共模干扰能力很强。第第6 6章章 智能仪表抗干扰技术智能仪表抗干扰技术6.1.3 干扰的作用方式干扰的作用方式长线传输干扰：长线传输干扰：在智能仪表系统中，现场信号到仪表室的在智能仪表系统中，现场信号到仪表室的监控计算机之间，要经过一段较长的线路进行信号传输，监

16、控计算机之间，要经过一段较长的线路进行信号传输，即长线传输，在长线传输中产生的干扰称为长线传输干扰。即长线传输，在长线传输中产生的干扰称为长线传输干扰。对于高速信号传输的线路，即在高频信号电路中，多长的对于高速信号传输的线路，即在高频信号电路中，多长的导线可作为长线，取决于电路信号频率的大小，在有些情导线可作为长线，取决于电路信号频率的大小，在有些情况下，可能况下，可能1m左右的线就应作为长线看待。左右的线就应作为长线看待。第第6 6章章 智能仪表抗干扰技术智能仪表抗干扰技术长线传输干扰长线传输干扰信号在长线中传输会遇到三个问题：信号在长线中传输会遇到三个问题：一是高速变化的信号一是高速变化的

17、信号在长线中传输时，会出现波反射现象，二是具有信号延时，在长线中传输时，会出现波反射现象，二是具有信号延时，三是长线传输会受到外界干扰。三是长线传输会受到外界干扰。当信号在长线中传输时，由于传输线的分布电容和分布当信号在长线中传输时，由于传输线的分布电容和分布电感的影响，信号会在传输线内部产生正向前进的电压波电感的影响，信号会在传输线内部产生正向前进的电压波和电流波，称为入射波；另外，如果传输线的终端阻抗与和电流波，称为入射波；另外，如果传输线的终端阻抗与传输线的阻抗不匹配，当入射波到达终端时，会引起反射；传输线的阻抗不匹配，当入射波到达终端时，会引起反射；同样，反射波到达传输线始端时，如果阻

18、抗不匹配，也会同样，反射波到达传输线始端时，如果阻抗不匹配，也会引起反射。长线中信号的多次反射现象，使信号波形严重引起反射。长线中信号的多次反射现象，使信号波形严重畸变，并且引起干扰脉冲。畸变，并且引起干扰脉冲。第第6 6章章 智能仪表抗干扰技术智能仪表抗干扰技术6.2 硬件抗干扰技术硬件抗干扰技术第第6 6章章 智能仪表抗干扰技术智能仪表抗干扰技术6.2.1 电源系统的抗干扰技术电源系统的抗干扰技术电源引入的干扰是主要干扰之一；干扰大部分是由电源耦合电源引入的干扰是主要干扰之一；干扰大部分是由电源耦合产生的。产生的。供电方式供电方式 尖峰脉冲干扰的抑制尖峰脉冲干扰的抑制 掉电保护掉电保护 直

19、流侧的抗干扰措施直流侧的抗干扰措施 第第6 6章章 智能仪表抗干扰技术智能仪表抗干扰技术交流电网供电的系统交流电网供电的系统 1.供电方式供电方式第第6 6章章 智能仪表抗干扰技术智能仪表抗干扰技术在电源变压器中设置合理的屏蔽（在电源变压器中设置合理的屏蔽（静电屏蔽静电屏蔽和和电磁屏蔽电磁屏蔽）是）是一种有效的抗干扰措施，它是在电源变压器的初级和次级之一种有效的抗干扰措施，它是在电源变压器的初级和次级之间加间加屏蔽层屏蔽层。还可采用还可采用开关电源、开关电源、DC-DC变换器以及变换器以及UPS供电供电等，来提高等，来提高电源的稳定性。电源的稳定性。电源变压器的静电屏蔽电源变压器的静电屏蔽 隔

20、离变压器及其屏蔽隔离变压器及其屏蔽第第6 6章章 智能仪表抗干扰技术智能仪表抗干扰技术尖峰干扰是一种频繁出现的叠加于电网正弦波上的高能尖峰干扰是一种频繁出现的叠加于电网正弦波上的高能脉冲，其幅度可达几千伏，宽度只有微秒级，因此采用脉冲，其幅度可达几千伏，宽度只有微秒级，因此采用常规的抑制办法是无效的，而必须采取综合治理办法。常规的抑制办法是无效的，而必须采取综合治理办法。另外，使系统远离干扰源，对大功率用电设备采取专门措施抑制尖峰干另外，使系统远离干扰源，对大功率用电设备采取专门措施抑制尖峰干扰的产生等都是可行的方法。扰的产生等都是可行的方法。2.尖峰脉冲干扰的抑制尖峰脉冲干扰的抑制抑制尖峰干

21、扰最常用的方法主要有：抑制尖峰干扰最常用的方法主要有：在仪器交流电源输入端串入按频谱均衡的原理设计的干扰控制器，在仪器交流电源输入端串入按频谱均衡的原理设计的干扰控制器，将尖峰电压集中的能量分配到不同的频段上，从而减弱其破坏性；将尖峰电压集中的能量分配到不同的频段上，从而减弱其破坏性；在仪器交流电源输入端加超级隔离变压器，利用铁磁共振原理抑在仪器交流电源输入端加超级隔离变压器，利用铁磁共振原理抑制尖峰脉冲；制尖峰脉冲；在仪器交流电源的输入端并联压敏电阻，利用尖峰脉冲到来时电在仪器交流电源的输入端并联压敏电阻，利用尖峰脉冲到来时电阻值减小以降低仪器从电源分得的电压，从而削弱干扰的影响。阻值减小以

22、降低仪器从电源分得的电压，从而削弱干扰的影响。第第6 6章章 智能仪表抗干扰技术智能仪表抗干扰技术 如果把电源电压变化持续时间定为如果把电源电压变化持续时间定为tt，那么，根据，那么，根据tt的大的大小可以把电源干扰分为四种情况：小可以把电源干扰分为四种情况：（1 1）过压、欠压、停电：）过压、欠压、停电：当当tt1s1s时产生的干扰，解决办法时产生的干扰，解决办法是使用各种稳压器、电源调节器，对短时停电可用不间断电源是使用各种稳压器、电源调节器，对短时停电可用不间断电源（UPSUPS）供电。）供电。（2 2）浪涌、下陷、降出：）浪涌、下陷、降出：当当1s1stt10ms10ms时产生的干扰，

23、可使时产生的干扰，可使用快速响应的交流电源调压器克服。用快速响应的交流电源调压器克服。（3 3）尖峰电压：）尖峰电压：当当tt为为ss量级时产生的干扰。量级时产生的干扰。（4 4）射频干扰：）射频干扰：当当tt为为nsns量级时产生的干扰，可加量级时产生的干扰，可加2-32-3节低节低通滤波器消除干扰。通滤波器消除干扰。第第6 6章章 智能仪表抗干扰技术智能仪表抗干扰技术供电不允许中断，一旦中断电源，将影响系统的正常工作。为此，供电不允许中断，一旦中断电源，将影响系统的正常工作。为此，可加装可加装UPS（不间断电源），或增加电源电压监视电路，及早不间断电源），或增加电源电压监视电路，及早监测到

24、掉电状态，从而进行应急处理。监测到掉电状态，从而进行应急处理。掉电保护电路掉电保护电路 3.掉电保护掉电保护对于没有使用对于没有使用UPS的系统，为了防止掉电后的系统，为了防止掉电后RAM中的信息丢失，中的信息丢失，经常采用镍电池对经常采用镍电池对RAM进行数据保护。进行数据保护。第第6 6章章 智能仪表抗干扰技术智能仪表抗干扰技术对直流电源电压监视可采用对直流电源电压监视可采用集成电路集成电路P监控电路监控电路实现掉电保护。实现掉电保护。现在已经有许多集成电路现在已经有许多集成电路P监控电路可供选择，它们具有很多种监控电路可供选择，它们具有很多种类和规格，同时也具有多种功能，如有的类和规格，

25、同时也具有多种功能，如有的P监控电路除电源监视监控电路除电源监视外，还具有看门狗、上电复位、备用电源切换开关等功能。外，还具有看门狗、上电复位、备用电源切换开关等功能。利用利用MAX815组成的电源监视电路组成的电源监视电路 第第6 6章章 智能仪表抗干扰技术智能仪表抗干扰技术 电网的高频干扰，由于频带较宽，仅在交流侧采取抗干扰措施，电网的高频干扰，由于频带较宽，仅在交流侧采取抗干扰措施，很难保证干扰绝对不进入直流系统，因此须在直流侧采取必要很难保证干扰绝对不进入直流系统，因此须在直流侧采取必要的抗干扰措施。的抗干扰措施。4.直流侧的抗干扰措施直流侧的抗干扰措施在每块逻辑电路板的电源和地线的引

26、入处并接一个（在每块逻辑电路板的电源和地线的引入处并接一个（10100）F的大电容和一个（的大电容和一个（0.010.1）F的小电容；在各主要的集成电路芯的小电容；在各主要的集成电路芯片的电源输入端与地之间，或电路板电源布线的一些关键点与地之片的电源输入端与地之间，或电路板电源布线的一些关键点与地之间，接入一个（间，接入一个（110）F的电解电容，同时为滤除高频干扰，可的电解电容，同时为滤除高频干扰，可再并联一个再并联一个0.01F的小电容。的小电容。p去耦法去耦法在每块电路板上装上一个或几块稳压块，以稳定电路板上的电源电压，在每块电路板上装上一个或几块稳压块，以稳定电路板上的电源电压，提高抗

27、干扰能力。经常采用的稳压块有提高抗干扰能力。经常采用的稳压块有7805、7905、7812、7912等等三端稳压块，它们的输出电压是固定的。也可采用线性调整器，如三端稳压块，它们的输出电压是固定的。也可采用线性调整器，如MAX1705/1706、MAX8863T/S/R等，它们的输出电压可调。等，它们的输出电压可调。p增设稳压块法增设稳压块法第第6 6章章 智能仪表抗干扰技术智能仪表抗干扰技术第第6 6章章 智能仪表抗干扰技术智能仪表抗干扰技术6.2.2 接地系统的抗干扰技术接地系统的抗干扰技术二是为了保证控制系统稳定可靠工作，提供一个基准电位的接地，二是为了保证控制系统稳定可靠工作，提供一个

28、基准电位的接地，即工作接地。即工作接地。接地技术对系统是极为重要的，不恰当的接地会对系统产生严重的干接地技术对系统是极为重要的，不恰当的接地会对系统产生严重的干扰，而正确的接地却是抑制干扰的有效措施之一。扰，而正确的接地却是抑制干扰的有效措施之一。系统中接地的目的通常有两个：系统中接地的目的通常有两个：一是为了安全，即安全接地；一是为了安全，即安全接地；第第6 6章章 智能仪表抗干扰技术智能仪表抗干扰技术1.地线系统分析地线系统分析一般有以下几种地线：模拟地、数字地、安全地、系统地一般有以下几种地线：模拟地、数字地、安全地、系统地和交流地。和交流地。安全地安全地的目的是使设备机壳与大地等电位，

29、以避免机壳带电影响的目的是使设备机壳与大地等电位，以避免机壳带电影响人身和设备的安全。通常安全地又称为保护地或机壳地，机壳包人身和设备的安全。通常安全地又称为保护地或机壳地，机壳包括机架、外壳、屏蔽罩等。括机架、外壳、屏蔽罩等。模拟地模拟地作为传感器、变送器、放大器、作为传感器、变送器、放大器、A/D和和D/A转换中模拟电路转换中模拟电路的零电位。模拟信号有精度要求，有时信号比较小，而且与工业的零电位。模拟信号有精度要求，有时信号比较小，而且与工业现场相连。因此，必须认真对待模拟地。现场相连。因此，必须认真对待模拟地。数字地数字地作为控制系统中各种数字电路的零电位，应该与模拟地分作为控制系统中

30、各种数字电路的零电位，应该与模拟地分开，避免模拟信号受数字脉冲的干扰。开，避免模拟信号受数字脉冲的干扰。系统地系统地是以上几种地的最终汇流点，直接与大地相连。是以上几种地的最终汇流点，直接与大地相连。交流地交流地是计算机交流供电电源地，即为动力线地，它的地电位很是计算机交流供电电源地，即为动力线地，它的地电位很不稳定。不稳定。交流地绝对不允许与上述几种地相连，而且，交流电源交流地绝对不允许与上述几种地相连，而且，交流电源变压器的绝缘性要好，要避免漏电现象。变压器的绝缘性要好，要避免漏电现象。第第6 6章章 智能仪表抗干扰技术智能仪表抗干扰技术对上述各种地的处理一般是采用分别汇流法单点接地。对上

31、述各种地的处理一般是采用分别汇流法单点接地。单点接地与多点接地单点接地与多点接地 分别汇流法接地示意图分别汇流法接地示意图第第6 6章章 智能仪表抗干扰技术智能仪表抗干扰技术 在低频电路中，布线和元件间的电感较小，而接地电在低频电路中，布线和元件间的电感较小，而接地电路形成的环路，对干扰的影响却很大，因此应一点接地；路形成的环路，对干扰的影响却很大，因此应一点接地；对于高频电路，地线上具有电感，因为增加了地线阻抗，对于高频电路，地线上具有电感，因为增加了地线阻抗，同时各地线之间产生了电感耦合。当频率甚高时，特别是同时各地线之间产生了电感耦合。当频率甚高时，特别是当地线长度等于当地线长度等于14

32、波长的奇数倍时，地线阻抗就会变得波长的奇数倍时，地线阻抗就会变得很高，这时地线变成了天线，可以向外辐射噪声信号。很高，这时地线变成了天线，可以向外辐射噪声信号。一般来说，当频率小于一般来说，当频率小于1MHz时，可以采用单点接地时，可以采用单点接地方式；当频率高于方式；当频率高于10MHz时，可采用多点接地方式。在时，可采用多点接地方式。在1MHz至至10MHz之间，如果单点接地，其地线长度不得超之间，如果单点接地，其地线长度不得超过波长的过波长的1/20，否则应使用多点接地。，否则应使用多点接地。第第6 6章章 智能仪表抗干扰技术智能仪表抗干扰技术2.输入系统的接地输入系统的接地在输入通道中

33、，为防止干扰，传感器、变送器和信号放大器通在输入通道中，为防止干扰，传感器、变送器和信号放大器通常采用屏蔽罩进行屏蔽，而信号线往往采用屏蔽信号线。屏蔽常采用屏蔽罩进行屏蔽，而信号线往往采用屏蔽信号线。屏蔽层的接地也应采取单点接地方式，关键是确定接地位置。层的接地也应采取单点接地方式，关键是确定接地位置。输入信号源有输入信号源有接地接地和和浮地浮地两种情况。两种情况。信号源端接地，而接收端浮地，信号源端接地，而接收端浮地，则屏蔽层应在信号源端接地则屏蔽层应在信号源端接地 信号源浮地，接收端接地，则屏信号源浮地，接收端接地，则屏蔽层应在接收端接地蔽层应在接收端接地 第第6 6章章 智能仪表抗干扰技

34、术智能仪表抗干扰技术3.主机系统的接地主机系统的接地为了提高计算机的抗干扰能力，将为了提高计算机的抗干扰能力，将主机外壳作为屏蔽主机外壳作为屏蔽，而把机内器件，而把机内器件架与外壳绝缘，绝缘电阻大于架与外壳绝缘，绝缘电阻大于50M，即，即机内信号地浮地机内信号地浮地。主机与外部设备地连接后，采用主机与外部设备地连接后，采用一点接地一点接地。为避免多点接地，。为避免多点接地，各机柜用绝缘板垫起来。这种接地方式安全可靠，有一定的抗各机柜用绝缘板垫起来。这种接地方式安全可靠，有一定的抗干扰能力。在计算机网络系统中，对于近距离的几台计算机，干扰能力。在计算机网络系统中，对于近距离的几台计算机，可采用多

35、机的一点接地方式。可采用多机的一点接地方式。对于远距离的多台计算机之间的数据通信，通过对于远距离的多台计算机之间的数据通信，通过隔离的办法隔离的办法分分开，如采用开，如采用变压器隔离技术、光电隔离技术和无线电通信技术变压器隔离技术、光电隔离技术和无线电通信技术等。等。第第6 6章章 智能仪表抗干扰技术智能仪表抗干扰技术6.2.3 6.2.3 过程通道的抗干扰技术过程通道的抗干扰技术过程通道的抗干扰技术过程通道的抗干扰技术过程通道是系统的现场数据采集输入和输出的通道，过过程通道是系统的现场数据采集输入和输出的通道，过程通道涉及内容多，分布广，受干扰的可能性大，其抗程通道涉及内容多，分布广，受干扰

36、的可能性大，其抗干扰问题非常重要。干扰问题非常重要。过程通道干扰的来源是多方面的，主要有：过程通道干扰的来源是多方面的，主要有：u共模干扰共模干扰u差模干扰差模干扰u长线干扰长线干扰第第6 6章章 智能仪表抗干扰技术智能仪表抗干扰技术1、共模干扰的抑制、共模干扰的抑制共模干扰产生的原因：共模干扰产生的原因：主要是不同的地之间存在共模电压，以及模拟信号主要是不同的地之间存在共模电压，以及模拟信号系统对地的漏阻抗。系统对地的漏阻抗。共模干扰的抑制措施主要有三种：共模干扰的抑制措施主要有三种：变压器隔离变压器隔离光电隔离光电隔离浮地屏蔽浮地屏蔽第第6 6章章 智能仪表抗干扰技术智能仪表抗干扰技术（1

37、）变压器隔离）变压器隔离变压器隔离变压器隔离是利用隔离变压器将模拟信号电路与数字信号电路是利用隔离变压器将模拟信号电路与数字信号电路隔离开，也就是把模拟地与数字地断开，以使共模干扰电压不隔离开，也就是把模拟地与数字地断开，以使共模干扰电压不能构成回路，从而达到抑制共模干扰的目的。另外，隔离后的能构成回路，从而达到抑制共模干扰的目的。另外，隔离后的两电路应分别采用两组互相两电路应分别采用两组互相独立的电源供电独立的电源供电，切断两部分的地，切断两部分的地线联系。线联系。这种隔离适用于这种隔离适用于无直流分量信号的通路无直流分量信号的通路。对于直流信号，也可。对于直流信号，也可通过调制器变换成交流

38、信号，经隔离变压器后，用解调器再变通过调制器变换成交流信号，经隔离变压器后，用解调器再变换成直流信号。换成直流信号。第第6 6章章 智能仪表抗干扰技术智能仪表抗干扰技术（2）光电隔离）光电隔离光电耦合器光电耦合器是由发光二极管和光敏三极管（或达林顿管、或晶闸管等）是由发光二极管和光敏三极管（或达林顿管、或晶闸管等）封装在一个管壳内组成，实现封装在一个管壳内组成，实现以光为媒介的电信号以光为媒介的电信号传输。传输。发光二极管动态电阻非常小，而干扰源的内阻一般很大，发光二极管动态电阻非常小，而干扰源的内阻一般很大，能够传送到光电耦合器能够传送到光电耦合器输入端的干扰信号很小输入端的干扰信号很小。由

39、于光电耦合器是用光传送信号，两端电路无直接电气联系，因此，切断了两端由于光电耦合器是用光传送信号，两端电路无直接电气联系，因此，切断了两端电路之间地线的联系，电路之间地线的联系，抑制了共模干扰抑制了共模干扰。光电耦合器的发光二极管只有在通过一定电流时才能发光，由于许多干扰信号虽光电耦合器的发光二极管只有在通过一定电流时才能发光，由于许多干扰信号虽幅值较高，但能量较小，幅值较高，但能量较小，不足以使发光二极管发光不足以使发光二极管发光，从而可以有效地抑制干扰信，从而可以有效地抑制干扰信号。号。特特特特 点点点点 第第6 6章章 智能仪表抗干扰技术智能仪表抗干扰技术 采用光电耦合器可以将单片机与前

40、向、后向以及其他部分切断采用光电耦合器可以将单片机与前向、后向以及其他部分切断电路的联系，能有效地防止干扰从过程通道进入单片机。电路的联系，能有效地防止干扰从过程通道进入单片机。第第6 6章章 智能仪表抗干扰技术智能仪表抗干扰技术（3）浮地屏蔽）浮地屏蔽浮地屏蔽浮地屏蔽是指信号放大器采用双层屏蔽，输入为浮地双端输入，是指信号放大器采用双层屏蔽，输入为浮地双端输入，如图示。这种屏蔽方法使输入信号浮空，达到了抑制共模干扰的如图示。这种屏蔽方法使输入信号浮空，达到了抑制共模干扰的目的。目的。第第6 6章章 智能仪表抗干扰技术智能仪表抗干扰技术2、差模干扰的抑制、差模干扰的抑制（2）根据差模干扰频率与

41、被测信号频率的分布特性，采用相应的）根据差模干扰频率与被测信号频率的分布特性，采用相应的滤波器滤波器，如低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器等。，如低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器等。差模信号往往比被测仪器变化快。故在差模信号往往比被测仪器变化快。故在A/D转换器前采用低转换器前采用低通滤波器，如选用无源通滤波器，如选用无源RC滤波电路，或采用有源低通滤波器，滤波电路，或采用有源低通滤波器，都可以较好地对其滤除。都可以较好地对其滤除。差模干扰信号差模干扰信号和有效信号相串联，叠加在一起作为输入信号，因和有效信号相串联，叠加在一起作为输入信号，因此，对差模干扰的抑制较为困难。对差模干扰应根据干扰

42、信号的此，对差模干扰的抑制较为困难。对差模干扰应根据干扰信号的特性和来源，分别采用不同的措施来抑制。特性和来源，分别采用不同的措施来抑制。（1）对于来自空间电磁耦合所产生的差模干扰，可采用）对于来自空间电磁耦合所产生的差模干扰，可采用双绞线双绞线作作为信号线，其目的是减少电磁感应，并使各个小环路的感应电势为信号线，其目的是减少电磁感应，并使各个小环路的感应电势互相呈反向抵消。也可采用金属屏蔽线或屏蔽双绞线。互相呈反向抵消。也可采用金属屏蔽线或屏蔽双绞线。第第6 6章章 智能仪表抗干扰技术智能仪表抗干扰技术 （4）当被测信号与干扰信号的）当被测信号与干扰信号的频谱相互交错频谱相互交错时，通常的滤

43、波电时，通常的滤波电路很难将其分开，可采用路很难将其分开，可采用调制解调器调制解调器技术。选用远离干扰频谱技术。选用远离干扰频谱的某一特定频率对信号进行调制，然后再进行传输，传输途中的某一特定频率对信号进行调制，然后再进行传输，传输途中混入的各种干扰很容易被滤波环节滤除，被调制的被测信号经混入的各种干扰很容易被滤波环节滤除，被调制的被测信号经硬件解调后，可恢复原来的有用信号频谱。硬件解调后，可恢复原来的有用信号频谱。（3）当）当对称性交变对称性交变的差模干扰电压或的差模干扰电压或尖峰型尖峰型差模干扰成为主要差模干扰成为主要干扰时，选用干扰时，选用积分式或双积分式积分式或双积分式A/D转换器转换

44、器可以消弱差模干扰的可以消弱差模干扰的影响。因为这种转换器是对输入信号的平均值而不是瞬时值进行影响。因为这种转换器是对输入信号的平均值而不是瞬时值进行转换，所以，对于尖峰型差模干扰具有抑制作用；对称性交变的转换，所以，对于尖峰型差模干扰具有抑制作用；对称性交变的差模干扰，可在积分过程中相互抵消。差模干扰，可在积分过程中相互抵消。第第6 6章章 智能仪表抗干扰技术智能仪表抗干扰技术3、长线传输干扰的抑制、长线传输干扰的抑制同轴电缆对于电场干扰有较强的抑制作用，工作频率较高。同轴电缆对于电场干扰有较强的抑制作用，工作频率较高。双绞线对于磁场干扰有较好的抑制作用，绞距越短，效果越双绞线对于磁场干扰有

45、较好的抑制作用，绞距越短，效果越好。双绞线间的分布电容较大，对于电场干扰几乎没有抑制好。双绞线间的分布电容较大，对于电场干扰几乎没有抑制能力，在电场干扰较强时须采用屏蔽双绞线。能力，在电场干扰较强时须采用屏蔽双绞线。(1)采用同轴电缆或双绞线作为传输线采用同轴电缆或双绞线作为传输线在使用双绞线时，尽可能采用平衡式传输线路。所谓平衡式在使用双绞线时，尽可能采用平衡式传输线路。所谓平衡式传输线路，是双绞线的两根线不接地传输信号。因为这种传传输线路，是双绞线的两根线不接地传输信号。因为这种传输方式具有较好的抗差模干扰能力，外部干扰在双绞线中的输方式具有较好的抗差模干扰能力，外部干扰在双绞线中的两条线

46、中产生对称的感应电动势，相互抵消。同时，对于来两条线中产生对称的感应电动势，相互抵消。同时，对于来自地线的干扰信号也受到抑制。自地线的干扰信号也受到抑制。长线传输干扰主要是空间电磁耦合干扰和传输线上的波反射长线传输干扰主要是空间电磁耦合干扰和传输线上的波反射干扰。干扰。第第6 6章章 智能仪表抗干扰技术智能仪表抗干扰技术(2)终端阻抗匹配终端阻抗匹配为了消除长线的反射现象，可采用终端或始端阻抗匹配的方法。为了消除长线的反射现象，可采用终端或始端阻抗匹配的方法。同轴电缆的波阻抗一般在同轴电缆的波阻抗一般在50100之间，双绞线的波阻抗约为之间，双绞线的波阻抗约为100200。进行阻抗匹配，首先，

47、需要通过测试或由已知的技。进行阻抗匹配，首先，需要通过测试或由已知的技术数据掌握传输线的术数据掌握传输线的波阻抗波阻抗Rp的大小。的大小。使终端电阻变低，加大了负载，使终端电阻变低，加大了负载，使波形的高电平下降，从而降低使波形的高电平下降，从而降低了高电平的抗干扰能力，但对波了高电平的抗干扰能力，但对波形的低电平没有影响。形的低电平没有影响。适当调整适当调整R1和和R2的阻值，使的阻值，使R=R1*R2/(R1+R2)=Rp，可使波形的高电平下降较少，缺点是低，可使波形的高电平下降较少，缺点是低电平抬高，从而降低了低电平的抗干扰能力。电平抬高，从而降低了低电平的抗干扰能力。第第6 6章章 智

48、能仪表抗干扰技术智能仪表抗干扰技术（3）始端阻抗匹配）始端阻抗匹配始端阻抗匹配始端阻抗匹配是在长线的始端串入电阻是在长线的始端串入电阻R，通过适当的，通过适当的选择选择R，以消除，以消除波反射。波反射。这种匹配方法的这种匹配方法的优点优点是波形的高电平不变，缺点是波形的是波形的高电平不变，缺点是波形的低电平会抬高。这是由于终端门低电平会抬高。这是由于终端门B的输入电流的输入电流Isr在始端匹在始端匹配电阻配电阻R上的压降所造成的。显然，终端所带的负载门个上的压降所造成的。显然，终端所带的负载门个数越多，低电平抬高得就越显著。数越多，低电平抬高得就越显著。第第6 6章章 智能仪表抗干扰技术智能仪

49、表抗干扰技术6.3软件抗干扰技术软件抗干扰技术第第6 6章章 智能仪表抗干扰技术智能仪表抗干扰技术6.3.1 数字信号的软件抗干扰措施数字信号的软件抗干扰措施 1 1、数字滤波、数字滤波、数字滤波、数字滤波数字滤波是一种软件算法，它实现从采样信号中提取出有效信号数值，数字滤波是一种软件算法，它实现从采样信号中提取出有效信号数值，滤除干扰信号的功能。滤除干扰信号的功能。数字滤波与模拟滤波相比，具有很多数字滤波与模拟滤波相比，具有很多优点优点。数字滤波可以数字滤波可以实现对频率很低（如实现对频率很低（如0.01Hz）信号的滤波）信号的滤波，克服了模拟滤，克服了模拟滤波器的不足；波器的不足；首先，由

50、于采用了程序实现滤波，首先，由于采用了程序实现滤波，无需硬件器件无需硬件器件，不受外界的影响，也，不受外界的影响，也无参数变化等问题，所以可靠性高，稳定性好；无参数变化等问题，所以可靠性高，稳定性好；当然，数字滤波不足之处在于滤波速度比硬件滤波要当然，数字滤波不足之处在于滤波速度比硬件滤波要慢慢，但鉴于数字，但鉴于数字滤波器具有的上述优点，在智能仪表系统中得到了广泛的应用。滤波器具有的上述优点，在智能仪表系统中得到了广泛的应用。数字滤波还可以根据信号和干扰的不同，采用不同的滤波方法和滤波参数字滤波还可以根据信号和干扰的不同，采用不同的滤波方法和滤波参数，具有数，具有灵活、方便、功能强灵活、方便