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振动测试系统中干扰传播途径及常用抗干扰技术

(1) 干扰传播途径

  干扰是一种破坏因素,但它必须通过一定的传播途径才能影响到仪器。为此,有必要对干扰的传播途径进行深入的分析,以便找到有效消除扰的方法。

一般说來,干扰的传播途径主要包拈以下几个方面。

  ①静电感应。任何通电导体之间或通电导体与地之间都存在着分布电容,干扰电压通过分布电容的静电感应作用耦合到有效信号,就造成干扰。

  ② 电磁感应。由于干扰电流产生磁通,当此磁通随时间变化,它可通过互感作用在另一回路引起感应电动势。当印刷电路板中两 根导线平行敷设时,就会有互感存在。

  ③ 公共阻抗。图2-16是公共阻抗连接示意。公共点C为公共接地点,Rc是公共阻抗;Z1、Z2分別是两个电路的等效阻抗。C 点电压可看作Z1和Rc对电源U的分压以及Z2和Rc对U的分压。 若Z1、Z2彼此产生干扰,这就是公共阻抗干扰。

  ④ 辐射电磁干扰与漏电耦合。在电能频繁交换的地方和高频换能装置周围存在着强烈的电磁辐射,会对仪器产生干扰电压;而电器元件绝缘不良或功率元器件间距不够也会产生漏电现象,由此引入干扰。

 

公共阻抗干扰.png

 

(2)常用抗干扰技术

  测试仪器设计过程中必须考虑电磁兼容问题。电磁兼容性是指以电为能源的电气设备,在其使用的场合运行时,自身的电磁信号不影响周边环境,也不受外界电磁干扰的影响,更不会因此发生误动或遭到破坏,而能完成预定功能的能力。要做到这一点,常采取屏蔽、隔离或接地等方法。

  ① 屏蔽技术屏蔽技术是利用金属材料对电磁波具有良好的吸收和反射能力来抗干扰的。一般分为静电屏蔽、磁屏屏蔽和电磁屏蔽三种。

用导体做成的屏蔽外壳处于外电场时,由于壳内场强为零,可保护放置于其中的电路不受外电场干扰;或将带电体放入接地的导体壳内,则壳内电场不能穿透到外面,这就是静电屏蔽。磁屏屏蔽是用一定厚度的铁磁材料做成外壳,由于磁力线无法穿入壳内,可以保护内部仪器不受外部磁场影响。而电磁屏蔽是用一定厚度的导电材料做成外壳,由于交变电磁场在导体中按指数规律衰减,可以使壳内仪器不受外界电磁场影响。

导线是信号有线传播的唯一通道,干扰将通过分布电容耦合到信号中,因此导线的选取要考虑电磁屏蔽问题。导线可选用同轴电缆,同时其屏蔽层要接地,并且同轴电缆的中心抽出线要尽量短;仪器的机箱为金属材料时,也可作为屏蔽体;而采用塑料机箱时,可在其内壁喷涂金属屏蔽层。

  ② 隔离技术隔离是抑制干扰的有效手段之一。仪器中的隔离可分为空间隔离和器件隔离。空间隔离实现手段如下。

  a. 包裹干扰源。

  b. 功能电路合理布局,如使数字电路与模拟电路、微弱信号通路与髙频电路、智能单元与负载回路相隔一段距离,以减少互扰。

  c. 信号之间的隔离。由于多路信号输入时也会产生互扰,可在信号之间用地线隔离。

隔离器件一般有隔离放大器、信号隔离变压器和光电隔离器。

  ③ 接地技术正确的接地能够有效地抑制外來干扰,同时可以提高仪器本身的可靠性,减少仪器自身产生的干扰因素,是屏蔽技术的重要保证。

仪器中所谓的“地”是一个公共基准电位点。该基准电位点用于不同场合就有了不同的名称,如大地、基准地、模拟地、数字地等。接地的目的是为了仪器的安全性和抑制干扰。为此,常见的接地方法有保护接地、屏蔽接地和信号接地等,详见有关资料。

  ④ 滤波技术共模干扰并不是直接干扰电路,而是通过输入信号回路的不平衡转成串模干扰来影响电路的。而抑制串模干扰最常用的方法是滤波。滤波器是一种选频器件,可根据串模干扰与信号频率分布特性选择合适的滤波器抑制串模干扰的影响。一般串模干扰的频率比实际信号高,因此可采用无源阻容低能滤波器将其滤掉。