电气测量技术第10章干扰与抑制课件.ppt

1、1第十章第十章 干扰与抑制干扰与抑制电气测量技术电气测量技术210.1 电磁干扰电磁干扰第十章：干扰与抑制第十章：干扰与抑制3基本知识基本知识抗电磁干扰技术，即电磁兼容技术是测控设备与自动化系统的关键技术之一电子与电力设备相互结合弱电和强电相互渗透一次设备数字化电磁干扰三要素噪声源：向外发送干扰的源噪声的耦合和辐射：传播干扰的途径受扰设备：承受电磁干扰的客体抑制噪声的措施（三个方面）抑制噪声源，直接消除干扰源头切断干扰途径，减小噪声的耦合和辐射加强受扰设备的抗电磁干扰能力，降低其对噪声的敏感度4干扰与噪声的来源干扰与噪声的来源内部噪声干扰：在电子装置和设备内部的电路和器在电子装置和设备内部的电

2、路和器件产生的噪声干扰件产生的噪声干扰元件的热噪声、晶体管的低频噪声、在外部触发下的自激，元件的热噪声、晶体管的低频噪声、在外部触发下的自激，等等外来噪声干扰：从外部侵入电子装置和设备的噪声从外部侵入电子装置和设备的噪声干扰干扰雷电雷电机器和设备产生的人为噪声：电路通断产生的火花，输电机器和设备产生的人为噪声：电路通断产生的火花，输电线路，机动车，超声波设备，等。线路，机动车，超声波设备，等。太阳磁暴太阳磁暴5干扰与噪声的耦合方式（干扰与噪声的耦合方式（1）一般包括：静电耦合、互感器耦合、公共阻抗耦合、漏电流耦合静电耦合：经电路间杂散电容耦合干扰随U1、C、Z2和干扰信号频率增大而增大应减少Z

3、2和C干扰源的干扰源的等效电势等效电势受扰电路的受扰电路的等效输入阻抗等效输入阻抗干扰源和受扰电路间的干扰源和受扰电路间的寄生电容寄生电容12221UCjZZU6干扰与噪声的耦合方式（干扰与噪声的耦合方式（2）互感器耦合（电感性耦合）：经电路间杂散互感耦合干扰随I1、M和干扰信号频率增大而增大应减小寄生互感干扰源的干扰源的等效电流源等效电流源受扰电路的受扰电路的等效输入阻抗等效输入阻抗干扰源和受扰电路间的干扰源和受扰电路间的等效互感等效互感12MIjU7干扰与噪声的耦合方式（干扰与噪声的耦合方式（3）公共阻抗耦合：由电路间公共阻抗耦合干扰随I1、Z1、Z2的增大而增大应减小公共阻抗Z1干扰源的

4、干扰源的等效电流源等效电流源受扰电路的受扰电路的等效输入阻抗等效输入阻抗干扰源和受扰电路间的干扰源和受扰电路间的公共阻抗公共阻抗112212IZZZZU8干扰与噪声的耦合方式（干扰与噪声的耦合方式（4）漏电流耦合：由电路间漏电流耦合干扰随U1、Z2的增大而增大，随Z1的减小而增大应增大漏电阻抗Z1，减小受扰电路等效输入阻抗Z2受扰电路的受扰电路的等效输入阻抗等效输入阻抗干扰源的干扰源的等效电势等效电势干扰源和受扰电路间的干扰源和受扰电路间的漏电电阻漏电电阻11222UZZZU910.2 干扰的表示方法干扰的表示方法第十章：干扰与抑制第十章：干扰与抑制10串模干扰串模干扰根据干扰进入仪器测量电路

5、的方式不同，将干扰分为：串模干扰和共模干扰。串模干扰：由外界条件引起、叠加在被测信号的干扰信号，并通过测量的输入通道一起进入测量系统的干扰。直流分量、交流分量抗串模干扰能力的表示：串模抑制比（SMRR）)(lg20dBUUSMRRnnm输入信号输入信号干扰信号干扰信号串模干扰引起的误差电压有效值串模干扰引起的误差电压有效值串模干扰源电压峰值串模干扰源电压峰值11共模干扰及其分类共模干扰及其分类共模干扰：以公共地电位为基准点，在仪器两输入端上同时出现的干扰。可分为三类由被测信号源的特点产生电磁场干扰由不同的地电位引起仪器的抗共模干扰能力用共模抑制比（CMR）表示：)(lg20dBUUCMRccm

6、共模干扰引起的误差电压有效值共模干扰引起的误差电压有效值共模干扰源电压峰值共模干扰源电压峰值12共模干扰共模干扰-由被测信号源的特点产生由被测信号源的特点产生由不具有对地电位的输出产生输出的两线中没有任何一个是地线差分放大电路、不平衡电桥22-2221UUUURRRUURRRUUURRRUURRRUUUactacttttca共差13共模干扰共模干扰-电磁场的干扰（电磁场的干扰（1）高压设备产生的电场，通过分布电容同时耦合到输入的两条引线U1=U2时，只有共模干扰U1！=U2时，既有共模干扰，又有差模干扰HHUUUU42223111CCCCCC14共模干扰共模干扰-电磁场的干扰（电磁场的干扰（2

7、）交流大电流设备的磁场，通过互感感应同时耦合到输入的两条引线上E1=E2时，只有共模干扰E1！=E2时，既有共模干扰，又有差模干扰122IMjE111IMjE15共模干扰共模干扰-不同地电位引起的共模干扰不同地电位引起的共模干扰被测信号源与测量仪器相隔较远时，不能在共同的“大地点”上接地。或者接地系统导体中流有大电流使各点电位不同。1610.3 干扰的抑制干扰的抑制第十章：干扰与抑制第十章：干扰与抑制17干扰的抑制方法干扰的抑制方法接地地线系统与零线（浮地）系统电路的单地原则电缆屏蔽层的接地双层屏蔽屏蔽隔离灭弧其他抗干扰措施采用滤波器选择器件对信号进行预处理18接地（接地（1）接地的目的：消除

8、各电路电流流经一个公共地线阻抗产生的噪声电压以及避免形成回路。地线系统：设备或仪器的地线系统与大地之间有欧姆相连接浮地：设备或仪器的地线系统与大地之间无欧姆连接以浮地作为参考电平机壳仍然必须接地：否则机壳容易感应高电压，危及人身安全优点：不受大地电流影响缺点：仍然可能通过电路输入端杂散电容耦合形成干扰电路的单地原则在中低频电路中，如果存在两个接地点，地电位不等，将耦合到电路中形成干扰。19接地（接地（2）电缆屏蔽层的接地：应和电路接地相对应如电路两端均接地（如信号源和仪器）屏蔽线两端也须接地依靠屏蔽体分流干扰如电路仅一端接地屏蔽线也同一端接地屏蔽线另一端和电路地线相连单点接地，不会形成干扰回路

9、20接地（接地（3）双层屏蔽高电压强磁场环境下，仪器应采用浮地，而外壳和信号源（被测信号、传感器）必须接大地信号的不平衡阻抗信号的不平衡阻抗模拟地与机模拟地与机壳间等效阻壳间等效阻抗。抗。含绝缘电阻含绝缘电阻和寄生电容和寄生电容地电位不等产生的电压地电位不等产生的电压UcmUcm产生的屏蔽线里串模电流产生的屏蔽线里串模电流UcmUcm产生的信号线里串模电流产生的信号线里串模电流 Z0 Z0上的上的压降为模压降为模拟系统的拟系统的串模干扰串模干扰21接地（接地（4）双层屏蔽（续）cmcmsmcmcmUZIUUI01002012ZZZZZuFCGRkZUUcmsm1,1,1%03.010ZZZ11

10、04010设：有共模干扰电压的0.03%作为串模干扰电压串入放大器22接地（接地（5）双层屏蔽（续）为消除干扰，常采用双层屏蔽及数字模拟电路互相隔离的浮地结构cmscmsmcmsscmUZRZIUUZRRI0102020122ZZZZZMZRuFCGRkZZRUUsscmsm10,101,1,110ZZZ2110110102设：串模干扰可以降到单层干扰的百万分之一23屏蔽（屏蔽（1）屏蔽的原理：基于屏蔽容器壳体对于干扰信号的反射和吸收作用。干扰信号干扰信号第一边界的反射波第一边界的反射波第二边界的反射波第二边界的反射波剩余干扰剩余干扰恰当地选择屏蔽形式与屏蔽材料，可使外部进入仪器内部的干扰明显

11、减小，也可使内部干扰逸出减小。24屏蔽（屏蔽（2）屏蔽的结构形式：屏蔽罩、屏蔽栅网、屏蔽铜箔、隔离仓、导电涂料，等屏蔽罩：用无孔隙的金属薄板制成屏蔽栅网：用金属编织网或有孔金属薄板制成屏蔽铜箔：利用多层印刷电路板的一个铜箔面作为屏蔽板隔离仓：用金属板将金属箱体分割成多个独立的隔仓导电涂料：在非金属箱体内、外表面喷一层金属涂层屏蔽的材料：电场屏蔽材料和磁场屏蔽材料电场屏蔽材料：一般电导率较高的铜或铝；干扰频率较高时，可采用银，以反射衰减为主。磁场屏蔽材料：磁导率较高的磁材料，以透射时的吸收衰减为主。但干扰频率升高时，磁导率下降，屏蔽作用将减弱。可采用多种不同方式屏蔽组合25隔离隔离对于数字系统，

12、通常采用光电耦合。利用光电耦合，将两个电路的连接隔开。两个电路由各自电源供电，有各自的地点为基准，相互独立不会造成干扰。对于模拟系统，常用隔离放大器、变压器耦合等。由于分布参数无法完全控制一般系统中，容易形成寄生环路引入电磁耦合可采用隔离技术切断环路，提高抗干扰性能26灭弧灭弧灭弧：在电感性负载上并联各种吸收浪涌电压（电流），并抑制电弧或火花放电的元器件。感性负载断开或接通时，磁场能量的突然释放，将产生过电压危害器件安全，同时产生宽频、高幅值电磁波辐射，干扰其他电路常用灭弧元件：泄流二极管、硅堆整流器、充气放电管，等。仅适用直流电感负载仅适用直流电感负载同时适用同时适用直流电感负载直流电感负载

13、交流电感负载交流电感负载27其他抗干扰措施其他抗干扰措施共模干扰总以串模干扰形式起作用。采用滤波器根据干扰信号和被测信号的频率关系，分别用低通、高通、带通、带阻等滤波器无源滤波器和有源滤波器数字滤波器单级滤波器和多级滤波器选择器件如：选择双积分AD转换可以明显抑制工频干扰要求采样时间T为工频周期整数倍采用锁相环跟踪系统频率变化对信号进行预处理前置放大，可以提高测量通道的信噪比，抑制传播过程中的干扰。可以抑制输入干扰吗？信号变换，如变换为数字量、频率量，U-I，等。2810.4 电源干扰的抑制电源干扰的抑制第十章：干扰与抑制第十章：干扰与抑制29电路滤波器电路滤波器常用措施：电路滤波器、切断噪声变压器电路滤波器：恰当选择参数，可以有效抑制电网（电源）中1000Hz以上的干扰外部接地端外部接地端扼流线圈扼流线圈滤波电容滤波电容30切断噪声变压器切断噪声变压器结构、铁芯材料、形状、线圈位置比较特殊。可切断高频噪声既可切断共模干扰、又可切断差模干扰高频磁导率低的材料高频磁导率低的材料一次、二次线一次、二次线圈绕在不同处圈绕在不同处一次线圈、二一次线圈、二次线圈、铁芯，次线圈、铁芯，分别屏蔽并接分别屏蔽并接地地