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传感器:8种常用抗干扰技术

放大字体  缩小字体 发布日期:2017-01-10  来源:EDN电子技术设计  浏览次数:24
       随着现代科技的进步,生产自动化水平也不断提高。传感器在工业领域的运用愈来愈多,各种传感器及自动检测装置来监视生产的各个环节,有的还需要计算机来控制生产的全过程,这样的系统中,一般需要数百个不同的传感器将各种不同的非电参量转换成电量,供计算机处理。但由于生产现场往往存在大量的电和磁的干扰源,传感器与被测对象同时都处于被干扰的环境中,不可避免地受到外界的干扰。传感器采取的抗干扰措施依据传感器的结构、种类和特性而异,有八种抗干扰技术。

       1、屏蔽技术

       利用金属材料制成容器.将需要保护的电路包在其中,可以有效防止电场或磁场的干扰,此种方法称为屏蔽。屏蔽又可分为静电屏蔽、电磁屏蔽和低频磁屏蔽等。

       2、静电屏蔽

       根据电磁学原理,置于静电场中的密闭空心导体内部无电场线,其内部各点等电位。用这个原理,以铜或铝等导电性良好的金属为材料,制作密闭的金属容器,并与地线连接,把需要保护的电路值r其中,使外部干扰电场不影响其内部电路,反过来,内部电路产生的电场也不会影响外电路。这种方法就称为静电屏蔽。例如传感 嚣测量电路中,在电源变压器的一次侧和二次侧之间插入一个留有缝隙的导体,并把它接地,可以防止两绕组之问的静电耦合,这种方法就属于静电屏蔽。

       3、电磁屏蔽

       对于高频干扰磁场,利用电涡流原理,使高频干扰电磁场在屏蔽金属内产生电涡流,消耗干扰磁场的能量,涡流磁场抵消高频干扰磁场,从而使被保护电路免受高频 电磁场的影响。这种屏蔽法就称为电磁屏蔽。若电磁屏蔽层接地,同时兼有静电屏蔽的作用。传感器的输出电缆一般采用铜质网状屏蔽,既有静电屏蔽又有电磁屏蔽 的作用。屏蔽材料必须选择导电性能良好的低电阻材料,如铜、铝或镀银铜等。

       4、低频磁屏蔽

       干扰如为低频磁场,这时的电涡流现象不太明显,只用上述方法抗干扰效果并不太好,因此必须采用采用高导磁材料作屏蔽层,以便把低频干扰磁感线限制在磁阻很 小的磁屏蔽层内部。使被保护电路免受低频磁场耦合干扰的影响。这种屏蔽方法一般称为低频磁屏蔽。传感器检测仪器的铁皮外壳就起低频磁屏蔽的作用。若进一步 将其接地,又同时起静电屏蔽和电磁屏蔽的作用。

       基于以上三种常用的屏蔽技术,因此在干扰比较严重的她方,可以采用复合屏蔽电 缆,即外层是低频磁屏蔽层。内层是电磁屏蔽层.达到双重屏蔽的作用。例如电容式传感器在实际测量时其寄生电容是必须解决的关键问题,否则其传输效率、灵敏 度都要变低。必须对传感器进行静电屏蔽,而其电极引出线就采用双层屏蔽技术,一般称之为驱动电缆技术。用这种方法可以有效的克服传感器在使用过程中的寄生 电容。

       5、接地技术

       接地技术是抑制干扰的有效技术之一,是屏蔽技术的重要保证。正确的接地能够有效地抑制外来干扰,同时可提高测试系统的可靠性,减少系统自身产生的干扰因 素。接地的目的有两个:安全性和抑制干扰。因此接地分为保护接地、屏蔽接地和信号接地。保护接地以安全为目的,传感器测量装置的机壳、底盘等都要接地。要 求接地电阻在10 ?以下。屏蔽接地是干扰电压对地形成低阻通路,以防干扰测量装置。接地电阻应小于0.02 ?。

       信号接地是电子装置输入与输出的零信号电位的公共线,它本身可能与大地是绝缘的。信号地线又分为模拟信号地线和数字信号地线,模拟信号一般较弱,故对地线要求较高:数字信号一般较强,故对地线要求可低一些。

       不同的传感器检测条件对接地的方式也有不同的要求,必须选择合适的接地方法,常用接地方法有一点接地和多点按地。下面给出这两种不同的接地处理措施。

       6、一点接地

       在低频电路中一般建议采用一点接地,它有放射式接地线和母线式接地线路。放射式接地就是电路中各功能电路直接用导线与零电位基准点连接:母线式接地就是采 用具有一定截面积的优质导体作为接地母线,直接接到零电位点,电路中的各功能块的地可就近接在该母线上。这时若采用多点接地,在电路中会形成多个接地回 路,当低频信号或脉冲磁场经过这些回路时,就会引起电磁感应噪声,由于每个接地回路的特性不同,在不同的回路闭合点就产生电位差,形成干扰。为避免这种情 况,最好采用一点接地的方法。

       传感器与测量装置构成一个完整的检测系统,但两者之问可能相距较远。由于工业现场大地电流十分 复杂,所以这两部分外壳的接大地点之间的电位一般是不相同的,若将传感器与测量装置的零电位在两处分别接地,即两点接地,则会有较大的电流流过内阻很低的 信号传输线产生压降,造成串模干扰。因此这种情况下也应该采用一点接地方法。

       7、多点接地

       高频电路一般建议采用多点接地。高频时,即使一小段地线也将有较大的阻抗压降,加上分布电容的作用,不可能实现一点接地,因此可采用平面式接地方式,即多 点接地方式,利用一个良好的导电平面体(如采用多层线路板中的一层)接至零电位基准点上,各高频电路的地就近接至该导电平面体上。由于导电平面体的高频阻 抗很小,基本保证了每一处电位的一致,同时加设旁路电容等减少压降。因此,这种情况耍采用多点接地方式。

       8、滤波技术

       滤波器是抑制交流串模干扰的有效手段之一。传感器检测电路中常见的滤波电路有Rc滤波器、交流电源滤波器和真流电源滤波器。

       下面介绍这几种滤波电路的应用:

       RC滤波器

       当信号源为热电偶、应变片等信号变化缓慢的传感器时,利用小体积、低成本的无源Rc滤波器将会对串模干扰有较好的抑制效果。但应该一提的是,Rc滤波器是以牺牲系统响应速度为代价来减少串模干扰的。

       交流电源滤波器

       电源网络吸收了各种高、低频噪声,对此常用Lc滤波器来抑制混入电源的噪声。

       直流电源滤波器

       直流电源往往为几个电路所共用,为了避免通过电源内阻造成几个电路问相互干扰,应该在每个电路的直流电源上加上Rc或Lc退耦滤波器,用来滤除低频噪声。

       光电耦合技术

       光电耦合器是一种电——光——电的耦合器件,它由发光二极管和光电三极管封装组成,其输入与输出在电气上是绝缘的,因此这种器件除了用于做光电控制以外, 现在被越来越多的用于提高系统的抗共模干扰能力。当有驱动电流流过光藕合器中的发光二极管,光电三极管受光饱和。其发射极输出高电平,从而达到信号传输的 目的。这样即使输入回路有干扰。只要它在门限之内,就不会对输出造成影响。

       脉冲电路中的嗓声抑制

       若在脉冲电路中存在干扰噪声。可以将输入脉冲微分后再积分,然后设置一定幅度的门限电压,使得小于该门限电压的信号被滤除。对于模拟信号可以先用A/D转换.再用这种方法滤除噪声。

       我们在使用这些抗干扰技术时要根据实际情况迸行选择。切不可盲目使用,否则不但达不到抗干扰的目的,可能还会有其他不良影响。
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