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谈智能化仪器设备仪表的抗干扰

编辑:金沙官网        发布日期:2018-04-17        点击量:775

目前,智能化仪器设备仪表在我国的各个领域已普遍应用。在实验室或干扰源较少的环境中应用的这类仪器设备仪表其可靠性基本上能够满足要求,而应用于工业环境中的这类仪器设备仪表则有些不尽人意。因为工业生产环境往往比较恶劣,干扰比较多,有些干扰会严重破坏程序或器件性能改变或严重损坏器件,甚至可能会涉及到经济效益和操作控制人员的生命安全。

 

谈智能化仪器设备仪表的抗干扰

干扰的种类

在智能化仪器设备仪表中,干扰主要来自于空间及配电系统。通过一定的传输通道就会作用于对干扰信号敏感的接收电路。在大家的工作实践中所遇到的干扰类型大致有如下几种:

1电源干扰

电源干扰属外部干扰,主要来自于工频交流电网,一种是交流电源进线作为介质传播电网中的高频干扰信号,另一种是引线所载的50Hz工频电压在一定条件下成为电路的低频干扰信号,如同一电源系统中的可控硅器件通断时产生的尖峰经变压器耦合后产生的干扰及断电器件动作时产生的浪涌电压经变压器耦合产生的干扰等计量仪器包括所有的检测仪器,通用仪器是常见的检测仪器,专用仪器具有针对性的,玻璃仪器一般测重于化学实验仪器。这些干扰的频带一般为数百赫到兆赫以上,干扰电压峰值可达几百伏到上千伏。当这些干扰从电源系统进入仪器设备仪表后,可能会使仪器设备仪表产生误动作。对低频干扰信号,在一般的开关电路中不容易造成后果,而在模数转换电路或有高增益放大的系统中会产生明显的干扰作用。直流供电系统的干扰,一般是由直流电源本身以及负载的变化所引起的,其形式为电源滤波性能不好、直流纹波较大、电源内阻太大、电源动态响应速度低而使得负载变化时在各元件之间引起交叉干扰。

2、布线干扰

在智能化仪器设备设备仪表的电路设计中,其结构安排、元件布置直接影响到仪器设备仪表的抗干扰问题,即使是按照理论设计的电路图来安排、布线,在实际调试时往往与最初设计差距还很大,这是因为在元件和元件之间、导线和元件之间、导线和导线之间都存在着分布电容;并且对地还有一定的杂散电容,再者,导线的长短、粗细还会存在一定的电阻影响,元器件本身的热噪声、静电感应等因素,尽管其量值极微,但在一定的条件下也会造成恶劣的影响。

3、接地干扰

良好而正确的接地常常可以消除或降低各种形式的干扰。对智能化仪器设备设备仪表而言,接地的目的是消除各电路电流流经公共地线时所产生的噪声电压,避免多点接地而形成的地回路。

 

抗干扰的基本措施

1、电源系统的抗干扰措施

对交流电网的干扰,可以采取的措施有:在要求很高的控制场合,可采用在线不间断电源UPS,它抗电网干扰的能力很强,并且能在极短的时间内切换到后备电源上去。计量器具配备率是指已有器具和所需要器具的比例。在一般的场合中可以采用低通滤波器抑制交流电源线上引入的高频干扰。采用隔离变压器,在其原副边之间加静电屏蔽层。在有模数转换电路的仪器设备仪表中,如果模拟地是浮置的,需将变压器的原副边分别屏蔽,并将原边屏蔽接机壳,副边屏蔽接浮地的屏蔽盒,以减少进入电源的干扰。对直流供电系统的干扰,除了采用性能较好的交直流稳压器件外,还可以设置滤低频干扰的电解电容及滤高频脉冲的小容量电容如独石电容、聚酯电容等,用以消除纹波电压。

2、印刷电路板的抗干扰措施

印刷电路板形成的电路单元的抗干扰能力在整个智能化仪器设备仪表中的作用是举足轻重的。当在一台仪器设备仪表中有多块印刷板时最好采用内插式结构,且板与板之间尽量安排留有一定余地,并且将交流和直流线路严格分开,强电和弱电分开,输入和输出线路分开。为了防止板与板之间的相互干扰,最好在电源及地线的引入处并接一个10~100μF的大电容和一个0.01~0.1μF的瓷片电容。印刷板上的布线,在可能的条件下应使电路之间的连线尽可能短,这样由于连线引起的干扰会大大减弱。对那些流过大电流的电源线、地线要考虑电压降的影响,一般应适当加粗线经或大面积铺地。信号线的布置,为了减少杂散电容可设置个别的跨接线,但不能过多。要尽量减少线路长距离敷设。对那些容易引起串扰的二线线路的平行走线,要采用双面印刷板,使得正反两面垂直交叉。为了保证数字电路不致于误动作,在印刷板上的每个集成件最好接入一个旁路电容,一般选择高频特性好的0.01~0.1μF的陶瓷或独石电容,旁路电容器的引线要短,而且紧靠在需要旁路的集成件的电源和地端。

3地线系统的抗干扰措施

在智能化仪器设备设备仪表中,对于超过10MHz以上的高频电路,应该采用就近多点接地的方式。而在1MHz以下的频率时应采用一点接地方式。因为在低频电路中接地电路形成的回路对干扰影响很大。在一点接地方式上还有并联一点接地和串联一点接地,并联一点接地可使各电路的电流流经导线时不产生压降影响,但是实现比较麻烦。串联一点接地简便,引线较少,但它不能为各电路提供等电位。这样,当各个电路的电流流经一个公共阻抗时,会对各电路造成不同程度的干扰。因此,在使用串联一点接地时要使各电路地线尽可能短,并适当加粗,使电压最低的电路距地最近以减少影响。

为使在输入和输出间不形成地回路,一般采用的隔离措施为变压器隔离和光电隔离。实践证明,光电隔器比变压器能更有效地抑制干扰脉冲,因此光隔离器件作为输入和输出间的抗干扰器件正在逐步取代变压器隔离方式方法。对输入输出接口的地线必须保证其绝缘性,如果可能最好分开。交流地、信号地、功率地不能接在共同。在大家的工作中曾将提供给微型打印机的直流电源地与信号地误接至一处,结果每当启动打印机时都会引起信号采样的变化,当把这两种地线分开以后,变化消除了。

4、App干扰措施

尽管在硬件上采用了多种方法来抑制各种干扰,但在某些条件下,干扰可能还会出现,配以相应的App也是智能化仪器设备仪表中抗干扰的有效方法之一。

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