傳感器檢測環(huán)節(jié)的五大常用抗干擾技術(shù)詳解
日期:
2018-02-05
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隨著現(xiàn)代科技的進(jìn)步,生產(chǎn)自動化水平也不斷提高。工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用各種傳感器及自動檢測裝置來監(jiān)視生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié),有的還需要計(jì)算機(jī)來控制生產(chǎn)的全過程。這樣的系統(tǒng)中,一般需要數(shù)百個(gè)不同的傳感器將各種不同的非電參量轉(zhuǎn)換成電量,供計(jì)算機(jī)處理。但由于生產(chǎn)現(xiàn)場往往存在大量的電和磁的干擾源,它們可能會破壞傳感器、計(jì)算機(jī)乃至整個(gè)檢測系統(tǒng)的正常工作,因此抗干擾技術(shù)是傳感器檢測系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié),對于從事自動檢測工作的人來說,了解抗干擾技術(shù)是非常必要的。下面介紹幾種常用的、行之有效的抗干擾技術(shù)。
一、屏蔽技術(shù)
利用金屬材料制成容器。將需要保護(hù)的電路包在其中,可以有效防止電場或磁場的干擾,此種方法稱為屏蔽。屏蔽又可分為靜電屏蔽、電磁屏蔽和低頻磁屏蔽等。
根據(jù)電磁學(xué)原理,置于靜電場中的密閉空心導(dǎo)體內(nèi)部無電場線,其內(nèi)部各點(diǎn)等電位。用這個(gè)原理,以銅或鋁等導(dǎo)電性良好的金屬為材料,制作密閉的金屬容器,并與地線連接,把需要保護(hù)的電路置入其中,使外部干擾電場不影響其內(nèi)部電路,反過來,內(nèi)部電路產(chǎn)生的電場也不會影響外電路。這種方法就稱為靜電屏蔽。
對于高頻干擾磁場,利用電渦流原理,使高頻干擾電磁場在屏蔽金屬內(nèi)產(chǎn)生電渦流,消耗干擾磁場的能量,渦流磁場抵消高頻干擾磁場,從而使被保護(hù)電路免受高頻電磁場的影響,這種屏蔽法就稱為電磁屏蔽。
干擾如為低頻磁場,這時(shí)的電渦流現(xiàn)象不太明顯,只用上述方法抗干擾效果并不太好,因此必須采用采用高導(dǎo)磁材料作屏蔽層,以便把低頻干擾磁感線限制在磁阻很小的磁屏蔽層內(nèi)部;使被保護(hù)電路免受低頻磁場耦合干擾的影響,這種屏蔽方法一般稱為低頻磁屏蔽。
二、接地技術(shù)
接地技術(shù)是抑制干擾的有效技術(shù)之一,是屏蔽技術(shù)的重要保證。正確的接地能夠有效地抑制外來干擾,同時(shí)可提高測試系統(tǒng)的可靠性,減少系統(tǒng)自身產(chǎn)生的干擾因素。接地的目的有兩個(gè):安全性和抑制干擾。因此接地分為保護(hù)接地、屏蔽接地和信號接地。
保護(hù)接地以安全為目的,傳感器測量裝置的機(jī)殼、底盤等都要接地。要求接地電阻在10Ω以下。
屏蔽接地是干擾電壓對地形成低阻通路,以防干擾測量裝置。接地電阻應(yīng)小于0.02Ω 。
信號接地是電子裝置輸入與輸出的零信號電位的公共線,它本身可能與大地是絕緣的。信號地線又分為模擬信號地線和數(shù)字信號地線,模擬信號一般較弱,故對地線要求較高;數(shù)字信號一般較強(qiáng),故對地線要求可低一些。
三、濾波技術(shù)
濾波器是抑制交流串模干擾的有效手段之一。傳感器檢測電路中常見的濾波電路有Rc濾波器、交流電源濾波器和真流電源濾波器。
RC濾波器
當(dāng)信號源為熱電偶、應(yīng)變片等信號變化緩慢的傳感器時(shí),利用小體積、低成本的無源Rc濾波器將會對串模干擾有較好的抑制效果。但應(yīng)該一提的是,Rc濾波器是以犧牲系統(tǒng)響應(yīng)速度為代價(jià)來減少串模干擾的。
電源網(wǎng)絡(luò)吸收了各種高、低頻噪聲,對此常用Lc濾波器來抑制混入電源的噪聲。
直流電源往往為幾個(gè)電路所共用,為了避免通過電源內(nèi)阻造成幾個(gè)電路問相互干擾,應(yīng)該在每個(gè)電路的直流電源上加上Rc或Lc退耦濾波器,用來濾除低頻噪聲。
四、光電耦合技術(shù)
光電耦合器是一種電—光—電的耦合器件,它由發(fā)光二極管和光電三極管封裝組成,其輸入與輸出在電氣上是絕緣的,因此這種器件除了用于做光電控制以外,現(xiàn)在被越來越多的用于提高系統(tǒng)的抗共模干擾能力。當(dāng)有驅(qū)動電流流過光藕合器中的發(fā)光二極管,光電三極管受光飽和,其發(fā)射極輸出高電平,從而達(dá)到信號傳輸?shù)哪康?,這樣即使輸入回路有干擾;只要它在門限之內(nèi),就不會對輸出造成影響。
五、脈沖電路中的嗓聲抑制
若在脈沖電路中存在干擾噪聲。可以將輸入脈沖微分后再積分,然后設(shè)置一定幅度的門限電壓,使得小于該門限電壓的信號被濾除。
對于模擬信號可以先用A/D轉(zhuǎn)換。再用這種方法濾除噪聲。
我們在使用這些抗干擾技術(shù)時(shí)要根據(jù)實(shí)際情況迸行選擇。切不可盲目使用,否則不但達(dá)不到抗干擾的目的,可能還會有其他不良影響。