一、什么是干擾
目前電子產(chǎn)品的應(yīng)用非常廣泛，不論是在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防建設(shè)，還是在日常生活、教育事業(yè)以及科學(xué)研究等領(lǐng)域，處處可見電子產(chǎn)品的身影。但在電子產(chǎn)品使用中，都有一個(gè)如何防止干擾的問題。而眾多的干擾一直影響著電子設(shè)備的使用，如精度，比如說(shuō)：現(xiàn)場(chǎng)大耗能設(shè)備多，特別是大功率感性負(fù)載的啟停往往會(huì)使電網(wǎng)產(chǎn)生幾百伏甚至幾千伏的尖脈沖干擾；工業(yè)電網(wǎng)欠壓或過壓（涉縣鋼鐵廠供電電壓在160V～310V波動(dòng)），常常達(dá)到額定電壓的35％左右，這種惡劣的供電有時(shí)長(zhǎng)達(dá)幾分鐘、幾小時(shí)，甚至幾天；各種信號(hào)線綁扎在一起或走同一根多芯電纜，信號(hào)會(huì)受到干擾，特別是信號(hào)線與交流動(dòng)力線同走一個(gè)長(zhǎng)的管道中干擾尤甚；多路開關(guān)或保持器性能不好，也會(huì)引起通道信號(hào)的竄擾；空間各種電磁、氣象條件、雷電甚至地磁場(chǎng)的變化也會(huì)干擾傳感器的正常工作；此外，現(xiàn)場(chǎng)溫度、濕度的變化可能引起電路參數(shù)發(fā)生變化，這些原因都會(huì)影響電子產(chǎn)品的可靠性。傳感器輸出的一般都是小信號(hào)，都存在小信號(hào)放大、處理、整形以及抗干擾問題，也就是將傳感器的微弱信號(hào)精確地放大到所需要的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)（如1VDC～5VDC或4 mADC～20mADC），并達(dá)到所需要的技術(shù)指標(biāo)。而這些小信號(hào)就很容易受到干擾的影響，這就要求設(shè)備設(shè)計(jì)制作者和使用者必須注意到一般的電路圖上未表示出來(lái)的某些問題，即抗干擾問題。只有搞清楚干擾源以及干擾作用方式，設(shè)計(jì)出消除干擾的電路或預(yù)防干擾的措施，才能達(dá)到電子產(chǎn)品的最jia狀態(tài)。
二、干擾源、干擾種類及干擾現(xiàn)象
傳感器及儀器儀表在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行所受到的干擾多種多樣，具體情況具體分析，對(duì)不同的干擾采取不同的措施是抗干擾的原則。
1、 主要干擾源
（1）靜電感應(yīng) 靜電感應(yīng)是由于兩條支電路或元件之間存在著寄生電容，使一條支路上的電荷通過寄生電容傳送到另一條支路上去，因此又稱電容性耦合。 （2）電磁感應(yīng) 當(dāng)兩個(gè)電路之間有互感存在時(shí)，一個(gè)電路中電流的變化就會(huì)通過磁場(chǎng)耦合到另一個(gè)電路，這一現(xiàn)象稱為電磁感應(yīng)。例如變壓器及線圈的漏磁、通電平行導(dǎo)線等。 （3）漏電流感應(yīng) 由于電子線路內(nèi)部的元件支架、接線柱、印刷電路板、電容內(nèi)部介質(zhì)或外殼等絕緣不良，特別是傳感器的應(yīng)用環(huán)境濕度較大，絕緣體的絕緣電阻下降，導(dǎo)致漏電電流增加就會(huì)引起干擾。尤其當(dāng)漏電流流入測(cè)量電路的輸入級(jí)時(shí)，其影響就特別嚴(yán)重。 （4）射頻干擾 主要是大型動(dòng)力設(shè)備的啟動(dòng)、操作停止的干擾和高次諧波干擾。如可控硅整流系統(tǒng)的干擾等。 （5）其他干擾 現(xiàn)場(chǎng)安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)除了易受以上干擾外，由于系統(tǒng)工作環(huán)境較差，還容易受到機(jī)械干擾、熱干擾及化學(xué)干擾等。
2、干擾的種類
（1）常模干擾 常模干擾是指干擾信號(hào)的侵入在往返2條線上是一致的。常模干擾來(lái)源一般是周圍較強(qiáng)的交變磁場(chǎng)，使儀器受周圍交變磁場(chǎng)影響而產(chǎn)生交流電動(dòng)勢(shì)形成干擾，這種干擾較難除掉。 （2）共模干擾 共模干擾是指干擾信號(hào)在2條線上各流過一部分，以地為公共回路，而信號(hào)電流只在往返2個(gè)線路中流過。共模干擾的來(lái)源一般是設(shè)備對(duì)地漏電、地電位差、線路本身具有對(duì)地干擾等。由于線路的不平衡狀態(tài)，共模干擾會(huì)轉(zhuǎn)換成常模干擾，就較難除掉了。 （3）長(zhǎng)時(shí)干擾 長(zhǎng)時(shí)干擾是指長(zhǎng)期存在的干擾，此類干擾的特點(diǎn)是干擾電壓長(zhǎng)期存在且變化不大，用檢測(cè)儀表很容易測(cè)出，如電源線或鄰近動(dòng)力線的電磁干擾都是連續(xù)的交流50 Hz工頻干擾。 （4）意外的瞬時(shí)干擾 意外瞬時(shí)干擾主要在電氣設(shè)備操作時(shí)發(fā)生，如合閘或分閘等，有時(shí)也在伴隨雷電發(fā)生或無(wú)線電設(shè)備工作瞬間產(chǎn)生。 干擾可粗略地分為3個(gè)方面： （a）局部產(chǎn)生（即不需要的熱電偶）； （b）子系統(tǒng)內(nèi)部的耦合（即地線的路徑問題）； （c）外部產(chǎn)生（Bp電源頻率的干擾）。
3、干擾現(xiàn)象
在應(yīng)用中，常會(huì)遇到以下幾種主要干擾現(xiàn)象： （1）發(fā)指令時(shí)，電機(jī)無(wú)規(guī)則地轉(zhuǎn)動(dòng)； （2）信號(hào)等于零時(shí)，數(shù)字顯示表數(shù)值亂跳； （3）傳感器工作時(shí)，其輸出值與實(shí)際參數(shù)所對(duì)應(yīng)的信號(hào)值不吻合，且誤差值是隨機(jī)的、無(wú)規(guī)律的； （4）當(dāng)被測(cè)參數(shù)穩(wěn)定的情況下，傳感器輸出的數(shù)值與被測(cè)參數(shù)所對(duì)應(yīng)的信號(hào)數(shù)值的差值為一穩(wěn)定或呈周期性變化的值； （5）與交流伺服系統(tǒng)共用同一電源的設(shè)備（如顯示器等）工作不正常。
干擾進(jìn)入定位控制系統(tǒng)的渠道主要有兩類：信號(hào)傳輸通道干擾，干擾通過與系統(tǒng)相聯(lián)的信號(hào)輸入通道、輸出通道進(jìn)入；供電系統(tǒng)干擾。
信號(hào)傳輸通道是控制系統(tǒng)或驅(qū)動(dòng)器接收反饋信號(hào)和發(fā)出控制信號(hào)的途徑，因?yàn)槊}沖波在傳輸線上會(huì)出現(xiàn)延時(shí)、畸變、衰減與通道干擾，所以在傳輸過程中，長(zhǎng)線的干擾是主要因素。任何電源及輸電線路都存在內(nèi)阻，正是這些內(nèi)阻才引起了電源的噪聲干擾，如果沒有內(nèi)阻，無(wú)論何種噪聲都會(huì)被電源短路吸收，線路中也不會(huì)建立起任何干擾電壓；此外，交流伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)器本身也是較強(qiáng)的干擾源，它可以通過電源對(duì)其它設(shè)備進(jìn)行干擾。
三、抗干擾的措施
1、供電系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)
對(duì)傳感器、儀器儀表正常工作危害最嚴(yán)重的是電網(wǎng)尖峰脈沖干擾，產(chǎn)生尖峰干擾的用電設(shè)備有：電焊機(jī)、大電機(jī)、可控機(jī)、繼電接觸器、帶鎮(zhèn)流器的充氣照明燈，甚至電烙鐵等。尖峰干擾可用硬件、軟件結(jié)合的辦法來(lái)抑制。
（1）用硬件線路抑制尖峰干擾的影響 常用辦法主要有三種： ①在儀器交流電源輸入端串入按頻譜均衡的原理設(shè)計(jì)的干擾控制器，將尖峰電壓集中的能量分配到不同的頻段上，從而減弱其破壞性； ②在儀器交流電源輸入端加超級(jí)隔離變壓器，利用鐵磁共振原理抑制尖峰脈沖； ③在儀器交流電源的輸入端并聯(lián)壓敏電阻，利用尖峰脈沖到來(lái)時(shí)電阻值減小以降低儀器從電源分得的電壓，從而削弱干擾的影響。 （2）利用軟件方法抑制尖峰干擾 對(duì)于周期性干擾，可以采用編程進(jìn)行時(shí)間濾波，也就是用程序控制可控硅導(dǎo)通瞬間不采樣，從而有效地消除干擾。 （3）實(shí)行電源分組供電，例如：將執(zhí)行電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源與控制電源分開，以防止設(shè)備間的干擾。 （4）采用噪聲濾波器也可以有效地抑制交流伺服驅(qū)動(dòng)器對(duì)其它設(shè)備的干擾。該措施對(duì)以上幾種干擾現(xiàn)象都可以有效地抑制。 （5）采用隔離變壓器 考慮到高頻噪聲通過變壓器主要不是靠初、次級(jí)線圈的互感耦合，而是靠初、次級(jí)寄生電容耦合的，因此隔離變壓器的初、次級(jí)之間均用屏蔽層隔離，減少其分布電容，以提高抵抗共模干擾能力。 （6）采用高抗干擾性能的電源，如利用頻譜均衡法設(shè)計(jì)的高抗干擾電源。這種電源抵抗隨機(jī)干擾非常有效，它能把高尖峰的擾動(dòng)電壓脈沖轉(zhuǎn)換成低電壓峰值（電壓峰值小于TTL電平）的電壓，但干擾脈沖的能量不變，從而可以提高傳感器、儀器儀表的抗干擾能力。
2、信號(hào)傳輸通道的抗干擾設(shè)計(jì)
（1）光電耦合隔離措施 在長(zhǎng)距離傳輸過程中，采用光電耦合器，可以將控制系統(tǒng)與輸入通道、輸出通道以及伺服驅(qū)動(dòng)器的輸入、輸出通道切斷電路之間的聯(lián)系。如果在電路中不采用光電隔離，外部的尖峰干擾信號(hào)會(huì)進(jìn)入系統(tǒng)或直接進(jìn)入伺服驅(qū)動(dòng)裝置，產(chǎn)生第一種干擾現(xiàn)象。 光電耦合的主要優(yōu)點(diǎn)是能有效地抑制尖峰脈沖及各種噪聲干擾，使信號(hào)傳輸過程的信噪比大大提高。干擾噪聲雖然有較大的電壓幅度，但是能量很小，只能形成微弱電流，而光電耦合器輸入部分的發(fā)光二極管是在電流狀態(tài)下工作的，一般導(dǎo)通電流為10mA～15mA，所以即使有很大幅度的干擾，這種干擾也會(huì)由于不能提供足夠的電流而被抑制掉。
（2）雙絞屏蔽線長(zhǎng)線傳輸 信號(hào)在傳輸過程中會(huì)受到電場(chǎng)、磁場(chǎng)和地阻抗等干擾因素的影響，采用接地屏蔽線可以減小電場(chǎng)的干擾。雙絞線與同軸電纜相比，雖然頻帶較差，但波阻抗高，抗共模噪聲能力強(qiáng)，能使各個(gè)小環(huán)節(jié)的電磁感應(yīng)干擾相互抵消。另外，在長(zhǎng)距離傳輸過程中，一般采用差分信號(hào)傳輸，可提高抗干擾性能。采用雙絞屏蔽線長(zhǎng)線傳輸可以有效地抑制前文提到的干擾現(xiàn)象中的（2）、（3）、（4）種干擾的產(chǎn)生。
3、接地問題處理辦法 在低電平放大電路中合理“接地”是減少“地”噪聲干擾的重要措施，必須予以特別注意。當(dāng)使用單電源供給多只傳感器、儀器儀表時(shí)，應(yīng)該盡量減少接地電阻引進(jìn)的干擾。若供電電源的壓降必須減到最小，則電源“高”端導(dǎo)線也可按相似的方法接線。包括有多個(gè)電源和多個(gè)傳感器、儀器儀表的系統(tǒng)則需要考慮得更多一些，通常不管電源是誰(shuí)供給，將地線匯集到公共點(diǎn)，然后和系統(tǒng)的公共端接在一起，所有電源1的負(fù)載都回到電源1公共端，所有的電源2負(fù)載都回到電源2的公共端，最后用一條粗導(dǎo)線將公共端連在一起。在多電源系統(tǒng)中，可能需要進(jìn)行判斷性試驗(yàn)，確定地線接法，以達(dá)到最jia的解決方案。 為了便于信號(hào)的傳輸和變換，DINIEC381標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了允許的電流和電壓值。常用的電壓信號(hào)是0V～10V，電流信號(hào)是0mA～20mA或4mA～20mA。這些信號(hào)常用于遠(yuǎn)距離傳輸。電壓信號(hào)在傳輸過程中要受到諸如傳輸距離等條件的限制，而電流信號(hào)在傳輸過程中干擾對(duì)它的影響較小，因此應(yīng)盡量采用電流信號(hào)。測(cè)量回路中如果有接地，在兩個(gè)接地點(diǎn)之間會(huì)出現(xiàn)電位差。這個(gè)電位差對(duì)測(cè)量結(jié)果會(huì)產(chǎn)生很大的影響，應(yīng)盡量避免其接地。但如果必須接地，這時(shí)就必須將接地回路隔離開，以避免造成測(cè)量誤差。有源數(shù)字元件在開、關(guān)時(shí)會(huì)在電源線上產(chǎn)生一個(gè)快速的電流變化，這個(gè)電流在導(dǎo)線電感上不僅會(huì)引起正的電壓降，而且還會(huì)引起負(fù)的電壓降。這種電壓的改變被當(dāng)作干擾在主線路上傳輸。
四、小結(jié)
抗干擾是一個(gè)非常復(fù)雜、實(shí)踐性很強(qiáng)的問題，一種干擾現(xiàn)象可能是由若干因素引起的。因此，在自動(dòng)化設(shè)備系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，我們具體問題具體分析解決。
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