测量系统的干扰及抗干扰技术.doc

1、测量系统的干扰及抗干扰技术摘要：电子测量系统中的干扰是比较复杂的问题，往往令测量者感到束手无策，因此，本文较祥细地研究了电子测量系统中干扰的来源、途径及其抑制方法。 关键词：测量系统干扰抑制 中图分类号：F407.63 文献标识码：A 文章编号： 在实际测量中，人们常发现即使所选用的测量系统是由高精度、高稳定度、高质量的仪器所组成的，并且频率响应特性也很好，但在实际现场使用时，仍难免会受到程度不同的各种噪声的干扰。在测量系统中，由于内部和外部干扰的影响，会在测量信号上又叠加干扰电压或电流，通常把这种干扰称为噪声。噪声是电路中的一些非所期望的无用电信号。当所测量信号很微弱时，难免会出现噪声淹没信

2、号的现象。 测量过程中干扰的影响通常表现为仪器读数的显著偏大或偏小，读数不稳，随机跳动，严重时甚至仪器不能正常工作以致损坏仪器，使测量过程无法进行。因此，认真研究测量过程中的干扰及其抑制方法，对测量结果唯一确定地表现被测量具有重要意义。 1 干扰的主要来源 电子测量系统中的干扰来源主要有三个，即空间干扰、测量过程通道干扰和供电系统干扰。 1.1 空间干扰 空间干扰主要指电磁场在线路、导线、壳体上的辐射、吸收与调制。干扰来自测量系统的内部或外部。任一线路、导线、壳体等在空间均同时存在辐射、吸收与调制。 1.2 测量过程通道干扰 测量系统信息传输过程中，不可避免会存在干扰。长线传输是这种干扰的主要

3、因素。由于测量系统信号频率的不断增加，测量系统的长线传输越来越不可避免。这样会出现信号的延时、畸变、衰减与通道干扰。1.3 供电系统的干扰 测量系统中最重要、并且危害最严重的干扰来源于电源的污染，随着大工业的迅速发展，电源污染问题日趋严重，这种污染表现为电源的停电、欠压、过压、浪涌、下陷等等。 2 干扰的一般途径 电子测量系统中的干扰途径多种多样，基本上可分为寄生耦合及电磁辐射两大类。 2.1 寄生耦合 (1)公共阻抗耦合 测量装置中的公共阻抗最常见的是地电阻及电源内阻，因为任何电源及输电线都存在内阻；进行电子测量时，往往要求各仪器具有公共接地点，由于接地焊片的氧化、虚焊，可能形成与地线之间较

4、大的接触电阻，有时也可能由于地线本身的电阻率就不能忽略，这些都将形成一定的公共阻抗。当接地阻值不能忽略时，由于外电磁干扰以及各电路单元与电路底板或仪器之间共用一根地线等原因，将在接地电阻上捡拾到一个明显的干扰电动势，造成测量结果的误差。 当几个电路单元或电路底板共用一组直流电源时，就会通过电源内阻形成耦合，造成测量系统的自激振荡和信号串扰。 (2)分布电容耦合 测量装置中，仪器、电路板、元器件、接线、大地、人体等之间，都存在着极为复杂的分布电容。当工作频率较高时，这些分布电容的影响便不能忽略不计。严重时，将造成测量结果的巨大误差。 (3)分布电感耦合 一根简单的导线，在低频时可以看成一根理想的

5、导体，但到高频时其分布电感影响便不能忽略。对于测量装置中的电感线圈、各类变压器、扼流圈、尤其要防止通过互感及电磁耦合形成的非正常信号通道。 2.2 电磁辐射耦合 当测量系统的频率较高时，较长的信号传输线，控制线，输入及输出线等，均会呈现出一定的天线效应。它们不仅会将测试信号辐射出去，构成非正常通道，而且也会吸收其它非正常通道辐射来的测试信号及干扰信号。 3 干扰的抑制方法 一般来说，干扰的来源和途径都很复杂，在测试过程中，应根据具体情况采取相应措施加以抑制，下面总结介绍几种常见的方法。 3.1 避免或减小干扰源的影响 对干扰源进行电磁屏蔽是避免或减小干扰源影响的有效措施。对某些干扰源，也可采用

6、比较简单的方法有效地减少其干扰电平。例如，对电路中的继电器，为避免它通断瞬间产生电火花形成强烈的电磁干扰，可以在二触点间加 RC 吸收回路，或者在触点间加灭弧电容。 3.2 合理地设计地线 地线的合理设计是抑制干扰的重要方法，如能将接地和屏蔽正确地结合起来使用，可解决大部分干扰问题。电子测量系统尤其是数字测试系统的接地比较复杂，有系统地、机壳地(屏蔽地)、数字地(逻辑地)和模拟地等。 接地线设计总的原则是：各电路单元、每个单元中的各级电路都要就近一点接地，然后再接信号传输方向总的接地；接地线要短，粗或大面积；不同频率，不同电平的接地线分开，数字地与模拟地分开；接地线构成闭环路。 在低频电路中，

7、布线和元器件间电感影响较少，而接地电路形成的环流对干扰影响较大，因而屏蔽线采用一点接地；当信号工作频率较高时，地线阻抗变得很大，此时应尽量降低地线阻抗，应采用就近多点接地法。当电路板上既有高速逻辑电路，又有线性电路时，应使它们尽量分开，两者的地线不要相混，分别与电源端地线相连，要尽量加大线性电路的接地面积。 3.3 减少公共耦合电源内阻的影响 为了减少公共耦合电源内阻的影响，对高频高增益及信号电平相差悬殊的仪器或电路板，最好不要公用一个直流电压。如要公用，应选用内阻尽量少的稳压电源，此外，还可采取退耦措施，在印刷电路板的关键部位配置去耦电容。为减少供电系统电源污染的影响，可采用交流稳压器、隔离

8、变压器、低通滤波器、净化电源等措施，来保证供电的稳定性，提高抗共模干扰的能力，减少电源高次谐波的影响。 3.4 减少传输通道长线的影响 减少长线传输影响的有效措施是阻抗匹配。长线传输时，阻抗不匹配的传输线会产生反射，使信号失真，其危害程度与系统的工作速度及传输线的长度有关。阻抗匹配不仅要考虑传输线与负载的匹配，而且要考虑传输线与各种信号源的匹配。 3.5 减少分布参数的影响 为了减少分布参数的影响，要合理布局电路底板元器件的位置，高增益及高频电路的输入与输出端要彼此远离，最好加以屏蔽，操作时，人体不应太靠近测量装置的高频部分，高频信号的传输应采用金属屏蔽线等等。 为了减少分布电感的影响，测量中

9、的接线应尽量短，交流、直流、强信号、弱信号等的接线应分开，电路板上的各线圈，变压器及扼流圈要合理接排位置，必要时应加以屏蔽。 电子测量系统中的干扰是极其复杂的问题，要得到很好的解决有一定的难度，但对任何干扰只要知道了其干扰的来源及途径，一般都可以采取比较有效的方法加以抑制。 4 结束语 测量系统的干扰及抗干扰技术是一个很复杂的问题。在测量系统的设计、制造、安装和使用中都必须十分注意抗干扰问题，要了解干扰源的种类、干扰形式、干扰途径等，从而才能有针对性地采取有效措施消除干扰，保证测量系统工作的正常进行，提高测量的精度。 参考文献： 1何立民.MCS51 系列单片机应用系统配置与接口技术.北京：航空航天大学出版社，1990 2郑家祥.电子测量实验.北京：国防工业出版社，1985 3宋占华.微型计算机应用系统的抗干扰设计.电子与自动化，1993(6)