自动检测技术与应用第十二章

1、 2015/12/6 Sunday 1 第十二章第十二章 检测系统的抗干扰技术检测系统的抗干扰技术 本章学习本章学习干扰和干扰和 骚扰的来源骚扰的来源及及防护方防护方 法法、自动检测系统中自动检测系统中 的的电磁兼容原理及对电磁兼容原理及对 策策，学习和掌握学习和掌握检测检测 系统的抗干扰技术系统的抗干扰技术。 第一节第一节 干扰源及防护干扰源及防护 在测量过程中在测量过程中，往往会发现总是有一些无往往会发现总是有一些无 用的用的背景信号与被测信号叠加在一起背景信号与被测信号叠加在一起，称之为称之为 骚扰骚扰（Disturbance）或或噪声噪声（Noise）。如果骚如果骚 扰引起设备或系统的性能下降时扰引起设备或系统的性能下降时，称之为称之为干扰干扰 （Interference）。 衡量噪声对有用信号的影响常用衡量噪声对有用信号的影响常用信噪比信噪比 （S/N）来表示来表示，它是指在信号通道中它是指在信号通道中，有用信有用信 号功率号功率PS与噪声功率与噪声功率PN 之比之比，或或有用信号电压有用信号电压 US与噪声电压与噪声电压UN 之比之比即即： S/N=10lg（ PS / P

2、N ）=20lg（ US / UN ）（）（dB） 信噪比信噪比（S/N）的的计算举例计算举例 在测量过程中在测量过程中应尽量提高信噪比应尽量提高信噪比，以减少以减少 噪声对测量结果的影响噪声对测量结果的影响。 例例：在扩音机输入端测得在扩音机输入端测得：话筒输出话筒输出 的做报告者声音的平均电压为的做报告者声音的平均电压为50mV， 50Hz干干 扰扰“嗡嗡嗡嗡”声的电压为声的电压为0.5mV，求信噪比求信噪比。 解解 S/N=20lg（50/0.5） dB =40 dB 又问又问：当当S/N分别为分别为20 dB、0 dB 、 -20 dB 时时，说明说明做报告者声音与干扰声音之间各为什做报告者声音与干扰声音之间各为什 么关系么关系？ 噪声源及干扰源噪声源及干扰源 一一、机械骚扰机械骚扰 机械振动或冲击使电机械振动或冲击使电 子检测装置中的元件发生子检测装置中的元件发生 振动振动，改变了系统的电气改变了系统的电气 参数参数，造成可逆或不可逆造成可逆或不可逆 的影响的影响。 对机械对机械骚扰骚扰，可选用可选用 专用减振弹簧专用减振弹簧- -橡胶垫脚橡胶垫脚 或吸振橡胶海绵垫来降低或吸

3、振橡胶海绵垫来降低 系统的谐振频率系统的谐振频率，吸收振吸收振 动的能量动的能量， 从而减小系从而减小系 统的振幅统的振幅。 橡胶橡胶 海绵软垫海绵软垫 橡胶垫脚及弹簧橡胶垫脚及弹簧 2015/12/6 Sunday 5 振动试验台振动试验台 频率频率、振幅均可调节振幅均可调节 将被测仪器将被测仪器（如图中的电子天平如图中的电子天平）固定在固定在 振动台上振动台上，逐渐增大振幅逐渐增大振幅，测试在不同频率的测试在不同频率的 规定振幅下规定振幅下，产品指标是否变化产品指标是否变化。 固定固定 2015/12/6 Sunday 6 跌落试验跌落试验 产品在运产品在运 输过程中常因输过程中常因 为遭受剧烈震为遭受剧烈震 动或跌落而损动或跌落而损 坏或性能变坏或性能变 差差，因此需要因此需要 做抗跌落试验做抗跌落试验 和测试和测试。 跌落试验机跌落试验机 2015/12/6 Sunday 7 二二、湿度及化学骚扰湿度及化学骚扰 当环境相对湿度增加时当环境相对湿度增加时，物物 体表面就会附着一层水膜体表面就会附着一层水膜，并渗并渗 入材料内部入材料内部，降低了绝缘强度降低了绝缘强度， 造成了漏电

4、造成了漏电、击穿和短路现象击穿和短路现象； 潮湿还会产生原电池电化学干扰潮湿还会产生原电池电化学干扰 电压电压。 某些化学物品如某些化学物品如酸酸、碱碱、 盐盐、各种腐蚀性气体以及沿海地各种腐蚀性气体以及沿海地 区的盐雾区的盐雾也会造成与潮湿类似的也会造成与潮湿类似的 漏电腐蚀现象漏电腐蚀现象，必须采取以下措必须采取以下措 施来加以保护施来加以保护：浸漆浸漆、密封密封、 定期通电加热驱潮定期通电加热驱潮等等。 用绝缘漆浸用绝缘漆浸 渍过的控制渍过的控制 变压器变压器 浸漆可防止水分浸漆可防止水分 进入线圈内部进入线圈内部 2015/12/6 Sunday 8 仪器设备的防潮试验仪器设备的防潮试验 喷淋试验喷淋试验 仪器设备的防潮试验仪器设备的防潮试验（续续） “步入式步入式”恒温恒湿房恒温恒湿房（参考参考江苏省计量测试技术研究所江苏省计量测试技术研究所资料资料） 体积体积：25m3 3 ，温度调节范围温度调节范围：（：（-40+80）， 湿度调节范围湿度调节范围：（：（3090）%RH 可用于进行大型仪器设备的高低温可用于进行大型仪器设备的高低温、恒定湿热恒定湿热、 交变湿热试验交变湿

5、热试验。 2015/12/6 Sunday 10 三三、热骚扰热骚扰 热量热量，特别是温度波动以及不均匀的温度场特别是温度波动以及不均匀的温度场 对检测装置的干扰主要体现在以下几个方面对检测装置的干扰主要体现在以下几个方面： 元件参数的变化元件参数的变化（温漂温漂）、接触热电势干接触热电势干 扰扰、元器件长期在高温下工作时元器件长期在高温下工作时，引起引起寿命和耐寿命和耐 压等级降低压等级降低等等。 克服热干扰的防护措施有克服热干扰的防护措施有： 选用低温漂元件选用低温漂元件，采取软采取软、硬件温度补偿措硬件温度补偿措 施施，选用低功耗选用低功耗、低发热元件低发热元件，提高元器件规格提高元器件规格 余量余量，仪器的前置输入级远离发热元件仪器的前置输入级远离发热元件，加强散加强散 热热、采用热屏蔽采用热屏蔽等等。 2015/12/6 Sunday 11 散热实例散热实例 散热风扇散热风扇 2015/12/6 Sunday 12 四四、固有噪声骚扰固有噪声骚扰 在电路中在电路中，电子元电子元 件本身产生的件本身产生的、具有随具有随 机性机性、宽频带的噪声宽频带的噪声称称 为为固有噪声固有噪

6、声。最重要的最重要的 固有噪声源是电阻热噪固有噪声源是电阻热噪 声声、半导体散粒噪声和半导体散粒噪声和 接触噪声接触噪声等等。固有噪声固有噪声 可以从喇叭或耳机中反可以从喇叭或耳机中反 映出来映出来，但更多的时候但更多的时候 是是反映在输出电压的无反映在输出电压的无 规律跳变规律跳变上上。 五五、电电、磁噪声骚扰磁噪声骚扰 电磁波可以电磁波可以通过电网通过电网以及以及直接辐射直接辐射 的形式传播到离这些噪声源很远的检测装的形式传播到离这些噪声源很远的检测装 置中置中。在在工频输电线附近也存在强大的交工频输电线附近也存在强大的交 变电场变电场，在在强电流输电线附近存在干扰磁强电流输电线附近存在干扰磁 场场，他们将对十分灵敏的检测装置造成干他们将对十分灵敏的检测装置造成干 扰扰。由于这些干扰源功率强大由于这些干扰源功率强大，要消除他要消除他 们的影响较为困难们的影响较为困难，必须采取多种措施来必须采取多种措施来 防护防护。 第二节第二节 检测技术中的电磁兼容原理检测技术中的电磁兼容原理 一一、电磁兼容电磁兼容（EMCEMC）概念概念 我国从我国从世纪世纪8080年代至今已制定了上百个年代至

7、今已制定了上百个电磁兼容的国家标准电磁兼容的国家标准，强制要求绝大多数电气设强制要求绝大多数电气设备必须通过相关电磁兼容标准的性能测试备必须通过相关电磁兼容标准的性能测试，否则否则为不合格产品为不合格产品。通俗地说通俗地说，电磁兼容是指电子系电磁兼容是指电子系统在规定的电磁干扰环境中能正常工作的能力统在规定的电磁干扰环境中能正常工作的能力，而且还不允许产生超过规定的电磁干扰而且还不允许产生超过规定的电磁干扰 。 2015/12/6 Sunday 15 二二、电磁干扰的来源电磁干扰的来源 电磁干扰源分为两大类电磁干扰源分为两大类：自然界干扰自然界干扰 源源和和人为干扰源人为干扰源，后者是检测系统的主要干后者是检测系统的主要干 扰源扰源。 1 1. .自然界干扰源包括地球外层空间的宇自然界干扰源包括地球外层空间的宇 宙射电噪声宙射电噪声、太阳耀斑辐射噪声以及大气层太阳耀斑辐射噪声以及大气层 的天电噪声的天电噪声。后者的能量频谱主要集中在后者的能量频谱主要集中在 3030MHzMHz以下以下，对检测系统的影响较大对检测系统的影响较大。 2 2. .人为干扰源又可分为人为干扰源又可分为有意发射

8、干扰有意发射干扰源源 和和无意发射干扰无意发射干扰源源。 2015/12/6 Sunday 16 自然界干扰源和人为干扰源自然界干扰源和人为干扰源 X光机产生大功率光机产生大功率 高频干扰高频干扰 闪电产生电磁场干扰闪电产生电磁场干扰 2015/12/6 Sunday 17 自然界干扰源和人为干扰源自然界干扰源和人为干扰源（续续） 雷达会产生大功率高频干扰雷达会产生大功率高频干扰 变电站会产生变电站会产生 50Hz的高次的高次 谐波干扰以及谐波干扰以及 电晕放电干扰电晕放电干扰 2015/12/6 Sunday 18 电吹风机干扰电视机的演示电吹风机干扰电视机的演示 电吹风机产电吹风机产 生的电磁波干扰生的电磁波干扰 以两种途径到达以两种途径到达 电视机电视机：一是一是通通 过共用的电源插过共用的电源插 座座，二是二是以空间以空间 电磁场传输的方电磁场传输的方 式由电视机的天式由电视机的天 线接收线接收。 路和场的干扰路和场的干扰 路的干扰必须在干扰源和被干扰对象之路的干扰必须在干扰源和被干扰对象之 间有完整的电路连接间有完整的电路连接，干扰沿着这个通路到干扰沿着这个通路到 达被干扰对

9、象达被干扰对象。例如通过电源线例如通过电源线、变压器引变压器引 入的干扰入的干扰 ；场的干扰不需要沿着电路传输场的干扰不需要沿着电路传输， 而是而是以电磁场辐射的方式进行以电磁场辐射的方式进行。例如例如，电源电源 线对传感器的信号线的电场耦合干扰线对传感器的信号线的电场耦合干扰；又如又如 电焊机电缆上的强电流对信号线的磁场耦合电焊机电缆上的强电流对信号线的磁场耦合 干扰干扰。 1 1通过路的干扰通过路的干扰 由泄漏电阻由泄漏电阻 引起的干扰引起的干扰 当仪器的当仪器的信号输入端子与信号输入端子与220V电源进线端子之电源进线端子之 间产生漏电间产生漏电、印制电路板上前置级输入端与较高电印制电路板上前置级输入端与较高电 压的整流电路存在漏电等情况下压的整流电路存在漏电等情况下，噪声源可以通过噪声源可以通过 这些漏电电阻作用于有关电路而造成干扰这些漏电电阻作用于有关电路而造成干扰。被干扰被干扰 点的等效阻抗越高点的等效阻抗越高，由泄漏电阻而产生的干扰影响由泄漏电阻而产生的干扰影响 越大越大。 1-干扰源干扰源 2-仪器输入端子仪器输入端子 3-仪器的输入电阻仪器的输入电阻 R -漏电阻漏电阻 2015/12/6 Sunday 21 负载负载（喇叭喇叭）的电流较的电流较 大大，它它与放大器的负电源线与放大器的负电源线 共用了一段地线共用了一段地线，在地线的在地线的 微小电阻上产生了压降微小电阻上产生了压降，造造 成了干扰成了干扰。 由共阻抗耦合引起的干扰由共阻抗耦合引起的

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