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1、传感器抗干扰技术 [摘要]随着自动化水平的提高,传感器的应用越来越多,但在应用中的各种干扰问题是应用中的一个难题,它会影响整个系统的控制精度和准确性。因此在自动化检测系统中应用各种抗干扰措施以提高系统的稳定性和准确性就必不可少。干扰的类型不同,干扰的途径不同,抗干扰的措施也会不同。 [关键词]传感器应用中抗干扰措施 中图分类号:TP2文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)0110027-02 随着现代科学技术的发展,自动化水平的不断提高,在工业、农业生产、交通运输、航天、航空等各领域大量使用了各种类型的传感器和自动检测技术来监控生产过程、控制生产过程中的各个环
2、节,从而使系统的生产过程具有较高的自动化水平,系统的控制精度、准确度得到很大的提高。传感器是自动检测系统中的“感觉器官”,它的反应灵敏度、测量误差,线性度、迟滞等性能指标会影响整个系统的性能,有时对整个检测系统、自动化生产线等设备的性能有决定性的影响。除了传感器本身的性能指标外,生产现场中存在的各种干扰问题也会使自动检测系统发生一些故障、误动作、甚至造成计算机的“死机”和系统的严重故障。这些干扰如有些生产现场大能耗设备多,特别是大功率感性负载的启、停往往会使电网产生几百伏甚至几千伏的尖脉冲干扰,供电电压的波动,各种信号线绑扎在一起或走同一根多芯电缆,信号线间的干扰,空间各种电磁、气象条
3、件、雷电甚至地磁场的变化也会干扰传感器的正常工作。此外,生产现场温度、湿度的变化可能引起电路参数发生变化等等,以上各种情况都可能引起自动检测系统、传感器的工作异常,为了保证自动检测系统的正常工作,必须采用相应的措施,将各种干扰消除或抑制干扰,使系统正常工作。 要消除干扰,首先要分清干扰源是什么,干扰的途径是什么,干扰信号是怎样进入系统的等问题,只有这样,才能针对不同问题,采用不同的措施。 一、干扰的种类 (一)电和磁的干扰 电和磁可以通过电路和磁路对系统产生干扰作用,电场和磁场的变化在系统的有关电路或导线中感应出干扰电压,从而影响系统的正常工作。 (二)机械干扰 机
4、械振动和冲击,使系统中的仪表或某些装置的电气元件发生振动、变化等,从而影响系统的正常工作。 (三)热干扰 设备和元器件在工作时产生的热量所引起的温度波动以及环境温度的变化引起仪表和测量装置中电路的元器件参数发生变化,从而影响系统的正常工作。 (四)光干扰 测量仪表或传感器所使用的半导体元件在光作用下会改变其导电性能,从而影响系统的正常工作。 (五)温度干扰 温度增加会引起绝缘电阻下降,漏电流增加,从而影响系统的正常工作。 (六)射频干扰 电磁波、射线会使气体、电离,使金属逸出电子,从而影响系统的正常工作。 (七)化学干扰等 二、干扰信号进入系统的途径 (一
5、)通过电路进入系统 1.通过电源回路进入系统; 2.通过电路中的共阻抗进入系统; 3.通过电路中的共漏电阻进入系统。 (二)通过场进入系统 1.通过电场耦合进入系统; 2.通过磁场耦合进入系统。 三、消除干扰的措施 可以从以下三个方面采取措施: 1.消除或抑制干扰源; 2.破坏干扰途径; 3.削弱接收回路对干扰的敏感性。 主要措施有以下几种: (一)屏蔽技术 包括静电屏蔽、电磁屏蔽、低频磁屏蔽、热屏蔽等。 1.静电屏蔽:静电屏蔽就是用铜或铝等导电性能良好的金属为材料制作成封闭的金属容器,并与地线连接,把需要屏蔽的电路置于其中,使外部干扰电场的电力场
6、不影响其内部的电路,反过来,内部电路产生的电力线也无法外逸去影响外电路。静电屏蔽不但能够防止静电干扰,也一样能防止交变电场的干扰,所以许多仪器的外壳用导电材料制作并且接地。现在虽然有越来越多的仪器用工程塑料(ABS)制作外壳,但当你打开外壳时,仍然会看到在机壳的内壁上粘贴有一层接地的金属薄膜,它起到与金属外壳一样的静电屏蔽作用。 2.低频磁屏蔽:低频磁屏蔽就是用来隔离低频磁场和固定磁场耦合干扰的有效措施。任何通过电流的导线或线圈周围都存在磁场,客观存在磁场,它们可能对检测仪器的信号线或者仪器造成磁场耦合干扰。为了防止磁场耦合干扰,必须采用高导磁材料作屏蔽层,以便让低频干扰磁力线从磁阻
7、很小的磁屏蔽层上通过,使低频磁屏蔽层内部的电路免受低频磁场耦合干扰的影响。例如,仪器的铁皮外壳就起到低频磁屏蔽的作用。若进一步将外壳接地,以同时起静电屏蔽的作用。 3.电磁屏蔽:电磁屏蔽也是采用导电良好的金属材料做成屏蔽罩、屏蔽盒等不同的外形,将被保护的电路包围在其中。它屏蔽的干扰对象不是电场,而是高频(40KHz以上)磁场。干扰源产生的高频磁场遇到导电良好的电磁屏蔽层时,就在其外表面感应出同频率的电涡流,从而消耗了高频干扰的能量。其次,电涡流
