测试技术课件河南科技大学 第6章 抗干扰技术与标定

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测试技术 河南科技大学机电学院第6章 抗干扰技术与标定 本章学习要求: 1.了解测试系统常见干扰形式;   2. 掌握测试系统常用的抗干扰技术; 3. 掌握测试系统的标定方法。 第6章 抗干扰技术与标定 河南科技大学机电学院6.1 测试系统中的抗干扰技术   6.1.1 电磁干扰 抗电磁干扰技术又称为“电磁兼容技术”。 电磁兼容是指装置或系统在其设备的预定场所投 入实际运行时,既不受周围电磁环境的影响,又 不影响周围的环境,也不发生性能恶化和失误工 作,而能按设计要求正常工作的能力 。 形成电磁干扰的要素有3个:向外发送干扰的 源 —— 噪声源;传播电磁干扰的途径——噪声的 耦合和辐射;承受电磁干扰的受体——受扰设备。 6.1 抗干扰技术 河南科技大学机电学院 1.信噪比 通道中有用信号成分与噪声信号成分之比称 为信噪比。设有用信号功率为PS,有用信号电压 为US,噪声功率为PN,噪声电压为UN,则有 S P U ? 10lg S ? 20lg S N PN UN 常见噪声源:各种放电现象的放电噪声源、电气设备噪声源和固有噪声源。如:自然界雷电、有触点电器、放电管、工业用高频设备、电力输电线、机动车、大功率发射装置、超声波设备等。 6.1 抗干扰技术 河南科技大学机电学院2. 干扰与噪声的耦合方式 干扰与噪声的耦合方式一般包括静电耦合、 互感耦合、公共阻抗耦合和漏电流耦合等。 减少寄生电容C 减小寄生互感M 减少减小公共 阻 抗 Z 1 增大漏电阻R 6.1 抗干扰技术 河南科技大学机电学院 3.抑制干扰与噪声的基本措施(1)直接抑制,减弱或消除干扰与噪声源的对外作用;(2)切断或消弱干扰与噪声到受扰电路的耦合通道。 6.1.2 屏蔽、接地、隔离、布线与灭弧技术 1. 电磁屏蔽技术 利用高电导率和高磁导率的材料制成封闭的低 阻抗容器,将受扰电路置于该容器中,从而抑制该 容器外的干扰与噪声对容器内电路的影响。或将产 生干扰与噪声的电路置于该容器之中,从而减弱或 消除其对外部电路的影响。 6.1 抗干扰技术 河南科技大学机电学院 屏 蔽 与 接 地 相 结 合 屏蔽容器的结构形式主要有屏蔽罩、屏蔽栅网、屏蔽铜箔、隔离仓和导电涂料等。 6.1 抗干扰技术 河南科技大学机电学院2. 双绞线传输  抑制电磁感应干扰采用双绞线,一根做作屏蔽,另一根做信号传输线;抑制静电感应干扰采用金属网屏蔽线,金属网做屏蔽层,芯线用于传输信号。 外来磁场干扰引起的感 应电流方向相反而抵消 6.1 抗干扰技术 河南科技大学机电学院 3. 接地技术 接地通常有两种含义,一是连接到系统基准 地,二是连接到大地。从用途上分:一是抑制干 扰接地,二是安全保护接地。(1)一点接地方式 串联式各接地点的电平有差异, 并联式不会产生公共阻抗干扰, 会影响弱信号电路的正常工作。 但接地线长而多,不经济。 6.1 抗干扰技术 河南科技大学机电学院(2)多点接地方式 多点接地可降低地线长度,减小高频时的接地阻抗。 4. 隔离技术:采用光电隔离和变压器隔离等。 5. 布线技术:印刷电路板上的布线,尽量加粗电 源线和地线,降低直流电阻;尽量避免互相平行的 长信号线,防止寄生电容。电路板间配接扁平电缆 时,其长度一般不应超过传输信号波长的 1/3。 6.1 抗干扰技术 河南科技大学机电学院 6. 灭弧技术 当接通或断开电动机绕组、继电器线圈、电磁阀线圈、空载变压器等电感性负载时,会产生电弧或火花放电。为消除这种干扰,常采用灭弧元件。 RC回路 泄放二极管 硅堆整流器 压敏电阻 雪崩二极管 6.1 抗干扰技术 河南科技大学机电学院6.1.3 电源干扰抑制技术1. 电网干扰抑制技术 电源 电源 输入 输出 电网干扰的抑制采用交流电源滤波器。L1、L2为共模扼流圈,抑制低频共模干扰;电容C1抑制差模干扰;电容C2、C3抑制高频共模和差模干扰。 6.1 抗干扰技术 河南科技大学机电学院2. 直流电源干扰抑制技术直流电源干扰的抑制可采用直流电源滤波器。 电源 输入C1、C3、C5、C7为电解电容,用来滤除低频干扰; C2、C4、C6、C8 为陶瓷电容,用来滤除高频干扰。 6.1 抗干扰技术 河南科技大学机电学院6.1.4 软件抗干扰技术 (数字滤波) 在内嵌微处理器的测试系统中,可采用硬件与软件相结合的抗干扰技术。 对于外部环境中偶然因素引起的突变性扰动或内部不稳定引起误码等造成的尖脉冲干扰,常采用限幅滤波法和中值滤波法等。 对于小幅度高频噪声,如电子器件热噪声、量化噪声等,常采用算术平均滤波法、滑动平均滤波法、加权平均滤波法和复合滤波法。 第6章 抗干扰技术与标定 河南科技大学机电学院 6.2 测试系统的标定   对传感器或测试系统的测量结果进行验证的过程称为标定。根据用途分为静态标定和动态标定。 静态标定的目的是确定传感器或测试系统的静 态特性指标,线性度、灵敏度、滞后量和重复性。 动态标定的目的是确定传感器或测试系统的动 态特性参数,如频率响应、时间常数、固有频率和 阻尼度等。对于测量频率很高的机械量,如冲击、 振动等,除静态标定外,还要进行动态标定。 6.2 测试系统的标定 河南科技大学机电学院6.2.1 测试系统的静态标定 静态标定是在规定条件下,利用一定准确度等 级的标准设备(比被标定测试系统高一个等级),产 生已知标准的静态量(如标准压力、应变、位移等) 作为传感器或测试系统的输入量,用实验方法进行 多次重复测量,从而得到输出量的过程。 1.静态标定条件 无加速度、无振动、无冲击(除非这些参数本身 就是被测物理量),环境温度一般为室温(25±5)℃, 相对湿度不大于85%,大气压力为7kPa。 6.2 测试系统的标定 河南科技大学机电学院2.静态标定过程 (1)将传感器或测试系统全量程(测量范围)分成若干等间距点(至少6个点); (2)根据量程分点情况,由小到大、再由大到小逐点输入标准静态量,并记录下与各输入值相对应的输出值; (3)按步骤(2)的过程进行多次重复测量,将得到的输出-输入测量数据用表格列出或绘成曲线; (4)对测量数据进行分析处理,根据处理结果就可确定测试系统的线性度、灵敏度、滞后量和重复性等静态性能指标。 6.2 测试系统的标定 河南科技大学机电学院6.2.2 测试系统的动态标定 动态标定以经过校准的动态标准信号(如标准 正弦信号、阶跃信号等)作为传感器或测试系统的 输入,从而测量输出-输入的关系曲线(幅频特性 曲线、相频特性曲线、阶跃响应曲线),然后求出 一阶测试系统的时间常数,二阶测试系统的阻尼 度、固有角频率。所采用的标准输入信号的误差 应为所要求测量结果误差的1 / 3 ~ 1 / 5 或更小。 测试技术 河南科技大学机电学院第6章 抗干扰技术与标定 本章学习要求: 1.了解测试系统常见干扰形式;   2. 掌握测试系统常用的抗干扰技术; 3. 掌握测试系统的标定方法。 第6章 抗干扰技术与标定 河南科技大学机电学院6.1 测试系统中的抗干扰技术   6.1.1 电磁干扰 抗电磁干扰技术又称为“电磁兼容技术”。 电磁兼容是指装置或系统在其设备的预定场所投 入实际运行时,既不受周围电磁环境的影响,又 不影响周围的环境,也不发生性能恶化和失误工 作,而能按设计要求正常工作的能力 。 形成电磁干扰的要素有3个:向外发送干扰的 源 —— 噪声源;传播电磁干扰的途径——噪声的 耦合和辐射;承受电磁干扰的受体——受扰设备。 6.1 抗干扰技术 河南科技大学机电学院 1.信噪比 通道中有用信号成分与噪声信号成分之比称 为信噪比。设有用信号功率为PS,有用信号电压 为US,噪声功率为PN,噪声电压为UN,则有 S P U ? 10lg S ? 20lg S N PN UN 常见噪声源:各种放电现象的放电噪声源、电气设备噪声源和固有噪声源。如:自然界雷电、有触点电器、放电管、工业用高频设备、电力输电线、机动车、大功率发射装置、超声波设备等。 6.1 抗干扰技术 河南科技大学机电学院2. 干扰与噪声的耦合方式 干扰与噪声的耦合方式一般包括静电耦合、 互感耦合、公共阻抗耦合和漏电流耦合等。 减少寄生电容C 减小寄生互感M 减少减小公共 阻 抗 Z 1 增大漏电阻R 6.1 抗干扰技术
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