第11章 抗干扰技术与微机接口技术（课件）- 《传感器与检测技术》同步教学（清华大学）

第11章 抗干扰技术和微机接口技术 本章主要介绍传感检测的抗干扰技术和微机接口技术 1.了解干扰的概念、分类及其指标信噪比和噪声系数。 2.熟悉接地技术、屏蔽技术、隔离技术、滤波技术等传感器抗干扰技术。 3.熟悉传感信号几种预处理方法。 4.熟悉数据采集方法。 5.熟悉ADC接口技术。 第11章 抗干扰技术 抗干扰技术 “干扰”在检测系统中是一种无用信号，它会在测量结果中产生误差。因此要获得良好的测量结果，就必须研究干扰来源及抑制措施。通常把消除或削弱各种干扰影响的全部技术措施，总称为抗干扰技术或称为防护。 干扰的产生 干扰(也叫噪声)是指测量中来自测量系统内部或外部，影响测量装置或传输环节正常工作和测试结果的各种因素的总和。 第11章 抗干扰技术 干扰的产生主要有两大类：电气设备干扰和放电干扰。电气设备干扰主要有射频干扰、工频干扰和感应干扰等；放电干扰主要有弧光放电干扰、火花放电干扰、电晕放电干扰和天体、天电干扰等。 根据干扰产生的原因，通常可分为以下几种类型。 1. 机械干扰 2. 热干扰 3. 光干扰 4. 湿度干扰 5. 化学干扰6. 电磁干扰 信噪比和噪声系数 信噪比是利用有用信号功率PS和噪声功率PN的比值 噪声系数等于输入信噪比与输出信噪比的比值，即 第11章 抗干扰技术 干扰信号的耦合方式 干扰信号进入接收电路或测量装置内的途径，称为干扰信号的耦合方式。干扰的耦合方式主要有：电磁耦合、静电电容耦合、漏电流耦合、共阻抗耦合。 1. 电磁耦合 电磁耦合(电感性耦合)是由于电路之间存在互感，使一个电路的电流变化，通过磁交变影响到另一个电路。 第11章 抗干扰技术 两个电路电磁耦合示意图和等效电路。 第11章 抗干扰技术 2. 静电电容耦合 静电电容耦合是由于两个电路之间存在寄生电容，产生静电效应，使一个电路的电荷变化影响到另一个电路。 第11章 抗干扰技术 3. 漏电流耦合 由于绝缘不良，流经绝缘电阻的漏电流IN作用于有关电路引起的干扰，称为漏电流耦合。 第11章 抗干扰技术 4. 共阻抗耦合 共阻抗耦合是由于两个电路间有公共阻抗，当一个电路中有电流流过时，通过共阻抗便在另一个电路上产生干扰电压。 第11章 抗干扰技术 常用的抑制干扰的措施 1. 接地技术 接地是保证人身和设备安全、抗噪声干扰的一种方法。 地线的种类主要有屏蔽接地线或机壳接地线、信号接地线(模拟、数字接地线)、负载接地线和交流电源地线等。 第11章 抗干扰技术 1) 低频电路(f＜1MHz)一点接地 第11章 抗干扰技术 多级电路的一点接地 第11章 抗干扰技术 2) 高频电路(f＞10MHz)大面积就近多点接地 大面积多点接地 第11章 抗干扰技术 2. 屏蔽技术 利用金属罩(铜、铝等铁磁材料)将信号源或测量电路包围起来，此种措施称为屏蔽。屏蔽的目的就是隔断场的耦合通道，抑制各种场的干扰。 1) 静电屏蔽 2) 低频磁屏蔽 3) 电磁屏蔽 4) 驱动屏蔽 第11章 抗干扰技术 3. 浮空 浮空又称浮置、浮接。如果检测装置的输入放大器的公共线，既不接机壳也不接大地，则称为浮空。 第11章 抗干扰技术 4.滤波技术 1）硬件滤波 2）数字滤波 第11章 抗干扰技术 1）硬件滤波 硬件滤波器一般由电感、电容或铁氧体器件组成频率选择网络，将硬件滤波器接入传输线中，抑制干扰信号。滤波根据使用场合可分为电源滤波器、信号滤波器、控制线滤波器、防电磁脉冲滤波等 电源滤波与信号滤波 第11章 抗干扰技术 硬件滤波根据频率特性可分为低通滤波、高通滤波、带通滤波、带阻滤波。因为传感器的输出信号大多是缓慢变化的低频信号，所以传感器输出信号的滤波通常为低通滤波器，该滤波器允许低频信号通过而滤除高频信号。 (a) 差动式电容传感器电路原理图 (b) 反Г低通滤波器 图11-7 电容传感器电路及低通滤波器 第11章 抗干扰技术 2）数字滤波 所谓数字滤波，是通过计算机程序消除或减弱采样信号中干扰信号，提高测量精度及可靠性的方法，也称为程序滤波或软件滤波。 数字滤波 数字滤波的优点包括： ⑴成本低：仅需滤波程序，无需增加硬件，且可以实现多通道处理，节约成本； ⑵可靠性高：无需阻抗匹配，不会产生硬件故障； ⑶功能强大，灵活方便：对频率很高或很低的信号均能得到很好的滤波效果，仅需改变程序参