1)
串模干扰的抑制
串模干扰与被测信号所处的地位相同,因此一旦产生串模干扰,就不容易消除。所以应当首先防止它的产生。防止串模干扰的措施一般有以下这些:
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信号导线的扭绞。由于把信号导线扭绞在一起能使信号回路包围的面积大为减少,而且是两根信号导线到干扰源的距离能大致相等,分布电容也能大致相同,所以能使由磁场和电场通过感应耦合进入回路的串模干扰大为减小。
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屏蔽。为了防止电场的干扰,可以把信号导线用金属包起来。通常的做法是在导线外包一层金属网(或者铁磁材料),外套绝缘层。屏蔽的目的就是隔断“场”的耦合,抑制各种“场”的干扰。屏蔽层需要接地,才能够防止干扰。如图2.1我们可以清楚地看到屏蔽层接地和不接地的两种情况,我们可以分析一下这两种情况:

图中导线1为干扰源,导线2为信号导线,导线2对地电阻可认为是无限大,并在导线外包裹屏蔽层。
如图2.1中所示,屏蔽层不接地,因为干扰源与屏蔽层之间存在分布电容,在导线2的屏蔽层上就会感应出电压:

由于导线2与屏蔽层之间存在有电容C2s,在C2s上无电流存在,所以导线2感应的电压e
c=e
s。
如果把屏蔽层接地,如图所示,e
s=0,导线2上感应电压也减小到接近于0。因此在实际使用中,屏蔽层必须接地。否则对减小感应电压没有效果。不过,如果屏蔽层是非铁磁性材料,那么对于工频的磁场干扰没有屏蔽效果。可以通过将信号线穿入铁管中,使导线得到磁屏蔽。
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滤波。对于变化速度很慢的直流信号,可以在仪表的输入端加入滤波电路,以使混杂于信号的干扰衰减到最小。但是在实际的工程设计中,这种方法一般很少用,通常,这一点在仪表的电路设计过程中就已经考虑了。
以上的几种方法是主要是针对与不可避免的干扰场形成后的被动抑制措施,但是在实际过程中,我们应当尽量避免干扰场的形成。譬如注意将信号导线远离动力线;合理布线,减少杂散磁场的产生;对变压器等电器元件加以磁屏蔽等等,采取主动隔离的措施。
2)
共模干扰的抑制
由于仪表系统信号多为低电平,因此,共模干扰也会使仪表信号产生畸变,带来各种测量的错误。防止共模干扰通常采取的措施如下:
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接地。通常仪表和信号源外壳为安全起见都接大地,保持零电位。信号源电路以及仪表系统也需要稳定接地。但是如果接地方式不恰当,将形成地回路导入干扰。如图1.3中就是这种情况,两点接地,由于存在地电位差,因此产生共模干扰。因此,通常,仪表回路采用在系统处单点接地。但是事实上,信号源侧对地不可能绝缘,因此,从这个意义上来说,不可能彻底的消除地电位差引进的干扰。所以为了提高仪表的抗干扰能力,通常在低电平测量仪表中都把二次仪表“浮地”,也就是将二次仪表与地绝缘。以切断共模干扰电压的泄漏途径,使干扰无法进入。在实际应用中,我们通常将屏蔽和接地结合起来应用,往往能够解决大部分的干扰问题。如果将屏蔽层在信号侧与仪表侧均接地,则地电位差会通过屏蔽层形成回路,由于地电阻通常比屏蔽层的电阻小的多,所以在屏蔽层上就会形成电位梯度,并通过屏蔽层与信号导线间的分布电容耦合到信号电路中去,因此屏蔽层也必须一点接地。并且,信号导线屏蔽层接地应与系统接地同侧。
事实上,由于二次仪表的外壳为了安全,是需要接地的。而仪表的输入端与外壳之间一定存在分布电容和漏阻抗,因此,浮地不可能把泄漏途径完全切断,因此,必要的时候,通常采用的是双层屏蔽浮地保护。也就是在在仪表的外壳内部再套一个内屏蔽罩,内屏蔽罩与信号输入端已经外壳之间均不做电气连接,内屏蔽层引出一条导线与信号导线的屏蔽层相连接,而信号线的屏蔽在信号源处一点接地,这样使仪表的输入保护屏蔽及信号屏蔽对信号源稳定起来,处于等电位状态。可以大大的提高仪表抗干扰的能力(具体可参见图2.2。)即便这样,其实也是存在一定的泄漏电流的,但是,抑制干扰的措施就是为了让干扰信号强度降低至相对与实际信号强度来说可忽略的程度。
外,经常采用的抗干扰措施还有隔离,也是通过阻止干扰回路的形成来抑制干扰。这些方法的作用是叠加的。通常,我们会采取其中的一种或几种方法来提高信号测量的抗干扰能力。
当然,随着理论和工程实践的发展,还有许多的抗干扰措施。这里仅就在实际工程中经常采用的几种方法作一下简单的介绍。希望能够给大家在工程实际中提供一些帮助。
参考文献: 1、《
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