自動(dòng)檢測(cè)

1、1、掌握干擾的來源及防護(hù)方法2、理解自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)中的電磁兼容原理及對(duì)策3、掌握檢測(cè)系統(tǒng)的抗干擾技術(shù),第十章 抗干擾技術(shù),學(xué)習(xí)目標(biāo):,第一節(jié) 干擾源及防護(hù),在非電量測(cè)量過程中，往往會(huì)發(fā)現(xiàn)總是有一些無用的背景信號(hào)與被測(cè)信號(hào)疊加在一起，這稱為干擾，有時(shí)也采用噪聲這一習(xí)慣用語。 噪聲對(duì)檢測(cè)裝置的影響必須與有用信號(hào)共同分析才有意義。衡量噪聲對(duì)有用信號(hào)的影響常用信噪比（S/N）來表示

2、 S/N=10lg（ PS / PN ）=20lg（ US / UN ）（dB） 在測(cè)量過程中應(yīng)盡量提高信噪比，以減少噪聲對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。,,,一、干擾與噪聲,信噪比（S/N）的計(jì)算舉例,在擴(kuò)音機(jī)輸入端測(cè)得：話筒輸出的做報(bào)告者聲音的平均電壓為50mV， 50Hz干擾“嗡嗡”聲的電壓為0.5mV，求信噪比。 解 S/N=20lg（50/0.5） dB =40 dB

3、 當(dāng)S/N分別為20 dB、0 dB 、 -20 dB 時(shí)，說明做報(bào)告者聲音與干擾聲音之間各為什么關(guān)系？,,,二、噪聲源及干擾源,1、機(jī)械干擾,機(jī)械干擾是指機(jī)械振動(dòng)或沖擊使電子檢測(cè)裝置中的元件發(fā)生振動(dòng)，改變了系統(tǒng)的電氣參數(shù)，造成可逆或不可逆的影響。對(duì)機(jī)械干擾，可選用專用減振彈簧-橡膠墊腳或吸振橡膠海綿墊來降低系統(tǒng)的諧振頻率，吸收振動(dòng)的能量，從而減小系統(tǒng)的振幅。,橡膠 海綿軟墊,橡膠墊腳及彈簧,振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái),,,頻率、振幅均可調(diào)節(jié),

4、將被測(cè)儀器（如圖中的電子天平）固定在振動(dòng)臺(tái)上，逐漸增大振幅，測(cè)試在不同頻率的規(guī)定振幅下，產(chǎn)品指標(biāo)是否變化。,固定,跌落試驗(yàn),,產(chǎn)品在運(yùn)輸過程中常因?yàn)樵馐軇×艺饎?dòng)或跌落而損壞或性能變差，因此需要做抗跌落試驗(yàn)和測(cè)試。,跌落試驗(yàn)機(jī),2、濕度及化學(xué)干擾,當(dāng)環(huán)境相對(duì)濕度增加時(shí)，物體表面就會(huì)附著一層水膜，并滲入材料內(nèi)部，降低了絕緣強(qiáng)度，造成了漏電、擊穿和短路現(xiàn)象；潮濕還會(huì)加速金屬材料的腐蝕，并產(chǎn)生原電池電化學(xué)干擾電壓；在較高的溫度下，潮濕還會(huì)促使霉

5、菌的生長(zhǎng)，并引起有機(jī)材料的霉?fàn)€。 某些化學(xué)物品如酸、堿、鹽、各種腐蝕性氣體以及沿海地區(qū)由海風(fēng)帶到岸上的鹽霧也會(huì)造成與潮濕類似的漏電腐蝕現(xiàn)象，必須采取以下措施來加以保護(hù)：浸漆、密封、定期通電加熱驅(qū)潮等。,用絕緣漆浸漬過的控制變壓器,浸漆可防止水分進(jìn)入線圈內(nèi)部,儀器設(shè)備的防潮試驗(yàn),噴淋試驗(yàn),3、熱干擾,熱干擾主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）元件參數(shù)的變化（溫漂）（2）接觸熱電勢(shì)干擾（3）元器件長(zhǎng)期在高溫下工作時(shí)，引起壽命和耐

6、壓等級(jí)降低等。 克服熱干擾的防護(hù)措施有：（1）選用低溫漂元件（2）采取軟、硬件溫度補(bǔ)償措施（3）選用低功耗、低發(fā)熱元件（4）提高元器件規(guī)格余量（5）儀器的前置輸入級(jí)遠(yuǎn)離發(fā)熱元件（6）加強(qiáng)散熱、采用熱屏蔽等。,,,散熱實(shí)例,,,,散熱風(fēng)扇,4、固有噪聲干擾,在電路中，電子元件本身產(chǎn)生的、具有隨機(jī)性、寬頻帶的噪聲稱為固有噪聲。最重要的固有噪聲源是電阻熱噪聲、半導(dǎo)體散粒噪聲和接觸噪聲等。固有噪聲可以從喇叭或耳機(jī)中反映出

7、來，但更多的時(shí)候是反映在輸出電壓的無規(guī)律跳變上。,,,五、電、磁噪聲干擾,電磁波可以通過電網(wǎng)以及直接輻射的形式傳播到離這些噪聲源很遠(yuǎn)的檢測(cè)裝置中。在工頻輸電線附近也存在強(qiáng)大的交變電場(chǎng)，在強(qiáng)電流輸電線附近存在干擾磁場(chǎng)，他們將對(duì)十分靈敏的檢測(cè)裝置造成干擾。由于這些干擾源功率強(qiáng)大，要消除他們的影響較為困難，必須采取多種措施來防護(hù)。,,,第二節(jié) 檢測(cè)技術(shù)中的電磁兼容原理,一、電磁兼容（EMC）概念,,通俗地說，電磁兼容是指電子系統(tǒng)在規(guī)定的電磁

8、干擾環(huán)境中能正常工作的能力，而且還不允許產(chǎn)生超過規(guī)定的電磁干擾 。,二、電磁干擾的來源,1.自然界干擾源包括地球外層空間的宇宙射電噪聲、太陽耀斑輻射噪聲以及大氣層的天電噪聲。后者的能量頻譜主要集中在30MHz以下，對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)的影響較大。 2.人為干擾源又可分為有意發(fā)射干擾源和無意發(fā)射干擾源。,,,自然界干擾源和人為干擾源,X光機(jī)產(chǎn)生大功率高頻干擾,,,閃電產(chǎn)生電磁場(chǎng)干擾,雷達(dá)會(huì)產(chǎn)生大功率高頻干擾,,,變電站會(huì)產(chǎn)生50Hz的高

9、次 諧波干擾以及電暈放電干擾,電吹風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的電磁波干擾以兩種途徑到達(dá)電視機(jī)：一是通過共用的電源插座，二是以空間電磁場(chǎng)傳輸?shù)姆绞接呻娨暀C(jī)的天線接收。應(yīng)設(shè)法切斷這些干擾途徑。,,路和場(chǎng)的干擾,路的干擾必須在干擾源和被干擾對(duì)象之間有完整的電路連接，干擾沿著這個(gè)通路到達(dá)被干擾對(duì)象。例如通過電源線、變壓器引入的干擾 ；場(chǎng)的干擾不需要沿著電路傳輸，而是以電磁場(chǎng)輻射的方式進(jìn)行。例如，電源線對(duì)傳感器的信號(hào)線的電場(chǎng)耦合干擾；又如電焊機(jī)電纜上的強(qiáng)電流對(duì)信

10、號(hào)線的磁場(chǎng)耦合干擾。,,,1．通過路的干擾,（1）由泄漏電阻引起的干擾,,1-干擾源 2-儀器輸入端子 3-儀器的輸入電阻 R?-漏電阻,負(fù)載（喇叭）的電流較大，它與放大器的負(fù)電源線共用了一段地線，在地線的微小電阻上產(chǎn)生了壓降，造成了干擾。,（2）由共阻抗耦合引起的干擾,,負(fù)載電流,,干擾壓降,正確接線,,,,（3）由電源配電回路引入的干擾,交流供配電線路在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的分布相當(dāng)于一個(gè)吸收各種干擾的網(wǎng)絡(luò), 而且十分方便地以電路傳導(dǎo)的

11、形式傳遍各處，經(jīng)檢測(cè)裝置的電源線進(jìn)入儀器內(nèi)部造成干擾。最明顯的是電壓突變和交流電源波形畸變，它使工頻的高次諧波 (從低頻一直延伸至高頻) 經(jīng)電源線進(jìn)入儀器的前級(jí)電路。例如，由調(diào)壓或逆變電路中的晶閘管引起的大功率高次諧波干擾；又如開關(guān)電源經(jīng)電源線往外泄漏出的幾百千赫茲尖脈沖干擾。,2．通過場(chǎng)的干擾,（1）由電場(chǎng)耦合引起的干擾： 電場(chǎng)耦合實(shí)質(zhì)上是電容性耦合。要減少電源線對(duì)信號(hào)線的電場(chǎng)耦合干擾，就必須減小兩者間的分布電容，必須盡量

12、保持電路和信號(hào)線的對(duì)地平衡，布線時(shí)，多采用雙絞扭屏蔽線。,,帶電物體產(chǎn)生的電場(chǎng),（2）由磁場(chǎng)耦合引起的干擾,防止磁場(chǎng)耦合干擾途徑的辦法有：A 使信號(hào)線遠(yuǎn)離強(qiáng)電流干擾源，從而減小互感量M B 采用低頻磁屏蔽，從而減小信號(hào)線感受到的磁場(chǎng)C 采用絞扭導(dǎo)線使引入到信號(hào)處理電路兩端的干擾電壓大小相等、相位相同，使差模干擾轉(zhuǎn)變成共模干擾,,,C型變壓器的漏感比E型的小,4對(duì)雙絞扭線,,,磁場(chǎng)耦合干擾的實(shí)質(zhì)是互感性耦合干擾。,共模干擾與串模干擾

13、舉例,熱電偶引線與220V電源線靠得太近將引起電場(chǎng)偶合干擾。如果UNi對(duì)兩根信號(hào)傳輸線的干擾大小相等、相位相同,就屬于共模干擾。,第三節(jié) 幾種抗電磁干擾技術(shù),抗電磁干擾技術(shù)有時(shí)又稱為電磁兼容控制技術(shù)?？刹捎闷茐母蓴_途徑和削弱檢測(cè)系統(tǒng)電路對(duì)干擾的敏感性等方法，常用的抗干擾措施有屏蔽、接地、浮置、濾波、光電隔離等技術(shù)。,,,一、屏蔽技術(shù),利用金屬材料制成容器，將需要防護(hù)的電路包圍在其中，可以防止電場(chǎng)或磁場(chǎng)耦合干擾的方法稱為屏蔽。,,,未

14、加屏蔽罩時(shí)，中頻變壓器線圈易受外界干擾。,加屏蔽罩后的中頻變壓器,,,1.靜電屏蔽,靜電屏蔽是用銅或鋁等導(dǎo)電性良好的金屬為材料制作成封閉的金屬容器，并與地線連接，把需要屏蔽的電路置于其中，使外部干擾電場(chǎng)的電力場(chǎng)不影響其內(nèi)部的電路，反之，內(nèi)部電路產(chǎn)生的電力線也無法影響外電路。靜電屏蔽的容器器壁上允許有較小的孔洞（作為引線孔或調(diào)試孔）它對(duì)屏蔽的影響不大。,,各種靜電屏蔽,儀器設(shè)備的屏蔽外殼必須接地,帶孔屏蔽板,自制的屏蔽罩,通風(fēng)屏蔽窗,,開

15、關(guān)電源采用帶孔的屏蔽外殼，既可散熱，又可防止電磁干擾外泄,,帶調(diào)試孔的屏蔽盒,屏蔽線,三絞扭屏蔽線,銅芯,4對(duì)雙絞扭屏蔽線（屏蔽層接地）,,聚氟乙烯絕緣層,銅線編織網(wǎng)（接地）,,,,2.低頻磁屏蔽,低頻磁屏蔽是用來隔離低頻（主要指50Hz）磁場(chǎng)和固定磁場(chǎng)（也稱靜磁場(chǎng)，其幅度、方向不隨時(shí)間變化，如永久磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)）耦合干擾的有效措施。靜電屏蔽線或靜電屏蔽盒對(duì)低頻磁場(chǎng)不起隔離作用。必須采用高導(dǎo)磁材料作屏蔽層，以便讓低頻干擾磁力線只從磁阻很

16、小的磁屏蔽層上通過，使低頻磁屏蔽層內(nèi)部的電路免受低頻磁場(chǎng)耦合干擾的影響。有時(shí)還將屏蔽線穿在接地的鐵質(zhì)蛇皮管或普通鐵管內(nèi)，同時(shí)達(dá)到靜電屏蔽和低頻屏蔽的目的。,,,低頻磁屏蔽舉例,多數(shù)儀器的外殼采用導(dǎo)磁材料（例如：鐵質(zhì)機(jī)殼）作屏蔽層，讓低頻干擾磁力線從磁阻很小的磁屏蔽層上通過，使受外殼保護(hù)的內(nèi)部電路免受低頻磁場(chǎng)耦合干擾的影響。如果將外殼接地，則同時(shí)達(dá)到靜電屏蔽和低頻磁屏蔽的目的。,3.電磁屏蔽,電磁屏蔽是采用導(dǎo)電良好的金屬材料做成屏蔽罩、屏

17、蔽盒等不同的外形，將被保護(hù)的電路包圍在其中。它屏蔽的干擾對(duì)象是高頻（40kHz以上）磁場(chǎng)。,,,鍍銅電磁屏蔽盒,,軍用屏蔽帳篷,,幾種用導(dǎo)電纖維材料編織而成的軍用電磁屏蔽器材,軍用 電子方艙,屏蔽通信車,防電磁波屏蔽圍裙,,幾種用導(dǎo)電纖維材料編織而成的電磁屏蔽服,輻射源,防電磁波屏蔽服裝,防電磁波屏蔽圍裙的使用,,,屏蔽室,導(dǎo)電PVC地板 用于防靜電及 底部屏蔽,,干擾信號(hào)無法穿透鋼板屏蔽室,二、接地技術(shù),

18、對(duì)于儀器、通訊、計(jì)算機(jī)等電子技術(shù)來說，“地線”多是指電信號(hào)的基準(zhǔn)電位，也稱為“公共參考端”，它除了作為各級(jí)電路的電流通道之外，還是保證電路工作穩(wěn)定、抑制干擾的重要環(huán)節(jié)。它可以接大地，也可以與大地隔絕。,,四種觸電情況,,（1）保安地線,,1、地線的種類,接大地與防靜電的關(guān)系,人在工頻電場(chǎng)中工作時(shí)，身體可能感應(yīng)出幾十伏以上的電壓；當(dāng)人在地板上行走時(shí)，也可能因摩擦而帶上幾百伏以上的靜電。因此在焊接集成電路時(shí)，人體必須良好地接大地，以保證集成

19、電路的CMOS輸入端不致被靜電擊穿。人體接地的方法之一是帶上接地的防靜電手腕帶。,,防靜電手腕帶,,接地,,（2）信號(hào)地線分類,A.模擬信號(hào)地線,,模擬信號(hào)地線是模擬信號(hào)的零信號(hào)電位公共線。因?yàn)槟M信號(hào)電壓多數(shù)情況下均較弱、易受干擾，易形成級(jí)間不希望的反饋，所以模擬信號(hào)地線的橫截面積應(yīng)盡量大些。,B.數(shù)字模擬地線,數(shù)字信號(hào)地線是數(shù)字信號(hào)的零電平公共線。由于數(shù)字信號(hào)處于脈沖工作狀態(tài)，動(dòng)態(tài)脈沖電流在接地阻抗上產(chǎn)生的壓降往往成為微弱模擬信號(hào)的

20、干擾源，為了避免數(shù)字信號(hào)對(duì)模擬信號(hào)的干擾，兩者的地線應(yīng)分別設(shè)置為宜，否則會(huì)嚴(yán)重干擾模擬信號(hào)的測(cè)量結(jié)果。,,,（3）信號(hào)源地線,傳感器可看作是測(cè)量裝置的信號(hào)源，多數(shù)情況下信號(hào)較為微弱，通常傳感器安裝在生產(chǎn)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)，而測(cè)量裝置設(shè)在離現(xiàn)場(chǎng)一定距離的控制室內(nèi)，從測(cè)量裝置的角度看，可以認(rèn)為傳感器的公共參考端就是信號(hào)源地線，它必須與測(cè)量裝置進(jìn)行正確的連接才能提高整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)的抗干擾能力。,,,（4）負(fù)載地線,負(fù)載的電流一般都比前級(jí)信號(hào)電流大得多，負(fù)

21、載地線上的電流有可能干擾前級(jí)微弱的信號(hào)，因此負(fù)載地線必須與其他信號(hào)地線分開。例如，若誤將喇叭的負(fù)極（接地線）與擴(kuò)音機(jī)話筒的屏蔽線碰在一起，就相當(dāng)于負(fù)載地線與信號(hào)地線合并，可能引起嘯叫。又如當(dāng)負(fù)載是繼電器時(shí)，繼電器觸點(diǎn)閉合和斷開的瞬間經(jīng)常產(chǎn)生電火花，容易反饋到前級(jí)，造成干擾，因此應(yīng)正確連接。,,2、一點(diǎn)接地原則,對(duì)于模擬信號(hào)地線、數(shù)字信號(hào)地線、信號(hào)源地線、負(fù)載地線等幾種地線一般應(yīng)分別設(shè)置，在電位需要連通時(shí)，也必須仔細(xì)選擇合適的點(diǎn)，在一個(gè)地

22、方相連，才能消除各地線之間的干擾。,,（1）單級(jí)電路的一點(diǎn)接地原則,考慮到加工工藝，在實(shí)際的印制電路板設(shè)計(jì)中，只能做到各接地點(diǎn)盡量靠近、并加大地線的寬度。,,,1—接線端子 2—印制板安裝孔 3—接地母線 4—高頻變壓器屏蔽外殼接地點(diǎn),（2）多級(jí)電路的一點(diǎn)接地原則,若將多級(jí)電路的地線逐級(jí)串聯(lián)，在最后一段地線上將存在一定的對(duì)地電位差，有可能產(chǎn)生共阻抗耦合干擾，應(yīng)采取并聯(lián)