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常用且有效的测力传感器抗干扰技术

时间:2023-08-02 点击次数:

测力传感器电子测量装置电路中出现的无用信号称为噪声,当噪声影响电路的正常运行时,噪声称为干扰。在信号传输过程中,干扰的形成必须有三个因素,即干扰源、干扰途径和对噪声敏感性高的接收电路。所以消除或减少噪声干扰的方法可以针对这三个项目中的任何一个采取措施。传感器检测电路中常用的方法是对干扰路径和接收电路采取相应的措施,以消除或减少噪声干扰。以下是一些常用且有效的抗干扰技术。

屏蔽技术。

使用金属材料制作容器.将需要保护的电路包裹在其中,可有效防止电场或磁场的干扰,这种方法称为屏蔽。屏蔽又可分为静电屏蔽、电磁屏蔽和低频磁屏蔽。

静电屏蔽。

根据电磁学原理,静电场中的密闭空心导体内部没有电场线,其内部各点等于电位。利用这一原理,以铜或铝等导电性好的金属为材料,制作密闭的金属容器,并与地线连接,使需要保护的电路值r包括在内,使外部干扰电场不影响其内部电路。相反,内部电路产生的电场不会影响外部电路。这种方法叫做静电屏蔽。例如,在传感器测量电路中,在电源变压器的第一侧和第二侧之间插入一个有间隙的导体,并将其接地,以防止两个绕组问题之间的静电耦合。这种方法属于静电屏蔽。

电磁屏蔽。

对于高频干扰磁场,利用涡流原理,使高频干扰电磁场在屏蔽金属中产生涡流,消耗干扰磁场的能量。涡流磁场抵消高频干扰磁场,从而保护受保护电路免受高频电磁场的影响。这种屏蔽方法称为电磁屏蔽。如果电磁屏蔽层接地,同时具有静电屏蔽的功能。传感器输出电缆一般采用铜网状屏蔽,具有静电屏蔽和电磁屏蔽的功能。屏蔽材料必须选用铜、铝或镀银铜等导电性能好的低电阻材料。

低频磁屏蔽。

如果干扰是低频磁场,此时涡流现象不明显,只有上述方法的抗干扰效果不是很好。因此,必须使用高导磁材料作为屏蔽层,以将低频干扰磁感应线限制在磁阻较小的磁屏蔽层中。保护电路免受低频磁场耦合干扰的影响。这种屏蔽方法一般称为低频磁屏蔽。传感器检测仪器的铁壳起到了低频磁屏蔽的作用。如果进一步接地,同时起到静电屏蔽和电磁屏蔽的作用。

基于以上三种常用的屏蔽技术,因此在干扰较严重的她方,可采用复合屏蔽电缆,即外层为低频磁屏蔽层。内层为电磁屏蔽层,达到双屏蔽效果。例如,在实际测量过程中,电容式传感器的寄生电容是必须解决的关键问题,否则其传输效率、灵敏度都会降低。必须对传感器进行静电屏蔽,其电极引出线采用双层屏蔽技术,一般称为驱动电缆技术。在使用过程中,这种方法可以有效地克服传感器的寄生电容。

接地技术。

接地技术是抑制干扰的有效技术之一,是屏蔽技术的重要保证。正确的接地可以有效地抑制外部干扰,同时可以提高测试系统的可靠性,减少系统本身造成的干扰因素。接地有两个目的:安全和抑制干扰。所以接地分为保护接地、屏蔽接地和信号接地。为了安全起见,保护接地,传感器测量装置的外壳、底盘等应接地。接地电阻要求为10?下面。为了防止干扰测量装置,屏蔽接地是干扰电压对地形成低阻通路。接地电阻应小于0.02?

信号接地是电子设备输入输出零信号电位的公共线,它本身可能与大地绝缘。信号接地线分为模拟信号接地线和数字信号接地线。模拟信号一般较弱,因此对接地线的要求较高:数字信号一般较强,因此对接地线的要求较低。

不同的传感器检测条件对接地方式也有不同的要求,必须选择合适的接地方式,常用的接地方式有一点接地和多点接地。以下是两种不同的接地处理措施。

一点接地。

一般建议在低频电路中使用一点接地,它有放射式接地线和母线接地线。放射式接地是指电路中的每个功能电路直接连接到导线和零电位参考点:母线接地是指使用具有一定截面积的优质导体作为接地母线,直接连接到零电位点,电路中每个功能块的接地可以接近母线。此时,如果采用多点接地,电路中会形成多个接地电路。当低频信号或脉冲磁场通过这些电路时,会产生电磁感应噪声。由于每个接地电路的特性不同,不同电路的闭合点会产生电位差和干扰。为了避免这种情况,最好采用一点接地方法。

传感器和测量装置构成了一个完整的检测系统,但两者之间的问题可能相距甚远。由于工业现场的地球电流非常复杂,这两个外壳的接地点之间的电位通常是不同的。如果传感器和测量装置的零电位分别接地,即两点接地,较大的电流会流过内阻较低的信号传输线,产生压降,导致串模干扰。所以在这种情况下也应该采用一点接地方法。

多点接地。

一般建议高频电路采用多点接地。高频时,即使是一小段地线也会有较大的阻抗压降。再加上分布电容的作用,一点接地是不可能的。因此,可以采用平面接地方式,即多点接地方式。一个好的导电平面体(如多层电路板中的一层)可以连接到零电位基准点,每个高频电路的接地可以连接到最近的导电平面体。由于导电平面体的高频阻抗很小,基本上保证了每个电位的一致性,同时增加了旁路电容等来降低压降。所以,在这种情况下,采用多点接地方式。

过滤技术。

过滤器是抑制交流串模干扰的有效手段之一。RC滤波器、交流电源滤波器和真流电源滤波器是传感器检测电路中常见的滤波电路。以下先容了这些滤波电路的应用。

RC滤波器。

当信号源为信号变化缓慢的传感器,如热电偶和应变片时,使用体积小、成本低的无源RC滤波器将对串模干扰产生良好的抑制作用。但是应该提到的是,RC滤波器是以牺牲系统响应速度为代价来减少串模干扰的。

交流电源滤波器。

电源网络吸取了各种高、低频噪声,常用LC滤波器来抑制混入电源的噪声。

DC电源滤波器。

DC电源通常由多个电路共享。为了避免通过电源内阻造成多个电路相互干扰,应在每个电路的DC电源上添加RC或LC解耦滤波器,以过滤低频噪声。

光电耦合技术。

光电耦合器是一种电-光-电耦合器件。它由发光二极管和光电三极管组成。它的输入和输出在电气上是绝缘的。因此,除了用于光电控制外,该设备越来越多地用于提高系统的抗共模干扰能力。当驱动电流流过光藕合器中的发光二极管时,光电三极管受光饱和。为了达到信号传输的目的,其发射极输出高电平。因此,即使输入回路受到干扰。如果它在门限内,就不会影响输出。

脉冲电路中的声音抑制。

如果脉冲电路中有干扰噪声。在积分之前,可以将输入脉冲微分,然后设置一定范围的门限电压,使小于门限电压的信号被过滤掉。可以先用A/D转换模拟信号,然后用这种方法过滤噪音。

在使用这些抗干扰技术时,大家应该根据实际情况进行选择。切勿盲目使用,否则不但达不到抗干扰的目的,还可能产生其它不良影响。


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