傳感器檢測(cè)中的八種抗干擾技術(shù)分析

本文總結(jié)了傳感器檢測(cè)中的八種抗干擾技術(shù)，分析了各種抗干擾技術(shù)的工作效果、適用場(chǎng)景、操作流程和內(nèi)部原理等細(xì)節(jié)。文章開(kāi)頭闡述了傳感器在現(xiàn)代生活中的廣泛應(yīng)用程度，以及傳感器在現(xiàn)實(shí)生活中使用的問(wèn)題，直截了當(dāng)?shù)刂赋隽丝垢蓴_技術(shù)在傳感器檢測(cè)中的重要性。它還側(cè)重于各種抗干擾技術(shù)的不同細(xì)節(jié)。

隨著現(xiàn)代科技的進(jìn)步，各種傳感器和自動(dòng)檢測(cè)裝置被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，對(duì)各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)控。還需要一臺(tái)計(jì)算機(jī)來(lái)控制整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程，其中通常需要數(shù)百個(gè)不同的傳感器來(lái)轉(zhuǎn)換不同的非電氣參數(shù)以供計(jì)算機(jī)處理。

生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的電或磁干擾往往很大，可能會(huì)破壞傳感器和計(jì)算機(jī)甚至整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)的正常工作。因此，抗干擾技術(shù)是傳感器檢測(cè)系統(tǒng)的重要組成部分。此外，從事自動(dòng)檢測(cè)的人需要了解抗干擾技術(shù)。

電子測(cè)量裝置電路中出現(xiàn)的無(wú)用信號(hào)稱為噪聲，當(dāng)噪聲影響電路的正常工作時(shí)，噪聲稱為干擾。在信號(hào)傳輸過(guò)程中形成干擾必須具備三個(gè)因素，即干擾源、干擾路徑和對(duì)噪聲敏感度高的接收電路。減少或消除噪聲干擾的方法可以對(duì)這三個(gè)部分中的任何一個(gè)采取措施。針對(duì)干擾路徑和接收電路采取措施是傳感器檢測(cè)電路中比較常用的方法。

下面介紹幾種常用且有效的抗干擾技術(shù)

容器由金屬材料制成，通過(guò)包裹需要保護(hù)的電路可以有效防止電場(chǎng)或磁場(chǎng)的干擾，這種方法稱為屏蔽技術(shù)，分為靜電屏蔽、電磁屏蔽和低頻磁屏蔽。等等。

根據(jù)電磁原理，置于靜電場(chǎng)中的密封空心導(dǎo)體內(nèi)部沒(méi)有電場(chǎng)線，內(nèi)部各點(diǎn)電位相等。基于這個(gè)原理，我們可以用銅或鋁等導(dǎo)電性好的金屬材料制作一個(gè)密閉的金屬容器，將需要保護(hù)的電路放在里面，并與地線相連，使外界干擾電場(chǎng)不影響其內(nèi)部電路。反過(guò)來(lái)，內(nèi)部電路產(chǎn)生的電場(chǎng)不會(huì)影響外部電路。

這種方法稱為靜電技術(shù)。例如，在傳感器測(cè)量電路中，在電源變壓器的一次側(cè)和二次側(cè)之間插入有間隙的導(dǎo)體，然后接地，以防止兩個(gè)繞組之間的靜電耦合。這種方法屬于靜電屏蔽。

根據(jù)渦流原理，高頻干擾電磁場(chǎng)在屏蔽金屬中產(chǎn)生渦流，會(huì)消耗干擾磁場(chǎng)的能量。即利用渦流磁場(chǎng)抵消高頻干擾磁場(chǎng)，從而保護(hù)被保護(hù)電路免受高頻電磁場(chǎng)的影響。這種方法稱為電磁屏蔽。如果電磁屏蔽層接地，它還具有靜電屏蔽功能。傳感器的輸出電纜一般采用銅網(wǎng)屏蔽，既有靜電屏蔽，也有電磁屏蔽。屏蔽材料應(yīng)選用具有良好導(dǎo)電性的低阻材料，如銅、鋁或鍍銀銅。

如果干擾來(lái)自低頻磁場(chǎng)，渦流現(xiàn)象不明顯，僅使用上述方法抗干擾效果不理想。因此，為了將低頻干擾磁力線限制在磁阻較小的磁屏蔽內(nèi)部，使被保護(hù)電路免受低頻磁場(chǎng)的影響，屏蔽層必須使用高導(dǎo)磁率的材料。這種屏蔽方式一般稱為低頻磁屏蔽。傳感器檢測(cè)儀器的金屬外殼充當(dāng)?shù)皖l磁屏蔽。接地時(shí)還起到靜電屏蔽和電磁屏蔽的作用。

基于以上三種常用屏蔽技術(shù)，復(fù)合屏蔽電纜可用于干擾嚴(yán)重的地方，即外層為低頻磁屏蔽層，內(nèi)層為電磁屏蔽層，從而達(dá)到雙屏蔽。例如，寄生電容是電容傳感器實(shí)際工作時(shí)必須解決的關(guān)鍵問(wèn)題，否則其傳輸效率和靈敏度會(huì)變低。所以傳感器必須靜電屏蔽，電極引出線采用雙層屏蔽技術(shù)，一般稱為驅(qū)動(dòng)電纜技術(shù)，有效克服傳感器的寄生電容。

接地技術(shù)是抑制干擾的有效技術(shù)之一，是屏蔽技術(shù)的重要保障。適當(dāng)?shù)慕拥乜梢杂行б种仆饨绺蓴_，同時(shí)提高測(cè)試系統(tǒng)的可靠性，減少系統(tǒng)本身產(chǎn)生的干擾因素。為確保安全和抑制干擾，接地分為保護(hù)接地、屏蔽接地和信號(hào)接地。接地保護(hù)是為了確保安全，因此傳感器測(cè)量裝置的外殼和機(jī)殼應(yīng)接地，接地電阻應(yīng)小于等于10 Ω 。屏蔽接地可以防止電壓對(duì)地形成低阻通路，以防止對(duì)測(cè)量設(shè)備的干擾，其接地電阻應(yīng)小于0.02Ω 。

信號(hào)接地是指電子設(shè)備輸入輸出零信號(hào)電位的公共線，可以與大地絕緣。信號(hào)地線又分為模擬信號(hào)地線和數(shù)字信號(hào)地線。模擬信號(hào)一般較弱，因此對(duì)地線的要求較高。數(shù)字信號(hào)一般都很強(qiáng)，所以對(duì)地線的要求可以低一些。

不同的傳感器檢測(cè)條件對(duì)接地方式也有不同的要求，因此需要選擇合適的接地方式。單點(diǎn)接地和多點(diǎn)接地是常用的接地方式。具體處理措施如下。

在低頻電路中，一般推薦采用單點(diǎn)接地，分為輻射接地和母線接地。輻射接地是各功能電路與電路中零電位參考點(diǎn)的直接連接。母線接地是采用具有一定截面積的優(yōu)質(zhì)導(dǎo)體作為接地母線，直接連接到零電位點(diǎn)，電路中的功能塊可以連接到零電位點(diǎn)。

電路中多點(diǎn)接地會(huì)形成多個(gè)接地回路，低頻信號(hào)或脈沖磁場(chǎng)通過(guò)這些回路時(shí)會(huì)產(chǎn)生電磁感應(yīng)噪聲。由于每個(gè)接地回路的特性不同，在不同閉合回路的點(diǎn)上會(huì)產(chǎn)生不同的電位差，形成干擾。應(yīng)選擇單點(diǎn)接地以避免這種情況。

單點(diǎn)接地

一個(gè)完整的檢測(cè)系統(tǒng)可以由傳感器和測(cè)量設(shè)備組成，但兩者可以有很大的不同。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的接地電流非常復(fù)雜，因此這兩部分接地的點(diǎn)的電位一般是不同的。如果傳感器和測(cè)量裝置的零電位異地分別接地，即兩點(diǎn)接地，大電流會(huì)流過(guò)內(nèi)阻低的信號(hào)傳輸線，引起電壓降，導(dǎo)致串聯(lián)模式干擾。因此，在這種情況下，應(yīng)選擇單點(diǎn)接地。

高頻電路一般建議多點(diǎn)接地。在高頻電路中，即使是一小段地線也會(huì)產(chǎn)生很大的阻抗壓降，而且在分布電容的作用下，不可能實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)接地，所以平面接地，也叫多點(diǎn)接地，可以使用。

使用導(dǎo)電性好的平面體（如使用多層電路板）連接到零電位參考點(diǎn)，每個(gè)高頻電路與相鄰的導(dǎo)電平面體相連。由于導(dǎo)電平面的高頻阻抗很小，基本保證了各處電位的均勻性。更重要的是，可以通過(guò)增加一個(gè)旁路電容來(lái)減少壓降，因此多點(diǎn)接地適用于這種情況。

濾波器是抑制交流串模干擾的有效方法之一。傳感器檢測(cè)電路中常見(jiàn)的濾波電路包括Rc濾波器、交流電源濾波器和直流電源濾波器。

下面介紹這類濾波電路的應(yīng)用。

RC 濾波器

當(dāng)信號(hào)源為熱電偶或應(yīng)變計(jì)等信號(hào)變化較慢的傳感器時(shí)，串模干擾可以通過(guò)小體積、低成本的無(wú)源Rc濾波器得到較好的抑制。但需要說(shuō)明的是，Rc濾波器以犧牲系統(tǒng)響應(yīng)速度為代價(jià)降低了串模干擾。

a) 單 RC 濾波器和放大器的連接 b) 雙 RC 濾波器

c) 低通濾波器圖形符號(hào) d) 頻率特性

交流電源濾波器

電源網(wǎng)絡(luò)吸收各種高頻或低頻噪聲，常用Lc濾波器抑制混入電源的噪聲。

交流電源濾波器的內(nèi)部電路

交流電源濾波器的內(nèi)部電路

直流電源濾波器

直流電源通常由多個(gè)電路共享。為避免電源內(nèi)阻引起多個(gè)電路之間的干擾，應(yīng)在每個(gè)直流電源上加一個(gè) Rc 或 Lc 去耦濾波器，以去除低頻噪聲。

直流電源濾波器的內(nèi)部電路

光電耦合技術(shù)

光耦合器從電工作到光，然后從光工作到電。由發(fā)光二極管和光電三極管組成，其輸入輸出電絕緣。因此，該器件除了用于光電控制外，現(xiàn)在越來(lái)越多地用于提高系統(tǒng)的抗共模干擾能力。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電流流過(guò)光耦合器中的發(fā)光二極管時(shí)，光電三極管被光飽和。其****極輸出高，從而達(dá)到信號(hào)傳輸?shù)哪康?。即使輸入回路有干擾，只要在門限內(nèi)，也不會(huì)影響輸出。

脈沖電路中的噪聲抑制

如果脈沖電路中有干擾噪聲。可以對(duì)輸入脈沖進(jìn)行微分再積分，設(shè)置一定幅度的閾值電壓，濾除小于閾值電壓的信號(hào)。對(duì)于模擬信號(hào)，可以先使用A/D轉(zhuǎn)換，再用這種方法濾除噪聲。

在 使用這些抗干擾技術(shù)時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，不要盲目使用，否則達(dá)不到目的，甚至造成其他不良影響。

1.什么是抗干擾技術(shù)？

這種類型的干擾器通過(guò)在跳到另一個(gè)信道之前將其攻擊限制在單信道上來(lái)節(jié)省功率。由于其高跳頻率，后續(xù)干擾器對(duì)某些抗干擾技術(shù)特別有效，例如使用慢跳頻的跳頻擴(kuò)頻 (FHSS)。

2. 有幾種類型的干擾？

干擾有兩種模式：定點(diǎn)干擾和彈幕干擾。點(diǎn)干擾是針對(duì)一個(gè)頻道或頻率的集中功率。彈幕干擾是功率同時(shí)分布在多個(gè)頻率或頻道上。干擾可能很困難，如果不是不可能檢測(cè)到的話。

3. 什么是主動(dòng)干擾？

電子對(duì)抗措施，試圖通過(guò)高功率輻射或再輻射來(lái)掩蓋或抑制敵人的電磁信號(hào)，以削弱特定頻段的使用。

4. 什么是相機(jī)干擾器？

這種 WiFi 干擾器設(shè)備幾乎可以禁用所有類型的現(xiàn)有間諜相機(jī)，這些相機(jī)通過(guò)無(wú)線視頻、無(wú)線局域網(wǎng)和藍(lán)牙頻段工作。在當(dāng)今的無(wú)線世界中，這是保持隱私的絕佳選擇。該裝置可阻擋長(zhǎng)達(dá) 30 米的信號(hào)，并且非常易于操作。

5. 什么是相干干擾？

一種用于欺騙寬帶 LFM 雷達(dá)的有效相干噪聲干擾方法。產(chǎn)生的干擾信號(hào)與匹配濾波器相干，并為干擾信號(hào)提供可觀的處理增益，從而產(chǎn)生錯(cuò)誤的目標(biāo)峰值。