傳感器檢測中的八種抗干擾技術(shù)分析

本文總結(jié)了傳感器檢測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、適用場景、操作流程和內(nèi)部原理等細節(jié)。文章開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)實生活中使用的問題，直截了當(dāng)?shù)刂赋隽丝垢蓴_技術(shù)在傳感器檢測中的重要性。它還側(cè)重于各種抗干擾技術(shù)的不同細節(jié)。

隨著現(xiàn)代科技的進步，各種傳感器和自動檢測裝置被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，對各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)進行監(jiān)控。還需要一臺計算機來控制整個生產(chǎn)過程，其中通常需要數(shù)百個不同的傳感器來轉(zhuǎn)換不同的非電氣參數(shù)以供計算機處理。

生產(chǎn)現(xiàn)場的電或磁干擾往往很大，可能會破壞傳感器和計算機甚至整個檢測系統(tǒng)的正常工作。因此，抗干擾技術(shù)是傳感器檢測系統(tǒng)的重要組成部分。此外，從事自動檢測的人需要了解抗干擾技術(shù)。

電子測量裝置電路中出現(xiàn)的無用信號稱為噪聲，當(dāng)噪聲影響電路的正常工作時，噪聲稱為干擾。在信號傳輸過程中形成干擾必須具備三個因素，即干擾源、干擾路徑和對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這三個部分中的任何一個采取措施。針對干擾路徑和接收電路采取措施是傳感器檢測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，通過包裹需要保護的電路可以有效防止電場或磁場的干擾，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，置于靜電場中的密封空心導(dǎo)體內(nèi)部沒有電場線，內(nèi)部各點電位相等?；谶@個原理，我們可以用銅或鋁等導(dǎo)電性好的金屬材料制作一個密閉的金屬容器，將需要保護的電路放在里面，并與地線相連，使外界干擾電場不影響其內(nèi)部電路。反過來，內(nèi)部電路產(chǎn)生的電場不會影響外部電路。

這種方法稱為靜電技術(shù)。例如，在傳感器測量電路中，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，高頻干擾電磁場在屏蔽金屬中產(chǎn)生渦流，會消耗干擾磁場的能量。即利用渦流磁場抵消高頻干擾磁場，從而保護被保護電路免受高頻電磁場的影響。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。

如果干擾來自低頻磁場，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，使被保護電路免受低頻磁場的影響，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。傳感器檢測儀器的金屬外殼充當(dāng)?shù)皖l磁屏蔽。接地時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，從而達到雙屏蔽。例如，寄生電容是電容傳感器實際工作時必須解決的關(guān)鍵問題，否則其傳輸效率和靈敏度會變低。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_，同時提高測試系統(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，接地分為保護接地、屏蔽接地和信號接地。接地保護是為了確保安全，因此傳感器測量裝置的外殼和機殼應(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地形成低阻通路，以防止對測量設(shè)備的干擾，其接地電阻應(yīng)小于0.02Ω 。

信號接地是指電子設(shè)備輸入輸出零信號電位的公共線，可以與大地絕緣。信號地線又分為模擬信號地線和數(shù)字信號地線。模擬信號一般較弱，因此對地線的要求較高。數(shù)字信號一般都很強，所以對地線的要求可以低一些。

不同的傳感器檢測條件對接地方式也有不同的要求，因此需要選擇合適的接地方式。單點接地和多點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，電路中的功能塊可以連接到零電位點。

電路中多點接地會形成多個接地回路，低頻信號或脈沖磁場通過這些回路時會產(chǎn)生電磁感應(yīng)噪聲。由于每個接地回路的特性不同，在不同閉合回路的點上會產(chǎn)生不同的電位差，形成干擾。應(yīng)選擇單點接地以避免這種情況。

單點接地

一個完整的檢測系統(tǒng)可以由傳感器和測量設(shè)備組成，但兩者可以有很大的不同。工業(yè)現(xiàn)場的接地電流非常復(fù)雜，因此這兩部分接地的點的電位一般是不同的。如果傳感器和測量裝置的零電位異地分別接地，即兩點接地，大電流會流過內(nèi)阻低的信號傳輸線，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)選擇單點接地。

高頻電路一般建議多點接地。在高頻電路中，即使是一小段地線也會產(chǎn)生很大的阻抗壓降，而且在分布電容的作用下，不可能實現(xiàn)單點接地，所以平面接地，也叫多點接地，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，每個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，可以通過增加一個旁路電容來減少壓降，因此多點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。傳感器檢測電路中常見的濾波電路包括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)信號源為熱電偶或應(yīng)變計等信號變化較慢的傳感器時，串模干擾可以通過小體積、低成本的無源Rc濾波器得到較好的抑制。但需要說明的是，Rc濾波器以犧牲系統(tǒng)響應(yīng)速度為代價降低了串模干擾。

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 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電路共享。為避免電源內(nèi)阻引起多個電路之間的干擾，應(yīng)在每個直流電源上加一個 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)在越來越多地用于提高系統(tǒng)的抗共模干擾能力。當(dāng)驅(qū)動電流流過光耦合器中的發(fā)光二極管時，光電三極管被光飽和。其****極輸出高，從而達到信號傳輸?shù)哪康?。即使輸入回路有干擾，只要在門限內(nèi)，也不會影響輸出。

脈沖電路中的噪聲抑制

如果脈沖電路中有干擾噪聲?？梢詫斎朊}沖進行微分再積分，設(shè)置一定幅度的閾值電壓，濾除小于閾值電壓的信號。對于模擬信號，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，應(yīng)根據(jù)實際情況，不要盲目使用，否則達不到目的，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在跳到另一個信道之前將其攻擊限制在單信道上來節(jié)省功率。由于其高跳頻率，后續(xù)干擾器對某些抗干擾技術(shù)特別有效，例如使用慢跳頻的跳頻擴頻 (FHSS)。

2. 有幾種類型的干擾？

干擾有兩種模式：定點干擾和彈幕干擾。點干擾是針對一個頻道或頻率的集中功率。彈幕干擾是功率同時分布在多個頻率或頻道上。干擾可能很困難，如果不是不可能檢測到的話。

3. 什么是主動干擾？

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

4. 什么是相機干擾器？

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，這些相機通過無線視頻、無線局域網(wǎng)和藍牙頻段工作。在當(dāng)今的無線世界中，這是保持隱私的絕佳選擇。該裝置可阻擋長達 30 米的信號，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 雷達的有效相干噪聲干擾方法。產(chǎn)生的干擾信號與匹配濾波器相干，并為干擾信號提供可觀的處理增益，從而產(chǎn)生錯誤的目標峰值。