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    模擬傳感器的應用非常廣泛，不論是在工業(yè)、農業(yè)、國防建設，還是在日常生活、教育事業(yè)以及科學研究等領域，處處可見模擬傳感器的身影。但在模擬傳感器的設計和使用中，都有一個如何使其測量精度達到zui高的問題。而眾多的干擾一直影響著傳感器的測量精度，如：現(xiàn)場大耗能設備多，特別是大功率感性負載的啟停往往會使電網(wǎng)產生幾百伏甚至幾千伏的尖脈沖干擾；工業(yè)電網(wǎng)欠壓或過壓，常常達到額定電壓的35％左右，這種惡劣的供電有時長達幾分鐘、幾小時，甚至幾天；各種信號線綁扎在一起或走同一根多芯電纜，信號會受到干擾，特別是信號線與交流動力線同走一個長的管道中干擾尤甚；多路開關或保持器性能不好，也會引起通道信號的竄擾；空間各種電磁、氣象條件、雷電甚至地磁場的變化也會干擾傳感器的正常工作；此外，現(xiàn)場溫度、濕度的變化可能引起電路參數(shù)發(fā)生變化，腐蝕性氣體、酸堿鹽的作用，野外的風沙、雨淋，甚至鼠咬蟲蛀等都會影響傳感器的可靠性。模擬傳感器輸出的一般都是小信號，都存在小信號放大、處理、整形以及抗干擾問題，也就是將傳感器的微弱信號地放大到所需要的統(tǒng)一標準信號（如1VDC～5VDC或4mADC～20mADC），并達到所需要的技術指標。這就要求設計制作者必須注意到模擬傳感器電路圖上未表示出來的某些問題，即抗干擾問題。只有搞清楚設計出消除干擾的電路或預防干擾的措施，才能達到應用模擬傳感器的*狀態(tài)。
 

抗干擾的措施

　　1、供電系統(tǒng)的抗干擾設計

　　對傳感器、儀器儀表正常工作危害zui嚴重的是電網(wǎng)尖峰脈沖干擾，產生尖峰干擾的用電設備有：電焊機、大電機、可控機、繼電接觸器、帶鎮(zhèn)流器的充氣照明燈，甚至電烙鐵等。尖峰干擾可用硬件、軟件結合的辦法來抑制。

　?。?）用硬件線路抑制尖峰干擾的影響

　　常用辦法主要有三種：

　?、僭趦x器交流電源輸入端串入按頻譜均衡的原理設計的干擾控制器，將尖峰電壓集中的能量分配到不同的頻段上，從而減弱其破壞性；

　　②在儀器交流電源輸入端加超級隔離變壓器，利用鐵磁共振原理抑制尖峰脈沖；

　?、墼趦x器交流電源的輸入端并聯(lián)壓敏電阻，利用尖峰脈沖到來時電阻值減小以降低儀器從電源分得的電壓，從而削弱干擾的影響。

　?。?）利用軟件方法抑制尖峰干擾

　　對于周期性干擾，可以采用編程進行時間濾波，也就是用程序控制可控硅導通瞬間不采樣，從而有效地消除干擾。

　　（3）采用硬、軟件結合的看門狗（watchdog）技術抑制尖峰脈沖的影響

　　軟件：在定時器定時到之前，CPU訪問一次定時器，讓定時器重新開始計時，正常程序運行，該定時器不會產生溢出脈沖，watchdog也就不會起作用。一旦尖峰干擾出現(xiàn)了“飛程序”，則CPU就不會在定時到之前訪問定時器，因而定時信號就會出現(xiàn)，從而引起系統(tǒng)復位中斷，保證智能儀器回到正常程序上來。

　?。?）實行電源分組供電，例如：將執(zhí)行電機的驅動電源與控制電源分開，以防止設備間的干擾。

　　（5）采用噪聲濾波器也可以有效地抑制交流伺服驅動器對其它設備的干擾。該措施對以上幾種干擾現(xiàn)象都可以有效地抑制。

　?。?）采用隔離變壓器

　　考慮到高頻噪聲通過變壓器主要不是靠初、次級線圈的互感耦合，而是靠初、次級寄生電容耦合的，因此隔離變壓器的初、次級之間均用屏蔽層隔離，減少其分布電容，以提高抵抗共模干擾能力。

　?。?）采用高抗干擾性能的電源，如利用頻譜均衡法設計的高抗干擾電源。這種電源抵抗隨機干擾非常有效，它能把高尖峰的擾動電壓脈沖轉換成低電壓峰值（電壓峰值小于TTL電平）的電壓，但干擾脈沖的能量不變，從而可以提高傳感器、儀器儀表的抗干擾能力。

　　2、信號傳輸通道的抗干擾設計

　?。?）光電耦合隔離措施

　　在長距離傳輸過程中，采用光電耦合器，可以將控制系統(tǒng)與輸入通道、輸出通道以及伺服驅動器的輸入、輸出通道切斷電路之間的。如果在電路中不采用光電隔離，外部的尖峰干擾信號會進入系統(tǒng)或直接進入伺服驅動裝置，產生*種干擾現(xiàn)象。

　　光電耦合的主要優(yōu)點是能有效地抑制尖峰脈沖及各種噪聲干擾，使信號傳輸過程的信噪比大大提高。干擾噪聲雖然有較大的電壓幅度，但是能量很小，只能形成微弱電流，而光電耦合器輸入部分的發(fā)光二極管是在電流狀態(tài)下工作的，一般導通電流為10mA～15mA，所以即使有很大幅度的干擾，這種干擾也會由于不能提供足夠的電流而被抑制掉。

　?。?）雙絞屏蔽線長線傳輸

　　信號在傳輸過程中會受到電場、磁場和地阻抗等干擾因素的影響，采用接地屏蔽線可以減小電場的干擾。雙絞線與同軸電纜相比，雖然頻帶較差，但波阻抗高，抗共模噪聲能力強，能使各個小環(huán)節(jié)的電磁感應干擾相互抵消。另外，在長距離傳輸過程中，一般采用差分信號傳輸，可提高抗干擾性能。

　　3、局部產生誤差的消除

　　在低電平測量中，對于在信號路徑中所用的（或構成的）材料必須給予嚴格的注意，在簡單的電路中遇到的焊錫、導線以及接線柱等都可能產生實際的熱電勢。由于它們經常是成對出現(xiàn)，因此盡量使這些成對的熱電偶保持在相同的溫度下是很有效的措施，為此一般用熱屏蔽、散熱器沿等溫線排列或者將大功率電路和小功率電路分開等辦法，其目的是使熱梯度減到zui小兩個不同廠家生產的標準導線（如鎳鉻一康銅線）的接點可能產生0.2mV／℃的溫漂，這相當于高精度低漂移的運放管（OP·27CP）的溫漂，是斬波放大器（7650CPA）溫漂的兩倍。雖然采用插座開關、接插件、繼電器等形式能使更換電器元件或組件方便一些，但缺點是可能產生接觸電阻、熱電勢或兩者兼而有之，其代價是增加低電平分辨力的不穩(wěn)定性，也就是說它比直接連接系統(tǒng)的分辨力要差、精度要低、噪聲增加、可靠性降低。因此，在低電平放大中盡可能地不使用開關、接插件是減少故障、提高精度的重要措施。

　　在微伏信號放大電路中，焊錫也可能成為低電平的故障，因為在焊錫的焊點上也產生熱電勢。因而，在微伏電平的輸入電路中應采用特殊的低溫焊錫，比如kesterl544型焊錫，甚至還有這樣的例子：必須在一條線路中仔細地切斷一處，再用焊錫接起來用于補償另一條線路中搭接處或焊錫點所產生的熱電勢。

　　4、接地問題處理辦法

　　在低電平放大電路中合理“接地”是減少“地”噪聲干擾的重要措施，必須予以特別注意。當使用單電源供給多只傳感器、儀器儀表時，應該盡量減少接地電阻引進的干擾。若供電電源的壓降必須減到zui小，則電源“高”端導線也可按相似的方法接線。包括有多個電源和多個傳感器、儀器儀表的系統(tǒng)則需要考慮得更多一些，通常不管電源是誰供給，將地線匯集到公共點，然后和系統(tǒng)的公共端接在一起，所有電源1的負載都回到電源1公共端，所有的電源2負載都回到電源2的公共端，zui后用一條粗導線將公共端連在一起。在多電源系統(tǒng)中，可能需要進行判斷性試驗，確定地線接法，以達到*的解決方案。

　　為了便于信號的傳輸和變換，DINIEC381標準規(guī)定了允許的電流和電壓值。常用的電壓信號是0V～10V，電流信號是0mA～20mA或4mA～20mA。這些信號常用于遠距離傳輸。電壓信號在傳輸過程中要受到諸如傳輸距離等條件的限制，而電流信號在傳輸過程中干擾對它的影響較小，因此應盡量采用電流信號。測量回路中如果有接地，在兩個接地點之間會出現(xiàn)電位差。這個電位差對測量結果會產生很大的影響，應盡量避免其接地。但如果必須接地，這時就必須將接地回路隔離開，以避免造成測量誤差。有源數(shù)字元件在開、關時會在電源線上產生一個快速的電流變化，這個電流在導線電感上不僅會引起正的電壓降，而且還會引起負的電壓降。這種電壓的改變被當作干擾在主線路上傳輸。另外，電源中的換向操作單元（如頻率器）同樣會產生干擾，這個干擾作為窄帶頻率能量耦合進入導線并傳播。接在后邊的電路必須將這些高頻的干擾電壓通過低通濾波器濾去。

　　5、軟件濾波

　　軟件濾波是智能傳感器、儀器儀表所*的，可對包括頻率很低（如0.01Hz）的干擾信號在內的各種干擾信號進行濾波，而且一個數(shù)字濾波程序能為多個輸入通道共用。常用的軟件濾波方法有：

　?。?）平均值濾波，即把M次采樣的自述平均值作為濾波器的輸出，也可以根據(jù)需要增加新鮮采樣的值的比重，形成加權平均值濾波；

　　（2）中值濾波，即把M次連續(xù)采樣值進行排序，取其中位值作為濾波器的輸出，這種方法對緩變過程的脈沖干擾濾波效果良好；

　?。?）限幅濾波，這種方法是根據(jù)采樣周期和真實信號的正常變化率確定相鄰兩次采樣的zui大可能差值Δ，將本次采樣和上次采樣的差值小于等于Δ的信號認為是有效信號，大于Δ的信號作為噪聲處理。

　?。?） 慣性濾波，此乃模擬PC濾波器的數(shù)字實現(xiàn)，適用于波罷頻繁的有效信號。

　　6、其他抗干擾技術

　　（1）穩(wěn)壓技術

　　目前智能傳感器及儀器儀表開發(fā)中常用的穩(wěn)壓電源有兩種：一種是由集成穩(wěn)壓芯片提供的串聯(lián)調整電源，另一種是DC-DC穩(wěn)壓電源，這對防止電網(wǎng)電壓波動干擾儀器正常工作十分有效。

　　（2）抑制共模干擾技術

　　采用差分放大器，提高差分放大器的輸入阻抗或降低信號源內阻可大大降低共模干擾的影響。

　?。?）軟件補償技術

　　外界因素如溫濕度變化等也會引起某些參數(shù)的變化，造成偏差。我們可以利用軟件根據(jù)外界因素的變化和誤差曲線進行修正，去掉干擾。

　　
　　抗干擾是一個非常復雜、實踐性很強的問題，一種干擾現(xiàn)象可能是由若干因素引起的。因此，在智能傳感器、儀器以及測控系統(tǒng)的設計中，我們不僅應預先采取抗干擾的措施，在調試過程中還應及時分析出遇到的現(xiàn)象，對傳感器、儀器儀表的電路原理、具體布線、屏蔽、電源的抗擾動能力、數(shù)字地或模擬地的處理以及防護形式不斷改進，提高傳感器的可靠性和穩(wěn)定性。