1、傳感器應(yīng)用中的常見(jiàn)干擾分析及對(duì)策摘要： 伴隨社會(huì)不斷的發(fā)展和進(jìn)步，自動(dòng)化程度越來(lái)越高，傳感器應(yīng)用的場(chǎng)合也逐漸增多，然而傳感器的實(shí)際工作的環(huán)境一般都是比較惡劣的，由于其輸出的電信號(hào)幅值很小，而且和電路連接之間存在一段距離，這樣電纜電阻、傳感器內(nèi)阻、放大電路及周?chē)h(huán)境產(chǎn)生的噪聲均對(duì)放大電路存在干擾，影響傳感器的正常工作，因而必須必須制定對(duì)策解決傳感器應(yīng)用中的各種干擾問(wèn)題。本文就是分析了常見(jiàn)的干擾類(lèi)型和入侵系統(tǒng)的途徑方面入手，提出了針對(duì)性的對(duì)策，以提高系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。關(guān)鍵詞：干擾；對(duì)策；傳感器引言 隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升，工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、航空、航天等領(lǐng)域的自動(dòng)化水平不斷提高，各類(lèi)傳感

2、器和自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)被應(yīng)用到生產(chǎn)過(guò)程中的各個(gè)環(huán)節(jié)，通過(guò)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)控和控制，提升其精度和準(zhǔn)確度，從而使系統(tǒng)的自動(dòng)化水平提高。在整個(gè)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)中，傳感器就像“感覺(jué)器官”一樣，它的反應(yīng)靈敏度、線性度、重復(fù)性、漂移等性能對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的性能都有很大的影響。除傳感器本身的性能指標(biāo)外，在實(shí)際生產(chǎn)中的各種干擾有時(shí)也會(huì)引發(fā)系統(tǒng)的誤動(dòng)作和故障，比如大功率感性設(shè)備的啟停往往會(huì)產(chǎn)生高壓尖脈沖干擾，各種綁扎在一起的信號(hào)線間的干擾，各種電磁、雷電等都會(huì)對(duì)傳感器的正常工作造成干擾。此外，電路參數(shù)可能會(huì)因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)的溫度、濕度的變化發(fā)生改變等等，以上種種情況都能造成傳感器、自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)工作異常。因此，要想確保自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的正常工

3、作，必須消除或者抑制各種干擾。 然而，要消除干擾，首先就要找到干擾源，分析干擾入侵的路徑，才能針對(duì)不同的干擾，采取相應(yīng)的措施。 1常見(jiàn)干擾類(lèi)型 （1）濕度干擾 環(huán)境濕度的加大會(huì)引起絕緣電阻降、漏電流增加，導(dǎo)致電路的參數(shù)發(fā)生變化，影響傳感器電路的正常工作。 （2）機(jī)械干擾 由于機(jī)械振動(dòng)或沖擊，導(dǎo)致連接導(dǎo)線產(chǎn)生位移，傳感器系統(tǒng)元件產(chǎn)生變形、振動(dòng)等，均對(duì)傳感器電路的正常工作有影響。 （3）光干擾 傳感器的半導(dǎo)體元件在光的作用下會(huì)引起電阻值的改變或者產(chǎn)生電勢(shì)，使其導(dǎo)電性能發(fā)生改變，使傳感器電路的正常工作受到影響。 （4）熱干擾 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備及元器件運(yùn)作時(shí)產(chǎn)生的熱量造成環(huán)境溫度的變化，導(dǎo)致傳感器電路中元器件

4、參數(shù)的變化，影響傳感器的正常工作。 （5）電和磁干擾 電和磁是最嚴(yán)重和普遍的干擾，可以通過(guò)電路和磁場(chǎng)對(duì)傳感器系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，影響其正常工作。 （6）化學(xué)干擾 酸、堿等化學(xué)物品及腐蝕性氣體會(huì)對(duì)元器件產(chǎn)生腐蝕作用，影響傳感器電路的工作。 （7）射線輻射干擾 射線能使氣體電離,電子從金屬中逸出等,影響傳感器系統(tǒng)的工作。 （8）塵土干擾 環(huán)境中灰塵的增加，會(huì)導(dǎo)致漏電流增加，引起電路的參數(shù)發(fā)生變化，影響傳感器電路的正常工作。 除了以上這些干擾外，溫度干擾、噪聲干擾等。 2系統(tǒng)干擾信號(hào)入侵路徑分析 2.1借助電路系統(tǒng)入侵 （1）借助電源回路入侵系統(tǒng)： （2）借助電路中的共阻抗入侵系統(tǒng)： （3）借助電路中的共

5、漏電阻入侵系統(tǒng)。 2.2借助場(chǎng)入侵 （1）借助電場(chǎng)耦合入侵系統(tǒng)： （2）借助磁場(chǎng)耦合入侵系統(tǒng)。 3抗干擾具體對(duì)策 綜合以上對(duì)干擾源類(lèi)型和入侵系統(tǒng)路徑的分析，可以看出可以下面幾個(gè)方向入手: (1)破壞干擾路徑； (2)消除或抑制干擾源； (3)減弱接收回路對(duì)干擾的敏感性。 具體可采取的技術(shù)、對(duì)策有下面幾種。 3.1接地技術(shù) 接地技術(shù)可分為保護(hù)接地和屏蔽接地兩種，前者可以保證人身和設(shè)備的安全，后者是采用屏蔽層接地，能有效的減小或者消弱干擾，起到良好的抗干擾作用。 需要注意的是我們應(yīng)可能遵循一定接地的準(zhǔn)則，這是因?yàn)槿绻捎枚帱c(diǎn)接地，那么就會(huì)造成各接地點(diǎn)電位不同而產(chǎn)生電路的干擾信號(hào)。因而盡可能做到一點(diǎn)

6、接地，若不能實(shí)現(xiàn)，則應(yīng)盡量加寬接地線，使各接地點(diǎn)電位接近，避免干擾信號(hào)的產(chǎn)生。 3.2屏蔽技術(shù) 所謂的屏蔽技術(shù)，其實(shí)就是用低阻或高磁導(dǎo)率材料做成容器，將把需要屏蔽的電路置于其中，達(dá)到防靜電或電磁感應(yīng)目的的技術(shù)。利用屏蔽技術(shù)可以隔斷場(chǎng)的耦合，從而抑制場(chǎng)的干擾。屏蔽包括靜電屏蔽、低頻磁屏蔽、電磁屏蔽等。 （1）靜電屏蔽。它所采用的屏蔽容器的材料是導(dǎo)電性能良好的銅或鋁等。靜電屏蔽不僅能防止靜電干擾，對(duì)交變電場(chǎng)的干擾也能起到防止，因而儀器的外殼的材料一般要導(dǎo)電并且接地。變電場(chǎng)的干擾，所以許多儀器的外殼用導(dǎo)電材料制作并且接地。雖然現(xiàn)在有越來(lái)越多的儀器采用ABS制作外殼，但在機(jī)殼的內(nèi)壁上仍然黏附一層接地的

7、金屬薄膜，事實(shí)上它和金屬外殼一樣起到靜電屏蔽作用。 （2）低頻磁屏蔽。主要是用來(lái)消除低頻磁場(chǎng)和固定磁場(chǎng)耦合的干擾。它是采用高磁導(dǎo)率材料作屏蔽層，使低頻干擾磁力線從磁阻非常小的磁屏蔽層通過(guò)，從而避免低頻磁場(chǎng)耦合對(duì)屏蔽層內(nèi)部電路的干擾。 （3）電磁屏蔽。它的屏蔽容器是用導(dǎo)電性能良好的金屬材料制成的屏蔽盒、屏蔽罩等不同外形。它屏蔽的干擾對(duì)象是高頻磁場(chǎng)。如果將電磁屏蔽層接地，則可以同時(shí)起到靜電屏蔽的作用，對(duì)電磁波起到更好的屏蔽作用。 3.3濾波技術(shù) 濾波技術(shù)是目前廣泛采用的一種抑制干擾的措施，它就是利用不同形式的濾波器將信號(hào)傳輸過(guò)程中的各種干擾信號(hào)濾除，使它們不進(jìn)入自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。濾波技術(shù)對(duì)抑制干擾是十

8、分有效的，特別對(duì)抑制由導(dǎo)線耦合進(jìn)入到電路的干擾。 信號(hào)傳輸通道中接入相應(yīng)頻帶的濾波器，盡可能濾除或衰減干擾信號(hào)，從而提高信噪比，抑制干擾。自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)中常見(jiàn)濾波器主要有以下幾種： （1）RC濾波器。若信號(hào)源為應(yīng)變片、熱電偶等信號(hào)變化緩慢的傳感器時(shí)，采用無(wú)源RC低通濾波器對(duì)抑制串模干擾有很好的效果。 （2）直流電源濾波器。通常情況下直流電源為幾個(gè)電路共同使用，為了避免電源內(nèi)阻造成幾個(gè)電路之間的相互干擾，須在每個(gè)電路的直流電源上配加RC或LC退耦濾波器。 （3）交流電源濾波器。各種高低頻噪聲進(jìn)入了電源網(wǎng)絡(luò)中，可以采用LC濾波器來(lái)對(duì)混入電源的噪聲進(jìn)行抑制。 將交流電源濾波器插入到負(fù)載和電源之間后,可

9、以將幾十赫茲至幾千兆赫茲范圍內(nèi)的電磁干擾衰減幾十倍以上。在具有干擾環(huán)境中的電器設(shè)備，如傳感器、二次儀表、計(jì)算機(jī)等，最好都能串聯(lián)交流電源濾波器。交流電源濾波器的選取主要考慮兩個(gè)方面的因素：必須確保濾波器的額定電流不能小于該電器設(shè)備的工作電流；在可以預(yù)見(jiàn)的頻率范圍內(nèi)，對(duì)干擾的衰減系數(shù)必須達(dá)到指標(biāo)。 3.4隔離技術(shù) 隔離技術(shù)的思想就是切斷耦合通道，破壞干擾路徑，從而使干擾得到抑制的一種技術(shù)。 隔離可以加一個(gè)隔離變壓器或電容在兩個(gè)電路之間，切斷兩電路之間電的聯(lián)系，使信號(hào)以磁的形式傳遞，從而使干擾受到抑制。也可加入一個(gè)光耦合器在兩個(gè)電路之間，光完全隔斷兩電路間的地環(huán)回路，靠光傳遞信號(hào)，對(duì)地線干擾更能有效

10、地抑制。 變壓器隔離的應(yīng)用場(chǎng)合主要是傳輸交變信號(hào)的傳輸通道中。 光電耦合器隔離主要廣泛應(yīng)用于數(shù)字接口電路中。在自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)中越來(lái)越多的光電耦合器被采用，以使系統(tǒng)的抗共模干擾能力提高。 光電耦合器的主要特點(diǎn)是：耐壓大于1KV，輸入、輸出同路絕緣電阻大于1010；由于光傳輸?shù)膯蜗蛐?，因而輸入端不?huì)受到輸出信號(hào)的影響；因?yàn)殡姎馍陷斎?、輸出回路是完全隔離的，所以可以有效的解決不同邏輯電路、不同電位之間的隔離和傳輸矛盾。 3.5浮置技術(shù) 將導(dǎo)電結(jié)構(gòu)如接大地系統(tǒng)、電子設(shè)備地線系統(tǒng)等相互絕緣。這樣可以有效的抑制接線產(chǎn)生的干擾，其具有抗干擾性好的優(yōu)點(diǎn)，但是也容易使電子設(shè)備產(chǎn)生靜電積累。 3.6鐵氧體抑制元件

11、鐵氧體抑制元件應(yīng)可能安裝在靠近干擾源的地方，這樣可以避免噪聲耦合到其它地方。如果使用空間允許，盡量選擇厚、長(zhǎng)和內(nèi)徑小的鐵氧體抑制元件，可以將噪聲有效的衰減掉。 3.7對(duì)稱(chēng)電路 對(duì)稱(chēng)電路能夠抑制干擾，為了避免不對(duì)稱(chēng)電路中信號(hào)傳遞過(guò)程中傳輸導(dǎo)線撿拾的噪聲對(duì)電路造成干擾，可以采用兩個(gè)變壓器將信號(hào)傳輸線轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)稱(chēng)電路，在變壓器原邊出讓噪聲互相抵消，從而使信號(hào)傳輸線引進(jìn)的干擾得到抑制。 3.8導(dǎo)電涂料 將導(dǎo)電涂料作為塑料機(jī)箱或者部件的電磁屏蔽涂層，其附著力強(qiáng)，耐心好，屏蔽效率高?？梢詫?dǎo)電涂料稀釋后進(jìn)行噴涂、刷涂，在各種形狀復(fù)雜的表面同樣能夠獲取良好的屏蔽涂層。 3.9脈沖干擾抑制 可以采用積分電路、消

12、波器和脈沖隔離門(mén)進(jìn)行脈沖干擾抑制。利用積分電路，可以將脈沖寬度大的輸出大，寬度小的噪聲輸出小，達(dá)到消除噪聲干擾的目的。 3.10脈沖群抑制器 工業(yè)控制和測(cè)量裝置中，當(dāng)電感性負(fù)載斷開(kāi)時(shí)，在斷點(diǎn)處會(huì)產(chǎn)生數(shù)千伏的脈沖群，通過(guò)電源或信號(hào)線對(duì)系統(tǒng)形成干擾，另外還有部分輻射侵入測(cè)量或控制裝置，造成裝置中數(shù)字電路失效。電快速瞬變脈沖是一種頻帶極寬、幅度較大的干擾，可以采用電快速瞬變抑制器進(jìn)行消除，這是一種特殊的濾波器，能夠消除大部分的共模和差模干擾電壓。 4結(jié)論 總的來(lái)說(shuō)，干擾是一個(gè)十分復(fù)雜的技術(shù)問(wèn)題，在實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程中，要針對(duì)不同的工作環(huán)境、不同的技術(shù)要求和干擾源的類(lèi)型及干擾入侵的路徑等具體情況，加以充分的考慮，采取與之相對(duì)應(yīng)的抗干擾技術(shù)，才能保證傳感器和系統(tǒng)的正常工作。 我國(guó)已經(jīng)將傳感器技術(shù)納入重點(diǎn)發(fā)展的新技術(shù)之列，只有具有性能優(yōu)良的傳感器為計(jì)算機(jī)提供可靠的信息，計(jì)算機(jī)才能發(fā)揮其巨大的優(yōu)勢(shì)，為了保證傳感器工作的可靠性，抗干擾技術(shù)是我們面臨的重要研究課題。 參考文獻(xiàn)： 【1】王俊峰，孟令啟現(xiàn)代傳感器應(yīng)用技術(shù)機(jī)械工業(yè)出版社，2006.8. 【2】芮延年傳感器與檢測(cè)技術(shù)蘇州大學(xué)出版社，2005 【3】Zhu Zijian，Chen RenwenA New Hysteresis Compensation Method For LoadCellsTransa