測(cè)控技術(shù)與儀器專(zhuān)業(yè)必修課*智能儀器設(shè)計(jì)112內(nèi)容回顧1、儀器自檢方式、自檢內(nèi)容2、ROM、RAM、總線等自檢方法3、量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換技術(shù)的一般要求（測(cè)量速度、確定性、安全性）4、看懂量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換電路舉例（重點(diǎn)）（重點(diǎn)是：流程圖）八、自檢與量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換技術(shù)※3作業(yè)？一臺(tái)直流數(shù)字電壓表的輸入單元如下圖所示，其對(duì)應(yīng)的自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換閾值如下表所示，請(qǐng)回答：（1）對(duì)應(yīng)下表的每一量程，圖中的各開(kāi)關(guān)應(yīng)處于何位置？（Vx標(biāo)準(zhǔn)輸出1V）（2）畫(huà)出自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換的控制流程圖，并簡(jiǎn)述自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換的過(guò)程。（以任一量程為例）自動(dòng)測(cè)量技術(shù)4自動(dòng)測(cè)量技術(shù)量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換程序流程逐檔降量程升到最高量程維持現(xiàn)有量程-顯示讀數(shù)第9章抗干擾技術(shù)9.1干擾的來(lái)源及分類(lèi)9.2干擾耦合途徑9.3硬件抗干擾技術(shù)9.4軟件抗干擾技術(shù)5抗干擾技術(shù)6主要知識(shí)點(diǎn)匯總1、串模干擾和共模干擾的概念、特點(diǎn)及抑制措施2、干擾的耦合途徑3、硬件抗干擾技術(shù)（1）常用硬件抗干擾技術(shù)種類(lèi)、特點(diǎn)、實(shí)現(xiàn)方法（2）“地”的種類(lèi)、接地方法4、軟件抗干擾技術(shù)（1）軟件抗干擾都有那些實(shí)現(xiàn)方法（2）軟件陷阱的定義、實(shí)現(xiàn)方法等抗干擾技術(shù)9.1干擾的來(lái)源及分類(lèi)干擾的來(lái)源外部干擾——環(huán)境電磁場(chǎng)、振動(dòng)、溫度、濕度等內(nèi)部干擾——電路元器件干擾信號(hào)回路干擾負(fù)載回路干擾電源干擾數(shù)字電路干擾干擾產(chǎn)生的影響數(shù)據(jù)采集誤差過(guò)大控制狀態(tài)失靈數(shù)據(jù)受干擾發(fā)生變化程序運(yùn)行失常干擾的來(lái)源和分類(lèi)78外部干擾與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)，由使用條件和外部環(huán)境因素決定主要有：天電干擾，如雷電或大氣電離作用引起的干擾電波；天體干擾，如太陽(yáng)輻射的電磁波；周?chē)姎庠O(shè)備發(fā)出的電磁波的干擾；電源的工頻干擾；氣象條件引起的干擾；地磁場(chǎng)干擾；火花放電、弧光放電、輝光放電等產(chǎn)生的電磁波。1.外部干擾干擾的來(lái)源和分類(lèi)9外部干擾干擾的來(lái)源和分類(lèi)9102.內(nèi)部干擾內(nèi)部干擾由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)布局、線路設(shè)計(jì)、元器件性質(zhì)變化和漂移等原因造成主要有：分布電容、分布電感引起的耦合感應(yīng)；電磁場(chǎng)輻射感應(yīng)；長(zhǎng)線傳輸?shù)牟ǚ瓷?；多點(diǎn)接地造成的電位差引入的干擾；寄生振蕩引起的干擾熱噪聲、閃變?cè)肼?、尖峰噪聲等。干擾的來(lái)源和分類(lèi)11內(nèi)部干擾干擾的來(lái)源和分類(lèi)串模干擾是由外界條件引起的、串聯(lián)疊加在被測(cè)信號(hào)上的干擾信號(hào)，并通過(guò)測(cè)量?jī)x器的輸入端，與被測(cè)信號(hào)一起進(jìn)入測(cè)量?jī)x器而引起測(cè)量誤差。串模干擾信號(hào)有直流和交流兩種。高壓輸電線與信號(hào)線平行敷設(shè)的輸電線導(dǎo)線中大電流所產(chǎn)生的空間電磁場(chǎng)空間工頻電磁場(chǎng)在輸入回路中產(chǎn)生的工頻感應(yīng)電勢(shì)分類(lèi)來(lái)源3.串模干擾干擾的來(lái)源和分類(lèi)12除了從信號(hào)線引入的串模干擾外，信號(hào)源本身固有的漂移、紋波和噪聲，電源變壓器不良屏蔽以及穩(wěn)壓濾波效果不良等也會(huì)引入串模干擾。串模干擾示意圖干擾的來(lái)源和分類(lèi)13串模抑制比用來(lái)衡量串模干擾的抑制能力串模抑制比高的系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)。對(duì)于智能儀器，一般要求NMRR≥40～80dB。

式中串模干擾電壓

系統(tǒng)輸入端由串模干擾電壓轉(zhuǎn)化成的等效差模干擾電壓*干擾的來(lái)源和分類(lèi)14干擾的來(lái)源和分類(lèi)15共模電壓(commonmodevoltage):在每一導(dǎo)線和所規(guī)定的參照點(diǎn)之間（大地或機(jī)架）出現(xiàn)的相量電壓的平均值，或者說(shuō)同時(shí)加在電壓表兩測(cè)量端和規(guī)定公共端之間的那部分輸入電壓。差模電壓(differentialmodevoltage)：一對(duì)導(dǎo)線上電壓的差值。共模干擾是指輸入通道兩個(gè)輸入端上（如信號(hào)線和信號(hào)地）共有的干擾電壓。來(lái)源由于被測(cè)信號(hào)地和儀器地之間電位不等,兩個(gè)地之間的電位差就成為共模干擾源。共模干擾示意圖4.共模干擾干擾的來(lái)源和分類(lèi)16用來(lái)衡量共模干擾的抑制能力共模抑制比

采用雙端差分放大器作為智能儀器前置放大器，通過(guò)設(shè)計(jì)可使CMRR≥40～80dB。

干擾的來(lái)源和分類(lèi)17其中，Ucm是共模干擾電壓，Un是由Ucm轉(zhuǎn)化成的等效差模干擾電壓，Uo是輸出電壓，Aud是差模信號(hào)放大倍率，Auc是共模信號(hào)放大倍率如果此時(shí)ZS1=ZS2且Zc1=Zc2，則VAB=0，表示不會(huì)引入共模干擾；實(shí)際上無(wú)法滿(mǎn)足上述條件，只能做到ZS1接近ZS2，Zc1接近Zc2。干擾的來(lái)源和分類(lèi)18（a）直流信號(hào)；（b）串模干擾；（c）共模干擾；（d）串模干擾與共模干擾共同作用串模干擾與共模干擾干擾的來(lái)源和分類(lèi)19209.2干擾的耦合途徑電容耦合磁場(chǎng)耦合公共阻抗耦合傳導(dǎo)耦合輻射耦合漏電耦合干擾的耦合途徑平行導(dǎo)線分布電容分布電感地線公共阻抗

平行導(dǎo)線的電容耦合及其等效電路當(dāng)R很大時(shí)，設(shè)法降低CAB，就能減小VB值。因此，在布線時(shí)應(yīng)增大兩導(dǎo)線間的距離，并盡量避免兩導(dǎo)線平行。當(dāng)R很小時(shí)，VB正比于CAB、R和信號(hào)幅值VS，而且與信號(hào)電壓頻率有關(guān)。降低R值就能減小耦合受感回路的噪聲電壓。1.電容耦合（圖中C是導(dǎo)線分布電容，R是對(duì)地電阻，Vs是信號(hào)電壓，VB是感應(yīng)電壓）干擾的耦合途徑21(a)門(mén)1的輸出(b)門(mén)4的輸入(c)門(mén)4的輸出干擾脈沖數(shù)字電路中布線產(chǎn)生的干擾干擾的耦合途徑22干擾的耦合途徑23

在印刷電路板上，兩條平行導(dǎo)線間的分布電容為0.1～0.5pF/cm，與靠在一起的絕緣導(dǎo)線間的分布電容有相同數(shù)量級(jí)。

除以上所介紹之外，還有其他一些干擾和噪聲。例如：

由印刷電路板電源線與地線之間的開(kāi)關(guān)電流和阻抗引起的干擾、元器件的熱噪聲、靜電感應(yīng)噪聲等。2.磁場(chǎng)耦合兩導(dǎo)線間的磁場(chǎng)耦合空間的磁場(chǎng)耦合通過(guò)導(dǎo)體間的互感耦合進(jìn)行，又稱(chēng)電磁感應(yīng)耦合。在任何載流導(dǎo)體周?chē)臻g中都會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，而交變磁場(chǎng)則對(duì)其周?chē)]合電路產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)。干擾的耦合途徑24253.公共阻抗耦合共源阻抗耦合公共阻抗耦合發(fā)生在兩個(gè)電路的電流流經(jīng)一個(gè)公共阻抗時(shí)，一個(gè)電路在該阻抗上的電壓降會(huì)影響到另一個(gè)電路，從而產(chǎn)生干擾噪聲。共地阻抗耦合干擾的耦合途徑264.傳導(dǎo)耦合*-穿心電容通過(guò)導(dǎo)體（導(dǎo)線）將噪聲耦合進(jìn)電路中，最典型的例子是噪聲通過(guò)電源線傳入電路。對(duì)這種耦合方式，可采用濾波去耦的方法有效地抑制電磁干擾信號(hào)的傳入。5.輻射耦合*-無(wú)線電能傳輸發(fā)射/接收線圈電磁場(chǎng)的輻射也會(huì)造成干擾耦合，是一種無(wú)規(guī)則的干擾。這種干擾很容易通過(guò)電源線傳到系統(tǒng)中去。另當(dāng)信號(hào)傳輸線較長(zhǎng)時(shí)，它們能輻射干擾波和接收干擾波，稱(chēng)為大線效應(yīng)。6.漏電耦合*-利茲線電火花所謂漏電耦合就是電阻性耦合，這種干擾常在絕緣降低時(shí)發(fā)生。干擾的耦合途徑9.3硬件抗干擾技術(shù)

EMC電磁兼容EMI(電磁干擾)：機(jī)器本身在執(zhí)行應(yīng)有功能的過(guò)程中所產(chǎn)生不利于其它系統(tǒng)的電磁噪聲。

EMS(電磁耐受性)：機(jī)器在執(zhí)行應(yīng)有功能的過(guò)程中不受周?chē)姶怒h(huán)境影響的能力。消除或抑制干擾源破壞干擾的耦合通道消除接收設(shè)備對(duì)干擾的敏感性采用軟件抑制干擾抑制干擾和噪聲的基本措施硬件抗干擾技術(shù)27可以作為隔離開(kāi)關(guān)量/數(shù)字信號(hào)或模擬信號(hào)使用輸入部分和輸出部分必須分別采用獨(dú)立的電源1.隔離技術(shù)（1）光耦隔離硬件抗干擾技術(shù)28（2）繼電器隔離繼電器的線圈和觸點(diǎn)之間沒(méi)有電氣上的聯(lián)系，可利用繼電器的線圈接收電氣信號(hào)，從而避免強(qiáng)電和弱電信號(hào)之間的直接接觸，實(shí)現(xiàn)了抗干擾隔離，常用于開(kāi)關(guān)量輸出，以驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。繼電器隔離技術(shù)硬件抗干擾技術(shù)29（3）變壓器隔離對(duì)于一般的交流信號(hào)，可以用普通變壓器實(shí)現(xiàn)隔離，如交流電壓/電流互感器。下圖表明了一個(gè)由CMOS集成電路完成的交流電流檢測(cè)電路。變壓器隔離技術(shù)硬件抗干擾技術(shù)30（4）隔離放大器隔離放大器是一種特殊的測(cè)量放大電路，其輸入、輸出和電源電路之間沒(méi)有直接電路耦合，即信號(hào)在傳輸過(guò)程中沒(méi)有公共的接地端。⑴按隔離模式分類(lèi)：①兩口隔離：指信號(hào)輸入部分和信號(hào)輸出部分歐姆隔離，采取其它措施進(jìn)行電源隔離。②三口隔離：指輸入、輸出和供電三部分彼此歐姆隔離。⑵按隔離方法分類(lèi)：①變壓器隔離（電磁隔離）②光電隔離③電容隔離硬件抗干擾技術(shù)3132集成光耦（速度/轉(zhuǎn)換時(shí)間）BBISO100、ISO130、3650、3652HPHCPL7800/7800A/7800B、HCNR201*ToshibaTLP521-1、TLP521-2、TLP521-4FairchildHCPL-2530,HCPL-2531變壓器耦合（內(nèi)置DC/DC變換器）BBIS0212、ISO213ADAD202，AD204、AD210、AD215、ADUM1200常用集成光耦/變壓器耦合隔離放大器*數(shù)據(jù)采集技術(shù)33隔離放大器變壓器隔離放大器：AD202硬件抗干擾技術(shù)34抗干擾工控機(jī)測(cè)量系統(tǒng)信號(hào)隔離電路原理圖隔離放大器實(shí)例數(shù)據(jù)采集技術(shù)模擬信號(hào)隔離如何實(shí)現(xiàn)？35硬件抗干擾技術(shù)①線性光耦隔離36②在A/D轉(zhuǎn)換信號(hào)后加光耦隔離硬件抗干擾技術(shù)372.濾波器技術(shù)模擬濾波器技術(shù)硬件抗干擾技術(shù)

在選擇電阻和電容參數(shù)時(shí)除了要滿(mǎn)足串模抑制比指標(biāo)外，還要考慮信號(hào)源的內(nèi)部阻抗，兼顧共模抑制比和放大器動(dòng)態(tài)特性的要求，因此常用