3.3傳感器電路中加入濾波環(huán)節(jié)

　　在放大電路中，頻帶越寬，噪聲也越大，而有用信號的頻率往往在一定范圍內(nèi)，故可在電路中加入濾波環(huán)節(jié)，濾除或盡可能衰減干擾信號，以達到提高信噪比抑制干擾的目的。濾波技術(shù)對抑制經(jīng)導(dǎo)線耦合到電路的干擾特別有效，將相應(yīng)頻帶的濾波器接入信號傳輸通道中，各種濾波器是抑制差模干擾的有效措施之一。在自動檢測系統(tǒng)中常用的濾波器有：

　　(1)RC濾波器。當信號源為熱電偶、應(yīng)變片等信號變化緩慢的傳感器時，利用小體積、低成本的無源RC濾波器將會對串模干擾有較好的抑制效果。

　　(2)交流電源濾波器。電源網(wǎng)絡(luò)吸收了各種高、低頻噪聲，對此常用LC濾波器來抑制混入電源的噪聲，例如100μH的電感、0.1μF的電容組成的高頻濾波器能吸收中短波段的高頻噪聲干擾。

　　(3)直流電源濾波器。直流電源往往為幾個電路所共用，為了避免通過電源內(nèi)阻造成幾個電路間相互干擾，應(yīng)該在每個電路的直流電源上加上RC或LC退耦濾波器，用來濾除低頻噪聲。

　　3.4通過負反饋電路來抑制噪聲

　　負反饋電路可以通過反饋信號的取樣、控制來穩(wěn)定電路，提高放大器的信噪比，使放大電路的動態(tài)性能獲得多方面的改善。負反饋信號可以穩(wěn)定電路的靜態(tài)工作點，從而穩(wěn)定電路的溫度、電流、電壓等多項參數(shù)。在多級電路中，第一級電路因為是原始小信號，因此經(jīng)常采用的是有較大增益的共射電路組態(tài)。除非是特殊需要，共射組態(tài)電路往往是不加負反饋的。所以第一級電路產(chǎn)生的噪聲只能通過后級的負反饋電路來抑制。對于多級電路而言，通過負反饋信號穩(wěn)定本級的靜態(tài)工作點，可以抑制本級電路噪聲的產(chǎn)生和傳播。因此在多級電路中，負反饋電路是抑制噪聲的一個重要手段。

　　3.5抑制和減少輸入端偏置電路的噪聲

　　輸入端偏置電路噪聲一般是由輸入端偏置分流電阻產(chǎn)生的。當流過偏置電阻的直流電流過大時就會使能量過剩從而產(chǎn)生電流噪聲。如果選擇合適的偏置電路，噪聲就可以通過旁路電容短接入地，可以抑制噪聲輸出，減小對下一級電路的影響。另外優(yōu)質(zhì)的信號源也是電路抗干擾的重要保證。

　　4減少傳感器電路干擾的措施

　　4.1合理布局

　　合理的電路布局可以減少不同工作頻段電路之間的相互干擾，同時也使對干擾信號的濾除變得相對簡單。

　　4.1.1電源布線的抗干擾措施

　　在布線時，首先要將交流電源部分與直流電源部分分開，不要共用接地導(dǎo)線，就是把“交流地”和“直流地”分開，減少噪聲通過地線串擾。另外，在直流電源回路中，負載的變化會引起電源噪聲。配置去耦電容可以抑制因負載變化而產(chǎn)生的噪聲。具體配置方法是在電源輸入端接一個10～100μF的電解電容，如果印制電路板的位置允許，采用100μF以上的電解電容的抗干擾效果會更好。在電源線布線時，根據(jù)印制電路板電流的大小，盡量加粗電源線寬度，減少環(huán)路電阻。同時，使電源線、地線的走線和數(shù)據(jù)信號傳遞的方向一致，有助于增強抗干擾能力。

　　4.1.2元器件布局的抗干擾措施

　　(1)抑制電磁干擾。相互可能產(chǎn)生影響或干擾的元器件，應(yīng)當盡量分開或采取屏蔽措施。要設(shè)法縮短高頻部分元器件之間的連線，減小它們的分布參數(shù)和相互間的電磁干擾(如果需要對高頻部分使用金屬屏蔽罩，還應(yīng)該在板上留出屏蔽罩占用的面積)。易受干擾的元器件不能離得太近。強電部分(220V)和弱電部分(直流電源供電)、輸入級和輸出級的元件應(yīng)當盡量分開。直流電源引線較長時，要增加濾波元件，防止50Hz干擾。揚聲器、電磁鐵、永磁式儀表等元件會產(chǎn)生恒定磁場，高頻變壓器、繼電器等會產(chǎn)生交變磁場。這些磁場不僅對周圍元件產(chǎn)生干擾，同時對周圍的印制導(dǎo)線也會產(chǎn)生影響。這類干擾要根據(jù)情況區(qū)別對待，一般應(yīng)該注意幾點：減少磁力線對印制導(dǎo)線的切割，確定兩個電感類元件的位置時，盡量使它們的磁場方向相互垂直，減少彼此間的耦合;對干擾源進行磁屏蔽，屏蔽罩要良好接地;使用高頻電纜直接傳輸信號時，電纜的屏蔽層應(yīng)一端接地。

　　(2)抑制熱干擾。溫度升高造成的干擾，在印制板設(shè)計中也應(yīng)該引起注意。在排版設(shè)計印制板的時候，應(yīng)采取措施進行元器件之間的熱隔離。比如對于溫度敏感的元器件，如晶體管、集成電路和其他熱敏元件、大容量的電解電容器等，不宜放在熱源附近或設(shè)備內(nèi)的上部。電路長期工作引起溫度升高，會影響這些元器件的工作狀態(tài)及性能。

　　4.1.3地線布置的抗干擾措施

　　為克服這種由于地線布設(shè)不合理而造成的干擾，在設(shè)計印制電路時，應(yīng)當盡量避免不同回路的電路同時流經(jīng)某一段共用地線。特別是在高頻電路和大電流回路中，更要講究地線的接法。把“交流地”和“直流地”分開，是減少噪聲通過地線串擾的有效方法。

　　4.2接地技術(shù)

　　接地技術(shù)是抑制干擾的有效技術(shù)之一，是屏蔽技術(shù)的重要保證。正確的接地能夠有效地抑制外來干擾，同時可提高測試系統(tǒng)的可靠性，減少系統(tǒng)自身產(chǎn)生的干擾因素。接地的目的有兩個：安全性和抑制干擾。因此接地分為保護接地、屏蔽接地和信號接地。保護接地以安全為目的，傳感器測量裝置的機殼、底盤等都要接地。要求接地電阻在10Ω以下;屏蔽接地是干擾電壓對地形成低阻通路，以防干擾測量裝置。接地電阻應(yīng)小于0.02Ω;信號接地是電子裝置輸入與輸出的零信號電位的公共線，它本身可能與大地是絕緣的。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，故對地線要求較高;數(shù)字信號一般較強，故對地線要求可低一些。

　　不同的傳感器檢測條件對接地的方式也有不同的要求，必須選擇合適的接地方法，常用接地方法有一點接地和多點接地。

　　4.2.1一點接地

　　在低頻電路中一般建議采用一點接地，它有放射式接地線和母線式接地線路。放射式接地就是電路中各功能電路直接用導(dǎo)線與零電位基準點連接;母線式接地就是采用具有一定截面積的優(yōu)質(zhì)導(dǎo)體作為接地母線，直接接到零電位點，電路中的各功能塊的地可就近接在該母線上。這時若采用多點接地，在電路中會形成多個接地回路，當?shù)皖l信號或脈沖磁場經(jīng)過這些回路時，就會引起電磁感應(yīng)噪聲，由于每個接地回路的特性不同，在不同的回路閉合點就產(chǎn)生電位差，形成干擾。為避免這種情況，最好采用一點接地的方法。

　　傳感器與測量裝置構(gòu)成一個完整的檢測系統(tǒng)，但兩者之間可能相距較遠。由于工業(yè)現(xiàn)場大地電流十分復(fù)雜，所以這兩部分外殼的接大地點之間的電位一般是不相同的;若將傳感器與測量裝置的零電位在兩處分別接地，即兩點接地，則會有較大的電流流過內(nèi)阻很低的信號傳輸線產(chǎn)生壓降，造成串模干擾。因此這種情況下也應(yīng)該采用一點接地方法。

　　4.2.2多點接地

　　一般建議高頻電路采用多點接地。高頻時，即使一小段地線也將有較大的阻抗壓降，加上分布電容的作用，不可能實現(xiàn)一點接地，因此可采用平面式接地方式，即多點接地方式，利用一個良好的導(dǎo)電平面體(如采用多層線路板中的一層)接至零電位基準點上，各高頻電路的地就近接至該導(dǎo)電平面體上。由于導(dǎo)電平面體的高頻阻抗很小，基本保證了每一處電位的一致，同時加設(shè)旁路電容等減少壓降。因此，這種情況要采用多點接地方式。

　　4.3屏蔽技術(shù)

　　采用屏蔽技術(shù)可以有效防止電場或磁場的干擾。屏蔽又可分為靜電屏蔽、電磁屏蔽和低頻磁屏蔽等。

　　4.3.1靜電屏蔽

　　用銅或鋁等導(dǎo)電性良好的金屬為材料，制作密閉的金屬容器，并與地線連接，把需要保護的電路置于其中，使外部干擾電場不影響其內(nèi)部電路，反過來，內(nèi)部電路產(chǎn)生的電場也不會影響外電路。例如傳感器測量電路中，在電源變壓器的初級和次級之間插入一個留有縫隙的導(dǎo)體，并把它接地，可以防止兩繞組之間的靜電耦合。

　　4.3.2電磁屏蔽

　　對于高頻干擾磁場，利用電渦流原理，使高頻干擾電磁場在屏蔽金屬內(nèi)產(chǎn)生電渦流，消耗干擾磁場的能量，渦流磁場抵消高頻干擾磁場，從而使被保護電路免受高頻電磁場的影響。若電磁屏蔽層接地，同時兼有靜電屏蔽的作用。傳感器的輸出電纜一般采用銅質(zhì)網(wǎng)狀屏蔽，既有靜電屏蔽又有電磁屏蔽的作用。屏蔽材料必須選擇導(dǎo)電性能良好的低電阻材料，如銅、鋁或鍍銀銅等。

　　4.3.3低頻磁屏蔽

　　干擾如為低頻磁場，這時的電渦流現(xiàn)象不太明顯，只用上述方法抗干擾效果并不太好，因此必須采用采用高導(dǎo)磁材料作屏蔽層，以便把低頻干擾磁感線限制在磁阻很小的磁屏蔽層內(nèi)部，使被保護電路免受低頻磁場耦合干擾的影響。傳感器檢測儀器的鐵皮外殼就起低頻磁屏蔽的作用。若進一步將其接地，又同時起靜電屏蔽和電磁屏蔽的作用。

　　基于以上3種常用的屏蔽技術(shù)，因此在干擾比較嚴重的地方，可以采用復(fù)合屏蔽電纜，即外層是低頻磁屏蔽層，內(nèi)層是電磁屏蔽層，達到雙重屏蔽的作用。例如電容式傳感器在實際測量時其寄生電容是必須解決的關(guān)鍵問題，否則其傳輸效率、靈敏度都要變低，必須對傳感器進行靜電屏蔽，而其電極引出線就采用雙層屏蔽技術(shù)，一般稱之為驅(qū)動電纜技術(shù)。用這種方法可以有效的克服傳感器在使用過程中的寄生電容。

　　4.4隔離技術(shù)

　　在接口電路中，如出現(xiàn)兩點以上接地時，可能引入共阻耦合干擾和地環(huán)路電流干擾。抑制這類干擾的方法是采用隔離技術(shù)。通常有電磁隔離和光電隔離兩種。

　　4.4.1電磁耦合隔離

　　利用隔離變壓器來切斷環(huán)流，由于地環(huán)路則被切斷，兩電路有獨立的地電位基準，因而不會造成干擾，信號通過耦合形式進行傳遞。

　　4.4.2光電耦合隔離

　　光電耦合器是一種電-光-電的耦合器件，它由發(fā)光二極管和光電晶體管封裝組成，其輸入與輸出在電氣上是絕緣的，因此，這種器件除了用于做光電控制外，現(xiàn)在被越來越多的用于提高系統(tǒng)的抗共模干擾能力。這樣即使輸入回路有干擾，只要它在門限之內(nèi)，就不會對輸出造成影響上海三廣主要經(jīng)營集成電路、偏冷們芯片、電流傳感器、電壓傳感器、電流變送器、電壓變送器、開關(guān)電源、進口currentsensor、accurrentsensor、電流開關(guān)currentswitch、accurrentswitch和電流感應(yīng)開關(guān)currentsensingswitch、accurrentsensingswitch以及各種常用電子元件，下設(shè)一獨資子公司，三廣景芮，主要從事工業(yè)設(shè)備的維修：線路板維修、變頻器維修、PLC維修、電源維修已經(jīng)醫(yī)療設(shè)備的維修D(zhuǎn)R維修、東芝CT維修和X光機維修。。

　　4.5其他抗干擾技術(shù)

　　(1)穩(wěn)壓技術(shù)。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(diào)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(shù)。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(nèi)阻可大大降低共模干擾的影響。

　　(3)軟件補償技術(shù)。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?？梢岳密浖鶕?jù)外界因素的變化和誤差曲線進行修正，去掉干擾。

　　5結(jié)語

　　抗干擾是一個非常復(fù)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，在傳感器電路以及測控系統(tǒng)的設(shè)計中，不僅應(yīng)預(yù)先采取抗干擾措施，在調(diào)試過程中還應(yīng)及時分析出遇到的現(xiàn)象，對傳感器及其系統(tǒng)的電路原理、具體布線、屏蔽、電源的抗干擾能力、數(shù)字地或模擬地的處理以及防護形式不斷改進，以提高電路的可靠性和穩(wěn)定性。