模擬傳感器的抗干擾措施分析

李偉芝 楊 寧 夏曉峰

（中原油田鉆井工程技術(shù)研究院儀表所，河南 濮陽 457001）

模擬傳染器在當(dāng)今的各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，隨著科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新，傳統(tǒng)的測量精度已經(jīng)不能夠滿足人們的現(xiàn)實(shí)要求，因而，模擬傳染器的抗干擾能力必須快速提高。所以，為了模擬傳染器的應(yīng)用達(dá)到最佳的狀態(tài)，我們必須搞清楚模擬傳染器的干擾源和干擾方式，提出降低干擾，甚至消除干擾的有效措施。

一、模擬傳染器的干擾源

模擬傳染器的干擾源有許多，主要包括靜電感應(yīng)、電磁感應(yīng)、漏電流感應(yīng)、和射頻干擾，同時模擬傳染器還受到機(jī)械干擾、熱干擾和化學(xué)干擾等次要干擾源的干擾。

二、模擬傳染器的干擾種類

模擬傳染器的干擾種類包括常規(guī)干擾、共模干擾、長時干擾和意外的瞬時干擾。干擾又可粗略地分為局部產(chǎn)生、子系統(tǒng)內(nèi)部的耦合和外部產(chǎn)生。

三、模擬傳染器的干擾現(xiàn)象

在模擬傳染器的應(yīng)用中，通常會遇到的干擾現(xiàn)象主要有：電機(jī)無規(guī)則地轉(zhuǎn)動；信號等于零時，數(shù)字顯示表數(shù)值亂跳；傳感器工作時，輸出值與實(shí)際參數(shù)所對應(yīng)的信號值不吻合；與交流伺服系統(tǒng)共用同一個電源的設(shè)備工作不正常等。

四、模擬傳染器的抗干擾措施

干擾進(jìn)入模擬傳感器的定位控制系統(tǒng)主要有兩種渠道，一個是供電系統(tǒng)的干擾；一個是信號傳輸通道的干擾。

（一）供電系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)

供電系統(tǒng)的干擾主要是指電網(wǎng)尖峰脈沖干擾，為了抑制尖峰干擾，我們通常采用的是硬件與軟件相互結(jié)合的辦法。

1、運(yùn)用硬件線路抑制尖峰干擾，最常用的辦法有三種：一、為了減輕其破壞性，通?？梢栽趦x器交流電源的輸入端，安裝干擾控制器，將尖峰電壓集中的能量分配到不同的頻段上，但這種干擾控制器必須是按照頻譜均衡的原理設(shè)計(jì)的；二、在儀器交流的電源輸入端，安裝一個超級隔離變壓器，運(yùn)用磁鐵共振原理來抑制尖峰脈沖；三、在儀器交流電源的輸入端，并聯(lián)安裝壓敏電阻，當(dāng)尖峰脈沖到來時，電阻值減小，這樣就降低了儀器從電源分得的電壓，進(jìn)而減弱了干擾的程度。

2、抑制尖峰脈沖也可以采用軟件方法。尖峰脈沖干擾通常具有周期性，針對這種特性，工作人員可以通過編程來進(jìn)行時間過濾，這樣也能夠有效地減弱、甚至消除干擾。

3、硬、軟件結(jié)合的技術(shù)也能夠有效抑制尖峰脈沖造成的影響。硬、軟件相結(jié)合的技術(shù)通常也被稱為“看門狗（watchdog）”技術(shù)。在定時器定時到之前，CPU訪問一次定時器，使得定時器重新計(jì)時，當(dāng)正常的程序運(yùn)行時，定時器是不會產(chǎn)生溢出脈沖的，“看門狗”也就不會起到什么重要的作用；但是當(dāng)尖峰干擾出了問題時，CPU則不能夠定時的訪問定時器，這時定時信號就會出現(xiàn)，導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)位中斷，從而保證了智能儀器能夠回到正常的程序。

除了上述的三種模擬傳染器供電系統(tǒng)抗干擾措施以外，通常還有其他的措施抑制尖峰脈沖干擾。譬如：實(shí)行電源分組供電；采用隔離變壓器；采用高抗干擾性的電源；采用噪聲濾波器等。這些抗干擾措施都能夠有效地抑制尖峰脈沖，保證模擬傳染器的正常使用。

（二）信號傳輸通道的抗干擾設(shè)計(jì)

1、光電耦合隔離是減弱光電傳輸通道干擾的有效措施。在長距離的傳輸過程中，采用光電耦合器可以切斷控制系統(tǒng)與輸入通道、輸出通道之間的聯(lián)系。光電耦合能都抑制尖峰脈沖以及各種噪聲干擾，提高信號傳輸過程中的信噪比。干擾噪聲電壓幅度大，能量小，只能形成很微弱的電流，而光電耦合器輸出的電流通常在10mA到15mA之間。因此，即使干擾的幅度很大，也會因?yàn)椴荒芴峁┳銐虻碾娏鞫灰种频簟?/p>

2、采用雙絞屏蔽線長線傳輸能夠有效減弱信號傳輸通道的干擾。信號在傳輸?shù)倪^程中往往會受到各種各樣的干擾因素的干擾，比如電場、磁場、低阻抗等。接地屏蔽線的使用可以大大減小電場的干擾。雙絞線雖然頻帶較差，但是波阻抗高，抗共模噪聲的能力強(qiáng)，采用雙絞線傳輸信號可以使各個小環(huán)節(jié)的電磁感應(yīng)干擾相互抵消掉，從而保證了信號的長距離傳輸?shù)馁|(zhì)量。

（三）消除局部產(chǎn)生的誤差

信號路徑中所用的材料是非常重要的，尤其是在低電平測量中，這些材料在簡單的電路中遇到的焊錫、導(dǎo)線以及接線柱等都很有可能產(chǎn)生實(shí)際的熱電勢。兩個不同廠家生產(chǎn)的不同標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)線的接點(diǎn)每度可能產(chǎn)生0.2mV的溫漂，這相當(dāng)于高精度低漂移的運(yùn)放管的溫漂，是斬波放大器的兩倍。采用插座開關(guān)、接插件、繼電器等形式會產(chǎn)生電阻、熱電勢，甚至是二者兼得，導(dǎo)致低電平分辨力的不穩(wěn)定，它比直接連接系統(tǒng)的精度低，噪聲高。所以，要想減少故障、提高精度，就必須在低電平放大中盡可能地不使用開關(guān)、接插件等設(shè)備。

（四）接地問題處理措施

在低電平放大電路中，合理“接地”是減少噪聲干擾的重要措施，單電源供給多個傳染器、儀表時，要盡量減少接地電阻引進(jìn)的干擾。在電源系統(tǒng)中，根據(jù)需要進(jìn)行判斷性實(shí)驗(yàn)，確定地線接法，得到最佳的解決方案。

（五）軟件濾波

軟件濾波是智能傳染器、儀器儀表特有的功能。用先進(jìn)的軟件對各種干擾信號濾波。一個數(shù)字濾波程序能為多個輸入通道共同使用。軟件濾波常用的方法有平均值濾波、中值濾波、限幅濾波和慣性濾波。

（六）其他的抗干擾措施

除了以上敘述的五項(xiàng)抗干擾措施以外，還有一些其他的措施，譬如，穩(wěn)壓措施，抑制共模干擾措施，軟件補(bǔ)償措施等。目前，常用的穩(wěn)壓電源有兩種，即有集成穩(wěn)壓芯片提供的串聯(lián)調(diào)整電源和DC-DC穩(wěn)壓電源，這兩種電源能夠有效地防止電網(wǎng)電壓波動干擾儀器的正常工作。

總結(jié)：

模擬傳染器的抗干擾問題是一個極為復(fù)雜、實(shí)踐性很強(qiáng)的問題。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，模擬傳染器的廣泛應(yīng)用，干擾源越來越多，工作人員不僅需要預(yù)先采取有效的抗干擾措施，而且在調(diào)試的過程中，要根據(jù)干擾現(xiàn)象，不斷改進(jìn)傳染器的電路原理、具體布線和電源的抗干擾動能力，不斷研究探索，在實(shí)踐中使抗干擾技術(shù)取得進(jìn)步與發(fā)展，使模擬傳染器的可靠性和穩(wěn)定性得到提高。

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