1、供電系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)

　　對(duì)傳感器、儀器儀表正常工作危害最嚴(yán)重的是電網(wǎng)尖峰脈沖干擾，產(chǎn)生尖峰干擾的用電設(shè)備有：電焊機(jī)、大電機(jī)、可控機(jī)、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(jié)合的辦法來(lái)抑制。

　　(1)用硬件線(xiàn)路抑制尖峰干擾的影響

　　常用辦法主要有三種：

　　①在儀器交流電源輸入端串入按頻譜均衡的原理設(shè)計(jì)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；

　�、谠趦x器交流電源輸入端加超級(jí)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(lái)時(shí)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。

　　(2)利用軟件方法抑制尖峰干擾

　　對(duì)于周期性干擾，可以采用編程進(jìn)行時(shí)間濾波，也就是用程序控制可控硅導(dǎo)通瞬間不采樣，從而有效地消除干擾。

　　(3)采用硬、軟件結(jié)合的看門(mén)狗(watchdog)技術(shù)抑制尖峰脈沖的影響

　　軟件：在定時(shí)器定時(shí)到之前，CPU訪(fǎng)問(wèn)一次定時(shí)器，讓定時(shí)器重新開(kāi)始計(jì)時(shí)，正常程序運(yùn)行，該定時(shí)器不會(huì)產(chǎn)生溢出脈沖，watchdog也就不會(huì)起作用。一旦尖峰干擾出現(xiàn)了“飛程序”，則CPU就不會(huì)在定時(shí)到之前訪(fǎng)問(wèn)定時(shí)器，因而定時(shí)信號(hào)就會(huì)出現(xiàn)，從而引起系統(tǒng)復(fù)位中斷，保證智能儀器回到正常程序上來(lái)。

　　(4)實(shí)行電源分組供電，例如：將執(zhí)行電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源與控制電源分開(kāi)，以防止設(shè)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(qū)動(dòng)器對(duì)其它設(shè)備的干擾。該措施對(duì)以上幾種干擾現(xiàn)象都可以有效地抑制。

　　(6)采用隔離變壓器

　　考慮到高頻噪聲通過(guò)變壓器主要不是靠初、次級(jí)線(xiàn)圈的互感耦合，而是靠初、次級(jí)寄生電容耦合的，因此隔離變壓器的初、次級(jí)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。

　　(7)采用高抗干擾性能的電源，如利用頻譜均衡法設(shè)計(jì)的高抗干擾電源。這種電源抵抗隨機(jī)干擾非常有效，它能把高尖峰的擾動(dòng)電壓脈沖轉(zhuǎn)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(hào)傳輸通道的抗干擾設(shè)計(jì)

　　(1)光電耦合隔離措施

　　在長(zhǎng)距離傳輸過(guò)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(qū)動(dòng)器的輸入、輸出通道切斷電路之間的聯(lián)系。如果在電路中不采用光電隔離，外部的尖峰干擾信號(hào)會(huì)進(jìn)入系統(tǒng)或直接進(jìn)入伺服驅(qū)動(dòng)裝置，產(chǎn)生第一種干擾現(xiàn)象。

　　光電耦合的主要優(yōu)點(diǎn)是能有效地抑制尖峰脈沖及各種噪聲干擾，使信號(hào)傳輸過(guò)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(dǎo)通電流為10mA～15mA，所以即使有很大幅度的干擾，這種干擾也會(huì)由于不能提供足夠的電流而被抑制掉。

　　(2)雙絞屏蔽線(xiàn)長(zhǎng)線(xiàn)傳輸

　　信號(hào)在傳輸過(guò)程中會(huì)受到電場(chǎng)、磁場(chǎng)和地阻抗等干擾因素的影響，采用接地屏蔽線(xiàn)可以減小電場(chǎng)的干擾。雙絞線(xiàn)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(qiáng)，能使各個(gè)小環(huán)節(jié)的電磁感應(yīng)干擾相互抵消。另外，在長(zhǎng)距離傳輸過(guò)程中，一般采用差分信號(hào)傳輸，可提高抗干擾性能。采用雙絞屏蔽線(xiàn)長(zhǎng)線(xiàn)傳輸可以有效地抑制前文提到的干擾現(xiàn)象中的(2)、(3)、(4)種干擾的產(chǎn)生。

　　3、局部產(chǎn)生誤差的消除

　　在低電平測(cè)量中，對(duì)于在信號(hào)路徑中所用的(或構(gòu)成的)材料必須給予嚴(yán)格的注意，在簡(jiǎn)單的電路中遇到的焊錫、導(dǎo)線(xiàn)以及接線(xiàn)柱等都可能產(chǎn)生實(shí)際的熱電勢(shì)。由于它們經(jīng)常是成對(duì)出現(xiàn)，因此盡量使這些成對(duì)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(xiàn)排列或者將大功率電路和小功率電路分開(kāi)等辦法，其目的是使熱梯度減到最小兩個(gè)不同廠家生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)線(xiàn)(如鎳鉻一康銅線(xiàn))的接點(diǎn)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(OP˙27CP)的溫漂，是斬波放大器(7650CPA)溫漂的兩倍。雖然采用插座開(kāi)關(guān)、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(diǎn)是可能產(chǎn)生接觸電阻、熱電勢(shì)或兩者兼而有之，其代價(jià)是增加低電平分辨力的不穩(wěn)定性，也就是說(shuō)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(kāi)關(guān)、接插件是減少故障、提高精度的重要措施。

　　在微伏信號(hào)放大電路中，焊錫也可能成為低電平的故障，因?yàn)樵诤稿a的焊點(diǎn)上也產(chǎn)生熱電勢(shì)。因而，在微伏電平的輸入電路中應(yīng)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(xiàn)路中仔細(xì)地切斷一處，再用焊錫接起來(lái)用于補(bǔ)償另一條線(xiàn)路中搭接處或焊錫點(diǎn)所產(chǎn)生的熱電勢(shì)。

　　4、接地問(wèn)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(dāng)使用單電源供給多只傳感器、儀器儀表時(shí)，應(yīng)該盡量減少接地電阻引進(jìn)的干擾。若供電電源的壓降必須減到最小，則電源“高”端導(dǎo)線(xiàn)也可按相似的方法接線(xiàn)。包括有多個(gè)電源和多個(gè)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(shuí)供給，將地線(xiàn)匯集到公共點(diǎn)，然后和系統(tǒng)的公共端接在一起，所有電源1的負(fù)載都回到電源1公共端，所有的電源2負(fù)載都回到電源2的公共端，最后用一條粗導(dǎo)線(xiàn)將公共端連在一起。在多電源系統(tǒng)中，可能需要進(jìn)行判斷性試驗(yàn)，確定地線(xiàn)接法，以達(dá)到最佳的解決方案。

　　為了便于信號(hào)的傳輸和變換，DINIEC381標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了允許的電流和電壓值。常用的電壓信號(hào)是0V～10V，電流信號(hào)是0mA～20mA或4mA～20mA。這些信號(hào)常用于遠(yuǎn)距離傳輸。電壓信號(hào)在傳輸過(guò)程中要受到諸如傳輸距離等條件的限制，而電流信號(hào)在傳輸過(guò)程中干擾對(duì)它的影響較小，因此應(yīng)盡量采用電流信號(hào)。測(cè)量回路中如果有接地，在兩個(gè)接地點(diǎn)之間會(huì)出現(xiàn)電位差。這個(gè)電位差對(duì)測(cè)量結(jié)果會(huì)產(chǎn)生很大的影響，應(yīng)盡量避免其接地。但如果必須接地，這時(shí)就必須將接地回路隔離開(kāi)，以避免造成測(cè)量誤差。有源數(shù)字元件在開(kāi)、關(guān)時(shí)會(huì)在電源線(xiàn)上產(chǎn)生一個(gè)快速的電流變化，這個(gè)電流在導(dǎo)線(xiàn)電感上不僅會(huì)引起正的電壓降，而且還會(huì)引起負(fù)的電壓降。這種電壓的改變被當(dāng)作干擾在主線(xiàn)路上傳輸。另外，電源中的換向操作單元(如頻率器)同樣會(huì)產(chǎn)生干擾，這個(gè)干擾作為窄帶頻率能量耦合進(jìn)入導(dǎo)線(xiàn)并傳播。接在后邊的電路必須將這些高頻的干擾電壓通過(guò)低通濾波器濾去。

　　5、軟件濾波

　　軟件濾波是智能傳感器、儀器儀表所獨(dú)有的，可對(duì)包括頻率很低(如0.01Hz)的干擾信號(hào)在內(nèi)的各種干擾信號(hào)進(jìn)行濾波。常用的軟件濾波方法有：

　　(1)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(quán)平均值濾波；

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

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

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

　　6、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(kāi)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(duì)防止電網(wǎng)電壓波動(dòng)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(hào)源內(nèi)阻可大大降低共模干擾的影響。

　　(3)軟件補(bǔ)償技術(shù)

  外界因素如溫濕度變化等也會(huì)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(xiàn)進(jìn)行修正，去掉干擾。

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