MTS傳感器模擬傳感器的抗干擾措施
 

前言
模擬傳感器的應用非常廣泛，不論是在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防建設(shè)，還是在日常生活、教育事業(yè)以及科學研究等領(lǐng)域，處處可見模擬傳感器的身影。但在模擬傳感器的設(shè)計和使用中，都有一個如何使其測量精度達到zui高的問題。而眾多的干擾一直影響著傳感器的測量精度，如：現(xiàn)場大耗能設(shè)備多，特別是大功率感性負載的啟停往往會使電網(wǎng)產(chǎn)生幾百伏甚至幾千伏的尖脈沖干擾；工業(yè)電網(wǎng)欠壓或過壓（涉縣鋼鐵廠供電電壓在160V～310V波動），常常達到額定電壓的35％左右，這種惡劣的供電有時長達幾分鐘、幾小時，甚至幾天；各種信號線綁扎在一起或走同一根多芯電纜，信號會受到干擾，特別是信號線與交流動力線同走一個長的管道中干擾尤甚；多路開關(guān)或保持器性能不好，也會引起通道信號的竄擾；空間各種電磁、氣象條件、雷電甚至地磁場的變化也會干擾傳感器的正常工作；此外，現(xiàn)場溫度、濕度的變化可能引起電路參數(shù)發(fā)生變化，腐蝕性氣體、酸堿鹽的作用，野外的風沙、雨淋，甚至鼠咬蟲蛀等都會影響傳感器的可靠性。模擬傳感器輸出的一般都是小信號，都存在小信號放大、處理、整形以及抗干擾問題，也就是將傳感器的微弱信號地放大到所需要的統(tǒng)一標準信號(如1VDC～5VDC或4 mADC～20mADC)，并達到所需要的技術(shù)指標。這就要求設(shè)計制作者必須注意到模擬傳感器電路圖上未表示出來的某些問題，即抗干擾問題。只有搞清楚模擬傳感器的干擾源以及干擾作用方式，設(shè)計出消除干擾的電路或預防干擾的措施，才能達到應用模擬傳感器的*狀態(tài)。

干擾源、干擾種類及干擾現(xiàn)象
傳感器及儀器儀表在現(xiàn)場運行所受到的干擾多種多樣，具體情況具體分析，對不同的干擾采取不同的措施是抗干擾的原則。這種靈活機動的策略與普適性無疑是矛盾的，解決的辦法是采用模塊化的方法，除了基本構(gòu)件外，針對不同的運行場合，儀器可裝配不同的選件以有效地抗干擾、提高可靠性。在進一步討論電路元件的選擇、電路和系統(tǒng)應用之前，有必要分析影響模擬傳感器精度的干擾源及干擾種類。

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主要干擾源
(1) 靜電感應
靜電感應是由于兩條支電路或元件之間存在著寄生電容，使一條支路上的電荷通過寄生電容傳送到另一條支路上去，因此又稱電容性耦合。
(2) 電磁感應
當兩個電路之間有互感存在時，一個電路中電流的變化就會通過磁場耦合到另一個電路，這一現(xiàn)象稱為電磁感應。例如變壓器及線圈的漏磁、通電平行導線等。
(3) 漏電流感應
由于電子線路內(nèi)部的元件支架、接線柱、印刷電路板、電容內(nèi)部介質(zhì)或外殼等絕緣不良，特別是傳感器的應用環(huán)境濕度較大，絕緣體的絕緣電阻下降，導致漏電電流增加就會引起干擾。尤其當漏電流流入測量電路的輸入級時，其影響就特別嚴重。
(4) 射頻干擾
主要是大型動力設(shè)備的啟動、操作停止的干擾和高次諧波干擾。如可控硅整流系統(tǒng)的干擾等。
(5) 其他干擾
現(xiàn)場安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)除了易受以上干擾外，由于系統(tǒng)工作環(huán)境較差，還容易受到機械干擾、熱干擾及化學干擾等。

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干擾的種類
(1) 常模干擾
常模干擾是指干擾信號的侵入在往返2條線上是一致的。常模干擾來源一般是周圍較強的交變磁場，使儀器受周圍交變磁場影響而產(chǎn)生交流電動勢形成干擾，這種干擾較難除掉。
(2) 共模干擾
共模干擾是指干擾信號在2條線上各流過一部分，以地為公共回路，而信號電流只在往返2個線路中流過。共模干擾的來源一般是設(shè)備對地漏電、地電位差、線路本身具有對地干擾等。由于線路的不平衡狀態(tài)，共模干擾會轉(zhuǎn)換成常模干擾，就較難除掉了。
(3) 長時干擾
長時干擾是指長期存在的干擾，此類干擾的特點是干擾電壓長期存在且變化不大，用檢測儀表很容易測出，如電源線或鄰近動力線的電磁干擾都是連續(xù)的交流50 Hz工頻干擾。
(4) 意外的瞬時干擾
意外瞬時干擾主要在電氣設(shè)備操作時發(fā)生，如合閘或分閘等，有時也在伴隨雷電發(fā)生或無線電設(shè)備工作瞬間產(chǎn)生。
干擾可粗略地分為3個方面：
(a) 局部產(chǎn)生（即不需要的熱電偶）；
(b) 子系統(tǒng)內(nèi)部的耦合(即地線的路徑問題)；
(c) 外部產(chǎn)生（Bp電源頻率的干擾）。

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干擾現(xiàn)象
在應用中，常會遇到以下幾種主要干擾現(xiàn)象：
◆ 發(fā)指令時，電機無規(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，其輸出值與實際參數(shù)所對應的信號值不吻合，且誤差值是隨機的、無規(guī)律的；
◆ 當被測參數(shù)穩(wěn)定的情況下，傳感器輸出的數(shù)值與被測參數(shù)所對應的信號數(shù)值的差值為一穩(wěn)定或呈周期性變化的值；
◆ 與交流伺服系統(tǒng)共用同一電源的設(shè)備(如顯示器等)工作不正常。
干擾進入定位控制系統(tǒng)的渠道主要有兩類：信號傳輸通道干擾，干擾通過與系統(tǒng)相聯(lián)的信號輸入通道、輸出通道進入；供電系統(tǒng)干擾。
信號傳輸通道是控制系統(tǒng)或驅(qū)動器接收反饋信號和發(fā)出控制信號的途徑，因為脈沖波在傳輸線上會出現(xiàn)延時、畸變、衰減與通道干擾，所以在傳輸過程中，長線的干擾是主要因素。任何電源及輸電線路都存在內(nèi)阻，正是這些內(nèi)阻才引起了電源的噪聲干擾，如果沒有內(nèi)阻，無論何種噪聲都會被電源短路吸收，線路中也不會建立起任何干擾電壓；此外，交流伺服系統(tǒng)驅(qū)動器本身也是較強的干擾源，它可以通過電源對其它設(shè)備進行干擾。