解決電路系統(tǒng)中噪聲干擾的技術(shù)研究

【摘要】電路系統(tǒng)在自動(dòng)化系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，其可靠性應(yīng)該引起高度重視，在使用中應(yīng)該注意提高設(shè)備的抗干擾能力以及解決噪聲干擾問(wèn)題。

【關(guān)鍵詞】光電耦合；模擬信號(hào)；工作電源

一、噪聲產(chǎn)生的根源

（1）內(nèi)部噪聲。內(nèi)部噪聲是由傳感器或檢測(cè)電路原件內(nèi)部帶電顆粒的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生，如熱噪聲、接觸不良引起的噪聲等。（2）外部噪聲。外部噪聲是由傳感器檢測(cè)系統(tǒng)外部人為或自然干擾造成的。外部噪聲的來(lái)源主要為電磁輻射，當(dāng)電機(jī)、開(kāi)關(guān)及其他電子設(shè)備工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生電磁輻射。在檢測(cè)系統(tǒng)中，由于原件之間或電路之間存在著分布電容或電磁場(chǎng)，因而容易產(chǎn)生寄生耦合現(xiàn)象。在寄生耦合的作用下，電廠(chǎng)、磁場(chǎng)及電磁波就會(huì)引入檢測(cè)系統(tǒng)，干擾電路的正常工作。

二、噪聲的抑制方法

（1）接地。“地”是電路或系統(tǒng)中為各個(gè)信號(hào)提供參考點(diǎn)位的一個(gè)等電位點(diǎn)或等電位面。所謂“接地”就是將某點(diǎn)與一個(gè)等電位點(diǎn)或等點(diǎn)未眠之間用低電阻導(dǎo)體連接起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)基準(zhǔn)電位。電路或系統(tǒng)接地是為了清除電流流經(jīng)公共地線(xiàn)阻抗時(shí)產(chǎn)生噪聲電壓，也可以避免受磁場(chǎng)或地電位差的影響。接地設(shè)計(jì)的兩個(gè)基本要求是：一是消除各電路電流流經(jīng)一個(gè)公共地線(xiàn)阻抗時(shí)所產(chǎn)生的噪聲電壓；二是避免形成接地環(huán)路，引進(jìn)共模干擾。處理這些地線(xiàn)的基本原則是盡量避免或減少由接地所引起的各種干擾，同時(shí)要便于施工，節(jié)省成本。（2）屏蔽。由于檢測(cè)儀表或控制系統(tǒng)的工作現(xiàn)場(chǎng)往往存在強(qiáng)電設(shè)備，這些設(shè)備的磁力線(xiàn)或電力線(xiàn)會(huì)干擾儀表或系統(tǒng)的正常工作。為了防止這種干擾，可利用低電阻的導(dǎo)電材料或高導(dǎo)磁率的鐵磁材料制成容器，對(duì)易受干擾的部分如元件、傳輸導(dǎo)線(xiàn)、電路及組合件實(shí)行屏蔽，以達(dá)到阻斷或抑制各種內(nèi)外電磁或電場(chǎng)干擾的目的。屏蔽可分為三種，即電場(chǎng)屏蔽、磁場(chǎng)屏蔽及電磁屏蔽。電場(chǎng)屏蔽主要用于防止元器件或電路間因分布電容耦合形成的干擾。磁場(chǎng)屏蔽主要用來(lái)消除元器件或電路間因磁場(chǎng)寄生耦合產(chǎn)生的干擾，磁場(chǎng)屏蔽的材料一般選用高磁導(dǎo)系數(shù)的磁性材料。電磁屏蔽在屏蔽金屬內(nèi)部產(chǎn)生渦流而起屏蔽作用。電磁屏蔽的屏蔽體可以不接地，但一般為防止分布電容的影響，可以使電磁屏蔽的屏蔽體接地，起到兼有電廠(chǎng)屏蔽的作用。電場(chǎng)屏蔽體必須可靠接地。（3）隔離。當(dāng)電路信號(hào)在兩端接地時(shí)，容易形成地環(huán)路電流，引起噪聲干擾。這時(shí)，常采用隔離的方法，把電路的兩端從電路上隔開(kāi)。隔離方法主要采用變壓器隔離和光電耦合器隔離。在兩個(gè)電路之間加入隔離變壓器可以切斷地環(huán)路，實(shí)現(xiàn)前后電路的隔離，變壓器隔離只適用于交流電路。在直流或超低頻測(cè)量系統(tǒng)中，常采用光電耦合的方法實(shí)現(xiàn)電路的隔離。

為了提高測(cè)控系統(tǒng)的可靠性，僅靠硬件抗干擾措施是不夠的，需要進(jìn)一步借助軟件措施克服某些干擾。軟件抗干擾技術(shù)是當(dāng)系統(tǒng)受干擾后使系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行或輸入信號(hào)受干擾后去偽存真的一種輔助方法。因此，軟件抗干擾是被動(dòng)措施，而硬件抗干擾是主動(dòng)措施。采用軟件抗干擾的最根本前提條件是：系統(tǒng)中抗干擾軟件不會(huì)因干擾而損壞。在單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中，由于程序有一些重要常數(shù)都防止在ROM中，這就為軟件抗干擾創(chuàng)造了良好的前提條件。因此，軟件抗干擾的設(shè)置前提條件概括為：（1）在干擾作用下，微機(jī)系統(tǒng)硬件部分不會(huì)受到任何損壞，或易損壞部分設(shè)置有監(jiān)測(cè)狀態(tài)可供查詢(xún)。（2）程序區(qū)不會(huì)受干擾侵害。系統(tǒng)的程序及重要常數(shù)不會(huì)因干擾侵入而變化。對(duì)于單片機(jī)系統(tǒng)，程序及表格、常數(shù)均固化在ROM中，這一條件自然滿(mǎn)足；而對(duì)于一些在RAM中運(yùn)行用戶(hù)引用程序的微機(jī)系統(tǒng)，無(wú)法滿(mǎn)足該條件。當(dāng)這種系統(tǒng)因干擾造成運(yùn)行失常時(shí)，只能在干擾過(guò)后，重新向RAM區(qū)調(diào)入應(yīng)用程序。（3）RAM區(qū)中的重要數(shù)據(jù)不被破壞，或雖被破壞可以重新建立。通過(guò)重新建立的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)的重新運(yùn)行不會(huì)出現(xiàn)不可允許的狀態(tài)。這些數(shù)據(jù)被破壞后，往往只引起控制系統(tǒng)一個(gè)短期波動(dòng)，在閉環(huán)反饋環(huán)節(jié)的迅速糾正下，控制系統(tǒng)能很快恢復(fù)正常，這種系統(tǒng)都能采用軟件恢復(fù)。

軟件抗干擾技術(shù)所研究的主要內(nèi)容：其一是采取軟件的方法抑制疊加在模擬輸入信號(hào)上噪聲對(duì)數(shù)據(jù)采集結(jié)果的影響，如數(shù)字濾波器技術(shù)；其二是由于干擾而使運(yùn)行程序發(fā)生混亂，導(dǎo)致程序亂飛或陷入死循環(huán)時(shí)，采取使程序納入正規(guī)的措施，如軟件陷進(jìn)等。這些方法可以用軟件實(shí)現(xiàn)，也可以采用軟件硬件相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]蔣紅平主編．?dāng)?shù)控機(jī)床維修[M]．北京：高等教育出版社

[2]周炳文主編．實(shí)用數(shù)控機(jī)床故障診斷及維修技術(shù)500例[M]．北京：中國(guó)知識(shí)出版社

[3]陳蘇波等主編．三菱PLC快速入門(mén)與實(shí)例提高[M]．北京：人民郵電出版社

[4]孫傳友主編．測(cè)控系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì)[M]．北京：北京航空航天大學(xué)出版社

[5]柳桂國(guó)主編．檢測(cè)技術(shù)及應(yīng)用[M]．北京：電子工業(yè)出版社

[6]曹學(xué)軍等譯．測(cè)量?jī)x表與測(cè)量技術(shù)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社

[7]王伯雄等譯．測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)用與設(shè)計(jì)[M]．北京：電子工業(yè)出版社