传感器检测中常用的行之有效的抗干扰策略

   2024-04-18 工业品商城8
核心提示:在电子测量设备中的电路体系中,那些对实际应用没有任何贡献的能量波动被称为噪声,倘若这些噪声对电路的正常运行造成了负面影响,那么我们便称之为干扰。信号在传输过程中干扰的形成需满足三个不可或缺的要素:干扰源、干扰传播路径以及对噪声敏感程度较高的接收电路。因此,在设计和实施抑制或减轻噪声干扰的策略时,我们

     在电子测量设备中的电路体系中,那些对实际应用没有任何贡献的能量波动被称为噪声,倘若这些噪声对电路的正常运行造成了负面影响,那么我们便称之为干扰。信号在传输过程中干扰的形成需满足三个不可或缺的要素:干扰源、干扰传播路径以及对噪声敏感程度较高的接收电路。因此,在设计和实施抑制或减轻噪声干扰的策略时,我们应当从这三者当中的任一环节寻找突破口。在各类传感器检测电路中,以下几种实用且高效的抗干扰技术颇具代表性。

1、 屏蔽技术

    通过使用金属材料打造容器结构,将我们所需保护的电路容纳于其内,这样就能有效地隔绝电场或磁场的干扰,这种方法被称作屏蔽。屏蔽技术又可细分为静电屏蔽、电磁屏蔽以及低频磁屏蔽等多种类型。

2、静电屏蔽

    依据电磁学理论,处于静电场中的封闭空心导体内部不会存在电场线,其内部各处均呈现等电位状态。运用这个原理,我们可以选用导电性能优良的金属如铜或铝作为原材料,制造出密封的金属容器,并将其与大地相连,将需要保护的电路置入其中,使得外部的干扰电场无法侵入到内部电路,反之亦然。这种方法便被称为静电屏蔽。例如在传感器测量电路中,我们可以在电源变压器的初级侧和次级侧之间插入一个带有缝隙的导体,并将其接地,以此来避免两个绕组间的静电耦合,这便是典型的静电屏蔽应用。

3、电磁屏蔽

    对于高频干扰磁场,我们可以借助电涡流效应,让高频干扰电磁场在屏蔽金属内部产生电涡流,从而消耗干扰磁场的能量,使涡流磁场能够抵消高频干扰磁场,进而确保被保护电路不受高频电磁场的影响。这种屏蔽方式被称为电磁屏蔽。如果电磁屏蔽层接地,则同时具有静电屏蔽的功能。在传感器的输出电缆选材上,通常会采用铜质网状屏蔽,既能实现静电屏蔽,又能起到电磁屏蔽的作用。屏蔽材料的选择应注重导电性能良好的低电阻材料,如铜、铝或者镀银铜等。

4、低频磁屏蔽

    当干扰源为低频磁场时,仅依靠上述方法可能无法取得理想的抗干扰效果,此时我们需要采用高导磁材料作为屏蔽层,以便将低频干扰磁感应线局限在磁阻极小的磁屏蔽层内部。如此一来,被保护电路便能避免受到低频磁场耦合干扰的影响。这种屏蔽方式通常被称为低频磁屏蔽。传感器检测仪器的铁皮外壳便起到了低频磁屏蔽的作用。若进一步将其接地,还能兼具静电屏蔽和电磁屏蔽的功能。

    综上所述,基于上述三种常见的屏蔽技术,在干扰较为严重的环境下,我们可以考虑采用复合屏蔽电缆,即将外层设计成低频磁屏蔽层,内层则为电磁屏蔽层,从而实现双重屏蔽的效果。例如,在电容式传感器的实际测量过程中,寄生电容问题是我们必须解决的核心问题,否则将会导致传输效率降低、灵敏度下降。为此,我们需要对传感器进行静电屏蔽,而其电极引出线则可采用双层屏蔽技术,一般被称为驱动电缆技术。通过这种方法,我们可以有效地克服传感器在使用过程中所面临的寄生电容问题。

5、关于接地技术的探讨

    在抑制干扰方面,接地技术占据着重要地位,它堪称屏蔽技术的坚强后盾。准确无误的接地工作不仅可以有效抑制外界的各种干扰,还能提升测试系统的可靠性,并且有助于降低由系统本身所引发的各类干扰因素。我们将接地的主要目的归纳为两个方向:安全保障以及干扰控制。据此,我们可以把接地形式划分为三种类型,包括保护性接地、屏蔽接地以及信号接地。其中,保护性接地旨在确保设备的使用安全,例如传感器测量装置的外壳、底盘等部位均需进行接地操作;而屏蔽接地则是为了防止干扰电压通过大地形成低阻通路,从而影响到测量装置的正常运行;至于信号接地,它是电子装置输入与输出的零信号电位的公共线,尽管其本身可能与大地处于绝缘状态。信号地线又可以细分为模拟信号地线和数字信号地线,由于模拟信号通常较为微弱,因此对地线的要求相对较高;而数字信号则普遍较强,因此对地线的要求可以适当放宽。

    不同的传感器检测环境,我们需要根据实际需求选择相应的接地方式。常见的接地方法包括一点接地和多点接地,本文将详细介绍这两种接地处理策略。

6、一点接地的应用

    在低频电路领域,我们通常推荐采用一点接地的方式。具体来说,这种接地方式包含放射式接地线和母线式接地线路两种方式。放射式接地即是让电路中的各个功能电路直接通过导线与零电位基准点相连;而母线式接地则是选用具有一定截面积的优质导体作为接地母线,然后直接接入零电位点,这样电路中的各个功能模块便可以就近接入该母线上。然而,如果在此基础上采用多点接地,那么在电路中将会形成多个接地回路。当低频信号或者脉冲磁场经过这些回路时,就有可能引发电磁感应噪声。由于每个接地回路的特性不尽相同,在不同的回路闭合点便会产生电位差,进而形成干扰。为了避免此类问题的发生,我们强烈建议采用一点接地的方式。

    在传感器与测量装置组成的完整检测系统中,虽然两者之间可能存在一定距离。但是由于工业现场的大地电流状况非常复杂,因此这两部分外壳的接地点之间的电位往往并不完全相同。如果将传感器与测量装置的零电位在两处分别接地,即采取两点接地的方式,那么将会有较大的电流流经内阻极低的信号传输线,导致压降的产生,从而引发串模干扰。因此,在这种情况服务出现问题,请稍后再试。


 
 
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