压力传感器电磁干扰的形成与预防

0 前 言 电子设备要在电磁干扰环境中正常工作 ,不仅
其可靠性 、稳定性 、安全性要受到严重影响 ,而且还 会干扰其它设备 。实际情况表明 ,电磁干扰现象已 造成火工品误引爆 、通讯电台通讯距离缩短和噪声 增大 ,计算机误码等等 。因此 ,抗电磁干扰技术在工 程和使用中占有极其重要的地位 。
传感器技术与通信技术和计算机技术已成为现 代信息技术的三大支柱 ,是信息产业的重要基础工 业 ,并且在航空 、航天等领域中应用极为广泛 ,因此 , 迫切需要解决传感器的电磁兼容性问题 。
在传感器中 ,如果一根接地导线两端在不同的 地点接地 ,当负载不平衡或其它因素影响 ,使中线两 端 电位不等于0 ,就会在大地 、导体和电源之间形
收稿日期 :2002 - 04 - 16
第 7 期 张建霞等 :压力传感器电磁干扰的形成与预防 2 7
(3) 开关的响应时间约为 10 ms , 适用于要求快 速响应为毫秒级的场合 。
(4) 在要求 360°均能可靠动作的场合 , 可以通 过 4 个开关并联使用来解决万向性问题。 4 结束语
介绍的机械式碰撞开关作用门限低、结构简单 、 体积小 、质量轻 、作用可靠 。可用于系统中 ,在碰撞 冲击情况下作保险或“触发”。如果能解决开关理论 建模问题 ,将为设计者提供强有力的手段去改进设 计方法和分析开关的故障 ,从而设计出满足各种使 用要求的碰撞开关 。 参考文献 :
Generation and prevention of electromagnetism interruption
f or pressure transducer
ZHAN G J ian2xia1 , CHU I Yong2hong2
( 1. Shanghai Spaceflight Power Machinery Institute ,Shanghai 200233 ,China ; 2. Off ice of Army Delegate , No 120 Plant , Harbin 150066 ,China)
(1) 电阻器使用的功耗要小于额定的功耗 。 (2) 电容器使用的工作电压要小于额定工作电压。 (3) 电容器使用于高频时 , 需要并联一个固有 电感量较小的电容器 ,对高频形成低阻抗 。 3. 5 用屏蔽线接地 在信号频率低于 1 M Hz 时 ,屏蔽层应一点接地 。 因为当接地点多于一点时 , 若各接点的电位不完全 相等 ,就有感应电压存在 。再则 ,通过屏蔽层 ,还将对 地形成一个回路 ,容易发生电感性耦合 ,使屏蔽层中 产生噪声电流 ,并经导线与屏蔽层之间的分布电容 和分布电感耦合到信号回路 , 在信号线上形成噪声 电压 。所以敷设屏蔽层应对地绝缘 ,确保一点接地 。 4 接地线的应用 4. 1 干扰现象 在压力传感器设计中虽然利用了接地 、屏蔽及 滤波等多方面技术来提高产品的抗电磁干扰影响 , 而且也通过产品要求的 EMC 实验项目 。但在厂房测 试实验过程中 ,当短波和超短波天线开机时 ,传感器 的输出值超出了正常值 。其主要原因 , 当天线一开 机 ,高频发射机 (20 ,180 M Hz) 开始工作 , 这些电磁 波经平台反射然后叠加产生了更强的电磁干扰 , 使 系统壳体与地线之间的电压峰 - 峰值可高达 8 ～ 34 V 。该数据远远超出传感器的原设计要求 。 4. 2 解决方法 为了接决这一问题 , 作了大量的实验 。结果表 明 :当频率高于 1 M Hz 或屏蔽电缆过长时 ,需采用多 点接地的方式 ,长电缆多点接地有利于屏蔽层更接 近地电位 ,因为高频时屏蔽层对地分布电容和自身 阻抗影响较大 ,多点接地后反而能减小阻抗的影响 , 使接地处保持在地电位 。 由于传感器输出不稳定是在系统短波天线开机 时的工作频率为 20 M Hz ,超短波天线开机时的工作 频 率 为 1 8 0 M Hz , 经 计 算 0 . 1 5λ20 MHz = 2 . 2 5 m 、
(上接第 27 页) 0. 15λ180 MHz = 0. 25 m , 实际电缆长度 (3 m) 都超过 了干扰波长的 0. 15 % 。
为适应系统实测电磁环境 ,对传感器进行抗电 磁干扰的改进 ,采用了屏蔽电缆两点接地 ,具体原理 见图 1 。
2 6 传感器技术 (Journal of Transducer Technology) 2002 年 第 21 卷 第 7 期
压力传感器电磁干扰的形成与预防
张建霞1 , 崔永红2
(1. 上海航天动力机械研究所 ,上海 200233 ; 2. 国营 120 工厂军代表室 ,黑龙江 哈尔滨 150066)
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for threshold value of switch
3. 4 实验结论 (1) 安装弹簧类型相同时 , 不同惯性开关测试
的结果只有很小的差别 ( ≤0. 1 %) , 这说明开关的 结构设计一致性较好 。
(2) 70°< θ < 110°时 ,开关在足够大的冲击加 速度下均能可靠工作 。
所谓“电磁兼容性”是指传感器在电磁环境中的 适应性 ,即能保持其固有性能 ,完成规定功能的能 力 ,它要求传感器在同一时空环境的其它电子设备 相容兼备 ,既不受电磁干扰的影响 ,也不会对其它电 子设备产生影响[1 ] 。因此 ,需要进行传感器电磁兼 容性的研究 。 1 传感器的电磁干扰
传感器的电磁干扰 ,包括传感器本身产生影响
Abstract : The form of electromagnetism interruption transducer from t he extemal and internal are described in t his paper. The form of interruption’s coupling is also discussed here. Some measures ,met hods and experimental results of anti2electromagentic interference of t he transducer are presented. Key words : transducer ; form of electromagnetism interruption ; grounding
电磁干扰源产生的电压或电流干扰波 ,通过耦 合进入传感器 ,影响传感器的正常工作 。理论分析 和实践表明 ,这些电磁干扰信号是通过公共耦合介 质 (如导线 、电阻 、电容 、电感 、互感等) 进入被干扰的 电路的 。按耦合介质 ,可以将干扰耦合分为传导耦 合 、公共阻抗的耦合 、磁场耦合等形成 。 3 传感器内的抗干扰措施
学出版社 ,1997. 16 - 35. [ 4 ] 宋寿鹏 ,徐建军. 导弹引信惯性闭合器动态响应特性研究 [J ] .
现代引信 ,1998 ,3 :37 - 40. 作者简介 :
张志铭 (1974 - ) ,女 ,硕士 ,河北省辛集市人 ,2000 年毕业于重 庆大学 ,现在中国工程物理研究院电子工程研究所从事传感器与执 行器等的研究工作 。
由以上分析可知 ,抑制传感器电磁干扰可以从 三方面来考虑的基本方法是 :一是削弱和减小噪声 信号的能量 ;一是破坏干扰的路径 ;三是提高线路本 身的抗干扰能力 。 3. 1 电磁屏蔽
(1) 当芯片工作在高频时 ,电磁兼容问题十分突 出 ,它直接影响到芯片的质量 ,因此必须在芯片的设 计中就考虑电磁兼容问题[2 ] 。一个较好的办法是 , 在芯片设计中就将敏感部分用屏蔽层加以屏蔽 ,并 使芯片的屏蔽层与电路的屏蔽相连 ,这需要针对不 同的器件给出不同的设计技巧和工艺技巧 。
平均闭合时间 (μs) 22. 75 25. 75 29 22. 75
3. 3 作用门限测试 测试过程中采用背对背的测试方法 ,测试电路
见图 5 。当安装不同类型的弹簧时 ,开关的作用门 限一般在 97～150 m/ s2 。
图 5 开关作用门限测试接线示意图 Fig 5 Wiring schematic diagram of testing
为了减少电子电路的辐射发射 , 尽量减少闭合回 路所包围的面积 A 和 cosθ的值。这是由于感应电压为
V = ωBΑcosθ , 式中 A 为闭合路所包围的面积 ; B 为正弦变化磁 通密度的均方根值 ;ω为角频率 ;θ为 B 与面积 A 法 线的夹角 。 3. 4 元器件的选用
元器件的选用除了考虑安装部位的环境条件 (温度 、湿度 、压力 、冲击等) 、额定运用数据 、满足工 作时允许参数变化的范围 、装置结构形式等因素外 , 还应针对不同种类的元件需要有一些特殊的考虑 。
(2) 在传感器内 ,凡是受电磁场干扰的地方 ,都 可以用屏蔽的办法来削弱干扰 ,以确保传感器正常 工作 。对于不同的干扰场要采取不同的屏蔽方法 ,如 电屏蔽、磁屏蔽、电磁屏蔽 ,并将屏蔽体良好地接地。 3. 2 滤波去耦
对于不需要的干扰信号 ,可采用不同形式的滤 波器进行抑制 。滤波器有阻容滤波器 、T 型 、Л型 、 L - C 型滤波器等多种结构形式 ,其插入衰减是不同 的 。在应用中可根据不同需要灵活运用 。对脉冲干 扰 ,可采用组合抑制方法 。 3. 3 印制电路板制作
的电磁干扰和来自传感器外部的电磁干扰 。 1. 1 来自传感器内的电磁干扰 1. 1. 1 元器件噪声干扰
传感器中使用的电子元器件性能各异 ,即使合 格的元器件 ,它的实际参数往往偏离理想元器件的 特性 。这种误差会影响元器件的噪声特性 ,在实际 应用中 ,无论是电阻器 、电容器 、电感器等无源元件 , 还是 T TL 、MOS 器件等有源器件均不同程度地存 在噪声干扰 。 1. 1. 2 寄生耦合干扰
成环路 。这个地环路会产生电流引起干扰 ,使传感 器信号出错 。 1. 2 来自传感器外部的电磁干扰
传感器外部的电磁干扰 ,主要是指自然的 、人为 的 ,表现为以下几方面 :
(1) 自然界的宇宙射线 、太阳黑子 、雷电及大气 因素造成的天电 。
(2) 人为的主要是电气 、电子设备造成的 。其中 包括 :电源干扰 、开关干扰 、射频干扰和由放电现象 引起的火花 、辉光 、弧光放电等等 。 2 传感器内电磁干扰的耦合形式
(下转第 30 页)
30 传 感 器 技 术 第 21 卷
表 1 闭合时间测试结果 Tab 1 Test result of closed time
弹簧编号
1 2 3 4
闭合时百度文库 (μs)
25 22 23 21 28 25 26 24 30 27 31 28 25 22 23 21
在压力传感器内 ,电路板上的每个元器件 、每个 引线中均有一定大小的电流 ,都具有一定的电位 ,因 此在其周围形成一定大小的电磁场 。当传感器电路 中的元器件和线路布局不合理 、地线接法不当 ,电路 间耦合不良时 ,就会在导线间产生分布电容或电感 ,寄 生信号便通过它们耦合进入传感器 ,使输出信号出错。 1. 1. 3 地线干扰
摘 要 : 较全面地阐述了来自传感器内部和外部的电磁干扰形式及其影响 ,讨论了干扰的耦合方式 ,介绍 了传感器抗电磁干扰的一些措施 、办法及实验结果 ,供有关方面参考 。 关键词 : 传感器 ; 电磁干扰形式 ; 接地 中图分类号 : TN97 ; TP212 文献标识码 : A 文章编号 : 1000 - 9787 (2002) 07 - 0026 - 02