哈工大课件微弱信号检测1

干扰噪声及其抑制技术
一、传导耦合与公共阻抗耦合
1、传导耦合
传导耦合是经导线传导引入的干扰噪声。
例如．交流电源线会将工频电力线噪声引入到检测装 置，长信号线会把工频和射频电磁场、雷电等感应出的噪 声引入信号系统，噪声源和检测电路之间的电气连接是噪 声藕合的直接途径。
解决传导耦合的一种方法是使信号线尽量远离噪声源， 另一种方法是在干扰噪声传导到检测系统之前，采取有效 的去耦和滤波措施 。
干扰噪声及其抑制技术
2、公共阻抗耦合
共阻抗耦合 等效电路
用合电适源的内接阻引地起措的施共可阻以抗干有扰效地 克服公共阻抗耦合噪声。
干扰电压
干扰源电流
U nc InZc
共有阻抗
使一个电路的电流 在另一个电路上产 生干扰电压。
二、电源耦合
干扰噪声及其抑制技术
图3a 电源滤波器抑制射频干扰 电源干扰噪声抑制方法
通常，以干扰电量为对象进行研究时，多使用“噪声”这 个词；以干扰电量所造成的危害作用为对象进行研究时，多使用 “干扰”这个词。
我们把设备或系统中除去有用信号以外的所有电磁信号称 为电磁噪声（简称噪声）。由电磁噪声引发不期望得到的结果， 称为电磁干扰（简称干扰）。
噪声是原因，干扰是后果。
干扰噪声及其抑制技术
4、中国仪器仪表学会. 《全国微弱信号检测学 术会议论文集》
5、顾洪涛. 《特殊电量测量》， 机械工业出版 社, 2000
干扰噪声及其抑制技术
第一讲 干扰噪声及其抑制技术
工业现场干扰会造成检测电路失去测量精度甚至测量结
果失常。将讨论常见的干扰类型、干扰传输途径以及干扰抑 制方法。
把那些不需要的电压和电流，并在一定条件下形成危害电 路正常工作的电量信号（干扰电压和干扰电流），称为“噪声”， 或者“干扰”。
干扰形成的三个条件：
（1）干扰源； （2）对干扰敏感的接收电路； （3）从干扰源到接收电路之间的传输途径。
传导耦合与公共阻抗耦合：经导线或不同电路之间存在 公共阻抗引起的电压耦合。例如两个电路合用一个电源。
电源耦合：由供电电源通路引入的干扰噪声。 电场耦合：因寄生电容引起的电荷耦合。 磁场耦合：因两个电路的互感引起的磁链耦合。 电磁辐射耦合：导体接收空间电磁辐射耦合。
干扰噪声及其抑制技术
5、雷电
雷电发生时的一次电流可达106A，云与地面之间的感应 电场可达1-10 kV/m，上升时间为μs数量级。会产生高强度的 电磁辐射波，频率范围从几十千赫兹到几十兆赫兹。此外， 在云与地雷电的附近，大地的地电位差也会发生剧烈变化， 可高达几千伏。
6、天体噪声
由于宇宙射线和太阳黑子的电磁辐射，大气中普遍存 在天体噪声。天体噪声的频率很高，一般在吉赫兹量级以 上，对普通检测仪表影响不大。
3.14V 100倍
电场耦合 对放大器的干扰
等效电路图
结论：
（1）干扰源的频率越高，电场耦合干扰越强。
（2）减小接收电路阻抗Zi，有利于抑制电场耦合干扰。
（3）合理布线，减小分布电容Cm，有利于抑制电场耦合
干扰。
干扰噪声及其抑制技术
进一步的讨论
下图中，表示两个平行导线之间的电容耦合，其中C12是导线 1与导线2之间的杂散电容，电容C1g和C2g分别是导线1和2与地 之间的总电容，R为导体2对地的外接电阻。
微弱信号检测技术——第二部分
微弱信号检测技术 —— 第二部分
主讲：赵永平
智能测试及信息处理技术研究所
参考教材：
微弱信号检测技术——第二部分
1、高晋占. 《微弱信号检测 》，清华大学出版 社，2004
2、戴逸松. 《微弱信号检测方法及仪器》，国 防工业出版社, 1994
3、曾庆勇. 《微弱信号检测》 （第二版），浙 江大学出版社, 1994
干扰噪声及其抑制技术 7、机械起源的噪声
例如，电路板、导线和触点的振动，有可能通过某种机一 电传感机理转换为电噪声。
8、其他噪声源
（1）电化学噪声 （2）温度变化引起的噪声 （3）触点噪声
干扰噪声及其抑制技术 三、干扰噪声的频谱分布
图1 干扰噪声的频谱分布图
干扰噪声及其抑制技术
第2节 干扰的耦合与传输途径
图3b 电源变压器绕组屏蔽
三、电场耦合
干扰噪声及其抑制技术
当噪声源为高压小电流时，它对周围电路元件及设备 的干扰主要表现为电容性干扰。
电场耦合 示意图
等效电路图
干扰电压
寄生电容 输入阻抗
U nc
jCmZi 1 jCmZi
En
jCmZi En
干扰源电压
干扰噪声及其抑制技术
在干扰频率1MHz，干扰源电压5V，寄生电容 0.01pF的情况下，干扰输入电压为31.4mV。
第1节 环境干扰噪声
一、常见的干扰类型
（1）外部干扰 （2）内部干扰：
自然界干扰 周围电气设备干扰
动态干扰 固定干扰
二、干扰噪声源 1、电力线噪声
微弱信号检测技术——应用部分
尖峰脉冲 工频电磁场 电网电压波动
2、射频噪声（无线通信设备等）
3、地电位差噪声
如果检测系统的不同部件采用不同的接地点，则这些接地 点之间往往存在或大或小的地电位差。
V1RSC12 RS (C12 C2g ) 1
S j
jV1RC12
jR(C12 C2g ) 1
上 的 被式 噪 干VN表 声 扰明 电 电 ，压路C1由与的2C电干输12容扰入V2耦源电g 合频阻V1而率R、产ω、干生
扰源与被干扰电路之间的杂散
这仅与时取频电 比 C电决率1容 。2容于无可C若耦关C以1V21减1以合。2与、小及产Cω电噪生不2g容声的变的耦电，分噪压合减压干声V小1比扰电成R。，和正压
设干扰源V1加在导线1上，导线2为被干扰电路。导线1在导 线2上产生噪声电压VN。
干扰噪声及其抑制技术
导线1在导线2上产生噪声电压VN 为：
R 1
VN
V1 R 1
SC2 g
R 1
1 SC2g
SC2 g
当
R
1 j(C12 C2g )
时，
当 R VN j(Cj121CC21g2)R时V1，
SC12 R 1 SC2 g
干扰噪声及其抑制技术
辉光放电
（最常见的辉光放电是荧光灯和霓 虹灯。离子碰撞而产生辉光放电。）
4、电器设备噪声
弧光放电 （最典型的弧光放电是电焊，这是一 种金属雾放电。）
火花放电
（在电气设备触点通断的瞬间，触点 处的断续电Leabharlann 会引起火花放电。）电晕放电
（当高压输电线绝缘失效时会产生间 歇脉冲电流，形成电晕放电。）