第六章信号的干扰及其抑制

（2）磁场屏蔽
磁场屏蔽是为了抑制磁场的耦合干扰。随 着频率的不同，其屏蔽原理和使用的屏蔽材料 也不同。 •低频磁场屏蔽
用具有高导磁率的铁磁材料将干扰源屏蔽起 来，使干扰源产生的磁通被引导至铁磁材料中， 而不与被干扰电路交连。 注：屏蔽罩应有足够的厚度
•高频磁场屏蔽
高频磁场屏蔽是利用电磁感应现象在屏蔽壳 体表面所产生的涡流的反磁场来达到其目的。因 此，希望屏蔽体上形成的涡流越大越好。 屏蔽材料采用良导体。由于高频集肤效应， 涡流仅在屏蔽盒表面薄层流通，高频屏蔽盒无 需做得很厚。对于屏蔽导线，通常采用多股线 编织网，多股线在相同体积下有更大的表面积。
设A、B环节的静态灵敏度分别为S1和S2，整个 系统的输入为x，输出为y，可得：
x g S1 x
y S 2 xi Zi xi xg Z g Zi Zi y S1 S 2 x S1 S T S 2 x S x Z g Zi S 系统的总灵敏度 ST 传递环节的灵敏度
三、 感性（磁场）耦合
两个电路之间存在互感时，当干扰源是以电 源形式出现时，此电流所产生的磁场通过互感耦 合对邻近信号形成干扰。
由互感耦合在导 线2上形成的感应 电压为:
干ຫໍສະໝຸດ Baidu源 耦合电感
jMI V 2 1
jMI V 2 1
由上式可得以下结论： •互感耦合干扰电压与干扰源的频率成正比。 •感应电压与互感量成正比。
•高频磁场屏蔽
高频磁场屏蔽是利用电磁感应现象在屏蔽壳 体表面所产生的涡流的反磁场来达到其目的。因 此，希望屏蔽体上形成的涡流越大越好。 屏蔽材料采用良导体。由于高频集肤效应， 涡流仅在屏蔽盒表面薄层流通，高频屏蔽盒无 需做得很厚。对于屏蔽导线，通常采用多股线 编织网，多股线在相同体积下有更大的表面积。
二、干扰的形成
干扰源
干扰通道
受感器
信号
三、研究干扰问题的方法和步骤
• 弄清噪声源 • 弄清对干扰敏感的电路 • 了解噪声是如何传输和通过什么途径 传输的。
第二节 干扰源
一、干扰的分类
按照干扰形成的原因分： 人为干扰 按照干扰源的位置来分： 外部干扰 自然干扰
内部干扰
按照干扰原理分：
有电场干扰 磁场干扰 电磁场干扰
按照干扰的波形特征分：
•正弦型、脉冲型干扰
• 稳态型、瞬态型干扰
• 周期型、非周期型干扰
按照干扰的频谱分： • 有低频、高频干扰 • 窄带、宽带干扰
二、外部干扰
1.自然干扰 大气层发生的自然现象所引起的干扰以及来 自宇宙的电磁辐射干扰。
2.电气设备干扰（对测试装置正常工作的影响较为严重） 电气设备所产生的干扰：放电干扰、工频 干扰、开关干扰及射频干扰等。
三、内部干扰
内部干扰：设备内部由于设计不良或某些器件工 作所形成的干扰。 长期干扰：温差电势、热噪音、 信号耦合、工频纹波等。
内部干扰
瞬时干扰：转接过程、微音干 扰、压电效应等。
第三节 干扰耦合
一、电阻耦合
• 公共电源线和 地线所存在的电 阻，在电路间形 成干扰。
导线存在电压降，使各电路实际供电电压 以及接地电压都受到其它电路电流的影响。
•独立地线并联一点接地 可避免电阻耦合干扰， 最适用于低频 存在问题：布线复杂，接地线长而多，由于 存在分布电感与分布电容，随着频率升高， 地线间的感性耦合、容性耦合越趋严重，并 且长线也会成为辐射干扰信号的天线，因此 不适用于高频。
•多点接地方式
适用高频段。在多点接地时，地线常用导电线连成网 （或是一块金属网板），各电路单元分别以最短连线接 地，以降低接地阻抗。
1．静态负载效应
例：用一个直流电 压表测量直流电压， 电压（被测电压） （a）被测系统 为Eg 。
Ri 电压表实际的输入电压： Ei Eg Rg Ri
（b）电流表
当Ri>>Rg时，可认为Ei=Eg,使测量误差尽量小。
•在静态的势变量测量中，有两个测量环节相串 联：
信号在两个环节间的传递
Zi 从上例推广得： xi xg Z g Zi
耦合电容 电路 干扰源
由等效电路可得：
V s
jCZ s Vg 1 jCZ s
一般jω CZs<<1，忽略分母中jω CZs并取模，得：
Vs CZ sVg
由上式可得以下结论： •频率越高，干扰越大。 •干扰电压Vs正比电路的输入阻抗Zs。 • 与耦合电容C成正比。
减小电容耦合的方法：通常ω 及Zs由设备的性 能指标所确定，因此减小耦合电容C是抑制干扰 的必要措施。
减小电感耦合的方法：减少互感量是抑制磁场耦 合干扰的关键。互感量与导线的尺寸、形状、距 离有关，在直流测量装置中,布线时应使直流控 制线与交流动力线处于垂直方向。
第四节 干扰抑制技术
针对三要素采取措施： •消除或抑制噪声源； •阻截干扰传递途径； •削弱接收电路对噪声干扰的敏感性.
一、屏蔽技术
电磁屏蔽：用导电体或导磁体做成外壳，将干扰 源或信号电路罩起来，使电磁场的耦合受到很大 的衰减。 （1）电场屏蔽 用导电性能良好金属作屏蔽盒，干扰源被屏蔽 起来，并将屏蔽罩接地。如果屏蔽罩不接地，其 耦合干扰更为严重。 如果干扰源不屏蔽，而将信号电路屏蔽，所 得结果与上述屏蔽类似。
(1)放电干扰
• 电晕放电(如高压输电线); • 辉光放电(如荧光灯、霓红灯、闸流管); • 弧光放电(如电焊); • 火花放电(如点火系统、电火花加工)。
(2)工频干扰 供电设备和输电线造成工频干扰。 (3)射频干扰 无线电广播、电视、雷达通过天线发射强 烈的电波，高频加热电器也会产生射频辐射。
3、电缆屏蔽层的接地 当放大器与传感器距离较远时，信号传输 线都要采用屏蔽导线，并且屏蔽层应接地，以 防止外界干扰。
三．隔离技术
1．隔离变压器 采用隔离变压器可以阻隔地环路电流。
图1 地环路干扰
图2 变压器阻隔地环
2．光电耦合
采用光电耦合可以截断两电路之间的地环 路。在数字电路中普遍采用。
3．隔离放大器 在模拟系统前端用浮地的隔离放大器能避 免形成地环路。隔离放大器使输入电路、输出电 路、电源电路三者无公共地线。
阻抗Z以及输入x和输出y表示成频率的函数。
B环节与A环节串接时，对势变量传递的影响 程度为 ：
Z i ( j ) X i ( j ) X g ( j ) Z g ( j ) Z i ( j )
传递环节的频率响应函数为 ：
Z i ( j ) H T ( j ) Z g ( j ) Z i ( j )
本章内容及要求
主要内容:介绍干扰的种类、传输途径和抑 制干扰的措施和方法。 本章要求:了解各种干扰源及干扰源对信号 产生干扰的机理；了解常见抑制干扰的措 施和方法。

信号的干扰及其抑制
第一节 概述
一、干扰对测试装置的影响
各种测试装置普遍存在着干扰，严重的干扰 甚至会使测试系统不能正常工作。
信号的干扰及其抑制
总频率响应函数 ：
H ( j ) H1 ( j ) H T ( j ) H 2 ( j )
注：串接的各环节的频率响应函数应满足不失真 的条件，同时要求HT(jω)在被传递的信号的频带 范围内，也满足不失真的条件 。
• 模拟系统和数字系统的 公共接地线电阻产生干扰
i数 i模
i模
Rcm
i数
即使Rcm很小，数字电流也会在其两端形成 较高电压，使模拟系统的接地电压不等于零。
消除电阻耦合的方法： 采用单点供电与单点接地。但在相当多的 电路中难免使用公共电源线和地线，此时应尽 量将公共线缩短、加粗。
二、容性（电场）耦合（干扰源为电压形式）
二、接地技术
1．安全接地 为了人身和设备的安全，电子设备的机壳、底 座都应接大地。 2．信号接地 信号接地是指各信号的公共参考电位线。以直 流电源的正极线或负极线作为信号地线。
信号接地的三种形式 •共用地线串联一点接地 从抑制电阻耦合角度看， 这种接地方式最不可取，尤 其是强电流电路对弱信号电 路干扰更为严重。采用这种 接地方式时，应把弱信号电 路放在接地点最近处。
例：电流表测电流。 被测系统中的电流 为Ig。 Eg Ig Rg 接入电流表后，流经电流表的电流为： Eg Rg Ii Ii Ig Rg Ri Rg Ri
•静态流变量检测的串接系统中有：
x
Zg Z g Zi
xg

ST
Zg Z g Zi
2．动态负载效应
第六节 负载效应
被测对象
传感器
信号 调理
显 示 记 录
干扰
负载效应:在两个测量环节串联时，由于阻抗配 合的不同对信号传递造成的干扰。
一、负载效应的一般关系
电功率=电压×电流 势变量 流变量
机械功率=力(扭矩) ×速度(角速度)
势变量 广义阻抗：Z 流变量
研究负载效应要解决的问题: 在达到信号（势变量或流变量）有效地传 递的同时，后一个环节（仪器）从前一环节 （仪器）吸取的能量尽量小。