第7章 传器与检测系统的干扰抑制技术

测控系统原理第7章习题解答第7章习题解答1、电路输⼊阻抗⾼，是否容易接收⾼频噪声⼲扰?为什么?答：电路输⼊阻抗⾼，是容易接收⾼频噪声⼲扰。

因为电路所接收的⾼频噪声⼲扰的电压与噪声⼲扰的频率成正⽐，与电路的输⼊阻抗成正⽐。

2、接地⽅式有⼏种?各适⽤于什么情况?答：接地⽅式有单点接地（串联单点接地和并联单点接地）和多点接地两种⽅式。

单点接地主要⽤于低频系统，不能⽤于⾼频信号系统。

因为这种接地系统中地线⼀般都⽐较长，在⾼频情况下，地线的等效电感和各个地线之间杂散电容耦合的影响是不容忽视的。

当地线的长度等于信号波长(光速与信号频率之⽐)的奇数倍时，地线呈现极⾼阻抗，变成⼀个发射天线，将对邻近电路产⽣严重的辐射⼲扰。

多点接地⽅式多⽤于⾼频系统。

多点接地不能⽤在低频系统中，因为各个电路的地电流流过地线汇流排的电阻会产⽣公共阻抗耦合噪声。

3、信号传输线屏蔽层接地点应怎样选择?答：当放⼤器接地⽽信号源浮地时，屏蔽层的接地点应选在放⼤器的低输⼊端，此时出现在放⼤器输⼊端之间的噪声电压⼏乎为零。

当信号源接地⽽放⼤器浮地时，信号传输线的屏蔽应接到信号源的低端，此时出现在放⼤器输⼊端之间的噪声电压⼏乎为零。

4、何谓“接地环路”?它有什么危害?应怎样避免?答：当信号源和系统地都接⼤地时，两者之间构成的环路称为接地环路，如下图所⽰, 通常信号源和系统之间的距离可达数⽶⾄数⼗⽶，由于⼤地电阻和地电流的影响，将使这两个接地点之间存在电位差——地电压G V 。

由等效电路下图（b ）可见，地电压G V 在系统的两输⼊端将形成⼲扰电压N V ，⽽且N V ⼤⼩⼏乎接近G V ，因此其影响不可忽略。

为了避免形成接地环路产⽣⼲扰，应改为⼀点接地，并保持信号源与地隔离，如上图（a ）所⽰。

图中Rsg 为信号源对地的漏电阻，由等效电路上图（b ）可见，由于Rsg ⾮常⼤，地电压G V 在系统的两输⼊端将形成⼲扰电压N V 将远远⼩于G V ，⽐信号源接地时的⼲扰电压⼤有改善。

无线传感器中的电磁干扰抑制技术在当今科技飞速发展的时代，无线传感器已经成为了众多领域中不可或缺的一部分。

从智能家居到工业自动化，从环境监测到医疗保健，无线传感器凭借其便捷性和灵活性，为我们的生活和生产带来了巨大的改变。

然而，在其广泛应用的同时，电磁干扰问题也逐渐凸显出来。

电磁干扰可能会导致传感器数据的不准确、传输的中断甚至整个系统的故障，严重影响了无线传感器的性能和可靠性。

因此，研究和应用有效的电磁干扰抑制技术显得尤为重要。

首先，我们需要了解一下什么是电磁干扰。

电磁干扰是指任何可能影响电子设备正常运行的电磁现象。

它可以来自外部源，如其他电子设备、电力线、无线电发射台等，也可以由设备内部的电路产生。

对于无线传感器来说，由于其工作环境的复杂性和无线传输的特性，更容易受到电磁干扰的影响。

那么，电磁干扰是如何影响无线传感器的呢？一方面，它可能会在传感器的接收端引入噪声，使得接收到的信号变得模糊不清，从而导致数据的错误解读。

另一方面，强烈的电磁干扰可能会直接阻塞传感器的无线传输通道，导致数据无法正常发送和接收。

此外，电磁干扰还可能会影响传感器的电源供应，造成供电不稳定，进而影响传感器的工作性能。

为了有效地抑制电磁干扰，我们可以从多个方面入手。

首先是硬件方面的措施。

在传感器的设计和制造过程中，选用具有良好电磁兼容性的电子元件和材料是至关重要的。

例如，使用屏蔽性能良好的导线和电缆，可以有效地减少外部电磁场对信号传输的影响。

此外，合理的电路板布局和布线也能够降低电磁干扰的产生和传播。

通过将敏感电路与干扰源分开，并尽量缩短信号线路的长度，可以减少信号的衰减和干扰。

滤波器的应用也是一种常见的电磁干扰抑制手段。

滤波器可以允许特定频率的信号通过，而将其他频率的干扰信号滤除。

在无线传感器中，通常会在电源输入端和信号传输线上安装滤波器，以去除电源中的杂波和信号中的干扰成分。

常见的滤波器有低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器等，根据具体的干扰情况选择合适的滤波器类型可以有效地提高系统的抗干扰能力。

检测信号的干扰及其抑制技术一、检测信号的干扰电子测量系统在工作过程中，可能会出现某些不正常现象，例如输出不稳定、零点漂移、严重失真或超差等。

产生这些现象的原因，可能是电子测量系统本身电路结构、器件质量、制造工艺等存在问题，也可能是电子测量系统受外部的工作环境，如电源电压波动、环境温度变化或其他电气设备的影响等。

这些来自内部和外部、影响电子测量装置正常工作的各种因素，统称为“干扰”。

二、抗干扰的措施——防护为了消除或减弱各种干扰对电子测量系统正常工作的影响，必须采取必要的技术措施。

各种抗干扰的技术措施总称为“防护”。

防护的任务是消除或减弱各种干扰对电子测量系统正常工作的影响，防护的手段是设法割断或减弱电子测量系统与外界有害的联系，而同时又不同损害那些为了进行测量所需要的联系。

三、检测信号的抑制技术1.机械的干扰及抑制机械的干扰是指由于机械振动或冲击，使电子测量系统中的电气或电子元件发生振动、变形，从而改变了系统的电气参数，造成了可逆或不可逆的影响。

对于机械的干扰主要采取减振措施来解决，例如使用减振弹簧或减振皮垫等。

2. 热的干扰及抑制电子测量系统在工作时产生的热量所引起的温度波动和环境温度的变化等，都会导致电路与元器件参数发生变化(温度漂移)，或产生附加的热电势等，从而影响系统的正常工作，这就是热的干扰。

对于热的干扰，工程上通常采取热屏蔽、恒温设备、对称平衡结构、温度补偿元件等措施来进行抑制。

3. 光的干扰及抑制在电子测量系统中广泛使用着各种半导体元器件，这些半导体材料在光线的作用下，会激发出电子-空穴对，使半导体元器件产生电势或引起阻值的变化，从而影响电子测量系统的正常工作，这就是光的干扰。

因此，半导体元器件应封装在不透光的壳体内。

对于具有光敏作用的元件，尤其应该注意光的屏蔽问题。

4. 湿度变化的干扰及抑制湿度增加会使绝缘体的绝缘电阻下降、漏电流增加，会使高值电阻的阻值下降，会使电介质的介电常数增加，等等。

第7章传感器与检测系统的干扰抑制技术教学要求1．了解噪声干扰的来源及噪声的耦合方式。

2．掌握噪声的干扰模式。

3．掌握硬件和软件抗干扰技术。

教学课时8学时教学内容:7.1 噪声干扰的形成一、干扰与噪声噪声：任何不希望有的信号，即在有用频带内的任何不希望出现的干扰。

干扰的来源：系统内部干扰；系统外部的干扰形成干扰的三个条件：干扰源、干扰的耦合通道（耦合方式）、干扰的接收电路。

干扰的耦合方式包括电容性耦合（电路的寄生电容）、互感性耦合、公共地线的耦合、漏电耦合、辐射电磁场耦合等。

PN之比，通常用S/N表示，即在测量过程中应尽量提高信噪比，以减少噪声对测量结果的影响。

7.1.1噪声源1．机械干扰机械干扰是指机械振动或冲击使电子检测装置中的元件发生振动，改变了系统的电气参数，造成可逆或不可逆的影响。

2．湿度及化学干扰当环境相对湿度增加时，物体表面就会附着一层水膜，并渗入材料内部，降低了绝缘强度，造成了漏电、击穿和短路现象；潮湿还会加速金属材料的腐蚀，并产生原电池电化学干扰电压；在较高的温度下，潮湿还会促使霉菌的生长，并引起有机材料的霉烂。

3．固有噪声干扰在电路中，电子元件本身产生的、具有随机性、宽频带的噪声称为固有噪声。

最重要的固有噪声源是电阻热噪声、半导体散粒噪声和接触噪声等。

固有噪声可以从喇叭或耳机中反映出来，但更多的时候是反映在输出电压的无规律跳变上。

4．电、磁噪声干扰电磁干扰源分为两大类：自然界干扰源和人为干扰源，后者是检测系统的主要干扰源。

（1）自然界干扰源包括地球外层空间的宇宙射电噪声、太阳耀斑辐射噪声以及大气层的天电噪声。

后者的能量频谱主要集中在30MHz以下，对检测系统的影响较大。

（2）人为干扰源又可分为有意发射干扰源和无意发射干扰源。

7.1.2噪声的耦合方式噪声要引起干扰必须通过一定的耦合通道或传输途径才能对检测装置的正常工作造成不良的影响。

常见的干扰耦合方式主要有静电耦合、电磁耦合、共阻抗耦合和漏电流耦合。

教学大纲课程名称：传感器与检测技术课程类别：专业基础课适合专业：数控技术、机电一体化、电气自动化、检测技术（课程80学时）课程要求：必修课程先修课程：大学物理、电路基础、电子技术和微机原理等开课时间：第4学期传感器与检测技术是高等院校数控技术、机电一体化、电气自动化、检测技术类专业教学计划中一门必修的专业基础课。

本课程主要研究各类传感器的机理、结构、测量电路和应用方法，主要包括常用传感器、近代新型传感技术及信号调理电路等内容。

本课程的目的和任务是使学生通过本课程的学习，掌握常用传感器的基本原理、应用基础，并初步具有检测和控制系统设计的能力。

第一章检测技术的基础知识(3学时)基本概念（敏感元件、变换器、检测技术、测系统的组成及特点、传感器及检测技术的发展）；；误差分析及处理技术第二章传感器的基本概念（4学时）传感器的基本概念、基本特性（静态特性、动态特性、静、动态特性标定）及其选用。

第三章常用传感器的工作原理及应用（15学时）通过对电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、压电式传感器、霍尔传感器、热敏传感器的学习，掌握各种测量几何量的传感器的基本结构、工作原理、测量转换电路；熟悉几何量测控所需传感器的应用和选用。

第四章数字式传感器（7学时）掌握光栅数字式传感器、磁栅数字式传感器、感应同步器、编码器的工作原理及其应用。

第五章新型传感器（5学时）了解仿生传感器、光纤传感器、微型传感器、集成传感器的工作原理及应用和新型传感器研发的重点领域。

第六章传感器与检测系统的信号处理技术（5学时）通过对电桥电路、信号的放大与隔离、信号的变换的学习，重点掌握检测系统的信号放大与变换电路的处理技术。

第七章传感器与检测系统的干扰抑制技术（3学时）学习噪声干扰的形成、硬件抗干扰技术、软件抗干扰技术，熟悉检测系统的各种干扰拟制技术。

第八章典型非电参量的测试方法（7学时）熟悉掌握各种测量几何量的测试方法和传感器的选用原则。

包括：应变的测量、力及压力的测量、位移的测量、振动的测量、流量的测量。