传感器检测中的八种抗干扰技术分析

本文总结了传感器检测中的八种抗干扰技术，并分析了各种抗干扰技术的细节，如工作效果，适用场景，操作程序和内部原理。文章的开头解释了传感器在现代生活中广泛使用的程度以及传感器在现实生活中使用的问题，这些问题直接确定了抗干扰技术在传感器检测中的重要性。它还关注各种抗干扰技术的不同细节。

介绍

随着现代技术的进步，各种传感器和自动检测装置被广泛用于工业生产中以监控各种生产环节。还需要计算机来控制整个生产过程，其中通常需要数百个不同的传感器来转换用于计算机处理的不同非电参数。

生产现场的电气或磁干扰通常很大，这可能会破坏传感器和计算机甚至整个检测系统的正常工作。因此，抗干扰技术是传感器检测系统的重要组成部分。此外，从事自动检测的人员必须了解抗干扰技术。

出现在电子测量装置的电路中的不需要的信号被称为噪声，并且当噪声影响电路的正常操作时，噪声被称为干扰。在信号传输过程中形成干扰必须有三个因素，即干扰源，干扰路径和对噪声敏感的接收电路。减少或消除噪声干扰的方法可以针对这三个部分中的任何一个采取措施。采取针对干扰路径和接收电路的措施是传感器检测电路中更常用的方法。

细节

以下描述了几种常用且有效的传感器技术-抗干扰技术。

Ⅰ. 屏蔽技术

该容器由金属材料制成，可以有效地防止电场或磁场的干扰，包裹需要保护的电路，这种方法称为屏蔽技术，分为静电屏蔽，电磁屏蔽和低频磁屏蔽等等。

Ⅱ. 静电屏蔽

根据电磁原理，放置在静电场中的密封空心导体内部没有电场线，内部点的电位相等。基于这个原理，我们可以用铜或铝等具有良好导电性的金属材料制作封闭的金属容器，将需要保护的电路放在里面并将其连接到地线，这样外部干扰电场不会影响其内部电路。反过来，内部电路产生的电场不会影响外部电路。这种方法称为静电技术。例如，在传感器测量电路中，在电源变压器的初级侧和次级侧之间插入具有间隙的导体，然后接地，防止两个绕组之间的静电耦合。这种方法属于静电屏蔽。

Ⅲ. 电磁屏蔽


根据涡流原理，高频干扰电磁场在屏蔽金属中产生涡流，这会消耗干扰磁场的能量。也就是说，利用涡流磁场来抵消高频干扰磁场，从而保护受保护电路免受高频电磁场的影响。这种方法称为电磁屏蔽。如果电磁屏蔽层接地，它还具有静电屏蔽功能。传感器的输出电缆通常由铜网屏蔽，铜网具有静电屏蔽和电磁屏蔽。选择具有良好导电性的低电阻材料，例如铜，铝或镀银铜作为屏蔽材料。

Ⅳ. 低频磁屏蔽

如果干扰来自低频磁场，则涡流现象不明显，如果仅使用上述方法，则抗干扰效果不理想。因此，为了将低频干扰磁力线限制在具有小磁阻的磁屏蔽内部，并且为了保护受保护电路免受低频磁场的影响，屏蔽层必须使用高磁导率的材料。该屏蔽方法通常称为低频磁屏蔽。传感器检测仪器的金属外壳用作低频磁屏蔽。接地时，它还起到静电屏蔽和电磁屏蔽的作用。

基于上述三种常见屏蔽技术，复合屏蔽电缆可用于干扰严重的场合，即外层为低频磁屏蔽层，内层为电磁屏蔽层，实现了双重屏蔽。例如，寄生电容是当电容传感器实际工作时必须解决的关键问题，否则，其传输效率和灵敏度应该变低。因此传感器必须采用静电屏蔽，电极引出线采用双层屏蔽技术，通常称为驱动电缆技术，以有效克服传感器的寄生电容。

Ⅴ. 接地技术

接地技术是抑制干扰的有效技术之一，是屏蔽技术的重要保证。适当的接地可有效抑制外部干扰，同时提高测试系统的可靠性，减少系统本身产生的干扰因素。为确保安全并抑制干扰，接地分为保护接地，屏蔽接地和信号接地。接地保护是为了确保安全，因此传感器测量装置的外壳和底盘应接地，接地电阻应为10Ω 或更小。屏蔽接地可以防止电压形成低电阻通路接地，从而防止测量装置的干扰，其接地电阻应小于0.02Ω 。

信号接地是指电子设备的输入和输出的零信号电位的公共线，其可以与地绝缘。信号地线进一步分为模拟信号地线和数字信号地线。模拟信号通常较弱，因此对地线的要求很高。数字信号通常很强，因此对地线的要求可能较低。

不同的传感器检测条件对接地方法也有不同的要求，因此有必要选择合适的接地方式。单点接地和多点接地是常用的接地方法。详细的治疗措施如下。

Ⅵ. 单点接地

在低频电路中，一般建议使用单点接地，分为辐射接地和母线接地。辐射接地是每个功能电路与电路中零电位参考点的直接连接。母线接地是指使用具有一定横截面积的高质量导体作为接地母线，直接连接到零电位点，电路中的功能块可以连接到零电位点。在多点接地的电路中将形成多个接地回路，并且当低频信号或脉冲磁场通过这些回路时将产生电磁感应噪声。由于每个接地回路的不同特性，在不同闭环的点处将产生不同的电位差以形成干扰。应选择单点接地以避免这种情况。


传感器和测量设备可以形成一个完整的检测系统，但两者可能完全不同。工业现场的接地电流非常复杂，因此这两个部分连接到地的点的电位通常是不同的。如果传感器的零电位和测量装置分别在不同的地方接地，即两点接地，大电流将流过信号传输线，内部电阻较低，导致电压下降，导致串联模式干扰。因此，在这种情况下，应该选择单点接地。

Ⅶ. 多点接地

通常建议在高频电路中使用多点接地。在高频电路中，即使是一小块地线也会产生很大的阻抗压降，而且分布电容的作用，则不可能实现单点接地，所以平面接地，也叫多点接地，可以使用。使用良好的导电平面体（例如使用多层电路板）连接到零电位参考点，并且每个高频电路连接到相邻的导电平面体。由于导电平面的高频阻抗非常小，因此基本上保证了每个位置的电位均匀性。此外，通过增加旁路电容可以降低电压降，因此多点接地适合这种情况。


Ⅷ. 过滤技术

滤波器是抑制AC串联模式干扰的有效方法之一。传感器检测电路中常见的滤波电路包括Rc滤波器，AC电源滤波器和DC电源滤波器。

下面描述这些滤波器电路的应用。

Rc过滤器

当信号源是诸如热电偶或应变仪的具有慢信号变化的传感器时，可以优选地通过小体积，低成本的无源Rc滤波器来抑制串联模式干扰。但是，应该提到的是，Rc滤波器以系统响应速度为代价降低了串行模式干扰


a）单个RC滤波器和放大器的连接b）双RC滤波器

c）低通滤波器图形符号d）频率特性

交流电源滤波器

电网吸收各种高频或低频噪声，Lc滤波器通常用于抑制混入电源的噪声。


直流电源滤波器

直流电源通常由多个电路共享。为避免电源内阻引起的几个电路之间的干扰，应在每个直流电源上增加一个Rc或Lc去耦滤波器，以消除低频噪声。


光电耦合技术

光耦合器正在从电到光，然后从光到电。由发光二极管和光电三极管组成，其输入和输出是电绝缘的。因此，除了用于光电控制之外，该装置现在越来越多地用于改善系统的抗共模干扰能力。当驱动电流流过光耦合器中的发光二极管时，光电三极管被光饱和。其发射极输出高，从而达到信号传输的目的。即使输入环路中存在干扰，只要它在阈值范围内，它也不会影响输出。


脉冲电路中的噪声抑制

如果脉冲电路中存在干扰噪声。可以对输入脉冲进行微分然后积分，并且可以设置特定幅度的阈值电压以滤除小于阈值电压的信号。对于模拟信号，可以先使用A / D转换，然后通过这种方法滤除噪声。

当使用这些抗干扰技术，我们应该根据实际情况，不要盲目使用它，否则它不会达到目的，甚至造成其他不良影响。