解決電路系統中噪聲干擾的技術研究

【摘要】電路系統在自動化系統中廣泛應用，其可靠性應該引起高度重視，在使用中應該注意提高設備的抗干擾能力以及解決噪聲干擾問題。

【關鍵詞】光電耦合；模擬信號；工作電源

一、噪聲產生的根源

（1）內部噪聲。內部噪聲是由傳感器或檢測電路原件內部帶電顆粒的無規則運動產生，如熱噪聲、接觸不良引起的噪聲等。（2）外部噪聲。外部噪聲是由傳感器檢測系統外部人為或自然干擾造成的。外部噪聲的來源主要為電磁輻射，當電機、開關及其他電子設備工作時會產生電磁輻射。在檢測系統中，由于原件之間或電路之間存在著分布電容或電磁場，因而容易產生寄生耦合現象。在寄生耦合的作用下，電廠、磁場及電磁波就會引入檢測系統，干擾電路的正常工作。

二、噪聲的抑制方法

（1）接地。“地”是電路或系統中為各個信號提供參考點位的一個等電位點或等電位面。所謂“接地”就是將某點與一個等電位點或等點未眠之間用低電阻導體連接起來，構成一個基準電位。電路或系統接地是為了清除電流流經公共地線阻抗時產生噪聲電壓，也可以避免受磁場或地電位差的影響。接地設計的兩個基本要求是：一是消除各電路電流流經一個公共地線阻抗時所產生的噪聲電壓；二是避免形成接地環路，引進共模干擾。處理這些地線的基本原則是盡量避免或減少由接地所引起的各種干擾，同時要便于施工，節省成本。（2）屏蔽。由于檢測儀表或控制系統的工作現場往往存在強電設備，這些設備的磁力線或電力線會干擾儀表或系統的正常工作。為了防止這種干擾，可利用低電阻的導電材料或高導磁率的鐵磁材料制成容器，對易受干擾的部分如元件、傳輸導線、電路及組合件實行屏蔽，以達到阻斷或抑制各種內外電磁或電場干擾的目的。屏蔽可分為三種，即電場屏蔽、磁場屏蔽及電磁屏蔽。電場屏蔽主要用于防止元器件或電路間因分布電容耦合形成的干擾。磁場屏蔽主要用來消除元器件或電路間因磁場寄生耦合產生的干擾，磁場屏蔽的材料一般選用高磁導系數的磁性材料。電磁屏蔽在屏蔽金屬內部產生渦流而起屏蔽作用。電磁屏蔽的屏蔽體可以不接地，但一般為防止分布電容的影響，可以使電磁屏蔽的屏蔽體接地，起到兼有電廠屏蔽的作用。電場屏蔽體必須可靠接地。（3）隔離。當電路信號在兩端接地時，容易形成地環路電流，引起噪聲干擾。這時，常采用隔離的方法，把電路的兩端從電路上隔開。隔離方法主要采用變壓器隔離和光電耦合器隔離。在兩個電路之間加入隔離變壓器可以切斷地環路，實現前后電路的隔離，變壓器隔離只適用于交流電路。在直流或超低頻測量系統中，常采用光電耦合的方法實現電路的隔離。

為了提高測控系統的可靠性，僅靠硬件抗干擾措施是不夠的，需要進一步借助軟件措施克服某些干擾。軟件抗干擾技術是當系統受干擾后使系統恢復正常運行或輸入信號受干擾后去偽存真的一種輔助方法。因此，軟件抗干擾是被動措施，而硬件抗干擾是主動措施。采用軟件抗干擾的最根本前提條件是：系統中抗干擾軟件不會因干擾而損壞。在單片機測控系統中，由于程序有一些重要常數都防止在ROM中，這就為軟件抗干擾創造了良好的前提條件。因此，軟件抗干擾的設置前提條件概括為：（1）在干擾作用下，微機系統硬件部分不會受到任何損壞，或易損壞部分設置有監測狀態可供查詢。（2）程序區不會受干擾侵害。系統的程序及重要常數不會因干擾侵入而變化。對于單片機系統，程序及表格、常數均固化在ROM中，這一條件自然滿足；而對于一些在RAM中運行用戶引用程序的微機系統，無法滿足該條件。當這種系統因干擾造成運行失常時，只能在干擾過后，重新向RAM區調入應用程序。（3）RAM區中的重要數據不被破壞，或雖被破壞可以重新建立。通過重新建立的數據，系統的重新運行不會出現不可允許的狀態。這些數據被破壞后，往往只引起控制系統一個短期波動，在閉環反饋環節的迅速糾正下，控制系統能很快恢復正常，這種系統都能采用軟件恢復。

軟件抗干擾技術所研究的主要內容：其一是采取軟件的方法抑制疊加在模擬輸入信號上噪聲對數據采集結果的影響，如數字濾波器技術；其二是由于干擾而使運行程序發生混亂，導致程序亂飛或陷入死循環時，采取使程序納入正規的措施，如軟件陷進等。這些方法可以用軟件實現，也可以采用軟件硬件相結合的方法實現。

參 考 文 獻

[1]蔣紅平主編．數控機床維修[M]．北京：高等教育出版社

[2]周炳文主編．實用數控機床故障診斷及維修技術500例[M]．北京：中國知識出版社

[3]陳蘇波等主編．三菱PLC快速入門與實例提高[M]．北京：人民郵電出版社

[4]孫傳友主編．測控系統原理與設計[M]．北京：北京航空航天大學出版社

[5]柳桂國主編．檢測技術及應用[M]．北京：電子工業出版社

[6]曹學軍等譯．測量儀表與測量技術[M]．北京：機械工業出版社

[7]王伯雄等譯．測量系統應用與設計[M]．北京：電子工業出版社