試論機電一體化中常用的干擾抑制技術

袁新亮

摘 要：機電一體化系統使用微電子器件處理與控制信息，但是身為不可缺少的核心部件，微電子器件非常容易受到電子干擾的影響，再加上其本身由半導體制成，所以其本身便是一個寬頻帶的干擾源，因此其所受到的干擾是非常明顯的。針對機電一體化系統所受到的干擾，操作者需要掌握干擾抑制技術，本文試對機電一體化系統中常用的干擾抑制技術進行簡單研究分析。

關鍵詞：機電一體化；干擾抑制技術；電磁干擾；傳感器

對于機電一體化系統來說，其最為重要的組成部分便是傳感器、微處理器以及電路，其接受來自傳感器的各類信號，在長距離傳輸后經由接口電路被導入微處理器，在這一運行過程中，機電一體化系統頻繁受到電磁干擾，其運行狀況將會大大折扣。對此，應該從干擾抑制技術入手，通過在安裝調試、運行維護等環節應用干擾抑制技術，以此來確保機電一體化系統的穩定運行。

一、概述

（一）何為機電一體化

機電一體化又被稱為“機械電子學”，這種技術集信息技術、微電子技術、電工電子技術以及機械技術為一體，將接口技術、傳感器技術、信號變換技術有機結合在一起，于現實中實現廣泛的應用。目前，機電一體化技術的研究目標是將信息技術與微電子技術、機械技術更好地融合在一起，以實現機電一體化系統的最優化，在這個系統中，各項技術都能發揮出自身的長處，昭顯出自身的特點，機械產品因此而不斷更新換代。目前，市面上的自動化生產設備，便是機電一體化的發展產物。

（二）干擾要素

電磁干擾猶如病毒侵犯人體，都需要具備三個條件，其一為“源頭”，其二為“傳播途徑”，其三為“敏感體”。對于機電一體化系統來說，變壓器、繼電器、微波設備以及電機等可以發出干擾信號的設備均可以成為干擾源，此外，宇宙射線、太陽以及雷電也會帶來干擾，因此同樣是干擾源。按照其干擾對象的不同，可以分為設備干擾（如絕緣不好、接地不完善、設備漏電等）、空間干擾（如磁場、電場、廣播、電話、太陽等）以及供電干擾（如斷電、浪涌、尖峰、噪聲等）。

二、干擾抑制技術

（一）物理屏蔽技術

將一體化系統的器件、受擾電路從干擾源周圍遠遠隔開，可以降低受干擾的程度，事實上，干擾程度大多與距離遠近有著密切的聯系，一般而言，干擾力度=距離x距離，每增加1倍的距離，干擾程度就會降低1/4。基于這樣的客觀狀況，可以有計劃地進行設備與器件的安裝與布線，如：低電模擬信號→一般數字電路→交流控制裝置→直流動力裝置→交流動力裝置，如此可以避免因系統干擾而出現故障。

（二）濾波技術

濾波技術主要針對交流電源線上存在的輸入干擾、瞬變干擾，當然，信號傳輸線中存在的感應干擾也在其針對范圍之內。目前，常見的濾波器主要有壓敏電阻、電容以及電感。以交流電源濾波器為例，電源濾波器既可以對外來的高頻干擾產生抑制效果，也能阻斷開關電源由內向外發出的干擾。對于從工頻電源、雷擊中產生的瞬變干擾，可以通過電源濾波器進行濾除。這種技術的實行要點有如下幾點：①濾波器在安裝時應將位置選擇上機箱底部，距離電源盡可能近，下方放有墊板，未經濾波器的電源線不要迂回布置，若此節段長度過長，則應加以屏蔽。②電源為柜體周邊的照明設備、電磁開關直接供電，若這些干擾源被安裝在柜體中，則應將這類負載引接到濾波器上，或是單為其加裝濾波器。③電源濾波器的外殼應通過祖線與機柜外殼直接連接，二者距離應盡可能短，將濾波器的輸出線路與輸入線路分離開來，輸出線使用屏蔽線或雙絞線，其中屏蔽線需接地。

（三）接地技術

在抗干擾技術中，接地技術的可行性已經得到了證實，這技術要求控制系統、電子系統均具有一個公共參考電位，將所有參考電位連接在一起，形成一條“接地線”，當這條地線與公共底板、設備外殼、柜體框架相連接，即為浮地系統；若這條地線與大地相連，即為接地系統。目前，常用的接地系統可分為三類，其一為保護接地，其二為系統接地，其三為屏蔽接地。其中保護接地因其保護人與設備安全這一目標而得名，將強電設備的外殼、底座、金屬手柄以及柜體框架與大地連接，若在普通環境下能保持電壓<48V，在潮濕環境下保持電壓<24V，則可稱之為妥善接地。系統接地按照連接方式的不同可分為直接接地、浮地系統以及經電容電阻接地三類，系統基準電位直接與大地相連。屏蔽接地的靜電屏蔽要求必須接地，屏蔽電纜的絕緣保護套不可破損，當頻率>10MHz時，應通過多點接地來預防出現集膚效應與天線效應。在使用雙重屏蔽電纜時，外屏蔽層應與屏蔽地線相接，內屏蔽層應與系統地線相接。治愈交流電源的進線屏蔽層與線路濾波器的外殼或接地端子，應該與保護地線相接。對于單獨一臺的小型裝置，可在機箱內部安裝專用的屏蔽接地端子，且所有屏蔽層都應與此端子相接；若控制柜屬大型，則應該在機柜中安裝屏蔽基地母線，并在個性比曾中與屏蔽接地母線就近連接，隨后與其他接地線相連，最終在一處進行集中接地。

（四）屏蔽技術

1.靜電屏蔽

不同的電路之間可能因為分布電容精合而出現一定的干擾，靜電屏蔽對這種干擾有較強的針對性，通過將屏蔽物與大地相接可以實現有效的靜電屏蔽。一般而言，可以使用銅、鋁等低電阻金屬制成屏蔽罩，將其與機殼或大地可靠相連。

2.低頻磁場屏蔽

針對低頻磁場，可以使用具有高導磁率的軟磁材料來制備屏蔽罩，所制成的屏蔽罩或呈管狀，或呈杯狀，將干擾源覆蓋后可以把磁場干擾“困”在屏蔽罩中，同時，外界存在的低頻干擾磁場也無法對屏蔽罩中的電路、器件造成明顯的干擾。當然，若是想發揮出更好的低頻磁場屏蔽效果，可以設置雙重屏蔽甚至多重屏蔽。

3.電磁屏蔽

針對高頻的電磁干擾，可以采用反射、吸收的方式來承載、排除電磁能量。針對低頻的電磁干擾，可以通過加厚屏蔽無或采用先進的抗磁材料來屏蔽電磁干擾。相較于靜電屏蔽，電磁屏蔽即使沒有使屏蔽物與大地相接也能發揮屏蔽作用。

結語：

機電一體化設備在運行中經常遭受電磁干擾，為其采用電磁屏蔽、接地技術、濾波技術、物理屏蔽技術等常見干擾抑制技術可以有效預防電磁干擾，確保設備的正常運行。

參考文獻：

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