防干擾在計量中的探索與應用

趙鵬 侯雯

摘 要：本文對防干擾的方法進行探索與研究，從軟硬兩個方面闡述了一些防干擾的方法，并講述了一些常見典型的例子。在我們計量事業中，本文的防干擾方法具有一定的探索研究與實際應用價值。

關鍵詞：防干擾；計量；探索

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.20.040

信號是運載消息的工具，是消息的載體。在通信領域中，信號是表示消息的物理量，如電信號可以通過幅度、頻率、相位的變化來表示不同的消息。在長距離傳輸時，信號由于衰減、噪聲和導線束中其他導線的干擾而退化。干擾是指對有用信號的接收造成損傷。干擾可分兩種，串擾：電子學上兩條信號線之間的耦合現象；無線電干擾：通過發送無線電信號來降低信噪比的方式，達到破壞通信、阻止廣播電臺信號的行為。

防止干擾的方法有很多，如動力線與通信線隔離、在通信線上采用屏蔽層，再如軟硬件濾波等等，本文將防干擾方法分為軟硬件兩部分，從這兩部分來闡述不同的防干擾方法。

1 硬件方法

（1）空間隔離（分開）。信號線與強電線路長距離近尺寸平行布線，相互產生電磁耦合。因此，要避免信號線與強電線路長距離近尺寸平行布線，強電線路與信號線應分線槽敷設，且線槽間保持一定的距離。此外，動力電源與信號電源共用一個，尤其是動力電源為頻繁工作電磁閥之類的設備供電時，對電源電壓的穩定不利，就會對信號的穩定產生影響。在設計時，就應該考慮將動力電源與信號電源分開，各使用一個。（2）鐵氧體磁環。從材質上區分，鐵氧體磁環主要包括鎳鋅鐵氧體磁環和錳鋅鐵氧體磁環。對不同頻率的干擾，采用不同的鐵氧體磁環，鎳鋅鐵氧體磁環適合抑制高頻段的電磁干擾，錳鋅鐵氧體磁環適合抑制低頻端的電磁干擾。在磁環作用下，使正常有用的信號很好地通過。（3）電抗器。變頻器專用電抗器通常安裝在變頻器直流調速器的輸入或輸出端，可抵制變頻器產生的3、5次諧波向電網傳遞，減少變頻產生的諧波對其他元件的干擾。在電容器回路安裝阻尼電抗器（即串聯電抗器），電容器回路投入時起抑制涌流的作用。同時與電容器組一起組成諧波回路，起各次諧波的濾波作用。（4）屏蔽層。導體外部有導體包裹的導線叫屏蔽線，包裹的導體叫屏蔽層，一般為編織銅網或銅泊（鋁），避免干擾信號進入內層，同時降低傳輸信號的損耗，屏蔽層需要接地，外來的干擾信號可被該層導入大地。值得注意的是，屏蔽層需單端接地，否則在屏蔽層上可能形成電勢差，干擾信息。

2 軟件方法

（1）濾波。濾波有硬件濾波和軟件濾波。硬件濾波需要增加硬件成本且后期維護改造較為麻煩，一般多采用軟件濾波。常用的軟件濾波如下：

1）限幅濾波。根據經驗判斷，確定兩次采樣允許的最大偏差值，每次檢測到新值時判斷，本次值與上次值之差是否小于允許的最大偏差值。小于則本次值有效，否則本次值無效，放棄本次值，用上次值代替本次值。2）算術平均濾波。連續取N個采樣值進行算術平均運算，適用于對一般具有隨機干擾的信號進行濾波，這樣信號的特點是有一個平均值，信號在某一數值范圍附近上下波動。3）遞推平均濾波。把連續取N個采樣值看成一個隊列，每次采樣到一個新數據放入隊尾，并扔掉原來隊首的一次數據（先進先出原則），把隊列中的N個數據進行算術平均運算，就可獲得新的濾波結果。對周期性干擾有良好的抑制作用，平滑度高。

（2）擬合。當汽車進入隧道時，車內信號就會被屏蔽，可以充分利用進入隧道前的各項數據擬合出在隧道內的數據，為駕駛員提供參考。這就可以采用擬合的方法，如曲線擬合、模糊控制擬合、神經網絡擬合。

（3）最短按鍵時間。有時由于信號的干擾，或者設備的靈敏度很高，會導致抖動現象的產生，如在點按觸摸屏上的按鍵時，按鍵會被觸發兩次甚至好幾次。這可能會導致一些電磁閥、電機等重復啟動，影響電機的壽命，也可能會導致一些誤操作，后果是不堪設想的。可以在觸摸屏等軟件中，設置最短按鍵時間，如電機啟動按鈕需連續按住1S才會啟動電機。

3 防干擾應用

在計量檢定、校準與檢測中，干擾無處不在，我們應針對干擾采取盡可能多的防干擾措施，提高計量的工作質量。在計量方面，本文例舉幾個常用的防干擾應用，其如下：

（1）隔離技術。常見的隔離技術有光電隔離、繼電器隔離和變壓器隔離等。

在強電電路的切換上，易有火花、電弧等的出現，如果人工參與控制切換，會對人員帶來安全隱患。這時采用隔離技術，人只要通過弱電、光等就可以間接控制強電，這樣就將強電與人分開了，解決強電對人員帶來安全隱患的問題。隔離技術在我們的計量工作中應用十分廣泛。如我們校準移液器的電子天平，把手放在電子天平罩子的光控開關上，電子天平罩子就會相應地開和關，這里面就采用了光電隔離。電子天平內供壓力傳感器與供電子天平罩子執行器的電源也分開，以防供電子天平罩子執行器的電源隨執行器的動作產生波動，給壓力傳感器帶來影響，這也采用了隔離技術。

（2）屏蔽技術。在一些干擾較強的現場，干擾可能影響計量器具的計量精度，這時需要使用屏蔽。如在通訊線和電源線均采用屏蔽層，這樣電源線不會影響周圍的設備，通訊線也不會被周圍的干擾影響。在我們的計量工作中，屏蔽技術也是無處不在，如所有的通訊線基本上都采用了屏蔽層，再如我們的恒溫室，有的采用了屏蔽技術，在里面手機信號收不到信號。

（3）電子秤遞推平均濾波。在稱重時，如果傳感器的靈敏度很高，會導致稱重顯示的數字變動很快，無法準確甚至看不清具體的數值，這時采用遞推平均濾波法，這樣數值就很平滑。在稱重時，物體一般會靜止在上面，數字的波動往往是傳感器靈敏度高或者其他的電磁干擾，遞推平均濾波法很好地解決了上面兩個問題。

4 結束語

本文從軟件和硬件兩個方面來闡述防干擾的方法，例舉了一些典型的方法，但防干擾方法不局限于本文提到的方法，還有很多很多。本文然后又例舉了我們計量工作中常見到的三個防干擾方法的應用，可見在我們的計量工作中，防干擾方法無處不在。本文例舉的防干擾方法在計量工作中具有一定的實際應用價值，值得我們深一步去探索、研究與應用。

參考文獻：

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