数据数据采集与处理技术ch11-抗干扰
第14章 数据采集系统的抗干扰技术
14.1 数据采集系统中常见的干扰 14.2 供电系统的抗干扰 14.3 模拟信号输入通道的抗干扰 14.4 接地问题 14.5 数据采集软件的抗干扰
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第14章 数据采集系统的抗干扰技术
14.1 数据采集系统中 常见的干扰
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14.1 数据采集系统中常见的干扰
干扰指有用信号以外的噪声，在信号输入、 传 输和输出过程中出现的一些有害的电气变化现象。
从干扰 源分
— 系统内电路的干扰，如信
内部干扰 号间的串扰、长线传输阻抗
失配时反射噪声、负载突变 噪声及馈电系统的浪涌噪声
外部干扰
— 外界窜入系统的干 扰，如闪电、雷击，电 器设备发出的电磁干扰 等）
磁场干扰 — 交变电磁场感应 干扰
电磁干扰 — 大功率高中频电 磁辐射干扰
电导通路 — 各回路之间的公 耦合干扰 共阻抗干扰
漏电耦 — 电路绝缘不良出现 合干扰 漏电流产生的干扰
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14.1 数据采集系统中常见的干扰
从干扰信 号关系分
差模干扰
— 干扰信号与被测信 号串联产生的干扰
USN=US+UN
共模干扰 — 信号地与仪器地 （大地）之间产生的干扰
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14.2 供电系统的抗干扰
当系统中使用继电器、磁带机等电感设 备时，向采集系统电路供电的线路应与向继 电器等供电的线路分开，以避免在供电线路 之间出现相互干扰。
220V～
稳 交压 流器变 隔压 离器分 数器 布 衰参 减滤 低波 通器稳 直压 流器
至数据 采集电路
交流 隔离 低通 稳压器变压器滤波器
共线上，某一负载的变化引起的压降，都 会影响其它负载。 ➢若公共线不能避免，则必须把公共线加粗， 以降低阻抗。
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14.3 模拟信号输入通道 的抗干扰
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14.3 模拟信号输入通道的抗干扰 干扰来源：主要是因公共地线所引起。 1. 隔离干扰
什么是〞隔离干扰〞 ？
隔离干扰-- 从电路上把干扰源与敏感电路部分 隔离，使它们之间不存在电的联 系，或者削弱它们之间电的联系。
~
UCM
图14-7 环路电流的干扰
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14.2 供电系统的抗干扰
消除共模干扰的方法：
～
电网
隔离变压器
数据采集 系统电源
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14.2 供电系统的抗干扰 采用电源低通滤波器 背景情况：电网的干扰大部分是高次谐波。
解决方法：采用低通滤波器来滤除大于50Hz 的高次谐波，以改善电源的波形。
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14.2 供电系统的抗干扰
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14.1 数据采集系统中常见的干扰
US f
UN ~
A
U SN
数据采集
电路
E
(a)
= U SN U S + U N
US
UN
(b)
串模干扰
A
S-
B
信号地
E
信号电压
数据 采集 电路
~N
仪器地
F
共模干扰后的采样信号电压
US UN
共模干扰
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干扰对数据采集系统的影响
微机数据 采集系统
干扰入侵系统的途径
14.2 供电系统的抗干扰
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14.1 数据采集系统中常见的干扰
从干扰 规律分
固定干扰 — 固定电设备运行时
产生的干扰，如电机启 动
半固定干扰 — 偶然使用的电气
设备产生的干扰，如 电钻
随机干扰
— 难以预测，闪电、 继电保护动作产生的
Hale Waihona Puke 干扰514.1 数据采集系统中常见的干扰
静电干扰 — 电场通过电容耦 合的干扰
从传播 方式分
L1
L1
AC输入 C2
L1
C1 C1
C1 C1
C2
L1
AC输出
电源低通滤波器 L1=100 H C1=0.1～0.5F C2=0.05～0.1F
由电容和电感组成的滤波网络，能滤除电网噪声。
当噪声电平较高时，由于电感发生磁饱合现 象，使电感元件几乎完全失去作用，从而导致抗 干扰失效。
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14.2 供电系统的抗干扰 采用交流稳压器 作用：用来保证交流供电的稳定性，防止
交流电源的过压或欠压。
注意：在具体使用时，应保证 有一定的功率储备。
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14.2 供电系统的抗干扰 系统分别供电 目的：阻止从供电系统窜入的干扰。
220V 稳 ～ 交 压 变 流 隔 器 压 分 数 离 器 布 衰 器 滤 低 参 减 波 稳 通 直 器 压 流 器 采 至 集 数 电
图14-10 数据采集系统的一般供电线路
集电极
正极
光电三极管
发光二极管
发射极
负极
图14-12 二极管—三极管型的光电耦合器
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14.3 模拟信号输入通道的抗干扰 光电耦合器的输入阻抗很低，一般在100Ω ～1000Ω之间，而干扰源的内阻一般很大， 通常为105Ω～106Ω。
根据分压原理可知，能馈送到光电耦 合器输入端的噪声自然很小。
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至继电器、磁带机等
图14-11 系统分别供电的线路
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14.2 供电系统的抗干扰 采用电源模块单独供电 在数据采集板卡上，采用DC－DC电源 电路模块，或三端稳压集成块如7805，7905， 7812，7912等组成的稳压电源单独供电，以 确保系统可靠地工作。
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14.2 供电系统的抗干扰 供电系统馈线要合理布线 电源前面的一段布线
14.3 模拟信号输入通道的抗干扰 由于干扰噪声源的内阻一般很大，尽管它 能提供较大幅度的干扰电压，但能提供的 能量很小。
从电源引入口，经开关器件至低通滤波器之间的馈线
尽量用粗导线
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14.2 供电系统的抗干扰 电源后面的一段布线 ➢采用扭绞线，扭绞的螺距要小。 ➢交流线、直流稳压电源线、逻辑信号线和 模拟信号线、继电器等感性负载驱动线、 非稳压的直流线均应分开布线。
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14.2 供电系统的抗干扰
电路的公共线 ➢电路中应尽量避免出现公共线，因为在公
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14.2 供电系统的抗干扰 背景情况
由于我国电网的频率与电压波动较大， 都会直接对数据采集系统产生干扰。
为了消除和抑制电网传递给数据采集系 统的干扰，可以采取如下一些措施。
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14.2 供电系统的抗干扰
采用隔离变压器
采用隔离变压器的原因:
电网与数据采集系统分别有各自的地线。
～
电网
数据采集 系统电源
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14.3 模拟信号输入通道的抗干扰
隔离技术 从原理分
光电隔离 — 用光电耦合器 件隔离
电磁隔离 — 用电磁耦合技 术隔离
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14.3 模拟信号输入通道的抗干扰
光电隔离
光电耦合器能够隔离电路的原因如下：
光电耦合器的输入端与输出端之间是通过 光传递信息的，而且又是在密封条件下进 行，故不会受到外界光的影响。