牧场智能挤奶与综合信息管理系统资料(6)

6统优化--提高系统的抗干扰能力

自动检测系统在工作的过程中， 有时可能会出现某些不正常的现象，这表明存在着来自内部或外部的影响其正常工作的各种因素，尤其是被测信号很微弱时，问题就更加突出了。这样一些因素总称为干扰。干扰不仅能使系统测量和控制失灵，以致降低产品的质量，甚至造成全系统无法正常工作，对生产造成损失和事故。而随着电子装置的小型化、集成化、数字化和智能化的迅速发展，干扰的抑制和排除工作就变得更为重要了。

提高系统抗干扰的能力，首先应分析干扰产生的原因、干扰的引入方式及途径，才能有针对地的解决系统抗干扰的问题。

6．1关于干扰

6.1.1 干扰的分类

研究干扰的分类是为了让我们更好地了解各种干扰产生的原因，从而学会分析系统中出现的或可能出现干扰的成因，在改进方案时做到追根溯源，对症下药。

外部干扰：由于系统工作的外部环境所造成的干扰。主要有温度、光、湿度和化学变化等产生的干扰。这些干扰对于要求高测量精度的系统来说是必须设法控制的。

内部干扰：由系统内部的各种元器件、信道、负载和电源等引起的各种干扰。常见的有信号通道干扰，电源干扰和数字电路干扰。 6.1.2干扰的引入途径

研究干扰的引入途径是因为噪声要通过一定的途径侵入传感器装置才会对测量结果造成影响，因此我们只有了解了干扰的这些引入途径和作用方式，才能有效地切断这些途径，以达到消除、抑制干扰的目的。

干扰的引入途径主要有从“路”引入和从“场”引入两种形式。 从“路”引入的干扰

(1) 漏电流耦合形成的干扰：它是由于绝缘不良，由流经绝缘电阻的漏电流所引起的。漏电流耦合干扰经常发生的情况如下：

①当用传感器测量较高的直流电压时； ②在传感器附近有较高的直流电压时； ③在高输入阻抗的直流放大电路中；

(2) 传导耦合形成的干扰：噪声是经导线耦合到电路中去的，是最明显的干扰现象。当导线经过具有噪声的环境时，即拾取噪声，并经导线送到电路而造成干扰。传导耦合的主要现象是噪声经电源线传到电路中来，通常交流供电线路在生产现场的分布，实际上构成了一个吸收各种噪声的网络，噪声可十分方便地以电路传导的形式传到各处，并经过电源引入线进入各种电子装置，造成干扰。实

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践证明，经电源线引入电子装置的干扰无论从广泛性和严重性来说都十分明显，但常常被人们忽视。

(3) 共阻抗耦合形成的干扰：共阻抗耦合是由于两个电路共有阻抗，当一个电路中有电流流过时，通过共有阻抗便在另一个电路上产生的电压。例如，几个电路由同一个电源供电时，会通过电源内阻相互干扰，在放大极通过接地线电阻相互干扰。

从“场”引入的干扰

(1) 静电耦合形成的干扰：电场耦合实质上是电容性耦合，它是由于在两个电路之间存在寄生电容，可使一个电路的电荷变化影响另一个电路。当有几个噪声源同时经静电耦合干扰同意接受电路时，只要是现行电路，就可以使用叠加远离分别对格在生源干扰进行分析。

(2) 电磁耦合形成的干扰：电磁耦合又称互感耦合，它是由于在两个电路之间存在互感，一个电路的电流变化，通过磁铰链会影响到另一个电路，例如在传感器内部线圈或变压器的漏磁是对邻近电路的一种很严重的干扰，在电子装置外部线圈在较长一段区间平行架设时，也会产生电磁耦合干扰。

(3) 辐射电磁场耦合形成的干扰：辐射电磁场通常来源于大功率高频电气设备，管波发射台，电视发射台等，如果再辐射电磁场中方只一个导体，则在导体上产生正比强电磁场强度的感应电动势，输配电线路，特别是架空输配电线路都将在辐射电磁场中感应出干扰电动势，并且通过供电线路侵入传感器，造成干扰，在大功率广播发射机附近的强电磁场中，传感器外壳或传感器内壁尺寸较小的导体也能感应出较大的干扰电动势，例如，当中波广播发射的垂直极化波的强度为100mV/m、长度为10cm的垂直导体可以产生5mV的感应电动势。 6.1.3干扰的量度与计算

各种干扰在传感器系统的输出端往往反映为一些与检测量无关的电信号，这些无用的电信号称为噪声，当噪声达到检测电路无法正常工作时，该噪声电压称为干扰电压。

信噪比

在测量过程中，人们不希望有噪声，但是人们无法完全排除噪声，实际上只能要求噪声尽可能小些，究竟允许多大的噪声存在，则必须与有用信号联系在一起考虑，显然又用信号很强时，则可以允许有较大的噪声；有用信号很弱时，则允许的噪声必须很小，于是，很自然就产生了“信噪比”这一概念。

“信噪比”指的是在信号通道中有用信号成分与噪声成分之比，他表示噪声对有用信号影响的大小，设有用功率为PS，有用信号电压为US，噪声功率为PN，噪声电压为UN，则用dB（分贝）为单位表示信噪比为

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信噪比=10lgPSUS =PNUN由上式可知，信噪比越大，表示噪声对测量结果的影响越小，即干扰越不明显，在测量过程中应尽可能提高信噪比。

6.2干扰的抑制方法

抑制干扰的基本措施中消除干扰源是最有效最彻底的方法，但实际上不少干扰源是不可消除的，人们在长期的生产中总结出了许多行之有效的抗干扰技术，常用的方法有接地、隔离、滤波、屏蔽等。

(1) 接地技术

这里的“地”是指输入信号与输出信号的公共零电位，它本身可能与大地相隔。接地已不仅是为保护人身和设备安全，也是为抑制噪声干扰，保证系统稳定的关键技术，在设计和安装的过程中，如果能正确的处理各处的接地，是可以抑制大部分的干扰的，因此接地是系统设计中必须充分考虑的问题。下面是在处理接地时经常遇到的一些问题，以及处理这些问题的原则。

交流地与信号地

在一段电源地线的两点间会有数毫伏，甚至几伏的电压，对低点平的信号电路来说，这是一个非常严重的干扰，必须加以隔离和防治，因此，交流地和信号地不能公用。

模拟地与数字地

模拟地是模拟信号的公共零点位，数字地是数字信号的公共零点位。由于数字信号处于脉冲工作状态，它在接地阻抗上产生的压降往往成为微弱模拟信号的干扰源，为避免数字信号对模拟信号的干扰，两者的地线应分别设置为宜。

一点接地和多点接地

一般来说，系统内印制电路板的基本原则是高频电路应就近多点接地，低频电路应一点接地。

(2) 隔离与耦合

在抗干扰措施中，还采用各种隔离和耦合的方式来提高系统的抗干扰能力，使用这种方法的原理就是，让两个电路相互独立，不形成一个环路，从而减少两个电路之间的相互影响。

实际操作中经常使用光电耦合器件、变压器、电压跟随器作为隔离电路。 现在最常用到的隔离方法是光电耦合隔离，它具有以下的优点： (1)光电耦合器件响应速度较其他隔离方法快得多；

(2)因为光的传输是单向的，所以输出的信号不会反馈影响输入端； (3)输入输出回路完全是隔离的，能很好地解决不同电位、不同逻辑之间的

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隔离和传输的矛盾。

线性光电耦合器件常用在模拟电路中的信号线性变换场合。 (3) 滤波技术

滤波器是一支噪声干扰的重要的手段之一，所谓滤波器技术就是用电容和电感线圈或电容和电阻组成的滤波器。常接在电源输出端，测量线路输入端，放大器输入端等处，使干扰信号衰减，以阻止干扰信号进入放大器。常用的又RC型、LC型机双T型等。

选用滤波器时应考虑：

①对干扰频率的信号衰减100倍以上；

②合理的选择滤波器件的参数，减少滤波电路对负载的影响； ③滤波器的时间常数对自动检测测系统性能的影响。 (4) 屏蔽技术

利用金属材料制成容器，将需要防护的电路宝在其中，可以防止电场或磁场的耦合干扰，此种方法称为屏蔽。屏蔽分为静电屏蔽、电磁屏蔽和低频磁屏蔽等几种。

6．3抗干扰技术在系统中的应用

为提高本系统的性能，在对系统中可能存在的干扰进行了分析之后，找到了这些干扰村产生的原因和引入的途径，在系统中采用了相应的抑制干扰的方法来提高系统的可靠性。

(1)接地技术在系统中的应用

为了保证系统中检测信号产生电路和检测信号采集电路的独立，尽量避免他们通过地线相互干扰,在设计的时候对这两部分电路的接地线进行了分别的处理。

(2)光耦技术在系统中的应用

系统中采用了光耦芯片TL2521-4和线性光耦芯片HCNR201构成的耦合电路，对信号的传输起到了非常有效的隔离作用。而线性光耦的应用不仅有效的抑制了系统中的干扰，还使耦合电路前后的信号具有良好的线性关系。保证了测量的准确性。

系统用的抑制干扰手段的示意图如图6-3-1所示。

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VCC1 VCC2 检测信号产生 光 耦 检测信号采集 GND1 GND2

图6-3-1系统接地、光耦处理示意图

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