供電系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)
對(duì)傳感器、儀器儀表正常工作危害嚴(yán)重的是電網(wǎng)尖峰脈沖干擾,產(chǎn)生尖峰干擾的用電設(shè)備有:電焊機(jī)、大電機(jī)、可控機(jī)、繼電接觸器、帶鎮(zhèn)流器的充氣照明燈,甚至電烙鐵等。尖峰干擾可用硬件、軟件結(jié)合的辦法來(lái)抑制。
用硬件線路抑制尖峰干擾的影響
常用辦法主要有三種:
?、僭趦x器交流電源輸入端串入按頻譜均衡的原理設(shè)計(jì)的干擾控制器,將尖峰電壓集中的能量分配到不同的頻段上,從而減弱其破壞性;
?、谠趦x器交流電源輸入端加超級(jí)隔離變壓器,利用鐵磁共振原理抑制尖峰脈沖;
?、墼趦x器交流電源的輸入端并聯(lián)壓敏電阻,利用尖峰脈沖到來(lái)時(shí)電阻值減小以降低儀器從電源分得的電壓,從而削弱干擾的影響。
利用軟件方法抑制尖峰干擾
對(duì)于周期性干擾,可以采用編程進(jìn)行時(shí)間濾波,也就是用程序控制可控硅導(dǎo)通瞬間不采樣,從而有效地消除干擾。
采用硬、軟件結(jié)合的看門(mén)狗 watchdog 技術(shù)抑制尖峰脈沖的影響
軟件:在定時(shí)器定時(shí)到之前,CPU訪問(wèn)一次定時(shí)器,讓定時(shí)器重新開(kāi)始計(jì)時(shí),正常程序運(yùn)行,該定時(shí)器不會(huì)產(chǎn)生溢出脈沖,watchdog也就不會(huì)起作用。一旦尖峰干擾出現(xiàn)了“飛程序”,則CPU就不會(huì)在定時(shí)到之前訪問(wèn)定時(shí)器,因而定時(shí)信號(hào)就會(huì)出現(xiàn),從而引起系統(tǒng)復(fù)位中斷,保證智能儀器回到正常程序上來(lái)。
實(shí)行電源分組供電
例如:將執(zhí)行電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源與控制電源分開(kāi),以防止設(shè)備間的干擾。
采用噪聲濾波器也可以有效地抑制交流伺服驅(qū)動(dòng)器對(duì)其它設(shè)備的干擾。
該措施對(duì)以上幾種干擾現(xiàn)象都可以有效地抑制。
采用隔離變壓器
考慮到高頻噪聲通過(guò)變壓器主要不是靠初、次級(jí)線圈的互感耦合,而是靠初、次級(jí)寄生電容耦合的,因此隔離變壓器的初、次級(jí)之間均用屏蔽層隔離,減少其分布電容,以提高抵抗共模干擾能力。
采用高抗干擾性能的電源
如利用頻譜均衡法設(shè)計(jì)的高抗干擾電源。這種電源抵抗隨機(jī)干擾非常有效,它能把高尖峰的擾動(dòng)電壓脈沖轉(zhuǎn)換成低電壓峰值(電壓峰值小于TTL電平)的電壓,但干擾脈沖的能量不變,從而可以提高傳感器、儀器儀表的抗干擾能力。
2、信號(hào)傳輸通道的抗干擾設(shè)計(jì)
光電耦合隔離措施
在長(zhǎng)距離傳輸過(guò)程中,采用光電耦合器,可以將控制系統(tǒng)與輸入通道、輸出通道以及伺服驅(qū)動(dòng)器的輸入、輸出通道切斷電路之間的聯(lián)系。如果在電路中不采用光電隔離,外部的尖峰干擾信號(hào)會(huì)進(jìn)入系統(tǒng)或直接進(jìn)入伺服驅(qū)動(dòng)裝置,產(chǎn)生一種干擾現(xiàn)象。
光電耦合的主要優(yōu)點(diǎn)是能有效地抑制尖峰脈沖及各種噪聲干擾,使信號(hào)傳輸過(guò)程的信噪比大大提高。干擾噪聲雖然有較大的電壓幅度,但是能量很小,只能形成微弱電流,而光電耦合器輸入部分的發(fā)光二極管是在電流狀態(tài)下工作的,一般導(dǎo)通電流為10mA~15mA,所以即使有很大幅度的干擾,這種干擾也會(huì)由于不能提供足夠的電流而被抑制掉。
雙絞屏蔽線長(zhǎng)線傳輸
信號(hào)在傳輸過(guò)程中會(huì)受到電場(chǎng)、磁場(chǎng)和地阻抗等干擾因素的影響,采用接地屏蔽線可以減小電場(chǎng)的干擾。雙絞線與同軸電纜相比,雖然頻帶較差,但波阻抗高,抗共模噪聲能力強(qiáng),能使各個(gè)小環(huán)節(jié)的電磁感應(yīng)干擾相互抵消。另外,在長(zhǎng)距離傳輸過(guò)程中,一般采用差分信號(hào)傳輸,可提高抗干擾性能。
局部產(chǎn)生誤差的消除
在低電平測(cè)量中,對(duì)于在信號(hào)路徑中所用的(或構(gòu)成的)材料必須給予嚴(yán)格的注意,在簡(jiǎn)單的電路中遇到的焊錫、導(dǎo)線以及接線柱等都可能產(chǎn)生實(shí)際的熱電勢(shì)。由于它們經(jīng)常是成對(duì)出現(xiàn),因此盡量使這些成對(duì)的熱電偶保持在相同的溫度下是很有效的措施,為此一般用熱屏蔽、散熱器沿等溫線排列或者將大功率電路和小功率電路分開(kāi)等辦法,其目的是使熱梯度減到小兩個(gè)不同廠家生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)線(如鎳鉻一康銅線)的接點(diǎn)可能產(chǎn)生0.2mV/℃的溫漂,這相當(dāng)于高精度低漂移的運(yùn)放管(OP·27CP)的溫漂,是斬波放大器(7650CPA)溫漂的兩倍。雖然采用插座開(kāi)關(guān)、接插件、繼電器等形式能使更換電器元件或組件方便一些,但缺點(diǎn)是可能產(chǎn)生接觸電阻、熱電勢(shì)或兩者兼而有之,其代價(jià)是增加低電平分辨力的不穩(wěn)定性,也就是說(shuō)它比直接連接系統(tǒng)的分辨力要差、精度要低、噪聲增加、可靠性降低。因此,在低電平放大中盡可能地不使用開(kāi)關(guān)、接插件是減少故障、提高精度的重要措施。