传感器抗干扰技术

2020-11-19 技术应用

在实际检测系统中，传感器的工作环境是比较复杂和恶劣的，它所输出的电信号幅值很小，并且与电路之间的连接具有一定的距离，这时需要传送信号的电缆电阻和传感器的内阻以及放大电路等产生的噪声，再加上环境噪声都会对放大电路造成干扰，影响其正常工作。

因此,必须采取有针对性的措施来提高传感器电路的抗干扰能力。

干扰类型

(1) 机械干扰:
是由于机械的振动或冲击,使传感器系统的敏感和转换元件发生振动、变形,使连接导线发生位移等,这些都将影响传感器电路的正常工作。

(2) 热干扰:
设备和元器件在工作时产生的热量所引起的温度波动以及环境温度的变化等会引起传感器电路的元器件参数发生变化,从而影响了传感器电路的正常工作。

(3) 光干扰:
半导体元器件在光线的作用下会激发出电子———空穴对,使半导体元器件产生电势或引起电阻值的变化,从而影响传感器电路的正常工作。

(4) 湿度的干扰:
环境湿度的增大会使绝缘电阻下降、漏电流增加,这样电路的参数就会发生变化,从而影响了传感器电路的正常工作。

(5) 尘埃干扰:
环境灰尘的加重,也会造成漏电流增加,电路的参数发生改变,同样影响传感器电路的正常工作。

(6) 化学干扰:
化学物品中的酸、碱及腐蚀性气体等通过腐蚀作用损坏元器件,造成传感器电路不能正常工作。

(7) 射线辐射干扰:
射线会使气体电离、半导体激发出电子———空穴时,金属逸出电子等,从而使传感器系统的正常工作受到影响。

(8) 电和磁干扰:
电和磁可以通过路和场两个路径对传感器系统形成干扰,这种干扰是最普遍和严重的干扰。

电磁干扰分类

(1) 从噪声产生的来源分类

①固有噪声源:
是指器件内部物理性的无规则波动所形成的噪声。它有热噪声、散粒噪声和接触噪声等。

②人为噪声源:
是指各种电气设备所产生的噪声。它有工频噪声、射频噪声和电子开关通断形成冲击噪声。

③自然噪声源和放电噪声:
自然噪声主要指雷电形成的放电现象。放电现象的起因除雷电外,还有各种电气设备所造成的,主要有:火花放电、电晕放电、放电管放电等。

(2) 从干扰的表现形式分类

①规则干扰:
电源的波纹、放大器的自激振荡等形成有一定规律的干扰。

②不规则干扰:
有些元器件的额定值和特性随使用条件而变形成不规则的干扰。

③随机干扰:
接触不良、空间电磁耦合等引起随机的干扰。

(3) 从干扰出现的区域分类

①内部干扰:电路的过度过程、寄生反馈等引起的干扰属于内部干扰。
②外部干扰:电网电压波动、电磁辐射等属于外部干扰。

(4) 从干扰对电路作用的形式分类

①差模干扰:这种干扰和有用信号叠加起来直接作用于输入端,它直接影响到测量结果。

②共模干扰:不直接对测量结果造成影响,但当信号输入电路不对称时,它会转化为差模干扰，对测量产生更为严重的影响。

抑制干扰的基本方法

①对于机械干扰,主要是采取减振措施来解决。

②对于热干扰,通常采取的方法有热屏蔽、恒温措施、对称平衡结构、温度补偿技术等。

③对于光干扰,可以对半导体元器件用光屏蔽来抑制。

④对于湿度干扰,可以采取防潮措施,如浸漆、环氧树脂或硅橡胶封灌等。

⑤对于尘埃干扰,可以采取将传感器密封起来,以及增加其它的防尘措施。

⑥对于化学干扰,一般采取的措施是密封和保持传感器的清洁。

⑦对于射线辐射干扰,主要是对射线进行防护,国家有专门的规范。

⑧对于电和磁的干扰,针对不同的电磁干扰类型采取不同相应措施。

(1) 消除和抑制干扰源:
能从根本上消除和减小干扰,但只有部分在设计者管理权限范围内的噪声源可以消除或抑制。

(2) 破坏干扰的耦合通道:
对于以“路”的形式侵入的干扰,可以采用阻截和给予低阻通路的办法,使干扰不能进入接收电路。

(3) 消除接收电路对干扰的敏感性:
高输入阻抗电路比低输入阻抗电路易接收干扰,模拟电路比数字电路易接收干扰。为消弱电路对干扰的敏感性,可以采用滤波、选频、双绞线、对称电路和负反馈等措施。

(4) 采用软件抑制干扰:
对于已进入电路的干扰,用硬件措施又不易实现或不易奏效,可以考虑在采用微处理器的智能传感器电路中,通过编写一定的程序进行信号处理和分析判断,达到抑制干扰的目的。

屏蔽技术

用低电阻材料或高磁导率材料制成容器,将需要防护的部分包起来。这种防静电或电磁感应所采取的措施称为“屏蔽”。屏蔽的目的是隔断场的耦合,既抑制各种场的干扰。屏蔽可分为静电屏蔽、电磁屏蔽和磁屏蔽。

导电涂料
采用导电涂料作为塑料机箱或塑料部件的电磁屏蔽涂层。这种导电涂料稀释后可喷涂、刷涂,屏蔽效率高,耐性好、附着力强,在形状复杂的表面同样可以获得优良的屏蔽涂层。

接地技术
一类接地称为保护接地,可以保证人员和设备的安全;另一类接地称为屏蔽接地,采用屏蔽层接地,能起到良好的抗干扰作用。

铁氧体抑制元件
采用铁氧体抑制元件应安装在尽可能接近干扰源的地方, 这样可防止噪声耦合

文章来源：传感器专家网
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