7测试系统设计解读.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 空腔导体在外电场中处于静电平衡，其内部的场强总等于零。因此外电场不可能对其内部空间发生任何影响。若空腔导体内有带电体，在静电平衡时，它的内表面将产生等量异号的感生电荷。如果外壳不接地则外表面会产生与内部带电体等量而同号的感应电荷，此时感应电荷的电场将对外界产生影响，这时空腔导体只能对外电场屏蔽，却不能屏蔽内部带电体对外界的影响，所以叫外屏蔽。如果外壳接地，即使内部有带电体存在，这时内表面感应的电荷与带电体所带的电荷的代数和为零，而外表面产生的感应电荷通过接地线流入大地，内部带电体对外界的影响消除，所以这种屏蔽叫做内屏蔽。为了防止外界信号的干扰，静电屏蔽被广泛地应用科学技术工作中。例如电子仪器设备外面的金属罩，通讯电缆外面包的铅皮等等，都是用来防止外界电场干扰的屏蔽措施。 * * * * * * * * * * * * * 思路： 干扰原因 窜入途经 抗干扰措施 1）干扰因素 外部干扰——环境 电磁场、振动、温度、湿度等 内部干扰——电路 元器件干扰（元件噪声、非线性） 信号回路干扰 负载回路干扰 电源干扰（电源波动、电网干扰等） 3、测试系统抗干扰设计 2）干扰传播路径 3、测试系统抗干扰设计 静电感应： 导体之间、导体与地之间存在分布电容 干扰电压通过分布电容静电感应耦合到有效信号中。 电磁感应： 变化的电流通过互感作用在另一回路中引起的感应电动势。 公共阻抗： 阻抗不等的两个电路与另一公共阻抗串联产生的干扰。 Z1、Z2由于不相等而彼此产生干扰. 干扰 电路 3、测试系统抗干扰设计 辐射电磁干扰： 周围强烈的电磁场的电磁辐射产生的感应电动势造成的干扰。 如：电能频繁交换、高频换能装置等处 漏电流干扰： 电器元件绝缘不良产生的漏电现象。 静磁屏蔽：一定厚度的铁磁材料作成外壳，外磁场的磁感应线的绝大部份将沿着铁磁材料通过，而进入空腔的磁通量极少，可以保护内部仪器不受外部磁场的影响 ； 电磁屏蔽：一定厚度的导电、导磁材料作成外壳，交变电磁场在导体中按指数规律衰减，可以使壳内仪器不受外界电磁场影响。 3）抗干扰技术 屏蔽、 隔离、 接地、 滤波 3、测试系统抗干扰设计 （1）屏蔽技术 利用金属材料对电磁波具有良好的吸收能力来抗干扰 静电屏蔽：利用空腔导体作成屏蔽外壳，隔离内、外部电力线，消除静电耦合。在外电场作用下，壳内场强为零保护其中电路；如果接地，则壳内电场不能穿透到外部。 导线选取：导线是信号有线传播的唯一通道，干扰将通过分布电容耦合到信号中，因此导线可选用同轴电缆，同时其屏蔽层要接地. 屏蔽技术举例 简单的屏蔽——外壳接地、仪器浮置 在高电压、强磁场的环境下，测量仪器经常采用浮地系统 为了防止在外壳上感应出高电压，外壳必须接大地 安全可靠 飞机、舰船上的设备采用浮地 3、测试系统抗干扰设计 （2）隔离技术——切断地环路电流干扰 3、测试系统抗干扰设计 空间隔离 包裹干扰源 如：将电源变换器用屏蔽层包裹起来 合理布置功能电路 数字与模拟电路隔离 弱信号通路与高频电路隔离 信号与负载电路隔离 信号之间隔离 器件隔离 光电隔离 隔离放大器 隔离变压器 两个测试电路的地电位完全隔离开，避免干扰。 （3）接地技术 接地作用 仪器的安全 抗干扰 接地原则： 不同目的接地应分开 同一目的接地应单点接地，尽量避免形成回路。 5、测试系统设计 3、测试系统抗干扰设计 上述哪种接法更合理？ 问题：多点接地造成回路干扰 解决： 单地原则 屏蔽线的接地应与公共端连接 3、测试系统抗干扰设计 Us 放大器 1 2 UG 正确连接 Us 放大器 1 2 C1 C2 C3 正确连接 UG Rc1 Rc2 Ri UG 放大器 A B Rs Us （4）滤波技术 只允许或只阻止某一频带信号通过测试系统，滤除干扰 信号滤波 电源滤波 模拟滤波 数字滤波 串模干扰滤波（一般串模干扰的频率比实际信号高） 3、测试系统抗干扰设计 抗干扰技术： 屏蔽、 隔离、 接地、 滤波 1）衡量精度的指标 （1）利用准确度衡量精度 测量结果与被测量真值之间的一致程度 精密度 重复测量所得各测量值的离散程度 反映随机误差的大小 正确度 测量值偏离真值的程度 反映系统误差的大小 准确度是精密度与正确度的综合。