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传感器与检测技术（第2版） 电子工业出版社 第7章 传感器与检测系统的干扰抑制技术 内容提要及学习要求： 由传感器等组成的检测系统主要应用于实际的工业生产过程中，由于工业现场的环境往往都比较恶劣，噪声干扰严重，这些干扰的存在较大地影响了检测系统的正常工作，所以有效地排除和抑制各种干扰，保证传感器等能在实际应用中可靠地工作，已成为必须探讨和解决的重要问题。 所谓噪声就是检测系统及仪表电路中混进去的无用信号，噪声对电路或系统产生的不良影响称之为干扰。在检测系统中，噪声干扰会使测量指示产生误差；在控制系统中，噪声干扰可能导致误操作，所以必须抑制噪声。下面详细介绍噪声干扰的形成及其抑制措施。 7.1 噪声干扰的形成 形成噪声干扰必须具备三个要素：噪声源、对噪声敏感的接收电路及噪声源接收电路间的耦合通道。因此，抑制噪声干扰的方法也相应有三个：降低噪声源的强度、使接收电路对噪声不敏感、抑制或切断噪声源与接收电路间的耦合通道。多数情况下，需在这三个方面同时采取措施。 7.1.1 噪声源 在检测系统中，存在着影响结果的各种干扰因素，这些干扰因素来自干扰源，根据干扰的来源，可把干扰分为内部噪声和外部噪声。 1．内部噪声源 内部噪声源是由检测系统内部和各种元器件引起的，主要有： （1）电路元器件产生的固有噪声。电路或系统内部一般都含有电阻、晶体管、运算放大器等元器件，这些元器件都会产生噪声，例如电阻的热噪声、晶体管的闪烁噪声和电子管内载流子随机运动引起的散粒噪声等。 （2）感性负载切换时产生的噪声干扰。在检测和控制系统中常常包含有许多感性负载，如交、直流继电器、接触器、电磁铁和电机等，它们都具有较大的自感。当切换这些设备时，由于电磁感应的作用，线圈两端会出现很高的瞬态电压，由此会带来一系列的干扰问题。感性负载切换时产生的噪声干扰十分强烈，单从接收电路的耦合介质方面采取被动的防护措施难以取得切实有效的作用，必须在感性负载上或开关触点安装适当的抑制网络，使产生的瞬态干扰尽可能地减小。 常用的干扰抑制网络如图7.1所示，这些抑制电路不仅经常用在有触点开关控制的感性负载上，也可用在无触点开关（如晶体管、可控硅等）控制的感性负载上。 （3）接触噪声。接触噪声是由于两种材料之间的不完全接触而引起电导率起伏所产生的噪声。例如，晶体管焊接处接触不良（如虚焊或漏焊），继电器触点之间、插头与插座之间、电位器滑臂与电阻丝之间的不良接触等都会产生接触噪声。 这三种噪声引起的干扰通常叫做固定干扰。另外内部噪声干扰中还有一种过渡干扰，它是电路在动态工作时引起的干扰。固定干扰是引起测量随机误差的主要原因 ，一般很难消除，主要靠改进工艺和元器件质量来抑制。 2．外部噪声源 外部噪声源主要来自自然界以及检测系统周围的电气设备，是由使用条件和外界环境决定的，与系统本身的结构无关，主要有： （1）天体和天电干扰。天体干扰是由太阳或其他恒星辐射电磁波产生的干扰。天电干扰是由雷电、大气的电离作用、火山爆发及地震等自然现象所产生的电磁波和空间电位变化所引起的干扰。 （2）放电干扰。放电干扰是指电动机的电刷和整流子间的周期性瞬间放电，电焊、电火花加工机床、电气开关设备中的开关通断，电气机车和电车导电线与电刷间的放电等对邻近检测系统的干扰。 （3）射频干扰。电视广播、雷达及无线电收发机等对邻近检测系统的干扰，称为射频干扰。 （4）工频干扰。大功率输、配电线与邻近测试系统的传输通过耦合产生的干扰，称为工频干扰。 7.1.2 噪声的耦合方式 噪声要引起干扰必须通过一定的耦合通道或传输途径才能对检测装置的正常工作造成不良影响。常见的干扰耦合方式主要有静电耦合、电磁耦合、共阻抗耦合和漏电流耦合。 1．静电耦合（电容性耦合） 静电耦合产生的干扰主要是指由于两个电路之间存在寄生电容，产生静电效应而引起的干扰，如图7.2所示。图中，导线1是干扰源，导线2为检测系统传输出线，C1、C2为导线1、2的寄生电容，C12是导线1和2之间的寄生电容，R为导线2被干扰电路的等效输入阻抗。根据电路理论，此时干扰源 在导线2上产生的干扰电压 为： （7-1） 通常 ＜＜1 则： （7-2） 从式（7-2）可以看出，当干扰源的电压U1和角频率一定时，要降低电容性耦合效应必须减小电路的等效输入阻抗R和寄生电容C12。另外，干扰源的频率越高，静电耦合引起的干扰也越严重，因此应尽量降低干扰源的频率。小电流、高电压噪声源对测试干扰主要是通过这种电容性耦合。 2．电磁耦合（电感性耦合） 电磁耦合又称互感耦合，是