传感器检测中的八种抗干扰技术分析
概括
本文总结了传感器检测中的八种抗干扰技术，分析了各种抗干扰技术的工作效果、适用场景、操作流程和内部原理等细节。文章开头阐述了传感器在现代生活中的广泛应用程度，以及传感器在现实生活中使用的问题，直截了当地指出了抗干扰技术在传感器检测中的重要性。它还侧重于各种抗干扰技术的不同细节。
目录
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介绍 |
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Ⅰ 屏蔽技术 |
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Ⅱ 静电屏蔽 |
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三、电磁屏蔽 |
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Ⅳ 低频磁屏蔽 |
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五、接地技术 |
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Ⅵ 单点接地 |
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Ⅶ 多点接地 |
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Ⅷ 过滤技术 |
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Ⅸ 常见问题 |
介绍
随着现代科技的进步，各种传感器和自动检测装置被广泛应用于工业生产中，对各个生产环节进行监控。还需要一台计算机来控制整个生产过程，其中通常需要数百个不同的传感器来转换不同的非电气参数以供计算机处理。
生产现场的电或磁干扰往往很大，可能会破坏传感器和计算机甚至整个检测系统的正常工作。因此，抗干扰技术是传感器检测系统的重要组成部分。此外，从事自动检测的人需要了解抗干扰技术。
电子测量装置电路中出现的无用信号称为噪声，当噪声影响电路的正常工作时，噪声称为干扰。在信号传输过程中形成干扰必须具备三个因素，即干扰源、干扰路径和对噪声敏感度高的接收电路。减少或消除噪声干扰的方法可以对这三个部分中的任何一个采取措施。针对干扰路径和接收电路采取措施是传感器检测电路中比较常用的方法。
细节
下面介绍几种常用且有效的抗干扰技术
Ⅰ 屏蔽技术
容器由金属材料制成，通过包裹需要保护的电路可以有效防止电场或磁场的干扰，这种方法称为屏蔽技术，分为静电屏蔽、电磁屏蔽和低频磁屏蔽。等等。
Ⅱ 静电屏蔽
根据电磁原理，置于静电场中的密封空心导体内部没有电场线，内部各点电位相等。基于这个原理，我们可以用铜或铝等导电性好的金属材料制作一个密闭的金属容器，将需要保护的电路放在里面，并与地线相连，使外界干扰电场不影响其内部电路。反过来，内部电路产生的电场不会影响外部电路。
这种方法称为静电技术。例如，在传感器测量电路中，在电源变压器的一次侧和二次侧之间插入有间隙的导体，然后接地，以防止两个绕组之间的静电耦合。这种方法属于静电屏蔽。
三、电磁屏蔽
根据涡流原理，高频干扰电磁场在屏蔽金属中产生涡流，会消耗干扰磁场的能量。即利用涡流磁场抵消高频干扰磁场，从而保护被保护电路免受高频电磁场的影响。这种方法称为电磁屏蔽。如果电磁屏蔽层接地，它还具有静电屏蔽功能。传感器的输出电缆一般采用铜网屏蔽，既有静电屏蔽，也有电磁屏蔽。屏蔽材料应选用具有良好导电性的低阻材料，如铜、铝或镀银铜。
Ⅳ 低频磁屏蔽
如果干扰来自低频磁场，涡流现象不明显，仅使用上述方法抗干扰效果不理想。因此，为了将低频干扰磁力线限制在磁阻较小的磁屏蔽内部，使被保护电路免受低频磁场的影响，屏蔽层必须使用高导磁率的材料。这种屏蔽方式一般称为低频磁屏蔽。传感器检测仪器的金属外壳充当低频磁屏蔽。接地时还起到静电屏蔽和电磁屏蔽的作用。
基于以上三种常用屏蔽技术，复合屏蔽电缆可用于干扰严重的地方，即外层为低频磁屏蔽层，内层为电磁屏蔽层，从而达到双屏蔽。例如，寄生电容是电容传感器实际工作时必须解决的关键问题，否则其传输效率和灵敏度会变低。所以传感器必须静电屏蔽，电极引出线采用双层屏蔽技术，一般称为驱动电缆技术，有效克服传感器的寄生电容。
五、接地技术
接地技术是抑制干扰的有效技术之一，是屏蔽技术的重要保障。适当的接地可以有效抑制外界干扰，同时提高测试系统的可靠性，减少系统本身产生的干扰因素。为确保安全和抑制干扰，接地分为保护接地、屏蔽接地和信号接地。接地保护是为了确保安全，因此传感器测量装置的外壳和机壳应接地，接地电阻应小于等于10 Ω 。屏蔽接地可以防止电压对地形成低阻通路，以防止对测量设备的干扰，其接地电阻应小于0.02Ω 。
信号接地是指电子设备输入输出零信号电位的公共线，可以与大地绝缘。信号地线又分为模拟信号地线和数字信号地线。模拟信号一般较弱，因此对地线的要求较高。数字信号一般都很强，所以对地线的要求可以低一些。
不同的传感器检测条件对接地方式也有不同的要求，因此需要选择合适的接地方式。单点接地和多点接地是常用的接地方式。具体处理措施如下。
Ⅵ 单点接地
在低频电路中，一般推荐采用单点接地，分为辐射接地和母线接地。辐射接地是各功能电路与电路中零电位参考点的直接连接。母线接地是采用具有一定截面积的优质导体作为接地母线，直接连接到零电位点，电路中的功能块可以连接到零电位点。
电路中多点接地会形成多个接地回路，低频信号或脉冲磁场通过这些回路时会产生电磁感应噪声。由于每个接地回路的特性不同，在不同闭合回路的点上会产生不同的电位差，形成干扰。应选择单点接地以避免这种情况。
单点接地
一个完整的检测系统可以由传感器和测量设备组成，但两者可以有很大的不同。工业现场的接地电流非常复杂，因此这两部分接地的点的电位一般是不同的。如果传感器和测量装置的零电位异地分别接地，即两点接地，大电流会流过内阻低的信号传输线，引起电压降，导致串联模式干扰。因此，在这种情况下，应选择单点接地。
Ⅶ 多点接地
高频电路一般建议多点接地。在高频电路中，即使是一小段地线也会产生很大的阻抗压降，而且在分布电容的作用下，不可能实现单点接地，所以平面接地，也叫多点接地，可以使用。
使用导电性好的平面体（如使用多层电路板）连接到零电位参考点，每个高频电路与相邻的导电平面体相连。由于导电平面的高频阻抗很小，基本保证了各处电位的均匀性。更重要的是，可以通过增加一个旁路电容来减少压降，因此多点接地适用于这种情况。
Ⅷ 过滤技术
滤波器是抑制交流串模干扰的有效方法之一。传感器检测电路中常见的滤波电路包括Rc滤波器、交流电源滤波器和直流电源滤波器。
下面介绍这类滤波电路的应用。
RC 滤波器
当信号源为热电偶或应变计等信号变化较慢的传感器时，串模干扰可以通过小体积、低成本的无源Rc滤波器得到较好的抑制。但需要说明的是，Rc滤波器以牺牲系统响应速度为代价降低了串模干扰。
a) 单 RC 滤波器和放大器的连接 b) 双 RC 滤波器
c) 低通滤波器图形符号 d) 频率特性
交流电源滤波器
电源网络吸收各种高频或低频噪声，常用Lc滤波器抑制混入电源的噪声。
交流电源滤波器的内部电路
交流电源滤波器的内部电路
直流电源滤波器
直流电源通常由多个电路共享。为避免电源内阻引起多个电路之间的干扰，应在每个直流电源上加一个 Rc 或 Lc 去耦滤波器，以去除低频噪声。
直流电源滤波器的内部电路
光电耦合技术
光耦合器从电工作到光，然后从光工作到电。由发光二极管和光电三极管组成，其输入输出电绝缘。因此，该器件除了用于光电控制外，现在越来越多地用于提高系统的抗共模干扰能力。当驱动电流流过光耦合器中的发光二极管时，光电三极管被光饱和。其发射极输出高，从而达到信号传输的目的。即使输入回路有干扰，只要在门限内，也不会影响输出。
脉冲电路中的噪声抑制
如果脉冲电路中有干扰噪声。可以对输入脉冲进行微分再积分，设置一定幅度的阈值电压，滤除小于阈值电压的信号。对于模拟信号，可以先使用A/D转换，再用这种方法滤除噪声。
在 使用这些抗干扰技术时，应根据实际情况，不要盲目使用，否则达不到目的，甚至造成其他不良影响。
Ⅸ 常见问题
1.什么是抗干扰技术？
这种类型的干扰器通过在跳到另一个信道之前将其攻击限制在单信道上来节省功率。由于其高跳频率，后续干扰器对某些抗干扰技术特别有效，例如使用慢跳频的跳频扩频 (FHSS)。
2. 有几种类型的干扰？
干扰有两种模式：定点干扰和弹幕干扰。点干扰是针对一个频道或频率的集中功率。弹幕干扰是功率同时分布在多个频率或频道上。干扰可能很困难，如果不是不可能检测到的话。
3. 什么是主动干扰？
电子对抗措施，试图通过高功率辐射或再辐射来掩盖或抑制敌人的电磁信号，以削弱特定频段的使用。
4. 什么是相机干扰器？
这种 WiFi 干扰器设备几乎可以禁用所有类型的现有间谍相机，这些相机通过无线视频、无线局域网和蓝牙频段工作。在当今的无线世界中，这是保持隐私的绝佳选择。该装置可阻挡长达 30 米的信号，并且非常易于操作。
5. 什么是相干干扰？
一种用于欺骗宽带 LFM 雷达的有效相干噪声干扰方法。产生的干扰信号与匹配滤波器相干，并为干扰信号提供可观的处理增益，从而产生错误的目标峰值。