测试系统的抗干扰技术.pptx

武汉工程大学机械学院武汉工程大学机械学院 计算机测试技术计算机测试技术抗干扰技术 前言：前言：微机测试系统在工业自动化、生产过程控制等领域应用越来越深人和广微机测试系统在工业自动化、生产过程控制等领域应用越来越深人和广泛不仅改善了工作条件，而且有效地提高了生产效率。但是测试系统的工泛不仅改善了工作条件，而且有效地提高了生产效率。但是测试系统的工作环境往往都比较恶劣和复杂，必须保持系统能长期稳定、可靠地运行，否作环境往往都比较恶劣和复杂，必须保持系统能长期稳定、可靠地运行，否则将导致测试误差甚至会使系统失灵，造成巨大的损失。而影响测试系统可则将导致测试误差甚至会使系统失灵，造成巨大的损失。而影响测试系统可靠、安全运行的主要因素是来自系统内部和外部的各种电气干扰，如何克服靠、安全运行的主要因素是来自系统内部和外部的各种电气干扰，如何克服这些因素对系统造成的影响，显得更为重要。这些因素对系统造成的影响，显得更为重要。武汉工程大学机械学院武汉工程大学机械学院 计算机测试技术计算机测试技术6.1 干扰因素.1 干扰因素干扰因素(1)电和磁的干扰电和磁的干扰电和磁可以通过电路对仪表或系统产生干扰，电场和磁场的变化也会电和磁可以通过电路对仪表或系统产生干扰，电场和磁场的变化也会在仪表或系统中的有关电路中感应出电势，从而影响仪表或系统的正常工在仪表或系统中的有关电路中感应出电势，从而影响仪表或系统的正常工作。这种干扰是最为严重的干扰。作。这种干扰是最为严重的干扰。(2)热干扰热干扰元器件在工作时产生的热量所引起的温度波动和环境温度变化等都会元器件在工作时产生的热量所引起的温度波动和环境温度变化等都会引起电路参数发生变化或产生附加的热电势，从而影响系统的正常工作。引起电路参数发生变化或产生附加的热电势，从而影响系统的正常工作。(3)光干扰光干扰在测试系统中广泛使用各种半导体器件，但是半导体材料在光线的作在测试系统中广泛使用各种半导体器件，但是半导体材料在光线的作用下回激发出电子空穴对，使半导体器件产生电势或引起阻值的变化，从用下回激发出电子空穴对，使半导体器件产生电势或引起阻值的变化，从而影响仪表或系统的正常丁作。而影响仪表或系统的正常丁作。武汉工程大学机械学院武汉工程大学机械学院 计算机测试技术计算机测试技术6.1 干扰因素(4)机械干扰机械干扰由于机械振动或冲击，使系统中的电气元件发生振动、变形，使连接由于机械振动或冲击，使系统中的电气元件发生振动、变形，使连接导线发生位移等。导线发生位移等。(5)湿度的影响湿度的影响环境湿度的增加，会使绝缘体的绝缘电阻下降，漏电流增加；会使电环境湿度的增加，会使绝缘体的绝缘电阻下降，漏电流增加；会使电介质的介电常数增加；会使吸潮的线圈骨架膨胀等，尤其在我国南方的潮介质的介电常数增加；会使吸潮的线圈骨架膨胀等，尤其在我国南方的潮湿地带，湿度给仪表或系统带来的影响一定不能忽略。湿地带，湿度给仪表或系统带来的影响一定不能忽略。(6)化学影响化学影响化学物品会通过化学腐蚀作用损坏仪表或系统的元器件，会与金属形化学物品会通过化学腐蚀作用损坏仪表或系统的元器件，会与金属形成化学电势。因此仪表或系统成化学电势。因此仪表或系统定要注意密封和清沽。定要注意密封和清沽。(7)射线辐射的干扰射线辐射的干扰射线会使气体电离、半导体激发出电子空穴对、金属逸出电子等，从射线会使气体电离、半导体激发出电子空穴对、金属逸出电子等，从而影响仪表或系统的正常工作。而影响仪表或系统的正常工作。武汉工程大学机械学院武汉工程大学机械学院 计算机测试技术计算机测试技术6.2 干扰进入系统的基本形式6.2干扰进入系统的基本形式干扰进入系统的基本形式u干扰要对测试系统产生不良影响必须具备的干扰要对测试系统产生不良影响必须具备的三个条件三个条件：干扰源的存在；一定的干扰耦合通道；对干扰敏感的接收电路干扰源的存在；一定的干扰耦合通道；对干扰敏感的接收电路u干扰耦合的几种干扰耦合的几种基本形式基本形式：静电耦合；电磁耦合；共阻抗耦合；静电耦合；电磁耦合；共阻抗耦合；漏电流耦合；传导耦合；辐射电磁场耦合漏电流耦合；传导耦合；辐射电磁场耦合 武汉工程大学机械学院武汉工程大学机械学院 计算机测试技术计算机测试技术6.3 共模干扰与差模干扰6.3 共模干扰和差模干扰共模干扰和差模干扰 根据干扰噪声信号进入测量电路的方式以及与有用信号的关系，可将干根据干扰噪声信号进入测量电路的方式以及与有用信号的关系，可将干扰分为差模干扰与共模干扰。扰分为差模干扰与共模干扰。6.3.1 差模干扰差模干扰u结构形式结构形式 差模干扰又称差模干扰又称串模干扰串模干扰，它使检测仪表的，它使检测仪表的个信号输入端子相对另一个个信号输入端子相对另一个信号输人端子的电位差发生变化，即干扰信号与有用信号按电势源形式串信号输人端子的电位差发生变化，即干扰信号与有用信号按电势源形式串联起来作用于输入端。因为它和有用信号叠加起来直接作用于输入端，所联起来作用于输入端。因为它和有用信号叠加起来直接作用于输入端，所以它直接影响测量电路。如图以它直接影响测量电路。如图6-5所示，所示，Us为输入信号，为输入信号，Un为干扰信号。为干扰信号。u产生原因产生原因 例如信号输入回路中因接触不良带来的干扰；附加热电势带来的干扰；例如信号输入回路中因接触不良带来的干扰；附加热电势带来的干扰；电场和磁场通过感应耦合而引起的干扰等。电场和磁场通过感应耦合而引起的干扰等。武汉工程大学机械学院武汉工程大学机械学院 计算机测试技术计算机测试技术6.3 共模干扰与差模干扰武汉工程大学机械学院武汉工程大学机械学院 计算机测试技术计算机测试技术6.3 共模干扰与差模干扰6.3.2 共模干扰共模干扰u结构形式结构形式 共模干扰又称共模干扰又称对地干扰对地干扰，它是相对于公共的电位基准点（接地点），在，它是相对于公共的电位基准点（接地点），在检测仪表的两个输入端子上同时出现的干扰。如图检测仪表的两个输入端子上同时出现的干扰。如图6-6所示。所示。Zc1、Zc2分别分别为干扰源阻抗，为干扰源阻抗，Zs1、Zs2分别为信号传输线对地的漏阻抗，虽然干扰电压分别为信号传输线对地的漏阻抗，虽然干扰电压不直接影响测量结果，但当信号输入电路参数不对称时，它会转化为差模不直接影响测量结果，但当信号输入电路参数不对称时，它会转化为差模干扰产生影响。干扰产生影响。u产生原因产生原因 例如，测量系统中信号源和数据采集系统分别在两点接地，由于两个接例如，测量系统中信号源和数据采集系统分别在两点接地，由于两个接地点的地电位不同，则地电位差就形成共模干扰源。地点的地电位不同，则地电位差就形成共模干扰源。武汉工程大学机械学院武汉工程大学机械学院 计算机测试技术计算机测试技术6.3 共模干扰与差模干扰6.3.3 共模干扰抑制比共模干扰抑制比 共模干扰只有转换成差模干扰才能对检测仪表产生干扰作用，因此共模共模干扰只有转换成差模干扰才能对检测仪表产生干扰作用，因此共模干扰的影响大小取决于共模干扰转换成差模干扰的大小。通常用共模干扰干扰的影响大小取决于共模干扰转换成差模干扰的大小。通常用共模干扰抑制比衡量检洲仪表对共模干扰的抑制能力。抑制比衡量检洲仪表对共模干扰的抑制能力。共模干扰抑制比是指作用于检测仪表的共模干扰信号与使仪表产生同样共模干扰抑制比是指作用于检测仪表的共模干扰信号与使仪表产生同样输出所需的差模信号之比，即：输出所需的差模信号之比，即：式中式中Ucm是作用于仪表的实际共模干扰信号，是作用于仪表的实际共模干扰信号，Ucd是使仪表产生同样输是使仪表产生同样输出所需的差模信号。出所需的差模信号。武汉工程大学机械学院武汉工程大学机械学院 计算机测试技术计算机测试技术6.4 测试系统的抗干扰措施6.4 测试系统的抗干扰措施测试系统的抗干扰措施u抗干扰的基本思想抗干扰的基本思想切断干扰的耦合通道；切断干扰的耦合通道；使接收电路对干扰不敏感或即使干扰已进入电路，但通过一定的方法使接收电路对干扰不敏感或即使干扰已进入电路，但通过一定的方法予以消除，都可以抑制干扰对系统造成的不良影响。予以消除，都可以抑制干扰对系统造成的不良影响。u抗干扰的措施抗干扰的措施接地技术；屏蔽技术；滤波技术；接地技术；屏蔽技术；滤波技术；隔离技术；软件抗干扰方法隔离技术；软件抗干扰方法 武汉工程大学机械学院武汉工程大学机械学院 计算机测试技术计算机测试技术6.4 抗干扰措施接地6.4.1接地技术接地技术(1)接地的含义接地的含义“地地”的两种含义：大地；工作基准地的两种含义：大地；工作基准地“大地大地”是指电气设备的金属外壳、线路等通过接地线、接地极与地是指电气设备的金属外壳、线路等通过接地线、接地极与地球球大地相连接。这种接地可以保证设备和人身安全提供静电屏蔽通路，降大地相连接。这种接地可以保证设备和人身安全提供静电屏蔽通路，降低电磁感应噪声。低电磁感应噪声。“工作基准地工作基准地”是指系统内部各部分电路的基准电位，又称电源地。是指系统内部各部分电路的基准电位，又称电源地。(2)接地的分类与目的接地的分类与目的u工作接地工作接地：为各电路的工作提供基准电位点。：为各电路的工作提供基准电位点。u安全接地安全接地：根据用电法规，电气设备的金属外壳必须接地，称为安全：根据用电法规，电气设备的金属外壳必须接地，称为安全接地。其目的是可以队止电气设备的金属外壳上出现过高的对地电压接地。其目的是可以队止电气设备的金属外壳上出现过高的对地电压以及漏电流而危害人身、设备的安全。以及漏电流而危害人身、设备的安全。u屏蔽接地屏蔽接地：日的是为抑制电磁干扰。测试系统中的某些部分与大地相：日的是为抑制电磁干扰。测试系统中的某些部分与大地相接可以起到抑制干扰作用。接可以起到抑制干扰作用。武汉工程大学机械学院武汉工程大学机械学院 计算机测试技术计算机测试技术6.4 抗干扰措施屏蔽、隔离6.4.2屏蔽技术屏蔽技术屏蔽技术是用屏蔽技术是用金属隔离的原理金属隔离的原理把通过空间进行电场、磁场或电磁场耦把通过空间进行电场、磁场或电磁场耦合的部分隔离开来，割断其空间场的耦合通道。良好的屏蔽是和接地紧密合的部分隔离开来，割断其空间场的耦合通道。良好的屏蔽是和接地紧密相连的。相连的。根据干扰耦合通道的性质，屏蔽可分为根据干扰耦合通道的性质，屏蔽可分为静电屏蔽、电磁屏蔽和磁场屏静电屏蔽、电磁屏蔽和磁场屏蔽蔽三类。三类。6.4.4隔离技术隔离技术u信号隔离的信号隔离的目的目的：为了从电路上把干扰源和易受干扰的测试系统隔离：为了从电路上把干扰源和易受干扰的测试系统隔离开来，从而使测试系统仅与现场保持信号联系，但不直接发生电的联开来，从而使测试系统仅与现场保持信号联系，但不直接发生电的联系。系。u隔离的隔离的实质实质：把干扰的耦合通道切断，以达到隔离现场干扰的目的。：把干扰的耦合通道切断，以达到隔离现场干扰的目的。在测试系统中，既有弱电控制部分，又有强电控制部分，只有弱电和在测试系统中，既有弱电控制部分，又有强电控制部分，只有弱电和强电隔离，才能保证系统工作稳定。强电隔离，才能保证系统工作稳定。u常见的常见的隔离方式隔离方式有变压器隔离、继电器隔离、光电隔离等。有变压器隔离、继电器隔离、光电隔离等。武汉工程大学机械学院武汉工程大学机械学院 计算机测试技术计算机测试技术6.4 抗干扰措施滤波6.4.3滤波技术滤波技术u滤波的目的：抑制噪声干扰。滤波的目的：抑制噪声干扰。在数字电路中，当电路从一个状态转换成另一个状态时，就回在电源在数字电路中，当电路从一个状态转换成另一个状态时，就回在电源线上产生一个很大的尖峰电流，形成瞬变的噪声电压。线上产生一个很大的尖峰电流，形成瞬变的噪声电压。u滤波器的分类滤波器的分类滤波器滤波器按结构分为按结构分为无源滤波器和有源滤波器，还有用软件实现的数字无源滤波器和有源滤波器，还有用软件实现的数字滤波器。滤波器。由电阻、电容和电感等无源元件组成的滤波器称为无源滤波器；滤波由电阻、电容和电感等无源元件组成的滤波器称为无源滤波器；滤波器电路中包含晶体管、线性运算放大器等有源元件的为有源滤波器。器电路中包含晶体管、线性运算放大器等有源元件的为有源滤波器。根据阻带和通带的频率根据阻带和通带的频率可分为：可分为：低通滤波器；高通滤波器；带通滤波器；带阻滤波器低通滤波器；高通滤波器；带通滤波器；带阻滤波器武汉工程大学机械学院武汉工程大学机械学院 计算机测试技术计算机测试技术6.4 抗干扰措施软件技术6.4.5软件抗干扰软件抗干扰智能测试系统在工业现场使用时，会受到大量的干扰源影响，这些干智能测试系统在工业现场使用时，会受到大量的干扰源影响，这些干扰虽不能造成系统的硬件部分损坏，但常常使测试系统的数据采集误差加扰虽不能造成系统的硬件部分损坏，但常常使测试系统的数据采集误差加大，程序运行失常以及控制失灵等，因此要采用软件抗干扰方法。大，程序运行失常以及控制失灵等，因此要采用软件抗干扰方法。1、数字滤波技术、数字滤波技术（数据平滑处理）（数据平滑处理）(1)算术平均值法算术平均值法对一点数据连续采样多次，计算其平均值，其平均值作为该点的采样对一点数据连续采样多次，计算其平均值，其平均值作为该点的采样结果。该方法可减少系统的随机干扰对采集结果的影响。结果。该方法可减少系统的随机干扰对采集结果的影响。(2)比较取舍法比较取舍法比较舍取法便于剔除个别错误数据，即对每个采样点连续采样几次，比较舍取法便于剔除个别错误数据，即对每个采样点连续采样几次，根据数据的变化规律，确定舍取办法来剔除偏差数据。例如，根据数据的变化规律，确定舍取办法来剔除偏差数据。例如，“采三取二采三取二”即对每个采样点连续采样几次，取两次相同数据为采样结果。即对每个采样点连续采样几次，取两次相同数据为采样结果。武汉工程大学机械学院武汉工程大学机械学院 计算机测试技术计算机测试技术6.4 抗干扰措施软件技术(3)中间值法中间值法将数个测量数据按大小排列，取中间值作为该点的采样结果。因为干将数个测量数据按大小排列，取中间值作为该点的采样结果。因为干扰总是使正常数据变大或变小，只有中问值可信度最大。扰总是使正常数据变大或变小，只有中问值可信度最大。(4)上下限滤波法上下限滤波法将数个测量数据按大小排列后，去掉最大使和最小值，在将剩下数据将数个测量数据按大小排列后，去掉最大使和最小值，在将剩下数据做算术平均。做算术平均。(5)一阶滞后滤波法一阶滞后滤波法对于变化慢的参数上述方法不理想，可采用软件完成的对于变化慢的参数上述方法不理想，可采用软件完成的RC低通滤波低通滤波器算法。器算法。武汉工程大学机械学院武汉工程大学机械学院 计算机测试技术计算机测试技术6.4 抗干扰措施软件技术2、设置自检程序、设置自检程序为提高自动测试系统运行的可靠性，在系统上电开始运行时，对为提高自动测试系统运行的可靠性，在系统上电开始运行时，对CPU、存储器、输入输出口，、存储器、输入输出口，A/D、D/A等部件进自检，通过后才能进入等部件进自检，通过后才能进入参数测试程序；在运行参数测试程序中，利用微机的空闲时间，经常对存参数测试程序；在运行参数测试程序中，利用微机的空闲时间，经常对存储器、储器、A/D、D/A等部件进行自检，发现故障立即报警。等部件进行自检，发现故障立即报警。6.5抗干扰实验抗干扰实验6.6抗干扰设计实例抗干扰设计实例硬件的抗干扰设计；软件的抗干扰设计硬件的抗干扰设计；软件的抗干扰设计