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汽车衡模拟传感器的干扰原因及解决方法

时间:2017-05-04 11:05   点击数:

本文介绍了汽车衡模拟传感器的干扰产生的原因种类以及解决的方法

现在传感器技术已经广泛应用在工业生产 科学研究和文化教育等领域以及日常生活中,但 在实际运用过程中对传感器的影响因素颇多,就 像是在生产中使用的大功率电机设备在运行启动的瞬间会产生几百伏乃至于上千伏的尖峰脉冲电压,从而影响到传感器的正常工作在生产现场由于存在着大量的电场和磁场,而它们的变化都会影响到传感器乃至整个检测系统的正常工作 因此提高传感器的抗干扰能力是传感器技术的必备要求

因而要加强传感器的抗干扰能力,就必须查清干扰产生的原因及干扰的工作方式,从而采取相应的措施来预防并清除干扰,确保传感器的作用发挥到最佳的效果我们通常使用的模拟称重传感器其输出信号都是微小信号,需要经过放大、处理整形才能达到 A/D 转换所需要的标准信号,再传输给称重控制仪表进行运算处理显示出结果,而在此过程中会产生很多不确定的干扰因素,因此需要设计人员充分考虑干扰问题对模拟称重传感器及称重控制仪表的影响,采用模块化的设计措施来有效地抑制消除干扰提高称重传感器设备的准确可靠。一干扰的产生原因及种类

干扰的产生原因主要有:由大型动力设备在启动或停止等操作时产生的高次谐波射频干扰;

由供电网络中的尖峰脉冲所产生的干扰;由印刷电路板中的电路和电子元件之间存在的耦合电容而产生的感应干扰;由仪表电路中变压器以及线圈之间的漏磁,通电导线之间的电磁耦合而产生的电磁感应干扰;由电子线路内部的漏电传感器绝缘体的绝缘性能下降使得漏电电流增加而产生的漏电流感应干扰这些干扰容易引起在传感器的工作过程中,其输出信号与相对应的参数信号不一致,并且其差值是无规律随机的,而在被测量的参数稳定的状况下,传感器的输出值和被

测量参数所相应的信号数值的差异表现为一稳定的或周期变化的值

干扰的种类分为:常模干扰共模干扰长时干扰和意外瞬时干扰

常模干扰主要是指干扰信号在往返两条线路上具有一致性,由于在仪器设备的附近有较强的交变磁场,使得仪器设备因交变磁场的影响产生电动势而形成干扰,这种干扰的清除是很难的

共模干扰是指干扰信号在两条线路上各流过一部分,将地作为公共端,而信号电流只在往返两个线路中流过共模干扰是由于仪器设备的对地漏电地电位差以及线路本身有对地干扰等由于线路的不平衡状态,共模干扰就会转变成常模干扰,那就很难除掉

长时干扰是指长期存在的干扰,此类干扰的特点是干扰电压长期存在且变化不大,如电源线或邻近动力线的电磁干扰都是连续的工频干扰意外瞬时干扰主要是在设备操作时发生,如合闸分闸,有时在雷电发生或无线电设备工作的瞬时发生

 

干扰发生时仪表显示数值乱跳,传感器的输出值与实际参数相对应的信号值不吻合,并且其误差是随机的没有规律的当被测参数稳定时,传感器的输出值与实际参数相对应的信号值的差值,为一稳定或呈现周期性变化的值同时,交流伺服设备在工作时会通过电源对其它设备产生干扰

 

干扰的解决方法

对于供电网络的干扰,我们运用硬件与软件相结合的方法;在硬件方面可以在仪器电源的输入端加装干扰控制器,该控制器具有频谱均衡的工作原理能够将尖峰脉冲干扰的电压分配到不同的频率上,也可以利用电磁共振的原理在电源的输入端装备隔离变压器,以及应用尖峰脉冲到来时压敏电阻的阻值会下降的原理,在电源的输入端并接入压敏电阻,使得仪器设备从电源分到的电压降低,从而来削弱消除尖峰脉冲的干扰为了防止仪器设备之间的相互干扰将交流伺服驱动器等大型设备的驱动电源与仪器仪表的控制电源分开供电,同时利用噪声滤波器来仰制并消除交流伺服驱动器对其他设备的干扰

在软件方面可运用编程来进行时间滤波,也就是通过程序来控制可控硅瞬间导通不采样,有效地消除周期性的干扰在设备中采用抵抗随机干扰非常有效的运用频谱均衡法设计的高性能抗干扰电源,它能把高尖峰的扰动脉冲电压转换成低的峰值电压,而干扰脉冲的能量不变,从而就能够极大地提高仪器仪表及传感器的抗干扰能力现在软件滤波技术已经被广泛应用于智能传感器及智能仪器仪表当中,一个数字滤波程序可以用于多个输入通道,甚至对干扰频率很低的信号也可以滤波,其常用的软件滤波方法主要有:平均值滤波中值滤波限幅滤波和惯性滤波平均值滤波:也称线性滤波,就是把 M 次采样的平均值作为滤波器的输出,也能够根据需要来增加采样值的比重,从而形成加权平均值滤波;中值滤波:就是把 M 次连续采样的值进行大小的排序,取结果的中间值来作为滤波器的输出,能够有效地消除随机脉冲噪声干扰;限幅滤波,也称程序判断滤波法,它是依据采样周期和真实信号的变化率来确定相邻两次采样的最大可能的差值 m,然后将此次采样与前次采样的差值与差值 m 进行比较,则小于或等于 m 的信号就作为是有效信号,而大于 m 的信号就认为是噪声干扰

惯性滤波,又称一阶低通滤波,是使用软件编程的方法实现 RC 低通滤波器的作用,适用于波动频繁变化的信号

对于信号传输方面的干扰,我们通过光电耦合隔离的措施来进行解决,光电耦合隔离能够有效地仰制消除尖峰脉冲干扰以及其他各种噪声干扰,从而极大地提高了信号传输过程中的信噪比,虽然噪声干扰的电压幅度较大,但是能量较小,因此只能形成微弱的电流此外信号在传输的时由于要受到电场磁场等因素的干扰,因此采用双绞股屏蔽线差分信号传输的方法来传输信号,能有效地抑制和消除电磁感应漏电流感应以及射频等干扰的影响在信号传输方面我们应尽量采用电流信号来进行信号的传输,因为电流信号在传输的过程中相对于电压信号在遭受周围环境的干扰及传输距离等因素的影响方面要小一些

而有源数字元器件在开关的瞬时其电流会在线路上快速变化,这种变化会在导线及电感上产生正的或负的电压降,从而造成干扰的形成此外,在电器中的频率设备等也同样会产生干扰,这种窄带频率的干扰能通过耦合进入电源线路进行传播,我们可以通过低通滤波器来滤除这些高频的干扰电压

同时我们通过接地技术的处理来有效地消除干扰的影响在低电平放大电路中要充分合理地使用接地的作用来抑制噪声的干扰,当使用单个电源供给多个传感器或仪器仪表时,应尽量减少接地电阻传导引起的干扰对于有多个电源以及多个传感器或仪器仪表的系统就要求全面考虑综合判断以确定地线的连接方法,通常对于所有的电源,都应当将地线汇聚集中到同一个公共端再连接到系统的公共端上,使得能够有效地抑制或消除干扰

现在还有稳压抑制共模干扰和软件补偿等抗干扰技术为了电网电压波动产生的干扰,现在的智能传感器和仪器仪表开发了由集成稳压电路组成的串联调整电源及 DC-DC 稳压电源;此外运用提高差分放大器的输入阻抗或降低信号源的内阻,来抑制或消除共模干扰的影响;当前普遍使用的是软件技术由于外界环境因素变化而使得参数发生改变,而造成偏差我们可以通过软件的方法来根据外界环境因素的变化及所产生误差的情况来进行补偿修正

小结

 抗干扰技术是一门多学科的技术,干扰有多种多样,不同的干扰要用不同处理方法因而我们在工作中应当对产生干扰的原因进行认真地分析研究,采取措施合理布局,从而保障传感器及仪器仪表使用的稳定可靠