电磁屏蔽 - 传感器电路的噪声及其抗干扰技术研究

　　对于高频干扰磁场，利用电涡流原理，使高频干扰电磁场在屏蔽金属内产生电涡流，消耗干扰磁场的能量，涡流磁场抵消高频干扰磁场，从而使被保护电路免受高频电磁场的影响。若电磁屏蔽层接地，同时兼有静电屏蔽的作用。传感器的输出电缆一般采用铜质网状屏蔽，既有静电屏蔽又有电磁屏蔽的作用。屏蔽材料必须选择导电性能良好的低电阻材料，如铜、铝或镀银铜等。

　　4.2.3 低频磁屏蔽

　　干扰如为低频磁场，这时的电涡流现象不太明显，只用上述方法抗干扰效果并不太好，因此必须采用采用高导磁材料作屏蔽层，以便把低频干扰磁感线限制在磁阻很小的磁屏蔽层内部，使被保护电路免受低频磁场耦合干扰的影响。传感器检测仪器的铁皮外壳就起低频磁屏蔽的作用。若进一步将其接地，又同时起静电屏蔽和电磁屏蔽的作用。

　　基于以上3种常用的屏蔽技术，因此在干扰比较严重的地方，可以采用复合屏蔽电缆，即外层是低频磁屏蔽层，内层是电磁屏蔽层，达到双重屏蔽的作用。例如电容式传感器在实际测量时其寄生电容是必须解决的关键问题，否则其传输效率、灵敏度都要变低，必须对传感器进行静电屏蔽，而其电极引出线就采用双层屏蔽技术，一般称之为驱动电缆技术。用这种方法可以有效的克服传感器在使用过程中的寄生电容。

　　4.3 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证。正确的接地能够有效地抑制外来干扰，同时可提高测试系统的可靠性，减少系统自身产生的干扰因素。接地的目的有两个：安全性和抑制干扰。因此接地分为保护接地、屏蔽接地和信号接地。保护接地以安全为目的，传感器测量装置的机壳、底盘等都要接地。要求接地电阻在10 Ω以下;屏蔽接地是干扰电压对地形成低阻通路，以防干扰测量装置。接地电阻应小于0.02Ω;信号接地是电子装置输入与输出的零信号电位的公共线，它本身可能与大地是绝缘的。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，故对地线要求较高;数字信号一般较强，故对地线要求可低一些。

　　不同的传感器检测条件对接地的方式也有不同的要求，必须选择合适的接地方法，常用接地方法有一点接地和多点接地。

　　4.3.1 一点接地

　　在低频电路中一般建议采用一点接地，它有放射式接地线和母线式接地线路。放射式接地就是电路中各功能电路直接用导线与零电位基准点连接;母线式接地就是采用具有一定截面积的优质导体作为接地母线，直接接到零电位点，电路中的各功能块的地可就近接在该母线上。这时若采用多点接地，在电路中会形成多个接地回路，当低频信号或脉冲磁场经过这些回路时，就会引起电磁感应噪声，由于每个接地回路的特性不同，在不同的回路闭合点就产生电位差，形成干扰。为避免这种情况，最好采用一点接地的方法。

　　传感器与测量装置构成一个完整的检测系统，但两者之间可能相距较远。由于工业现场大地电流十分复杂，所以这两部分外壳的接大地点之间的电位一般是不相同的;若将传感器与测量装置的零电位在两处分别接地，即两点接地，则会有较大的电流流过内阻很低的信号传输线产生压降，造成串模干扰。因此这种情况下也应该采用一点接地方法。

　　4.3.2 多点接地

　　一般建议高频电路采用多点接地。高频时，即使一小段地线也将有较大的阻抗压降，加上分布电容的作用，不可能实现一点接地，因此可采用平面式接地方式，即多点接地方式，利用一个良好的导电平面体(如采用多层线路板中的一层)接至零电位基准点上，各高频电路的地就近接至该导电平面体上。由于导电平面体的高频阻抗很小，基本保证了每一处电位的一致，同时加设旁路电容等减少压降。因此，这种情况要采用多点接地方式。

　　4.4 隔离技术

　　在接口电路中，如出现两点以上接地时，可能引入共阻耦合干扰和地环路电流干扰。抑制这类干扰的方法是采用隔离技术。通常有电磁隔离和光电隔离两种。

　　4.4.1 电磁耦合隔离

　　利用隔离变压器来切断环流，由于地环路则被切断，两电路有独立的地电位基准，因而不会造成干扰，信号通过耦合形式进行传递。

　　4.4.2 光电耦合隔离

　　光电耦合器是一种电-光-电的耦合器件，它由发光二极管和光电晶体管封装组成，其输入与输出在电气上是绝缘的，因此，这种器件除了用于做光电控制外，现在被越来越多的用于提高系统的抗共模干扰能力。这样即使输入回路有干扰，只要它在门限之内，就不会对输出造成影响。

　　4.5 其他抗干扰技术

　　(1)稳压技术。目前智能传感器及仪器仪表开发中常用的稳压电源有两种：一种是由集成稳压芯片提供的串联调整电源，另一种是DC-DC稳压电源，这对防止电网电压波动干扰仪器正常工作十分有效。

　　(2)抑制共模干扰技术。采用差分放大器，提高差分放大器的输入阻抗或降低信号源内阻可大大降低共模干扰的影响。

　　(3)软件补偿技术。外界因素如温湿度变化等也会引起某些参数的变化，造成偏差。可以利用软件根据外界因素的变化和误差曲线进行修正，去掉干扰。

　　5 结语

　　抗干扰是一个非常复杂、实践性很强的问题，一种干扰现象可能是由若干因素引起的。因此，在传感器电路以及测控系统的设计中，不仅应预先采取抗干扰措施，在调试过程中还应及时分析出遇到的现象，对传感器及其系统的电路原理、具体布线、屏蔽、电源的抗干扰能力、数字地或模拟地的处理以及防护形式不断改进，以提高电路的可靠性和稳定性。