系統干擾信號分析及其抑制措施典例

丁筱玲 趙立新 施國英

山東農業大學 山東泰安 271018

系統干擾信號分析及其抑制措施典例

丁筱玲 趙立新 施國英

山東農業大學 山東泰安 271018

干擾在測量中是一種無用信號，為了有效抑制測試過程中的干擾，必須了解干擾來源及傳輸途徑，有針對性地選擇抗干擾措施。本文從干擾信號的來源分析入手，以電機性能測試系統中抗干擾電路設計為例，通過軟件仿真對信號干擾問題加以研究探討，以期在各種不同情況下選取最恰當的抗干擾辦法，獲得最佳抑制效果。

測試系統；干擾；屏蔽；阻尼；濾波器

干擾的形成必須同時具有干擾源、干擾途徑、對噪聲敏感的接收電路3個條件，測試系統是獲得信息的電子設備，在測試工作中，由于干擾的普遍存在，任何測試結果總是達不到百分之百的準確度，嚴重的干擾甚至會影響測試系統的正常工作。因此，在設計、制造以及使用測試系統時，干擾成為不可回避的重要問題。干擾產生的原因很多，一般分為內部原因和外部原因。由內部產生的干擾包括電路內部的熱運動、機械振動、感應、自激震蕩、元件接觸不良、元件特性不良等產生的干擾。由外部原因產生的干擾分為自然干擾和人為干擾。

一、干擾的傳輸途徑

1.“路”的干擾

通過“路”的干擾通常分為以下幾種情況：泄漏電阻元件支架、探頭、接線柱、印刷電路以及電容器內部或外殼等絕緣不良產生漏電流，引起干擾，兩個以上電路共有一部分阻抗，一個電路的電流流經共阻抗所產生電壓降就成為其它電路的干擾源，形成共阻抗耦合干擾；電源線引入干擾交流供電線路現場的分布構成吸收干擾的網絡。

2.“場”的干擾

通過“場”的干擾通常分為以下幾種情況：由于兩電路（或元件）之間存在著寄生電容，使一條支路上的電荷通過寄生電容傳到另支路上去，形成電場耦合干擾；通過磁場耦合的干擾；通過來自大功率高頻用電設備、廣播發射臺、電視發射臺等輻射磁場耦合的干擾。

二、常用抑制干擾的辦法

1.屏蔽

屏蔽的抗干擾功能基于屏蔽容器殼體對干擾信號的反射與吸收作用。用屏蔽的方式抑制輻射噪聲很有效。電動機金屬外殼就起著屏蔽的作用，其屏蔽效果與材料的性能、輻射頻率、屏蔽殼體上存在的各種不連續的形狀和數量有關，由于電動機外殼是由若干屏蔽體組合而成，因此要求每一條接縫都是電磁密封的，從而使屏蔽體具有良好的屏蔽效果。

2.隔離

在測控電路系統中，盡管從各方面加以注意，但由于分布參數無法完全控制，常常會形成寄生環路，從而引入電磁耦合干擾。為此在有些情況下，要采取隔離技術，以切斷可能形成的回路，提高測控系統的抗干擾能力。

3.阻尼

阻尼可有效地降低和減少瞬變過程電壓對系統回路中浪涌電壓對電動機的干擾。一般可采用阻尼導線的方式，如以導電性橡膠線、浸碳纖維線、變距電阻繞線、磁性體繞線、雙電阻絲繞線和層蔽導線等幾種導線作為發電機的電源引出線。此外，阻尼導線還可減少和抑制電刷與換向器之間的火花放電干擾。

4.接地

接地的目的是為了消除各電路電流流經一個公共地線阻抗產生的噪聲電壓以及避免形成回路。接地抑制噪聲的操作方式很重要。如果接地阻抗過大，則起不到良好的噪聲旁路作用。如果電動機外殼做接地端子，則外殼上的油漆必須去掉，以便使導線良好與地接觸，不能單靠連接螺釘的4～5牙螺紋來連接。

5.采用濾波器

濾波器按種類一般分為RC濾波器、LC濾波器、雙T濾波器和有源濾波器等；按被測信號頻率的相對位置低又分為低通濾波器、高通濾波器和帶通濾波器3種；隨著現代計算機技術的迅速發展，利用軟件編制的數字濾波器已開始得到廣泛應用，這種基于軟件的濾波器常采用多級濾波的方式。

三、干擾抑制設計實例

實際應用中，抑制干擾的方法還有很多，例如：可以從測試系統本身的設計、加工工藝等入手。下面就以電機性能測試系統干擾抑制的設計為例，探討一下測試設備中干擾問題的具體解決辦法?？紤]到該設計的實際情況，這里選取濾波器方式來對干擾信號加以抑制。對于實際濾波器而言，考慮到實際組成元件的品質因數的取值是一有限值（因為受限于材料與工藝的水平），所以工程上的實用濾波器都是有損濾波器，對于這些濾波器還應考慮通帶內的最小插入衰減，這里主要采用濾波器變換的方法加以實現，通過對低通濾波器進行頻率變換與阻抗變換，來得到新的目標濾波器。

1. 濾波器的類型

濾波器主要分為3種：巴特沃斯響應（最平坦響應），它能夠最大化濾波器的通帶平坦度，該響應非常平坦，接近dc信號，然后慢慢衰減至截止頻率點為-3db，最終逼近-20ndb/decade的衰減率，其中n為濾波器的階數；貝塞爾響應，除了會改變依賴于頻率的輸入信號的幅度外，濾波器還會為其引入一個延遲，使得基于頻率的相移產生非正弦信號失真，最小化通帶的相位非線性；契比雪夫響應，在一些應用當中，最為重要的因素是濾波器截斷不必要信號的速度，如果你可以接受通帶具有一些紋波，就可以得到比巴特沃斯濾波器更快速的衰減。

2.濾波器的選取及其電路設計

由于該設計中所選研究對象電機性能測試系統中的電流互感器TA21A和電壓互感器TV31的頻率允許范圍均為50Hz～400Hz，而試驗樣機STC-5-2三相交流同步發電機的額定頻率為50Hz，所以在進行濾波器的設計時，只要將高于50Hz的雜波濾掉即可。因此，可選用巴特沃斯低通濾波器，截止角頻率ω=50Hz。巴特沃斯二階低通濾波電路的設計（如圖1所示）。

圖1 巴特沃斯二階低通濾波電路

3.濾波器的電路仿真

該設計中，運用Multisim9對所設計的巴特沃斯二階低通濾波電路進行了仿真實驗。仿真實驗中，由于交流電壓源與交流電流源的仿真實驗類似，故只采用5V交流電壓源，頻率分別為50Hz、200Hz進行測試.

(1)5V/50Hz交流電壓源示波器仿真實驗

圖2是5V/50Hz交流電壓源示波器的仿真實驗結果圖，由該圖可以看出，50Hz的交流信號能夠順利通過本次設計的巴特沃斯二階低通濾波電路。

圖2 5V/50Hz時示波器仿真實驗結果

(2)5V/50Hz交流電壓源波特圖示儀仿真實驗

圖3為5V/50Hz交流電壓源的波特圖示儀仿真實驗結果圖，由該圖可以明顯看出低通濾波電路的通帶與阻帶。

圖3 5V/50Hz時波特圖仿真實驗結果

(3)5V/200Hz交流電壓源示波器仿真實驗

對比圖2與圖3，由圖4可以看出，200Hz的交流信號在通過本次設計的巴特沃斯二階低通濾波電路時，信號的幅值被大大地衰減。

圖4 5V/200Hz時示波器仿真實驗圖

四、結束語

在該題目設計過程中，相關人員還進一步對300Hz、500Hz的交流信號做過仿真實驗。結果顯示：300Hz的交流信號通過該濾波電路時，信號幅值在幾十毫伏；當500Hz交流信號源通過濾波電路時，仿真示波器上顯示近似一條直線。要想進一步改善濾波電路的性能，可以增加濾波電路的階數，其幅頻響應就會更接近理想特性。

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The example of measure about sistom’s interferance signal that being analysed and restrained

Ding Xiaoling, Zhao Lixin, Shi Guoying
Shandong agricultural university, Taian, 271018, China

Disturbance is a useless signal in measure. During determination, for to restrain the distrubance, its source and way must be found out and we nead choice correct measure for interference rejection. This paper begin with disturbance source, by the aid of example about interference rejection circuit design in generator property testing system, to research the question of interference rejection by software simulator, and select the proper way for it under difference situation, so to get the best effect.

testing system; interference; shield damp; smoothing

book=37,ebook=555

2010-03-06

丁筱玲，研究生，副教授，電工電子實驗教學中心主任。