转速抗干扰Word文档格式.docx
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能有效克服因偶然因素引起的波动干扰
对温度、液位的变化缓慢的被测参数有良好的滤波效果
C、缺点：
对流量、速度等快速变化的参数不宜
3、算术平均滤波法
连续取N个采样值进行算术平均运算
N值较大时：
信号平滑度较高，但灵敏度较低
N值较小时：
信号平滑度较低，但灵敏度较高
N值的选取：
一般流量，N=12；
压力：
N=4
适用于对一般具有随机干扰的信号进行滤波
这样信号的特点是有一个平均值，信号在某一数值范围附近上下波动
对于测量速度较慢或要求数据计算速度较快的实时控制不适用
比较浪费RAM
4、递推平均滤波法（又称滑动平均滤波法）
把连续取N个采样值看成一个队列
队列的长度固定为N
每次采样到一个新数据放入队尾，并扔掉原来队首的一次数据（先进先出原则）
把队列中的N个数据进行算术平均运算，就可获得新的滤波结果
流量，N=12；
N=4；
液面，N=4~12；
温度，N=1~4
对周期性干扰有良好的抑制作用，平滑度高
适用于高频振荡的系统
灵敏度低
对偶然出现的脉冲性干扰的抑制作用较差
不易消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差
5、中位值平均滤波法（又称防脉冲干扰平均滤波法）
相当于“中位值滤波法”+“算术平均滤波法”
连续采样N个数据，去掉一个最大值和一个最小值
然后计算N-2个数据的算术平均值
3~14
融合了两种滤波法的优点
对于偶然出现的脉冲性干扰，可消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差
测量速度较慢，和算术平均滤波法一样
6、限幅平均滤波法
相当于“限幅滤波法”+“递推平均滤波法”
每次采样到的新数据先进行限幅处理，
再送入队列进行递推平均滤波处理
7、一阶滞后滤波法
取a=0~1
本次滤波结果=（1-a）*本次采样值+a*上次滤波结果
对周期性干扰具有良好的抑制作用
适用于波动频率较高的场合
相位滞后，灵敏度低
滞后程度取决于a值大小
不能消除滤波频率高于采样频率的1/2的干扰信号
8、加权递推平均滤波法
是对递推平均滤波法的改进，即不同时刻的数据加以不同的权
通常是，越接近现时刻的数据，权取得越大。
给予新采样值的权系数越大，则灵敏度越高，但信号平滑度越低
适用于有较大纯滞后时间常数的对象
和采样周期较短的系统
对于纯滞后时间常数较小，采样周期较长，变化缓慢的信号
不能迅速反应系统当前所受干扰的严重程度，滤波效果差
9、消抖滤波法
设置一个滤波计数器
将每次采样值与当前有效值比较：
如果采样值＝当前有效值，则计数器清零
如果采样值<
>
当前有效值，则计数器+1，并判断计数器是否>
=上限N（溢出）
如果计数器溢出，则将本次值替换当前有效值，并清计数器
对于变化缓慢的被测参数有较好的滤波效果,
可避免在临界值附近控制器的反复开/关跳动或显示器上数值抖动
对于快速变化的参数不宜
如果在计数器溢出的那一次采样到的值恰好是干扰值，则会将干扰值当作有效值导入系统
10、限幅消抖滤波法
相当于“限幅滤波法”+“消抖滤波法”
先限幅，后消抖
继承了“限幅”和“消抖”的优点
改进了“消抖滤波法”中的某些缺陷，避免将干扰值导入系统
传感器抗干扰的常见措施
时间:
2013-05-0214:
30来源:
电气自动化技术网编辑:
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传感器抗干扰的常见措施如下：
1、供电系统的抗干扰设计
对传感器、仪器仪表正常工作危害最严重的是电网尖峰脉冲干扰，产生尖峰干扰的用电设备有：
电焊机、大电机、可控机、继电接触器、带镇流器的充气照明灯，甚至电烙铁等。
尖峰干扰可用硬件、软件结合的办法来抑制。
（1）用硬件线路抑制尖峰干扰的影响
常用办法主要有三种：
①在仪器交流电源输入端串入按频谱均衡的原理设计的干扰控制器，将尖峰电压集中的能量分配到不同的频段上，从而减弱其破坏性;
②在仪器交流电源输入端加超级隔离变压器，利用铁磁共振原理抑制尖峰脉冲;
③在仪器交流电源的输入端并联压敏电阻，利用尖峰脉冲到来时电阻值减小以降低仪器从电源分得的电压，从而削弱干扰的影响。
（2）利用软件方法抑制尖峰干扰
对于周期性干扰，可以采用编程进行时间滤波，也就是用程序控制可控硅导通瞬间不采样，从而有效地消除干扰。
（3）采用硬、软件结合的看门狗（watchdog）技术抑制尖峰脉冲的影响
软件：
在定时器定时到之前，CPU访问一次定时器，让定时器重新开始计时，正常程序运行，该定时器不会产生溢出脉冲，watchdog也就不会起作用。
一旦尖峰干扰出现了“飞程序”，则CPU就不会在定时到之前访问定时器，因而定时信号就会出现，从而引起系统复位中断，保证智能仪器回到正常程序上来。
（4）实行电源分组供电，例如：
将执行电机的驱动电源与控制电源分开，以防止设备间的干扰。
（5）采用噪声滤波器也可以有效地抑制交流伺服驱动器对其它设备的干扰。
该措施对以上几种干扰现象都可以有效地抑制。
（6）采用隔离变压器
考虑到高频噪声通过变压器主要不是靠初、次级线圈的互感耦合，而是靠初、次级寄生电容耦合的，因此隔离变压器的初、次级之间均用屏蔽层隔离，减少其分布电容，以提高抵抗共模干扰能力。
（7）采用高抗干扰性能的电源，如利用频谱均衡法设计的高抗干扰电源。
这种电源抵抗随机干扰非常有效，它能把高尖峰的扰动电压脉冲转换成低电压峰值（电压峰值小于TTL电平）的电压，但干扰脉冲的能量不变，从而可以提高传感器、仪器仪表的抗干扰能力。
2、信号传输通道的抗干扰设计
（1）光电耦合隔离措施
在长距离传输过程中，采用光电耦合器，可以将控制系统与输入通道、输出通道以及伺服驱动器的输入、输出通道切断电路之间的联系。
如果在电路中不采用光电隔离，外部的尖峰干扰信号会进入系统或直接进入伺服驱动装置，产生第一种干扰现象。
光电耦合的主要优点是能有效地抑制尖峰脉冲及各种噪声干扰，使信号传输过程的信噪比大大提高。
干扰噪声虽然有较大的电压幅度，但是能量很小，只能形成微弱电流，而光电耦合器输入部分的发光二极管是在电流状态下工作的，一般导通电流为10mA～15mA，所以即使有很大幅度的干扰，这种干扰也会由于不能提供足够的电流而被抑制掉。
（2）双绞屏蔽线长线传输
信号在传输过程中会受到电场、磁场和地阻抗等干扰因素的影响，采用接地屏蔽线可以减小电场的干扰。
双绞线与同轴电缆相比，虽然频带较差，但波阻抗高，抗共模噪声能力强，能使各个小环节的电磁感应干扰相互抵消。
另外，在长距离传输过程中，一般采用差分信号传输，可提高抗干扰性能。
采用双绞屏蔽线长线传输可以有效地抑制前文提到的干扰现象中的
（2）、（3）、（4）种干扰的产生。
3、局部产生误差的消除
在低电平测量中，对于在信号路径中所用的（或构成的）材料必须给予严格的注意，在简单的电路中遇到的焊锡、导线以及接线柱等都可能产生实际的热电势。
由于它们经常是成对出现，因此尽量使这些成对的热电偶保持在相同的温度下是很有效的措施，为此一般用热屏蔽、散热器沿等温线排列。
摘要：
尽量消除或抑制电子电路的干扰是电路设计和应用始终需要解决的问题。
传感器电路通常用来测量微弱的信号，具有很高的灵敏度，如果不能解决好各类干扰的影响，将给电路及其测量带来较大误差，甚至会因干扰信号淹没正常测量信号而使电路不能正常工作。
在此，研究了传感器电路设计时的内部噪声和外部干扰，并得出采取合理有效的抗干扰措施，能确保电路正常工作，提高电路的可靠性、稳定性和准确性。
关键词：
传感器;
噪声;
抗干扰;
电路设计
引言
传感器电路很容易接收到外界或内部一些无规则的噪声或干扰信号，如果这些噪声和干扰的大小可以与有用信号相比较，那么在传感器电路的输出端有用信号将有可能被淹没，或由于有用信号分量和噪声干扰分量难以分辨，则必将妨碍对有用信号的测量。
所以在传感器电路的设计中，往往抗干扰设计是传感器电路设计是否成功的关键。
1传感器电路的内部噪声
1.1高频热噪声
高频热噪声是由于导电体内部电子的无规则运动产生的。
温度越高，电子运动就越激烈。
导体内部电子的无规则运动会在其内部形成很多微小的电流波动，因其是无序运动，故它的平均总电流为零，但当它作为一个元件（或作为电路的一部分）被接入放大电路后，其内部的电流就会被放大成为噪声源，特别是对工作在高频频段内的电路高频热噪声影响尤甚。
通常在工频内，电路的热噪声与通频带成正比，通频带越宽，电路热噪声的影响就越大。
在通频带△f内，电路热噪声电压的有效值：
。
以一个1kΩ的电阻为例，如果电路的通频带为1MHz，则呈现在电阻两端的开路电压噪声有效值为4μV（设温度为室温T=290K）。
看起来噪声的电动势并不大，但假设将其接入一个增益为106倍的放大电路时，其输出噪声可达4V，这时对电路的干扰就很大了。
1.2低频噪声
低频噪声主要是由于内部的导电微粒不连续造成的。
特别是碳膜电阻，其碳质材料内部存在许多微小颗粒，颗粒之间是不连续的，在电流流过时，会使电阻的导电率发生变化引起电流的变化，产生类似接触不良的闪爆电弧。
另外，晶体管也可能产生相似的爆裂噪声和闪烁噪声，其产生机理与电阻中微粒的不连续性相近，也与晶体管的掺杂程度有关。
1.3半导体器件产生的散粒噪声
由于半导体PN结两端势垒区电压的变化引起累积在此区域的电荷数量改变，从而显现出电容效应。
当外加正向电压升高时，N区的电子和P区的空穴向耗尽区运动，相当于对电容充电。
当正向电压减小时，它又使电子和空穴远离耗尽区，相当于电容放电。
当外加反向电压时，耗尽区的变化相反。
当电流流经势垒区时，这种变化会引起流过势垒区的电流产生微小波动，从而产生电流噪声。
其产生噪声的大小与温度、频带宽度△f成正比。
1.4电路板上的电磁元件的干扰
许多电路板上都有继电器、线圈等电磁元件，在电流通过时其线圈的电感和外壳的分布电容向周围辐射能量，其能量会对周围的电路产生干扰。
像继电器等元件其反复工作，通断电时会产生瞬间的反向高压，形成瞬时浪涌电流，这种瞬间的高压对电路将产生极大的冲击，从而严重干扰电路的正常工作。
1.5电阻器的噪声
电阻的干扰来自于电阻中的电感、电容效应和电阻本身的热噪声。
例如一个阻值为R的实芯电阻，可等效为电阻R、寄生电容C、寄生电感L的串并联。
一般来说，寄生电容为0.1～0.5pF，寄生电感为5～8nH。
在频率高于1MHz时，这些寄生电感电容就不可忽视了。
各类电阻都会产生热噪声，一个阻值为R的电阻（或BJT的体电阻、FET的沟道电阻）未接入电路时，在频带宽度B内所产生的热噪声电压为：
式中：
k为玻尔兹曼常数;
T是绝对温度（单位：
K）。
热噪声电压本身是一个非周期变化的时间函数，因此，它的频率范围是很宽广的。
所以宽频带放大电路受噪声的影响比窄频带大。
另外，电阻还会产生接触噪声，其接触噪声电压为：
I为流过电阻的电流均方值;
f为中心频率;
k是与材料的几何形状有关的常数。
由于Vc在低频段起重要的作用，所以它是低频传感器电路的主要噪声源。
1.6晶体管的噪声
晶体管的噪声主要有热噪声、散粒噪声、闪烁噪声。
热噪声是由于载流子不规则的热运动通过BJT内3个区的体电阻及相应的引线电阻时而产生。
其中rbb'
所产生的噪声是主要的。
通常所说的BJT中的电流，只是一个平均值。
实际上通过发射结注入到基区的载流子数目，在各个瞬时都不相同，因而发射极电流或集电极电流都有无规则的波动，会产生散粒噪声。
由于半导体材料及制造工艺水平使得晶体管表面清洁处理不好而引起的噪声称为闪烁噪声。
它与半导体表面少数载流子的复合有关，表现为发射极电流的起伏，其电流噪声谱密度与频率近似成反比，又称1/f噪声。
它主要在低频（kHz以下）范围起主要作用。
1.7集成电路的噪声
集成电路的噪声干扰一般有两种：
一种是辐射式，一种是传导式。
这些噪声尖刺对于接在同一交流电网上的其他电子设备会产生较大影响。
噪声频谱扩展至100MHz以上。
在实验室中，可以用高频示波器（100MHz以上）观察一般单片机系统板上某个集成电路电源与地引脚之间的波形，会看到噪声尖刺峰-峰值可达数百毫伏甚至伏级。
2传感器电路的外部干扰
2.1电源的干扰
大多数电子电路的直流电源是由电网交流电源经滤波、稳压后提供的。
如果电源系统没有经过净化，会对测试系统产生干扰。
同时，在传感器测试系统附近的大型交流电力设备的启停将产生频率很高的浪涌电压叠加在电网电压上。
此外，雷电感应也会在电网上产生幅值很高的高频浪涌电压。
如果这些干扰信号沿着交流电源线进入传感器接口电路内部，将会干扰其正常工作，影响系统的测试精度。
2.2地线的干扰
传感器接口各电路往往共用一个直流电源，或者虽然不共用一个电源，但不同电源之间往往共一个地，因此，当各部分电路的电流均流过公共地电阻（地线导体阻）时便会产生电压降，该电压降便成为各部分之间相互影响的噪声干扰信号。
同时，在远距离测量中，传感器和检测仪表在两处分别接地，于是在两“地”之间就存在较大的接地电位差，在仪表的输入端易形成共模干扰电压。
共模干扰的来源一般是设备对地漏电、地电位差、线路本身具有对地干扰等。
由于线路的不平衡状态，共模干扰会转换成常模干扰，较难除掉。
2.3信号通道的干扰
通常传感器设在生产现场，而显示、记录等测量装置安装在离现场有一定距离的控制室内，这样需要很长的信号传输线，信号在传输的过程中很容易受到干扰，导致所传输的信号发生畸变或失真。
长线信号传输所遇到的干扰有：
（1）周围空间电磁场对长线的电磁感应干扰。
（2）信号线间的串扰。
当强信号线（或信号变化速度很快的线）与弱信号线靠得很近时，通过线间分布电容和互感产生线间干扰。
（3）长线信号的地线干扰。
信号线越长，则信号地线也越长，即地线电阻较大，形成较大的电位差。
2.4空间电磁波的干扰
空间电磁波干扰主要有：
（1）雷电、大气层的电场变化、电离层变化及太阳黑子的电磁辐射等;
（2）区域空间中通信设备、电视、雷达等通过天线发射强烈的电磁波;
（3）局部空间电磁波对电路、设备产生的干扰，如氖灯、荧光灯等气体放电设施产生的辉光放电干扰，弧光放电产生的电波形成的干扰。
3抑制传感器电路噪声的措施
3.1根据不同工作频率合理选择噪声低的半导体元器件
在低频段，晶体管由于存在势垒电容和扩散电容等问题，噪声较大。
而结型场效应管因为是多数载流子导电，不存在势垒区的电流不均匀问题。
而且栅极与导电沟间的反向电流很小，产生的散粒噪声很小。
故在中、低频的前级电路中应采用场效应管，不但可以降低噪声还可以有较高的输入阻抗。
另外如果需要更换晶体管等半导体元件，一定要经过对比选择，即使型号相同的半导体器件参数也是有差别的。
同样，电路中的碳膜电阻与金属膜电阻的噪声系数也是不一样的，金属膜电阻的噪声比碳膜的要小，特别是在前级小信号输入时，可以考虑用噪声小的金属膜电阻。
3.2根据不同的工作频段、参数选择适当的放大电路
选择适当的放大电路不仅对本级电路有直接影响，对整个电路的工作参数、工作状态都会产生重要影响。
如共射组态连接时，电路有较高的放大增益，同时它的噪声对后级的影响较小。
而共集组态时有较高的输入阻抗同时也有较好的频响。
因此根据不同的电路对参数应有不同要求，选择好的电路，不仅可以简化线路结构，同时也可以减少噪声对整个电路的干扰。
在电路性能参数允许的条件下，尽可能采用抗干扰能力较好的数字电路。
3.3传感器电路中加入滤波环节
在放大电路中，频带越宽，噪声也越大，而有用信号的频率往往在一定范围内，故可在电路中加入滤波环节，滤除或尽可能衰减干扰信号，以达到提高信噪比抑制干扰的目的。
滤波技术对抑制经导线耦合到电路的干扰特别有效，将相应频带的滤波器接入信号传输通道中，各种滤波器是抑制差模干扰的有效措施之一。
在自动检测系统中常用的滤波器有：
（1）RC滤波器。
当信号源为热电偶、应变片等信号变化缓慢的传感器时，利用小体积、低成本的无源RC滤波器将会对串模干扰有较好的抑制效果。
（2）交流电源滤波器。
电源网络吸收了各种高、低频噪声，对此常用LC滤波器来抑制混入电源的噪声，例如100μH的电感、0.1μF的电容组成的高频滤波器能吸收中短波段的高频噪声干扰。
（3）直流电源滤波器。
直流电源往往为几个电路所共用，为了避免通过电源内阻造成几个电路间相互干扰，应该在每个电路的直流电源上加上RC或LC退耦滤波器，用来滤除低频噪声。
3.4通过负反馈电路来抑制噪声
负反馈电路可以通过反馈信号的取样、控制来稳定电路，提高放大器的信噪比，使放大电路的动态性能获得多方面的改善。
负反馈信号可以稳定电路的静态工作点，从而稳定电路的温度、电流、电压等多项参数。
在多级电路中，第一级电路因为是原始小信号，因此经常采用的是有较大增益的共射电路组态。
除非是特殊需要，共射组态电路往往是不加负反馈的。
所以第一级电路产生的噪声只能通过后级的负反馈电路来抑制。
对于多级电路而言，通过负反馈信号稳定本级的静态工作点，可以抑制本级电路噪声的产生和传播。
因此在多级电路中，负反馈电路是抑制噪声的一个重要手段。
3.5抑制和减少输入端偏置电路的噪声
输入端偏置电路噪声一般是由输入端偏置分流电阻产生的。
当流过偏置电阻的直流电流过大时就会使能量过剩从而产生电流噪声。
如果选择合适的偏置电路，噪声就可以通过旁路电容短接入地，可以抑制噪声输出，减小对下一级电路的影响。
另外优质的信号源也是电路抗干扰的重要保证。
4减少传感器电路干扰的措施
4.1合理布局
合理的电路布局可以减少不同工作频段电路之间的相互干扰，同时也使对干扰信号的滤除变得相对简单。
4.1.1地线布置的抗干扰措施
为克服这种由于地线布设不合理而造成的干扰，在设计印制电路时，应当尽量避免不同回路的电路同时流经某一段共用地线。
特别是在高频电路和大电流回路中，更要讲究地线的接法。
把“交流地”和“直流地”分开，是减少噪声通过地线串扰的有效方法。
4.1.2电源布线的抗干扰措施
在布线时，首先要将交流电源部分与直流电源部分分开，不要共用接地导线，就是把“交流地”和“直流地”分开，减少噪声通过地线串扰。
另外，在直流电源回路中，负载的变化会引起电源噪声。
配置去耦电容可以抑制因负载变化而产生的噪声。
具体配置方法是在电源输入端接一个10～100μF的电解电容，如果印制电路板的位置允许，采用100μF以上的电解电容的抗干扰效果会更好。
在电源线布线时，根据印制电路板电流的大小，尽量加粗电源线宽度，减少环路电阻。
同时，使电源线、地线的走线和数据信号传递的方向一致，有助于增强抗干扰能力。
4.1.3元器件布局的抗干扰措施
（1）抑制电磁干扰。
相互可能产生影响或干扰的元器件，应当尽量分开或采取屏蔽措施。
要设法缩短高频部分元器件之间的连线，减小它们的分布参数和相互间的电磁干扰（如果需要对高频部分使用金属屏蔽罩，还应该在板上留出屏蔽罩占用的面积）。
易受干扰的元器件不能离得太近。
强电部分（220V）和弱电部分（直流电源供电）、输入级和输出级的元件应当尽量分开。
直流电源引线较长时，要增加滤波元件，防止50Hz干扰。
扬声器、电磁铁、永磁式仪表等元件会产生恒定磁场，高频变压器、继电器等会产生交变磁场。
这些磁场不仅对周围元件产生干扰，同时对周围的印制导线也会产生影响。
这类干扰要根据情况区别对待，一般应该注意几点：
减少磁力线对印制导线的切割，确定两个电
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