提高抗干扰的方法及措施

提高抗干扰的措施最理想的方法是抑制干扰源，使其不向外产生干扰或将干扰影响限制在允许的范围之内。由于车间现场干扰源的复杂性，要想对所有的干扰源都做到使其不向外产生干扰，几乎是不可能的，也是不现实的。另外，来自电网和外界环境的干扰，即机电一体化产品用户环境的干扰源也是无法避免的。因此，在产品开发和应用中，除了对一些重要的干扰源，主要是对被直接控制的对象上的一些干扰源进行抑制外，更多的则是在产品内设法抑制外来干扰的影响，以保证系统可靠地工作。

抑制干扰的措施很多，主要包括屏蔽、隔离、滤波、接地和软件处理等方法。

图6－10　同轴电缆示意图

1—芯线；2—绝缘体；3—外层导线；4—绝缘外皮

（2）隔离

隔离是指把干扰源与接收系统隔离开来，使有用信号正常传输，而干扰耦合通道被切断，达到抑制干扰的目的。常见的隔离方法有光电隔离、变压器隔离和继电器隔离等方法。

磁场屏蔽技术应用资源

（1）屏蔽

屏蔽是指利用导电或导磁材料制成的盒状或壳状屏蔽体，将干扰源或干扰对象包围起来，从而割断或削弱干扰场的空间耦合通道，阻止其电磁能量的传输。按需屏蔽的干扰场的性质不同，可分为电场屏蔽、磁场屏蔽和电磁场屏蔽。

电场屏蔽是为了消除或抑制由于电场耦合引起的干扰。通常用铜和铝等导电性能良好的金属材料作屏蔽体。屏蔽体的结构应尽量完整严密并保持良好的接地。

磁场屏蔽是为了消除或抑制由于磁场耦合引起的干扰。对静磁场及低频交变磁场，可用高磁导率的材料作屏蔽体，并保证磁路畅通。对高频交变磁场，由于主要靠屏蔽体壳体上感生的涡流所产生的反磁场起排斥原磁场的作用，选用材料也是良导体，如铜、铝等。

如图6－9所示的变压器，在变压器绕组线包的外面包一层铜皮作为漏磁短路环。当漏磁通穿过短路环时，在铜环中感生涡流，因此会产生反磁通以抵消部分漏磁通，使变压器外的磁通减弱。屏蔽的效果与屏蔽层数量和每层厚度有关。

在如图6－10所示的同轴电缆中，为防止信号在传输过程中受到电磁干扰，在电缆线中设置了屏蔽层。芯线电流产生的磁场被局限在外层导体和芯线之间的空间中，不会传播到同轴电缆以外的空间。而电缆外的磁场干扰信号在同轴电缆的芯线和外层导体中产生的干扰电势方向相同，使电流一个增大，一个减小而相互抵消，故总的电流增量为零。许多通信电缆还在外面包裹一层导体薄膜以提高屏蔽外界电磁干扰的能力。

图6－9　变压器的屏蔽

1—铜漏磁短路环；
2—导磁性（铁）屏蔽盒；3—空气隙

图6－10　同轴电缆示意图

1—芯线；2—绝缘体；3—外层导线；4—绝缘外皮

（2）隔离

隔离是指把干扰源与接收系统隔离开来，使有用信号正常传输，而干扰耦合通道被切断，达到抑制干扰的目的。常见的隔离方法有光电隔离、变压器隔离和继电器隔离等方法。

光耦技术应用资源

1）光电隔离

光电隔离是以光作为媒介在隔离的两端之间进行信号传输的，所用的器件是光电耦合器。由于光电耦合器在传输信息时，不是将其输入／输出的电信号进行直接耦合，而是借助光作为媒介物进行耦合，具有较强的隔离和抗干扰能力。图6－11（a）所示为一般光电耦合器组成的输入／输出线路。在控制系统中，它既可以用作一般输入／输出的隔离，也可以代替脉冲变压器起线路隔离与脉冲放大作用。由于光电耦合器具有二极管、三极管的电气特性，使它能方便地组合成各种电路。又由于它靠光耦合传输信息，使它具有很强的抗电磁干扰的能力，从而在机电一体化产品中获得了极其广泛的应用。

由于光电耦合器具有二极管、三极管的电气特性，使它能方便地组合成各种电路；又由于它靠光耦合传输信息，使它具有很强的抗电磁干扰的能力，因而在机电一体化产品中获得了极其广泛的应用。

2）变压器隔离

对于交流信号的传输，一般使用变压器隔离干扰信号的办法。隔离变压器也是常用的隔离部件，用来阻断交流信号中的直流干扰和抑制低频干扰信号的强度，如图6－11（b）所示的变压器耦合隔离电路。隔离变压器把各种模拟负载和数字信号源隔离开来，也就是把模拟地和数字地断开。传输信号通过变压器获得通路，而共模干扰由于不形成回路而被抑制。

光耦技术应用资源

1）光电隔离

光电隔离是以光作为媒介在隔离的两端之间进行信号传输的，所用的器件是光电耦合器。由于光电耦合器在传输信息时，不是将其输入／输出的电信号进行直接耦合，而是借助光作为媒介物进行耦合，具有较强的隔离和抗干扰能力。图6－11（a）所示为一般光电耦合器组成的输入／输出线路。在控制系统中，它既可以用作一般输入／输出的隔离，也可以代替脉冲变压器起线路隔离与脉冲放大作用。由于光电耦合器具有二极管、三极管的电气特性，使它能方便地组合成各种电路。又由于它靠光耦合传输信息，使它具有很强的抗电磁干扰的能力，从而在机电一体化产品中获得了极其广泛的应用。

由于光电耦合器具有二极管、三极管的电气特性，使它能方便地组合成各种电路；又由于它靠光耦合传输信息，使它具有很强的抗电磁干扰的能力，因而在机电一体化产品中获得了极其广泛的应用。

2）变压器隔离

对于交流信号的传输，一般使用变压器隔离干扰信号的办法。隔离变压器也是常用的隔离部件，用来阻断交流信号中的直流干扰和抑制低频干扰信号的强度，如图6－11（b）所示的变压器耦合隔离电路。隔离变压器把各种模拟负载和数字信号源隔离开来，也就是把模拟地和数字地断开。传输信号通过变压器获得通路，而共模干扰由于不形成回路而被抑制。

图6－11　光电隔离和变压器隔离原理

（a）光电隔离；（b）变压器隔离

图6－12所示为一种带多层屏蔽的隔离变压器。当含有直流或低频干扰的交流信号从一次侧端输入时，根据变压器原理，二次侧输出的信号滤掉了直流干扰，且低频干扰信号幅值也被大大衰减，从而达到了抑制干扰的目的。另外，在变压器的一次侧和二次侧线圈外设有静电隔离层S1和S2，其目的是防止一次绕组和二次绕组之间的相互耦合干扰。变压器外的三层屏蔽密封体的内、外两层用铁，起磁屏蔽的作用；中间层用铜与铁芯相连并直接接地，起静电屏蔽作用。这三层屏蔽层是为了防止外界电磁场通过变压器对电路形成干扰而设置的，这种隔离变压器具有很强的抗干扰能力。

图6－11　光电隔离和变压器隔离原理(https://www.chuimin.cn)

（a）光电隔离；（b）变压器隔离

图6－12所示为一种带多层屏蔽的隔离变压器。当含有直流或低频干扰的交流信号从一次侧端输入时，根据变压器原理，二次侧输出的信号滤掉了直流干扰，且低频干扰信号幅值也被大大衰减，从而达到了抑制干扰的目的。另外，在变压器的一次侧和二次侧线圈外设有静电隔离层S1和S2，其目的是防止一次绕组和二次绕组之间的相互耦合干扰。变压器外的三层屏蔽密封体的内、外两层用铁，起磁屏蔽的作用；中间层用铜与铁芯相连并直接接地，起静电屏蔽作用。这三层屏蔽层是为了防止外界电磁场通过变压器对电路形成干扰而设置的，这种隔离变压器具有很强的抗干扰能力。

继电器技术资源

3）继电器隔离

继电器线圈和触点仅有机械上的联系，而没有直接的电的联系，因此可利用继电器线圈接收电信号，而利用其触点控制和传输电信号，从而可实现强电和弱电的隔离，如图6－13所示。同时，继电器触点较多，且其触点能承受较大的负载电流，因此应用非常广泛。

继电器技术资源

3）继电器隔离

继电器线圈和触点仅有机械上的联系，而没有直接的电的联系，因此可利用继电器线圈接收电信号，而利用其触点控制和传输电信号，从而可实现强电和弱电的隔离，如图6－13所示。同时，继电器触点较多，且其触点能承受较大的负载电流，因此应用非常广泛。

图6－12　一种带多层屏蔽的隔离变压器

图6－12　一种带多层屏蔽的隔离变压器

图6－13　继电器隔离

实际使用中，继电器隔离指适合于开关量信号的传输。系统控制中，常用弱电开关信号控制继电器线圈，使继电器触点闭合和断开。而对应于线圈的触点，则用于传递强电回路的某些信号。隔离用的继电器，主要是小型电磁继电器或干簧继电器。

（3）滤波

滤波是抑制干扰传导的一种重要方法。由于干扰源发出的电磁干扰的频谱往往比要接收的信号的频谱宽得多，因而当接收器接收有用信号时，也会接收到那些不希望有的干扰。这时，可以采用滤波的方法，只让所需要的频率成分通过，而将干扰频率成分加以抑制。

常用滤波器根据其频率特性又可分为低通、高通、带通、带阻等滤波器。低通滤波器只让低频成分通过，而高于截止频率的成分则受抑制、衰减，不让通过。高通滤波器只通过高频成分，而低于截止频率的成分则受抑制、衰减，不让通过。带通滤波器只让某一频带范围内的频率成分通过，而低于下截止频率和高于上截止频率的成分均受抑制，不让通过。带阻滤波器只抑制某一频率范围内的频率成分，不让其通过，而低于下截止频率和高于上截止频率的频率成分则可通过。

在机电一体化系统中，常用低通滤波器抑制由交流电网侵入的高频干扰。图6－14所示为计算机电源采用的一种LC低通滤波器的接线图。含有瞬间高频干扰的220 V工频电源通过截止频率为50 Hz的滤波器，其高频信号被衰减，只有50 Hz的工频信号通过滤波器到达电源变压器，保证正常供电。

图6－13　继电器隔离

实际使用中，继电器隔离指适合于开关量信号的传输。系统控制中，常用弱电开关信号控制继电器线圈，使继电器触点闭合和断开。而对应于线圈的触点，则用于传递强电回路的某些信号。隔离用的继电器，主要是小型电磁继电器或干簧继电器。

（3）滤波

滤波是抑制干扰传导的一种重要方法。由于干扰源发出的电磁干扰的频谱往往比要接收的信号的频谱宽得多，因而当接收器接收有用信号时，也会接收到那些不希望有的干扰。这时，可以采用滤波的方法，只让所需要的频率成分通过，而将干扰频率成分加以抑制。

常用滤波器根据其频率特性又可分为低通、高通、带通、带阻等滤波器。低通滤波器只让低频成分通过，而高于截止频率的成分则受抑制、衰减，不让通过。高通滤波器只通过高频成分，而低于截止频率的成分则受抑制、衰减，不让通过。带通滤波器只让某一频带范围内的频率成分通过，而低于下截止频率和高于上截止频率的成分均受抑制，不让通过。带阻滤波器只抑制某一频率范围内的频率成分，不让其通过，而低于下截止频率和高于上截止频率的频率成分则可通过。

在机电一体化系统中，常用低通滤波器抑制由交流电网侵入的高频干扰。图6－14所示为计算机电源采用的一种LC低通滤波器的接线图。含有瞬间高频干扰的220 V工频电源通过截止频率为50 Hz的滤波器，其高频信号被衰减，只有50 Hz的工频信号通过滤波器到达电源变压器，保证正常供电。

图6－14　LC低通滤波器的接线图

图6－15（a）所示为触点抖动抑制电路，对抑制各类触点或开关在闭合或断开瞬间因触点抖动所引起的干扰是十分有效的。图6－15（b）所示电路为交流信号抑制电路，主要用于抑制电感性负载在切断电源瞬间所产生的反电势。这种阻容吸收电路可以将电感线圈的磁场释放出来的能量转化为电容器电场的能量储存起来，以降低能量的消散速度。图6－15（c）所示电路为输入信号的阻容滤波电路，类似的这种线路既可作为直流电源的输入滤波器，也可作为模拟电路输入信号的阻容滤波器。

图6－14　LC低通滤波器的接线图

图6－15（a）所示为触点抖动抑制电路，对抑制各类触点或开关在闭合或断开瞬间因触点抖动所引起的干扰是十分有效的。图6－15（b）所示电路为交流信号抑制电路，主要用于抑制电感性负载在切断电源瞬间所产生的反电势。这种阻容吸收电路可以将电感线圈的磁场释放出来的能量转化为电容器电场的能量储存起来，以降低能量的消散速度。图6－15（c）所示电路为输入信号的阻容滤波电路，类似的这种线路既可作为直流电源的输入滤波器，也可作为模拟电路输入信号的阻容滤波器。

图6－15　干扰滤波电路

（a）触点抖动抑制电路；（b）交流信号抑制电路；（c）输入信号阻容滤波电路

图6－16所示为一种双T型带阻滤波器，可用来消除工频（电源）串模干扰。图中输入信号U1经过两条通路送到输出端。当信号频率较低时，C1、C2和C3阻抗较大，信号主要通过R1、R2传送到输出端，当信号频率较高时，C1、C2和C3容抗很小，接近短路，所以信号主要通过C1、C2传送到输出端。只要参数选择得当，就可以使滤波器在某个中间频率f0时，由C1、C2和R3支路传送到输出端的信号U′2，与由R1、R2和C3支路传送到输出端的信号U″2大小相等、相位相反，互相抵消，于是总输出为零。f0为双T型带阻滤波器的谐振频率。在参数设计时，使f0＝50 Hz，双T型带阻滤波器就可滤除工频干扰信号。

图6－15　干扰滤波电路

（a）触点抖动抑制电路；（b）交流信号抑制电路；（c）输入信号阻容滤波电路

图6－16所示为一种双T型带阻滤波器，可用来消除工频（电源）串模干扰。图中输入信号U1经过两条通路送到输出端。当信号频率较低时，C1、C2和C3阻抗较大，信号主要通过R1、R2传送到输出端，当信号频率较高时，C1、C2和C3容抗很小，接近短路，所以信号主要通过C1、C2传送到输出端。只要参数选择得当，就可以使滤波器在某个中间频率f0时，由C1、C2和R3支路传送到输出端的信号U′2，与由R1、R2和C3支路传送到输出端的信号U″2大小相等、相位相反，互相抵消，于是总输出为零。f0为双T型带阻滤波器的谐振频率。在参数设计时，使f0＝50 Hz，双T型带阻滤波器就可滤除工频干扰信号。

图6－16　双T型带阻滤波器

图6－16　双T型带阻滤波器