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参考答案:所谓干扰,就是指影响测量结果或作用于控制系统的各种无用信号。产生干扰信号的干扰源一般可分为外部干扰和内部干扰两种。
一、干扰的来源
干扰可分为外部干扰和内部干扰两类。
使用环境中的电磁场、振动、温度、湿度等均构成外部干扰源。
测试系统的安装固定要很好考虑,不合理的安装固定和固定件的寄生振动会给测试信号带来各种干扰,严重地影响测量结果。另外,电源、信号线、接地等也会产生干扰,这些可归为内部干扰。
(一)外部干扰
外部干扰主要来自自然界的干扰以及各种电气设备运行产生的干扰(又称人为干扰)。
1.自然干扰各种自然现象,如闪电、雷击、宇宙射线、环境(温度、湿度等)变化均可产生自然干扰。这些干扰对测量仪表及自动控制系统的运行会产生不良影响,特别是对通信、导航设备影响尤为严重。
2.人为干扰人为干扰主要是指各种电气设备运行时所产生的电磁干扰。如大容量电气设备起、停可能引起电网电压波动;开关的通断会引起电火花;霓虹灯、电焊、电车的运行也会引起射频干扰;在大功率输电系统中,大电流输电线周围会产生强大的交变电磁场,因此对安装在输电线附近的仪表及与之平行的信号线会产生干扰。
(二)内部干扰
内部干扰主要是指测量电路内部各种元器件的噪声所引起的干扰。例如,电阻中随机性的自由电子的热运动引起的热噪声;半导体、电子管内载流子的随机运动引起的散粒噪声;开关或两种导体相接时,由于接触不良会导致接触面的电导率起伏,从而产生所谓的接触噪声;由于工艺设计、布线不合理等出现寄生参数、泄漏电阻等耦合形成寄生反馈造成干扰。
对于电子测量装置的内部干扰,可以通过装置的正确设计及零部件的合理布局加以消除或削弱;对于来自外部的干扰可以通过适当的抗干扰措施加以解决。1.干扰的主要来源
数据采集与处理系统工作环境的干扰源很多,各有特点。下面从不同的角度对其进行分类:
1.1从干扰的来源划分
1.1.1内部干扰
指系统的内部电子电路的各种干扰,如元器件的老化引起的参数变化,以及电阻的热噪声,晶体管、场效应管等器件内部分配噪声和闪烁噪声,放大电路正反馈引起的自激振荡等。
1.1.2外部干扰
指外界窜入系统内的各种干扰。如电动机电刷引起的电火花,其它设备的脉冲开关接触所产生的电磁信号,自然界的雷电、宇宙辐射的电磁波等。
1.2按干扰的出现规律划分
1.2.1固定干扰
指系统附近固定的电气设备运行时发出的干扰。如邻近的“强电”设备的启停所引入的一个固定时刻的干扰。
1.2.2半固定干扰
指某些偶然使用的电气设备(如行车、电钻等)引起的干扰,有可预测性。
1.2.3随机干扰
指偶发性干扰,如闪电、供电系统继电保护的动作等干扰,难以预测发生时刻。
1.3从干扰产生和传播的方式分类
1.3.1静电干扰
指电场通过电容耦合的干扰,是由于元器件及导线之间的寄生电容所产生的。此外,也包括化纤、纤维之间的摩擦而使人体带电,从而由人体对电子设备所产生的干扰。
1.3.2磁场耦合干扰
磁场耦合干扰是一种感应干扰。是由于动力线、变压器、电动机、继电器、电风扇等产生的交变磁场穿过传输线或闭合导线形成的回路,而在传输线上或闭合导线上感应出的交流干扰电压。
1.3.3电磁辐射干扰
由各种大功率高频、中频发生装置及电火花产生的高频电磁波向周围空间辐射产生的干扰。
1.3.4电导通路耦合干扰
指电导通路由于接地电位的不同而在各单元回路之间的公共阻抗上产生的干扰。因为是多接地点,会在接地环路上形成环行电流,这种环行电流通过接地环路阻抗把瞬态噪声干扰耦合到下一级电路。
1.3.5漏电耦合干扰
是由于仪器内部的电路绝缘不良,而出现的漏电流引起的电阻耦合产生的干扰;也可能是由高输入阻抗器件组成的系统,因其阻抗与电路板绝缘电阻可以相比拟,通过电路板产生漏电流而形成的干扰。
1.4从干扰输入信号的关系划分
1.4.1串模(差模)干扰
串模干扰是指干扰信号与被测信号串联在一起,它成为被测信号的一部分,被送到放大器进行放大,影响很大。产生的原因:外部高压供电线交变电磁场通过寄生电容耦合进传感器一端;电源交变电磁场对传感器一端的漏电流耦合。
1.4.2共模干扰
共模干扰指在信号地和仪器地(大地)之间的干扰。产生的原因:
(1)在数据采集系统附近有大功率的电器设备,电磁场以电感或电容形式耦合到传感器和传输导线中;
(2)电源绝缘不良而引起的漏电或三相动力电网负载不平衡致使零线有较大的电流时,存在着较大的地电流和地电位差。如果系统有两个以上的接地点,则地电位差就会造成共模干扰;
(3)电气设备的绝缘性能不良时,动力电源会通过漏电阻耦合到数据采集系统的信号回路,形成干扰;
(4)在交流供电的仪器中,交流电会通过原、副边绕组间的寄生电容、整流滤波电路、信号电路与地之间的寄生电容到地构成回路,形成干扰。
1.5软件方面的干扰源
主要表现在以下几个方面:
(1)不正确的算法产生错误的结果,最主要的原因是由于计算机处理器中的程序指数运算是近似计算,产生的结果有时有较大的误差,容易产生误动作;
(2)由于计算机的精度不高,而加减法运算时要对阶,大数“吃掉”了小数,产生了误差积累,导致下溢的出现,也是噪声的来源之一;
(3)由于计算机处理器是高速数字器件,所长它的运算器、控制器及控制寄存器易受电磁干扰。以上硬件受到干扰引起的计算机出现的诸如:程序计数器PC值变化、数据采集误差增大、控制状态失灵、RAM数据受干扰发生变化以及系统出现“死锁”等现象。
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