其他抗干扰技术

(一) 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。

1. 光电隔离

光电隔离是以光作媒介在隔离的两端间进行信号传输的，所用的器件是光电耦合器。由于光电耦合器在传输信息时，不是将其输入和输出的电信号进行直接耦合，而是借助于光作为媒介物进行耦合，因而具有较强的隔离和抗干扰的能力。如图8－7 (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。

由于光耦合器共模抑制比大、无触点、寿命长、易与逻辑电路配合、响应速度快、小型、耐冲击且稳定可靠，因此在机电一体化系统特别是数字系统中得到了广泛的应用。

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8－7 (b) 所示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8－7 光电隔离和变压器隔离原理

(a) 光电隔离 (b) 变压器隔离

如图8－8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，中间用铜与铁心相连并直接接地，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，这种隔离变压器具有很强的抗干扰能力。

图8－8 多层隔离变压器

(二) 继电器隔离

继电器线圈和触点仅有机械上形成联系，而没有直接的电的联系，因此可利用继电器线圈接受电信号，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8－9)。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8－9 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，主要是一般小型电磁继电器或干簧继电器。

(三) 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，因此，当接受器接收有用信号时，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8－10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220V工频电源通过截止频率为50Hz的滤波器，，其高频信号被衰减，只有50Hz的工频信号通过滤波器到达电源变压器，保证正常供电。

图8－10 低通滤波器

图8－11所示电路中，8－11 (a) 所示为触点抖动抑制电路，对于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8－11 (b) 所示电路是交流信号抑制电路，主要是为了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力，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8－11 (c) 所示电路是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，亦可作为模拟电路输入信号的阻容滤波器。

图8－11 干扰滤波电路

如图8－12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U2'，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滤波器的谐振频率。在参数设计时，使f0=50Hz，双T型带阻滤波器就可滤除工频干扰信号。

图8－12 双T型带阻滤波器

◇习题八◇

一、填空题

1. 干扰的形成包括三个要素: __________、__________和__________。三个要素缺少任何一项干扰都不会产生。

2. 干扰是指对__________产生不良影响的内部或__________因素。

3. 机电一体化系统的干扰因素包括__________、__________、__________、__________和__________等等。

4. 这些有害的电气变化现象使__________的数据发生__________、增大误差，出现假象，甚至使整个系统出现__________而引起故障。

5. 接受载体的__________过程又成为耦合，耦合分为__________、__________和__________。

6. 辐射耦合指__________干扰能量通过__________以电磁场形式__________接受载体。

7. 显然，有用信号很强时，则可以允许__________噪声，有用信号很弱时，则允许的噪声__________。

8. 抑制干扰的措施很多，主要包括__________、__________、__________、__________和__________处理等方法。

9. 产生干扰信号的设备被称作__________ 如变压器、__________、__________、__________、无绳电话和高压电线等都可以产生__________信号。

10. 辐射电磁场耦合形成的干扰辐射电磁场通常来源于__________、__________电视发射台等。

11. 如果在辐射电磁场中放置一个__________则在导体上产生正比于电场强度__________的感应电动势。

12. 在大功率广播发射机附近的__________传感器外壳或传感器内部尺寸较小的__________也能感应出较大的干扰电势。

13. 屏蔽是利用__________或__________制成的盒状或壳状屏蔽体，将干扰源或__________包围起来从而__________或__________干扰场的空间耦合通道__________其__________传输。

二、简答题

1. 常见干扰有哪几种?如何防护?

2. 干扰有哪些途径?如何形成干扰?

3. 控制干扰有哪些基本措施?

4. 屏蔽有哪几种形式?各起什么作用?

5. 接地有哪几种方式?各起什么作用?