传感器应用中的常见干扰分析及对策

摘　要： 伴随社会不断的发展和进步，自动化程度越来越高，传感器应用的场合也逐渐增多， 然而传感器的实际工作的环境一般都是比较恶劣的，由于其输出的电信号幅值很小，而且和电路连接之间存在一段距离，这样电缆电阻、传感器内阻、放大电路及周围环境产生的噪声均对放大电路存在干扰，影响传感器的正常工作，因而必须必须制定对策解决传感器应用中的各种干扰问题。本文就是分析了常见的干扰类型和入侵系统的途径方面入手，提出了针对性的对策，以提高系统工作的稳定性和准确性。

关键词：干扰；对策；传感器
引言
　　随着科学技术水平的不断提升，工业、农业、军事、航空、航天等领域的自动化水平不断提高，各类传感器和自动检测技术被应用到生产过程中的各个环节，通过对整个系统的监控和控制，提升其精度和准确度，从而使系统的自动化水平提高。在整个自动检测系统中，传感器就像“感觉器官”一样，它的反应灵敏度、线性度、重复性、漂移等性能对整个系统的性能都有很大的影响。除传感器本身的性能指标外，在实际生产中的各种干扰有时也会引发系统的误动作和故障，比如大功率感性设备的启停往往会产生高压尖脉冲干扰，各种绑扎在一起的信号线间的干扰，各种电磁、雷电等都会对传感器的正常工作造成干扰。此外，电路参数可能会因为现场的温度、湿度的变化发生改变等等，以上种种情况都能造成传感器、自动检测系统工作异常。因此，要想确保自动检测系统的正常工作，必须消除或者抑制各种干扰。
　　然而，要消除干扰，首先就要找到干扰源，分析干扰入侵的路径，才能针对不同的干扰，采取相应的措施。
1常见干扰类型
　　（1）湿度干扰
　　环境湿度的加大会引起绝缘电阻降、漏电流增加，导致电路的参数发生变化，影响传感器电路的正常工作。
　　（2）机械干扰
　　由于机械振动或冲击，导致连接导线产生位移，传感器系统元件产生变形、振动等，均对传感器电路的正常工作有影响。
　　（3）光干扰
　　传感器的半导体元件在光的作用下会引起电阻值的改变或者产生电势，使其导电性能发生改变，使传感器电路的正常工作受到影响。
　　（4）热干扰
　　现场设备及元器件运作时产生的热量造成环境温度的变化，导致传感器电路中元器件参数的变化，影响传感器的正常工作。
　　（5）电和磁干扰
　　电和磁是最严重和普遍的干扰，可以通过电路和磁场对传感器系统产生干扰，影响其正常工作。
　　（6）化学干扰
　　酸、碱等化学物品及腐蚀性气体会对元器件产生腐蚀作用，影响传感器电路的工作。
　　（7）射线辐射干扰
　　射线能使气体电离,电子从金属中逸出等,影响传感器系统的工作。
　　（8）尘土干扰
　　环境中灰尘的增加，会导致漏电流增加，引起电路的参数发生变化，影响传感器电路的正常工作。
　　 除了以上这些干扰外，温度干扰、噪声干扰等。
2系统干扰信号入侵路径分析
2.1借助电路系统入侵
　　（1）借助电源回路入侵系统：
　　（2）借助电路中的共阻抗入侵系统：
　　（3）借助电路中的共漏电阻入侵系统。
2.2借助场入侵
　　（1）借助电场耦合入侵系统：
　　（2）借助磁场耦合入侵系统。
3抗干扰具体对策
　　综合以上对干扰源类型和入侵系统路径的分析，可以看出可以下面几个方向入手:
　　(1)破坏干扰路径；
　　(2)消除或抑制干扰源；
　　(3)减弱接收回路对干扰的敏感性。
　　具体可采取的技术、对策有下面几种。
3.1接地技术
　　接地技术可分为保护接地和屏蔽接地两种，前者可以保证人身和设备的安全，后者是采用屏蔽层接地，能有效的减小或者消弱干扰，起到良好的抗干扰作用。
　　需要注意的是我们应可能遵循一定接地的准则，这是因为如果采用多点接地，那么就会造成各接地点电位不同而产生电路的干扰信号。因而尽可能做到一点接地，若不能实现，则应尽量加宽接地线，使各接地点电位接近，避免干扰信号的产生。
3.2屏蔽技术
　　所谓的屏蔽技术，其实就是用低阻或高磁导率材料做成容器，将把需要屏蔽的电路置于其中，达到防静电或电磁感应目的的技术。利用屏蔽技术可以隔断场的耦合，从而抑制场的干扰。屏蔽包括静电屏蔽、低频磁屏蔽、电磁屏蔽等。
　　（1）静电屏蔽。它所采用的屏蔽容器的材料是导电性能良好的铜或铝等。静电屏蔽不仅能防止静电干扰，对交变电场的干扰也能起到防止，因而仪器的外壳的材料一般要导电并且接地。变电场的干扰，所以许多仪器的外壳用导电材料制作并且接地。虽然现在有越来越多的仪器采用ABS制作外壳，但在机壳的内壁上仍然黏附一层接地的金属薄膜，事实上它和金属外壳一样起到静电屏蔽作用。
　　（2）低频磁屏蔽。主要是用来消除低频磁场和固定磁场耦合的干扰。它是采用高磁导率材料作屏蔽层，使低频干扰磁力线从磁阻非常小的磁屏蔽层通过，从而避免低频磁场耦合对屏蔽层内部电路的干扰。
　　（3）电磁屏蔽。它的屏蔽容器是用导电性能良好的金属材料制成的屏蔽盒、屏蔽罩等不同外形。它屏蔽的干扰对象是高频磁场。如果将电磁屏蔽层接地，则可以同时起到静电屏蔽的作用，对电磁波起到更好的屏蔽作用。
3.3滤波技术
　　滤波技术是目前广泛采用的一种抑制干扰的措施，它就是利用不同形式的滤波器将信号传输过程中的各种干扰信号滤除，使它们不进入自动检测系统。滤波技术对抑制干扰是十分有效的，特别对抑制由导线耦合进入到电路的干扰。
　　信号传输通道中接入相应频带的滤波器，尽可能滤除或衰减干扰信号，从而提高信噪比，抑制干扰。自动检测系统中常见滤波器主要有以下几种：
　　（1）RC滤波器。若信号源为应变片、热电偶等信号变化缓慢的传感器时，采用无源RC低通滤波器对抑制串模干扰有很好的效果。
　　（2）直流电源滤波器。通常情况下直流电源为几个电路共同使用，为了避免电源内阻造成几个电路之间的相互干扰，须在每个电路的直流电源上配加RC或LC退耦滤波器。
　　（3）交流电源滤波器。各种高低频噪声进入了电源网络中，可以采用LC滤波器来对混入电源的噪声进行抑制。
　　将交流电源滤波器插入到负载和电源之间后,可以将几十赫兹至几千兆赫兹范围内的电磁干扰衰减几十倍以上。在具有干扰环境中的电器设备，如传感器、二次仪表、计算机等，最好都能串联交流电源滤波器。交流电源滤波器的选 取主要考虑两个方面的因素：①必须确保滤波器的额定电流不能小于该电器设备的工作电流；②在可以预见的频率范围内，对干扰的衰减系数必须达到指标。
3.4隔离技术
　　隔离技术的思想就是切断耦合通道，破坏干扰路径，从而使干扰得到抑制的一种技术。
　　隔离可以加一个隔离变压器或电容在两个电路之间，切断两电路之间电的联系，使信号以磁的形式传递，从而使干扰受到抑制。也可加入一个光耦合器在两个电路之间，光完全隔断两电路间的地环回路，靠光传递信号，对地线干扰更能有效地抑制。
　　变压器隔离的应用场合主要是传输交变信号的传输通道中。
　　光电耦合器隔离主要广泛应用于数字接口电路中。在自动检测系统中越来越多的光电耦合器被采用，以使系统的抗共模干扰能力提高。
　　光电耦合器的主要特点是：耐压大于1KV，输入、输出同路绝缘电阻大于1010Ω；由于光传输的单向性，因而输入端不会受到输出信号的影响；因为电气上输入、输出回路是完全隔离的，所以可以有效的解决不同逻辑电路、不同电位之间的隔离和传输矛盾。
3.5浮置技术
　　将导电结构如接大地系统、电子设备地线系统等相互绝缘。这样可以有效的抑制接线产生的干扰，其具有抗干扰性好的优点，但是也容易使电子设备产生静电积累。
3.6铁氧体抑制元件
　　铁氧体抑制元件应可能安装在靠近干扰源的地方，这样可以避免噪声耦合到其它地方。如果使用空间允许，尽量选择厚、长和内径小的铁氧体抑制元件，可以将噪声有效的衰减掉。
3.7对称电路
　　对称电路能够抑制干扰，为了避免不对称电路中信号传递过程中传输导线捡拾的噪声对电路造成干扰，可以采用两个变压器将信号传输线转变为对称电路，在变压器原边出让噪声互相抵消，从而使信号传输线引进的干扰得到抑制。
3.8导电涂料
　　将导电涂料作为塑料机箱或者部件的电磁屏蔽涂层，其附着力强，耐心好，屏蔽效率高。可以将导电涂料稀释后进行喷涂、刷涂，在各种形状复杂的表面同样能够获取良好的屏蔽涂层。
3.9脉冲干扰抑制
　　可以采用积分电路、消波器和脉冲隔离门进行脉冲干扰抑制。利用积分电路，可以将脉冲宽度大的输出大，宽度小的噪声输出小，达到消除噪声干扰的目的。
3.10脉冲群抑制器
　　工业控制和测量装置中，当电感性负载断开时，在断点处会产生数千伏的脉冲群，通过电源或信号线对系统形成干扰，另外还有部分辐射侵入测量或控制装置，造成装置中数字电路失效。电快速瞬变脉冲是一种频带极宽、幅度较大的干扰，可以采用电快速瞬变抑制器进行消除，这是一种特殊的滤波器，能够消除大部分的共模和差模干扰电压。
4结论
　　总的来说，干扰是一个十分复杂的技术问题，在实际的设计过程中，要针对不同的工作环境、不同的技术要求和干扰源的类型及干扰入侵的路径等具体情况，加以充分的考虑，采取与之相对应的抗干扰技术，才能保证传感器和系统的正常工作。
　　我国已经将传感器技术纳入重点发展的新技术之列，只有具有性能优良的传感器为计算机提供可靠的信息，计算机才能发挥其巨大的优势，为了保证传感器工作的可靠性，抗干扰技术是我们面临的重要研究课题。　　
参考文献：
.2009,4:51～53