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工业测控系统的电磁干扰抑制
作者:  日期:2017-02-24  浏览次数:1926次  来源:
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       随着科学技术的不断进步,在国民经济的各个领域,各种电气电子设备的使用数量和种类日益增加,必然会引起周围电磁环境日趋复杂化,恶劣的电磁环境会影响各种设备的正常运转,特别对测控系统影响更为严重,对测控系统的稳定性、精确度产生直接影响,甚至使测控系统不能正常工作为了有效的抑制电磁干扰的影响,在测控系统设备过程中必须考虑到EMC电磁兼容设计技术。
       一、屏蔽技术
       在设计电子设备时既要使该设备产生的电磁干扰限定在某个范围之内,以免影响其他应用系统,同时又要使自己设计的系统在某个给定的空间内防止或减小外部干扰的影响。一种有效的办法是使用铜或银等低阻材料或者使用磁性材料制成的容器,将需要隔离的部分包围起来,以防止电磁的相互作用,这种方式称为屏蔽,屏蔽一般分为电磁屏蔽和静电屏蔽。
       1、电磁屏蔽
       所谓屏蔽,一般大多是指电磁屏蔽,主要用来防止交变电场的影响,电磁屏蔽一般指高频交变电磁屏蔽。对待低频近场磁场,可采用电工纯铁、硅钢片、坡莫合金等高磁导率材料实现磁屏蔽或提供磁旁路,增加屏蔽体厚度或者采用多层屏蔽,屏蔽体无需接地。
       2、静电屏蔽
       静电屏蔽是防止静电场的影响,其作用是消除两个电路之间由于分布电容的耦合而产生的干扰。静电感应对在高压电场中的高输入阻抗电路是一种主要干扰。静电屏蔽和电磁屏蔽导体必须接地,如果是电磁屏蔽,即使不接地,对防止漏磁也是有效的。但是由于导体并未接地,便增加了静电耦合,即增加了对干扰电压的感应,所以尽管是电磁屏蔽,还是接地为好。
       二、滤波技术
       滤波技术是抑制电气、电子设备的传导电磁干扰,提高电气、电子设备抗干扰水平的主要手段。滤波的实质是压缩信号回路骚扰频谱的一种方法,当干扰噪声频谱成分不同于有用信号的频带时,可以用滤波器将无用的干扰噪声滤除。滤波器将有用信号和干扰噪声的频谱隔离的越完善,它对减小有用信号回路内的干扰效果就越好。
       滤波的目的是将干扰噪声减小到一定程度,使传输到设备的干扰噪声不至于超过标准给定的规范,不至于引起设备的误动作。为了满足EMC标准规定的传导发射和传导敏感度极限值要求,使用EMI滤波器是一种好方法。在抑制EMI噪声的传导干扰方面,EMI滤波器是很有效的手段,当然还应配合良好的接地措施。
       三、接地技术
       接地技术在现代工业测控领域得到越来越广泛的应用,工业电子设备的干扰与系统的接地方式关系很大。所谓接地是指将一个点与某个电位基准面用导体连接起来建立低电阻的导电通道。
       1、安全接地
       高压冲击试验设备的外壳与大地连接,可有效防止设备外壳上由于电荷累积、电压上升或者设备本身绝缘损坏而造成人身伤害。另外还有一种防雷接地也属于安全接地,对于测控系统而言,一旦遭遇雷电袭击后果不堪设想。除雷电直击以外,最具破坏作用的是二次效应。由于雷电的高电位、大电流、瞬时性等特点,强烈的闪电、交变电磁场、电磁辐射、雷电波侵入、地电位反击等,并且雷电流变化梯度大,能产生强大的变化磁场,使其覆盖的金属导体产生感应电势,既而产生感应电流,一旦侵入微电子系统的信号入口,将会导致电子器件击穿、烧坏,使系统瘫痪,因此必须采取措施加以防护。最常用的防护措施是在高处设置避雷针与大地相连,从而避免雷击时危及设备和人身安全。
       2、抑制干扰接地
       在工业测控系统的环境中存在着大量的电磁干扰,这些干扰可能会使智能化系统产生误码、错码,甚至产生误动作,使系统受到污染,工作不正常,强大的脉冲干扰还可能导致电子元器件、设备的损坏,所以将设备机壳或导线屏蔽层接地,双绞线一根作信号线,另一根接地,给高频干扰电压形成低阻通路,以防止其对测控系统的干扰。
       3、工作接地
       在系统中为电路正常工作提供一个基准导体或基准电位点,该基准可以设定为系统中的某一点、某一段或某一块等,基准电位一般设定为零,比如直流电源的基准等。
       4、屏蔽接地
       屏蔽与接地配合使用,才能起到良好的屏蔽效果,考虑电磁兼容的需要,典型的屏蔽是变电磁场屏蔽和静电屏蔽。
       四、电气布线技术
       工业测控系统的工作环境一般不可预知,不可避免的会存在这样或那样的干扰源(信号发生器),电磁辐射则涉及布线系统在正常运行下的电磁污染问题,电缆既是电缆干扰的主要发生器,也是主要的接收器。作为信号发生器,它向空间辐射电磁噪声场,作为接收器,电缆也能敏感地接收从其他临近干扰源发射的电磁干扰噪声。在系统布线中,为了抑制干扰噪声,必须采取一定的措施加以控制。
       五、静电防护
       静电在人们的日常生活中并不陌生。两种不同材料的物体通过摩擦、碰撞、剥离等方式,相互接触再分离,在一种物体上积聚正电荷,另一种物体上积聚负电荷,则产生了静电。导体的静电感应、压电效应、电磁辐射感应等也能产生很强的静电。随着材料科学的发展,各种新型合成材料、绝缘材料的使用日趋普遍,人们在使用这些材料做成的物件时,不可避免的产生静电荷,聚集起来可能会达到很高的静电电位差。该电位差一旦通过回路放电,则形成严重的火花干扰。在电子行业中,造成危害的原因主要是静电放电(静电放电发生器)引起的。

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