测量系统的抗干扰技术.pdf

### 测量系统的抗干扰技术 #### 摘要 本文主要探讨了测量系统中减少噪声和干扰的有效方法，包括滤波技术、信号取平均值技术以及屏蔽技术（特别是多层屏蔽技术对抗共模干扰的应用）。这些技术对于提高测量系统的可靠性和准确性至关重要。 #### 一、滤波技术 在测量系统中，信号往往与噪声或干扰存在于不同的频率范围内。通过使用低通、高通、带通和带阻等各种类型的滤波器，可以实现只让特定频率范围内的信号通过，而抑制其他频率成分的目的，从而提高信噪比。但需要注意的是，当测量信号与噪声重叠时，滤波的效果会受到限制。 #### 二、信号取平均值 当测量信号的均方根值远小于噪声的均方根值时，可以通过对信号进行多次采样并求平均值的方式来恢复受随机噪声影响的测量信号。具体操作如下： 1. **同步采样**：假设受噪声影响的信号周期为\( T \)，每次采样\( N \)个数据点，并存储起来。总共进行\( P \)次这样的采样，则总的采样次数为\( PN \)。 2. **计算平均值**：对于第\( i \)个采样位置上的数据，将其在不同时间段内的采样值加起来然后除以\( P \)，得到该位置的平均值\( z_i \)。即\( z_i = \frac{1}{P} \sum_{j=1}^{P} y_{ij} \)，其中\( y_{ij} \)表示第\( j \)次采样时第\( i \)个位置的数据。 3. **效果分析**：对于信号分量而言，每次采样值\( A, B, C, ... \)近似相等，因此平均值\( z \)也相近；而对于随机噪声，每次采样值极不相同，既有正值也有负值，平均后噪声的影响大大降低。 #### 三、屏蔽技术 屏蔽技术主要用于防止外部电磁干扰对测量系统的影响，根据屏蔽原理的不同可分为静电屏蔽、电磁屏蔽和磁屏蔽三种类型。 1. **静电屏蔽**：主要用于防止两个回路之间通过寄生电容耦合产生的干扰。通常使用低电阻材料制成屏蔽层，置于高压电场下的高阻抗回路中，如变压器绕组之间的屏蔽。静电屏蔽的关键在于屏蔽层需要接地，使其电位保持为零，才能有效阻止电力线泄漏。 2. **电磁屏蔽**：通过在屏蔽层上产生感应电流来抵消外部磁场的影响，适用于高频下的电磁干扰防护。同样使用低电阻金属材料制作屏蔽层。在高频条件下，电磁屏蔽的效果较好；而在低频条件下，屏蔽效果较差。 3. **磁屏蔽**：在低频环境下，采用磁导率高的材料制作屏蔽层，使磁力线集中在屏蔽层内部，防止磁力线泄漏。 #### 四、多层屏蔽技术 在某些复杂环境中，单层屏蔽可能无法满足抗干扰的需求，此时可以采用多层屏蔽技术，尤其是针对共模干扰的抑制更为有效。 - **双层屏蔽**：通过两层屏蔽层分别对信号源和测量放大器进行保护，可以显著减少共模干扰电压的影响。 - **三层屏蔽**：在双层屏蔽的基础上增加额外一层屏蔽层，进一步增强系统的抗干扰能力。 #### 结论 通过合理应用滤波技术、信号取平均值技术和屏蔽技术（特别是多层屏蔽），可以有效提高测量系统的抗干扰能力，从而确保测量结果的准确性和可靠性。这些技术的选择和实施需要根据具体的测量环境和需求来进行优化设计。