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通过激励板外传感器和负载实现噪声抑制

发布时间:2020-07-21 17:22:46 阅读: 来源:矿用通信电缆mhyv厂家

在分布式系统中,模拟信号在传感器或负载间来回远程传输。 由于信号要传输很长的距离,因此,噪声抑制能力成为一个重要考虑因素: 噪声会耦合进信号中,结果使数据遭到破坏,由此产生不良影响。 为了有效保护此类系统,我们必须了解预期噪声的量级和性质。 这样有助于明确需要采取的保护措施,以便抵消或者至少减少环境干扰水平。

本文引用地址:噪声源或干扰源一般有两种,取决于其耦合进主信号的方式: 共模噪声和差模噪声(图1)。

二者中危害较小的共模噪声会同时耦合到系统GND信号和激励信号中,这主要是由电缆与真实GND间的偶极天线效应造成的。 这种情况不会使信号减弱,因为噪声同时耦合进两个通道,而且幅度相似。

然而,共模噪声会产生信号失调,使真实GND升高,结果导致两种不良效应: 如果间接折合到真实GND(比如,通过金属箱保护传感器时),则可能使负载饱和;并且/或者可能产生电弧,结果会损坏传感器。 在激励惠斯登电桥时,共模噪声的问题尤其明显。 此时,输出信号需要由控制器处理,其中一般要用到一个具有有限共模抑制比(CMRR)的仪表放大器。 最终结果是噪声可能被放大。

为了减少共模噪声,我们可以用低通滤波器,如RC滤波器,或者使用共模扼流圈来过滤输入信号。 需要记住的是,不对称衰减的共模噪声会产生差模噪声。 在实际应用中,不对称衰减的一个例子是低通滤波器;一个电阻和电容实现截止频率,但受元件容差影响,两条线路中的截止频率不一样。

第二种也是最麻烦的噪声是差模噪声,这种噪声是在激励与系统GND之间耦合的。 该噪声之所以会耦合到信号中,是因为系统GND与类似于天线的信号电缆之间存在电流环路。 在部分应用中(如化学分析),出于安全考虑,传感器可能置于独立于控制器的腔室中。 这种设置会导致数十或数百米的电流环路,结果,任何磁通量都可能在信号中产生电流噪声,从而使数据遭到破坏。 为了减少差模噪声的影响,最好使用铁氧体材料来过滤高频辐射信号,在控制器与传感器之间采用星型连接,同时还要使用屏蔽电缆。

在这两种情况下,如果噪声足够大,设备可能因电气过应力而受损,尤其是当负载为电机或荧光灯时。 受物理电磁元件和所产生信号性质的影响,这样的负载构成一种强大的电磁兼容性/干扰(EMC/EMI)源。 一种较好的做法是使用EMC/EMI抑制器,如静电放电(ESD)保护装置,以确保系统能维持特定的稳定水平。

在实现部分上述方法时,主要影响因素是与元件相关的电容。甚至电缆也会含有寄生电容,因此不能忽略。寄生电容与电缆的长度、类型和等级成比例见表1。

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