系统干扰信号分析及其抑制措施典例

丁筱玲 赵立新 施国英

山东农业大学 山东泰安 271018

系统干扰信号分析及其抑制措施典例

丁筱玲 赵立新 施国英

山东农业大学 山东泰安 271018

干扰在测量中是一种无用信号，为了有效抑制测试过程中的干扰，必须了解干扰来源及传输途径，有针对性地选择抗干扰措施。本文从干扰信号的来源分析入手，以电机性能测试系统中抗干扰电路设计为例，通过软件仿真对信号干扰问题加以研究探讨，以期在各种不同情况下选取最恰当的抗干扰办法，获得最佳抑制效果。

测试系统；干扰；屏蔽；阻尼；滤波器

干扰的形成必须同时具有干扰源、干扰途径、对噪声敏感的接收电路3个条件，测试系统是获得信息的电子设备，在测试工作中，由于干扰的普遍存在，任何测试结果总是达不到百分之百的准确度，严重的干扰甚至会影响测试系统的正常工作。因此，在设计、制造以及使用测试系统时，干扰成为不可回避的重要问题。干扰产生的原因很多，一般分为内部原因和外部原因。由内部产生的干扰包括电路内部的热运动、机械振动、感应、自激震荡、元件接触不良、元件特性不良等产生的干扰。由外部原因产生的干扰分为自然干扰和人为干扰。

一、干扰的传输途径

1.“路”的干扰

通过“路”的干扰通常分为以下几种情况：泄漏电阻元件支架、探头、接线柱、印刷电路以及电容器内部或外壳等绝缘不良产生漏电流，引起干扰，两个以上电路共有一部分阻抗，一个电路的电流流经共阻抗所产生电压降就成为其它电路的干扰源，形成共阻抗耦合干扰；电源线引入干扰交流供电线路现场的分布构成吸收干扰的网络。

2.“场”的干扰

通过“场”的干扰通常分为以下几种情况：由于两电路（或元件）之间存在着寄生电容，使一条支路上的电荷通过寄生电容传到另支路上去，形成电场耦合干扰；通过磁场耦合的干扰；通过来自大功率高频用电设备、广播发射台、电视发射台等辐射磁场耦合的干扰。

二、常用抑制干扰的办法

1.屏蔽

屏蔽的抗干扰功能基于屏蔽容器壳体对干扰信号的反射与吸收作用。用屏蔽的方式抑制辐射噪声很有效。电动机金属外壳就起着屏蔽的作用，其屏蔽效果与材料的性能、辐射频率、屏蔽壳体上存在的各种不连续的形状和数量有关，由于电动机外壳是由若干屏蔽体组合而成，因此要求每一条接缝都是电磁密封的，从而使屏蔽体具有良好的屏蔽效果。

2.隔离

在测控电路系统中，尽管从各方面加以注意，但由于分布参数无法完全控制，常常会形成寄生环路，从而引入电磁耦合干扰。为此在有些情况下，要采取隔离技术，以切断可能形成的回路，提高测控系统的抗干扰能力。

3.阻尼

阻尼可有效地降低和减少瞬变过程电压对系统回路中浪涌电压对电动机的干扰。一般可采用阻尼导线的方式，如以导电性橡胶线、浸碳纤维线、变距电阻绕线、磁性体绕线、双电阻丝绕线和层蔽导线等几种导线作为发电机的电源引出线。此外，阻尼导线还可减少和抑制电刷与换向器之间的火花放电干扰。

4.接地

接地的目的是为了消除各电路电流流经一个公共地线阻抗产生的噪声电压以及避免形成回路。接地抑制噪声的操作方式很重要。如果接地阻抗过大，则起不到良好的噪声旁路作用。如果电动机外壳做接地端子，则外壳上的油漆必须去掉，以便使导线良好与地接触，不能单靠连接螺钉的4～5牙螺纹来连接。

5.采用滤波器

滤波器按种类一般分为RC滤波器、LC滤波器、双T滤波器和有源滤波器等；按被测信号频率的相对位置低又分为低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器3种；随着现代计算机技术的迅速发展，利用软件编制的数字滤波器已开始得到广泛应用，这种基于软件的滤波器常采用多级滤波的方式。

三、干扰抑制设计实例

实际应用中，抑制干扰的方法还有很多，例如：可以从测试系统本身的设计、加工工艺等入手。下面就以电机性能测试系统干扰抑制的设计为例，探讨一下测试设备中干扰问题的具体解决办法。考虑到该设计的实际情况，这里选取滤波器方式来对干扰信号加以抑制。对于实际滤波器而言，考虑到实际组成元件的品质因数的取值是一有限值（因为受限于材料与工艺的水平），所以工程上的实用滤波器都是有损滤波器，对于这些滤波器还应考虑通带内的最小插入衰减，这里主要采用滤波器变换的方法加以实现，通过对低通滤波器进行频率变换与阻抗变换，来得到新的目标滤波器。

1. 滤波器的类型

滤波器主要分为3种：巴特沃斯响应（最平坦响应），它能够最大化滤波器的通带平坦度，该响应非常平坦，接近dc信号，然后慢慢衰减至截止频率点为-3db，最终逼近-20ndb/decade的衰减率，其中n为滤波器的阶数；贝塞尔响应，除了会改变依赖于频率的输入信号的幅度外，滤波器还会为其引入一个延迟，使得基于频率的相移产生非正弦信号失真，最小化通带的相位非线性；契比雪夫响应，在一些应用当中，最为重要的因素是滤波器截断不必要信号的速度，如果你可以接受通带具有一些纹波，就可以得到比巴特沃斯滤波器更快速的衰减。

2.滤波器的选取及其电路设计

由于该设计中所选研究对象电机性能测试系统中的电流互感器TA21A和电压互感器TV31的频率允许范围均为50Hz～400Hz，而试验样机STC-5-2三相交流同步发电机的额定频率为50Hz，所以在进行滤波器的设计时，只要将高于50Hz的杂波滤掉即可。因此，可选用巴特沃斯低通滤波器，截止角频率ω=50Hz。巴特沃斯二阶低通滤波电路的设计（如图1所示）。

图1 巴特沃斯二阶低通滤波电路

3.滤波器的电路仿真

该设计中，运用Multisim9对所设计的巴特沃斯二阶低通滤波电路进行了仿真实验。仿真实验中，由于交流电压源与交流电流源的仿真实验类似，故只采用5V交流电压源，频率分别为50Hz、200Hz进行测试.

(1)5V/50Hz交流电压源示波器仿真实验

图2是5V/50Hz交流电压源示波器的仿真实验结果图，由该图可以看出，50Hz的交流信号能够顺利通过本次设计的巴特沃斯二阶低通滤波电路。

图2 5V/50Hz时示波器仿真实验结果

(2)5V/50Hz交流电压源波特图示仪仿真实验

图3为5V/50Hz交流电压源的波特图示仪仿真实验结果图，由该图可以明显看出低通滤波电路的通带与阻带。

图3 5V/50Hz时波特图仿真实验结果

(3)5V/200Hz交流电压源示波器仿真实验

对比图2与图3，由图4可以看出，200Hz的交流信号在通过本次设计的巴特沃斯二阶低通滤波电路时，信号的幅值被大大地衰减。

图4 5V/200Hz时示波器仿真实验图

四、结束语

在该题目设计过程中，相关人员还进一步对300Hz、500Hz的交流信号做过仿真实验。结果显示：300Hz的交流信号通过该滤波电路时，信号幅值在几十毫伏；当500Hz交流信号源通过滤波电路时，仿真示波器上显示近似一条直线。要想进一步改善滤波电路的性能，可以增加滤波电路的阶数，其幅频响应就会更接近理想特性。

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The example of measure about sistom’s interferance signal that being analysed and restrained

Ding Xiaoling, Zhao Lixin, Shi Guoying
Shandong agricultural university, Taian, 271018, China

Disturbance is a useless signal in measure. During determination, for to restrain the distrubance, its source and way must be found out and we nead choice correct measure for interference rejection. This paper begin with disturbance source, by the aid of example about interference rejection circuit design in generator property testing system, to research the question of interference rejection by software simulator, and select the proper way for it under difference situation, so to get the best effect.

testing system; interference; shield damp; smoothing

book=37,ebook=555

2010-03-06

丁筱玲，研究生，副教授，电工电子实验教学中心主任。