项目十 干扰的抑制 信号检测和控制系统中，常需要处理很多微弱 信号，而这些微弱信号往往含有干扰。干扰的存在 不仅使测量产生误差，还会使控制紊乱，严重时导 致事故发生。所以，信号检测控制系统的设计、安 装和调试中特别要注意抗干扰的问题。最常用的抗 干扰方法是屏蔽和接地，本项目主要阐述屏蔽和接 地的有关知识和设计安装方法。 任务一 屏蔽的选择及屏蔽体制作 1. 了解屏蔽原理及其重要性； 2. 掌握屏蔽体电路和屏蔽体选择等相关知识； 3. 学会屏蔽体制作及屏蔽电路分析测试和调整调试方法。 一、目的要求 二、相关知识 1.干扰 检测系统中的无用信号叫噪声，噪声引起的检测系统的不良影响叫 干扰。干扰可能来自检测系统本身称为内部干扰，也可能来自检测系统 外部称为外部干扰。噪声形成干扰的条件是：有噪声源，有噪声信号传 播通道，有对干扰敏感的接收电路。抗干扰的方法不外乎消除干扰源， 切断噪声信号或干扰信号的传递通道，降低检测系统的干扰灵敏度。 任务一 屏蔽的选择及屏蔽体制作 二、相关知识 2.屏蔽 屏蔽就是将干扰电路或被保护的电路用金属体罩起来，切断电场和磁场 的传播通道，达到抗干扰的目的。屏蔽分为四种：静电屏蔽、电磁屏蔽、低 频磁屏蔽和驱动屏蔽。 （1）静电屏蔽 根据静电平衡原理，静电平衡状态下的金属导体内部电场强度为零，各点电 位相等。静电屏蔽就是根据这个原理，用导电良好的金属材料做成屏蔽罩并接地 。把产生电场干扰的电路包围起来，把电场限制在屏蔽罩的内部如图10.1.1所示 。也可以在有电场干扰的两条信号线间加一条屏蔽线，消除静电场的相互干扰， 图10.1.2所示。 任务一 屏蔽的选择及屏蔽体制作 二、相关知识 2.屏蔽 （2）电磁屏蔽 电磁屏蔽利用涡流磁场的反作用消弱干扰磁场的作用。为产生更大的涡 流来对抗高频电磁场的干扰，通常采用导电良好的材料做成屏蔽体，把被干 扰的电路部分包围起来。原理如图10.1.3所示。 （3）低频磁屏蔽 低频磁屏蔽是利用导磁性能良好的材料 做成屏蔽罩，将干扰电路部分包裹起来，把 磁通限制在屏蔽罩内，消除对其他电路部分 的干扰的方法。如图10.1.4所示。 任务一 屏蔽的选择及屏蔽体制作 二、相关知识 （4）驱动磁屏蔽 驱动屏蔽是利用1：1放大器用被保护信号线的电位驱动屏蔽导体。由于 信号线和屏蔽导体等电位，之间无电磁场，从而使信号线免受干扰的方法。 如图10.1.5所示，A为干扰源，B为被保护信号线，D为屏蔽层。BD等电位，寄 生电容CS2不起作用，干扰无法传入。 驱动屏蔽属于有源屏蔽，在检测技术中获得愈来愈广泛的应用。信号检测控 制系统包含较多的不同功能的电路，这些电路之间很容易产生调制干扰、电 源噪声等各种干扰，即使在完成同一功能的电路中，如同频的多级放大器， 往往也需在级与级之间加以屏蔽，否则容易产生自激。 任务一 屏蔽的选择及屏蔽体制作 三、屏蔽的选择 1.根据干扰电磁场的频率选择屏蔽的类型 当干扰电磁场的频率比较高时，采用电磁屏蔽。因为高频电磁场的涡流 大，涡流磁场的反作用明显。干扰电磁场的频率比较低时，采用低频磁屏蔽 。因为频率越低涡流越小，反作用越弱，而磁通在高导磁率的材料中受到很 小的阻力，所以在高导磁材料中闭合，其余空间则免受低频磁通的干扰。驱 动屏蔽多用在同一检测控制系统的不同功能部分间，消除相互的调制干扰。 2.根据被保护电路部分的几何结构选择屏蔽体的结构形式 当被保护的电路部分是电路板或其它矩形、圆柱形结构时，一般屏蔽体采 用矩形或圆柱形结构，以方便制作。 任务一 屏蔽的选择及屏蔽体制作 三、屏蔽的选择 3.信号屏蔽线的选择 当被保护的电路为一段信号线时，通常采用带金属网或金属薄屏蔽层的 导线进行保护。常用屏蔽线如图10.1.6所示。一般情况下，聚氯乙烯屏蔽线 屏蔽层内可有一根或多根导线，用于5 0 0 V以下信号电气线，如传感器连线 等；有护套聚氯乙烯屏蔽线，屏蔽层内可有一根或多根软线，用于电子设备 内或外部低电平电气连线，一般声频系统也常采用。300、50及75射频 电缆屏蔽线，在射频信号的传输中应用很广。 任务一 屏蔽的选择及屏蔽体制作 三、屏蔽的选择 3.信号屏蔽线的选择 屏蔽线选择通常考虑电气因素、环境因素和装配工艺因等。 （1）电气因素 频率及阻抗特性。 如果通过导线的电流频率较高，则必须考虑阻抗及 介质损耗，集肤效应等。射频电缆的阻抗必须与电路阻抗特性匹配，否则不 能正常工作。 传输电平。传输低电平信号时，为了防止外界噪声干扰，应选用屏蔽 线。例如检测系统中的传感器输出的小信号线均用屏蔽线。 (2) 环境因素 机械强度。如果产品的导线在运输，使用中可能承受机械力的作用， 选择导线时就要选抗拉强度、耐磨性、柔软性较高的信号线。 环境温度。环境温度对导线的影响很大，会使导线变软或变硬甚至变 形开裂，造成事故。选择导线要能适应产品工作温度。 耐老化腐蚀。各种绝缘材料都会老化腐蚀，例如长期日光照射会加速 橡胶绝缘老化，接触化学溶剂可能腐蚀导线绝缘外皮等。应根据产品工作环 境选择相应导线。 任务一 屏蔽的选择及屏蔽体制作 三、屏蔽的选择 3.信号屏蔽线的选择 （3）装配工艺因素 选择导线时要尽可能考虑装配工艺的优化。避免用单根电缆线组合， 如果不是强度的需要则不宜选用带织物层的导线，因为用普通剥线方法很难 剥端头，应采用既省工又增加可靠性的连接线。 导线颜色，符合习惯、便于识别，例如信号线用红线、地线用黑线、 保护线用黄绿两色线。 四、屏蔽体的制作 1.电磁屏蔽和静电屏蔽体的制作 用导电性能良好的金属，铜或铝做成屏蔽罩并和大地相接，可同时起到 电磁屏蔽和静电屏蔽的作用。 任务一 屏蔽的选择及屏蔽体制作 四、屏蔽体的制作 1.电磁屏蔽和静电屏蔽体的制作 （1）选择屏蔽体的材料 本着能消除或消弱静电场、高频电磁场的干扰出发选择导电好的材料；本着 费用低的要求选用廉价金属，常用铝材料。 （2）屏蔽体的结构设计 测量被保护的电路部分尺寸后，设计矩形或圆柱形的屏蔽罩的几何形状和尺寸。 （3）屏蔽体的制作 按照设计好的屏蔽罩的几何尺寸，用预选的材料（薄板）制成要求的形状和尺寸 ，安装在被保护电路的外部。 注意：高频磁通穿入的面上不要留缝隙，以免增大电阻，减小涡流的反作用，消 弱屏蔽作用。图10.1.7所示。 任务一 屏蔽的选择及屏蔽体制作 四、屏蔽体的制作 2.低频磁屏蔽体的制作 （1）屏蔽体材料的选择 低频磁屏蔽体用导磁性好的铁、镍、钴及其合金材料，常用铁或铁镍合 金材料。 （2）屏蔽体的结构设计 屏蔽体的结构设计同与电磁屏蔽和静电屏蔽体的设计。 （3）屏蔽体的制作 按照设计好的屏蔽罩的几何尺寸，用铁或铁镍合金制成要求的形状和尺 寸，安装在被保护电路的外部。 注意：低频磁屏蔽垂直于磁通的方向上不要留缝隙，以免增大磁阻，使 磁通外溢，消弱屏蔽作用。图10.1.8所示。 任务一 屏蔽的选择及屏蔽体制作 四、屏蔽体的制作 3.驱动屏蔽体的制作 驱动屏蔽不需要制作特殊的屏蔽体，只需选择带屏蔽层的信号线。注意 ：信号线的阻抗，以便实现阻抗匹配。 4. 屏蔽线的焊接和处理 （1）屏蔽线焊接 导线焊接在检测系统装配中占有重要地位，实践 中发现导线焊点的失效是出现故障的主要原因，必须 对导线的焊接工艺给予特别的重视。 （2）屏蔽线焊前处理 剥绝缘层 导线的焊接前要除去末端绝缘层，剥除绝缘层可 用普通或专用工具。一般可用剥线钳或简易剥线器如 图10.1.9进行剥线。剥线器可用051mm厚度的黄铜 片经弯曲后固定在电烙铁上制成，使用它最大的好处 是不会伤导线，见图10.1.10。 任务一 屏蔽的选择及屏蔽体制作 四、屏蔽体的制作 4. 屏蔽线的焊接和处理 预焊（挂锡） 导线焊接，预焊是关键的步骤。尤其多股导线，如果没预焊的处理，焊 接质量很难保证。导线挂锡时要边上锡边旋转，旋转方向与拧合方向一致(参 见图10.1.11)。 多股导线挂锡要注意“烛心效应“，即焊锡浸入绝缘层内， 造成软线变硬，容易导致接头故障(图10.1.12)。 任务一 屏蔽的选择及屏蔽体制作 四、屏蔽体的制作 4. 屏蔽线的焊接和处理 屏蔽线末端处理 屏蔽线或同轴电缆末端连接对象不同处理方法也不同。图10.1.13表示末 端与其他端子焊接时的处理方式，特别强调芯线和屏蔽层的绞合及挂锡时的 烛芯效应。热缩套管在加热到100以上时直径可缩小到1213，是线端 绝缘常用材料。同轴电缆和屏蔽线其他连接方法可参照处理，注意同轴电缆 的芯线，一般都很细且线数少，无论采用何种连接方式均不应使芯线承受拉 力。 任务一 屏蔽的选择及屏蔽体制作 四、屏蔽体的制作 4. 屏蔽线的焊接和处理 （）屏蔽线插头、插座加工 屏蔽线加工主要是接地线的引出方法。如图10.1.14所示，用于工作电压 较高的屏蔽线，在剪去20-一30mm屏蔽层后，要在绕线的屏蔽层下加一黄腊管 或绕23层黄腊绸布，再用0.506的镀银线密绕数圈(宽26mm)，然 后用锡焊将绕线与屏蔽层焊接，注意焊接时间不可过长以免烫坏绝缘层。最 后趁热套上套管。 任务一 屏蔽的选择及屏蔽体制作 四、屏蔽体的制作 4. 屏蔽线的焊接和处理 （）屏蔽线插头、插座加工 低频电缆加工 低频电缆线如常用音频电缆一般都是焊接到接头座上，特别对移动式电缆如 耳机、话筒电缆线，必须注意线端的固定，如图10.1.15为常见立体声耳机插 头接线。 任务一 屏蔽的选择及屏蔽体制作 四、屏蔽体的制作 4. 屏蔽线的焊接和处理 （）屏蔽线插头、插 座加工 高频电缆加工 高频电缆如同轴电缆相对位 置要求很严格，如果芯线不 在屏蔽层的中心位置，信号 传输会受损。 高频电缆通常 要求与电缆阻抗相匹配的插 头座。 图10.1.16是常用的Q 9型高 频插头与电缆连接步骤意图 。 任务一 屏蔽的选择及屏蔽体制作 四、屏蔽体的制作 4. 屏蔽线的焊接和处理 （）屏蔽线插头、插座加工 低频电缆与插头、插座的连接 低频电缆常作为电子产品中各部件的连接线，用于传输低频信号。首 先应根据插头、插座的引脚数目选择相应的电缆，电缆内各导线也应按图 10.1.13屏蔽线端焊接绝缘导线制作地线，进行剥头、捻线、搪锡的处理 ，然后对应焊到引脚上。屏蔽电缆在插头、插座上的安装是将电缆的屏蔽 层剪去适当一段，用浸蜡棉线或亚麻线绑扎后涂上清漆如图10，1，17所 示。应注意已安装好的电缆线束在插头座上不能松动。 任务一 屏蔽的选择及屏蔽体制作 四、屏蔽体的制作 4. 屏蔽线的焊接和处理 （）屏蔽线插头、插座加工 低频电缆与插头、插座的连接 电缆线束的弯曲半径不得小于线束直径的两倍，在插头座根部的弯 曲半径不得小于线束直径的5倍，以防止电缆折损。制作工艺是：拧开插 头上的螺钉，拆开插头座，把插头座后环套在电缆上，然后将一金属圆垫 圈套过屏蔽层，并把屏蔽层均匀地焊到圆垫圈上。将电缆的每一根导线套 上绝缘套管，再将导线按顺序焊到各焊片上，然后将绝缘套管推到焊片上 。再安装插头座外壳，拧紧螺钉,旋好后环，最后再在后环外缠棉线或亚 麻线，并涂上清漆，如图10.1.18所示。 任务一 屏蔽的选择及屏蔽体制作 五、评分标准 练习与思考 1.什么是干扰？ 2.噪声形成干扰的条件有哪些？ 3.屏蔽有哪些类型，它们的原理是什么？ 4.屏蔽如何选择？ 5. 高频和低频磁场屏蔽设计安装时注意什么？ 任务二 接地技术 1.了解接地线种类、接地的原则、接地线的连接方法知识； 2.学会电信号检测和控制系统的接地线的选择； 3.掌握安装信号检测和控制系统的接地线的方法。 一、目的要求 二、相关知识 接地问题处理得好与坏，直接影响信号检测控制系统的正常 工作。接地主要包含两方面的内容,接地的正确性和牢靠性。正 确接地用来防止信号检测控制系统各部分的干扰，牢靠接地，减 少接地线上的电压降，降低共阻抗干扰。 任务二 接地技术 二、相关知识