噪声与噪声与抗干扰技术抗干扰技术 徐剑 噪噪声声：在在信信号号传传递递中中，所所出出现现的的与与被被测测量量无无关关的的随随机机信号。（叠加或淹没有用信号）信号。（叠加或淹没有用信号） 干扰：由噪声所造成的不良效应被称为干扰。干扰：由噪声所造成的不良效应被称为干扰。 传感器传感器射射线线辐辐射射干干扰扰电电磁磁干干扰扰机机械械干干扰扰热热干干扰扰光光干干扰扰湿湿度度变变化化干干扰扰化化学学干干扰扰一、一、噪声与干扰噪声与干扰1 1、机械干扰、机械干扰: : 是由于机械振动或冲击，使检测装置中的元件发生振动、是由于机械振动或冲击，使检测装置中的元件发生振动、变形，使连接线发生位移，使指针发生抖动。变形，使连接线发生位移，使指针发生抖动。 声波的干扰类似于机械振动，从效果上看，也可以列入声波的干扰类似于机械振动，从效果上看，也可以列入这一类。这一类。 抗机械干扰主要采用减震措施，如减震弹簧、减震橡皮抗机械干扰主要采用减震措施，如减震弹簧、减震橡皮垫等。垫等。2 2、热干扰、热干扰: : 工作时，检测系统产生的热量所引起温度波动和环境温工作时，检测系统产生的热量所引起温度波动和环境温度的变化等引起检测电路元器件参数发生变化，或产生附度的变化等引起检测电路元器件参数发生变化，或产生附加的热电动势等。加的热电动势等。 抗热干扰主要采用：抗热干扰主要采用： 1 1）采用热屏蔽，如将关键元器件用导热良好的金属屏）采用热屏蔽，如将关键元器件用导热良好的金属屏蔽罩包围起来。蔽罩包围起来。 2 2）采用恒温措施，如将基准稳压管（与精度密切相关）采用恒温措施，如将基准稳压管（与精度密切相关的器件）置于恒温槽中。的器件）置于恒温槽中。3 3）电路采用对称平衡结构，如差动放大电路、桥式电路等。）电路采用对称平衡结构，如差动放大电路、桥式电路等。4 4）采用温度补偿元件，如温补电阻。）采用温度补偿元件，如温补电阻。3 3、光干扰、光干扰: : 检测系统广泛采用半导体元器件，半导体材料在光线的检测系统广泛采用半导体元器件，半导体材料在光线的作用下会激发出电子空穴对，使半导体元器件产生电势或作用下会激发出电子空穴对，使半导体元器件产生电势或引起阻值的变化。引起阻值的变化。 抗光干扰主要采用光屏蔽，如将对光敏感的半导体元器抗光干扰主要采用光屏蔽，如将对光敏感的半导体元器件用不透光的屏蔽罩包围起来。件用不透光的屏蔽罩包围起来。4 4、湿度变化干扰、湿度变化干扰: : 湿度增加会使元件的绝缘电阻下降，漏电流增加，高值湿度增加会使元件的绝缘电阻下降，漏电流增加，高值电阻阻值下降，电介质的介电常数增加，吸潮的线圈骨架电阻阻值下降，电介质的介电常数增加，吸潮的线圈骨架膨胀等等。膨胀等等。 抗湿度干扰主要采用密封防潮措施，如将电气元件印刷抗湿度干扰主要采用密封防潮措施，如将电气元件印刷电路板浸漆、环氧树脂封灌和硅橡胶封灌等。电路板浸漆、环氧树脂封灌和硅橡胶封灌等。5 5、化学干扰、化学干扰: : 如酸碱盐及腐蚀性气体会通过化学腐蚀作用损坏检测位如酸碱盐及腐蚀性气体会通过化学腐蚀作用损坏检测位置。置。 抗化学干扰主要采用良好的密封和注意清洁。抗化学干扰主要采用良好的密封和注意清洁。6 6、电磁干扰、电磁干扰: : 电和磁可以通过电路和磁路对检测系统产生干扰作用。电和磁可以通过电路和磁路对检测系统产生干扰作用。电场和磁场的变化也会在有关电路中感应出干扰电压。电场和磁场的变化也会在有关电路中感应出干扰电压。 电磁干扰对于检测系统来说是最为普遍和影响最严重的电磁干扰对于检测系统来说是最为普遍和影响最严重的干扰。有关抑制电磁干扰的方法下面将进一步讨论。干扰。有关抑制电磁干扰的方法下面将进一步讨论。7 7、射线辐射干扰、射线辐射干扰: : 射线会使气体电离，半导体激发电子空穴对和金属逸出射线会使气体电离，半导体激发电子空穴对和金属逸出电子等。电子等。 因此，用于原子能、核装置等领域的检测系统尤其要注因此，用于原子能、核装置等领域的检测系统尤其要注意射线辐射干扰。意射线辐射干扰。二、二、从不同角看从不同角看1 1、从检测系统角度：、从检测系统角度： 1 1、减小传感器灵敏度，降低精度等级。、减小传感器灵敏度，降低精度等级。 2 2、降低外界因素对传感器实际作用的功率。、降低外界因素对传感器实际作用的功率。也就是俗话说既然不能改变环境，就学会适应环境。也就是俗话说既然不能改变环境，就学会适应环境。2 2、从噪声干扰角度、从噪声干扰角度： 一要解决噪声的来源问题。（哪来的）一要解决噪声的来源问题。（哪来的） 二要解决噪声信号如何进入测量系统的。（怎么进去的）二要解决噪声信号如何进入测量系统的。（怎么进去的）3 3、从有传感器形成的测量装置的角度、从有传感器形成的测量装置的角度： ( (主要分析项）主要分析项） 一、噪声源一、噪声源 二、通道二、通道 三、接受电路三、接受电路三、三、噪声形成噪声形成干扰干扰的的途径途径1.1.形成干扰的三要素：形成干扰的三要素： 形成干扰必须同时具备三项因素：形成干扰必须同时具备三项因素：噪声噪声源、源、耦合耦合通道通道以及对噪声敏感性较高的接收电路以及对噪声敏感性较高的接收电路检测装置的检测装置的前级电路。前级电路。噪声噪声源源耦合通道耦合通道接收接收电路电路形成干扰的三形成干扰的三 要素之间的联系要素之间的联系抑制抑制干扰源干扰源破坏破坏干扰途径干扰途径削弱敏感性削弱敏感性抑制干扰的对应方法抑制干扰的对应方法一、噪声源安噪声产生的来源：外部干扰和内部干扰安噪声产生的来源：外部干扰和内部干扰 1 1、外部干扰：测量装置以外的各种因素对传感器及其、外部干扰：测量装置以外的各种因素对传感器及其测量电路的干扰。分为人为干扰和自然干扰。测量电路的干扰。分为人为干扰和自然干扰。 2 2、内部干扰：测量装置内部元器件的物理性能随机变、内部干扰：测量装置内部元器件的物理性能随机变动时对传感器及其测量电路形成的干扰。包括：热噪声、散动时对传感器及其测量电路形成的干扰。包括：热噪声、散粒噪声、低频噪声、接触噪声等。粒噪声、低频噪声、接触噪声等。 3 3、衡量量、衡量量-信噪比信噪比(S/N) (S/N) 信号的有用成分与杂音的对信号的有用成分与杂音的对比，单位分贝（比，单位分贝（dBdB）二、耦合通道（1 1） 漏电流耦合形成的干扰：漏电流耦合形成的干扰： 是由于绝缘不良，电流经绝缘电阻的漏电流所引是由于绝缘不良，电流经绝缘电阻的漏电流所引起的干扰，如图。起的干扰，如图。EnRaZiUN漏电流耦合形成的干扰经常发生在下列情况：漏电流耦合形成的干扰经常发生在下列情况： # # 当用传感器测量较高的直流电压时。当用传感器测量较高的直流电压时。 # # 在传感器附近有较高的直流电压源时。在传感器附近有较高的直流电压源时。 # # 在高输入阻抗的直流放大电路中。在高输入阻抗的直流放大电路中。如图，设直流放大电路的输入阻抗如图，设直流放大电路的输入阻抗 Zi=10=108 8， En=15=15V , Ra=10=101010EnRaZiUNUiUo 共阻抗耦合是由于两个电路共有的阻抗，当一个电路共阻抗耦合是由于两个电路共有的阻抗，当一个电路上上有电流流过有电流流过时，通过共有的阻抗便在另一个电路上产生干扰电压。如几个电路由同时，通过共有的阻抗便在另一个电路上产生干扰电压。如几个电路由同一个电源供电时，会通过电源内阻互相干扰，在放大器中，各级放大器一个电源供电时，会通过电源内阻互相干扰，在放大器中，各级放大器通过接地线电阻互相干扰。通过接地线电阻互相干扰。 如图，为共阻抗耦合等效电路。图中：如图，为共阻抗耦合等效电路。图中：ZC- - 两个电路共有的阻抗两个电路共有的阻抗， In- -噪声电流源噪声电流源 , UN- -被干扰电路感应的电压。被干扰电路感应的电压。（2 2）共阻抗耦合形成的干扰：）共阻抗耦合形成的干扰：InZiZCUN( (3 3) )电容性电容性耦合形成的干扰耦合形成的干扰 电场耦合实质上是电容性耦合，它是由于两个电路之间存在寄生电电场耦合实质上是电容性耦合，它是由于两个电路之间存在寄生电容，可使一个电路的电荷变化影响到另一个电路。容，可使一个电路的电荷变化影响到另一个电路。 如图，为两根导线如图，为两根导线1 1、2 2之间通过电容性耦合形成的干扰。图中：之间通过电容性耦合形成的干扰。图中：C12- -导线导线1 1、2 2间的分布电容间的分布电容， C2 、R2 - -导线导线1 1对地电容、电阻对地电容、电阻, UN1- -导线导线1 1噪声电压，噪声电压， UNO - -导线导线2 2感应出来的噪声干扰电压。当感应出来的噪声干扰电压。当R2 比比( (C12+ + C2 ) )的阻的阻抗小得多时，抗小得多时， 可求得可求得UNO 2 21 1UN1C1C2UNOC12R2等效电路等效电路电容性耦合示意图电容性耦合示意图C12R2UN1UNOC1C2 由上式可以得到下面结论：由上式可以得到下面结论： # 被接收的噪声干扰电压被接收的噪声干扰电压UNO与噪声源的角频率与噪声源的角频率成正比。这表明：频成正比。这表明：频率越高，静电耦合干扰越严重。但是，对于微弱信号（极低电平）的接受率越高，静电耦合干扰越严重。但是，对于微弱信号（极低电平）的接受电路，即使在音频范围（电路，即使在音频范围（20 Hz20KHz），静电耦合干扰也不能忽视。），静电耦合干扰也不能忽视。 # 干扰电压干扰电压UNO与与接受电路的输入电阻接受电路的输入电阻R2成正比。这表明：降低接受电成正比。这表明：降低接受电路的输入电阻路的输入电阻R2，可减少静电耦合干扰。对于微弱信号（极低电平）的放，可减少静电耦合干扰。对于微弱信号（极低电平）的放大器，其输入电阻应尽可能低，一般希望在数百欧姆以下。大器，其输入电阻应尽可能低，一般希望在数百欧姆以下。 # 干扰电压干扰电压UNO正比正比于噪声源与于噪声源与接受电路之间的接受电路之间的分布电容分布电容C12。这表明：这表明：减小减小分布电容分布电容C12，可降低静电耦合干扰。通常采用合理布线和适当防护，可降低静电耦合干扰。通常采用合理布线和适当防护措施减小措施减小分布电容分布电容。电容性耦合示意图电容性耦合示意图注意：注意： 当有几个噪声源同时经当有几个噪声源同时经静电静电耦合干扰同一接收电路，只要是耦合干扰同一接收电路，只要是线形电路，就可以使用迭加原理线形电路，就可以使用迭加原理进行分析。进行分析。2 21 1UN1C1C2UNOC12R2( (4 4) )还存在串模干扰和共模干扰还存在串模干扰和共模干扰 串模干扰：噪声信号串接在测量信号接收器的串模干扰：噪声信号串接在测量信号接收器的一个输入端上，即干扰信号与有用信号叠加起来同一个输入端上，即干扰信号与有用信号叠加起来同时作用于输入端，因此它将直接影响测量的结果。时作用于输入端，因此它将直接影响测量的结果。 共模干扰：在信号接收器的两个输入端同时出共模干扰：在信号接收器的两个输入端同时出现干扰电压。现干扰电压。三、接收电路 就选择和应用实际接受电路而言，通常应遵循以下原则：就选择和应用实际接受电路而言，通常应遵循以下原则：遵循适当合理的选择传感器的要求。遵循适当合理的选择传感器的要求。根据测量项目要求，有针对性地强化实际接受电路中的抗干扰根据测量项目要求，有针对性地强化实际接受电路中的抗干扰功能。比如采用适当的惰性电路以降低对干扰信号的灵敏度；采功能。比如采用适当的惰性电路以降低对干扰信号的灵敏度；采用高保真电路以确保被测信号的真是度等。用高保真电路以确保被测信号的真是度等。在条件允许的情况下，尽可能的选用性能优秀稳定的电路和电在条件允许的情况下，尽可能的选用性能优秀稳定的电路和电子元器件，确保接受电路的可靠性。子元器件，确保接受电路的可靠性。下一节内容抗干扰的措施三、抑制干扰的基本措施途径三、抑制干扰的基本措施途径1.1.形成干扰的三要素：形成干扰的三要素： 形成干扰必须同时具备三项因素：干扰源、干扰形成干扰必须同时具备三项因素：干扰源、干扰途径以及对噪声敏感性较高的接收电路途径以及对噪声敏感性较高的接收电路检测装置的检测装置的前级电路。前级电路。干扰源干扰源干扰途径干扰途径接收器接收器形成干扰的三要素之间的联系形成干扰的三要素之间的联系2.2.抑制干扰的基本措施：抑制干扰的基本措施： 消除干扰源是积极主动的措施。继电器、接触器和断路器等的消除干扰源是积极主动的措施。继电器、接触器和断路器等的电触点，在通断电时的电火花是较强的干扰源，可以采取触点消弧电触点，在通断电时的电火花是较强的干扰源，可以采取触点消弧电容等。对于接触不良、电路接头松动、虚焊也是造成干扰的原因，电容等。对于接触不良、电路接头松动、虚焊也是造成干扰的原因，应于消除。应于消除。 某些自然现象的干扰，邻近工厂用电设备的干扰等，就必须采某些自然现象的干扰，邻近工厂用电设备的干扰等，就必须采取保护措施来抑制干扰源。取保护措施来抑制干扰源。1 1）消除或抑制干扰源）消除或抑制干扰源2 2）破坏干扰途径）破坏干扰途径 # # 对于对于“路路”形式干扰：形式干扰： 采用提高绝缘性能的办法来抑制漏电流干扰；采用提高绝缘性能的办法来抑制漏电流干扰； 采用隔离变压器、光电耦合器等切断环路干扰途径；采用隔离变压器、光电耦合器等切断环路干扰途径； 采用滤波器、扼流圈等技术，将干扰信号除去；采用滤波器、扼流圈等技术，将干扰信号除去； 对于数字信号采用整形、限幅等信号处理方法切断干扰；对于数字信号采用整形、限幅等信号处理方法切断干扰； 改变接地形式以消除共阻抗耦合干扰等。改变接地形式以消除共阻抗耦合干扰等。3 3）削弱接收电路对于干扰信号的敏感性）削弱接收电路对于干扰信号的敏感性 电路设计、系统结构等都与干扰有关。比如：高输电路设计、系统结构等都与干扰有关。比如：高输入阻抗比低输入阻抗易受干扰；布局松散的电子装置比入阻抗比低输入阻抗易受干扰；布局松散的电子装置比结构紧凑的电子装置更易受干扰；模拟电路比数字电路结构紧凑的电子装置更易受干扰；模拟电路比数字电路的抗干扰的能力差。的抗干扰的能力差。 因此，系统布局要合理，设计电路要用对干扰信号因此，系统布局要合理，设计电路要用对干扰信号不敏感的电路。不敏感的电路。 # # 对于以对于以“场场”形式的干扰，一般采用各种屏蔽措形式的干扰，一般采用各种屏蔽措施。施。 总的来说，消除干扰的措施可以用疾病预防来比喻：总的来说，消除干扰的措施可以用疾病预防来比喻：消灭病菌来源，阻止病菌传播和提高人体抵抗能力。消灭病菌来源，阻止病菌传播和提高人体抵抗能力。四、抗干扰的技术四、抗干扰的技术 1. 1.屏蔽技术屏蔽技术 1 1）静电屏蔽）静电屏蔽 原理：在静电场中，密闭的空心导体内部无电力线，原理：在静电场中，密闭的空心导体内部无电力线，即内部各点的电位相等。实际以铜或铝等导电良好地金属为材料，制作封即内部各点的电位相等。实际以铜或铝等导电良好地金属为材料，制作封闭地金属容器，并将金属容器与地线连接。闭地金属容器，并将金属容器与地线连接。 2 2）电磁屏蔽）电磁屏蔽 原理：利用电涡流原理，使高频干扰磁场在屏蔽金原理：利用电涡流原理，使高频干扰磁场在屏蔽金属内产生电涡流，消耗干扰磁场的能量，并利用涡流磁场抵消高频干扰磁属内产生电涡流，消耗干扰磁场的能量，并利用涡流磁场抵消高频干扰磁场。实际将电磁屏蔽层接地，同时兼有静电屏蔽作用。如通常使用的铜质场。实际将电磁屏蔽层接地，同时兼有静电屏蔽作用。如通常使用的铜质网状屏蔽电缆线。网状屏蔽电缆线。 3 3）低频磁屏蔽）低频磁屏蔽 原理：在低频磁场中，电涡流作用不太明显，因原理：在低频磁场中，电涡流作用不太明显，因此，采用高导磁材料做屏蔽层，使低频干扰磁力线限制在磁阻很小的屏蔽此，采用高导磁材料做屏蔽层，使低频干扰磁力线限制在磁阻很小的屏蔽层内。在干扰严重的地方常采用复合屏蔽电缆。最外层是低磁导率、高饱层内。在干扰严重的地方常采用复合屏蔽电缆。最外层是低磁导率、高饱和的铁磁材料，最里层是铜质电磁屏蔽层，以进一步消耗干扰磁场能量。和的铁磁材料，最里层是铜质电磁屏蔽层，以进一步消耗干扰磁场能量。工业中将屏蔽线穿在铁质蛇皮管或普通铁管内，达到双重屏蔽目的。工业中将屏蔽线穿在铁质蛇皮管或普通铁管内，达到双重屏蔽目的。 滤波技术的基本用途是选择信号和抑制干扰，为实现这滤波技术的基本用途是选择信号和抑制干扰，为实现这两大功能而设计的网络都称为滤波器。通常按功用可把滤波两大功能而设计的网络都称为滤波器。通常按功用可把滤波器分为信号选择滤波器和电磁干扰器分为信号选择滤波器和电磁干扰(EMI)(EMI)滤波器两大类。滤波器两大类。2.2.滤波技术滤波技术 电电源源LNE滤滤波波器器测测量量电电路路滤滤波波器器显显示示滤滤 波波 器器传传 感感 器器滤波器抑制检测系统干扰的原理框图滤波器抑制检测系统干扰的原理框图 信号选择滤波器是以有效去除不需要的信号分量，同时是对被选择信号选择滤波器是以有效去除不需要的信号分量，同时是对被选择信号的幅度相位影响最小的滤波器。信号的幅度相位影响最小的滤波器。 电磁干扰滤波器是以能够有效抑制电磁干扰为目标的滤波器。电磁电磁干扰滤波器是以能够有效抑制电磁干扰为目标的滤波器。电磁干扰滤波器常常又分为信号线干扰滤波器常常又分为信号线EMIEMI滤波器、电源滤波器、电源EMIEMI滤波器、印刷电路板滤波器、印刷电路板EMIEMI滤波器、反射滤波器、反射EMIEMI滤波器、隔离滤波器、隔离EMIEMI滤波器等几类。滤波器等几类。 电电源源LNE滤滤波波器器测测量量电电路路滤滤波波器器显显示示滤滤 波波 器器传传 感感 器器滤波器抑制检测系统干扰的原理框图滤波器抑制检测系统干扰的原理框图 线路板上的导线是最有效的接收和辐射天线，由于线路板上的导线是最有效的接收和辐射天线，由于导线的存在，往往会使线路板上产生过强的电磁辐射。导线的存在，往往会使线路板上产生过强的电磁辐射。同时，这些导线又能接受外部的电磁干扰，使电路对干同时，这些导线又能接受外部的电磁干扰，使电路对干扰很敏感。扰很敏感。 在导线上使用信号滤波器是一个解决高频电磁干扰在导线上使用信号滤波器是一个解决高频电磁干扰辐射和接收很有效的方法。辐射和接收很有效的方法。 脉冲信号的高频成分很丰富，这些高频成分可以借脉冲信号的高频成分很丰富，这些高频成分可以借助导线辐射，使线路板的辐射超标。信号滤波器的使用助导线辐射，使线路板的辐射超标。信号滤波器的使用可使脉冲信号的高频成分大大减少，由于高频信号的辐可使脉冲信号的高频成分大大减少，由于高频信号的辐射效率较高，这个高频成分的减少，线路板的辐射将大射效率较高，这个高频成分的减少，线路板的辐射将大大改善。大改善。 电源线是电磁干扰传入设备和传出设备主要途径。通过电源线，电电源线是电磁干扰传入设备和传出设备主要途径。通过电源线，电网上的干扰可以传入设备，干扰设备的正常工作。同样，设备的干扰也网上的干扰可以传入设备，干扰设备的正常工作。同样，设备的干扰也可以通过电源线传到电网上，对网上其它设备造成干扰。可以通过电源线传到电网上，对网上其它设备造成干扰。 为了防止这两种情况的发生，必须在设备的电源入口处安装一个低为了防止这两种情况的发生，必须在设备的电源入口处安装一个低通滤波器，这个滤波器只容许设备的工作频率通滤波器，这个滤波器只容许设备的工作频率(50Hz,60Hz,400Hz)(50Hz,60Hz,400Hz)通过，通过，而对较高频率的干扰有很大的损耗，由于这个滤波器专门用于设备电源而对较高频率的干扰有很大的损耗，由于这个滤波器专门用于设备电源线上，所以称为电源线滤波器。线上，所以称为电源线滤波器。 电源线上的干扰电路以两种形式出现。一种是在火线零线回路中，电源线上的干扰电路以两种形式出现。一种是在火线零线回路中，其干扰被称为差模干扰。另一种是在和火线、零线与地线和大地的回路其干扰被称为差模干扰。另一种是在和火线、零线与地线和大地的回路中，称为共模干扰。中，称为共模干扰。 通常通常200Hz200Hz以下时，差模干扰成分占主要部分。以下时，差模干扰成分占主要部分。1MHz1MHz以上时，共模干以上时，共模干扰成分占主要成分。扰成分占主要成分。 电源滤波器对差模干扰和共模干扰都有抑制作用，但由于电路结构电源滤波器对差模干扰和共模干扰都有抑制作用，但由于电路结构不同，对差模干扰和共模干扰的抑制效果不一样。所以滤波器的技术指不同，对差模干扰和共模干扰的抑制效果不一样。所以滤波器的技术指标中有差模插入损耗和共模插入损耗之分。标中有差模插入损耗和共模插入损耗之分。 使用滤波器一般要求将干扰衰减使用滤波器一般要求将干扰衰减100%100%以上。选用滤波器应考虑以下以上。选用滤波器应考虑以下几点：几点： # # 测量电路的输出阻抗和前级放大器的输入阻抗；测量电路的输出阻抗和前级放大器的输入阻抗； # # 滤波器的时间常数对检测系统性能的影响；滤波器的时间常数对检测系统性能的影响； # # 滤波器的频率特性对检测系统性能的影响；滤波器的频率特性对检测系统性能的影响； # # 滤波器的体积、安装及制造工艺。滤波器的体积、安装及制造工艺。电电源源LNE滤滤波波器器测测量量电电路路滤滤波波器器显显示示滤滤 波波 器器传传 感感 器器滤波器抑制检测系统干扰的原理框图滤波器抑制检测系统干扰的原理框图 接地技术最早是应用在强电系统（电力系统、输变电设备、电气设备）接地技术最早是应用在强电系统（电力系统、输变电设备、电气设备）中，为了设备和人身的安全，将接地线直接接在大地上。由于大地的电容中，为了设备和人身的安全，将接地线直接接在大地上。由于大地的电容非常大，一般情况下可以将大地的电位视为零电位。非常大，一般情况下可以将大地的电位视为零电位。 后来，接地技术延伸应用到弱电系统中。对于电力电子设备将接地线后来，接地技术延伸应用到弱电系统中。对于电力电子设备将接地线直接接在大地上或者接在一个作为参考电位的导体上，当电流通过该参考直接接在大地上或者接在一个作为参考电位的导体上，当电流通过该参考电位时，不应产生电压降。然而由于不合理的接地，反而会引入了电磁干电位时，不应产生电压降。然而由于不合理的接地，反而会引入了电磁干扰，比如共地线干扰、地环路干扰等，从而导致电力电子设备工作不正常。扰，比如共地线干扰、地环路干扰等，从而导致电力电子设备工作不正常。 因此。接地技术是电力电子设备电磁兼容技术的重要内容之一，有必因此。接地技术是电力电子设备电磁兼容技术的重要内容之一，有必要对接地技术进行详细探讨。要对接地技术进行详细探讨。 3.3.接地技术接地技术电气设备220VLNE地线地线外壳外壳大地大地 1 1） 接地的种类和目的接地的种类和目的 电力电子设备一般是为以下几种目的而接地：电力电子设备一般是为以下几种目的而接地： （1 1） 安全接地安全接地 安安全全接接地地即即将将机机壳壳接接大大地地。一一是是防防止止机机壳壳上上积积累累电电荷荷，产产生生静静电电放放电电而而危危及及设设备备和和人人身身安安全全；二二是是当当设设备备的的绝绝缘缘损损坏坏而而使使机机壳壳带带电电时时，促促使使电电源源的保护动作而切断电源，以便保护工作人员的安全。的保护动作而切断电源，以便保护工作人员的安全。 （2 2） 防雷接地防雷接地 当当电电力力电电子子设设备备遇遇雷雷击击时时，不不论论是是直直接接雷雷击击还还是是感感应应雷雷击击，电电力力电电子子设设备备都都将将受受到到极极大大伤伤害害。为为防防止止雷雷击击而而设设置置避避雷雷针针，以以防防雷雷击击时时危危及及设设备备和和人身安全。人身安全。 上述两种接地主要为安全考虑，均要直接接在大地上。上述两种接地主要为安全考虑，均要直接接在大地上。 电气设备220VLNE地线地线外壳外壳大地大地 （3 3） 工作接地工作接地 工工作作接接地地是是为为电电路路正正常常工工作作而而提提供供的的一一个个基基准准电电位位。该该基基准准电电位位可可以设为电路系统中的某一点、某一段或某一块等。以设为电路系统中的某一点、某一段或某一块等。 当当该该基基准准电电位位不不与与大大地地连连接接时时，视视为为相相对对的的零零电电位位。这这种种相相对对的的零零电位会随着外界电磁场的变化而变化，从而导致电路系统工作的不稳定。电位会随着外界电磁场的变化而变化，从而导致电路系统工作的不稳定。 当当该该基基准准电电位位与与大大地地连连接接时时，基基准准电电位位视视为为大大地地的的零零电电位位，而而不不会会随随着着外外界界电电磁磁场场的的变变化化而而变变化化。但但是是不不正正确确的的工工作作接接地地反反而而会会增增加加干干扰扰。比如共地线干扰、地环路干扰等。比如共地线干扰、地环路干扰等。 为防止各种电路在工作中产生互相干扰，使之能相互兼容地工作。为防止各种电路在工作中产生互相干扰，使之能相互兼容地工作。根据电路的性质，将工作接地分为不同的种类，比如直流地、交流地、根据电路的性质，将工作接地分为不同的种类，比如直流地、交流地、数字地、模拟地、信号地、功率地、电源地等。上述不同的接地应当分数字地、模拟地、信号地、功率地、电源地等。上述不同的接地应当分别设置。别设置。 （a a）信号地）信号地 信信号号地地是是各各种种物物理理量量的的传传感感器器和和信信号号源源零零电电位位的的公公共共基基准准地地线线。由于信号一般都较弱，易受干扰，因此对信号地的要求较高。由于信号一般都较弱，易受干扰，因此对信号地的要求较高。 （b b）模拟地）模拟地 模模拟拟地地是是模模拟拟电电路路零零电电位位的的公公共共基基准准地地线线。由由于于模模拟拟电电路路既既承承担担小小信信号号的的放放大大，又又承承担担大大信信号号的的功功率率放放大大；既既有有低低频频的的放放大大，又又有有高高频频放放大大；因因此此模模拟拟电电路路既既易易接接受受干干扰扰，又又可可能能产产生生干干扰扰。所所以以对对模模拟拟地的接地点选择和接地线的敷设更要充分考虑。地的接地点选择和接地线的敷设更要充分考虑。 （c c）数字地）数字地 数字地是数字电路零电位的公共基准地线。由于数字电路工作在数字地是数字电路零电位的公共基准地线。由于数字电路工作在脉冲状态，特别是脉冲的前后沿较陡或频率较高时，易对模拟电路产脉冲状态，特别是脉冲的前后沿较陡或频率较高时，易对模拟电路产生干扰。所以对数字地的接地点选择和接地线的敷设也要充分考虑。生干扰。所以对数字地的接地点选择和接地线的敷设也要充分考虑。 （d d）电源地）电源地 电电源源地地是是电电源源零零电电位位的的公公共共基基准准地地线线。由由于于电电源源往往往往同同时时供供电电给给系系统统中中的的各各个个单单元元，而而各各个个单单元元要要求求的的供供电电性性质质和和参参数数可可能能有有很很大大差差别别，因因此此既既要要保保证证电电源源稳稳定定可可靠靠的的工作，又要保证其它单元稳定可靠的工作。工作，又要保证其它单元稳定可靠的工作。 （e e）功率地）功率地 功率地是负载电路或功率驱动电路的零电位的公共基功率地是负载电路或功率驱动电路的零电位的公共基准地线。由于负载电路或功率驱动电路的电流较强、电压准地线。由于负载电路或功率驱动电路的电流较强、电压较高，所以功率地线上的干扰较大。因此功率地必须与其较高，所以功率地线上的干扰较大。因此功率地必须与其它弱电地分别设置，以保证整个系统稳定可靠的工作。它弱电地分别设置，以保证整个系统稳定可靠的工作。 工作接地按工作频率而采用以下几种接地方式：工作接地按工作频率而采用以下几种接地方式： (1 (1） 单点接地单点接地 工工作作频频率率低低（1MHz 0.83L 式中：式中：L地线的长度，地线的长度，m； S地线的截面地线的截面,mm2。 (2) (2)多点接地多点接地 工工作作频频率率高高（30MHz30MHz）的的采采用用多多点点接接地地式式（即即在在该该电电路路系系统中，用一块接地平板代替电路中每部分各自的地回路）。统中，用一块接地平板代替电路中每部分各自的地回路）。 因因为为接接地地引引线线的的感感抗抗与与频频率率和和长长度度成成正正比比，工工作作频频率率高高时时将将增增加加共共地地阻阻抗抗，从从而而将将增增大大共共地地阻阻抗抗产产生生的的电电磁磁干干扰扰，所所以以要求地线的长度尽量短。要求地线的长度尽量短。 采用多点接地时，尽量找最接近的低阻值接地面接地。采用多点接地时，尽量找最接近的低阻值接地面接地。 (3) (3)混合接地混合接地 工工作作频频率率介介于于1 130MHz30MHz的的电电路路采采用用混混合合接接地地式式。当当接接地地线线的的长长度度小小于于工工作作信信号号波波长长的的1/201/20时时，采采用用单单点点接接地地式式，否否则则采采用多点接地式。用多点接地式。 浮置又称浮空、浮接，它指是模拟信号的零信号电位公共线（模拟浮置又称浮空、浮接，它指是模拟信号的零信号电位公共线（模拟信号地线）不接机壳或大地。对于被浮置地测量系统，测量电路与机壳信号地线）不接机壳或大地。对于被浮置地测量系统，测量电路与机壳或大地之间无直接关系，如图。或大地之间无直接关系，如图。 系统被浮置后，明显加大了信号放大器的公共地线与大地（或外壳）系统被浮置后，明显加大了信号放大器的公共地线与大地（或外壳）之间的阻抗，因此，大大减小了干扰漏电流。之间的阻抗，因此，大大减小了干扰漏电流。 浮置不可能浮置不可能“完全浮空完全浮空”。因为，虽然信号放大器的公共地线与大。因为，虽然信号放大器的公共地线与大地（或外壳）之间的阻抗很大（绝缘级电阻），可以大大减小电阻性漏地（或外壳）之间的阻抗很大（绝缘级电阻），可以大大减小电阻性漏电流干扰，但是它们之间仍然存在寄生电容，即容性漏电流干扰还存在。电流干扰，但是它们之间仍然存在寄生电容，即容性漏电流干扰还存在。(4) (4) 浮置技术浮置技术B1前置前置放大器放大器功率功率放大器放大器B2B3220V+ +外壳外壳测量装置测量装置传感器传感器外屏蔽层外屏蔽层信号传输线信号传输线浮置的温度测量系统浮置的温度测量系统 (1) (1) 对接地电阻的要求对接地电阻的要求 接地电阻越小越好，因为当有电流流过接地电阻时，其上将产生电接地电阻越小越好，因为当有电流流过接地电阻时，其上将产生电压。该电压除产生共地阻抗的电磁干扰外，还会使设备受到反击过电压压。该电压除产生共地阻抗的电磁干扰外，还会使设备受到反击过电压的影响，并使人员受到电击伤害的威胁。因此一般要求接地电阻小于的影响，并使人员受到电击伤害的威胁。因此一般要求接地电阻小于44；对于移动设备，接地电阻可小于；对于移动设备，接地电阻可小于1010。 3) 3)接地电阻接地电阻 (2) (2) 降低接地电阻的方法降低接地电阻的方法 接接地地电电阻阻由由接接地地线线电电阻阻、接接触触电电阻阻和和地地电电阻阻组组成成。为为此此降降低低接接地地电电阻的方法有以下三种：阻的方法有以下三种： 降低接地线电阻，为此要选用总截面大和长度短的多股细导线。降低接地线电阻，为此要选用总截面大和长度短的多股细导线。 降降低低接接触触电电阻阻，为为此此要要将将接接地地线线与与接接地地螺螺栓栓、接接地地极极紧紧密密又又牢牢靠地连接并要增加接地极和土壤之间的接触面积与紧密度。靠地连接并要增加接地极和土壤之间的接触面积与紧密度。 降低地电阻，为此要增加接地极的表面积和增加土壤的导电率降低地电阻，为此要增加接地极的表面积和增加土壤的导电率（如在土壤中注入盐水）。（如在土壤中注入盐水）。 (3) (3) 接地电阻的计算接地电阻的计算 垂直接地极接地电阻垂直接地极接地电阻R R为：为： R = 0.366(/L)lg(4L/d) 式中：式中：土壤电阻率土壤电阻率,m； L接地极在地中的深度接地极在地中的深度,m； d接地极的直径接地极的直径,m。 例例如如，黄黄土土取取200m200m，L L为为2cm2cm，d d为为0.05m0.05m，则则垂垂直直接接地地极极接接地地电电阻阻R R为为80.6780.67。如如在在土土壤壤中中注注入入盐盐水水，使使降降为为20m20m时时。则则接接地极接地电阻地极接地电阻R R为为8.0678.067。 一一台台设设备备要要实实现现设设计计要要求求，往往往往含含有有多多种种电电路路，比比如如低低电电平平的的信信号号电电路路（如如高高频频电电路路、数数字字电电路路、模模拟拟电电路路等等）、高高电电平平的的功功率率电电路路（如如供供电电电电路路、继继电电器器电电路路等等）。为为了了安安装装电电路路板板和和其其它它元元器器件件、为为了了抵抵抗抗外外界界电电磁磁干干扰扰而而需需要要设设备备具有一定机械强度和屏蔽效能的外壳。具有一定机械强度和屏蔽效能的外壳。设备的接地应当注意以下几点：设备的接地应当注意以下几点： 50Hz50Hz电电源源零零线线应应接接到到安安全全接接地地螺螺栓栓处处，对对于于独独立立的的设设备备，安全接地螺栓设在设备金属外壳上，并有良好电连接；安全接地螺栓设在设备金属外壳上，并有良好电连接； 为为防防止止机机壳壳带带电电，危危及及人人身身安安全全，不不许许用用电电源源零零线线作作地地线代替机壳地线；线代替机壳地线； 4) 4)设备地设备地 为为防防止止高高电电压压、大大电电流流和和强强功功率率电电路路（如如供供电电电电路路、继继电电器器电电路路）对对低低电电平平电电路路（如如高高频频电电路路、数数字字电电路路、模模拟拟电电路路等等）的的干干扰扰，将将它它们们的的接接地地分分开开。前前者者为为功功率率地地（强强电电地地），后后者者为为信信号号地地（弱弱电电地地），而而信信号号地地又又分分为为数数字字地地和和模模拟拟地，信号地线应与功率地线和机壳地线相绝缘；地，信号地线应与功率地线和机壳地线相绝缘； 对于信号地线可另设一信号地螺栓（和设备外壳相绝缘）对于信号地线可另设一信号地螺栓（和设备外壳相绝缘），该信号地螺栓与安全接地螺栓的连接有三种方法（取决于，该信号地螺栓与安全接地螺栓的连接有三种方法（取决于接地的效果）：一是不连接，而成为浮地式；二是直接连接，接地的效果）：一是不连接，而成为浮地式；二是直接连接，而成为单点接地式；三是通过一而成为单点接地式；三是通过一3F3F电容器连接，而成为直电容器连接，而成为直流浮地式，交流接地式。其它的接地最后汇聚在安全接地螺流浮地式，交流接地式。其它的接地最后汇聚在安全接地螺栓上（该点应位于交流电源的进线处），然后通过接地线将栓上（该点应位于交流电源的进线处），然后通过接地线将接地极埋在土壤中。接地极埋在土壤中。 系统的接地应当注意以下几点：系统的接地应当注意以下几点： 参照设备的接地注意事项；参照设备的接地注意事项； 设备外壳用设备外壳地线和机柜外壳相连；设备外壳用设备外壳地线和机柜外壳相连； 机柜外壳用机柜外壳地线和系统外壳相连；机柜外壳用机柜外壳地线和系统外壳相连； 对对于于系系统统，安安全全接接地地螺螺栓栓设设在在系系统统金金属属外外壳壳上上，并并有有良好电连接；良好电连接； 5)5)系统地系统地当当系系统统内内机机柜柜、设设备备过过多多时时，将将导导致致数数字字地地线线、模模拟拟地地线线、功功率率地地线线和和机机柜柜外外壳壳地地线线过过多多。对对此此，可可以以考考虑虑铺铺设设两两条条互互相相并并行行并并和和系系统统外外壳壳绝绝缘缘的的半半环环形形接接地地母母线线，一一条条为为信信号号地地母母线线，一一条条为为屏屏蔽蔽地地及及机机柜柜外外壳壳地地母母线线；系系统统内内各各信信号号地地就就近近接接到到信信号号地地母母线线上上，系系统统内内各各屏屏蔽蔽地地及及机机柜柜外外壳壳地地就就近近接接到到屏屏蔽蔽地地及及机机柜柜外外壳壳地地母母线线上上；两两条条半半环环形形接接地地母母线线的的中中部部靠靠近近安安全全接接地地螺螺栓栓，屏屏蔽蔽地地及及机机柜柜外外壳壳地地母母线线接接到到安安全全接接地地螺螺栓栓上；信号地母线接到信号地螺栓上；上；信号地母线接到信号地螺栓上； 当当系系统统用用三三相相电电源源供供电电时时，由由于于各各负负载载用用电电量量和和用用电电的的不不同同时时性性，必必然然导导致致三三相相不不平平衡衡，造造成成三三相相电电源源中中心心点点电电位位偏偏移移，为为此此将将电电源源零零线线接接到到安安全全接接地地螺螺栓栓上上，迫迫使使三三相相电电源源中中心心点点电电位位保保持持零零电电位位，从从而而防防止止三相电源中心点电位偏移所产生的干扰；三相电源中心点电位偏移所产生的干扰； 接接地地极极用用镀镀锌锌钢钢管管，其其外外直直径径不不小小于于50mm50mm，长长度度不不小小于于2.0m2.0m；埋埋设设时时，将将接接地地极极打打入入地地表表层层一一定定深深度度、并并倒倒入入盐盐水水，一一般般要要求求接接地地电电阻阻小小于于44，对于移动设备，接地电阻可小于，对于移动设备，接地电阻可小于1010。 电电路路隔隔离离的的主主要要目目的的是是通通过过隔隔离离元元器器件件把把噪噪声声干干扰扰的的路路径径切切断断，从从而而达达到到抑抑制制噪噪声声干干扰扰的的效效果果。在在采采用用了了电电路路隔隔离离的的措措施施以以后后，绝绝大大多多数数电电路路都都能能够够取取得得良良好好的的抑制噪声的效果，使设备符合电磁兼容性的要求。抑制噪声的效果，使设备符合电磁兼容性的要求。 电路隔离主要有：电路隔离主要有： 模模拟拟电电路路的的隔隔离离、数数字字电电路路的的隔隔离离、数数字字电电路路与与模模拟电路之间的隔离。拟电路之间的隔离。 4 4、检测系统的电路隔离技术、检测系统的电路隔离技术 数字电路的隔离主要有：数字电路的隔离主要有： 脉脉冲冲变变压压器器隔隔离离、继继电电器器隔隔离离、光光电电耦耦合合器器隔隔离离、光光纤纤隔隔离离等等。其其中中数数字字量量输输入入隔隔离离方方式式主主要要采采用用脉脉冲冲变变压压器器隔隔离离、光光电电耦耦合合器器隔隔离离；而而数数字字量量输输出出隔隔离离方方式式主主要要采采用用光光电电耦耦合合器器隔隔离离、继继电电器器隔隔离离、高频变压器隔离（个别情况下采用）。高频变压器隔离（个别情况下采用）。 模拟电路的隔离模拟电路的隔离 模模拟拟电电路路的的隔隔离离比比较较复复杂杂，主主要要取取决决于于对对传传输输通通道道的的精精度度要要求求，对对精精度度要要求求越越高高，其其通通道道的的成成本本也也就就越越高高；然然而而，当当性性能能的的要要求求上上升升为为主主要要矛矛盾盾时时，应应当当以以性性能能为为主主选选择择隔隔离离元元器器件件，把把成成本本放放在在第第二位；反之，应当从价格的角度出发选择隔离元器件。二位；反之，应当从价格的角度出发选择隔离元器件。 模模拟拟电电路路的的隔隔离离主主要要采采用用变变压压器器隔隔离离、互互感感器器隔隔离离、直直流流电电压压隔离器隔离、线性隔离放大器隔离。隔离器隔离、线性隔离放大器隔离。 模拟电路与数字电路之间的隔离模拟电路与数字电路之间的隔离 主主要要采采用用模模/ /数数转转换换装装置置；对对于于要要求求较较高高的的电电路路，除除采采用用模模/ /数数转转换换装装置置外外，还还应应在在模模/ /数数转转换换装装置置的的两两端端分分别别加加入入模模拟拟隔隔离离元元器器件件和数字隔离元器件。和数字隔离元器件。 1 1） 模拟电路的隔离模拟电路的隔离 一一套套控控制制装装置置或或者者一一台台电电子子电电气气设设备备，通通常常包包含含供供电电系系统统，模模拟拟信信号测量系统，模拟信号控制系统。号测量系统，模拟信号控制系统。 供供电电系系统统又又可可分分为为交交流流供供电电系系统统和和直直流流供供电电系系统统，交交流流供供电电系系统统主主要采用变压器隔离，直流供电系统主要采用直流电压隔离器隔离。要采用变压器隔离，直流供电系统主要采用直流电压隔离器隔离。 模模拟拟信信号号测测量量系系统统相相对对来来说说比比较较复复杂杂，既既要要考考虑虑其其精精度度，频频带带宽宽度度的的因因素素，又又要要考考虑虑其其价价格格因因素素；对对于于高高电电压压、大大电电流流信信号号，一一般般采采用用互互感感器器（电电压压互互感感器器、电电流流互互感感器器）隔隔离离法法，近近年年来来，又又出出现现了了霍霍尔尔变变送送器器，这这些些元元器器件件都都是是高高电电压压、大大电电流流信信号号测测量量常常规规使使用用的的元元器器件件；对对于于微电压、微电流信号，一般采用线性隔离放大器。微电压、微电流信号，一般采用线性隔离放大器。 模模拟拟信信号号控控制制系系统统与与模模拟拟信信号号测测量量系系统统的的隔隔离离类类似似，一一般般采采用用变变压压器、直流电压隔离器。器、直流电压隔离器。 （1 1） 供电系统的隔离供电系统的隔离 （a a） 交流供电系统的隔离交流供电系统的隔离 由由于于交交流流电电网网中中存存在在着着大大量量的的谐谐波波，雷雷击击浪浪涌涌，高高频频干干扰扰等等噪噪声声，所所以以对对由由交交流流电电源源供供电电的的控控制制装装置置和和电电子电气设备，都应采取抑制来自交流电源干扰的措施。子电气设备，都应采取抑制来自交流电源干扰的措施。 采采用用电电源源隔隔离离变变压压器器，可可以以有有效效地地抑抑制制窜窜入入交交流流电电源源中中的的噪噪声声干干扰扰。但但是是，普普通通变变压压器器却却不不能能完完全全起起到到抗抗干干扰扰的的作作用用，这这是是因因为为，虽虽然然一一次次绕绕组组和和二二次次绕绕组组之之间间是是绝绝缘缘的的，能能够够阻阻止止一一次次侧侧的的噪噪声声电电压压、电电流流直直接接传传输输到二次侧，有隔离作用。到二次侧，有隔离作用。 然然而而，由由于于分分布布电电容容（绕绕组组与与铁铁心心之之间间，绕绕组组之之间间，层层匝匝之之间间和和引引线线之之间间）的的存存在在，交交流流电电网网中中的的噪噪声声会会通通过过分分布布电电容容耦耦合合到到二二次次侧侧。为为了了抑抑制制噪噪声声，必必须须在在绕绕组组间间加加屏屏蔽蔽层层，这这样样就就能能有有效效地地抑抑制制噪噪声声，消消除除干干扰扰，提提高高设设备备的的电电磁磁兼兼容容性性。图图(a)(a)、(b)(b)所所示示为为不不加加屏屏蔽蔽层层和和加加屏屏蔽蔽层的隔离变压器分布电容的情况。层的隔离变压器分布电容的情况。 变变 压压 器器 隔隔 离离 随随着着技技术术的的进进步步，国国外外已已研研制制成成功功了了专专门门抑抑制制噪噪声声的的隔隔离离变变压压器器（NoiseCutoutTransformerNoiseCutoutTransformer，简简称称NCTNCT），这这是是一一种种绕绕组组和和变变压压器器整整体体都都有屏蔽层的多层屏蔽变压器。有屏蔽层的多层屏蔽变压器。 这这类类变变压压器器的的结结构构，铁铁心心材材料料，形形状状及及其其线线圈圈位位置置都都比比较较特特殊殊，它它可可以以切切断断高高频频噪噪声声漏漏磁磁通通和和绕绕组组的的交交链链，从从而而使使差差模模噪噪声声不不易易感感应应到到二二次次侧侧，故故这这种种变变压压器器既既能能切切断断共共模模噪噪声声电电压压，又又能能切切断断差差模模噪噪声声电电压压，是比较理想的隔离变压器。是比较理想的隔离变压器。 变变 压压 器器 隔隔 离离 （b b） 直流供电系统的隔离直流供电系统的隔离 当当控控制制装装置置和和电电子子电电气气设设备备的的内内部部子子系系统统之之间间需需要要相相互互隔隔离离时时，它它们们各各自自的的直直流流供供电电电电源源间间也也应应该该相相互互隔隔离离，其其隔隔离离方方式式如如下下：第第一一种种是是在在交交流流侧侧使使用用隔隔离离变变压压器器，如如图图（a a）所所示示；第第二二种种是是使使用用直直流流电电压压隔隔离离器（即器（即DC/DCDC/DC变换器），如图（变换器），如图（b b）所示。）所示。 直直 流流 电电 源源 系系 统统 的的 隔隔 离离 (a)(a)交交 流流 侧侧 隔隔 离离 (b)(b)直直 流流 隔隔 离离 (2 (2） 模拟信号测量系统的隔离模拟信号测量系统的隔离 对对于于具具有有直直流流分分量量和和共共模模噪噪声声干干扰扰比比较较严严重重的的场场合合，在在模模拟拟信信号号的的测测量量中中必必须须采采取取措措施施，使使输输入入与与输输出出完完全全隔隔离离，彼此绝缘，消除噪声的耦合。隔离对系统有如下好处：彼此绝缘，消除噪声的耦合。隔离对系统有如下好处： 防防止止模模拟拟系系统统干干扰扰，尤尤其其是是电电力力系系统统的的接接地地干干扰扰进进入入逻逻辑系统，导致逻辑系统的工作紊乱；辑系统，导致逻辑系统的工作紊乱； 在在精精密密测测量量系系统统中中，防防止止数数字字系系统统的的脉脉冲冲波波动动干干扰扰进进入入模模拟拟系系统统，尤尤其其是是前前置置放放大大部部分分，因因为为前前置置放放大大部部分分的的信信号号非常微弱，较小的骚扰波动信号就会把有用信号淹没。非常微弱，较小的骚扰波动信号就会把有用信号淹没。 （a a） 高电压、大电流信号的隔离高电压、大电流信号的隔离 高高电电压压、大大电电流流信信号号采采用用互互感感器器隔隔离离，其其抑抑制制噪噪声声的的原原理理与与隔隔离离变变压器类似，这里不再赘述。互感器隔离的应用如图所示。压器类似，这里不再赘述。互感器隔离的应用如图所示。 互互 感感 器器 隔隔 离离 电电 路路 （b b） 微电压、微电流信号的隔离微电压、微电流信号的隔离 微微电电压压、微微电电流流模模拟拟信信号号的的隔隔离离系系统统相相对对来来说说比比较较复复杂杂，既既要要考考虑虑其其精精度度，频频带带宽宽度度的的因因素素，又又要要考考虑虑其其价价格格因因素素。一一般般情情况况下下，对对于于较较小小量量的的共共模模噪噪声声，采采用用差差动动放放大大器器或或仪仪表表放放大大器器就就能能够够取取得得良良好好的的效效果果，但但对对于于具具有有较较大大量量的的共共模模噪噪声声，且且测测量量精精度度要要求求比比较较高高的的场场合合，应应该该选选择择高高精精度线性隔离放大器，如度线性隔离放大器，如BBBB公司的公司的ISO106ISO106，其主要参数如下：，其主要参数如下： 交流耐压交流耐压3 35kV/1min5kV/1min，60Hz60Hz； 直流耐压直流耐压4 495kV95kV； 冲击耐压冲击耐压8kVPK/10s8kVPK/10s； 非线性误差非线性误差0.0070.007； 隔离噪声抑制比交流隔离噪声抑制比交流130dB130dB，直流，直流160dB160dB。 ISO106ISO106的的优优秀秀参参数数，使使其其大大量量地地应应用用于于精精密密测测量量系系统统中中，线线性性隔隔离离放放大大器的应用如图所示。器的应用如图所示。 线线 性性 隔隔 离离 放放 大大 器器 (3 (3）数字电路的隔离）数字电路的隔离 与与模模拟拟系系统统类类似似，一一套套控控制制装装置置，或或者者一一台台电电子子电电气气设设备备，通通常常所所包包含含的的数数字字系系统统有有：数数字字信信号号输输入入系系统统，数数字字信信号号输输出出系系统统。数数字字量量输输入入系系统统主主要要采采用用脉脉冲冲变变压压器器隔隔离离，光光电电耦耦合合器器隔隔离离；而而数数字字量量输输出出系系统统主主要要采采用光电耦合器隔离，继电器隔离，个别情况也可采用高频变压器隔离。用光电耦合器隔离，继电器隔离，个别情况也可采用高频变压器隔离。 （a a） 光电耦合器隔离光电耦合器隔离 光光电电耦耦合合器器件件是是一一种种“电电光光电电”耦耦合合元元件件。它它输输入入是是电电流流，输输出出也是电流，两者之间在电气方面却是绝缘的。如图（也是电流，两者之间在电气方面却是绝缘的。如图（a a）、（）、（b b）所示。）所示。 光光 电电 耦耦 合合 器器 电电 路路 目前，大多数光电耦合器件的隔离电压都在目前，大多数光电耦合器件的隔离电压都在2.5kV2.5kV以上，有些器以上，有些器件达到了件达到了8kV8kV，既有高压大电流大功率光电耦合器件，又有高速高频，既有高压大电流大功率光电耦合器件，又有高速高频光电耦合器件（频率高达光电耦合器件（频率高达10MHz10MHz）。常用的器件如：）。常用的器件如：4N254N25，其隔离电，其隔离电压为压为5.3kV5.3kV；6N1376N137，其隔离电压为，其隔离电压为3kV3kV，频率在，频率在10MHz10MHz以上。以上。 在检测系统使用光电耦合器件越来越多，如图。在检测系统使用光电耦合器件越来越多，如图。采用线形光电耦合器件的前置放大电路原理框图采用线形光电耦合器件的前置放大电路原理框图信信号号源源UO预预放放大大器器线形光电耦合器件线形光电耦合器件电源电源1 1放放大大器器电源电源2 2UNZN1ZN2 光电耦合器件特点：光电耦合器件特点： # # 输入、输出回路绝缘电阻高（大于输入、输出回路绝缘电阻高（大于10101010）、耐压超过）、耐压超过1 1KV。 # # 光传输是单向，所以输出回路信号不会反馈影响输入回路光传输是单向，所以输出回路信号不会反馈影响输入回路。 # # 输入、输出回路完全隔离，能很好解决不同电位、不同逻辑电路之输入、输出回路完全隔离，能很好解决不同电位、不同逻辑电路之间的隔离和传输问题间的隔离和传输问题。如比较彻底地切断大地电位差形成地环路电流。如比较彻底地切断大地电位差形成地环路电流。采用线形光电耦合器件的前置放大电路原理框图采用线形光电耦合器件的前置放大电路原理框图信信号号源源UO预预放放大大器器线形光电耦合器件线形光电耦合器件电源电源1 1放放大大器器电源电源2 2UNZN1ZN2 （b b） 脉冲变压器隔离脉冲变压器隔离 脉冲变压器的匝数较少，而且一次绕组和二次绕组分别绕于铁氧体脉冲变压器的匝数较少，而且一次绕组和二次绕组分别绕于铁氧体磁芯的两侧，这种工艺使得它的分布电容特小，仅为几个磁芯的两侧，这种工艺使得它的分布电容特小，仅为几个pFpF，所以可作，所以可作为脉冲信号的隔离元件。为脉冲信号的隔离元件。 脉冲变压器传递输入、输出脉冲信号时，不传递直流分量，因而在脉冲变压器传递输入、输出脉冲信号时，不传递直流分量，因而在微电子技术控制系统中得到了广泛的应用。一般地说，脉冲变压器的信微电子技术控制系统中得到了广泛的应用。一般地说，脉冲变压器的信号传递频率在号传递频率在1kHz1kHz1MHz1MHz之间，新型的高频脉冲变压器的传递频率可达之间，新型的高频脉冲变压器的传递频率可达到到10MHz10MHz。图（。图（a a）是脉冲变压器的示意图。脉冲变压器主要用于晶闸管）是脉冲变压器的示意图。脉冲变压器主要用于晶闸管（SCRSCR）、大功率晶体管（）、大功率晶体管（CTRCTR）、）、IGBTIGBT等可控器件的控制隔离中。图等可控器件的控制隔离中。图（b b）是脉冲变压器的应用实例。）是脉冲变压器的应用实例。 脉脉 冲冲 变变 压压 器器 的的 应应 用用 （a a）脉）脉 冲冲 变变 压压 器器 (b) (b) 脉脉 冲冲 变变 压压 器器 应应 用用 于于 开开 关关 电电 源源 中中 （c c） 继电器隔离继电器隔离 继电器是常用的数字输出隔离元件，用继电器作为隔离元件简单实用，价继电器是常用的数字输出隔离元件，用继电器作为隔离元件简单实用，价格低廉。格低廉。 图是继电器输出隔离的实例示意图。在该电路中，通过继电器把低压图是继电器输出隔离的实例示意图。在该电路中，通过继电器把低压直流与高压交流隔离开来，使高压交流侧的干扰无法进入低压直流侧。直流与高压交流隔离开来，使高压交流侧的干扰无法进入低压直流侧。 继电器隔离继电器隔离 (4 (4） 模拟电路与数字电路之间的隔离模拟电路与数字电路之间的隔离 一般地说，模拟电路与数字电路之间的转换通过模数转换器（一般地说，模拟电路与数字电路之间的转换通过模数转换器（A/DA/D）或数模转换器（或数模转换器（D/AD/A）来实现。但是，若不采取一定的措施，数字电路中）来实现。但是，若不采取一定的措施，数字电路中的高频振荡信号就会对模拟电路带来一定的干扰，影响测量的精度。的高频振荡信号就会对模拟电路带来一定的干扰，影响测量的精度。 为了抑制数字电路对模拟电路带来的高频干扰，一般须将模拟地与数为了抑制数字电路对模拟电路带来的高频干扰，一般须将模拟地与数字地分开布线，参见图。字地分开布线，参见图。 一一 点点 接接 地地 一一 点点 接接 地地，这种布线方式不能彻底排除来自数字电路的高频干扰，这种布线方式不能彻底排除来自数字电路的高频干扰，要想排除来自数字电路的高频干扰，必须把数字电路与模拟电路隔离开来，要想排除来自数字电路的高频干扰，必须把数字电路与模拟电路隔离开来，常用的隔离方法是在常用的隔离方法是在A/DA/D转换器与数字电路之间加入光电耦合器，把数字转换器与数字电路之间加入光电耦合器，把数字电路与模拟电路隔离开，参见图。电路与模拟电路隔离开，参见图。 单单 端端 隔隔 离离 的的 数数 模模 转转 换换 电电 路路 单单 端端 隔隔 离离 的的 数数 模模 转转 换换 电电 路，路，这种电路还不能从根本上解决这种电路还不能从根本上解决模拟电路中的干扰问题，仍然存在着一定的缺陷，这是因为信号电路中的模拟电路中的干扰问题，仍然存在着一定的缺陷，这是因为信号电路中的共模干扰和差模干扰没有得到有效的抑制，对于高精密测量的场合，还不共模干扰和差模干扰没有得到有效的抑制，对于高精密测量的场合，还不能满足要求。能满足要求。 对于具有严重干扰的测量场合，可采用下图所示的电路。在该电路中，对于具有严重干扰的测量场合，可采用下图所示的电路。在该电路中，把信号接收部分与模拟处理部分也进行了隔离，因为在前置处理级与模数把信号接收部分与模拟处理部分也进行了隔离，因为在前置处理级与模数转换器（转换器（A/DA/D）之间加入线性隔离放大器，把信号地与模拟地隔开，同时）之间加入线性隔离放大器，把信号地与模拟地隔开，同时在模数转换器（在模数转换器（A/DA/D）与数字电路之间采用光电耦合器隔离，把模拟地与）与数字电路之间采用光电耦合器隔离，把模拟地与数字地隔开，这样一来，既防止了数字系统的高频干扰进入模拟部分，又数字地隔开，这样一来，既防止了数字系统的高频干扰进入模拟部分，又阻断了来自前置电路部分的共模干扰和差模干扰。当然，这种系统的造价阻断了来自前置电路部分的共模干扰和差模干扰。当然，这种系统的造价较高，一般只用于高精度的测量系统中。较高，一般只用于高精度的测量系统中。 双双 端端 隔隔 离离 的的 数数 模模 转转 换换 电电 路路