《测试仪器第七章》word版

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1、第七章数字化测量仪器中干扰的抑制及防护技术在第一章§1—3中曾指出数字化仪表的抗干扰性能是一重要的技术指标，下面分别讨论串模干扰和共模干扰的抑制问题。§7—1串模干扰及其抑制串模干扰电压是指在仪器输入端叠加了被测电压上的那部分不需要的输入电压，如图7-1所示。图中是串模干扰电动势，而是被测电压。由于的存在，测量结果被严重地歪曲了。若要完全避免串模干扰是不可能的。它的来源很多如：空间的电磁辐射波，测量仪器供电系统中瞬时扰动产生的脉冲干扰，经过变压器绕组间寄生电容串入的工频电压干扰，稳压电源纹波干扰等。它们可能是直流的，如热电动势；也可能是正弦的、非正弦的、短暂脉冲的、超高

2、频和超低频，或者是不同形式干扰的混合。情况如此复杂，必须有针对性地仔细地采取相应的抗干扰措施。因此，对于数字化仪表来说，首先要根据防护干扰的原则采取一系列的屏蔽及合理的接地措施，使串模干扰电压降低到最小程度。但屏蔽、接地技术对某些干扰不起作用，还要采取其他办法来解决这一问题。例如，对于热电动势干扰，可采用低热电动势结构和材料，对于尖峰冲击电压干扰，可采用延时线路，延迟一刻待冲击干扰过去后再进行测量或变换等。本节着重介绍怎样充分发挥积分式模/数转换原理的抗工频干扰能力。工频干扰，即50Hz的电网电压干扰，是一般使用情况下最常见，也是最严重的干扰。图7-2中的曲线表示一个典

3、型的干扰信号。在被测直流电压上叠加了一个周期为20ms的交流电压，显然除了50Hz的基波外，它还含有其他高次谐波以及，更高频率的噪声。为简化问题的讨论，假定干扰信号中不含直流分量，则干扰信号的周期平均值应为零。由此可见，若积分式模/数转换器的采样时间能严格地等于干扰信号的周期或其整致倍，干扰信号对测量结果的影响将等于零。事实上采样时间不可能完全等于干扰信号周期的整数倍，因此积分结果不能完全排除干扰的影响。至于高频干扰成分，由于难以满足上述条件，也不易用积分器完全消除。但高频成分一般比工频干扰小，影响不大，必要时可用低通滤波器来抑制，但应注意滤波器会带来仪表响应时间的增加

4、。为了说明仪表对串模干扰的抑制能力，使用了“串模干扰抑制比”这一概念。设串模干扰电压的峰值为，在采取了抑制串模干扰的措施之后，由之引起的测量误差(或模/数转换误差)为，则这种措施使串模干扰的影响下降了／倍。套用分贝的表示法，取201g（/）为“串模干扰抑制比”，单位为dB：SMR＝20lg（/）(dB)（7－1）SMR是串模干扰抑制比的通用符号(这是我国ZBY095-82的规定，其他国家还有使用SMRR或NMR等符号的)。一、SMR与采样时问T的关系现在分析积分式模/数转换器的采样时间T与串模抑制比的关系。为讨论方便，先分析干扰电压基波的影响(图7-3)。设模/数转换器

5、的输入电压中除被测直流电压外，还含有串模干扰电压，其基波峰值为，周期为，积分式模/数转换器的采样时间为T，而串模干扰电压基波相对采样时间始点的相位为。显然（7-2）其中为干扰电压的角频率。在采样时间内得到的积分平均值为另一方面，如果无串模干扰，应等于，因此，干扰造成的误差为将式（7-2）代入上式，得经整理得在特定的条件下、T及都是常数，而采样始点所对应的干扰初相位都是随机的，如果考虑△n的最大可能值，取则由式(7-5)可见，若采样时间T是的整倍数，则sin(T/*)=0，于是△n＝0。只要设法取采样时间T=k，k=1、2、…，就可使串模干扰的影响完全消失。如果不能保证：

6、T＝k，则由式(7-5)也可看到，若T越长，则串模干扰信号被积分的时间越长，其平均值也越小，因而也将越小。根据定义，串模干扰抑制比为（7-6）按照式(7-6)，若取采样时间T＝40ms，而干扰电压的频率是变量，SMR的变化将如图7-4所示。由图可见，凡是25Hz及其整数倍频率点上的SMR，因这些点上T＝k。其他各处的SMR的趋势是随频率的上升而略上升，这是T越大于，式(7-6)中的分子值也越大。这些说明只要选择采样时间T为干扰电压基波周期的整数倍，则对其高次谐波分量也必然起到抑制作用。从图上也看到，一旦频率偏离理想抑制点，SMR急剧下降。若取采样周期T为20ms，与50

7、Hz的工频电压正常周期相等，本可预期得到很好的抑制工频电压的作用，但电网频率允许在2％范围内波动，使其周期也可能产生士2％的波动，导致SMR的急剧下降。因此必须设法使采样周期T与波动的随时保持整数倍关系，这是现有提高SMR的各种方法的出发点。下面介绍几种提高积分式模/数转换器串模干扰抑制比的方法。二、固定的采样时间T=k法在一些简单的数字电压表中，采样时间是固定的，设计时令它等于20ms，40ms，…。即令T＝k，而为50Hz工频电压的周期。为简化讨论，图7—5中画出了采样起始点与工频过零点同步的情况，虽然原理上即使不与过零点同步，只要T