我们使用的模拟量传感器容易受干扰怎么办?

haiyicha haiyicha
314
2022-05-28
模拟量传感器的干扰可以从硬件设计和软件设计着手改善 干扰的确很令我们“头疼”,有时候花了很多时间都没办法找出干扰源。找到干扰源,我们才可以进行针对性的改善。硬件是基础,软件是“灵魂”,在做产品设计的时候,需要全面考虑,在硬件设计上就要考虑怎么去控制、消除干扰;再从软件设...

模拟量传感器的干扰可以从硬件设计和软件设计着手改善

干扰的确很令我们“头疼”,有时候花了很多时间都没办法找出干扰源。找到干扰源,我们才可以进行针对性的改善。硬件是基础,软件是“灵魂”,在做产品设计的时候,需要全面考虑,在硬件设计上就要考虑怎么去控制、消除干扰;再从软件设计上提升产品的稳定和可靠。

硬件设计减少或者避免模拟量传感器受到干扰

电源和地

电源给我们的产品提供能量,同时电源出会带入各种干扰信号。设计产品的时候首先需要根据模拟量传感器的要求设计适合的供电电源,纹波当然是越少越好了。数字地、摸拟地和电源地可以进行分隔(可以用0Ω进行联接),以减少干扰。有需要的时候,可以对PCB进行大面积铺地。

传感器放置和走线

传感器尽量远离有高频信号的地方,走线也尽可能短一些。绕得越远就越容易引入干扰信号。

设计合理的滤波

电容、电感、磁珠是常用的滤波元件,可以根据传感器的要求,选择合适的滤波元件来消除干扰。

光耦隔离

干扰比较严重的时候,可以使用光耦进行隔离,当使用独立的电源和地,并使用光耦隔离输入,

软件滤波消除无效数据

除了硬件设计上提高抗干扰,我们还可以软件算法来消除模拟量传感器的一些无效数据。模拟量传感器常见的软件滤波方法有:限幅滤波法、中位值滤波法、算术平均滤波法、滑动平均滤波法、防脉冲干扰平均滤波法、一阶滞后滤波法、加权递推平均滤波法、消抖滤波法、限幅消抖滤波法、IIR 数字滤波器等等。可以根据产品设计和模拟量传感器的特点,使用适合的软件滤波算法。有兴趣有朋友可以去深入学习一下哦!

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在硬件设计当中,对传感器的信号采集会经常用到,但经常会出现各类干扰,所以这里简单阐述一下,各类干扰原因有哪些

传感器收到干扰的影响

模拟量收到干扰后的现象后,单片机采集到的信号文波增大,测量的精度降低。直接决定了项目的成败。

几种干扰的造成原因

1,pcb布板涉及问题,在模拟信号走线时,没有用模拟地包裹模拟信号,甚至有可能信号线然后直接走了电源线,这种就很容易收到干扰,

解决方案:是布板时,将GND包裹住模拟信号线。如果有模拟GND和数字GND,则需要进行分开连接,并使用0欧电阻进行级联。

2 ,原理设计问题。 模拟信号的采集芯片供电系统文波过大,其滤波电路没有涉及合理,隔离电路没有做到位,滤波电路没有紧靠器件等。

解决方案:保证供电电压文波,滤波电路需要靠近芯片或者传感器;

3,器件布局的问题,假如有对应的无线模组如2G/4G/Wifi/nbio/zigbee等通信模组时,如果设计时布局位置不合理,其发射的无线信号对模拟量将会有很大文波,更有可能辐射会对单片机的供电系统,复位电路的电平都造成影响。出现重启,关机,死机等不良现象。

解决方案:如天线是板载天线,则天线周边需要镂空,辐射的方向要向外,传感器与传输模块要进行分开放置,有条件传感器可以安装屏蔽罩。

几种对干扰控制严格的领域

1, 医疗行业,为了能够采集人体各类参数,会使用非常多的传感器,而人体很多的参数都很小,所以需要对信号进行放大,如胎心仪,心电监护仪,如果在电路设计中,文波干扰源过大,则不能得到正常的波形和赋值,项目直接就失败了。

2,仪器仪表行业 ,我们常用的万用表,示波器,会需要测量各类外接的数字量模拟量,本来就是用来测量外接信号源,经常会需要测量uA级别电流和mA电压,如果文波过大,覆盖了正常型号,那性能就直线下降。很多场合需求就不可用了。

这样的应用还很多很多,这里就不再举例说明。

总结

信号干扰的原因各种各样,根据项目的不同而各有差异,所以在设计原理图和pcb画板时,要综合考虑电源,滤波,辐射,布局,工频等因素。合理设计。

我们用模拟量传感器容易受干扰怎么办?

模拟量信号已经被广泛DCS、PLC生产过程控制,由于容易受到外界干扰从而影响控制准确性。

模拟量传感器有电量传感器和非电量传感器之分,电量传感器一般输出隔离模拟量信号,非电量传感器多数输出非隔离模拟量信号,在生产过程控制中后者容易外界干扰。非电量模拟量传感器工作电源一般取用自动化系统设备提供的 24V电源模块,多数是不隔离的,想实现各控制、监测,确保相关设备自动化系统正常运行,干扰问题不容忽视。

从题目说的问题,基本上可判断是关于非电量模拟量传感器。什么是非电量模拟量?有电工基础的都明白,电流、电压、功率等都是电量模拟量,在生活中都看到过,水的压力、流量、水温、水位等,这些都属于非电量模拟量,用于检测非电量模拟量的传感器称之为非电量模拟量传感器。这些传感器由于接线有2~4线制的,共同点都需外部提供电源,为了保证安全一般用的是24VDC,目前采用最多的供电方式就是利用相关控制系统设备提供24VDC电源,而且这些接线方式的传感器工作电源及输出信号均未采用有效的隔离措施,因此有很大的弊病和极有可能导致的危害,因为模拟量没有有效的隔离,所以它们的测量精度和抗工频电磁干扰能力大大降低。那么就要解决问题,个人认为最简单的办法把信号隔离器与非电量模拟量传感器配合应用,这是有益的选择。

谈到信号隔离器,就简单的说说它的来龙去脉。

信号隔离器从其名称来看,关键字“隔离”,隔离哪些方面?非电量模拟量传感器输出信号输入到信号隔离器,此时信号隔离器的输入对输出信号、对地、对电源四端的三重全隔离,且通道之间均有较高的耐压水平。其次就是信号隔离器的选用,其有变压器信号隔离器和光电信号隔离器,到底用那种好呢?根据题目说的是模拟量容易受到干扰,那么就要用抗干扰能力强的信号隔离器,即用光信号电隔离器。至于为什么要用光电隔离器,那么把其特点和变压器信号隔离器进行对比就知道自己要用那种信号隔离器了。变压器信号隔离器特点;性能稳定、带载能力强、隔离强度高、使用寿命长。光电隔离器;性能稳定、抗干扰能力强、成本低廉,但使用寿命及隔离强度没有变压器信号隔离器好,由此可知,与题目说的问题用光电隔离器是比较适宜的。这两种信号隔离器在自动控制、监测系统都有大量使用,有效的解决了非电量模拟量传感器的工作电源及模拟量信号的隔离,提供了工频抗干扰能力及降低雷击过电压的危害,同时也确保了非电量模拟量传感器的测量精度和系统的安全,如DCS控制系统、PLC控制装置。

控制系统同样会引起模拟量干扰,如交流接地与信号接地共用,屏蔽接地和保护接地接在一个地排,以及模拟量信号线屏蔽接地和控制系统及机柜接地不符合规范等。其次,控制系统的电源负载能力弱,干扰影响大,因为此时控制系统的电源供电稳定性就差。

例如,某次遇到压力在监控画面的数据有波动,而且又是无规律的跳变。

此时,分析了下是不是信号线绝缘屏蔽接地不好而引入的干扰吗?拿着万用表去检测铜排与接地网电阻只有0.5Ω,通过数据判断符合接地技术要求,因此这个无规律跳变与信号线的绝缘屏蔽接地不好没关系。问题不在这方面,那么还得继续查找,此时对信号线进行重新接地,对相应的信号电缆屏蔽层进行单端接地和双端接地,继续观察模拟量信号有无跳变,通过监控画面观察故障依然存在。既然把信号回路接地不好引起的干扰排除,那么问题出在哪里了?信号源与工业现场排查,换通道后再看监控画面,数据还是跳变,但是这可以看出,它的通道和信号基本没问题的。又叫人检查信号线与动力线有没有放在一个桥架,查看也没有。

后面一番折腾,考虑到模拟量输入模块方面,它不是点点隔离的。因为已经判断模拟量输入模块通道没有问题,估计是其它输入模拟量引起的干扰,又看监控画面,发现现场一个用电流变送器引入的信号数据也不对。估计是不是它的缘故引起的,此时把这块模拟量输入模块的上它的信号回路拆除,只留下有故障的模拟量输入,再去监控画面观察数据,既然跳变消失了。可以判断是其它的电流输入信号引起此模拟量输入的数据跳变。而那个引起压力数据跳变的旁边通道,引入的是电流信号,现场用的是电流变送器,在现场检查电流变送器,发现它没有做好接地隔离,这样就导致其它信号回路对地产生交流电压,从而产生干扰的容性电流。因为容性电流不仅干扰了自己通道信号,同时也干扰了它旁边的信号回路信号,所以与其它模拟量通道的电流4-20mA叠加,因此导致了压力信号出现明显的跳变。

最终收尾工作,把电流变送器的自身接地做好,然后又在机柜的模拟量输入模块的前段加了信号隔离器,这样故障彻底解除。

朋友们好!我是电子及工控技术,我来回答这个问题。模拟量传感器容易受干扰这是个老大难的问题,我认为要采取抗干扰措施之前首先我们要明确模拟量传感器的干扰源是什么,就像我们人得传染病了,首先要确定病毒的传染源和病毒的特征以及传播途径

只有这样才能针对性地去抑制病毒最终消灭病毒。模拟量传感器易受干扰首先要明确干扰源、干扰的类型和干扰的途径,下面我将分别从这几个方面与朋友们聊聊。

传感器的干扰源

因为现在的传感器种类非常多,题目又没有告诉是何种模拟传感器,我在回答时只能按照模拟传感器所受干扰的共性来试着回答一下。

我先来说说干扰源这个问题吧!我认为所谓的干扰应该是指除了输出有用信号以外的各种没用的信号都叫干扰。这种无用的信号可能来自传感器本身也可能来自传感器外部;对于干扰的途径来说有的是由传感器本身引起的、有的是由于电磁的感应引起的也有的是电源线等引起的。

对于电源干扰所采取抗干扰的办法

对于电源的干扰主要采取强电与弱电信号分开布线,并对强电电源线采取隔离变压器等措施对电源的外来干扰信号进行隔离;有时在硬件上也可以采用低通滤波器滤除掉没用的高次谐波,在使用时滤波器最好是用具有屏蔽功能的金属外壳。还有就是采用稳压电源的方式为传感器提供电源能量。

对传感器传输通道所采取的防干扰措施

对于模拟传感器在信号传输的过程中所受到的干扰我们可以采用具有屏蔽作用的信号线,但是要注意使用的屏蔽线不宜过长;在传输信号的时候还可以采用光电耦合器对信号进行光电隔离的措施以消除没用的尖峰脉冲及各种噪声干扰;有时还可以考虑在软件上下工夫,我们可以在模拟传感器的后端加装A/D环节通过软件滤波的方式来滤除掉无用的信号。

其它抗干扰的措施

由于模拟传感器在工作时所受干扰的情况比较复杂,有时需要几种防干扰措施联手使用才能见效果,比如在有的传感器电路中在后端A/D转换电路之后加装了硬件“看门狗”技术可以抑制有害脉冲干扰信号的影响、还有的在电源共地上做“文章”,也就是吧交流地与信号地分开,如果对于传输信号频率较高的传感器可采用就近多点接地的方式可以提高抗干扰能力。

总之对于传感器抗干扰的这个话题仍然是比较热门的一种话题,在这“百家争鸣”的平台上我借助空闲时间发表一下自己的看法,欢迎朋友们参与讨论并提出不同意见,敬请关注电子及工控技术,感谢点赞。

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