智能仪器的抗干扰措施
智能仪器的抗干扰措施
3.4.1 硬件抗干扰技术
3.4.1.1 电源系统的抗干扰技术
为了抑制电网干扰所造成稳压的波动，可以采取以下一系列措施： 采用能抑制交流电源干扰的计算机系统电源，如图3-7 所示。图中，电抗器用来抑制交流电源线上引入的高频干扰，让50HZ 的基波通过；变阻二极管用来抑制进入交流电源线上的瞬时干扰（或者大幅值的尖脉冲干扰）；隔离变压器的初、次级之间加有静电屏蔽层，从而进一步减小进入电源的各种干扰。该交流电压再通过整流电子稳压后使干扰被抑制到最小。 保险 直流稳压器电阻 变阻二极 隔离变压 图3-7：可抑制交流电源干扰电路原理图 Fig.3-7: the principles of 50Hz interference restrain power circuit
不间断电源UPS 是近年来推出的一种新型电源，它除了有很强的抗电网干扰的能力外，更主要的是万一电网断电，它能以极短的时间（≤3ms）切换到后备电源上去， 后备电源能维持10 分钟以上（满载）或30 分钟以上（半载）的供电间，以便操作人员及时处理电源故障或采取应急措施。在要求很高的控制场合可采用UPS。 以开关式直流稳压器代替各种稳压电源。由于开关频率可达20kHz 或更高，因而变压器、扼流器都可小型化。高频开关晶体管工作在饱和和截止状态，效率可达60%～ 70%。而且抗干扰性能强。
3.4.1.2 串模干扰的抑制
串模干扰信号和有效信号相串联，叠加在一起作为输入信号，因此，对串模干扰的抑制较为困难。对串模干扰应根据干扰信号的特性和来源，分别采用不同的措施来抑制。
（1）对于来自空间电磁耦合所产生的串模干扰，可采用双绞线作为信号线，其目的是减少电磁感应，并使各个小环路的感应电势互相呈反向抵消。也可采用金属屏蔽线或屏蔽双绞线。
（2）根据串模干扰频率与被测信号频率的分布特性，采用相应的滤波器，如低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器等。滤波器是一个选频电路，其功能是让频段的信号通过，将其余频段的信号衰减，滤除。在工业控制中，串模信号往往比被测仪器变化快。故在A/D 转换器前采用低通滤波器，如选用无源RC 滤波电路，或采用有源低通滤波器，都可以较好的对其滤除。
（3）当对称性交变的串模干扰电压或尖峰型串模干扰成为主要干扰时，选用积分式或双积分式A/D 转换器可以消弱串模干扰的影响。因为这种转换器是对输入信号的平均值而不是瞬时值进行转换，所以，对于尖峰型串模干扰具有抑制作用；对称性交变的串模干扰，可在积分过程中相互抵消。
（4）当被测信号与干扰信号的频谱相互交错时，通常的滤波电路很难将其分开，可采用调制解调器技术。选用远离干扰频谱的某一特定频率对信号进行调制，然后再进行传输，传输途中混入的各种干扰很容易被滤波环节滤除，被调制的被测信号经硬件解调后， 可恢复原来的有用信号频谱。
3.4.1.3 共模干扰的抑制
共模干扰产生的原因主要是不同的地之间存在共模电压，以及模拟信号系统对地的漏阻抗。共模干扰的抑制措施主要有：
1）利用差分运算放大器作为仪器信号处理的前置放大器。
2）利用变压器或光藕把各种模拟负载和数字信号源隔离开，被测信号通过变压器或光藕获得通路，而共模干扰由于无法形成回路而得到有效的抑制。当共模干扰典雅很高或要求共模漏电流较小时，可在信号源和测量电路之间插入一个隔离放大器，以隔离共模干扰的窜入途径。
3）采用双层屏蔽-浮地输入方式。将信号线的外皮金属屏蔽网在信号源接地，而在仪器的模拟信号处理一侧不单独接地。对于信号输入电路来讲两个输入端的绝缘电阻应对称，并且尽量减少线路的不平衡电阻。
3.4.1.4 接地技术
接地技术是抑制噪声的重要手段。良好的接地可以在很大程度上抑制系统内部的噪声耦合，防止外部干扰的窜入，提高系统的抗力。但是如果接地没有做好，不仅不能起到抑制噪声的作用，还会引入噪声。 接地的”地”通常是指“大地” –电器设备的金属外壳，等通过接地线与地球大地相通的接地，和“系统地” –信号回路的基准导体。接“大地”是为了提供静电屏蔽和降低电磁感应噪声，接“系统地”是为了给各个电路模块提供稳定的基准电位。 接地通常可以分为： 安全接地：设备金属外壳的接地； 工作接地：信号回路接基准点位点； 屏蔽接地：电缆、变压器的屏蔽层接地； 对于智能仪器而言，屏蔽接地是一种广泛采用的抑制变化电场干扰的方法。
3.4.1.5 其他的一些硬件抗干技术
除了上述这些抗干扰方法之外，还有去耦电路设计技术, 电磁屏蔽技术和隔离技术等方法[15] 。
3.4.2 软件抗干扰技术
根据窜入系统的干扰信号对仪器干扰的不同方式软件抗干扰可以分为：
1．数字滤波方法：
数字滤波是一种软件算法，它实现从采样信号中提取出有效信号数值，滤除干扰信号的功能。当干扰信号叠加在被测模拟输入信号上时，通过软件的数字滤波可以剔出虚假信号求得真值。
2．CPU 的抗干扰方法- 掉电保护技术，软件指令冗余措施，软件陷阱抗等 当窜入仪器的干扰作用在了CPU 上时，将使系统处于严重失控状态，典型的干扰方式是影响了CPU 的程序计数器（pc 指针）。干扰将使程序无序的乱跳或在地址空间内乱飞。 软件陷阱和指令冗余等方法，可以在时间拦截乱飞的程序，使其纳入正轨或进入的程序处理。
1) 时间冗余技术
通过采用重复执行某一程序并将两次运行的结果进行比较的方法来确定系统是否工作正常。比较结果如果一致，则认为结果可信。如果不一致，则进行第三次测试。如果三次结果不一致，则认为系统发生故障，需经一步检查，如果有两次一致， 则认为出错的结果为偶然性故障。 时间冗余技术是以时间来换取系统的可靠性，在增加系统可靠性的同时，也减缓了系统运行的速度。
2) 指令冗余技术
为了使走飞的程序在程序区尽快纳入正轨，使用一些单字节的命令（如空指令NOP）插入到程序的关键地方。 在双字节指令之后加入几个NOP 指令，可以保证其后的指令不被拆散。因为走飞的程序即使落在操作数上，由于NOP 的存在，不会将后面的指令当成操作数执行。 对于那些程序跳转指令（如:RET, LCALL,LJMP 等）在程序指令的后面重复这些指令可以确保这些指令的正确运行。
3) 软件陷阱技术。 当走飞的程序景进入到了非程序区域或表格区域影响到PC 指针时，必须通过设置软件陷阱的方法拦截走飞的程序，将其引入到正确的程序位置重新运行或交由特定程序执行。
3．输出数字信号的抗干扰
当窜入仪器的干扰作用在了输出通道上时，在软件上可以采取以下一些方法提高抗力：
1）重复输出同一数据。
在满足实时控制的要求前提下，重复周期尽可能短些。外部设备接受到一个被干扰的错误信号后，还来不及作出有效的反应，一个正确的输出信息又来到，就可及时防止错误动作的产生。
2）对于不能重复输出同一信号的输出装置，例如带自环型分配器和功率驱动器的步进电机，可在软硬件上采取一些措施。
3）计算机进行数字信号输出时，应将有关可编程输出芯片的状态也一并重复设置。因为在干扰作用下，这些芯片的编程状态有可能发生变化。为了确保输出功能正确实现，输出功能模块在执行具体的数据输出之前，应该先执行芯片的编程指令，再输出有关数据。
4）采用抗干扰编码。按一定规约，将需传输的数据进行编码，在智能接收端，再按规约进行解码，并完成检错或纠错功能。
4．程序运行监视系统（WATCHDOG）
智能仪表采用程序运行监视系统以监视微处理器执行应用程序的状况，当程序正弹到一个临时构成的死循环中时看门狗能及时发并强迫系统复位，摆脱死循环状态，图3-8 所示是由硬件和软件配合构成的程序运行监视器。 图3-8 程序运行监视器 Fig.3-8：Watchdog circuit 开封中仪流量仪表专业开封电磁流量计生产厂家，主要生产电磁流量计，涡街流量计，孔板流量计等。--扩展阅读：开封中仪流量仪表有限公司专业生产电磁流量计、孔板流量计、涡街流量计、文丘里流量计、v锥流量计、v型锥流量计、喷嘴流量计、插入式电磁流量计、智能电磁流量计、分体式电磁流量计、一体式电磁流量计、标准孔板流量计、标准孔板、一体化孔板流量计、标准喷嘴流量计、长径喷嘴流量计、标准喷嘴、长径喷嘴、插入式涡街流量计、智能涡街流量计、锥型流量计、v锥型流量计、节流装置、节流孔板、限流孔板等流量产品，更多有关电磁流量计、孔板流量计、涡街流量计的信息请访问开封中仪网站：
