應力測試電測信號干擾因素分析及屏蔽措施

洪林林 黨路超 馬波

摘要：經(jīng)濟社會的飛速發(fā)展為更多高新技術的應用創(chuàng)造了條件，在應力測量領域涌現(xiàn)了許多新方法、新技術，極大地促進了測量工作的開展進行。電測儀表主要是指用電工或者電子計算的方法進行測量的電量或非電量的儀表。它在人們?nèi)粘Ｉ钪械膽脴O為廣泛，電測儀表在使用過程中其抗干擾性能的強弱，以及是否能進行穩(wěn)定的工作成了人們主要關注的問題。本文通過對電測儀表在工作時所受干擾的原因進行主要分析，并針對其原因提出了相應的解決與預防方法，具有一定的借鑒價值。

關鍵詞：電測儀表；干擾；預防方法

1、應力測試技術簡介

應力測試的原理是通過在測量部位輔以傳感器的方法，測量應力變化。傳感器的基本工作原理是基于應力作用下其內(nèi)部電阻會發(fā)生變化的特點，以電壓或電流的形式表征應力。應力測試傳感器可以用于測量應變、力、位移、加速度、扭矩等參數(shù)。具有體積小、動態(tài)響應快、測量精確度高、使用簡便等優(yōu)點。在航空、船舶、機械、建筑等行業(yè)里獲得廣泛應用。常用的金屬電阻應變片有絲式和箔式兩種。其工作原理都是基于應變片發(fā)生機械變形時，其電阻值發(fā)生變化。

金屬絲電阻應變片（又稱電阻絲應變片）出現(xiàn)得較早，現(xiàn)仍在廣泛采用。其典型結構如圖所示。把一根具有高電阻率的金屬絲（銅或鎳鉻合金等，直徑0.025mm左右）繞成柵形，粘貼在絕緣的基片和覆蓋層之間，由引出導線接于電路上。圖1為金屬絲應力測試結構。

金屬箔式應變片則是用柵狀金屬箔片代替柵狀金屬絲。金屬箔柵系用光刻技術制造，適于大批量生產(chǎn)。其線條均勻，尺寸準確，阻值一致性好。箔片厚約1—10μm，散熱好，粘結情況好，傳遞試件應變性能好。因此目前使用的多系金屬箔式應變片。

2、應力測試電測信號干擾因素分析

應力電測技術在眾多領域都發(fā)揮了較好的實際效果，成為了當前工業(yè)領域不可多得的測量方式。這項技術具有較高的準確性和測量結果的即時性。但是在實際操作中難免會受到外部以及內(nèi)部一些干擾因素的影響，針對這些影響因素進行研究分析，具有重要的意義。

2.1電源干擾

電源干擾是在電測中常出現(xiàn)的一種干擾類型，主要是通過電源引起的信號干擾，具體來說是指在不同的電測系統(tǒng)或者在同個電測系統(tǒng)中不同的電路使用相同的電源，此時容易形成電源的內(nèi)阻耦合形成自身的噪聲輸出，或者表現(xiàn)為對外來干擾信號進行接受，最終影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，形成干擾。

2.2電磁感應的干擾

電磁感應是指磁的耦合信號源與儀表之間的連接導線、儀表內(nèi)部的配線通過磁耦合在電路中形成干擾。若電測儀表周圍有大功率的變壓器、交流電機、高壓電網(wǎng)由于這些場合下存在著很強的交變磁場而儀表的閉合回路處在這種變化的磁場中將會產(chǎn)生感應電動勢。

2.3靜電感應的干擾

靜電感應就是指電的耦合在相對的兩物體中，結果一物體的電位發(fā)生變化，由于物體間的電容的作用也會使另一物體的電位發(fā)生變化。當干擾源產(chǎn)生的干擾以電壓形式出現(xiàn)時，干擾源與信號電路之間存在容性（電場）耦合，這時干擾電壓線電容耦合到信號電路產(chǎn)生干擾。圖2為靜電感應干擾電路示意圖。

2.4噪聲干擾

噪聲干擾包括了三類，分別是感應噪聲干擾、反射噪聲干擾以及失真噪聲干擾，所謂感應噪聲干擾是指存在與電路板中的一種常見干擾，是由電路布線或者是元器件的安裝失誤導致的電場感應以及磁場感應，通過形成電場和磁場直接形成感應式的噪聲干擾。而反射性噪聲干擾，主要是在長線傳輸?shù)倪^程中，由于傳輸阻抗的不相適應，或者是沖突形成噪聲反射，折回噪聲對系統(tǒng)和電路造成噪聲干擾是真噪聲干擾，是與電路工作的異常直接相關的，在信號傳遞的過程中，或多或少會因為電路的異常而發(fā)生畸變，畸變較大時就會產(chǎn)生干擾，影響測點系統(tǒng)的穩(wěn)定安全運行。

2.5不同地電位引入的干擾

在大地中，各個不同點之間往往存在電位差。尤其在大功率的用電設備附近，當這些設備的絕緣性能較差時，這一電位差更大。電測儀表在使用中又會有意或無意地使輸入回路存在兩個以上的接地點。會把不同接地點的電位差引入儀表，如圖3所示。

3、應力測試電測信號干擾屏蔽措施

電測技術中的抗干擾措施是針對電測系統(tǒng)本身的特征，結合干擾的種類和傳遞途徑，探索在實際工作中如何更好地實施抗干擾措施，保護電測系統(tǒng)的正常運行。

3.1接地技術

接地是指在電路系統(tǒng)中的某電位基準上通過建立低電阻通路，尤其是在電測設備中，接地是防止和抑制干擾的重要方法之一，在抗干擾技術中發(fā)揮著重要作用。電路設備中的干擾途徑是通過不合理的接地以及電阻耦合造成的，因此正確處理電路中的接地問題是保證電路正常有序工作的關鍵，在電測系統(tǒng)中進行接地技術需要分為三種不同類型的“地”，分別是數(shù)字地、模擬地、電源地。

3.1.1數(shù)字地

數(shù)字地也可以稱之邏輯地，數(shù)字地是數(shù)字電路零電平的公共線相對來說，數(shù)字信號般比較強，因此對數(shù)字地線的要求相對較低，但是仍然需要正確處理數(shù)字信號，并且做好接地工作，這是與數(shù)字信號的脈沖狀態(tài)直接相關的，因為其動態(tài)脈沖電流容易在接地阻抗上產(chǎn)生干擾電壓，因此針對數(shù)字地的接地也需要做好防護措施。

3.1.2模擬地

模擬地由于其高頻率運作，很容易接受來自外部的干擾信號，因此在實際測點工作中，應該做好模擬地的接地工作，防止電阻耦合以及外部信號侵入等形成的干擾。

3.1.3電源地

電源地是整個測電電源系統(tǒng)的接地線，是電源電路以及其他電路的公共基準線，因此在這里容易產(chǎn)生耦合以及電流脈沖，從而形成干擾，影響電路的正常工作，在接口處做好接地工作是保證電源地穩(wěn)定運行的關鍵。

3.2濾波技術

濾波技術的工作原理與現(xiàn)實生活中常見的漏斗類似，是將有用的部分過濾出來，而將不用的部分排除在外，采用濾波技術是個將有用信號進行傳遞而阻止無用信號的過程，因此在抗干擾上更加直接、效果更加明顯，在抗干擾的過程中濾波器主要是對此類工作干擾信號進行抑制和阻撓，從而使得電路穩(wěn)定，防止干擾。

具體來說在電測系統(tǒng)中主要有旁路濾波和去耦濾波兩種方式：

3.2.1旁路濾波

旁路濾波在抗干擾電路中較為常見，其針對的主要對象是電源網(wǎng)中的干擾信號，因此，在實際工作中，旁路濾波通過其過濾能夠在一定程度上消除原來的脈壓過沖的情況，同時也起到降低副瓣的作用。

3.2.2去耦濾波器

去耦濾波主要針對的是電路中的耦合情況，大I為耦合會在電路中形成相互干擾或者是產(chǎn)生激蕩和噪聲，因此去濾波器主要是把電路和電源進行合理隔離，從而達到消除各電路間耦合的目的。

3.3布線技術

布線技術主要是指通過合理的布線，抑制干擾具體來說需要注意讓輸入與輸出回路之間保持一定的距離，從而達到防止激蕩的目的，再次是在信號走線的布線時應該盡量排列有序防止交錯；最后是盡可能形成大面積的電源面和地線面，從而達到降低抗阻的目的。

3.4屏蔽技術

屏蔽技術與濾波技術類似，是將有用的信號留下，而將無用的信號屏蔽在電路之外，一般來說包括了電場屏蔽、磁場屏蔽以及電磁屏蔽三種，這三種屏蔽技術的利用在抑制干擾上發(fā)揮著重要作用。

結語

綜上所述，應力電測技術在實際中的應用不斷成熟，這很大程度上得益于其應用領域發(fā)展所提出的更高要求。干擾信號作為影響測量結果的重要因素，受到了廣泛的關注。在電測技術的實際運用中，如何抑制干擾已經(jīng)成為保護電路穩(wěn)定發(fā)展的關鍵，抗干擾技術需要從具體的干擾種類以及具體的工作環(huán)境出發(fā)，實事求是地進行抗干擾措施。抗干擾技術的實施是保證電測技術精準度的關鍵，也能夠極大地提高電測的效率，同時也能夠保證測量對象的安全穩(wěn)定運行。

參考文獻：

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