機(jī)載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)抗干擾技術(shù)研究

裴璐廈

[摘 要]在飛機(jī)記載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的具體應(yīng)用過程中，若沒有正確的進(jìn)行相關(guān)的屏蔽、布線以及接地處理，極為可能導(dǎo)致飛機(jī)的試飛受到一定的干擾，進(jìn)而影響到試飛數(shù)據(jù)的有效性和準(zhǔn)確性。因此文章就機(jī)載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)進(jìn)行了相關(guān)論述，僅供參考。

[關(guān)鍵詞]數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；屏蔽；接地；抗干擾

中圖分類號：V247.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1009-914X（2016）03-0261-01

引言

飛機(jī)試飛參數(shù)測量要求精度高、穩(wěn)定性好和可靠性高，所以機(jī)載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的干擾問題數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能否正常工作穩(wěn)定的長期工作不僅影響到對試驗(yàn)、檢查飛機(jī)或其它航空技術(shù)裝備的性能與工作特性的評定，還影響到對飛機(jī)設(shè)計(jì)理論、戰(zhàn)技指標(biāo)的檢驗(yàn)的評定機(jī)載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可與各種類型的機(jī)載傳感器和變送器相連接構(gòu)成測量溫度、力、壓力、流量、轉(zhuǎn)速和位移等物理量的測量系統(tǒng)。

機(jī)載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在應(yīng)用中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)多個(gè)通道數(shù)據(jù)亂碼而導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集測量不準(zhǔn)直接影響到飛機(jī)試飛數(shù)據(jù)的有效性針對這個(gè)問題，進(jìn)行了多方面的分析論證，屏蔽接法不正確布線和接地不合理聲勻可導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集測試系統(tǒng)無法正常工作通過對屏蔽和接地抗干擾技術(shù)的諸多要點(diǎn)分析論證使該問題得到解決達(dá)到理論分析與實(shí)踐相一致的結(jié)果。

飛機(jī)上的干擾與其他電器干擾一樣主要是電磁干擾和靜電干擾電磁干擾主要是大電流（交流115V或直流28V）的突變引起如大電流電磁閥門啟動(dòng)與關(guān)閉在供電回路中都會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)的電磁場干擾源靜電干擾主要是用電設(shè)備的電位的變化造成的加兩條并行導(dǎo)線之間可以看作一個(gè)大電容器其中一條導(dǎo)線的電位變化就會(huì)引起另一條導(dǎo)線電位的變化造成相互干擾各用電設(shè)備之間也發(fā)生相互干擾測試系統(tǒng)若不采取抗干擾的措施往往不能實(shí)現(xiàn)對參數(shù)的精確、可信的測量所以要采用抗干擾的措施。

1 屏蔽抗干擾技術(shù)

1.1 電場禍合的屏蔽和抑制

克服電場禍合干擾的最有效的方法是屏蔽，因?yàn)榉胖迷诳招膶?dǎo)體或金屬網(wǎng)內(nèi)的物體不受外電場的影響，屏蔽電場禍合干擾時(shí)，導(dǎo)線的屏蔽最好不要兩端連接當(dāng)?shù)鼐€使用。當(dāng)有地環(huán)電流時(shí)將，在屏蔽層形成磁場，干擾被屏蔽的導(dǎo)線正確的做法是把屏蔽層單點(diǎn)接地，一般選擇它的任一端頭接地。造成電場禍合干擾的原因是兩根導(dǎo)線之間的分電容產(chǎn)生的禍合，當(dāng)兩根導(dǎo)線形成電場禍合干擾時(shí)，導(dǎo)線1在導(dǎo)線2上產(chǎn)生的對地干擾電壓減小的最好的辦法是減小導(dǎo)線1和導(dǎo)線2之間的分布電容，即采用弱信號線遠(yuǎn)離強(qiáng)信號線敷設(shè)，尤其是遠(yuǎn)離動(dòng)力線路。工程上的遠(yuǎn)離概念，通常取干擾導(dǎo)線直徑的40倍，即認(rèn)為足夠了；同時(shí)避免平行走線，也可以減小兩根導(dǎo)線之間的分布電容產(chǎn)生。

1.2 磁場耦合的抑制

抑制磁場禍合干擾的辦法應(yīng)該是屏蔽干擾源大電機(jī)、磁力開關(guān)和大電流載流導(dǎo)線等都是很強(qiáng)的磁場干擾源，但把它們都屏蔽起來在工程上很難做到。通常采用一些被動(dòng)的抑制技術(shù)，當(dāng)回路1對回路2造成磁場禍合干擾時(shí)，其在回路2上形成的串聯(lián)干擾電壓與干擾源回路1形成的磁場鏈接至回路2處的磁通密度成正比，而這個(gè)磁通密度與回路1流過的電流成正比，而與兩導(dǎo)線的距離成反比。因此要有效抑制磁場禍合干擾，依然是采用遠(yuǎn)離技術(shù)，同時(shí)也要避免平行走線。

1.3 屏蔽線的使用

屏蔽線使用的3種情況：第一，是單端接地方式，假設(shè)信號電流從芯線流入屏蔽線，流過負(fù)載電阻之后再通過屏蔽層返回信號源，因?yàn)閮蓚€(gè)信號電流大小相等方向相反，所以它們產(chǎn)生的磁場干擾相互抵消，這是一個(gè)很好抑制磁場干擾的措施；第二，是兩端接地方式。由于屏蔽層上流過的電流與地環(huán)電流的疊加，所以它不能完全抵消信號電流所產(chǎn)生的磁場干擾。因此，它抑制磁場禍合干擾的能力比所示方法差；第三，屏蔽層懸浮。因此，他只能屏蔽電場禍合干擾能力而無抑制磁場禍合干擾能力。

1.4 雙絞線的使用

如果雙絞線的絞扭一致的話，兩條線絞合產(chǎn)生的電磁場大小相等方向相反。因此其磁場干擾可以相互抵消，但雙絞線的結(jié)構(gòu)對電場禍合干擾的抑制毫無能力。當(dāng)給雙絞線加上屏蔽層后，既解決了磁場干擾又解決了電場干擾屏蔽。雙絞線在使用時(shí)為了取得好的抗干擾效果，屏蔽層應(yīng)正確接地，在傳輸?shù)皖l信號時(shí)要采用單端接地，在傳輸高頻信號時(shí)，可采用雙端接地。雙絞線最好的應(yīng)用是作平衡式傳輸線路，因?yàn)閮蓷l線的阻抗一樣，自身產(chǎn)生的磁場干擾或外部磁場干擾都可以較好的抵消。同時(shí)，平衡式傳輸又獨(dú)具很強(qiáng)的抗共模干擾能力，因此成為大多數(shù)弱信號的傳輸線。

2 接地抗干擾技術(shù)

接地的主要作用是避開地環(huán)電流的干擾和降低公共線的禍合干擾。一點(diǎn)接地有效地避開了地環(huán)電流；而在另一點(diǎn)接地前提下并聯(lián)接地，則是降低公共地線阻抗的禍合干擾的有效措施；它們是數(shù)據(jù)采集測試系統(tǒng)采用的最基本的接地方法。數(shù)據(jù)采集測試系統(tǒng)接地的含義不一定就是接大地，例如直流接地只是定義電路或系統(tǒng)的基準(zhǔn)點(diǎn)位，它可以懸浮，但要求與大地嚴(yán)格絕緣。通常其絕緣電阻要求達(dá)到50兆歐以上，直流地懸浮隔離了交流地網(wǎng)的干擾，直流地懸浮的缺點(diǎn)是設(shè)備容易帶靜電，如果該靜電點(diǎn)位過高會(huì)損壞器件、擊傷人員等等。而且如果這時(shí)直流地與大地的絕緣電阻減小，可能會(huì)產(chǎn)生很多原先沒有想到的干擾數(shù)據(jù)。采集測試系統(tǒng)各種輸入輸出信號之間接地是否合理，不只是形成相互禍合干擾的問題，有時(shí)還危及采集系統(tǒng)的安全。

2.1 串聯(lián)接地

串聯(lián)接地方式中，電路中各有一個(gè)電流流向接地點(diǎn)，由于地線存在電阻，因此各點(diǎn)的電位不再是零，于是各個(gè)電路間相互發(fā)生干擾，尤其是強(qiáng)信號電路將嚴(yán)重干擾弱信號電路，如果必須要這樣使用，應(yīng)當(dāng)盡力減小公共地線的阻抗，使其能達(dá)到系統(tǒng)的抗干擾容限要求。

2.2 并聯(lián)接地

并聯(lián)接地方式中，并聯(lián)接地中各個(gè)電路的地電位只與其自身的地線電阻有關(guān)，相互之間不會(huì)造成禍合干擾。因此有效地克服了公共地線阻抗的禍合干擾。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)盡量采用并聯(lián)接地方式，要注意的是雖然采用了并聯(lián)方式，但地線要粗一些，以使各個(gè)電路部件之間的地電位差盡量減小，這樣當(dāng)各個(gè)部件之間有信號傳送時(shí)，地線環(huán)流干擾將減小。一個(gè)實(shí)際的信號采集系統(tǒng)多個(gè)模擬輸入信號采用屏蔽雙絞線接至數(shù)據(jù)采集器，所有模擬信號源都浮置。模擬輸入信號采用一點(diǎn)接地，接在模擬地上。屏蔽層也采用一點(diǎn)接地，接在模擬地上，即并聯(lián)接地方式。這種方法靠雙絞線抑制磁場禍合干擾，屏蔽層屏蔽電場干擾，同時(shí)它不會(huì)引入其他噪聲，可靠性好。數(shù)據(jù)采集器的數(shù)字地也應(yīng)并聯(lián)于一點(diǎn)，然后將數(shù)字地和模擬地分別用一根具有絕緣皮的低阻抗導(dǎo)線接到專門設(shè)的獨(dú)立接地體的接地點(diǎn)，數(shù)據(jù)采集器的外設(shè)地線也應(yīng)并聯(lián)于該獨(dú)立接地體的接地點(diǎn)。

3 結(jié)束語

綜上所述，由于屏蔽和接地是機(jī)載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的一項(xiàng)十分重要的技術(shù)，因此正確的設(shè)計(jì)以及使用屏蔽以及接地技術(shù)直接關(guān)系到飛機(jī)機(jī)載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。通常而言，是對于模擬輸入信號采用屏蔽雙絞線，所有模擬信號源都浮置；模擬輸入信號和屏蔽層均采用單點(diǎn)接地方式接在模擬地上；外部的公共地部分需采用并聯(lián)接地方式。這樣靠雙絞線抑制磁場耦合干擾，屏蔽層屏蔽電場干擾，同時(shí)其本身又不會(huì)對環(huán)境引入干擾。從而提高數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)抗干擾能力，使系統(tǒng)更準(zhǔn)確、穩(wěn)定、可靠，保證科研試飛順利進(jìn)行。

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