電子測(cè)控系統(tǒng)的特征分析與抗干擾方案研究

呂玉良

（太原工業(yè)學(xué)院電子工程系，山西 太原 030008）

電子測(cè)控系統(tǒng)現(xiàn)階段已經(jīng)在相關(guān)行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，尤其是汽車以及飛行器等領(lǐng)域，電子測(cè)控系統(tǒng)發(fā)揮了非常重要的作用。高校對(duì)于電子測(cè)控技術(shù)的教學(xué)，也在課時(shí)和實(shí)踐應(yīng)用方面加大了重視，讓學(xué)生在掌握基礎(chǔ)理論的同時(shí)，也能夠在實(shí)踐中運(yùn)用。鑒于此，針對(duì)電子測(cè)控系統(tǒng)的實(shí)踐應(yīng)用，分析測(cè)控系統(tǒng)特征，并且總結(jié)抗干擾方案。

1 電子測(cè)控系統(tǒng)特征

1.1 目的性

電子測(cè)控技術(shù)的運(yùn)用，主要是解決系統(tǒng)中存在的問(wèn)題。以汽車為例，要解決汽車系統(tǒng)中存在的問(wèn)題，如果只是依靠機(jī)械系統(tǒng)是無(wú)法快速解決的。比如為了對(duì)汽車行駛過(guò)程中的安全性提供保證，一般會(huì)使用ABS，針對(duì)新能源汽車運(yùn)行過(guò)程中存在的平穩(wěn)性、操控性等問(wèn)題，一般通過(guò)懸架控制的方式加以解決，運(yùn)用動(dòng)力轉(zhuǎn)向則是將停車、低速駕駛過(guò)程中的轉(zhuǎn)向力問(wèn)題加以解決，并且使其能夠在高速行駛途中保證路感?？傮w而言，電子測(cè)控系統(tǒng)的運(yùn)用，特征主要體現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：其一，改善性能，提高安全性。保證安全性是電子測(cè)控系統(tǒng)應(yīng)用的基本。例如在汽車中應(yīng)用電子測(cè)控系統(tǒng)，不管是反向運(yùn)動(dòng)還是側(cè)向運(yùn)動(dòng)，都不會(huì)對(duì)車輛造成比較大的顛簸與沖擊。其二，控制行駛姿態(tài)。當(dāng)車輛處于轉(zhuǎn)向、制動(dòng)、加速狀態(tài)下，會(huì)有側(cè)傾、縱傾行為的出現(xiàn)，使用電子測(cè)控系統(tǒng)，能夠?qū)︸{駛員安全提供保證，使車輛有最為舒適的水平位置。在電子測(cè)控技術(shù)，能夠提高整體系統(tǒng)的反應(yīng)力，針對(duì)發(fā)出的指示能夠快速給予響應(yīng)。

1.2 相關(guān)性

電子測(cè)控技術(shù)之間的關(guān)聯(lián)性比較緊密，在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中也要對(duì)其加以考慮，否則將會(huì)對(duì)后期結(jié)果造成影響。比如對(duì)汽車系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)控，針對(duì)主動(dòng)懸架若測(cè)控過(guò)程中沒(méi)有考慮到防滑制動(dòng)系統(tǒng)，便會(huì)在汽車急剎車時(shí)出現(xiàn)搖擺以及上下起伏的現(xiàn)象。導(dǎo)致這一現(xiàn)象的原因，是主動(dòng)懸架在防滑制動(dòng)系統(tǒng)波動(dòng)方面呈現(xiàn)出反響。再如，汽車的主動(dòng)懸架能夠避免車輛側(cè)傾問(wèn)題，但是也對(duì)四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)橫擺響應(yīng)發(fā)揮造成沖擊。這時(shí)如果想要利用4WS對(duì)橫擺響應(yīng)進(jìn)行完善，那么將會(huì)降低主動(dòng)懸架側(cè)傾收斂效果。

1.3 層次性

電子測(cè)控系統(tǒng)本身體現(xiàn)了層次感，主要有3個(gè)層次：（1）綜合控制系統(tǒng)。（2）子系統(tǒng)。（3）制動(dòng)控制系統(tǒng)。如果將這3個(gè)系統(tǒng)是為獨(dú)立的控制層次，這3個(gè)層次相加便生成了第4個(gè)層次。

2 干擾來(lái)源與渠道

2.1 干擾來(lái)源

2.1.1 空間干擾

所謂空間干擾，即電磁場(chǎng)在線路、導(dǎo)線、殼體輻射等空間面臨的干擾。這些空間形成的干擾，主要是從測(cè)控系統(tǒng)內(nèi)、外部發(fā)出。其中任意一個(gè)線路或者導(dǎo)線都包含輻射與調(diào)制。

2.1.2 測(cè)控通道干擾

測(cè)控系統(tǒng)在傳輸信息時(shí)，難免會(huì)面臨干擾。這種長(zhǎng)線傳輸是導(dǎo)致干擾的主要原因。因?yàn)闇y(cè)控系統(tǒng)信號(hào)頻率是持續(xù)變化的，測(cè)控系統(tǒng)長(zhǎng)線傳輸也成為必然操作，如此一來(lái)會(huì)導(dǎo)致信號(hào)延時(shí)與通道干擾等問(wèn)題。

2.1.3 供電系統(tǒng)干擾

電子測(cè)控系統(tǒng)面臨的最嚴(yán)重干擾是電源污染，近年來(lái)電源污染也日益嚴(yán)重，進(jìn)而為電子測(cè)控系統(tǒng)的運(yùn)行帶來(lái)干擾。

2.2 干擾渠道

電子測(cè)控系統(tǒng)的干擾渠道比較多樣化，一般有寄生藕合、電磁輻射這兩種，下文對(duì)其展開(kāi)了分析。

2.2.1 寄生耦合

（1）公共阻抗藕合。在電子測(cè)控設(shè)備中，地電阻與電源內(nèi)阻是公共阻抗中最為常見(jiàn)的兩種形式，不管哪一種電源和輸電線，其中均有內(nèi)阻，電子測(cè)控過(guò)程中，一般會(huì)對(duì)儀器提出公共接地點(diǎn)的要求，接地焊片可能有氧化和虛焊的問(wèn)題，導(dǎo)致和地線形成接觸電阻，這時(shí)就需要重點(diǎn)考慮地線電阻率。如果不能接地，阻值無(wú)法忽略。因?yàn)橥怆姶鸥蓴_和不同電路單元、電路底板共同使用同一根地線，所以會(huì)在接地電阻發(fā)現(xiàn)干擾電動(dòng)勢(shì)，導(dǎo)致測(cè)控結(jié)果出現(xiàn)失誤。如果幾個(gè)電路單元以及電路底板使用的直流電源為同一組，這時(shí)會(huì)在電源內(nèi)阻的作用下出現(xiàn)耦合，導(dǎo)致測(cè)控系統(tǒng)出現(xiàn)自激振蕩、信號(hào)串?dāng)_等現(xiàn)象。

（2）分布電容耦合。電子測(cè)控設(shè)備當(dāng)中的電路板、接線等，都有非常繁瑣的分布電容。如果系統(tǒng)運(yùn)行頻率比較高，分布電容導(dǎo)致的影響會(huì)直接忽略。但是如果后果比較嚴(yán)重，便會(huì)對(duì)最終測(cè)控結(jié)果帶來(lái)影響。

（3）分布電感耦合。其實(shí)導(dǎo)線在低頻條件下可以視為導(dǎo)體，但是在高頻條件下，分布電感產(chǎn)生的影響無(wú)法被忽略不計(jì)。針對(duì)測(cè)控設(shè)備內(nèi)的電感線圈以及變壓器等元器件，特別要注意不能利用互感、電磁耦合等構(gòu)成非正常信號(hào)通道。

2.2.2 電磁輻射耦合

如果測(cè)控系統(tǒng)工作頻率非常高，這時(shí)傳輸線與控制線等都會(huì)體現(xiàn)出天線效應(yīng)，會(huì)發(fā)射調(diào)試好的信號(hào)，以此形成非正常通道。

3 電子測(cè)控系統(tǒng)抗干擾方案

通常，電子測(cè)控系統(tǒng)的干擾來(lái)源與渠道都比較繁瑣，實(shí)際測(cè)控工作中，需要結(jié)合實(shí)際情況選擇合理的解決措施，制定抗干擾方案，下文對(duì)這一問(wèn)題展開(kāi)分析。

3.1 盡量降低干擾源影響

針對(duì)電子測(cè)控系統(tǒng)干擾源，可以選擇電磁屏蔽的方式，盡量降低干擾源形成的影響。但是對(duì)于一些干擾源，也可以選擇簡(jiǎn)便的措施防干擾，降低干擾電平。比如針對(duì)電路繼電器進(jìn)行電子測(cè)控，因?yàn)閷?shí)際測(cè)控過(guò)程中很有可能在通斷時(shí)形成電火花，進(jìn)而導(dǎo)致電磁干擾，為了避免干擾源影響，建議在二觸點(diǎn)之間增加RC吸收回路，也可以在觸點(diǎn)之間增加滅弧電容，以此達(dá)到抗干擾的目的。

3.2 保證地線設(shè)計(jì)合理性

只有保證地線設(shè)計(jì)的合理性，才能夠有效抗干擾，充分結(jié)合接地、屏蔽地線，也能夠解決其他干擾問(wèn)題。電子測(cè)控系統(tǒng)的接地非常繁瑣，其中包括系統(tǒng)地、機(jī)殼地、數(shù)字地、模擬地等諸多地線，更要合理設(shè)計(jì)。這時(shí)需要遵循接地線設(shè)計(jì)基本原則，即不同電路單元內(nèi)部的電路要以就近原則接地，隨后再與信號(hào)傳輸方向總接地連接。接地線不能過(guò)長(zhǎng)，針對(duì)各個(gè)頻率、電平的接地線要區(qū)分開(kāi)，數(shù)字地以及模擬地二者也要區(qū)分開(kāi)。

低頻電路當(dāng)中的布線和、元器件間并不具備非常強(qiáng)的電感，接地電路生成的環(huán)流，也會(huì)形成非常大的干擾，所以屏蔽線建議使用一點(diǎn)接地的形式;如果信號(hào)的工作頻率比較高，會(huì)提高地線阻抗，這時(shí)建議將地線阻抗降低，需要應(yīng)用就近多點(diǎn)接地法。如果電路板中同時(shí)包含了高速邏輯電路和線性電路，這時(shí)要盡量將二者區(qū)分，地線不能混淆，分別連接電源端地線。

3.3 降低公共藕合影響

降低公共耦合影響，不能在高頻高增益、信號(hào)電平二者差距比較大的設(shè)備、電路板中使用同一個(gè)直流電壓。如果必須要公用，則要選擇內(nèi)阻比較小的穩(wěn)壓電源。同時(shí)，也要執(zhí)行退耦操作，針對(duì)印刷電路板重點(diǎn)位置放置去耦電容。為了降低供電系統(tǒng)電源污染導(dǎo)致的影響，建議應(yīng)用交流穩(wěn)壓器、低通濾波器等設(shè)備，為穩(wěn)定性提供保證，并且加強(qiáng)抗共模干擾水平，避免電源高次諧波導(dǎo)致的影響。

3.4 避免傳輸通道長(zhǎng)線影響

為了避免長(zhǎng)線傳輸帶來(lái)的影響，最為可行的舉措是配置阻抗。在長(zhǎng)線傳輸過(guò)程中，如果阻抗不匹配，傳輸線將會(huì)出現(xiàn)反射，導(dǎo)致信號(hào)失真。出現(xiàn)這一問(wèn)題的原因，在于電子測(cè)控系統(tǒng)速度和傳輸線長(zhǎng)度。阻抗匹配需要重點(diǎn)對(duì)傳輸線、負(fù)載匹配進(jìn)行考慮，并且保證傳輸線和不同信號(hào)源能夠有效匹配。

3.5 避免分布參數(shù)影響

針對(duì)這一點(diǎn)，建議從選擇布局電路底板元器件部位著手，高增益與高頻電路輸入輸出端，二者距離不能過(guò)近，如果有需要可以采取屏蔽措施。實(shí)際操作過(guò)程中，人體不要與測(cè)控設(shè)備高頻部分距離過(guò)近，傳輸高頻信號(hào)建議應(yīng)用金屬屏蔽線。避免分布電感導(dǎo)致的影響，測(cè)控過(guò)程中所使用的接線不能過(guò)短，并且要合理區(qū)分交流、直流等多種接線，電路板中不同線圈以及變壓器等，也要保證接排位置的合理性，如果有必要的話建議屏蔽。在電子測(cè)控系統(tǒng)當(dāng)中，干擾是一個(gè)非常復(fù)雜的問(wèn)題，要想真正解決也帶有一定的困難，然而不管任何干擾只要了解干擾來(lái)源與途徑，便可以制定一套科學(xué)、可行的抗干擾方案，保證電子測(cè)控系統(tǒng)工作效率與質(zhì)量。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，電子測(cè)控技術(shù)的應(yīng)用本身面臨一系列問(wèn)題，特別是電源干擾問(wèn)題，為此合理解決這一問(wèn)題，需要了解干擾的來(lái)源與渠道，掌握電子測(cè)控系統(tǒng)特征，制定一套合理的抗干擾方案，一方面提高電子測(cè)控系統(tǒng)運(yùn)行效率，另一方面有助于高校電子測(cè)控技術(shù)方面的教學(xué)。

[1]高立,趙偉振,童維楗.基于Web Service的煙葉儲(chǔ)藏環(huán)境測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J/OL].電子技術(shù)與軟件工程,2017,(24):191-192.

[2]吳星星.面向儀器與測(cè)控系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)軟件應(yīng)用平臺(tái)技術(shù)[J/OL].現(xiàn)代交際，2017,12(28).

[3]孫培君.基于單片機(jī)的溫濕度測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J/OL].電子技術(shù)與軟件工程,2016,(24):256-257.

[4]李文潔.電子測(cè)控系統(tǒng)的屏蔽及接地技術(shù)[J].電子技術(shù)與軟件工程,2016,(19):122.