XW-1型线圈温升全自动测绘仪的抗干扰技术

　　1　引言

　　XW-1型线圈温升全自动测绘仪,以热电偶作为主要传感器件,单片机为控制及计算单元,自动检测通电线圈内部温升。作为传感器的热电偶在测绘仪中所产生的温差电动势属典型的微弱信号。在信号的采集和处理过程中,抗干扰问题是关键技术之一,它将直接影响测量结果。文中在分析总结产生干扰信号源的基础上,提出了一种解决干扰信号问题的硬件及软件技术方法。这种方法在XW-1型测温装置应用中,起到了很好的抗干扰作用。

　　2　干扰源

　　干扰是干扰源通过各种传播途径对有用信号某种不期望的扰动,这种情况无一例外地出现在测绘系统中,使其性能指标偏离设计要求,导致显示错误结果,甚至使其系统不能正常工作。为了减少干扰源对测绘系统的影响,提高测绘系统工作的可靠性。需要分析干扰源的形成、干扰信号传播的途径,采用抗干扰措施,保证测绘系统可靠工作。干扰可分3种主要形式:

　　(1)元器件本身噪声干扰。主要表现为电阻热噪声干扰。

　　(2)公共线路阻抗传导的干扰。由于地电流等因素的影响,使得热电偶处的接地点和测绘系统的接地点、主控的接地点与模拟输入输出通道的接地点之间的电动势的数值不为零,给测量带来很大误差。

　　(3)电磁场干扰。它是一种无规则的干扰,工业现场的电磁场干扰源很多,周围总有外界电磁场存在,干扰信号通过导线式电路的分布电容电感进入测绘系统。

　　3　抗干扰的硬件设计方法

　　由于热电偶输出的电动势极其微弱,欲用单片机实现对热电偶输出信息的数据采集和处理,必须先对热电偶的电动势信号不失真地放大千倍以上,所以要求“地”线绝对是零伏。为此采用了以下措施。

　　3·1　电路隔离

　　电路隔离的方法,常用的就是光电耦合器实现电-光-电的耦合隔离,将计算机与外部电路接口均采用隔离措施,将各种模拟信号电路与数字信号电路隔离开,这样输入回路与输出回路之间的分布电容极小,一般为0·5~1pF,而绝缘电阻大,一般为10MΩ以上,因此回路一边的各种干扰都很难通过光电耦合馈送到另一边去。例如:被测线圈的工作电源(热电偶电源、外部工作电源)都与单片机PI口信号,通过光偶和继电器使其隔离,见图1。采用上述方法,使其对继电器或电感性负载的器件在开关过程中产生的噪声,以及电磁辐射的干扰都有很好的抑制作用。在这里继电器还用于使线圈自动通电。

　　3·2　屏蔽作用

　　屏蔽作用是破坏场干扰途径的最有效方法。当信号电压和电流加到传输线上时,便在导线周围形成电场和磁场,使附近导线感应出电压,形成信号干扰。由于我们采用的接口芯片为TTL电路,它是一种电压小而电流较大的低阻抗器件,受电场引起的干扰影响小,而受磁场影响明显。两线间有磁场耦合相当于两线间存在着寄生互感,为了有效地抑制互感的影响,可采用同轴电缆线或双绞线,效果都是很好的。也可以用铜和铝等导电性良好的金属材料制作的封闭金属盒可以破坏电场干扰途径,把需要屏蔽的电路置于其中使外部干扰电场不能进入屏蔽盒内而影响内部电路。这种屏蔽盒可靠接“地”后还可破坏磁场干扰途径,兼有电磁屏蔽功能。