模擬式汽車衡傳感器受干擾的原因

本文介紹了汽車衡模擬傳感器的干擾產生的原因、種類以及解決的方法。

現在傳感器技術已經廣泛應用在工業生產、 科學研究和文化教育等領域以及日常生活中，但 在實際運用過程中對傳感器的影響因素頗多，就 像是在生產中使用的大功率電機設備在運行啟動的瞬間會產生幾百伏乃至于上千伏的尖峰脈沖電壓，從而影響到傳感器的正常工作。在生產現場由于存在著大量的電場和磁場，而它們的變化都會影響到傳感器乃至整個檢測系統的正常工作。 因此提高傳感器的抗干擾能力是傳感器技術的*要求。

因而要加強傳感器的抗干擾能力，就必須查清干擾產生的原因及干擾的工作方式，從而采取相應的措施來預防并清除干擾，確保傳感器的作用發揮到的效果。我們通常使用的模擬稱重傳感器其輸出信號都是微小信號，需要經過放大、處理、整形才能達到 A/D 轉換所需要的標準信號，再傳輸給稱重控制儀表進行運算處理顯示出結果，而在此過程中會產生很多不確定的干擾因素，因此需要設計人員充分考慮干擾問題對模擬稱重傳感器及稱重控制儀表的影響，采用模塊化的設計措施來有效地抑制消除干擾、提高稱重傳感器設備的準確可靠。

一、干擾的產生原因及種類

干擾的產生原因主要有：由大型動力設備在啟動或停止等操作時產生的高次諧波射頻干擾；

由供電網絡中的尖峰脈沖所產生的干擾；由印刷電路板中的電路和電子元件之間存在的耦合電容而產生的感應干擾；由儀表電路中變壓器以及線圈之間的漏磁，通電導線之間的電磁耦合而產生的電磁感應干擾；由電子線路內部的漏電、傳感器絕緣體的絕緣性能下降使得漏電電流增加而產生的漏電流感應干擾。這些干擾容易引起在傳感器的工作過程中，其輸出信號與相對應的參數信號不一致，并且其差值是無規律隨機的，而在被測量的參數穩定的狀況下，傳感器的輸出值和被

測量參數所相應的信號數值的差異表現為一穩定的或周期變化的值。

干擾的種類分為：常模干擾、共模干擾、長時干擾和意外瞬時干擾。

常模干擾主要是指干擾信號在往返兩條線路上具有一致性，由于在儀器設備的附近有較強的交變磁場，使得儀器設備因交變磁場的影響產生電動勢而形成干擾，這種干擾的清除是很難的。

共模干擾是指干擾信號在兩條線路上各流過一部分，將地作為公共端，而信號電流只在往返兩個線路中流過。共模干擾是由于儀器設備的對地漏電、地電位差以及線路本身有對地干擾等。由于線路的不平衡狀態，共模干擾就會轉變成常模干擾，那就很難除掉。

長時干擾是指長期存在的干擾，此類干擾的特點是干擾電壓長期存在且變化不大，如電源線或鄰近動力線的電磁干擾都是連續的工頻干擾意外瞬時干擾主要是在設備操作時發生，如合閘、分閘，有時在雷電發生或無線電設備工作的瞬時發生。

干擾發生時儀表顯示數值亂跳，傳感器的輸出值與實際參數相對應的信號值不吻合，并且其誤差是隨機的、沒有規律的。當被測參數穩定時，傳感器的輸出值與實際參數相對應的信號值的差值，為一穩定或呈現周期性變化的值。同時，交流伺服設備在工作時會通過電源對其它設備產生干擾。

二、干擾的解決方法

對于供電網絡的干擾，我們運用硬件與軟件相結合的方法；在硬件方面可以在儀器電源的輸入端加裝干擾控制器，該控制器具有頻譜均衡的工作原理能夠將尖峰脈沖干擾的電壓分配到不同的頻率上，也可以利用電磁共振的原理在電源的輸入端裝備隔離變壓器，以及應用尖峰脈沖到來時壓敏電阻的阻值會下降的原理，在電源的輸入端并接入壓敏電阻，使得儀器設備從電源分到的電壓降低，從而來削弱消除尖峰脈沖的干擾。為了防止儀器設備之間的相互干擾將交流伺服驅動器等大型設備的驅動電源與儀器儀表的控制電源分開供電，同時利用噪聲濾波器來仰制并消除交流伺服驅動器對其他設備的干擾。

在軟件方面可運用編程來進行時間濾波，也就是通過程序來控制可控硅瞬間導通不采樣，有效地消除周期性的干擾。在設備中采用抵抗隨機干擾非常有效的運用頻譜均衡法設計的高性能抗干擾電源，它能把高尖峰的擾動脈沖電壓轉換成低的峰值電壓，而干擾脈沖的能量不變，從而就能夠極大地提高儀器儀表及傳感器的抗干擾能力。現在軟件濾波技術已經被廣泛應用于智能傳感器及智能儀器儀表當中，一個數字濾波程序可以用于多個輸入通道，甚至對干擾頻率很低的信號也可以濾波，其常用的軟件濾波方法主要有：平均值濾波、中值濾波、限幅濾波和慣性濾波。平均值濾波：也稱線性濾波，就是把 M 次采樣的平均值作為濾波器的輸出，也能夠根據需要來增加采樣值的比重，從而形成加權平均值濾波；中值濾波：就是把 M 次連續采樣的值進行大小的排序，取結果的中間值來作為濾波器的輸出，能夠有效地消除隨機脈沖噪聲干擾；限幅濾波，也稱程序判斷濾波法，它是依據采樣周期和真實信號的變化率來確定相鄰兩次采樣的大可能的差值 m，然后將此次采樣與前次采樣的差值與差值 m 進行比較，則小于或等于 m 的信號就作為是有效信號，而大于 m 的信號就認為是噪聲干擾。

慣性濾波，又稱一階低通濾波，是使用軟件編程的方法實現 RC 低通濾波器的作用，適用于波動頻繁變化的信號。

對于信號傳輸方面的干擾，我們通過光電耦合隔離的措施來進行解決，光電耦合隔離能夠有效地仰制消除尖峰脈沖干擾以及其他各種噪聲干擾，從而極大地提高了信號傳輸過程中的信噪比，雖然噪聲干擾的電壓幅度較大，但是能量較小，因此只能形成微弱的電流。此外信號在傳輸的時由于要受到電場、磁場等因素的干擾，因此采用雙絞股屏蔽線差分信號傳輸的方法來傳輸信號，能有效地抑制和消除電磁感應、漏電流感應以及射頻等干擾的影響。在信號傳輸方面我們應盡量采用電流信號來進行信號的傳輸，因為電流信號在傳輸的過程中相對于電壓信號在遭受周圍環境的干擾及傳輸距離等因素的影響方面要小一些。

而有源數字元器件在開關的瞬時其電流會在線路上快速變化，這種變化會在導線及電感上產生正的或負的電壓降，從而造成干擾的形成。此外，在電器中的頻率設備等也同樣會產生干擾，這種窄帶頻率的干擾能通過耦合進入電源線路進行傳播，我們可以通過低通濾波器來濾除這些高頻的干擾電壓。

同時我們通過接地技術的處理來有效地消除干擾的影響。在低電平放大電路中要充分合理地使用接地的作用來抑制噪聲的干擾，當使用單個電源供給多個傳感器或儀器儀表時，應盡量減少接地電阻傳導引起的干擾。對于有多個電源以及多個傳感器或儀器儀表的系統就要求全面考慮綜合判斷以確定地線的連接方法，通常對于所有的電源，都應當將地線匯聚集中到同一個公共端再連接到系統的公共端上，使得能夠有效地抑制或消除干擾。

現在還有穩壓、抑制共模干擾和軟件補償等抗干擾技術。為了電網電壓波動產生的干擾，現在的智能傳感器和儀器儀表開發了由集成穩壓電路組成的串聯調整電源及 DC-DC 穩壓電源；此外運用提高差分放大器的輸入阻抗或降低信號源的內阻，來抑制或消除共模干擾的影響；當前普遍使用的是軟件技術。由于外界環境因素變化而使得參數發生改變，而造成偏差。我們可以通過軟件的方法來根據外界環境因素的變化及所產生誤差的情況來進行補償修正