侯大鵬

摘要：電子設(shè)備是指由集成電路、晶體管和電子管等電子元器件組成的，應(yīng)用電子技術(shù)軟件發(fā)揮作用的設(shè)備。在機械電子設(shè)備運行中會出現(xiàn)各種各樣的干擾，在這些干擾中，電氣干擾最為常見，其廣泛存在于遙控器和傳感器的使用過程中，這常使技術(shù)人員感到困惑。電氣干擾一般包括電源干擾和電磁干擾，在此介紹幾種常用的抗干擾措施。

關(guān)鍵詞：機械；電子設(shè)備；電氣干擾；濾波器：措施

機械電子設(shè)備一般包括控制器，傳感器，執(zhí)行機構(gòu)等部分組成。機械電子設(shè)備在當(dāng)前有著廣泛應(yīng)用，實際運行時，很容易受到干擾，比如電氣干擾，在現(xiàn)實中發(fā)生率極高且影響很大。電氣干擾具有多發(fā)性、隨機性的特點。電氣干擾也是最讓技術(shù)人員頭疼的技術(shù)問題之一。若不及時處理，可能會導(dǎo)致機器異常，使用壽命縮短，甚至機器被毀，對周圍人員的人身安全構(gòu)成威脅。因此，必須加強此方面的研究，深入了解電氣干擾的來源、傳播方式、影響等，繼而采取有效的應(yīng)對之策。電氣干擾一般包括電源干擾和電磁干擾，電源干擾是由于電壓產(chǎn)生電流干擾機械設(shè)備的運行，因此其傳播是需要通過導(dǎo)線進行的。電源干擾是一種很復(fù)雜的干擾，產(chǎn)生的原因是多樣的，并包括了許多可變的因素，反映出干擾的形式也是多種多樣。由于電源干擾發(fā)電壓較小，因此電源干擾會隨著導(dǎo)線的延長而逐漸減小。電磁干擾進入設(shè)備的方式可分為二大類、即傳導(dǎo)和輻射。在此介紹幾種常用的抗干擾措施。

1濾波抗干擾

該方法主要是通過濾波器對信號中特點波段頻率予以濾除，從而達到抑制電氣干擾傳輸?shù)哪康?，多用于抑制低頻和中頻干擾。所以，濾波器是一種能夠?qū)ΣㄟM行過濾的器件，包括電容、電感、電阻等幾部分。按照信號頻段可將其分為低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器、帶阻濾波器，按照處理的信號可分為模擬濾波器和數(shù)字濾波器。不同的濾波器，所處理的范圍也不相同，比如高通濾波器主要抑制低頻干擾，而低通濾波器則主要抑制高頻分量和干擾。這就要求，采用此方法時，必須要提前清楚干擾源的頻譜和干擾波的幅值等信息，一般可以使用專業(yè)的干擾儀器進行檢測，然后根據(jù)實際情況選擇最為適宜的濾波器并合理運用。

以饋通濾波器為例，在金屬面板上應(yīng)用較多，比如雷達、通訊設(shè)備等，能夠有效地抑制高頻諧波。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，機械電子設(shè)備的工作環(huán)境更加復(fù)雜，電磁干擾頻率不斷增高，必須做好高頻濾波的準備。饋通濾波器的優(yōu)勢在于，高頻濾波效果較好，可保護屏蔽體不被穿透。其電路結(jié)構(gòu)有多種，如π形、C形、T形，其中C形就是常說的穿心電容器。使用饋通濾波器，最常見的方法就是將其直接安裝在屏蔽體的面板上，另外還可以安裝在電路之間的隔離板上，或者安裝于線路板的地線層。市場上有螺紋安裝、焊接式安裝兩大類產(chǎn)品，前者方便簡單，容易操作，使用較多；后者雖能節(jié)省空間，整體性能的可靠性高，但焊接時產(chǎn)生的過高溫度，可能會損壞濾波器。

2屏蔽抗干擾

屏蔽抗干擾是抗電磁干擾的重要方法，此方法理解起來較為容易，即利用屏蔽體減少或阻止電氣干擾的傳輸，阻止外部干擾進入，同時限制內(nèi)部的電磁能量越出某個區(qū)域。實際生活中，隔離和衰減輻射的場合應(yīng)用較多，所謂屏蔽體，多為導(dǎo)電性能良好的金屬材料制成的全封閉的殼體。

屏蔽干擾又分為電屏蔽、磁屏蔽，電屏蔽指的是空腔金屬導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)時，導(dǎo)體內(nèi)部的場強和腔內(nèi)的場強都為零，此時安置在腔內(nèi)的物體不受外界電場干擾，又叫靜電屏蔽。在靜電屏蔽中，屏蔽體必須接地，常見的使用方法是，直接在電容耦合通道安插接地的金屬屏蔽導(dǎo)體，導(dǎo)體接地，干擾電壓為零，能夠?qū)⒃瓉硇纬筛蓴_的耦合通道隔斷。

關(guān)于磁屏蔽，電氣干擾的一個重要干擾源就是磁干擾，其運行時會產(chǎn)生磁場，該磁場一般是隨時間不斷變化的，對電路干擾非常嚴重。電磁屏蔽通常是指對于高頻電磁場的屏蔽，電磁波在傳輸過程中遇到阻擋層便會被衰減或限制，從而起到電磁屏蔽的效果。與靜電屏蔽不同，屏蔽體是否接地對電磁屏蔽影響不大，但屏蔽體的導(dǎo)電連續(xù)性對電磁屏蔽效果影響極大。所以，一旦屏蔽體的導(dǎo)電連續(xù)性被破壞，其屏蔽效果便會大幅降低，裂口、縫隙等都常常會破壞屏蔽體的導(dǎo)電連續(xù)性，比如電腦機箱上的通風(fēng)口、顯示窗等。為解決這些問題，在處理縫隙時多會選擇使用電磁密封襯墊，如導(dǎo)電布、指形簧片、金屬絲網(wǎng)襯墊等，選擇時需綜合產(chǎn)品的屏蔽效能、回彈力、壓縮永久性變、最小密封壓力、最大形變量等指標考慮。

3接地抗干擾

有效的接地是保證機械電子設(shè)備工作穩(wěn)定性和設(shè)備安全的重要因素，電力系統(tǒng)和電氣裝置中的中性點、電氣設(shè)備的外露導(dǎo)電部分和裝置外導(dǎo)電部分經(jīng)由導(dǎo)體與大地相連，被稱為接地，有保護接地、防雷接地、工作接地幾種。該技術(shù)的關(guān)鍵在于，避開地環(huán)電流干擾，比如一點接地；另外還要降低公共地線阻抗的耦合干擾，常見的方式為一點接地加并聯(lián)接地。

不同領(lǐng)域的接地有區(qū)別，工業(yè)控制系統(tǒng)中所說的接地，未必是與大地連接，懸浮同樣可以，比如直流接地，懸浮狀態(tài)只要與大地絕緣，同樣能起到一樣的抗干擾效果。直流地懸浮能夠有效地將交流網(wǎng)的干擾隔離開，且操作方便，在工業(yè)系統(tǒng)中應(yīng)用較多，不足之處在于機器設(shè)備易帶靜電，如果靜電的電位高出了一定值，極有可能會損壞器件，甚至引發(fā)安全事故。若直流地懸浮和大地之間的絕緣電阻減小，可能會有更多的干擾形成。

實際上，現(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)中各通道的信號頻率大都較低，所以這里的分析以低頻范圍為主。如圖1（a）所示，為串聯(lián)接地方式，其中有3個電路，分別有其對應(yīng)的電流流向接地點。而地線有電阻，這就導(dǎo)致最終流向的接地點的電位并不是零，繼而引起各電路間的相互干擾，且其信號強度如果不同，強信號電路必然會對弱信號電路造成嚴重的干擾。解決方法是降低公共地線的阻抗，使其滿足抗干擾容限的要求，并調(diào)整串聯(lián)次序，只有如此才能把干擾降至最低，但這種方案并不適用于工業(yè)控制。而圖1（b）為并聯(lián)接地方式，在工業(yè)控制系統(tǒng)中應(yīng)用較多，同樣也有3個電路，但因為是并聯(lián)接地，每個電路的電位與其自身的地線阻抗有關(guān)，彼此之間不會干擾。另外，選擇地線時盡量選粗一些，可在一定程度上降低3個電路間的地電位差，之后在傳輸信號時，地線環(huán)流的干擾就不會太大。

4電氣隔離

導(dǎo)線是電源和電磁干擾的主要傳播途徑，電氣隔離的作用主要是減少兩個不同的電路之間的相互干擾。例如，某個實際電路工作的環(huán)境較差，容易造成接地等故障。如果不采用電氣隔離，直接與供電電源連接，一旦該電路出現(xiàn)接地現(xiàn)象，整個電網(wǎng)就可能受其影響而不能正常工作。采用電氣隔離后，該電路接地時就不會影響整個電網(wǎng)的工作，同時還可通過絕緣監(jiān)測裝置檢測該電路對地的絕緣狀況，一旦該電路發(fā)生接地，可以及時發(fā)出警報，提醒管理人員及時維修或處理，避免保護裝置跳閘停電的現(xiàn)象發(fā)生。

以信號隔離為例，其目的是把引進的干擾通道切斷，使測控裝置與現(xiàn)場僅保持信號聯(lián)系，不直接發(fā)生電的聯(lián)系。工控裝置與現(xiàn)場信號之間常用的隔離方式有光電隔離、脈沖變壓器隔離、繼電器隔離和布線隔離等。比如光電隔離，是由光電耦合器件來完成的。其輸入端配置發(fā)光源，輸出端配置受光器，因而輸入和輸出在電氣上是完全隔離的。開關(guān)量輸入電路接入光電耦合器后，由于光電耦合器的隔離作用，使夾雜在輸人開關(guān)量中的各種干擾脈沖都被擋在輸入回路的一側(cè)。由于光電耦合器不是將輸入側(cè)和輸出側(cè)的電信號進行直接耦合，而是以光為媒介進行耦合，具有較高的電氣隔離和抗干擾能力。

5其他方法

機械電子設(shè)備種類繁多，應(yīng)用范圍甚廣，雖然質(zhì)量不斷提升，但電氣干擾難以徹底避免。除了以上的幾種方法，在安裝電子設(shè)備時還應(yīng)注意科學(xué)布局，選擇合適的地方，遠離磁場較強或者靜電較強的區(qū)域，確保周圍環(huán)境安全，沒有太多的干擾。正如前面所說，干擾源主要為電源干擾、電磁干擾，若遠離干擾源，受到輻射的影響必然會減少，而且導(dǎo)線越短，收到的輻射越小。因此還要適當(dāng)縮短設(shè)備之間的連線，達到降低輻射的目的。

此外，選擇合適的信號傳遞方式也是提高設(shè)備抗干擾能力、排除機械電子設(shè)備電氣干擾的重要手段。針對機械電子設(shè)備所在的系統(tǒng)，設(shè)計階段就要把抗干擾考慮進去，采取抗干擾性較強的信號傳遞技術(shù)，就目前而言，數(shù)字型和電流型信號應(yīng)用非常廣，與模擬信號相比，數(shù)字信號的抗干擾能力明顯更強，適合傳遞信號。電氣干擾中的電磁干擾主要是影響信號電纜，產(chǎn)生共模電壓，為解決這一問題，可選擇電流型信號傳遞方式，它在傳輸過程中不會出現(xiàn)在同一回路中各點電流不一致的問題。

光纖的優(yōu)勢不言而喻，用以傳遞信號，不但容量大、傳播速度快，而且有著良好的抗干擾性。如今，數(shù)字信號、電平信號的傳輸更多，使用光纖傳輸，信號以光速傳播，其抗干擾能力比電纜傳輸信號更強更經(jīng)濟。再有就是使用絞線，利用其絞扭節(jié)距，可以把信號線分成若干小回路，若雙絞線的絞扭一致，小回路的方向相反，所受到的電氣干擾便會抵消。若絞線加一層屏蔽，抗干擾能力也會提升。

6結(jié)束語

電氣干擾主要通過電和磁造成干擾，在機械電子設(shè)備中較為常見，一旦設(shè)備受到干擾，輕則影響正常運行，重則設(shè)備損壞，甚至?xí)斐扇藛T傷亡事故，必須予以重視，盡可能地把所有干擾都排除掉。但至于如何降低或限制干擾，對技術(shù)要求很高，需根據(jù)具體的情況分析干擾源、傳輸途徑，并選擇相應(yīng)的方法。