机载数据采集系统抗干扰技术研究

裴璐厦

[摘 要]在飞机记载数据采集系统的具体应用过程中，若没有正确的进行相关的屏蔽、布线以及接地处理，极为可能导致飞机的试飞受到一定的干扰，进而影响到试飞数据的有效性和准确性。因此文章就机载数据采集系统的抗干扰技术进行了相关论述，仅供参考。

[关键词]数据采集系统；屏蔽；接地；抗干扰

中图分类号：V247.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）03-0261-01

引言

飞机试飞参数测量要求精度高、稳定性好和可靠性高，所以机载数据采集系统的干扰问题数据采集系统能否正常工作稳定的长期工作不仅影响到对试验、检查飞机或其它航空技术装备的性能与工作特性的评定，还影响到对飞机设计理论、战技指标的检验的评定机载数据采集系统可与各种类型的机载传感器和变送器相连接构成测量温度、力、压力、流量、转速和位移等物理量的测量系统。

机载数据采集系统在应用中有时会出现多个通道数据乱码而导致数据采集测量不准直接影响到飞机试飞数据的有效性针对这个问题，进行了多方面的分析论证，屏蔽接法不正确布线和接地不合理声匀可导致数据采集测试系统无法正常工作通过对屏蔽和接地抗干扰技术的诸多要点分析论证使该问题得到解决达到理论分析与实践相一致的结果。

飞机上的干扰与其他电器干扰一样主要是电磁干扰和静电干扰电磁干扰主要是大电流（交流115V或直流28V）的突变引起如大电流电磁阀门启动与关闭在供电回路中都会产生强的电磁场干扰源静电干扰主要是用电设备的电位的变化造成的加两条并行导线之间可以看作一个大电容器其中一条导线的电位变化就会引起另一条导线电位的变化造成相互干扰各用电设备之间也发生相互干扰测试系统若不采取抗干扰的措施往往不能实现对参数的精确、可信的测量所以要采用抗干扰的措施。

1 屏蔽抗干扰技术

1.1 电场祸合的屏蔽和抑制

克服电场祸合干扰的最有效的方法是屏蔽，因为放置在空心导体或金属网内的物体不受外电场的影响，屏蔽电场祸合干扰时，导线的屏蔽最好不要两端连接当地线使用。当有地环电流时将，在屏蔽层形成磁场，干扰被屏蔽的导线正确的做法是把屏蔽层单点接地，一般选择它的任一端头接地。造成电场祸合干扰的原因是两根导线之间的分电容产生的祸合，当两根导线形成电场祸合干扰时，导线1在导线2上产生的对地干扰电压减小的最好的办法是减小导线1和导线2之间的分布电容，即采用弱信号线远离强信号线敷设，尤其是远离动力线路。工程上的远离概念，通常取干扰导线直径的40倍，即认为足够了；同时避免平行走线，也可以减小两根导线之间的分布电容产生。

1.2 磁场耦合的抑制

抑制磁场祸合干扰的办法应该是屏蔽干扰源大电机、磁力开关和大电流载流导线等都是很强的磁场干扰源，但把它们都屏蔽起来在工程上很难做到。通常采用一些被动的抑制技术，当回路1对回路2造成磁场祸合干扰时，其在回路2上形成的串联干扰电压与干扰源回路1形成的磁场链接至回路2处的磁通密度成正比，而这个磁通密度与回路1流过的电流成正比，而与两导线的距离成反比。因此要有效抑制磁场祸合干扰，依然是采用远离技术，同时也要避免平行走线。

1.3 屏蔽线的使用

屏蔽线使用的3种情况：第一，是单端接地方式，假设信号电流从芯线流入屏蔽线，流过负载电阻之后再通过屏蔽层返回信号源，因为两个信号电流大小相等方向相反，所以它们产生的磁场干扰相互抵消，这是一个很好抑制磁场干扰的措施；第二，是两端接地方式。由于屏蔽层上流过的电流与地环电流的叠加，所以它不能完全抵消信号电流所产生的磁场干扰。因此，它抑制磁场祸合干扰的能力比所示方法差；第三，屏蔽层悬浮。因此，他只能屏蔽电场祸合干扰能力而无抑制磁场祸合干扰能力。

1.4 双绞线的使用

如果双绞线的绞扭一致的话，两条线绞合产生的电磁场大小相等方向相反。因此其磁场干扰可以相互抵消，但双绞线的结构对电场祸合干扰的抑制毫无能力。当给双绞线加上屏蔽层后，既解决了磁场干扰又解决了电场干扰屏蔽。双绞线在使用时为了取得好的抗干扰效果，屏蔽层应正确接地，在传输低频信号时要采用单端接地，在传输高频信号时，可采用双端接地。双绞线最好的应用是作平衡式传输线路，因为两条线的阻抗一样，自身产生的磁场干扰或外部磁场干扰都可以较好的抵消。同时，平衡式传输又独具很强的抗共模干扰能力，因此成为大多数弱信号的传输线。

2 接地抗干扰技术

接地的主要作用是避开地环电流的干扰和降低公共线的祸合干扰。一点接地有效地避开了地环电流；而在另一点接地前提下并联接地，则是降低公共地线阻抗的祸合干扰的有效措施；它们是数据采集测试系统采用的最基本的接地方法。数据采集测试系统接地的含义不一定就是接大地，例如直流接地只是定义电路或系统的基准点位，它可以悬浮，但要求与大地严格绝缘。通常其绝缘电阻要求达到50兆欧以上，直流地悬浮隔离了交流地网的干扰，直流地悬浮的缺点是设备容易带静电，如果该静电点位过高会损坏器件、击伤人员等等。而且如果这时直流地与大地的绝缘电阻减小，可能会产生很多原先没有想到的干扰数据。采集测试系统各种输入输出信号之间接地是否合理，不只是形成相互祸合干扰的问题，有时还危及采集系统的安全。

2.1 串联接地

串联接地方式中，电路中各有一个电流流向接地点，由于地线存在电阻，因此各点的电位不再是零，于是各个电路间相互发生干扰，尤其是强信号电路将严重干扰弱信号电路，如果必须要这样使用，应当尽力减小公共地线的阻抗，使其能达到系统的抗干扰容限要求。

2.2 并联接地

并联接地方式中，并联接地中各个电路的地电位只与其自身的地线电阻有关，相互之间不会造成祸合干扰。因此有效地克服了公共地线阻抗的祸合干扰。数据采集系统应当尽量采用并联接地方式，要注意的是虽然采用了并联方式，但地线要粗一些，以使各个电路部件之间的地电位差尽量减小，这样当各个部件之间有信号传送时，地线环流干扰将减小。一个实际的信号采集系统多个模拟输入信号采用屏蔽双绞线接至数据采集器，所有模拟信号源都浮置。模拟输入信号采用一点接地，接在模拟地上。屏蔽层也采用一点接地，接在模拟地上，即并联接地方式。这种方法靠双绞线抑制磁场祸合干扰，屏蔽层屏蔽电场干扰，同时它不会引入其他噪声，可靠性好。数据采集器的数字地也应并联于一点，然后将数字地和模拟地分别用一根具有绝缘皮的低阻抗导线接到专门设的独立接地体的接地点，数据采集器的外设地线也应并联于该独立接地体的接地点。

3 结束语

综上所述，由于屏蔽和接地是机载数据采集系统的一项十分重要的技术，因此正确的设计以及使用屏蔽以及接地技术直接关系到飞机机载数据采集系统的安全稳定运行。通常而言，是对于模拟输入信号采用屏蔽双绞线，所有模拟信号源都浮置；模拟输入信号和屏蔽层均采用单点接地方式接在模拟地上；外部的公共地部分需采用并联接地方式。这样靠双绞线抑制磁场耦合干扰，屏蔽层屏蔽电场干扰，同时其本身又不会对环境引入干扰。从而提高数据采集系统抗干扰能力，使系统更准确、稳定、可靠，保证科研试飞顺利进行。

参考文献

[1] 李京蔓.多通道数据采集系统中高精度抗干扰问题的研究[D].中北大学，2013.

[2] 李键，李敏，邓发俊.机载光纤通道数据采集系统研究与设计[J].电子设计工程，2014，05.

[3] 吴寿勇.半航空电磁勘查系统数据采集关键技术研究[D].成都理工大学，2014.

[4] 孙海燕.基于ARM的机载数据采集系统的设计与研究[D].西北工业大学，2006.