电子测控系统的特征分析与抗干扰方案研究

2018-01-29吕玉良

中国设备工程 2018年4期

吕玉良

（太原工业学院电子工程系，山西太原 030008）

电子测控系统现阶段已经在相关行业得到了广泛应用，尤其是汽车以及飞行器等领域，电子测控系统发挥了非常重要的作用。高校对于电子测控技术的教学，也在课时和实践应用方面加大了重视，让学生在掌握基础理论的同时，也能够在实践中运用。鉴于此，针对电子测控系统的实践应用，分析测控系统特征，并且总结抗干扰方案。

1 电子测控系统特征

1.1 目的性

电子测控技术的运用，主要是解决系统中存在的问题。以汽车为例，要解决汽车系统中存在的问题，如果只是依靠机械系统是无法快速解决的。比如为了对汽车行驶过程中的安全性提供保证，一般会使用ABS，针对新能源汽车运行过程中存在的平稳性、操控性等问题，一般通过悬架控制的方式加以解决，运用动力转向则是将停车、低速驾驶过程中的转向力问题加以解决，并且使其能够在高速行驶途中保证路感。总体而言，电子测控系统的运用，特征主要体现为以下几个方面：其一，改善性能，提高安全性。保证安全性是电子测控系统应用的基本。例如在汽车中应用电子测控系统，不管是反向运动还是侧向运动，都不会对车辆造成比较大的颠簸与冲击。其二，控制行驶姿态。当车辆处于转向、制动、加速状态下，会有侧倾、纵倾行为的出现，使用电子测控系统，能够对驾驶员安全提供保证，使车辆有最为舒适的水平位置。在电子测控技术，能够提高整体系统的反应力，针对发出的指示能够快速给予响应。

1.2 相关性

电子测控技术之间的关联性比较紧密，在实际运用过程中也要对其加以考虑，否则将会对后期结果造成影响。比如对汽车系统进行测控，针对主动悬架若测控过程中没有考虑到防滑制动系统，便会在汽车急刹车时出现摇摆以及上下起伏的现象。导致这一现象的原因，是主动悬架在防滑制动系统波动方面呈现出反响。再如，汽车的主动悬架能够避免车辆侧倾问题，但是也对四轮转向系统横摆响应发挥造成冲击。这时如果想要利用4WS对横摆响应进行完善，那么将会降低主动悬架侧倾收敛效果。

1.3 层次性

电子测控系统本身体现了层次感，主要有3个层次：（1）综合控制系统。（2）子系统。（3）制动控制系统。如果将这3个系统是为独立的控制层次，这3个层次相加便生成了第4个层次。

2 干扰来源与渠道

2.1 干扰来源

2.1.1 空间干扰

所谓空间干扰，即电磁场在线路、导线、壳体辐射等空间面临的干扰。这些空间形成的干扰，主要是从测控系统内、外部发出。其中任意一个线路或者导线都包含辐射与调制。

2.1.2 测控通道干扰

测控系统在传输信息时，难免会面临干扰。这种长线传输是导致干扰的主要原因。因为测控系统信号频率是持续变化的，测控系统长线传输也成为必然操作，如此一来会导致信号延时与通道干扰等问题。

2.1.3 供电系统干扰

电子测控系统面临的最严重干扰是电源污染，近年来电源污染也日益严重，进而为电子测控系统的运行带来干扰。

2.2 干扰渠道

电子测控系统的干扰渠道比较多样化，一般有寄生藕合、电磁辐射这两种，下文对其展开了分析。

2.2.1 寄生耦合

（1）公共阻抗藕合。在电子测控设备中，地电阻与电源内阻是公共阻抗中最为常见的两种形式，不管哪一种电源和输电线，其中均有内阻，电子测控过程中，一般会对仪器提出公共接地点的要求，接地焊片可能有氧化和虚焊的问题，导致和地线形成接触电阻，这时就需要重点考虑地线电阻率。如果不能接地，阻值无法忽略。因为外电磁干扰和不同电路单元、电路底板共同使用同一根地线，所以会在接地电阻发现干扰电动势，导致测控结果出现失误。如果几个电路单元以及电路底板使用的直流电源为同一组，这时会在电源内阻的作用下出现耦合，导致测控系统出现自激振荡、信号串扰等现象。

（2）分布电容耦合。电子测控设备当中的电路板、接线等，都有非常繁琐的分布电容。如果系统运行频率比较高，分布电容导致的影响会直接忽略。但是如果后果比较严重，便会对最终测控结果带来影响。

（3）分布电感耦合。其实导线在低频条件下可以视为导体，但是在高频条件下，分布电感产生的影响无法被忽略不计。针对测控设备内的电感线圈以及变压器等元器件，特别要注意不能利用互感、电磁耦合等构成非正常信号通道。

2.2.2 电磁辐射耦合

如果测控系统工作频率非常高，这时传输线与控制线等都会体现出天线效应，会发射调试好的信号，以此形成非正常通道。

3 电子测控系统抗干扰方案

通常，电子测控系统的干扰来源与渠道都比较繁琐，实际测控工作中，需要结合实际情况选择合理的解决措施，制定抗干扰方案，下文对这一问题展开分析。

3.1 尽量降低干扰源影响

针对电子测控系统干扰源，可以选择电磁屏蔽的方式，尽量降低干扰源形成的影响。但是对于一些干扰源，也可以选择简便的措施防干扰，降低干扰电平。比如针对电路继电器进行电子测控，因为实际测控过程中很有可能在通断时形成电火花，进而导致电磁干扰，为了避免干扰源影响，建议在二触点之间增加RC吸收回路，也可以在触点之间增加灭弧电容，以此达到抗干扰的目的。

3.2 保证地线设计合理性

只有保证地线设计的合理性，才能够有效抗干扰，充分结合接地、屏蔽地线，也能够解决其他干扰问题。电子测控系统的接地非常繁琐，其中包括系统地、机壳地、数字地、模拟地等诸多地线，更要合理设计。这时需要遵循接地线设计基本原则，即不同电路单元内部的电路要以就近原则接地，随后再与信号传输方向总接地连接。接地线不能过长，针对各个频率、电平的接地线要区分开，数字地以及模拟地二者也要区分开。

低频电路当中的布线和、元器件间并不具备非常强的电感，接地电路生成的环流，也会形成非常大的干扰，所以屏蔽线建议使用一点接地的形式;如果信号的工作频率比较高，会提高地线阻抗，这时建议将地线阻抗降低，需要应用就近多点接地法。如果电路板中同时包含了高速逻辑电路和线性电路，这时要尽量将二者区分，地线不能混淆，分别连接电源端地线。

3.3 降低公共藕合影响

降低公共耦合影响，不能在高频高增益、信号电平二者差距比较大的设备、电路板中使用同一个直流电压。如果必须要公用，则要选择内阻比较小的稳压电源。同时，也要执行退耦操作，针对印刷电路板重点位置放置去耦电容。为了降低供电系统电源污染导致的影响，建议应用交流稳压器、低通滤波器等设备，为稳定性提供保证，并且加强抗共模干扰水平，避免电源高次谐波导致的影响。

3.4 避免传输通道长线影响

为了避免长线传输带来的影响，最为可行的举措是配置阻抗。在长线传输过程中，如果阻抗不匹配，传输线将会出现反射，导致信号失真。出现这一问题的原因，在于电子测控系统速度和传输线长度。阻抗匹配需要重点对传输线、负载匹配进行考虑，并且保证传输线和不同信号源能够有效匹配。

3.5 避免分布参数影响

针对这一点，建议从选择布局电路底板元器件部位着手，高增益与高频电路输入输出端，二者距离不能过近，如果有需要可以采取屏蔽措施。实际操作过程中，人体不要与测控设备高频部分距离过近，传输高频信号建议应用金属屏蔽线。避免分布电感导致的影响，测控过程中所使用的接线不能过短，并且要合理区分交流、直流等多种接线，电路板中不同线圈以及变压器等，也要保证接排位置的合理性，如果有必要的话建议屏蔽。在电子测控系统当中，干扰是一个非常复杂的问题，要想真正解决也带有一定的困难，然而不管任何干扰只要了解干扰来源与途径，便可以制定一套科学、可行的抗干扰方案，保证电子测控系统工作效率与质量。