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机载数据采集系统抗干扰技术研究

  摘 要:数据采集系统在应用过程中由于屏蔽不正确,布线和接地不合理造成的干扰,可直接影响到飞机试飞数据的有效性。本文对屏蔽和接地抗干扰技术进行了分析,并提出了合理布线、屏蔽和接地的实现方法,以提高数据采集系统抗干扰能力,使测试采集系统更准确、稳定可靠,保证科研试飞顺利进行。
  关键词:数据采集系统;屏蔽;接地;干扰
  中图分类号:TP 309.1 文献标识码:A DoI: 10.3969/j.issn.1003-6970.2012.03.020
  干扰电压的强度是与a回路至b回路的磁通密度成正比的,而这个磁通密度与a回路内的电流量成正比,并与两回路间的距离成反比。不难看出,有效抑制磁场耦合干扰的方法,依然是采用回路间远离同时避免平行走线的设计原则。
  1.3 屏蔽线的使用
  在复杂电磁环境中,为防止出现电磁干扰的出现经常会使用屏蔽线,其常见的使用方式有3种,分别如图1、图2、图3所示。
  图1中屏蔽层是单端接地方式,i1是信号电流,从芯线流入,流过包含负载电阻RL的屏蔽线后通过屏蔽层接地。不难看出i1与i2大小相等、方向相反且为同一轴线上中心对称的,所以它们产生的环形磁场将相互抵消,这是一个抑制磁场干扰效果很好的措施。
  图2中屏蔽层是两端接地方式,由于屏蔽层上流过的电流i2受地环电流IG的制约,i2 < i1,所以这种方式不能完全屏蔽信号电流所产生的磁场干扰,因此,它抑制磁场耦合干扰的能力比图1所示方法差。
  图3中屏蔽层悬浮,因此屏蔽层只具有屏蔽电场耦合干扰能力,降低导线外部电场的电势能,而不具备抑制磁场耦合干扰能力。
  1.4 双绞线的使用
  如果双绞线的绞扭方向一致的话,两条绞合线产生的电磁场大小相等,方向相反,因此两绞线产生的磁场可以相互抵消[3]。但双绞线本身存在电场耦合干扰的可能,所以需要给双绞线加上屏蔽层,来抑制其电场干扰。为了使屏蔽层取得好的抗干扰效果,屏蔽层需做接地处理。在传输低频信号时,可采用单端接地方式,如图4所示;在传输高频信号时,可采用双端接地方式,如图5所示。
  根据双绞线抗干扰特点而言,最好的应用是作为平衡式传输线路,因为两条线的阻抗大致相等,抑制自身产生的磁场干扰或抵抗外部环境的磁场干扰效果都很好。同时,平衡式传输又独具很强的抗共模干扰能力,因此成为大多数弱电信号的传输线来被广泛应用。
   2 接地抗干扰技术
  接地主要是为了避开地环电流干扰和降低公共线的耦合干扰。单点接地适于抑制本身信号对外产生干扰,并不产生地环电流;并联接地虽然抑制磁场耦合干扰的能力稍弱,却是降低公共地线阻抗耦合干扰的有效措施,这两种接地方式是数据采集测试系统中常用的基本接地方法。
  接地的含义并不是指短接大地,而是定义电路或系统的基准电位,其绝缘电阻通常要求达到50兆欧以上。直流地悬浮可以隔离交流地网的干扰,但直流地悬浮容易产生静电,静电量过大,在放电时会损坏器件、击伤人员等等;而如果直流地与大地的绝缘电阻减小,将会引入很多的外部干扰。所以接地方式需在系统设计时全面考虑,不仅考虑克服相互耦合干扰的问题,还要考虑整套系统的安全。



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