电子工程中的干扰问题及探究

干扰问题很简单,但要深究却很复杂.

1. 首先我们要了解现场系统为什么会有干扰？什么原因？共有几种？

1） 地环流干扰

在工业生产过程中实现监视和控制需要用到各种自动化仪表、控制系统和执行机构,它们之间的信号传输既有微弱到毫伏级、毫安级的小信号;有几十伏,甚至数千伏、数百安培的大信号;既有低频直流信号,也有高频脉冲信号等等,构成系统后往往发现在仪表和设备之间传输相互干扰,造成系统不稳定甚至误操作.出现这种情况除了每个仪表、设备本身的性能原因如抗电磁干扰影响外,还有一个十分重要的原因就是各种仪器设备根据要求和目的都需要接地,例如为了安全,机壳需要接大地;为了使电路正常工作,系统要有公共参考点;为了抑制干扰加屏蔽罩,屏蔽罩也需要接地.但是由于仪表和设备之间的参考点之间存在电势差(也就是各设备的共地点不同)因而形成“地环流”、“接地环路”问题。当环流很大时，会出现很高的共摸噪声电压，并通过分布参数耦合到信号线,或直接连接到电平信号线上,将产生很大的串模干扰,甚至损坏接口电路及设备。

2）自然干扰

雷电是一种主要的自然干扰源，雷电产生的干扰可以传输到数千公里以外的地方。雷电干扰的时域波形是叠加在一窜随机脉冲背景上的一个大尖峰脉冲。宇宙噪声是电离辐射产生的，在一天中不断变化。太阳噪声则随着太阳活动情况剧烈变化。自然界噪声主要会对通信造成干扰 而雷电能量尖峰脉冲可以对很多设备造成损坏，应该加以避免或降低损坏程度，减少损失。

3）人为干扰

电磁干扰产生的根本原因是导体中有电压或电流的变化，即较大的dv/dtdi/dt.dv/dt或di/dt能够使导体产生电磁波辐射。一方面，人们可以利用这一特点实现特定功能，例如，无线通信、雷达或其他功能，另一方面，电子设备在工作时，由于导体中的dv/dt或di/dt会产生伴随电磁辐射。无论主观上出于什么目的，客观上对电磁环境造成了污染。还有工厂企业在生产过程中会经常有一些大型的设备（电机、变频器等）频繁开关，它们也会造成一些容性、感性的干扰，也将影响仪器仪表正常显示或采集。凡是有电压电流突变的场合，肯定会有电磁干扰存在。数字脉电路就是一种典型的干扰源。随着电子技术的广泛应用，电磁污染情况会越来越严重。

2. 怎样解决系统中的三种干扰呢？

首先干扰的三要素是干扰源、敏感源和耦合路径，这三要素缺少一个，电磁兼容问题都不会存。因此要从这三要素入手。找出最方便的解决办法，一般干扰源和敏感源是没办法解决的，通常是从耦合路径想办法，也是最常用的办法。如加屏蔽、加滤波等手段。而处理地环流最为常见也最为麻烦，现在以此为探讨话题。

1）第一种方法：

所有现场设备不接地，使所有过程环路只有一个接地点，不能形成回路，这种方法看似简单。但实际应用中往往很难实现，因为某些设备要求必须接地才能保证测量精度或人身安全，某些设备可能因为长期遭到腐蚀和磨损后或气候影响而形成新的接地点。

2）第二种方法：

使两接地点的电势相同，但由于接地的电阻受地质条件及气候变化等众多因素的影响，这种方法其实在实际中也无法完全能做到。

3）第三种方法：

在各个过程环节中使用信号隔离器，断开过程环路，同时 又不影 响过程信号的正常传输，从而彻底解决地环路的问题。

3. 为什么采用信号隔离器具有很好的优越性呢？

在各个过程环路中使用信号隔离办法可以用DCS或PLC等隔离卡件或者现场带的隔离的变送器（分设备可以做到），也可以用信号隔离器来实现。比较起来，用信号隔离器有以下优点：

绝大部分情况，采用信号隔离器+非隔离卡件比采用隔离卡件便宜
信号隔离器比隔离卡件在隔离能力、抗电磁干扰等方面性能更加优越
信号隔离器应用灵活，而且它还有信号转换和信号分配及接口转换等功能，使用起来更加方便
信号隔离器通常有单通道、双通道、通道间相互完全独立，构成系统的配置、日常维护更加方便。

4. 现在市场有那么多品牌的隔离器，价格参差不齐，该怎么选择呢？ 

隔离器位于二个系统通道之间，所以选择隔离器首先要确定输入输出功能，同时要使隔离器输入输出模式（电压型、电流型、环路供电型等）适应前后端通道接口模式。此外尚有精度﹑功耗﹑噪音﹑绝缘强度﹑总线通讯功能等许多重要参数涉及产品性能，例如：噪音与精度有关、功耗热量与可靠性有关，这些需要使用者慎选。总之，适用、可靠、产品性价比是选择隔离器的主要原则。 

电子干扰大部分是因为电源产生的.电源从哪里来,就从电厂里来,从变电所来.

各个发电厂电源净度和频率都是不一样的.根据电源的干扰特性,如果频率为50HZ,那会产生 (2N+1)*50的干扰带, 当N=0时,干扰是最强的时候,这就是50HZ电源干扰,这时候会产生连续干扰带.

电厂电源主频率从50HZ到400HZ都有,而视频信号频率范围为0-6MHZ,直接就在干扰带频率中,所以电源干扰是首要干扰.

电厂内部有很多电机和轨道设施,还有大量的工业控制信号,而该类信号的工作频率段大都集中在10MHZ以内,而视频信号也在该频段中,干扰非常复杂.

以下是视频同轴干扰问题:

同轴电缆是使用最广泛的视频传输介质，一般用于中短距离的视频信号的传输。同轴电缆的电气特征使得它非常适合传送摄像机到监视器的全视频信号（CCTV视频信号是由分布很广的低频信号和高频信号组成的）。传送低频信号（20赫兹到几千赫兹）时可以使用几乎任何种类的导线。在实际应用中，几乎所有导线都可以用作电话线。但要传送频率范围在20赫兹到6兆赫之间的视频信号，同时不希望有任何衰减时，就需要使用同轴电缆。 
在电视监控系统中采用视频基带传输是最常用的传输方式。所谓基带传输是指不需经过频率变换等任何处理而直接传送全电视信号的方式。这种传输方式的优点是传输系统简单；在一定距离范围内，失真小；附加噪声低（系统信噪比高）；不必增加诸如调制器、解调器等附加设备。缺点是传输距离不能太远；一根视频同轴电缆只能传送一路电视信号等。 
由于这种传输方式具有工作稳定可*及设备简单等优点，因而在实际中获得了广泛的应用。但视频信号频带很宽，并且起始频率又很低，所以在电缆中传输时，其振幅及相位在低频段与高频段的差别就会很大。特别是在相位失真太大时，是难以用简单的电路进行补偿的。同时，基带传输低频部分很容易受到电力、电话、广播等低频干扰源的干扰。 

广播干扰： 

由于实际应用的需要，而必须将电缆在空中架设时，这时电缆本身就相当于一根很长的天线。由于天线效应的结果，电缆中会产生相当大的广播干扰电压，并在电缆外皮上产生干扰电流，这一电流通过电缆两端接地点与地构成回路，于是在终端负载上就会产生广播干扰信号的电压，使干扰信号混入视频信号中。这种干扰信号在图像上表现为较密的斜形网纹，严重时甚至会淹没图象。如果将电缆埋在地下，或采用铅皮电缆、平衡对称电缆等都能较好地克服这种干扰。 

低频干扰： 

电缆屏蔽层对于频率越低的信号其屏蔽效果越差，由于这种原因而引入的干扰信号有载波电话，电台的信号等。它们在图像上造成水平条纹的干扰。 

50Hz电源干扰： 

当系统需要始端与末端同时接地时，由于两端接地电位不同及电缆外皮电阻的存在，在两地之间引起50Hz的地电位差，从而产生干扰信号电压。当干扰信号被叠加在视频信号上时，使正常图像上出现很宽的横暗带。 

50Hz电源频率的二次谐波和三次谐波干扰： 

谐波干扰主要表现在大电流或高电压的电力线周围，是电力电缆向四周的辐射信号，其频率为2500Hz和125000Hz，主要干扰视频信号的低频段。 

传输线路引起的干扰： 

视频传输线的质量不好，特别是屏蔽性能差（屏蔽网不是质量很好的铜线网，或屏蔽网过稀而起不到屏蔽作用）。与此同时，这类视频线的线电阻过大，因而造成信号产生较大衰减，这也是加重故障的原因。此外，这类视频线的特性阻抗不是75Ω以及参数超出规定也是产生故障的原因之一。这种现象的表现形式是在监视器的画面上产生若干条间距相等的竖条干扰，干扰信号的频率基本上是行频的整数倍。 

不洁净电源干扰： 

这里所指的电源不“洁净”，是指在正常的电源（50周的正弦波）上叠加有干扰信号。而这种电源上的干扰信号，多来自本电网中使用可控硅的设备，特别是大电流、高电压的可控硅设备，对电网的污染非常严重，这就导致了同一电网中的电源不“洁净”。比如本电网中有大功率可控硅调频调速装置、可控硅整流装置、可控硅交直流变换装置等等，都会对电源产生污染。不洁净电源使摄像机和其它有源设备工作不稳定，进而形成干扰