1 前言

　　儀器開發(fā)必須考慮普適性，作為一個產(chǎn)品應(yīng)能應(yīng)用于各種各樣場合，也就是說它不僅僅用在實驗室和辦公室，也可能被用在野外，礦山，或工業(yè)監(jiān)測控制現(xiàn)場，可能周圍條件優(yōu)越，也可能環(huán)境惡劣干擾頻繁，質(zhì)量就是生命，如何保證所開發(fā)的儀器具有極高的抗干擾能力和可靠性及是研制者魂牽夢繞的問題。

　　工故使用儀器的苛刻運行環(huán)境主要表現(xiàn)在：工礦現(xiàn)場大耗能設(shè)備多，大功率特別是大感生負載的啟停往往會使電網(wǎng)產(chǎn)生幾百伏甚至幾千伏的尖脈沖干擾。工業(yè)電網(wǎng)欠壓或過壓，常常達到額定電壓的15%，這種惡劣的供電善有時長達幾分鐘、幾小時，甚至幾天。在工礦現(xiàn)場，各種信號線如綁扎在一起或走同一根多芯電纜，由于導(dǎo)線間存在電容性耦合、電感性耦合世電場磁場組合耦合，也是儀器通道出現(xiàn)干擾的主要原因之一，特別是信號線與交流動力線同走一個長的管道中、干擾尤甚，多路開關(guān)或保持器性能不好，也會引起儀器臨近通道信號的竄擾�？臻g各種電磁、氣象條件、雷電甚至地磁場的變化也會干擾得使儀器不能正常工作。此外現(xiàn)場溫度、濕度的變化可能引起電路參數(shù)的發(fā)跡腐蝕性氣體、酸堿鹽的作用，野外的風(fēng)沙、雨淋、甚至鼠咬蟲蛀等都會影響儀器的可靠性。

　　儀器在現(xiàn)場運行所受到的干擾各種各樣，具體情況具體分析，對不同的干擾采取不同的措施，此乃抗干擾的決的原則。這種靈活機動的策略與普適性無疑是矛盾的。解決的辦法應(yīng)當(dāng)采用模塊化的方法。除了基本構(gòu)件外，針對不同的運行場合，儀器可裝配不同的選　件，以有效地抗干擾，提高可靠性。

　　2 尖峰干擾抑制技術(shù)

　　對儀器正常工作危害最嚴重的是電網(wǎng)尖峰脈沖干擾，產(chǎn)生尖峰干擾的用電設(shè)備有：電焊機、大電機、可控機、繼電接觸器、帶鎮(zhèn)流器的充氣照明燈，甚至電烙鐵等。尖峰干擾常使智能儀器中的電腦“習(xí)程序”或“死機”可用硬件、軟件結(jié)合的辦法來抑制。

　　2.1 用硬件線路掏尖峰干擾的影響

　　有如下三種常用辦法：或在儀器交流電源輸入端串入按頻譜均均衡的原理設(shè)計的干擾掏器，將尖峰電壓集中能量分配到不同的頻段上，從而減弱其破壞性，或在儀器交流電源輸入端加超級隔離變壓器，利用鐵磁共振原理抑制尖峰脈沖;或在儀器交流電源的輸入端并聯(lián)壓敏電阻利用尖峰脈沖到來時電阻值減小，隆低儀器從電源分得的電壓，從而削弱干擾的影響。

　　2.2 利用軟件方法抑制尖峰干擾

　　管者參與研制的我國第一臺聲發(fā)射售在北京某研究院做實驗時，旁邊有一個可控硅設(shè)備基工作。每周期，當(dāng)可控硅一導(dǎo)通我們的聲發(fā)射信上就出現(xiàn)一個尖峰脈沖干擾。對于這種周期性干擾，我們編程進行的時間濾波，也就是用程序控制在可控硅導(dǎo)通瞬間不采樣，從而有效地掏了干擾。

　　2.3 采用硬、軟件結(jié)合的看門狗(watchdog)技術(shù)抑制尖脈沖的影響

　　軟件方面這樣安排：只要在定時器定時到之前，CPU訪問一次定時器，讓定時器重新開始計時，正常程序運行，該定時器望遠不會產(chǎn)生溢出脈沖，watchdog也就不會起作用。一旦尖峰干擾出現(xiàn)了“飛程序”則CPU就不會在定時到之前訪問定時器。因而定時到信號就會出現(xiàn)，引起系統(tǒng)復(fù)位中中斷，保證智能儀器回到正學(xué)程序上來。

　　3 噪聲干擾抑制技術(shù)

　　廣義上講，一切無用的信號都叫噪聲。噪聲客觀存在，從某種意義上說，開發(fā)儀器的過程自始至終就是和噪聲作斗爭的過程。

　　3.1 屏蔽技術(shù)

　　根據(jù)導(dǎo)線間電耦合、磁耦合及電磁耦合產(chǎn)生相互干擾的機現(xiàn)，在儀器布線方面應(yīng)做到：強電的饋線必須單獨走，絕對不能和信號線混在一起;努力使強信號線與弱信號線正交;不能避開的平稱走線，應(yīng)保持強信號線與弱信號線的距離是士氣地線內(nèi)徑的40使用連接線方面應(yīng)做到：針對電場耦合引起的干擾，采用無網(wǎng)孔的鋁箔屏蔽電纜且使兩端引線外露部分量短，同軸電纜單端接地;針對磁場耦合產(chǎn)生的干擾，采用雙絞線，讓法線相反的小回路面積相等，使磁場干擾的影響相互抵消;針對電磁耦合產(chǎn)生的干擾可采用結(jié)合雙絞線和同軸電纜兩者優(yōu)點的雙絞屏蔽對，此外在干擾源周圍加上屏蔽體且將屏蔽體一點接地，可把電場開成的干擾湖屏蔽掉，使之對鄰近導(dǎo)線或回路不產(chǎn)生干擾且可抑制磁場對弱信號回路可能造成的干擾。

　　3.2 濾波技術(shù)

　　濾波的本質(zhì)是擋住噪聲，只讓有效信號暢通，除了前面提到的時間濾波之外，還有波濾波、頻率濾波、幅度波波和空間濾波，無論哪種形式，其同點都是抓住噪聲和有效信號的差別去偽存真，現(xiàn)分述如下：

　　(1)波形濾波

　　這種方式是根據(jù)真假信號波形前沿陡度不同設(shè)置的，例如聲發(fā)射信號波形的前沿很耳，而噪聲的前沿卻不韋，我們可以利用兩上間限電路和一個計時電路進行鑒別。外來的信號前沿超過下門限就妄動計時，到達上門限就停止計時，再借助比較器和門電路，只有計時小于一定值的才是真信號，打開門讓其進到儀器中，否則便是噪聲，控制將其拒之門外。

　　(2)頻率濾波

　　這種謀劃　根據(jù)真假信號的頻率不同設(shè)置的，可分有濾源波器和無源濾波器兩大類，每一類又包括低通、高通、帶通、帶阻四種，視有效信號的噪聲和頻率決定采用哪種濾波器。

　　(3)幅值濾波

　　這種方式是建立在噪聲的幅度較小而有效信號幅度較大的基礎(chǔ)上的，利用比較器設(shè)置門檻電路，實現(xiàn)對幅值超過門檻的信號，開門放行，將幅值低于門檻的信號作為噪聲擋住。

　　(4)空間濾波

　　這種方式是建立在已知有效信號源空間位置基礎(chǔ)之上的，來自 里的信號是有效信號，把其空間發(fā)出的信號都當(dāng)作噪聲，可用符合和主從兩種方式鑒別。例如我們要用發(fā)射儀監(jiān)視一條焊穎，就把傳感器對稱放置在焊穎的兩邊，于是兩上傳感器同時收到的便是來自焊穎的信號，認為是真的，讓其進到儀器中處理;而兩上傳感器不是同時收到的信號就是假的，不予處理。再例如我們要用聲發(fā)射儀監(jiān)視一個區(qū)域，可以把傳感器分為主從兩類，多個傳感器這樣設(shè)置，使來自監(jiān)視區(qū)的信號讓從傳感器先收到，主傳感器后收到，相應(yīng)設(shè)計線路保證主傳感器先收到的信號以真的對待，而從傳感器先收到的信號以假的論處。

　　(5)軟件濾波

　　程序?qū)崿F(xiàn)濾波是智能儀器所獨有的，可對包括頻率很低(如0.01Hz)的干擾信號在內(nèi)的各種干擾信號進行濾波，一個數(shù)字濾波程序能為儀器多個輸入通道共用。常用的軟件濾波方法：

　　a:平均值濾波，即把M次采樣的自述平均值作為濾波器的輸出，也可以根據(jù)需要增加新鮮采樣的值的比重，形成加權(quán)平均值濾波。

　　b:中值濾波，即把M次連續(xù)采樣值進行排序，取其中位值作為濾波器的輸出，這種方法對緩變過程的脈沖干擾濾波效果良好。

　　c:限幅濾波，這種方法是根據(jù)采樣周期和真實信號的正常變化率確定相鄰兩次采樣的最大可能差值Δ，將本次采樣和上次采樣的差值小于等于Δ的信號認為是有效信號，大于Δ的信號作為噪聲處理。

　　d:慣性濾波，此乃模擬PC濾波器的數(shù)字實現(xiàn)，適用于波罷頻繁的有效信號。

　　3.3 接地技術(shù)

　　為避免噪聲耦合，通常在儀器中應(yīng)有3條分開的地線：一條是低電平地線，一條是強電的地線(又稱噪聲地線)，一條是儀器機殼地線(又稱“金屬件”地線)視而不見條地線應(yīng)在一點連接接地。

　　儀器的高電平線和低電平線不要接同一接插件，不得已用同一接插件時，應(yīng)把地線和備用端子放在高低電平端子的中間。低電平電纜的屏蔽層要一端接地，屏蔽層外面要有絕緣層，以防與其它地線磁觸。兩條以上的屏蔽電纜共用一個接插件時，每條電纜的屏蔽層最好單獨用一個端子。

　　以上措施筆者在開發(fā)智能供水裝置中均采用，效果良好。

　　3.4 電氣隔離技術(shù)

　　為防止高電壓、大電流、大功率等強電或長輸線上產(chǎn)生的各種干擾信號進入智能儀器內(nèi)部，防礙正常工作，可使信息傳輸?shù)穆窂皆陔姎馍细綦x，亦即隔離前后兩部分線路之間無電氣上的連接，在電氣上是互相獨立的兩上系統(tǒng)，各自獨立的電源和參考電位，互相間毫不相關(guān)，靠非電方式(如磁、光等)來傳送信息。

　　(1)磁隔離的方法

　　常見磁隔離種類有：隔離變壓器、電流為壓器、各種電壓電流互感器，調(diào)制觸調(diào)式隔離放大器�？捎脕韨髋卸üりP(guān)信號，也可用來傳遞交、緩變甚至是直流的模擬信號，在低頻范圍內(nèi)實現(xiàn)理想傳輸，但也有速度慢，功耗大，會造成較高的頻率信號的損失及開關(guān)信號的前沿耳度下降等缺點。

　　(2)光隔離的方法

　　光隔離的方法是采用肖傳遞信息進行電氣隔離。由于光隔離的電氣絕緣性能極佳，光纜傳遞信號不易受處蜀如雷電、強磁場等的影響，所以是一種較理想的隔離方法。常見的光隔離器件有：光電開關(guān)、光電隔離器、光纜、光觸發(fā)可控硅及模擬信號光電隔離裝置等。因為其功耗小、結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠，故開發(fā)智能儀器首選這種方法。

　　3.5 其他抗干擾技術(shù)

　　(1)穩(wěn)壓技術(shù)

　　目前智能儀器開發(fā)中常用的穩(wěn) 壓電源有兩種：一種是由集成穩(wěn)壓芯片提供的串聯(lián)調(diào)整電源，另一種是DC-DC穩(wěn) 壓電源，這對防止電網(wǎng)電壓波動干擾儀器正常工作有效。

　　(2)抑制共模干擾技術(shù)

　　采用差分放大器，提高差分放大器的輸入阻抗 或降低信號源內(nèi)阻可大大降低共模干擾的影響。

　　(3)軟件補償技術(shù)

　　外界因素如姿態(tài)溫濕度變化等也會引起某些參數(shù)的變化，造成偏差。我們可以利用軟根據(jù)好的外界因素的變化和誤差由線進行修正，去掉干擾，筆者在飛機燃油油量的計算機測量系統(tǒng)中有成功的應(yīng)用。