混凝土電子計(jì)量中的抗干擾措施

摘　要： 在修建高速公路、橋梁、高層建筑等許多建筑工程中，為了保證建筑質(zhì)量，多采用混凝土配料控制系統(tǒng)，以保證混凝土的配比。混凝土配料控制系統(tǒng)主要由單片機(jī)和電子計(jì)量電路構(gòu)成，在施工工地大型機(jī)械和電氣設(shè)備使用比較普遍，干擾源較多。但混凝土電腦配料控制系統(tǒng)中的電子計(jì)量由于信號(hào)較弱，易于受到各種電磁干擾，從而影響計(jì)量的精度。在研制混凝土控制系統(tǒng)配料的過程中，分析各種干擾產(chǎn)生的原因，針對(duì)不同的干擾源采取了不同的抗干擾措施，取得了較好的效果。重點(diǎn)介紹了在混凝土配料控制系統(tǒng)的工作原理和在工作過程中遇到的各種干擾源產(chǎn)生的原因及采取的措施。

關(guān)鍵詞： 干擾；精度；計(jì)量； 隔離；采樣

    混凝土的技術(shù)指標(biāo)對(duì)于整個(gè)建筑工程的質(zhì)量有著舉足輕重的關(guān)系。為了保證混凝土的技術(shù)指標(biāo)，提高工程的質(zhì)量，必須保證混凝土配料的精度。但是由于電子計(jì)量在工作過程中受到大量干擾源的干擾，會(huì)嚴(yán)重影響計(jì)量的精度。保證配料的精度是電子計(jì)量的前提。因此，對(duì)產(chǎn)生干擾的干擾源的分析以及采取抗干擾的辦法，在電子計(jì)量器的設(shè)計(jì)中必須給予充分的考慮。針對(duì)計(jì)量過程中出現(xiàn)的干擾現(xiàn)象，在設(shè)計(jì)過程中進(jìn)行了分析，主要采取以下措施，取得了很好的效果。

1　電子計(jì)量的工作原理

    拉力傳感器將機(jī)械拉力轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，信號(hào)經(jīng)過AD620放大電路放大，利用LM331的V/F轉(zhuǎn)換功能，將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻率信號(hào)，通過光電耦合輸入單片機(jī)，單片機(jī)通過對(duì)信號(hào)的處理、計(jì)算，根據(jù)配方的要求輸出信號(hào),經(jīng)過光電隔離及驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)繼電器的動(dòng)作，控制送料和出料電機(jī)的起停。其過程流程圖如圖1所示。

2　電子計(jì)量中干擾源的分析

    拉力傳感器輸出的信號(hào)為毫伏級(jí)的微弱信號(hào)。需要通過信號(hào)放大才能進(jìn)行V/F 轉(zhuǎn)換，所以測量信號(hào)有很小的干擾，就可能產(chǎn)生很大的偏差。用于控制進(jìn)料和出料的是大電流、大功率的電動(dòng)機(jī)，混凝土配料的工作現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜、惡劣。因此存在大量的電磁干擾源。主要包括：

    (1) 大電流、大功率電動(dòng)機(jī)等用電設(shè)備的頻繁啟動(dòng)、停止產(chǎn)生的電源波動(dòng)，會(huì)對(duì)電路的供電電壓產(chǎn)生干擾。

    (2) 大電流、大功率電動(dòng)機(jī)等用電設(shè)備產(chǎn)生的電場和磁場信號(hào)，對(duì)測量信號(hào)和頻率信號(hào)產(chǎn)生很大的干擾。

    (3) 由空間電磁輻射的干擾。例如：通訊工具的使用對(duì)測量信號(hào)也會(huì)產(chǎn)生干擾。

    這些干擾信號(hào)的存在，必然會(huì)影響到電子計(jì)量器的精度，不采取有效的措施，很難保證設(shè)備穩(wěn)定的工作。

3　抗干擾的原理及措施

    干擾源、傳輸途徑和對(duì)干擾信號(hào)敏感的接收電路，是產(chǎn)生電磁干擾的3個(gè)基本條件，并且只有同時(shí)具備3個(gè)條件時(shí)才產(chǎn)生干擾。如果消除其中任意一個(gè)條件，干擾也就自然消除了?？垢蓴_就是設(shè)法破壞其中的一個(gè)或幾個(gè)產(chǎn)生干擾的基本條件。通常采取的方法是：

    ① 抑制噪聲源，直接消除干擾產(chǎn)生的源頭。

    ② 切斷電磁干擾的傳遞途徑，消除干擾源與受擾設(shè)備間的干擾耦合。

    ③ 增強(qiáng)受擾設(shè)備抵抗電磁干擾的能力，降低其對(duì)干擾信號(hào)的敏感性。

    通過上面的分析，混凝土電子計(jì)量的工作現(xiàn)場，對(duì)噪聲源進(jìn)行抑制比較困難。因此，采用切斷干擾的傳遞途徑和增強(qiáng)受擾設(shè)備抵抗電磁干擾能力的方式比較合理。對(duì)此采取以下措施：

    (1) 屏蔽是抑制空間干擾的主要措施，方法是利用屏蔽體切斷或削弱干擾場的空間耦合通道，阻止其電磁能量的傳遞。

    ①對(duì)信號(hào)的傳輸通道選用屏蔽性能較好的屏蔽電纜，并良好接地。

    ②對(duì)電氣控制柜的全金屬殼體屏蔽，并將屏蔽罩進(jìn)行良好接地，任何殼體間的絕緣都會(huì)導(dǎo)致干擾外逸。

    ③正確接地和合理布線。為切斷電氣線路對(duì)信號(hào)線的干擾耦合，布線的原則是交直流分開、強(qiáng)弱分開、模擬與數(shù)字信號(hào)分開。

    (2) 電流采用隔離變壓器。由電壓、電流突變會(huì)在電源線和地線上產(chǎn)生脈沖干擾，根據(jù)有關(guān)方面的測試表明,這種干擾電壓峰值由幾百伏至幾千伏不等，其頻率為幾百赫茲至兩兆赫茲，其持續(xù)時(shí)間為干擾電壓的1～3個(gè)周期，為此可采用抗干擾隔離變壓器。這種變壓器在繞制時(shí)將初級(jí)和次級(jí)分開繞制，并加屏蔽來減少其分布電容，以提高抗干擾能力。

    (3) 對(duì)交流電源實(shí)行濾波。在220V交流電源通過隔離變壓器后又加裝了濾波電路如圖2所示。

    圖2 中C2= 6 800 pF，C3= 1～10 LF 。這種濾波器對(duì)濾掉干擾頻率有一定效果。因L對(duì)較高頻率有一定的阻抗。而電容C，對(duì)高頻阻抗小，可對(duì)干擾頻率提供回路，故對(duì)濾除干擾很有效。

    (4) 采用開關(guān)電源。當(dāng)電源經(jīng)整流濾波后，雖干擾電平經(jīng)整流濾波器濾波，但一般電解電容的感抗分量對(duì)脈沖干擾較為顯著，所以仍有余量耦合進(jìn)入下一級(jí)。此級(jí)為振蕩級(jí)，振蕩則是利用元件的非線性飽和特性，對(duì)尖脈沖有較好的抑制作用，而且振蕩頻率近十萬赫茲，其濾波則以高頻濾波為主，無疑對(duì)尖脈沖有很好的抑制作用。因此開關(guān)電源的抗干擾能力強(qiáng)。目前，這種電源已得到廣泛應(yīng)用。

    ( 5) 微機(jī)與外設(shè)I/O采用隔離措施。用光電隔離措施，將外設(shè)與微機(jī)完全隔離，其信號(hào)通過光電耦合互通。

    電源各自獨(dú)立，不共地。來自現(xiàn)場傳感器的是模擬信號(hào)的輸入，模擬信號(hào)比較容易受到干擾。而輸出信號(hào)引向受控部件，受控元件則是大電流的繼電器，可將接收到的干擾電平傳輸?shù)接?jì)算機(jī)接口電路，擾亂微機(jī)正常工作。因而可將輸入輸出信號(hào)進(jìn)行隔離，與主機(jī)無電連接，微機(jī)相對(duì)外設(shè)處于浮空，如圖3所示。

    (6) 軟件的抗干擾措施。由于干擾的途徑復(fù)雜，頻率雜散，因而較為頑固。所以，應(yīng)多方面采取措施。除在硬件上積極消除干擾，軟件也可采取數(shù)字濾波處理程序。

    ①取平均值法。適合于模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)處理。方法是在一定時(shí)間范圍內(nèi)，對(duì)一點(diǎn)連續(xù)多次采樣，然后對(duì)取得的數(shù)據(jù)計(jì)算其平均值。

    ②比較法。因干擾脈沖往往是規(guī)則且隨機(jī)的脈沖電壓和頻率，而對(duì)數(shù)據(jù)的采集，對(duì)程序的運(yùn)行是極短時(shí)間的破壞，其時(shí)間的持續(xù)一般是干擾電壓1～3個(gè)周期。若在一定時(shí)間范圍內(nèi)分幾次采集，然后對(duì)采集回的數(shù)據(jù)逐個(gè)比較，選取相同的數(shù)據(jù)為正確信號(hào)，能在很大程度上避開因干擾而采集回的數(shù)據(jù)發(fā)生錯(cuò)誤。當(dāng)然，也可能在這段時(shí)間內(nèi)因干擾過強(qiáng)，比較不一而丟失數(shù)據(jù)，但這種機(jī)率是極小的。因干擾現(xiàn)象復(fù)雜而頑固，需采取硬件、軟件雙重措施來消除干擾。