干擾對(duì)測(cè)試系統(tǒng)的穩(wěn)定度和精確度起到了直接的影響,，嚴(yán)重時(shí)可使測(cè)試系統(tǒng)不能正常工作。因此,，從系統(tǒng)的設(shè)計(jì),、制造、使用方式以及工作環(huán)境等各個(gè)方面都不得不優(yōu)先考慮抗干擾問(wèn)題,。所以對(duì)干擾的研究是測(cè)試技術(shù)的重要課題,。
干擾形成的全過(guò)程是由干擾源發(fā)出的干擾信號(hào)，經(jīng) 過(guò)耦合通道達(dá)到受感器上,，構(gòu)成整個(gè)系統(tǒng)的干擾,。干擾的三個(gè)環(huán)節(jié)，稱之為干擾系統(tǒng)的三要素,，如圖1所示,。要有效地抑制干擾，首先要找到干擾的發(fā)源地,，防患于 發(fā)源處是抑制干擾的積極措施,。當(dāng)產(chǎn)生了難以避免的干擾，削弱通道對(duì)干擾的耦合以及提高受感器的抗干擾能力就成為非常重要的方法,。
為了討論方便,，將干擾源分為來(lái)自測(cè)試系統(tǒng)外部和同部的兩個(gè)方面，現(xiàn)分別給予討論,。
1 來(lái)自測(cè)試系統(tǒng)外部的干擾
1.1 自然干擾
自然干擾包括雷達(dá),、大氣層的電場(chǎng)變化、電離層變化以及太陽(yáng)黑子的電磁輻射等,。雷電能在傳輸線上產(chǎn)生輻值很高的高頻涌浪電壓,，對(duì)系統(tǒng)形成的干擾。 太陽(yáng)黑子的電磁輻射能量很強(qiáng),，可造成無(wú)線通信中斷,。來(lái)自宇宙的自然干擾，只有高頻才能穿過(guò)地球外層的電離層,，頻率在幾十MHz到200MHz之間,，電壓一般在μV量級(jí)，對(duì)低頻系統(tǒng)影響甚微,。
1.2 放電干擾
1.2.1 電暈放電
最常見(jiàn)的電暈放電來(lái)自高壓輸出線,。高壓輸電線因絕緣失效會(huì)產(chǎn)生間隙脈沖電流，形成電暈放電,。在輸電線垂直方向上的電暈干擾,，其電平隨頻率升高而衰減。當(dāng)頻率低于1MHz時(shí)，衰減微弱,；當(dāng)頻率高于1MHz時(shí)，急劇衰減,。因此電暈放電干擾對(duì)高頻系統(tǒng)影響不大,，而對(duì)低頻系統(tǒng)影響較為嚴(yán)重，應(yīng)引起注意,。
1.2.2 輝光放電
輝光放電即氣體放電,。當(dāng)兩個(gè)接點(diǎn)之間的氣體被電離時(shí)，由于離子磁撞而產(chǎn)生輝光放電,，肉眼可見(jiàn)到藍(lán)色的輝光,。輝光放電所需電壓與接點(diǎn)之間的距離、 氣體類型和氣壓有關(guān),。熒光燈,、霓紅燈、閘流管以及工業(yè)生產(chǎn)中使用的大型輝光離子氧化爐等,，均是利用這一原理制造的輝光放電設(shè)備,。這類設(shè)備對(duì)測(cè)試系統(tǒng)都是干擾源，頻率一般為超高頻,。如熒光燈干擾,，電壓為幾十到幾千微伏（μV），甚至可達(dá)幾十毫伏（mV）,。
1.2.3 弧光放電
弧光放電即金屬霧放電,。最具典型的弧光放電是金屬電焊?；」夥烹姰a(chǎn)生高頻振蕩,，以電波形式形成干擾。這種干擾對(duì)測(cè)試系統(tǒng)危害較大,，甚至對(duì)具有專門防干擾的設(shè)備,，在半徑為50米的范圍內(nèi)，當(dāng)頻率為0.15～0.5MHz時(shí),，干擾電壓最低仍可達(dá)1000μV,；當(dāng)頻率為2.5～150MHz時(shí)，也可達(dá)200μV,。
1.2.4 火花放電
電氣設(shè)備觸點(diǎn)處的繼續(xù)電流將引起火花放電,。這種放電出現(xiàn)在觸點(diǎn)通斷的瞬間，如電動(dòng)機(jī),、電刷同鄰近的整流片反復(fù)接通和斷開(kāi),，形成很寬頻率范圍的火 花放電干擾。這種干擾波雖被電機(jī)金屬外殼屏蔽，但還會(huì)有部分通過(guò)窄小的空隙處和引出線輻射出來(lái),。盡管如此,，這種干擾仍具有較大的能量。小型電鉆的干擾電平約為20～80dB（200MHz以下）,，可使鄰近電視圖像不停跳動(dòng),。
內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)是一個(gè)很強(qiáng)的干擾源。這種點(diǎn)火系統(tǒng)產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊電流,，從而激勵(lì)附屬電路振蕩,，并由點(diǎn)火導(dǎo)線輻射出去。這種干擾的頻率分量很高,，在20～1000MHz范圍內(nèi),，干擾半徑可達(dá)50～100m的范圍。
須指出,，各種電氣開(kāi)關(guān)通,、斷時(shí)并不都會(huì)產(chǎn)生放電現(xiàn)象，但由于通,、斷時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)烈的脈沖電流有非常豐富的頻率分量,，這種干擾能通過(guò)開(kāi)關(guān)連線輻射出去。
1.3 工頻干擾
供電設(shè)備和輸出線都產(chǎn)生工頻干擾,，這種干擾隨處可見(jiàn),。低頻信號(hào)只要有一段與供電線平行，50Hz交流電就會(huì)耦合到信號(hào)線上成為干擾,。
直流電源輸出端也可能出現(xiàn)不同程度的交流干擾,，它發(fā)生在系統(tǒng)內(nèi)部，待討論系統(tǒng)內(nèi)部干擾時(shí)再述,。
1.4 射頻干擾
通信設(shè)備,、無(wú)線電廣播、電視,、雷達(dá)等通過(guò)天線會(huì)發(fā)射強(qiáng)烈的電波,，高頻加熱設(shè)備也會(huì)產(chǎn)生射頻輻射。電磁波在測(cè)試系統(tǒng)的傳輸線上以及接收天線上,，會(huì) 感位出大小不等的射頻信號(hào),。有的電磁波在接收天線上產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)比欲接收的信號(hào)電動(dòng)勢(shì)大上萬(wàn)倍。這類干擾的頻帶有限且可知,，選擇適當(dāng)濾波器即可消除,。
1.5 靜電干擾
摩擦產(chǎn)生的靜電作為能源來(lái)說(shuō)是很小的，但是電壓可達(dá)數(shù)萬(wàn)伏,。帶有高電位的人接觸測(cè)試系統(tǒng)時(shí),，人體上的電荷會(huì)向系統(tǒng)放電,，急劇的放電電流造成噪聲干擾，能影響測(cè)試系統(tǒng)的正常工作,。
2 來(lái)自測(cè)試系統(tǒng)的內(nèi)部的干擾
2.1 電源干擾
所產(chǎn)生的干擾主要是從電源和電源引線侵入系統(tǒng),。情況如下：
當(dāng)系統(tǒng)與其它經(jīng)常變動(dòng)的大負(fù)載共用電源時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電源噪聲,。
當(dāng)使用較長(zhǎng)的電源引線來(lái)進(jìn)行傳輸時(shí),，所產(chǎn)生電壓降及感應(yīng)電勢(shì)等也會(huì)形成噪聲。
系統(tǒng)所需的直流電源,，一般均為由電網(wǎng)交流電經(jīng)濾波、穩(wěn)壓后提供,，有時(shí)會(huì)因某種原因凈化不佳,，對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。這種干擾常給高精度系統(tǒng)帶來(lái)麻煩,，應(yīng)引起重視,。
2.2 地線干擾
測(cè)試系統(tǒng)往往共用一個(gè)直流電源或不同電源共用一個(gè)地線。因此,，當(dāng)各部分電路的電流均流過(guò)公共地線時(shí),，會(huì)在其上產(chǎn)生電壓降，形成相互影響的噪聲干 擾信號(hào),。這種情況在數(shù)字電路和模擬電路共地時(shí)非常明顯,。圖2（a）中Rcm是模擬系統(tǒng)和數(shù)字系統(tǒng)的公共接地線的電阻。通常,，數(shù)字系統(tǒng)的入地電流比模擬系統(tǒng)大得多,，并且有較大的波動(dòng)噪音。即使Rcm很小,，數(shù)字電路也會(huì)在其兩端形成較高電壓,，使模擬系統(tǒng)的接地電壓不能為零。圖2（b）中模擬電路是測(cè)量前置放大 器,，數(shù)字系統(tǒng)的入地電流（若為2A）在Rcm（若為0.01Ω）上產(chǎn)生電壓（20mV）,，此電壓與測(cè)量電壓Vs疊加。若Vs=100mV,，那么測(cè)量精度將會(huì)低于20%,。
2.3 信號(hào)通道的耦合干擾
往往傳感器設(shè)在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，而顯示,、記錄等測(cè)量裝置則安置在離傳感器有一定距離的控制室內(nèi),。兩者之間需要很長(zhǎng)的信號(hào)傳輸線，信號(hào)在傳輸過(guò)程中很容 量受到干擾,，導(dǎo)致所傳輸?shù)男盘?hào)發(fā)生畸變或失真,，所產(chǎn)生的干擾主要有：傳輸線周圍空間電磁場(chǎng)對(duì)傳輸線的電磁感應(yīng)干擾,；當(dāng)兩條或兩條以上信號(hào)強(qiáng)弱不同的線相互靠得很近時(shí)，通過(guò)線間分布電路和互感而形成的線間干擾,，即輸線間的串?dāng)_,。
2.3.1 容性（電場(chǎng)）耦合干擾
當(dāng)干擾源產(chǎn)生的干擾是以電壓形式出現(xiàn)時(shí)，干擾源與信號(hào)電路之間就存在容性（電場(chǎng)）耦合,，這時(shí)干擾電壓線電容耦合到信號(hào)電路,，形成干擾源。
對(duì)于平行導(dǎo)線,，由于分布電容較大,，容性耦合較嚴(yán)重。在圖3（a）中,，導(dǎo)線1和導(dǎo)線2是兩條平行線,，C1和C2分別是各線對(duì)地的分布電容，C12 是兩線間分布的耦合電容,，V1是導(dǎo)線1對(duì)地電壓,，R是導(dǎo)線2對(duì)地電阻。由圖3（b）等效電路可得導(dǎo)線1電壓通過(guò)耦合導(dǎo)線2上產(chǎn)生的電壓V2為：
當(dāng)R>>1/jω(C12+C2)時(shí),，式（1）可簡(jiǎn)化為：
V2=C12V1/（C12+C2）（2）
此時(shí)V2按電容分壓,，這種耦合情況是嚴(yán)重的。
當(dāng)R<<1/jω(C12+C2)時(shí),，則式（1）可簡(jiǎn)化為：
V2=jωC12RV1 (3)
由式（1）,、（2）、（3）可知,，容性耦合干擾隨著耦合電容的增大而增大,。
2.3.2 感性（磁性）耦合
當(dāng)干擾源是以電流形式出現(xiàn)的，此電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)通過(guò)互感耦合對(duì)鄰近信號(hào)形成干擾,。圖4是互感耦合示意圖,，兩鄰近導(dǎo)互之間存在分布互感M,M=φ/I1（其中，I1是流過(guò)導(dǎo)線1的電流,，φ是電流I1產(chǎn)生的與導(dǎo)線2交線的磁通）,，由互感耦合在導(dǎo)線2上形成的互感電壓為V2=2ωMI1,此電壓在導(dǎo)線上是串聯(lián)的。從式中可知V2與干擾的頻率和互感量成正比,。
2.4 測(cè)試系統(tǒng)內(nèi)部的其它干擾
測(cè)試系統(tǒng)由于設(shè)計(jì)不良或某些器件在工作時(shí)會(huì)形成干擾,。這些內(nèi)部干擾一般比較微弱，但對(duì)于小信號(hào)高精密測(cè)試系統(tǒng)來(lái)說(shuō)卻不可忽視,。
2.4.1 溫差電勢(shì)
當(dāng)電流回路的導(dǎo)線采用不同的金屬,，并且在連接處具有不同的溫度時(shí)，則在回路內(nèi)將產(chǎn)生溫差電勢(shì),。在圖5中,，如一支路R為康銅,，另一支路RL為銅，則溫差電勢(shì)V0=V01-V02=1～100μV,，此電勢(shì)將疊加到測(cè)量電壓Vm上,，使得終結(jié)果為Vm+V0。
2.4.2 電阻熱噪音
熱噪音是電阻一類導(dǎo)體由于電子布朗運(yùn)行而引起的噪音,。導(dǎo)體中的電子始終在作隨機(jī)運(yùn)行,，并與分子一起處于平衡狀態(tài)。電子的這種隨機(jī)運(yùn)行將會(huì)產(chǎn)生一 個(gè)交流成份,，這個(gè)交流成份就稱為熱噪音（或稱為電阻噪音）,。熱噪音可用尼奎斯特公式計(jì)算，其中k為波爾茲曼常數(shù),，k=1.3804×10 -23J/K,，T為絕對(duì)溫度（K），R為電阻值（Ω）,，Δf為所考慮的頻帶（Hz）。當(dāng)T=300K,，R=1MΩ,，Δf=400Hz時(shí)，熱噪音電壓
2.4.3 轉(zhuǎn)接干擾
電路轉(zhuǎn)接過(guò)程中通常會(huì)產(chǎn)生干擾脈沖,，此干擾脈沖又可能引起另一次不希望的轉(zhuǎn)接過(guò)程,。這種轉(zhuǎn)接過(guò)程脈沖一般可用接上電容或二極管來(lái)減小。
2.4.4 微音干擾
機(jī)械顫動(dòng),、接觸電阻的變化或電纜電容（或電感）的變化,，均會(huì)產(chǎn)生微音干擾。
2.4.5 壓電效應(yīng)干擾
彎折電纜時(shí),，若介質(zhì)中產(chǎn)生機(jī)械力,，就會(huì)引起壓電效應(yīng)干擾。例如,，感應(yīng)電荷為Q=10 -10A·s,，電纜電容率C/L=100pF/m，電纜長(zhǎng)度L=5m,，電纜電容C=500pF,，則彎折電纜時(shí)產(chǎn)生的電壓為：
V=Q/C=10 -10/(5×100×10 -12)=200（mV）
弄清楚干擾源是首要條件，否則抗干擾措施都無(wú)從下手,。為達(dá)到抑制干擾的目的,，本文所著重論述的干擾源的情況，都是筆者多年在設(shè)計(jì)及工作實(shí)踐中的 體會(huì),。值得一提的是：在測(cè)試系統(tǒng)中,，干擾的來(lái)源是非常復(fù)雜的,，并非所有干擾都會(huì)同時(shí)出現(xiàn)在同一個(gè)測(cè)試系統(tǒng)中，在實(shí)踐操作過(guò)程中,，只有根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的具體情況來(lái)取舍,。
