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行業(yè)專研 | 傳感器如何實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定工作?宏博這樣進(jìn)行電磁兼容設(shè)計(jì)
發(fā)布時間:2025-05-21 瀏覽:7

傳感器在電力設(shè)備環(huán)境中運(yùn)行,往往面臨復(fù)雜的電磁環(huán)境,電磁兼容(EMC)問題尤為突出,

主要體現(xiàn)在電磁干擾對傳感器性能的影響以及傳感器自身電磁輻射對系統(tǒng)的干擾,

進(jìn)而影響其測量精度、數(shù)據(jù)傳輸可靠性及設(shè)備安全性。

一、電力現(xiàn)場的干擾

電力現(xiàn)場干擾主要包括以下情況:

高壓開關(guān)操作、變壓器勵磁涌流、電弧放電等過程產(chǎn)生的強(qiáng)烈電磁場、快速瞬態(tài)過電壓和電暈放電;斷路器、隔離開關(guān)動作產(chǎn)生的瞬態(tài)過電壓(可達(dá)幾百kV)和陡脈沖;

高壓設(shè)備表面電場集中區(qū)域(如絕緣子、導(dǎo)線連接處)的局部放電,產(chǎn)生的高頻噪聲(MHz~GHz范圍);變頻器、SVG等產(chǎn)生的諧波及開關(guān)噪聲;

直接雷擊或感應(yīng)雷產(chǎn)生的瞬態(tài)電磁場(可達(dá)數(shù)十kA/μs的電流變化率);附近通信基站、廣播發(fā)射臺的射頻輻射(如150kHz~30MHz頻段);

人員操作或設(shè)備摩擦產(chǎn)生的靜電脈沖(電壓可達(dá)15kV);數(shù)字電路的開關(guān)噪聲、電源紋波等。

具體可歸納為:射頻輻射電磁場干擾、工頻磁場干擾、靜電放電干擾、電快速瞬變脈沖群干擾、浪涌干擾、射頻場感應(yīng)傳導(dǎo)騷擾和電壓暫降/短時中斷。

這些電磁干擾相互疊加,通過傳導(dǎo)或空間輻射耦合至傳感器,導(dǎo)致測量值偏差、靈敏度降低、分辨率下降、數(shù)據(jù)包丟失或誤碼率上升、甚至損壞;

保護(hù)和控制系統(tǒng)中,傳感器誤報可能導(dǎo)致斷路器誤跳閘或設(shè)備誤啟動,進(jìn)而危及系統(tǒng)安全。

二、空間輻射耦合干擾應(yīng)對方案

射頻輻射電磁場干擾和工頻磁場干擾屬于空間輻射耦合干擾。空間輻射耦合干擾會導(dǎo)致模擬電路出現(xiàn)互調(diào)和解調(diào)效應(yīng),使信號失真,噪聲水平上升,

從而降低模擬信號的精度和穩(wěn)定性;與電路中的導(dǎo)線產(chǎn)生耦合效應(yīng),導(dǎo)致元件性能波動,進(jìn)一步影響模擬電路的性能;引發(fā)高速數(shù)字電路誤動作,

導(dǎo)致數(shù)據(jù)損壞;對高速數(shù)字電路中的時鐘信號造成干擾,導(dǎo)致信號幅度改變和相位變化,進(jìn)而影響電路的同步和穩(wěn)定性;

影響無線電路的信號接收和發(fā)送,導(dǎo)致通信質(zhì)量下降。

宏博方案:

宏博測控傳感器在模擬電路、高速數(shù)字電路和無線電路上加裝屏蔽罩、使用金屬外殼或外殼內(nèi)噴涂屏蔽涂料,并通過良好接地減少空間輻射干擾;

根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境改進(jìn)算法程序,以減少干擾的影響;

三、靜電干擾應(yīng)對方案

靜電無處不在。其原理在于,摩擦和電磁波在物體上都會產(chǎn)生電荷的積累,電荷得不到釋放積累到一定程度就會產(chǎn)生靜電或電磁干擾,

靜電就會向周圍不等電位物體放電;靜電放電可能擊穿電子元件,從而損壞設(shè)備;

宏博方案:

由于靜電需要電荷積累、電壓高和電流小的屬性,宏博測控減少靜電影響的方法為生產(chǎn)人員佩戴靜電手環(huán)、金屬件接地和電源/信號添加TVS/ESD器件;

(1)干燥天氣人身上由于電荷不能很好釋放容易產(chǎn)生靜電,電路上不能每個地方都添加TVS/ESD器件,生產(chǎn)人員佩戴靜電手環(huán)能有效地減少生產(chǎn)中靜電造成的電路損壞;

靜電手環(huán).png

無線防靜電手環(huán)(素材來源網(wǎng)絡(luò))

(2)外露的金屬件、金屬外殼和內(nèi)部屏蔽罩接地能有效減少外部靜電和這些金屬件上電荷積累產(chǎn)生的干擾;

外殼接地.png

外殼接地圖示(素材來源網(wǎng)絡(luò))

外殼接地-2.png

外殼接地圖示(素材來源網(wǎng)絡(luò))

(3)在外露端子和電源處加TVS/ESD器件,能有效減少生產(chǎn)和使用中靜電的干擾;

TVS-1.png

TVS器件(素材來源網(wǎng)絡(luò))

TVS-2.png

TVS器件(素材來源網(wǎng)絡(luò))

四、傳導(dǎo)騷擾

EMC-1.png

EMC-2.png

電源EMC電路圖

電快速瞬變脈沖群干擾、浪涌干擾和射頻場感應(yīng)傳導(dǎo)騷擾屬于傳導(dǎo)到電源線和信號線上的干擾。

宏博方案:

宏博測控減少這些干擾的方法為Π型濾波、LC濾波、壓敏電阻、自恢復(fù)保險、TVS管、氣體放電管和共模電感的配合;實(shí)際要根據(jù)現(xiàn)場的應(yīng)用;