应力测试电测信号干扰因素分析及屏蔽措施

洪林林 党路超 马波

摘要：经济社会的飞速发展为更多高新技术的应用创造了条件，在应力测量领域涌现了许多新方法、新技术，极大地促进了测量工作的开展进行。电测仪表主要是指用电工或者电子计算的方法进行测量的电量或非电量的仪表。它在人们日常生活中的应用极为广泛，电测仪表在使用过程中其抗干扰性能的强弱，以及是否能进行稳定的工作成了人们主要关注的问题。本文通过对电测仪表在工作时所受干扰的原因进行主要分析，并针对其原因提出了相应的解决与预防方法，具有一定的借鉴价值。

关键词：电测仪表；干扰；预防方法

1、应力测试技术简介

应力测试的原理是通过在测量部位辅以传感器的方法，测量应力变化。传感器的基本工作原理是基于应力作用下其内部电阻会发生变化的特点，以电压或电流的形式表征应力。应力测试传感器可以用于测量应变、力、位移、加速度、扭矩等参数。具有体积小、动态响应快、测量精确度高、使用简便等优点。在航空、船舶、机械、建筑等行业里获得广泛应用。常用的金属电阻应变片有丝式和箔式两种。其工作原理都是基于应变片发生机械变形时，其电阻值发生变化。

金属丝电阻应变片（又称电阻丝应变片）出现得较早，现仍在广泛采用。其典型结构如图所示。把一根具有高电阻率的金属丝（铜或镍铬合金等，直径0.025mm左右）绕成栅形，粘贴在绝缘的基片和覆盖层之间，由引出导线接于电路上。图1为金属丝应力测试结构。

金属箔式应变片则是用栅状金属箔片代替栅状金属丝。金属箔栅系用光刻技术制造，适于大批量生产。其线条均匀，尺寸准确，阻值一致性好。箔片厚约1—10μm，散热好，粘结情况好，传递试件应变性能好。因此目前使用的多系金属箔式应变片。

2、应力测试电测信号干扰因素分析

应力电测技术在众多领域都发挥了较好的实际效果，成为了当前工业领域不可多得的测量方式。这项技术具有较高的准确性和测量结果的即时性。但是在实际操作中难免会受到外部以及内部一些干扰因素的影响，针对这些影响因素进行研究分析，具有重要的意义。

2.1电源干扰

电源干扰是在电测中常出现的一种干扰类型，主要是通过电源引起的信号干扰，具体来说是指在不同的电测系统或者在同个电测系统中不同的电路使用相同的电源，此时容易形成电源的内阻耦合形成自身的噪声输出，或者表现为对外来干扰信号进行接受，最终影响系统的稳定运行，形成干扰。

2.2电磁感应的干扰

电磁感应是指磁的耦合信号源与仪表之间的连接导线、仪表内部的配线通过磁耦合在电路中形成干扰。若电测仪表周围有大功率的变压器、交流电机、高压电网由于这些场合下存在着很强的交变磁场而仪表的闭合回路处在这种变化的磁场中将会产生感应电动势。

2.3静电感应的干扰

静电感应就是指电的耦合在相对的两物体中，结果一物体的电位发生变化，由于物体间的电容的作用也会使另一物体的电位发生变化。当干扰源产生的干扰以电压形式出现时，干扰源与信号电路之间存在容性（电场）耦合，这时干扰电压线电容耦合到信号电路产生干扰。图2为静电感应干扰电路示意图。

2.4噪声干扰

噪声干扰包括了三类，分别是感应噪声干扰、反射噪声干扰以及失真噪声干扰，所谓感应噪声干扰是指存在与电路板中的一种常见干扰，是由电路布线或者是元器件的安装失误导致的电场感应以及磁场感应，通过形成电场和磁场直接形成感应式的噪声干扰。而反射性噪声干扰，主要是在长线传输的过程中，由于传输阻抗的不相适应，或者是冲突形成噪声反射，折回噪声对系统和电路造成噪声干扰是真噪声干扰，是与电路工作的异常直接相关的，在信号传递的过程中，或多或少会因为电路的异常而发生畸变，畸变较大时就会产生干扰，影响测点系统的稳定安全运行。

2.5不同地电位引入的干扰

在大地中，各个不同点之间往往存在电位差。尤其在大功率的用电设备附近，当这些设备的绝缘性能較差时，这一电位差更大。电测仪表在使用中又会有意或无意地使输入回路存在两个以上的接地点。会把不同接地点的电位差引入仪表，如图3所示。

3、应力测试电测信号干扰屏蔽措施

电测技术中的抗干扰措施是针对电测系统本身的特征，结合干扰的种类和传递途径，探索在实际工作中如何更好地实施抗干扰措施，保护电测系统的正常运行。

3.1接地技术

接地是指在电路系统中的某电位基准上通过建立低电阻通路，尤其是在电测设备中，接地是防止和抑制干扰的重要方法之一，在抗干扰技术中发挥着重要作用。电路设备中的干扰途径是通过不合理的接地以及电阻耦合造成的，因此正确处理电路中的接地问题是保证电路正常有序工作的关键，在电测系统中进行接地技术需要分为三种不同类型的“地”，分别是数字地、模拟地、电源地。

3.1.1数字地

数字地也可以称之逻辑地，数字地是数字电路零电平的公共线相对来说，数字信号般比较强，因此对数字地线的要求相对较低，但是仍然需要正确处理数字信号，并且做好接地工作，这是与数字信号的脉冲状态直接相关的，因为其动态脉冲电流容易在接地阻抗上产生干扰电压，因此针对数字地的接地也需要做好防护措施。

3.1.2模拟地

模拟地由于其高频率运作，很容易接受来自外部的干扰信号，因此在实际测点工作中，应该做好模拟地的接地工作，防止电阻耦合以及外部信号侵入等形成的干扰。

3.1.3电源地

电源地是整个测电电源系统的接地线，是电源电路以及其他电路的公共基准线，因此在这里容易产生耦合以及电流脉冲，从而形成干扰，影响电路的正常工作，在接口处做好接地工作是保证电源地稳定运行的关键。

3.2滤波技术

滤波技术的工作原理与现实生活中常见的漏斗类似，是将有用的部分过滤出来，而将不用的部分排除在外，采用滤波技术是个将有用信号进行传递而阻止无用信号的过程，因此在抗干扰上更加直接、效果更加明显，在抗干扰的过程中滤波器主要是对此类工作干扰信号进行抑制和阻挠，从而使得电路稳定，防止干扰。

具体来说在电测系统中主要有旁路滤波和去耦滤波两种方式：

3.2.1旁路滤波

旁路滤波在抗干扰电路中较为常见，其针对的主要对象是电源网中的干扰信号，因此，在实际工作中，旁路滤波通过其过滤能够在一定程度上消除原来的脉压过冲的情况，同时也起到降低副瓣的作用。

3.2.2去耦滤波器

去耦滤波主要针对的是电路中的耦合情况，大I为耦合会在电路中形成相互干扰或者是产生激荡和噪声，因此去滤波器主要是把电路和电源进行合理隔离，从而达到消除各电路间耦合的目的。

3.3布线技术

布线技术主要是指通过合理的布线，抑制干扰具体来说需要注意让输入与输出回路之间保持一定的距离，从而达到防止激荡的目的，再次是在信号走线的布线时应该尽量排列有序防止交错；最后是尽可能形成大面积的电源面和地线面，从而达到降低抗阻的目的。

3.4屏蔽技术

屏蔽技术与滤波技术类似，是将有用的信号留下，而将无用的信号屏蔽在电路之外，一般来说包括了电场屏蔽、磁场屏蔽以及电磁屏蔽三种，这三种屏蔽技术的利用在抑制干扰上发挥着重要作用。

结语

综上所述，应力电测技术在实际中的应用不断成熟，这很大程度上得益于其应用领域发展所提出的更高要求。干扰信号作为影响测量结果的重要因素，受到了广泛的关注。在电测技术的实际运用中，如何抑制干扰已经成为保护电路稳定发展的关键，抗干扰技术需要从具体的干扰种类以及具体的工作环境出发，实事求是地进行抗干扰措施。抗干扰技术的实施是保证电测技术精准度的关键，也能够极大地提高电测的效率，同时也能够保证测量对象的安全稳定运行。

参考文献：

[1]汪择宏.电子仪器中敏感元器件的屏蔽[J].电子测试.2008（04）

[2]戚凤梅.电测仪表的屏蔽保护初析[J].现代计量通讯.2007（03）