מבוא

התערבות קו כוח היא אחד המכשולים המתמשכים ביותר בהתניחת אותות מדויקים.בצמחים תעשייתיים, כלי מעבדה ומערכות רכישת נתונים, 50 הרץ או 60 הרץ שדות אלקטרומגנטיים מ-AC יכולים להתחבר למעגלים רגישים, להפחתת אות להשוואה (SNR) והופכת קריאה לא אמינה.

מאמר זה חוקר את הסיבות השורשיות של התערבות קו כוח, בוחן את ההשפעות הספציפיות שלו על ביצועי התניה אותות, ומציג חבילה מקיפה של אסטרטגיות מעשיות - מבחירה בסיסית לבידוד מתקדם ומסננות דיגיטלית - כדי לעזור לך לשמור על שלמות האות אפילו את הסביבות הכי רועשות מבחינה חשמלית.

מה זה Power Line Interference?

התערבות קו חשמל שייכת לקטגוריה הרחבה יותר של הפרעה אלקטרומגנטית (EMI) המונעת על ידי שדות אלקטרומגנטיים המשתנים על ידי שינוי קווי הכוח הנוכחיים (AC) אלה נושאים זרמי סינוס בתדירות העיקרית - באופן זמני 50 הרץ באירופה, אסיה, ורוב אפריקה, ו 60 הרץ בצפון אמריקה וחלקים מדרום אמריקה - הגדלים הן בשדות חשמליים והן מגנטיים כי שיעור זהה באותו קצב.

(ההבדל מתרחש כאשר שדות אלה מעוררים מתחים לא רצויים או זרמים במוליכים סמוכים, כולל כבלי אות, עקבות לוח מעגלים מודפסים, ומרכיבים הרץ יכול להיות FLT:0capacitivesFLT:1 (מפרק שדה חשמלי), FLT:2inductiveFLT 3: 3 (מהפכה מגנטית), או 180:4,3, 000, 000, 000, 000) הם סימנים אמיתיים, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, 000, כלומר, כלומר, כלומר, הם, קווי חשמל, קרוב מאוד, קיבולת, קיבולת, וכו '.

הבנת מצב ההפיכה היא קריטית כי כל אחד דורש גישה מעצימה שונה.לדוגמה, הפיכה קיבולית מטופלת הטובה ביותר על ידי הגנה על השדה החשמלי, בעוד הפיכה אינדוקטיבית דורש צמצום אזור הלולאה או באמצעות התערבות עווית-אפיר.

השפעות על שינוי אותות

נוכחות של התערבות קו כוח בקלט של שלב מיזוג אות מדגימה ישירות את איכות המדידה.התוצאות הנפוצות ביותר כוללות:

  • (ב) רמות הרעש המשגשגות: FLT:1 ההתערבות מוסיפה מרכיב רעש תקופתי המעלה את רצפת הרעש, צמצום ההחלטה היעילה של המערכת.
  • (FLT:0) עיוותים שפירים: 1 כאשר רמת ההתערבות גבוהה, היא יכולה ליישב שלבים מגבריים או לגרום עיוות לא ליניארי, במיוחד בצורות גבוהות של עלייה.
  • (ב) דיוק מדידה:0) ,FLT:1 The offset ולהשיג שגיאות שהוצגו על ידי ההתערבות לשנות את הערך הממדד מהערך האמיתי, לעתים קרובות באופן תלוי בתדר.
  • (FLT:0) פרשנות נתונים מזעזעת: FLT:1 במערכות דיגיטליות, ADC (ממיר אנלוג-לדיגיטלי) קוראות מזוהמות עם 50/60 הרץ טונים ניתן לפרש בטעות כתוכן אותות ממשי, המוביל לאזעקות, שגיאות בקרה או ניתוח נתונים פגם.

בסימנים נמוכים כגון אלה של thermocouples, מדצי זנים, או אלקטרודות רפואיות, התערבות קו כוח יכול בקלות לעלות על גודל האות, מה שהופך מדידה בלתי אפשרית ללא תאורה נאותה.

קביעת ההשפעה

מהנדסים לעתים קרובות מביעים חומרת התערבות במונחים של יחס דחייה משותף (CMRR) ויחס דחייה רגיל (NMRR) עבור מגברי משנה, CMRR מגדיר את היכולת לדחות אותות המופיעים באותה מידה בשני קווי קלט - כגון דחייה זמנית של קו חשמל מזוגית, מגבר כלי טיפוסי עשוי להיות CM של 80B ב -60, אבל זה יכול לתאר בתדר נמוך או לא מאוזן, אם זה לא מאוזן אחרת, אם זה יכול להיות מאוזן, או לא מאוזן, אם זה יכול להיות מאוזן אחרת, אם זה יכול להיות מאוזן או יותר על פני תדרים נמוך יותר, או לא מאוזן.

דוגמה אמיתית לעולם: פלט תרמוקופורל של 40 מיקרוV / מעלות C עם מתח רעש 60 הרץ של 10 מ"ר ב- amplifier יהיה יחס רעש לחתימה של 250:1, לחלוטין מביצה את המדידה. רק לאחר סינון ומגן הופך את המערכת להיות נסבלת.

אתגרים מרכזיים ב- Mitigating Power Line Interference

גורמים מסוימים גורמים להפרעות קו חשמל בעקשנות במיוחד:

  • (FLT:0)Low Freve:FLT:1 50/60 הרץ נופל בטווח שבו מסננים אנלוגיים דורשים קיבולים גדולים ומחנכים, מה שהופך אותם למפוצצים ויקרים.
  • (ב) ⁇ :0 (Ubiquity:) קווי כוח 1:1 לרוץ ברחבי המבנים, התקרה, רצפות וקירות.הימנעות מהשדות שלהם לחלוטין היא כמעט בלתי אפשרית בכל סביבה עם חשמל.
  • (FLT:0) Harmonics:FLT:1 אספקת כוח Switch-mode, כונן מוטורי, תאורה פלורסנט לייצר תוכן הרמוני פס רחב המשתרע הרבה מעל עיצוב המסנן הבסיסי, המסבך.
  • (ב) ⁇ :0) מקיפים: 1 נתיבי קרקע מרובים בין ציוד ליצור זרמים במחזור הראשי, גרימת מתחים שונים שאינם ניתנים להתעלמות מהאות.
  • (ב) ,0) , 000 ארוך כבל: 1 כבל אותות כי משתרע על פני מטרים או עשרות מטרים לפעול כמו אנטנה יעילה הן עבור שדות חשמליים מגנטיים, שילוב התערבות לאורך אורך שלהם.

התמודדות עם אתגרים אלה דורשת הגנה שכבתית, יישום טכניקות משלימים מרובות במקום להסתמך על פתרון אחד.

אסטרטגיות מייגציה

האסטרטגיות הבאות מהוות ערכת כלים מקיפה להפחתת התערבות קו החשמל במערכות מיזוג אותות.הם מאורגנים מהשכבה הפיזית (המכונה וקרקע) באמצעות סינון אנלוגי ודיגיטלי לבידוד ולעיצוב ברמה המערכתית.

כבלים

שימוש בכבלים עם מגינים מתכתיים (פוי או חזיון) הוא קו ההגנה הראשון נגד קיבולי (שדה חשמלי) הפיכה.המגן מיירט את השדה החשמלי ומבצע את המטען המושרה לקרקע, מונע ממנו להגיע למוליכים הפנימיים.לביצועים הטובים ביותר, יש לחבר את המגן על הקרקע ב-FLT:0one רק קצה 160:1 (בדרך כלל) כדי למנוע את קצה אחד / מלמטה, אך ניתן להגיע למגבת אחת, אך ורק למגן אחד, אך ורק למקסימום, אך ורק למקסימום, אם הוא יכול להיות מוגן, אך ורק על פני 50 נקודות קשר עם רוחב.

בעת בחירת כבל מוגן, שקול את אחוז הכיסוי מגן - מגינים מחוונים המכילים מציעים כ-85-95% כיסוי, בעוד שמגןי הסולסל עם חוט ניקוז מספקים כיסוי 100% אבל הם פחות גמישים.עבור מעגלים רגישים מאוד, שילוב (foil + braid) מגינים מציעים את ההסתה הטובה ביותר.

ניהול תקין ומניעה קרקעית

לולאות קרקעיות מתרחשות כאשר חתיכות מרובות של ציוד מחוברים נקודות קרקע שונות, יצירת לולאה סגורה דרך זרם הקרקעות.זרמים אלה, לעתים קרובות בתדירות הראשי, הזרקת רעש לתוך מעגלי אותות.התרופה היעילה ביותר היא להקים מערכת קרקע:0single-point-point-point-point-point-pointal-point-pointFLT:1: כל הציוד, המגנים, והאות מתחברות להקשר משותף, לתצורה של כוכב קרקעית.

כאשר חד-פעמי ריצוף הוא לא מעשי (למשל, במערכות מבוזרות), השתמש ב-FLT:0isolationFLT:1 כדי לשבור את הלולאה (ראו להלן) כדי להבטיח כי מוליכים קרקע הם אימפולס נמוך (תיק נחושת, מסלולים קצרים) כדי למזער טיפות מתח הנגרמות על ידי זרמים טרנסים.

סינון

מסננים הם חיוניים להסרת רעש חיוור 50/60 Hz לאחר שצעדים להפחתה פיזית הוחלו.מספר סוגי סינון משמשים בדרך כלל:

  • (FLT:0) מסננים:FLT:1 A פשוט RC או מסנן פאס פעיל עם תדירות פינה הרבה מתחת 50 הרץ יכול להעצים את קו החשמל, אבל זה גם מגביל את רוחב הפס האות, אשר עשוי להיות בלתי מתקבל על הדעת במדידות דינמיות.
  • (FLT:0) מסננים: FLT:1 Aתאום-T או מסנן לאנץ פעיל מכוון בדיוק ל 50 הרץ או 60 הרץ מספק דחייה עמוקה (40-60 dB) בתדירות אחת עם השפעה מינימלית על תדרים סמוכים.עם זאת, מסננים לא יכול להיות רגיש לרכיב סובלנות וסחף; יישומים דיגיטליים לעתים קרובות מניבים יציבות טובה יותר.
  • (ב) [15] כאשר ההרמוניה נוכחים, מסנן קואב שדוחף מספר רב של יסודות (למשל, 50, 100, 150 הרץ) יעיל יותר מאשר מנץ יחיד.

עבור מערכות דיגיטליות, הגישה הקלה ביותר היא ליישם מסנן נמוך דיגיטלי או לאנץ לאחר ADC. רבים מודרניים ADC כוללים מסנן דיגיטלי מובנה-in כי ניתן לתכנת כדי לדחות תדרים ספציפיים. לחלופין, oversampling ו averaging יכול ביעילות לבטל רעש 50 / 60 הרץ אם שיעור הדגימה הוא מסונכרן לתדירות הכוח ומספר teger של מחזורים ממוצע.

המונחים: pair Wiring

כבלים מעופפים הם יעילים מאוד נגד שדה מגנטי (inductive) הפיכה.על ידי לסובב את האות ואת המנצח בחזרה יחד, אזור הלולאה ביניהם הוא מצמצם, ואת העיוותים גורם זרמים המושרה משדות מגנטיים חיצוניים כדי לבטל.היפוף (היפופים נוספים לאורך יחידה), כך עדיף את הדחייה עבור אותות שונים, זוג מעוות מבטיח גם כי שני המוליכים, אז זהה הוא CM הוא נדחה על ידי ההפרעות שונות.

בפועל, תמיד להשתמש כבלים מעוותים עבור אותות אנלוגיים ברמה נמוכה, גם כאשר מגנים. כבלים רבים של כלי כלי רכב מסחריים משלב זוג מעוות עם מגן כולל של כליל - זה נותן הגנה מגנטית וחשמלית.

Isolation Amplifiers and Signal Isolators

מגברי בידוד משתמשים בהפיטורים, כיבולים, או הפיכה אופטית להעברת מידע אותות על פני מחסום בידוד גליוני. מחסום זה שובר לולאות קרקע לחלוטין, חסום כל נתיב נוכחי ישיר בין מקור האות לבין מערכת המדידה. Isolation יכול גם להגן מפני מתחים בעלי השפעה גבוהה (למשל, בכוננים מנועים או ציוד רפואי).

מודרני מבודד אדמטורים ומודולים (למשל, ADI, TI, או פיניקס מגע) מציעים מתחים בידוד של כמה קילולובטים עם רוחב פס מספיק עבור רוב החיישנים התעשייתיים.כאשר בחירת מנטר, לשקול את CMRR שלה בתדירות הכוח, כמו גם את הלא לינאריות שלה וסחף מעל טמפרטורה.

אותות שונים

באמצעות קלטות שונות ולא חיבורים חד-צדדיים מספק דחייה של התערבות משותפת-מומדה, כולל רעש קו כוח שנידפס בפסיביות. a Toolation amplifier (ב-amp) או מגבר עם CMRR גבוה הוא הקצה הקדמי המועדף עבור חיישנים הממוקמים רחוק ממערכת הרכישה.וודא כי הפחתת שני קווי קלט מאוזנת היטב; אפילו 1% לא יכול להיות מהפך על ידי 40B.

טכניקות מתקדמות

עבור סביבות שבהן שיטות סטנדרטיות נופלות קצרות, לשקול גישות מתקדמות אלה:

  • (FLT:0) synchronous Lock-in Detection: ⁇ 1) על ידי שינוי הציטוט של החיישן בתדירות גבוהה מ 50/60 הרץ והדגמה של האות באופן סינכרוני, ניתן לדחות התערבות קו חשמל על ידי מספר פקודות של גודל.זה נפוץ בציוד מעבדה כמו מנעולים במגברים.
  • (FLT:0) סינון דיגיטלי מתואם: FLT:1 Algorithms כגון מערכת ההפעלה (כיכרות למזרח) מסנן הסתגלות יכול ללמוד את דפוס ההתערבות ולהרחיק אותו מהאות בזמן אמת.
  • (FLT:0) ביטול רעש קולקטיבי: 1FLT:1 A נפרד חישה סליל או אלקטרודה לאסוף את השדה המגנטי קו הכוח, וגרסה מוסולקת משודרת מוזרקת לתוך נתיב האות כדי לבטל את ההתערבות.טכניקה זו דורשת כיבוד זהיר אך יכול להשיג דחייה גבוהה מאוד.
  • (FLT:0)Ferrite beads ו-Mode נמחה:FLT:1 fercing ליבות fercing על כבלי אותות מדכאים זרמים נפוצים, אשר לעתים קרובות כוללים הרמוניות של התדר הראשי. עבור נמוך ⁇ 50 / 60 דחייה הרץ , ferrites לבד הם לא מספיק, אבל משלימים אמצעים אחרים.

המלצות מערכתיות-Level

בעת תכנון או בעיה בפתרון מערכת מיזוג, בצע את השלבים האלה על מנת עדיפות:

  1. (FLT:0) אסתנות בסביבת הרעש: FLT:1 Measure the הספקטרום ההתערבות במיקום החיישן באמצעות מנתח ספקטרום או אוקטילוסקופ דיגיטלי עם FFT.זהה תדרים דומיננטיים ו amplitudes.
  2. (FLT:0) צמצום החשיפה הגופנית: FLT:1rea Lane Sign Cables away from Power line, כבלי מנוע והופכים את קווי הכוח של הצלב ב-90 מעלות כדי למזער את אזור ההפיכה.
  3. (ב) ויקרא י"א: "ה' י"א: "ה', ב'"ב, ב'"ב', ב'"ה', ב'"ב', ב'"ה', ב'"ה', ב'"ו', ב'"ו', ויקרא י"ד, ו', ויקרא י"ד'.
  4. (ב) ⁇ :0) הפעלת מערכת קרקע חד-צדדית: ⁇ 1: חיבור כל עילה אות, מגן כבל וציוד העמיד בפני קרקע כוכבים משותפת.
  5. (ב) ⁇ :0) ,Use a high-CMRR מגבר שונה: FLT:1 בחר מגבר כלי עם לפחות 80 dB CMRR ב 60 הרץ, ולהבטיח תנופה מאוזנת.
  6. (FLT:0)Add אנלוגי סינון: FLT:1 Place aפאסיבי RC נמוך פאס עם תדירות פינה של 10 הרץ או נמוך יותר לפני המגבר אם רוחב פס, או להשתמש מסנן אינץ ' עבור 50 / 60 דיכוי.
  7. (FLT:0) פילטר דיגיטלי: FLT:1אנדר (ADC) או מיקרובקר, ליישם נוטריון דיגיטלי או העברת מסנן מסנן מסונן למחזור קו החשמל.
  8. (ב) [15] , [17] , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

משאבים חיצוניים

לקריאה נוספת על יסודות EMI והפחתה מעשית, המקורות הבאים מספקים מידע סמכותי:

  • (ב) ◄ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ,0) כלי תעמולה - מיפוי והגנתיות (FLT)
  • (FLT:0)Texas Instruments - עיצוב מסנן עבור 50/60 הרץ RejectionFIRLT:1
  • ◄ סטנדרטים של EMC - מדריך ל-EMC ComplianceFLT

מסקנה

התערבות קו כוח נשאר טבילה מאיימת בהתחמשות אותות מדויקים, אך רחוק מלהיות בלתי מנוצחת.על ידי הבנת הפיזיקה של קיבולי, אינדוקטיבי, והפיכה התנהגותית, ועל ידי יישום שילוב שכבתי של מגן, מקרקע, מסנן, מסונן, מעוות, מתפתל, בידוד, אותות שונים, מהנדסים יכולים להשיג דיוק המדידה כי התנאים מעבדה שקטה - אפילו בלב תעשייתי.

המפתח הוא לטפל בהפחתה לא כתיקון יחיד, אלא כתרגול עיצוב משולב.התחל עם הפריסה הפיזית, בחירת רכיבים לדחייה גבוהה, ולאשש ביצועים עם מדידות בעולם האמיתי.עם כלים אלה, את ההשפעה של התערבות קו כוח ניתן להפחית לרמות רשלנות, להבטיח כי מערכת המיזוג שלך מספקת את הנתונים שאתה סומך עליהם.