隨著國民經(jīng)濟和社會生產(chǎn)的迅速發(fā)展，測試系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到科學研究和生產(chǎn)實踐的各個領(lǐng)域。由于存在干擾，它對測試系統(tǒng)的穩(wěn)定度和度受到了直接的影響，嚴重時可使測試系統(tǒng)不能正常工作。因此，從系統(tǒng)的設(shè)計、制造、使用方式以及工作環(huán)境等各個方面都不得不優(yōu)先考慮抗干擾問題。所以對干擾的研究是測試技術(shù)的重要課題。
干擾形成的全過程是由干擾源發(fā)出的干擾信號，經(jīng)過耦合通道達到受感器上，構(gòu)成整個系統(tǒng)的干擾。干擾的三個環(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。當產(chǎn)生了難以避免的干擾，削弱通道對干擾的耦合以及提高受感器的抗*力就成為非常重要的方法。
為了討論方便，將干擾源分為來自測試系統(tǒng)外部和同部的兩個方面，現(xiàn)分別給予討論。
1 來自測試系統(tǒng)外部的干擾
1.1 自然干擾
自然干擾包括雷達、大氣層的電場變化、電離層變化以及太陽黑子的電磁輻射等。雷電能在傳輸線上產(chǎn)生輻值很高的高頻涌浪電壓，對系統(tǒng)形成的干擾。太陽黑子的電磁輻射能量很強，可造成無線通信中斷。來自宇宙的自然干擾，只有高頻才能穿過地球外層的電離層，頻率在幾十MHz到200MHz之間，電壓一般在μV量級，對低頻系統(tǒng)影響甚微。
1.2 放電干擾
1.2.1 電暈放電
zui常見的電暈放電來自高壓輸出線。高壓輸電線因絕緣失效會產(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。當頻率低于1MHz時，衰減微弱；當頻率高于1MHz時，急劇衰減。因此電暈放電干擾對高頻系統(tǒng)影響不大，而對低頻系統(tǒng)影響較為嚴重，應(yīng)引起注意。
1.2.2 輝光放電
輝光放電即氣體放電。當兩個接點之間的氣體被電離時，由于離子磁撞而產(chǎn)生輝光放電，肉眼可見到藍色的輝光。輝光放電所需電壓與接點之間的距離、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)備對測試系統(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），甚至可達幾十毫伏（mV）。
1.2.3 弧光放電
弧光放電即金屬霧放電。典型的弧光放電是金屬電焊。弧光放電產(chǎn)生高頻振蕩，以電波形式形成干擾。這種干擾對測試系統(tǒng)危害較大，甚至對具有專門防干擾的設(shè)備，在半徑為50米的范圍內(nèi)，當頻率為0.15～0.5MHz時，干擾電壓zui低仍可達1000μV；當頻率為2.5～150MHz時，也可達200μV。
1.2.4 火花放電
電氣設(shè)備觸點處的繼續(xù)電流將引起火花放電。這種放電出現(xiàn)在觸點通斷的瞬間，如電動機、電刷同鄰近的整流片反復(fù)接通和斷開，形成很寬頻率范圍的火花放電干擾。這種干擾波雖被電機金屬外殼屏蔽，但還會有部分通過窄小的空隙處和引出線輻射出來。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。
內(nèi)燃機點火系統(tǒng)是一個很強的干擾源。這種點火系統(tǒng)產(chǎn)生強烈的沖擊電流，從而激勵附屬電路振蕩，并由點火導(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50～100m的范圍。
須指出，各種電氣開關(guān)通、斷時并不都會產(chǎn)生放電現(xiàn)象，但由于通、斷時產(chǎn)生強烈的脈沖電流有非常豐富的頻率分量，這種*通過開關(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。低頻信號只要有一段與供電線平行，50Hz交流電就會耦合到信號線上成為干擾。
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)部干擾時再述。
1.4 射頻干擾
通信設(shè)備、無線電廣播、電視、雷達等通過天線會發(fā)射強烈的電波，高頻加熱設(shè)備也會產(chǎn)生射頻輻射。電磁波在測試系統(tǒng)的傳輸線上以及接收天線上，會感位出大小不等的射頻信號。有的電磁波在接收天線上產(chǎn)生的電動勢比欲接收的信號電動勢大上萬倍。這類干擾的頻帶有限且可知，選擇適當濾波器即可消除。
1.5 靜電干擾
摩擦產(chǎn)生的靜電作為能源來說是很小的，但是電壓可達數(shù)萬伏。帶有高電位的人接觸測試系統(tǒng)時，人體上的電荷會向系統(tǒng)放電，急劇的放電電流造成噪聲干擾，能影響測試系統(tǒng)的正常工作。
2 來自測試系統(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：
當系統(tǒng)與其它經(jīng)常變動的大負載共用電源時，會產(chǎn)生電源噪聲。
當使用較長的電源引線來進行傳輸時，所產(chǎn)生電壓降及感應(yīng)電勢等也會形成噪聲。
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，有時會因某種原因凈化不佳，對系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。這種干擾常給高精度系統(tǒng)帶來麻煩，應(yīng)引起重視。
2.2 地線干擾
測試系統(tǒng)往往共用一個直流電源或不同電源共用一個地線。因此，當各部分電路的電流均流過公共地線時，會在其上產(chǎn)生電壓降，形成相互影響的噪聲干擾信號。這種情況在數(shù)字電路和模擬電路共地時非常明顯。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，并且有較大的波動噪音。即使Rcm很小，數(shù)字電路也會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），此電壓與測量電壓Vs疊加。若Vs=100mV，那么測量精度將會低于20%。
2.3 信號通道的耦合干擾
往往傳感器設(shè)在生產(chǎn)現(xiàn)場，而顯示、記錄等測量裝置則安置在離傳感器有一定距離的控制室內(nèi)。兩者之間需要很長的信號傳輸線，信號在傳輸過程中很容量受到干擾，導(dǎo)致所傳輸?shù)男盘柊l(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對傳輸線的電磁感應(yīng)干擾；當兩條或兩條以上信號強弱不同的線相互靠得很近時，通過線間分布電路和互感而形成的線間干擾，即輸線間的串擾。
2.3.1 容性（電場）耦合干擾
當干擾源產(chǎn)生的干擾是以電壓形式出現(xiàn)時，干擾源與信號電路之間就存在容性（電場）耦合，這時干擾電壓線電容耦合到信號電路，形成干擾源。
對于平行導(dǎo)線，由于分布電容較大，容性耦合較嚴重。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對地電壓，R是導(dǎo)線2對地電阻。由圖3（b）等效電路可得導(dǎo)線1電壓通過耦合導(dǎo)線2上產(chǎn)生的電壓V2為：
當R>>1/jω(C12+C2)時，式（1）可簡化為：
V2=C12V1/（C12+C2） （2）
此時V2按電容分壓，這種耦合情況是嚴重的。
當R<<1/jω(C12+C2)時，則式（1）可簡化為：
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
當干擾源是以電流形式出現(xiàn)的，此電流所產(chǎn)生的磁場通過互感耦合對鄰近信號形成干擾。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 測試系統(tǒng)內(nèi)部的其它干擾
測試系統(tǒng)由于設(shè)計不良或某些器件在工作時會形成干擾。這些內(nèi)部干擾一般比較微弱，但對于小信號高精密測試系統(tǒng)來說卻不可忽視。
2.4.1 溫差電勢
當電流回路的導(dǎo)線采用不同的金屬，并且在連接處具有不同的溫度時，則在回路內(nèi)將產(chǎn)生溫差電勢。在圖5中，如一支路R為康銅，另一支路RL為銅，則溫差電勢V0=V01-V02=1～100μV，此電勢將疊加到測量電壓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)體由于電子布朗運行而引起的噪音。導(dǎo)體中的電子始終在作隨機運行，并與分子一起處于平衡狀態(tài)。電子的這種隨機運行將會產(chǎn)生一個交流成份，這個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算，其中k為波爾茲曼常數(shù)，k=1.3804×10 -23J/K，T為溫度（K），R為電阻值（Ω），Δf為所考慮的頻帶（Hz）。當T=300K，R=1MΩ，Δf=400Hz時，熱噪音電壓。
2.4.3 轉(zhuǎn)接干擾
電路轉(zhuǎn)接過程中通常會產(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)接過程。這種轉(zhuǎn)接過程脈沖一般可用接上電容或二極管來減小。
2.4.4 微音干擾
機械顫動、接觸電阻的變化或電纜電容（或電感）的變化，均會產(chǎn)生微音干擾。
2.4.5 壓電效應(yīng)干擾
彎折電纜時，若介質(zhì)中產(chǎn)生機械力，就會引起壓電效應(yīng)干擾。例如，感應(yīng)電荷為Q=10 -10A·s，電纜電容率C/L=100pF/m，電纜長度L=5m，電纜電容C=500pF，則彎折電纜時產(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從下手。為達到抑制干擾的目的，本文所著重論述的干擾源的情況，都是筆者多年在設(shè)計及工作實踐中的體會。值得一提的是：在測試系統(tǒng)中，干擾的來源是非常復(fù)雜的，并非所有干擾都會同時出現(xiàn)在同一個測試系統(tǒng)中，在實踐操作過程中，只有根據(jù)現(xiàn)場的具體情況來取舍。
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