测试中的干扰信号及防范措施

9.6　测试中的干扰信号及防范措施

在闸门的动力测试中，一般都采用电测法。此法在利用电子仪器进行信号采集和记录过程中，将受到各种干扰信号的影响，给测试结果造成较大误差，严重时甚至使测试结果无实用价值。所谓干扰是指对电子测试仪器的测试结果起破坏影响的各种外部和内部的无用信号。下面主要对外部干扰信号及其防范(反干扰)措施作一简单介绍。

9.6.1　潮湿干扰

闸门动力测试中，很多仪器导线，特别是传感器，一般处于水汽或潮湿的环境中，潮湿的影响范围较广，对测试结果影响较大。如应变测量中潮湿可使应变计绝缘度降低，而使应变计不能正确反映所测应变，严重时应变仪也不能正常工作，磁带记录仪也不能正常运转。压电式加速度测试系统对潮湿干扰也非常敏感，当传感器接线插头或测试导线受潮湿影响而使绝缘度降低时，测试系统干扰信号增大，甚至使电荷放大器过载而不能正常工作。

防范措施通常是对应变片、导线接头、传感器接头处、磁带等采取防潮措施，如用防潮材料(防潮蜡、环氧树脂、二硫化钼润滑脂等)进行防护处理。

9.6.2　温度干扰

闸门动力测试中，很多仪器、导线都是在露天的自然环境下工作，风吹、雨打、日晒是少不了的，因此环境温度的升降以及不均匀温度场等引起测试仪器的电路元件的参数发生变化或产生热电势等干扰信号。在电阻应变测试中，由于温度升降的影响会产生附加应变。对于电子仪器元件的防护主要从仪器设计中解决，但在使用中也应避免仪器长时间曝晒在太阳中或在温度较高的环境中使用。特别注意，不能在超过仪器正常工作的温度下使用。此外，在进行高温应变测试时一般采取补偿片法、修正法或温度自补偿片法等方法消除或补偿由于应变片的热输出而形成的虚假应变。

9.6.3　机械干扰

机械干扰是指机械的振动或冲击使电子测试仪器或仪器的元件发生振动，使连接导线发生位移等。在闸门动力测试中，测试仪器一般都处在大坝泄水和电站的水轮发电机运转的振动环境中，因此测试时必须避免或减少测试仪器系统的振动，通常可在测试仪器下面垫一些减振材料(如海绵、泡沫塑料等)，或用减振弹簧将仪器吊起来，消除或减少机械干扰的影响。

9.6.4　人为干扰

由于行人不注意，走动时碰撞导线或测试仪器，使之发生位移和振动而出现干扰信号，影响到测试结果的正确度。解决办法是导线布置隐蔽标志明显，测试时闲人免进，工作人员操作小心、行走过细，避免碰撞仪器。

9.6.5　污染干扰

闸门动力测试中所使用的电子仪器都是比较精密的，怕灰尘、污物，怕酸、碱等污染的空气。如电缆导线的输入、输出插头，污染后电阻增加，噪声增大;磁带记录仪的录放磁头和消磁头表面沾有污物或磁粉后，录制信号失真，磁带遇到酸、碱易腐蚀，主轴和压带轮上污物污染后影响其转动;应变片沾有污物会影响测试信号失真;光线示波器中的振子受污染后影响其转动，也使测试信号失真;电荷放大器里的晶体管、电阻或电容元件由于污染引起接触不良或严重漏电均会加大噪声。可见污染对测试系统影响极大，解决方法是防止污染，消除污染，经常对仪器中的关键部位清扫擦洗，清除仪器中的灰尘、杂物。

9.6.6　电、磁干扰

测试中的电子仪器经常遇到的最严重干扰就是电、磁干扰。电场与磁场的变化会使电子测试仪器中的有关电路引起干扰电压，不仅给测试结果造成误差，也影响仪器的正常工作。在大坝水电站环境下的闸门动力测试中，电、磁干扰的噪声源主要有以下几种:

1.放电噪声

在电子测试仪器中所发现的干扰噪声的产生原因多属于放电现象。在放电过程中会向周围辐射出低频到甚高频的电磁波而且还会传播很远。这些电磁波通过测量导线传送到仪器，与测试的有用信号叠加而造成误差。

在自然界中引起火花放电而产生噪声的有雷电;在工业、交通生产中有大量用电设备产生火花放电噪声;在大坝水电站附近的发电、用电、送变电设备等都会产生火花放电噪声;如整流子电动机、发电机以及各种开关设备、电焊机、汽车、摩托车的点火装置、电机车的滑线电滑等，都是危害性很大的放电噪声源。

2.电气干扰

工频、高频及射频等大功率的传播线，以及脉冲发生器，电子开关等的连接线，由于在导线中电流急剧变化在周围产生交变磁场而形成噪声源。

3.地回路干扰

在冲击振动测试系统中，有时由几台或更多一些仪器同时工作，它们之间的接地处理不当时，就会引起地回路干扰，给测试结果带来较大影响。地回路干扰存在三种情况:

(1)在二次仪表选用电阻应变仪时，当电阻应变仪输入线采用屏蔽线，且将屏蔽屏两端接地。这种情况下，会在放大器输入端形成干扰电压，如果屏蔽导线较短时干扰电压也较小，但在闸门测试现场，导线往往较长，因此，地电流将在放大器输入端产生干扰电压。同样，地电位亦可通过分布电容耦合到电桥电路产生干扰电压。

(2)在测试系统中，由于仪器的零电位通常与仪器的机壳相等，它可以直接与大地欧姆连接，但是仪器在任何情况下几乎都同大地有电抗性联系。当闸门上的测试信号是单端接地式时，就造成多点接地，形成“地回路”。测试仪器与测试闸门之间的电压随使用场合、季节的不同而大小不等，如在大功率的动力变电站附近，其电压可达几十伏至上百伏左右，随着测试仪器对闸门距离的增加，电压更高。电压通过屏蔽电缆形成的回路电流通过耦合元件叠加到输入信号上，就造成测试误差。

(3)在测试中，人们习惯将大地定为零电位。实际上大地局部电位常有波动，例如在测试中常发现风浪较大的地方，由于快速移动带电质点的影响，地电位就有起伏变化。这种电位的变化大致是几百Hz，甚至是几kHz的尖脉冲，这种波动通常在几毫伏至几微伏之间，若测试系统的二次仪表是电阻应变仪，这一数量级将严重干扰系统的测量。

此外还有静电干扰等。

9.6.7　防范电磁干扰的措施

1.采用屏蔽方法

一般采用屏蔽导线，在导线外层包有金属屏蔽层，它可将电磁干扰仅限制在屏蔽线上，而不影响信号回路。一般不要在屏蔽线两端接地，只一端接地即可。

在强磁场环境中测试时，仅用屏蔽线还不能完全起到防范抗扰作用，必须另外增加屏蔽体进行屏蔽，效果才更好。

2.测量导线的布设

使测量导线尽量避开一些大的电气设备，如变压器、电机、开关站等，若不可避免与电源线相遇时，测量导线不要与电源线路相平行。

3.仪器要正确接地

由于测量仪器大多是交流供电，使用时一般都要将仪器外壳、测量导线屏蔽接地。但仪器接地不正确时，反而会使一些干扰信号通过接地连线引入导线或测试系统。正确的接地方法是使各仪器与屏蔽在一点接地，并且，要求传感器与测点表面绝缘。

4.使用滤波器抑制干扰

滤波器是抑制噪声的有效手段之一，特别是对抑制导线耦合到电路中的噪声干扰。若采用其他防干扰措施后，测试信号中仍有明显的干扰信号，而且其频率与被测的有用信号频率相关较远时，则采用滤波器可将干扰信号滤掉，其效果是很好的。

5.“地回路”干扰的消除措施

(1)对于“地回路”，可以在测试系统只一点接地，这样不仅可以避免仪器的输出端出现很大的交流声，而且可以防止干扰电压，使电压减少到零电位。

有的仪器的变压器有三层屏蔽，其外屏蔽接地，内屏蔽接零，二次屏蔽根据具体情况或接地或接零。如果三次仪表如磁带记录仪，也具有三层屏蔽，则三层屏蔽全部连在一起，也会有效地防止“地回路”的影响。

(2)采用差动式的测试系统，信号源是一个浮动平衡信号源，配以差动电荷变换器，它亦可消除“地回路”的影响。