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陷波滤波器消除周期噪声python_50Hz 工频电磁场干扰的消除方案

50Hz 工频电磁场干扰是硬件开发中不可避免的问题,特别是在敏感测量电路中,工频电磁场会使测量信号淹没在工频波形中,严重影响测量稳定性,因此消除工频电磁场干扰是敏感测量电路设计中不可避免的挑战。

PT100 是目前应用最广泛的测温方案,工程师在应用这个方案时是否会遇到这样的问题:

为什么 PT100 温度测量电路会有周期性的小波动吗?如何解决?

事实上,造成这种现象的主要原因如下:

50Hz 工频电磁场的影响;

由周围电机或继电器开关动作引起的群脉冲干扰;

工频共模干扰传频共模干扰。

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图 1 工频电磁场波形

由于测量电路有周期性波动,工频电磁场更有可能扰动,工频电磁场波形如图所示 1,一般认为 50Hz 工频电磁场干扰有两个原因:

50Hz 工频干扰通过传导进入系统;

50Hz 工频干扰通过空间耦合进入系统。

消除上述问题 50Hz 工频电磁场干扰的方法也比较明确,有以下四种方案供电路设计师参考:

阻断工频干扰的传导路径;

在敏感电路处建立共模抑制和滤波电路,过滤进入输入通道的工频扰动;

软件中构建 IIR 陷波或者 FIR 带阻数字滤波器,消除工频干扰对测量结果的影响;

减少测量线路面积,增加屏蔽,减弱空间耦合效应。

ZLG 推出双通道热电阻隔离测温模块 TPS02R,设计为敏感电路,充分考虑 50Hz 工频干扰,如图所示 2.我公司采用多种方案抑制工频干扰,造成 TPS02R 模块分辨率可达 0.01℃,能长期稳定运行。

图 2 TPS02R 系统方案

如上图系统方案所示,针对 50Hz 在基准缓冲电路中,使用硬件滤波电路来减少工频干扰 50Hz 工频对 ADC芯片基准电压的影响。如图所示 3.本质上是低通滤波器的电压跟随缓冲电路,R1C1 针对 50Hz 滤波,R2R3C2C3 针对 50Hz 过滤高次谐波。

图 3 缓冲滤波电路

具体-3dB 如式计算频率响应 1

ADC 芯片内部 PGA 采用仪表放大器结构大大衰减共模工频干扰,内置数字处理器对输入信号进行数字滤波处理,数字滤波算法频率响应如图所示 4 数字滤波算法的陷波点为 10Hz、20Hz、40Hz、80Hz 因此,选择频率的整数倍响应 10Hz 输出频率,可在一定程度上衰减 50Hz 工频扰动。

图 4 数字滤波器频率响应

结合电气隔离气隔离方案防止 50Hz 工作频率从电源传输到影响敏感信号收集端的系统。模块采用四层板布局,大面积铜接地,降低地面阻抗,尽可能缩短系统信号回路,抑制 50Hz 产生工频干扰。

以上四种方案均应用于我公司的高精度测温模块 TPS02R 上,对于 50Hz 工频电磁场干扰,TPS02R 适应性强,现在我们公司 TPS02R 与一款 RTD 比较非隔离测量方案:

图 5 相关产品实测数据

如图 5.在相同的环境下使用福禄克 5520A 源表模拟 RTD 模拟温度为测试相关产品 0℃,测量 145 二、统计相关数据。测试使用 PC 的 USB 接口供电,所以和 5520A 源表之间很常见 50Hz 工频干扰信号。图 5 在测试数据中,非隔离 RTD 测量方案有一定的波动4℃,而 TPS02R 0.046,0.072℃,受 50Hz 工频电磁场影响非常小,用以验证以上抗 50Hz 设计效果受工频电磁场影响。在供电复杂或不确定的应用环境中,使用内置电气隔离 TPS02R 模块可以方便稳定地实现 PT100 温度测量。

图 6 TPS02R 产品图片

标签: 046继电器

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