干扰信号和对策
1 概述
干扰电压和干扰电流可能产生于测量系统内部，也可能从外部传入测量系统。一般机制如下图所示。
由于连接电缆和电缆系统的覆盖范围很广，因此经常会受到干扰源的影响或受到干扰。
耦合机制描述了干扰变量从干扰源转移到干扰汇的方式。下图说明了可能的耦合机制。
传导和非传导耦合机制之间存在基本区别。传导干扰发生在共用电路中，而电隔离系统之间也会产生场强干扰。
2 传导耦合
2.1 电偶耦合
电偶耦合发生在具有公共电压源和公共导体轨迹或公共导线的电路中。
3 非传导耦合
3.1 感应耦合
图 4 显示了感应干扰是如何产生的：如果测量线被时变磁通穿过（例如，磁通可能来自邻近的高压线），测量线上就会产生感应电压，并与测量电压 Vm 串联。由于感应电压的存在，电流流经测量线路。这些电流还流经测量放大器的输入阻抗，通过叠加干扰电压使实际测量电压失真。通过扭转测量线可以大大减少这种感应干扰。感应电压分段相互抵消。当然，高压电缆和测量电缆之间应始终保持尽可能大的距离。原则上，测量电缆应与高压电缆保持至少 1 米的距离。同样，高压侧的正向导线和反向导线应合并在一起，以便从一开始就尽可能减少干扰性杂散磁场。如果距离不够且无法进一步增加，可将测量电缆或测量传感器包裹在高磁导率金属板中，对其进行磁屏蔽。铝等非磁性导体材料已经可以屏蔽高频磁场。
高压线与测量线之间的电感耦合。
在双绞线中，干扰磁场引起的电压会在各段相互抵消。
以下关系原则上生效。
- 如果测量电路中的感应电压变化率为 的当前 更快。
- 如果导体和受影响测量电路之间的耦合电感较高，测量电路中的感应电压就会增大。
3.2 电容耦合
电容耦合的干扰变量是电压。
电容耦合发生在两个具有不同电位的相邻导体之间，例如高压导体和信号导体。从广义上讲，导体代表电容器的极板。
电场导致电荷通过这些寄生耦合电容从一个电路转移到另一个电路。耦合电容与平行高压线和信号线的长度成正比。它随着导体间距离的增加而减小。
v₂ 系统中耦合故障电压的大小大于
- 变化率越大 的电压
- 导体 1 和导体 2 之间的耦合电容越大 .
下图 6 展示了通过电缆杂散电容形成的电容干扰。干扰电流流经测量电压源的内阻，造成电压降，然后与测量电压串联生效 .因此，如果测量电压源的内阻较低，且高压线和测量线之间的距离尽可能大（通常至少 1 米），则可将电容干扰控制在较低水平。如果测量电压源是浮动的（或中心点接地的接地对称），则测量线和接地对称的扭转，即相等的泄漏电阻 和 可以确保两根测量导体和大地之间携带相同的干扰电压（图 6-B）。这样，干扰就会在两根导体上显示为 "共模电压"，而测量信号则显示为导体间的 "差分电压"。如果使用差分放大器，几乎只能接收到测量信号，而干扰信号则会被抑制。如图 6-C 所示，更有效的方法是为测量线路，并尽可能在必要时为测量电压源和测量放大器提供接地屏蔽。在这种情况下，电容感应干扰电流会通过屏蔽层流走，甚至不会到达测量导线。屏蔽材料只需具有高导电性，不需要铁磁性。
A.电力线与测量线之间的电容耦合
B.如果测量信号源是浮动的，则可以使用扭转和接地对称性（𝑹𝑬𝟏 = 𝑹𝑬𝟐 ）来确保不会出现差分干扰电压。
C.接地屏蔽使干扰远离测量电缆。
下文概述了可能采取的对策。
- 最大化两个导体之间的距离
- 电缆与地面结构的紧密安装
- 屏蔽电缆，插入静电屏蔽（接地连接）
- 将敏感电路和干扰电路分开
3.2.1 达尼森公司避免干扰问题的措施
3.2.1.1 DQ、DS、DL、DM、DL 系列：
电流传感器的外壳由铝制成，因此可防止不必要的高频干扰。如果使用 Danisense DSUB 电缆将电流传感器连接到 DaniSense 系统接口装置 (DSSIU)，则外壳和电缆屏蔽层与供电网络的接地端电气连接。
请确保从 DSSIU 到测量设备的实验室电缆是双绞线，且不会造成大的回路。
3.2.1.2 DT 系列：
外壳由塑料和铝制成。传感器头包裹在铜箔中，铜箔也通过 DSUB 连接与 DSUB 电缆的电缆屏蔽相连。电缆屏蔽通过 DSSIU 与网络接地相连。
3.2.1.3 DR 系列：
传感器头包裹在铜箔中，铜箔与电缆屏蔽层相连。电缆屏蔽与电子控制盒内供电网络的地线相连。
有时直接将铝制外壳接地也有帮助，但必须小心接地回路。更多信息请参见手册第 18 页。
3.3 辐射
如今，开关电源等非线性负载不仅会造成电网谐波失真，通常还会产生电磁辐射。 例如，绕组部件会产生磁杂散场，具有高脉冲电压的导体会产生电杂散场。 这些场可以耦合到电流传感器中。 示波器可用于记录这些振荡。 可使用传统探头使这种杂散辐射可见。探头尖端与接地适配器相连。
例如，这种辐射可以穿过电流传感器的内孔，因此可以在次级信号中识别出来。
振荡频率约为 从上图中可以看到 3.33 兆赫。 电流传感器的输出端没有低通滤波器，因此这些信号一般不会衰减。 在示波器应用中，建议使用能对输入信号进行滤波的示波器，以尽量减少高频干扰。
另一个例子如图 10 所示。在 DS50UB-10V 未连接电源和外壳未出土的情况下，可通过 BNC 连接检测到约 44 MHz 的振荡。该振荡对应的初级电流峰峰值约为 20 mA。测量是在标准的家用办公桌上进行的。
干扰超出了电流互感器 500 kHz 的指定带宽。 一位数兆赫范围内的低通滤波器可以大大减少这种干扰。
3.3.1 额外的抗干扰屏蔽
需要注意的是，金属屏蔽只在较高频率的电磁辐射中表现出良好的衰减特性。下图显示了一个直径为 20 毫米、壁厚为 0.5 毫米的圆柱体在使用不同材料时的衰减特性。
在低频情况下，强烈建议使用高磁导率材料。下表根据不同的电场类型概述了屏蔽材料的特性。
并非所有磁场都能被铝外壳或铜箔屏蔽。在电流传感器初级导体的电缆入口处也会产生不良磁场，从而在电流传感器的相应铁芯中产生磁通。因此，在某些测量装置中，电流传感器被安装在一个额外的接地金属盒中。在电流测量的近距离内发现的干扰源也可以使用适当的屏蔽箔进行屏蔽。目前已有导电和导磁箔可屏蔽各种潜在干扰信号。 2
4 噪音
特别是在测量小信号时，所有含有欧姆电阻或晶体管等电子元件的电路中都会产生电子噪声。
最重要的两种类型是热噪声和射击噪声。
4.1 热噪声
金属导体或电阻中含有大量自由电子。热运动导致自由电荷载流子与原子之间发生碰撞，从而不断进行能量交换。这也解释了导体的电阻特性。由于开路时没有电流流动，导体中电子的随机运动会导致导体上的电压波动，从而在导体终端产生噪声电压。
热噪声或电阻噪声，也称为约翰逊噪声或奈奎斯特噪声，与温度和电阻值成正比。比例常数是玻尔兹曼常数k，它表示每开尔文有多少平均热能提供给电荷载流子。热噪声与频率无关，但随着带宽的增加而增加。噪声通常用功率谱密度 PSD（功率 谱 密度）或噪声功率来描述，单位为 W/Hz。所有计算都必须使用有效值。
4.2 拍摄噪音
当电流必须克服电位势垒时，总会产生电射频噪声。产生射电噪声的原因是，总电流是由单个电荷载流子（电子或空穴）的运动组成的，而每个电荷载流子都是单独穿过势垒的。这并不是均匀发生的，而是一个随机过程。总体而言，在宏观层面上也能观察到电流流的某些波动
击穿噪声的大小取决于电流的大小，与温度没有直接关系。这使它有别于热噪声。
Danisense 使用的元件已被鉴定为低噪声元件。在选择测量设备时，应确保信噪比足够高，以获得所需的测量结果。
限制测量设备输入通道的带宽也很有意义。
说明
1 Hans Albrecht Worlfsperger：Elektromagnetische Schirmung：Theorie und Praxisbeispiele (VDI-Buch) Gebundene Ausgabe - 25. April 20082008 年 4 月