1 前言 儀器開發必須考慮普適性，作為一個產品應能應用於各種各樣場合，也就是說它不僅僅用在實驗室和辦公室，也可能被用在野外，礦山，或工業監測控制現場，可能周圍條件優越，也可能環境惡劣干擾頻繁，質量就是生命，如何保證所開發的儀器具有極高的抗干擾能力和可靠性及是研製者魂牽夢繞的問題。
隨著超大規模積體電路的發展和微控制器的出現，命名得融入電腦，開發智慧儀器成為可能，計算機的加盟令局面一新 ，我們不僅可以從硬體方面採取措施，還可以從軟體方面採取措施進一步增強自己所開發儀器的抗干擾能力。
工故使用儀器的苛刻執行環境主要表現在：工礦現場大耗能裝置多，大功率特別是大感生負載的啟停往往會使電網產生幾百伏甚至幾千伏的尖脈衝干擾。工業電網欠壓或過壓，常常達到額定電壓的１５％，這種惡劣的供電善有時長達幾分鐘、幾小時，甚至幾天。
在工礦現場，各種訊號線如綁紮在一起或走同一根多芯電纜，由於導線間存在電容性耦合、電感性耦合世電場磁場組合耦合，也是儀器通道出現干擾的主要原因之一，特別是訊號線與交流動力線同走一個長的管道中、干擾尤甚，多路開關或保持器效能不好，也會引起儀器臨近通道訊號的竄擾。
空間各種電磁、氣象條件、雷電甚至地磁場的變化也會干擾得使儀器不能正常工作。此外現場溫度、溼度的變化可能引起電路引數的發跡腐蝕性氣體、酸鹼鹽的作用，野外的風沙、雨淋、甚至鼠咬蟲蛀等都會影響儀器的可靠性。
儀器在現場執行所受到的干擾各種各樣，具體情況具體分析，對不同的干擾採取不同的措施，此乃抗干擾的決的原則。這種靈活機動的策略與普適性無疑是矛盾的。解決的辦法應當採用模組化的方法。
除了基本構件外，針對不同的執行場合，儀器可裝配不同的選 件，以有效地抗干擾，提高可靠性。 ２ 尖峰干擾抑制技術 對儀器正常工作危害最嚴重的是電網尖峰脈衝干擾，產生尖峰干擾的用電裝置有：電焊機、大電機、可控機、繼電接觸器、帶鎮流器的充氣照明燈，甚至電烙鐵等。
尖峰干擾常使智慧儀器中的電腦“習程式”或“宕機”可用硬體、軟體結合的辦法來抑制。 2。1 用硬體線路掏尖峰干擾的影響 有如下三種常用辦法：或在儀器交流電源輸入端串入按頻譜均均衡的原理設計的干擾掏器，將尖峰電壓集中能量分配到不同的頻段上，從而減弱其破壞性，或在儀器交流電源輸入端加超級隔離變壓器，利用鐵磁共振原理抑制尖峰脈衝；或在儀器交流電源的輸入端並聯壓敏電阻利用尖峰脈衝到來時電阻值減小，隆低儀器從電源分得的電壓，從而削弱干擾的影響。
2。2 利用軟體方法抑制尖峰干擾 管者參與研製的中國第一臺聲發射售在北京某研究院做實驗時，旁邊有一個可控矽裝置基工作。每週期，當可控矽一導通我們的聲發射信上就出現一個尖峰脈衝干擾。
對於這種週期性干擾，我們程式設計進行的時間濾波，也就是用程式控制在可控矽導通瞬間不採樣，從而有效地掏了干擾。 2。3 採用硬、軟體結合的看門狗（watchdog)技術抑制尖脈衝的影響 將定時器與CPU形成閉合迴路。
定時器受CPU控制，CPU可重新設定定時器或重新啟動。 軟體方面這樣安排：只要在定時器定時到之前，CPU訪問一次定時器，讓定時器重新開始計時，正常程式執行，該定時器望遠不會產生溢位脈衝，watchdog也就不會起作用。
一旦尖峰干擾出現了“飛程式”則CPU就不會在定時到之前訪問定時器。、，因而定時到訊號就會出現，引起系統復位中中斷，保證智慧儀器回到正學程式上來。 3 噪聲干擾抑制技術 廣義上講，一切無用的訊號都叫噪聲。
噪聲客觀存在，從某種意義上說，開發儀器的過程自始至終就是和噪聲作鬥爭的過程。 3。1 遮蔽技術 根據導線間電耦合、磁耦合及電磁耦合產生相互干擾的機現，在儀器佈線方面應做到：強電的饋線必須單獨走，絕對不能和訊號線混在一起；努力使強訊號線與弱訊號線正交；不能避開的平稱走線，應保持強訊號線與弱訊號線的距離是士氣地線內徑的40使用連線線方面應做到：針對電場耦合引起的干擾，採用無網孔的鋁箔遮蔽電纜且使兩端引線外露部分量短，同軸電纜單端接地；針對磁場耦合產生的干擾，採用雙絞線，讓法線相反的小回路面積相等，使磁場干擾的影響相互抵消；針對電磁耦合產生的干擾可採用結合雙絞線和同軸電纜兩者優點的雙絞遮蔽對，此外在干擾源周圍加上遮蔽體且將遮蔽體一點接地，可把電場開成的干擾湖遮蔽掉，使之對鄰近導線或迴路不產生干擾且可抑制磁場對弱訊號迴路可能造成的干擾。
3。2 濾波技術 濾波的本質是擋住噪聲，只讓有效訊號暢通，除了前面提到的時間濾波之外，還有波濾波、頻率濾波、幅度波波和空間濾波，無論哪種形式，其同點都是抓住噪聲和有效訊號的差別去偽存真，現分述如下： （1）波形濾波 這種方式是根據真假訊號波形前沿陡度不同設定的，例如聲發射訊號波形的前沿很耳，而噪聲的前沿卻不韋，我們可以利用兩上間限電路和一個計時電路進行鑑別。
外來的訊號前沿超過下門限就妄動計時，到達上門限就停止計時，再借助比較器和閘電路，只有計時小於一定值的才是真訊號，開啟門讓其進到儀器中，否則便是噪聲，控制將其拒之門外。 （2）頻率濾波 這種謀劃根據真假訊號的頻率不同設定的，可分有濾源波器和無源濾波器兩大類，每一類又包括低通、高通、帶通、帶阻四種，視有效訊號的噪聲和頻率決定採用哪種濾波器。
（3）幅值濾波 這種方式是建立在噪聲的幅度較小而有效訊號幅度較大的基礎上的，利用比較器設定門檻電路，實現對幅值超過門檻的訊號，開門放行，將幅值低於門檻的訊號作為噪聲擋住。
（4）空間濾波 這種方式是建立在已知有效訊號源空間位置基礎之上的，來自 裡的訊號是有效訊號，把其空間發出的訊號都當作噪聲，可用符合和主從兩種方式鑑別。例如我們要用發射儀監視一條焊穎，就把感測器對稱放置在焊穎的兩邊，於是兩上感測器同時收到的便 是來自焊穎的訊號，認為是真的，讓其進到儀器中處理；而兩上感測器不是同時收到的訊號就是假的，不予處理。
再例如我們要用聲發射儀監視一個區域，可以把感測器分為主從兩類，多個感測器這樣設定，使來自監視區的訊號讓從感測器先收到，主感測器後收到，相應設計線路保證主感測器先收到的訊號以真的對待，而從感測器先收到的訊號以假的論處。
（5）軟體濾波 程式實現濾波是智慧儀器所獨有的，可對包括頻率很低（如0。01Hz)的干擾訊號在內的各種干擾訊號進行濾波，一個數字濾波程式能為儀器多個輸入通道共用。
常用的軟體濾波方法： a:平均值濾波，即把M次取樣的自述平均值作為濾波器的輸出，也可以根據需要增加新鮮取樣的值的比重，形成加權平均值濾波。 b:中值濾波，即把M次連續取樣值進行排序，取其中位值作為濾波器的輸出，這種方法對緩變過程的脈衝干擾濾波效果良好。
c:限幅濾波，這種方法是根據取樣週期和真實訊號的正常變化率確定相鄰兩次取樣的最大可能差值Δ，將本次取樣和上次取樣的差值小於等於Δ的訊號認為是有效訊號，大於Δ的訊號作為噪聲處理。
d:慣性濾波，此乃模擬PC濾波器的數字實現，適用於波罷頻繁的有效訊號。 3。3 接地技術 為避免噪聲耦合，通常在儀器中應有3條分開的地線：一條是低電平地線，一條是強電的地線（又稱噪聲地線），一條是儀器機殼地線（又稱“金屬件”地線）視而不見條地線應在一點連線接地。
儀器的高電平線和低電平線不要接同一接外掛，不得已用同一接外掛時，應把地線和備用端子放在高低電平端子的中間。低電平電纜的遮蔽層要一端接地，遮蔽層外面要有絕緣層，以防與其它地線磁觸。
兩條以上的遮蔽電纜共用一個接外掛時，每條電纜的遮蔽層最好單獨用一個端子。 以上措施筆者在開發智慧供水裝置中均採用，效果良好。 3。4 電氣隔離技術 為防止高電壓、大電流、大功率等強電或長輸線上產生的各種干擾訊號進入智慧儀器內部，防礙正常工作，可使資訊傳輸的路徑在電氣上隔離，亦即隔離前後兩部分線路之間無電氣上的連線，在電氣上是互相獨立的兩上系統，各自獨立的電源和參考電位，互相間毫不相關，靠非電方式（如磁、光等）來傳送資訊。
（1）磁隔離的方法 常見磁隔離種類有：隔離變壓器、電流為壓器、各種電壓電流互感器，調製觸調式隔離放大器。可用來傳判定工關訊號，也可用來傳遞交、緩變甚至是直流的模擬訊號，在低頻範圍內實現理想傳輸，但也有速度慢，功耗大，會造成較高的頻率訊號的損失及開關訊號的前沿耳度下降等缺點。
（2）光隔離的方法 光隔離的方法是採用肖傳遞資訊進行電氣隔離。由於光隔離的電氣絕緣效能極佳，光纜傳遞訊號不易受處蜀如雷電、強磁場等的影響，所以是一種較理想的隔離方法。
常見的光隔離器件有：光電開關、光電隔離器、光纜、光觸發可控矽及模擬訊號光電隔離裝置等。因為其功耗小、結構簡單、工作可靠，故開發智慧儀器首選 這種方法。 3。5 其他抗干擾技術 （1）穩壓技術 目前智慧儀器開發中常用的穩 壓電源有兩種：一種是由整合穩壓晶片提供的串聯調整電源，另一種是DC-DC穩 壓電源，這對防止電網電壓波動干擾儀器正常工作有效。
（2）抑制共模干擾技術 採用差分放大器，提高差分放大器的輸入阻抗 或降低訊號源內阻可大大降低共模干擾的影響。 （3）軟體補償技術 外界因素如姿態溫溼度變化等也會引起某些引數的變化，造成偏差。
我們可以利用軟根據好的外界因素的變化和誤差由線進行修正，去掉干擾，筆者在飛機燃油油量的計算機測量系統中有成功的應用。
1 前言 儀器開發必須考慮普適性，作為一個產品應能應用於各種各樣場合，也就是說它不僅僅用在實驗室和辦公室，也可能被用在野外，礦山，或工業監測控制現場，可能周圍條件優越，也可能環境惡劣干擾頻繁，質量就是生命，如何保證所開發的儀器具有極高的抗干擾能力和可靠性及是研製者魂牽夢繞的問題。
隨著超大規模積體電路的發展和微控制器的出現，命名得融入電腦，開發智慧儀器成為可能，計算機的加盟令局面一新 ，我們不僅可以從硬體方面採取措施，還可以從軟體方面採取措施進一步增強自己所開發儀器的抗干擾能力。
工故使用儀器的苛刻執行環境主要表現在：工礦現場大耗能裝置多，大功率特別是大感生負載的啟停往往會使電網產生幾百伏甚至幾千伏的尖脈衝干擾。工業電網欠壓或過壓，常常達到額定電壓的１５％，這種惡劣的供電善有時長達幾分鐘、幾小時，甚至幾天。
在工礦現場，各種訊號線如綁紮在一起或走同一根多芯電纜，由於導線間存在電容性耦合、電感性耦合世電場磁場組合耦合，也是儀器通道出現干擾的主要原因之一，特別是訊號線與交流動力線同走一個長的管道中、干擾尤甚，多路開關或保持器效能不好，也會引起儀器臨近通道訊號的竄擾。
空間各種電磁、氣象條件、雷電甚至地磁場的變化也會干擾得使儀器不能正常工作。此外現場溫度、溼度的變化可能引起電路引數的發跡腐蝕性氣體、酸鹼鹽的作用，野外的風沙、雨淋、甚至鼠咬蟲蛀等都會影響儀器的可靠性。
儀器在現場執行所受到的干擾各種各樣，具體情況具體分析，對不同的干擾採取不同的措施，此乃抗干擾的決的原則。這種靈活機動的策略與普適性無疑是矛盾的。解決的辦法應當採用模組化的方法。
除了基本構件外，針對不同的執行場合，儀器可裝配不同的選 件，以有效地抗干擾，提高可靠性。 ２ 尖峰干擾抑制技術 對儀器正常工作危害最嚴重的是電網尖峰脈衝干擾，產生尖峰干擾的用電裝置有：電焊機、大電機、可控機、繼電接觸器、帶鎮流器的充氣照明燈，甚至電烙鐵等。
尖峰干擾常使智慧儀器中的電腦“習程式”或“宕機”可用硬體、軟體結合的辦法來抑制。 2。1 用硬體線路掏尖峰干擾的影響 有如下三種常用辦法：或在儀器交流電源輸入端串入按頻譜均均衡的原理設計的干擾掏器，將尖峰電壓集中能量分配到不同的頻段上，從而減弱其破壞性，或在儀器交流電源輸入端加超級隔離變壓器，利用鐵磁共振原理抑制尖峰脈衝；或在儀器交流電源的輸入端並聯壓敏電阻利用尖峰脈衝到來時電阻值減小，隆低儀器從電源分得的電壓，從而削弱干擾的影響。
2。2 利用軟體方法抑制尖峰干擾 管者參與研製的中國第一臺聲發射售在北京某研究院做實驗時，旁邊有一個可控矽裝置基工作。每週期，當可控矽一導通我們的聲發射信上就出現一個尖峰脈衝干擾。
對於這種週期性干擾，我們程式設計進行的時間濾波，也就是用程式控制在可控矽導通瞬間不採樣，從而有效地掏了干擾。 2。3 採用硬、軟體結合的看門狗（watchdog)技術抑制尖脈衝的影響 將定時器與CPU形成閉合迴路。
定時器受CPU控制，CPU可重新設定定時器或重新啟動。 軟體方面這樣安排：只要在定時器定時到之前，CPU訪問一次定時器，讓定時器重新開始計時，正常程式執行，該定時器望遠不會產生溢位脈衝，watchdog也就不會起作用。
一旦尖峰干擾出現了“飛程式”則CPU就不會在定時到之前訪問定時器。、，因而定時到訊號就會出現，引起系統復位中中斷，保證智慧儀器回到正學程式上來。 3 噪聲干擾抑制技術 廣義上講，一切無用的訊號都叫噪聲。
噪聲客觀存在，從某種意義上說，開發儀器的過程自始至終就是和噪聲作鬥爭的過程。 3。1 遮蔽技術 根據導線間電耦合、磁耦合及電磁耦合產生相互干擾的機現，在儀器佈線方面應做到：強電的饋線必須單獨走，絕對不能和訊號線混在一起；努力使強訊號線與弱訊號線正交；不能避開的平稱走線，應保持強訊號線與弱訊號線的距離是士氣地線內徑的40使用連線線方面應做到：針對電場耦合引起的干擾，採用無網孔的鋁箔遮蔽電纜且使兩端引線外露部分量短，同軸電纜單端接地；針對磁場耦合產生的干擾，採用雙絞線，讓法線相反的小回路面積相等，使磁場干擾的影響相互抵消；針對電磁耦合產生的干擾可採用結合雙絞線和同軸電纜兩者優點的雙絞遮蔽對，此外在干擾源周圍加上遮蔽體且將遮蔽體一點接地，可把電場開成的干擾湖遮蔽掉，使之對鄰近導線或迴路不產生干擾且可抑制磁場對弱訊號迴路可能造成的干擾。
3。2 濾波技術 濾波的本質是擋住噪聲，只讓有效訊號暢通，除了前面提到的時間濾波之外，還有波濾波、頻率濾波、幅度波波和空間濾波，無論哪種形式，其同點都是抓住噪聲和有效訊號的差別去偽存真，現分述如下： （1）波形濾波 這種方式是根據真假訊號波形前沿陡度不同設定的，例如聲發射訊號波形的前沿很耳，而噪聲的前沿卻不韋，我們可以利用兩上間限電路和一個計時電路進行鑑別。
外來的訊號前沿超過下門限就妄動計時，到達上門限就停止計時，再借助比較器和閘電路，只有計時小於一定值的才是真訊號，開啟門讓其進到儀器中，否則便是噪聲，控制將其拒之門外。 （2）頻率濾波 這種謀劃根據真假訊號的頻率不同設定的，可分有濾源波器和無源濾波器兩大類，每一類又包括低通、高通、帶通、帶阻四種，視有效訊號的噪聲和頻率決定採用哪種濾波器。
（3）幅值濾波 這種方式是建立在噪聲的幅度較小而有效訊號幅度較大的基礎上的，利用比較器設定門檻電路，實現對幅值超過門檻的訊號，開門放行，將幅值低於門檻的訊號作為噪聲擋住。
（4）空間濾波 這種方式是建立在已知有效訊號源空間位置基礎之上的，來自 裡的訊號是有效訊號，把其空間發出的訊號都當作噪聲，可用符合和主從兩種方式鑑別。例如我們要用發射儀監視一條焊穎，就把感測器對稱放置在焊穎的兩邊，於是兩上感測器同時收到的便 是來自焊穎的訊號，認為是真的，讓其進到儀器中處理；而兩上感測器不是同時收到的訊號就是假的，不予處理。
再例如我們要用聲發射儀監視一個區域，可以把感測器分為主從兩類，多個感測器這樣設定，使來自監視區的訊號讓從感測器先收到，主感測器後收到，相應設計線路保證主感測器先收到的訊號以真的對待，而從感測器先收到的訊號以假的論處。
（5）軟體濾波 程式實現濾波是智慧儀器所獨有的，可對包括頻率很低（如0。01Hz)的干擾訊號在內的各種干擾訊號進行濾波，一個數字濾波程式能為儀器多個輸入通道共用。
常用的軟體濾波方法： a:平均值濾波，即把M次取樣的自述平均值作為濾波器的輸出，也可以根據需要增加新鮮取樣的值的比重，形成加權平均值濾波。 b:中值濾波，即把M次連續取樣值進行排序，取其中位值作為濾波器的輸出，這種方法對緩變過程的脈衝干擾濾波效果良好。
c:限幅濾波，這種方法是根據取樣週期和真實訊號的正常變化率確定相鄰兩次取樣的最大可能差值Δ，將本次取樣和上次取樣的差值小於等於Δ的訊號認為是有效訊號，大於Δ的訊號作為噪聲處理。
d:慣性濾波，此乃模擬PC濾波器的數字實現，適用於波罷頻繁的有效訊號。 3。3 接地技術 為避免噪聲耦合，通常在儀器中應有3條分開的地線：一條是低電平地線，一條是強電的地線（又稱噪聲地線），一條是儀器機殼地線（又稱“金屬件”地線）視而不見條地線應在一點連線接地。
儀器的高電平線和低電平線不要接同一接外掛，不得已用同一接外掛時，應把地線和備用端子放在高低電平端子的中間。低電平電纜的遮蔽層要一端接地，遮蔽層外面要有絕緣層，以防與其它地線磁觸。
兩條以上的遮蔽電纜共用一個接外掛時，每條電纜的遮蔽層最好單獨用一個端子。 以上措施筆者在開發智慧供水裝置中均採用，效果良好。 3。4 電氣隔離技術 為防止高電壓、大電流、大功率等強電或長輸線上產生的各種干擾訊號進入智慧儀器內部，防礙正常工作，可使資訊傳輸的路徑在電氣上隔離，亦即隔離前後兩部分線路之間無電氣上的連線，在電氣上是互相獨立的兩上系統，各自獨立的電源和參考電位，互相間毫不相關，靠非電方式（如磁、光等）來傳送資訊。
（1）磁隔離的方法 常見磁隔離種類有：隔離變壓器、電流為壓器、各種電壓電流互感器，調製觸調式隔離放大器。可用來傳判定工關訊號，也可用來傳遞交、緩變甚至是直流的模擬訊號，在低頻範圍內實現理想傳輸，但也有速度慢，功耗大，會造成較高的頻率訊號的損失及開關訊號的前沿耳度下降等缺點。
（2）光隔離的方法 光隔離的方法是採用肖傳遞資訊進行電氣隔離。由於光隔離的電氣絕緣效能極佳，光纜傳遞訊號不易受處蜀如雷電、強磁場等的影響，所以是一種較理想的隔離方法。
常見的光隔離器件有：光電開關、光電隔離器、光纜、光觸發可控矽及模擬訊號光電隔離裝置等。因為其功耗小、結構簡單、工作可靠，故開發智慧儀器首選 這種方法。 3。5 其他抗干擾技術 （1）穩壓技術 目前智慧儀器開發中常用的穩 壓電源有兩種：一種是由整合穩壓晶片提供的串聯調整電源，另一種是DC-DC穩 壓電源，這對防止電網電壓波動干擾儀器正常工作有效。
（2）抑制共模干擾技術 採用差分放大器，提高差分放大器的輸入阻抗 或降低訊號源內阻可大大降低共模干擾的影響。 （3）軟體補償技術 外界因素如姿態溫溼度變化等也會引起某些引數的變化，造成偏差。
我們可以利用軟根據好的外界因素的變化和誤差由線進行修正，去掉干擾，筆者在飛機燃油油量的計算機測量系統中有成功的應用。