屏蔽是指利用導(dǎo)電或?qū)Т挪牧现瞥傻暮袪罨驓钇帘误w，將干擾源或干擾對(duì)象包圍起來(lái)，從而割斷或削弱干擾場(chǎng)的空間耦合通道，阻止其電磁能量的傳輸。按需屏蔽的干擾場(chǎng)的性質(zhì)不同，可分為電場(chǎng)屏蔽、磁場(chǎng)屏蔽和電磁場(chǎng)屏蔽。
電場(chǎng)屏蔽是為了消除或抑制由于電場(chǎng)耦合引起的干擾。
磁場(chǎng)屏蔽是為了消除或抑制由于磁場(chǎng)耦合引起的干擾。
如圖1所示的變壓器，在變壓器繞組線包的外面包一層銅皮作為漏磁短路環(huán)。
在如圖2所示的同軸電纜中，為防止信號(hào)在傳輸過(guò)程中受到電磁干擾，在電纜線中設(shè)置了屏蔽層。
圖1 變壓器的屏蔽
圖2 同軸電纜示意圖
一、隔離
1.光電隔離
光電隔離是以光作為媒介在隔離的兩端之間進(jìn)行信號(hào)傳輸?shù)?，所用的器件是光電耦合器。具有較強(qiáng)的隔離和抗干擾能力。
圖3(a)所示為一般光電耦合器組成的輸入/輸出線路。在控制系統(tǒng)中，它既可以用作一般輸入/輸出的隔離，也可以代替脈沖變壓器起線路隔離與脈沖放大作用。
由于光電耦合器具有二極管、三極管的電氣特性，使它能方便地組合成各種電路；又由于它靠光耦合傳輸信息，使它具有很強(qiáng)的抗電磁干擾的能力，因而在機(jī)電一體化產(chǎn)品中獲得了極其廣泛的應(yīng)用。
圖3光電隔離和變壓器隔離原理
(a）光電隔離；(b）變壓器隔離
圖4光電隔離和變壓器隔離原理
(a）光電隔離；(b）變壓器隔離
2.變壓器隔離
對(duì)于交流信號(hào)的傳輸,一般使用變壓器隔離干擾信號(hào)的辦法。隔離變壓器也是常用的隔離部件，用來(lái)阻斷交流信號(hào)中的直流干擾和抑制低頻干擾信號(hào)的強(qiáng)度,如圖4(b)所示的變壓器耦合隔離電路。隔離變壓器把各種模擬負(fù)載和數(shù)字信號(hào)源隔離開(kāi)來(lái)，也就是把模擬地和數(shù)字地?cái)嚅_(kāi)。傳輸信號(hào)通過(guò)變壓器獲得通路，而共模干擾由于不形成回路而被抑制。
圖5所示為一種帶多層屏蔽的隔離變壓器。當(dāng)含有直流或低頻干擾的交流信號(hào)從一次側(cè)端輸入時(shí)，根據(jù)變壓器原理，二次側(cè)輸出的信號(hào)濾掉了直流干擾，且低頻干擾信號(hào)幅值也被大大衰減，從而達(dá)到了抑制干擾的目的。
另外，在變壓器的一次側(cè)和二次側(cè)線圈外設(shè)有靜電隔離層s1和s2，其目的是防止一次和二次繞組之間的相互耦合干擾。變壓器外的三層屏蔽密封體的內(nèi)、外兩層用鐵，起磁屏蔽的作用；中間層用銅，與鐵心相連并直接接地，起靜電屏蔽作用。這三層屏蔽層是為了防止外界電磁場(chǎng)通過(guò)變壓器對(duì)電路形成干擾而設(shè)置的，這種隔離變壓器具有很強(qiáng)的抗干擾能力。
圖5 多層隔離變壓器
3.繼電器隔離
繼電器線圈和觸點(diǎn)僅有機(jī)械上的聯(lián)系，而沒(méi)有直接的電的聯(lián)系，因此可利用繼電器線圈接收電信號(hào)，而利用其觸點(diǎn)控制和傳輸電信號(hào)，從而可實(shí)現(xiàn)強(qiáng)電和弱電的隔離（如圖6所示）。同時(shí)，繼電器觸點(diǎn)較多，且其觸點(diǎn)能承受較大的負(fù)載電流，因此應(yīng)用非常廣泛。
圖6 繼電器隔離
二、濾波
濾波是抑制干擾傳導(dǎo)的一種重要方法。由于干擾源發(fā)出的電磁干擾的頻譜往往比要接收的信號(hào)的頻譜寬得多，因而當(dāng)接收器接收有用信號(hào)時(shí)，也會(huì)接收到那些不希望有的干擾。
圖7所示為計(jì)算機(jī)電源采用的一種lc低通濾波器的接線圖。
圖7 低通濾波器
圖8(a)所示為觸點(diǎn)抖動(dòng)抑制電路，對(duì)抑制各類(lèi)觸點(diǎn)或開(kāi)關(guān)在閉合或斷開(kāi)瞬間因觸點(diǎn)抖動(dòng)所引起的干擾是十分有效的。
圖8(b)所示電路是交流信號(hào)抑制電路，主要用于抑制電感性負(fù)載在切斷電源瞬間所產(chǎn)生的反電勢(shì)。這種阻容吸收電路可以將電感線圈的磁場(chǎng)釋放出來(lái)的能量轉(zhuǎn)化為電容器電場(chǎng)的能量?jī)?chǔ)存起來(lái)，以降低能量的消散速度。
圖8(c)所示電路是輸入信號(hào)的阻容濾波電路，類(lèi)似的這種線路既可作為直流電源的輸入濾波器，也可作為模擬電路輸入信號(hào)的阻容濾波器。
圖8 干擾濾波電路
圖9所示為一種雙t型帶阻濾波器，可用來(lái)消除工頻（電源）串模干擾。圖中輸入信號(hào)u1經(jīng)過(guò)兩條通路送到輸出端。
圖9 雙t型帶阻濾波器
三、接地
圖10所示是并聯(lián)一點(diǎn)接地方式。這種方式在低頻時(shí)是最適用的，因?yàn)楦麟娐返牡仉娢恢慌c本電路的地電流和地線阻抗有關(guān)，不會(huì)因地電流而引起各電路間的耦合。這種方式的缺點(diǎn)是需要連很多根地線，用起來(lái)比較麻煩。
圖10 并聯(lián)一點(diǎn)接地
2. 多點(diǎn)接地
多點(diǎn)接地所需地線較多，一般適用于低頻信號(hào)。若電路工作頻率較高，電感分量大，各地線間的互感耦合會(huì)增加干擾。如圖11所示，各接地點(diǎn)就近接于接地匯流排或底座、外殼等金屬構(gòu)件上。
圖11 多點(diǎn)接地
3.地線的設(shè)計(jì)
機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要綜合考慮各種地線的布局和接地方法。圖12所示是一臺(tái)數(shù)控機(jī)床的接地方法。
圖12 數(shù)控機(jī)床的接地
四、軟件抗干擾設(shè)計(jì)
1.軟件濾波
用軟件來(lái)識(shí)別有用信號(hào)和干擾信號(hào)并濾除干擾信號(hào)的方法稱為軟件濾波。識(shí)別信號(hào)的原則有三種：
（1）時(shí)間原則
（2）空間原則
（3）屬性原則
2.軟件“陷阱”
從軟件的運(yùn)行來(lái)看，瞬時(shí)電磁干擾可能會(huì)使cpu偏離預(yù)定的程序指針，進(jìn)入未使用的ram區(qū)和rom區(qū)，引起一些莫名其妙的現(xiàn)象，其中死循環(huán)和程序“飛掉”是常見(jiàn)的。為了有效地排除這種干擾故障，常采用軟件“陷阱”法。
這種方法的基本指導(dǎo)思想是，把系統(tǒng)存儲(chǔ)器（ram和rom）中沒(méi)有使用的單元用某一種重新啟動(dòng)的代碼指令填滿，作為軟件“陷阱”，以捕獲“飛掉”的程序。一般當(dāng)cpu執(zhí)行該條指令時(shí)，程序就自動(dòng)轉(zhuǎn)到某一起始地址，從這一起始地址開(kāi)始存放一段使程序重新恢復(fù)運(yùn)行的熱啟動(dòng)程序，該熱啟動(dòng)程序掃描現(xiàn)場(chǎng)的各種狀態(tài)，并根據(jù)這些狀態(tài)判斷程序應(yīng)該轉(zhuǎn)到系統(tǒng)程序的哪個(gè)入口，使系統(tǒng)重新投入正常運(yùn)行。
3.軟件“看門(mén)狗”
“看門(mén)狗”（watchdog）就是用硬件（或軟件）的辦法使用監(jiān)控定時(shí)器定時(shí)檢查某段程序或接口，當(dāng)超過(guò)一定時(shí)間系統(tǒng)沒(méi)有檢查這段程序或接口時(shí)，可以認(rèn)定系統(tǒng)運(yùn)行出錯(cuò)（干擾發(fā)生），可通過(guò)軟件進(jìn)行系統(tǒng)復(fù)位或按事先預(yù)定的方式運(yùn)行。
“看門(mén)狗”是工業(yè)控制機(jī)普遍采用的一種軟件抗干擾措施。
五、硬件自檢測(cè)和軟件自恢復(fù)的設(shè)計(jì)
由于干擾引起的誤動(dòng)作多是偶發(fā)性的，因而應(yīng)采取某種措施使這種偶發(fā)的誤動(dòng)作不致直接影響系統(tǒng)的運(yùn)行。因此，在總體設(shè)計(jì)上必須設(shè)法使干擾造成的這種故障能夠盡快恢復(fù)正常。通常的方式是在硬件上設(shè)置某些自動(dòng)監(jiān)測(cè)電路,這主要是為了對(duì)一些薄弱環(huán)節(jié)加強(qiáng)監(jiān)控，以便縮小故障范圍，增強(qiáng)整體的可靠性。
六、從安裝和工藝等方面采取措施以消除干擾
1.合理選擇接地
2.合理選擇電源
合理選擇電源對(duì)系統(tǒng)的抗干擾能力也是至關(guān)重要的。
3.合理布局
對(duì)機(jī)電一體化設(shè)備及系統(tǒng)的各個(gè)部分進(jìn)行合理的布局，能有效地防止電磁干擾的危害。
七、邏輯設(shè)計(jì)力求簡(jiǎn)單可靠
對(duì)于一個(gè)具體的機(jī)電一體化產(chǎn)品，在滿足生產(chǎn)工藝控制要求的前提下，邏輯設(shè)計(jì)應(yīng)盡量簡(jiǎn)單，以便節(jié)省元件，方便操作。