編碼器信號干擾問題

首先就是編碼器的選型問題，別只迷信是不是進口的，編碼器的選型正確才是步的，打鐵還要自身硬啊。

一、屏蔽技術(shù)選擇全金屬無螺絲封閉外殼屏蔽的編碼器
1.靜電屏蔽:靜電屏蔽就是用銅或鋁等導(dǎo)電性能良好的金屬為材料制作成封閉的金屬外殼,并與地線連接,把需要屏蔽的編碼器電路置于其中,使外部干擾電場的電力場不影響其內(nèi)部的電路。反過來,編碼器內(nèi)部電路產(chǎn)生的電力線也無法外逸去影響外電路。靜電屏蔽不但能夠防止靜電干擾,也一樣能防止交變電場的干擾,所以許多儀器的外殼用導(dǎo)電材料制作并且接地。

作為金屬屏蔽層的外殼，應(yīng)全包裹屏蔽的，并盡量沒有帶有尖角部分和不同金屬材質(zhì)的螺絲，金屬導(dǎo)體尖角因“效應(yīng)”而成為一個電場畸變的干擾吸收天線。同樣的，不同材質(zhì)的螺絲因為金屬特性的不同，一樣會有邊界的效應(yīng)而引入干擾。編碼器外殼邊角圓滑并應(yīng)用無螺絲的封裝技術(shù)，可保證金屬屏蔽層的jia效果。

2.低頻磁屏蔽:低頻磁屏蔽就是用來隔離低頻磁場和固定磁場耦合干擾的有效措施。任何通過電流的導(dǎo)線或線圈周圍都存在磁場,客觀存在磁場,它們可能對檢測儀器的信號線或者儀器造成磁場耦合干擾。為了防止磁場耦合干擾,必須采用高導(dǎo)磁材料作屏蔽層,以便讓低頻干擾磁力線從磁阻很小的磁屏蔽層上通過,使低頻磁屏蔽層內(nèi)部的電路免受低頻磁場耦合干擾的影響。例如,儀器的鐵皮外殼就起到低頻磁屏蔽的作用。若進一步將外殼接地,以同時起靜電屏蔽的作用。

金屬鐵制的外殼，或者較大的編碼器金屬鋁制的外殼,可使得外部磁干擾源遠離內(nèi)部電源、傳感器及內(nèi)部MCU，吸收外部磁場的變化能量，全金屬屏蔽層可吸收低頻磁振蕩產(chǎn)生的能量。減弱磁源磁場的干擾。

3.電磁屏蔽:電磁屏蔽也是采用導(dǎo)電良好的金屬材料做成屏蔽罩、屏蔽盒等不同的外形,將被保護的電路包圍在其中。它屏蔽的干擾對象不是電場,而是高頻(40KHz以上)磁場。干擾源產(chǎn)生的高頻磁場遇到導(dǎo)電良好的電磁屏蔽層時,就在其外表面感應(yīng)出同頻率的電渦流,從而消耗了高頻干擾的能量，從而使電磁屏蔽層內(nèi)部的電路免受高頻干擾磁場的影響。

4.減少信號傳輸?shù)慕泳€端子尖角線頭，盡量一根電纜線直接到接收端。信號傳輸中間的接收電纜線頭是一個暴露的干擾吸收“天線”單元，尤其是線頭和金屬尖角，好像是伸出去的天線，這連接線纜時應(yīng)盡量沒有暴露外翹的線頭，做圓滑性處理，在信號傳輸中應(yīng)盡力避免線頭與尖角。

二、增量編碼器的信號選擇，應(yīng)選擇具有反相通道的輸出信號

建議不要用NPN型輸出的編碼器，除非你是個不怕事找事的抗干擾的高手。理由我已經(jīng)在另一篇關(guān)于NPN與PNP的文章里講過了。

三、信號電纜選擇，選擇專業(yè)的編碼器電纜雙絞屏蔽電纜

不僅僅是編碼器內(nèi)部的電路的保護，編碼器自帶的輸出信號的信號傳輸電纜，以及外接的加長信號電纜，都應(yīng)選用編碼器信號的雙絞屏蔽電纜，并電纜屏蔽層有超細的高密度高導(dǎo)通性的金屬細線編織成保護層，可以吸收外部輻射的高頻電磁場變化，從而起到屏蔽保護的作用。

舉例來說，無線電廣播的本質(zhì)是電磁波,所以電磁屏蔽也能吸收掉它們的能量,這就是我們在汽車(鋼板車身,但并未接地)里收不到電臺,而必須將收音機的天線拉出車外的原因。
若將電磁屏蔽層接地,它可同時兼有靜電屏蔽作用,對電磁波的屏蔽效果就更好。通常作為傳輸線使用的銅質(zhì)網(wǎng)狀屏蔽電纜接地時就能同時起到電磁屏蔽和靜電屏蔽的作用。

電纜屏蔽層的接地，通常是在信號接收端的單端接地。

注意，雙絞屏蔽電纜的“雙絞”的作用，是作為信號配對的使用的，對于集電極開路的NPN和PNP的單極信號沒有雙絞的效果。對于A+與A-要雙絞配對，B+與B-雙絞配對，Z+與Z-雙絞配對。即使在接收端如果只接A+,B+,雙絞線一樣要將配對信號傳輸?shù)浇邮斩耍挥媒拥男盘柦^緣懸空。

四、選擇具有寬工作電壓與信號短路保護的編碼器

很多干擾來自于編碼器的供電電源----電源的波動，電源0V基準的破壞，這要求在發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場有干擾的情況下，現(xiàn)場的編碼器工作電源應(yīng)獨立給編碼器供電，并輸出功率選擇有足夠大（編碼器標示功耗的2倍以上）。而選擇的編碼器也應(yīng)具有寬工作電壓，例如9—30Vdc甚至5—30Vdc的工作電壓，這表明編碼器內(nèi)部電路對工作電源的設(shè)計，已經(jīng)考慮了輸入電源的降壓穩(wěn)壓濾波，有較好的電源抗波動性干擾。另外，要選擇編碼器信號對電源的短路保護（信號線對電源的正負極短接不燒），這也是編碼器設(shè)計中已對于信號對0V基準波動的有過濾或截斷設(shè)計。

以上是講增量編碼器自身的選型和信號電纜的選型( 此類推薦的增量編碼器已在工控貓有售) ，而我開頭講的故事，就是從一開始的編碼器的選型就選錯了，那是一個不具備抗干擾設(shè)計的NPN型編碼器，盡管其號稱是“進口品牌”的。

五，接地技術(shù)
接地是保證人身和設(shè)備安全、抗干擾的一種方法。合理地選擇接地方式是抑制電容性耦合、電感性耦合及電阻耦合,減小或削弱干擾的重要措施。

編碼器信號傳輸至接收設(shè)備,在實際的工業(yè)現(xiàn)場,由于兩者相距離較長,信號傳輸線也較長,所以測量的數(shù)據(jù)會發(fā)生跳動、造成誤差變大。解決此類問題必須按接收端一點接地原則。所謂一點接地就是指在電路中如果采用多點接地的話,由于各接地點的電位不同就可能形成電路的干擾信號,因此在電路中盡可能的做到在接收端一點接地,如果不能實現(xiàn)一點接地,則盡量將接地線加寬,以使各接地點的電位相近,以免形成信號干擾源。

我們對接地的檢查，都是基于靜態(tài)電阻的測量，但是在有電機、變頻器等交流動態(tài)設(shè)備環(huán)境下，已經(jīng)不僅僅是靜態(tài)的電阻，而是包含了電磁場動態(tài)的電容電感變化，所以接地也要考慮有電容匹配的接地?；蛘咴黾咏拥孛娣e增加電容濾波性。

題外話：接地撒把鹽、撒泡尿有用嗎？也許有用。大地就是一個很大的電容，那種臨時性的撒鹽就是增加了對地接觸面積和導(dǎo)通，增加了電容濾波。文明的做法是加大入地的金屬板面積和加粗接地線。

不要看到屏蔽線\看到外殼就接地,如果你對接地是否做好沒有把握（包括靜態(tài)電阻測量的等電位和交流動態(tài)下的瞬間等電位平衡），那我的建議是此地的大設(shè)備接地，小器件隔離懸浮----干擾環(huán)境下拼體量的，小的拼不過大的。

六、隔離措施
隔離是破壞干擾途徑、切斷耦合通道,從而達到抑制干擾的一種技術(shù)措施。

編碼器工作電源如果選擇DC/DC隔離電源，主要使用在供電電源系統(tǒng)有很多同時在工作的其他器件，現(xiàn)場出現(xiàn)較為嚴重的干擾。
增量信號接收的光電耦合器隔離，應(yīng)用于增量脈沖信號的接收單元電路中。目前,在自動檢測系統(tǒng)中越來越多的采用光電耦合器來提高系統(tǒng)的抗共模干擾能力。
光電耦合器是一種電光電耦合器件,它的輸入量是電流,輸出量也是電流,但是輸入、輸出之間從電氣上看卻是絕緣的。保證了輸入回路和輸出回路的電氣隔離。

編碼器安裝的絕緣隔離：在有大型電機和變頻器的場合下，如果碰到有干擾問題，那很有可能是遇見了電機外殼的“交流漏點”了。電動機本身同時也是個發(fā)電機，交變的勵磁電流和反電動勢都會對電機外殼可能產(chǎn)生電磁場影響。尤其是在啟動的瞬間，電機動力與“發(fā)電”的反電動勢是不平衡的，恰是這種不平衡力驅(qū)動了電機的加速運動，但是這種不平衡的電磁場也會作用到電機外殼，就有可能在電機外殼上產(chǎn)生瞬間的交流漏電，我們在檢查電機外殼的接地只是靜態(tài)的量測電阻的，無法確定在電機啟動的瞬間能夠有很好的交流導(dǎo)通接地。在這種干擾情況下，建議編碼器外殼（包括編碼器轉(zhuǎn)軸）要對電機外殼絕緣隔離。

七、接收設(shè)備的帶寬頻率選擇

接收設(shè)備的帶寬gao接收頻率的選擇，并不是越高越好，較高的可接收頻率的同時，表明其對于信號上升下降沿的響應(yīng)敏感，這同時也對干擾竄入較敏感了。應(yīng)根據(jù)實際使用的gao信號頻率進行計算，選擇合適的gao接收頻率。在歐系有些接收設(shè)備中，已有對于接收gao頻率的可設(shè)置。

八，改用值編碼器

值編碼器的信號與歷史無關(guān)，任何干擾過后可以重新讀取信號，而不受前次歷史事件影響（干擾），另外，值編碼器可用軟濾波技術(shù)，在有些值編碼器的信號形式中已加入了和校驗、異或校驗和CRC校驗，例如值編碼器數(shù)字總線式輸出模式中都已經(jīng)加入了校驗碼。通過校驗碼對比去除傳輸中干擾引起的個別數(shù)位上的突變數(shù)據(jù)。因為值編碼器的每次讀取數(shù)據(jù)是獨立性的，與前次歷史無關(guān)，因此可以將突變的通過對比判斷是不合理的數(shù)據(jù)通過軟濾波技術(shù)剔除。