浅谈激光测距机中的电磁干扰
浅谈激光测距机中的电磁干扰
作者:汤正兴;阎小虎
1 前言
近年来,激光测距仪机已大量装备到各种军事装备上,从陆地、海上到空中,甚至到外层空间,其应用领域已越来越广泛。激光测距机的电磁干扰是一个长期困扰的问题,只有解决好电磁干扰问题才能保证激光测距机和其它系统可靠地工作。电磁干扰不但存在于激光测距机内部,而且外界干扰也同时存在,特别是对地线的干扰无所不在,对测距接收机来说,预防电磁干扰,把干扰降低到最低限度是提高测距能力的一个重要环节。
2 激光测距机内部主要干扰源
2.1 激光发射器的干扰
根据激光测距机YAG 脉冲激光系统这种特殊电磁干扰载体的工作结构,从激光脉冲取样后的放大器输出端可以观察到各种典型干扰。
2.2 预燃触发干扰
脉冲激光器的泵浦源—— 氙灯对激光电源来说是一种特殊的负载,从它受激时的负载特性曲线可以看出,在开始点灯瞬间灯上需加数万伏电压,触发脉冲才能使灯内气体电离击穿形成火花放电通道,然后预燃直流约200V 左右),通过限流电阻向灯放电,使灯维持在中小电流的导通状态。所以,预燃触发干扰包括触发干扰和预燃电离干扰。
2.3 Q调制干扰信号和电容耦合干扰
Q 调制干扰信号包括两部分,一个是退高压充放电干扰,它基本上是一个强度为4000V- 5000V 的梯形负脉冲数学模型,在目前KD’P 晶体的退高压触发管置于机头的情况下,它主要是由于传输阻抗不匹配而通过电缆直接辐射出带有“毛刺”的准方波干扰,但在采用改进结构(把扼流电阻置于机头)的情况下,它对控制系统和测距系统中激光主脉冲的干扰远不如动态触发干扰严重。另一个是动态触发干扰,它是目前普遍采用闸流管作为KD。P 晶体退高压触发需要8000V 左右的触发电压而引起的,它与退高压放电干扰在时序上是紧挨着的。
2。4 激光电源高频开关干扰
目前新一代的开关电源都是采用高频逆变方式,工作频率大约在30kHz- 100kHz,对于脉冲动态激光电源来说,内部含储能逆变、预燃逆变、动态高压逆变三种电源,由于变压器、电感受材料影响,不可能工作在理想状态,存在漏磁现象,通过公用电网进行窜扰。
2.5 断电的火花干扰
继电器触点开关将产生火花放电成为噪声干扰源,触点的火花放电还能使触点损耗加剧,同时还将导致触点材料的蒸发和氧化。
3.激光测距机以外的干扰
激光测距机外部的电气设备也能产生干扰。例如:荧光灯、电机、无线电发射机等这些电气设备,通过公用电网窜入的尖峰干扰和衰减干扰、静电荷积累干扰和接触电势引起的干扰等。
干扰源从发射源到达干扰系统有两种途径,即传导和辐射,两者的区别在于前者沿导线传输,后者是在空间传播。干扰信号有两种形式,连续干扰信号和瞬时干扰信号。连续干扰持续时间大于1/60s(16.67ms)。连续干扰有低频和高频两种方式,低频干扰源包括荧光灯、电机和开关模式直流电源等;高频干扰一般是指射频干扰,通常源于无线电发射机、计算机时钟和其它信号源。
4 采取抗干扰的措施
对EMI通常有两种措施,屏蔽和滤波。屏蔽是用来防止辐射干扰,其作用是在干扰RF信号到达被保护电路之前将其衰减,而滤波是用来防止传导干扰,它具有双向功效,既能防止干扰进入也能防止漏磁。
4.1用金属机壳作电磁屏蔽
采用邻接方式,以凹凸槽将外壳拼接在一起。对低频辐射干扰。下边部分边缘至少要和上半部分重叠4—6ram。对高频干扰信号,仅靠几个螺丝固定它来屏蔽是不够的,最低的原则是,两个螺丝之间的距离不能超过干扰信号波长的一半,最好是1/8波长左右。
4.2 信号线的具体安排
要使干扰信号电流局限在尽量小的范围内,具体接法要注意。
(1)强信号的地线与弱信号的地线要单独安排,分别使之与地网只有一点相连。
(2)尽可能采用短而粗的地线或树枝型地线。对于树枝型地线同一地线回路不能跨接,防止互耦。
(3)对于高频电路的印制板,尽量采用大面积接地的电路安装工艺,减小地线阻抗,提高屏效果;可以采用双面印制板,一面金属层除元件孔腐蚀一圈外,其余基本保留,另一面设计布线。
4.3 电网电路滤波器
对于可能经电源线发出或引入干扰的设备应加电源滤波器,这是一种被广泛采用的有效方法。在不同的情况下,滤波也有不同的意义,尽管也有一些高通和带通滤波,多数EMI都是低通的,有时干扰信号有特定的频率,因而需要陷波滤波器。从理论上讲,一个电容或电感可以将干扰信号衰减20dB,最大可能有6O~120dB,但工程上达不到。电容滤波多用于高阻抗电路,而电感滤波器多用于低阻抗电路。
4.4 屏蔽线的接地
屏蔽线应有良好的接地。接收机在激光测距机设备中是一个被动的载体,在前放中应使用低噪声器件,在采用增益高的放大器件中应有良好的接地,提高信噪比。屏蔽线的外皮是做静电屏蔽的金属导体。屏蔽线架空时应只有一点接地,若有两点接地在磁力线穿过金属底盘和屏蔽线构成回路时,就会在金属屏蔽线外皮和金属底盘所构成的回路里感应出干扰电流,这个干扰电流经屏蔽线外皮可耦合到芯线,形成对所有传输信号的干扰。为防止磁场穿过金属底板和屏蔽线外皮构成回路,通常应将屏蔽线尽量贴底板布线。
4.5 布线的隔离 、
布线时要注意强弱信号的隔离,输入接线和输出接线的隔离。当强弱信号电差40dB以t时,线路距离应大于45cm。敏感的线路与中、低电平线路距离也应大于5cm。
5 结束语
干扰源信号必须耦合到敏感的接收设备才能形成干扰,干扰信号有两种基本耦合方式。(1)传输耦合包括直接经导线或电缆耦合在内的传输耦合,一般这种耦合方式所引的干扰简称“路”的干扰。(2)辐射耦合包括感应和传导耦合。一般经这种方式引入的干扰简称“耦”场的干扰。若能切断“路”和“耦”的传输路径,干扰的影响也将被消除。切断干扰路径的基本方法是滤波,降低或消除公共电路的阻抗、屏蔽和隔离等。
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