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光电传感器的电磁兼容设计广泛应用于工业自动化领域的光电传感器一般是开关型的被称为光电开关光电传感器由投光器、受光器、集成电路、输出电路等组成属弱电检测传感器它容易受到强电设备的电磁干扰它工作时,引起电磁辐射,形成电磁干扰当动作频率较高、多个传感器相距较近时,仪器仪表、总线系统、计算机等弱电设备会受到强烈的干扰,传感器本身也会受到强烈的干扰,此时电磁兼容问题显得更突出电磁兼容设计的目的一是使传感器本身在电磁环境中能正常工作避免出现误动作二是避免传感器成为电磁干扰源光干扰的抑制光电传感器以光为媒介进行无接触检测光是一种频率很高的电磁波
[1]O光干扰也算是一种电磁干扰,光干扰是传感器误动作的主要因素之一环境光、背景光和周围其它光电传感器发出的光是光干扰源以红外线为媒介进行检测则可减小可见光的影响,红外光也不影响可见光红外线光电传感器可用滤光镜滤去可见光对于周围环境其它光电传感器的光干扰,可用外壳、套筒、夹缝来抑制
[2]图1是一种受光器结构图图1受光翳簿图Fig1SnucnneofthertsninMk乎住投光器外壳结构设计得当可使发出的光成为规则光束而非散射状使用时又安装得当,则投光器难成为光干扰源传感器设计时采用偏振光及高频调制的脉冲光采用同步检波方式,都有利于抑制光干扰电路板电磁兼容光电传感器通过高频调制产生高频电信号在高频下一根导线等效为一个电感因此,须尽可能缩短传感器内高频线的长度印制板迹线设计时要考虑尽可能减小电磁辐射迹线辐射比集成电路辐射要强迹线如构成如图2所示的大小相等、方向相反的电流环路则会向空间辐射磁场也会接受空间的磁场图2印制板差膜辐射示意图Fig2Radiationprinciplediagramof图中i为环路电流设环路面积为S,电信号频率为f测量天线到辐射平面的距离为d测量天线与印制板平面的夹角为0则测得电场强度为此时为差模辐射可通过减小环路面积S和环路电流i来减小差模辐射共模辐射可用对地电压激励的、长度小于1/4波长的短单极天线来模拟共模辐射的电场强度为£=4%X1CTer、z式中1为短单极天线长度,共模电压转换成了差模电流i减小地电压和将差模电流旁路到地可减小共模辐射总的来说,E|J制板迹线长度宜短宜增加宽度,但不宜突然增宽不宜突然拐弯尽可能增大地线面积以减小地线阻抗高频信号线、电源线应尽可能平行地靠近地线传感器应选用低功耗器件,如CMOS集成电路CMOS器件抗干扰能力强CMOS逻辑电路抗扰度高达20%o低功耗器件发热小,这有利于传感器设计得更紧密有利于传感器稳定工作输出电路电磁兼容输出电路是传感器的末级电路一般是无触点开关电路常用输出元件有三极管和晶闸管三极管状态改变时,引起电磁辐射在三极管集电极与发射极之间并接RC吸收电路用电感L来抑制di/dt就可减小电磁辐射的能量
[4]如图3所示图3三极管输出电路设计Fig3Designoftransntor-outputchciiit输出电路电磁兼容设计的另一种方法是屏蔽图4中,晶闸管被屏蔽LC滤波网络用来抑制晶闸管动作时产生的浪涌滤波网络与屏蔽罩均接地图4晶闸管输出电路设计Fig4Designof*owpirtCircuit抗干扰编码现在通信、接口、总线技术的发展也促使二进制传感器的智能化AS-Interface是一个执行器-传感器-接口总线系统AS-Interface总线系统最多可安装248个二进制传感器AS-Interface芯片与光电传感器配合可使传感器与AS-Interface总线相连同一总线上,多个传感器相互干扰的问题比较严重这可在传感器通信时,在信息中加入监督码元(冗余码)进行抗干扰如用
00000.11111代替
0、1当收到10111那可认为错了一位并自动纠正第二位电磁兼容试验电磁兼容设计靠电磁兼容试验来验证与改进现在有了比较完善的电磁兼容试验方法和专门的试验设备开关电器动作时形成强烈的干扰产生瞬态脉冲IEC61000-4-4标准对电快速瞬变脉冲干扰作出规定,分为单个脉冲、一群脉冲、脉冲群脉冲群波形如图5所示周期为300ms脉冲束宽度为15mso图5标准的脉冲群波形Fig5Stancbrdpuke*rausEve单个脉冲和一群脉冲中单个脉冲的宽度要小于15msIEC1024规定的雷电模拟脉冲的宽度也要小于15mso光电传感器内部采用小电容对瞬变脉冲滤波比较适应传感器若受主机控制,则可在软件中采用数字滤波、延时指令来抑制瞬变干扰光电传感器辐射敏感度试验结果如表1所示表1幅射敏感度试验Tab1Ridiationsensitivitytest.结束语采用以上设计后,光电传感器既没有干扰80C51单片机实验系统,也没有干扰F-40M型PLC它在断路器严酷环境中能稳定地工作经过电磁兼容设计光电传感器可靠性及质量显著提高频率MHz标准极限场强V,mm试睑结果V
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