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      有關編碼器信號電纜與傳輸抗干擾的討論
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      alminyin 個人主頁 給TA發消息 加TA為好友 發表于:2018-07-30 21:33:43 樓主

      自動化行業里某些人對編碼器的重視程度還很不夠,更別說對一根編碼器信號電纜了,“雙絞屏蔽”“越粗越好”“接地接地再接地,看見空的就接地”看似有多簡單?但這些模糊甚至有錯誤的對電纜的理解,問題是到了現場干擾的出現,往往就是從一根簡單的電纜和接法就理解錯了開始的。  其實編碼器信號電纜技術含量頗高,其中包含了物理學基礎和材料學知識等,越是基礎的東西離物理學原理越近,需要理解原理結合基礎原理和實驗室試驗及現場實踐驗證,而不再是只靠產品說明書手冊了。

      德國海德漢編碼器對于信號電纜一直有嚴格指定的要求。而我無法在這里一次給出標準答案,我沒有足夠的實驗室條件,只有從電磁波信號原理推演。只是依據十二年前向一家外企電纜廠家定制做過一根編碼器電纜。這家外企電纜廠原來就有電纜,但我按照對海德漢電纜的理解提出了針對編碼器的專門定制要求,看中的是他們有實驗室條件,可以測試和提供我要求的參數,實驗參數固定化。這根電纜我們已經用了12年,大大小小的項目也做了不少,也有很多知情的同行用過并得到了認可,而這家外企轉向進入工控領域,做起了機器人電纜也很成功,。  所謂知己知彼百戰不殆,在本文我們討論的是:我們需要先了解編碼器信號是什么樣的信號,電纜有什么特性,干擾可能是從哪里來,才能根據現場錯雜的干擾環境分析出對策。我這里挑了行業里關于編碼器信號電纜認識比較模糊甚至有些錯誤的問題,拋磚引玉提供業內真正是在現場實踐者來參考與討論,也歡迎留言爭論。

      一,編碼器信號是什么?

      編碼器信號有很多種類。這里只講用的最多的增量脈沖信號和數字串行信號(SSI等信號),電子開關頻率800KHz以下的。其他的總線信號的電纜、單電纜技術的電纜和工業以太網的電纜不在此文討論。(我也還沒搞懂呢)   這里講的編碼器信號是方波。但是,電纜線的傳導電特性是以電磁波的計算并設計的。方波并不是單一頻率的電磁波,按傅立葉分解,方波是有很多種頻率的電磁波的疊加組合,下圖演示的是方波最少有N=19個不同頻率的電磁波合成的。(N=1代表只有一種頻率的電磁波)。   

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      所以,編碼器電纜線上傳輸的信號,是一組從較低頻率的電磁波到較高頻率的電磁波的組合。 電磁波的頻率特性: 極低頻 ELF 3KHZ以下 甚低頻 VLF 3-30KHZ 低 頻 LF 30-300KHZ 中 頻 MF 300-3MHZ 高 頻 HF 3-30MHZ 甚高頻 VHF 30-300MHZ(電視1---12頻道) 特高頻 UHF 300-3GHZ(電視13頻道以上) 超高頻 SHF 3G-30GHZ 光也是電磁波。高頻率的電磁波很多特性就是我們熟悉的光的特性。  

      電磁波通過不同介質界面時,會發生折射、反射、繞射、散射及吸收等等。電磁波在導體介質中傳播,既有沿導線方向的傳播,也有沿導線直徑方向的傳播,并在導線的外徑表面發生“折射”而輻射出另一個介質去(類似光遇見了水面,可以是進入另一個導體介質,也可能是空間輻射),和“反射”回導線介質的繼續傳播(類似于光線在水面反射)。各種波長反復的“反射”波雜亂了后形成了“散射”(類似于霧氣),導體內的雜質吸收了電磁波能量發熱形成了波的“吸收”(類似于電磁灶微波爐原理)。電磁波既有在導體內的傳播,也有離開導體界面向外輻射的傳播。電磁波頻率低時,主要借由有形的導電體傳遞。原因是在低頻的電振蕩中,磁電之間的相互變化比較緩慢,其能量幾乎全部返回原電路而沒有足夠的能量輻射出去;電磁波頻率高時逐漸增加了向外輻射的比例,在高頻率的電磁振蕩中,磁電互變甚快,能量不可能全部返回原振蕩電路,于是電能、磁能隨著電場與磁場的周期變化以電磁波的形式向空間傳播出去,不需要介質也能向外傳遞能量,這就是一種輻射。   

      較高頻率的電磁波在到達導體界面時,一部分折射離開導體輻射出去了,另一部分又像碰到鏡面反射回導體,這一部分反射回來的高頻電磁波與下一波向外移動的電磁波疊加,形成了集中在導體表面的移動的結果,因此,高頻率的電磁波有沿導體表面移動的“集膚效應”和離開導體表面的“輻射效應”。較高頻率的電磁波也較容易被導體雜質吸收而迅速衰減。   

      當較高頻率的電磁波導體表面是尖銳的界面時,因為尖端的外形特征反射后仍然可能是向外的,而增加了多次輻射的機會,這種在表面移動的波就更容易向外輻射出去,而反射回來的波就很少了,這就是高頻電磁波的尖端輻射效應。這也是高頻電波發射的天線原理。  

       LC高頻振蕩電路,是指用電感L、電容C組成選頻網絡的振蕩電路,用于產生高頻正弦波信號。電感L的兩種極端是螺旋的線圈甚至一長段金屬導線,電容的兩種極端是兩個不接觸的金屬導體板或者一個尖銳的發散的金屬尖端與大地構成了一個電容C。其中,一個尖銳發散的金屬尖端與大地更容易形成一個振蕩發射的天線,在一定的能量、頻率和電路開放形態下,LC高頻振蕩電路將電磁波發射到空間(發射天線),或者接收來自空間的電磁波(接收天線)。   

      小結:電磁波是一種能量,是正弦移動的波,高頻信號走導線表面傳導,高頻信號有向空間輻射的比例,當金屬有一長段導線與尖銳的尖角的情況下,高頻信號在尖端更容易輻射,或者接收外部高頻電磁波(干擾)。

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      alminyin 個人主頁 給TA發消息 加TA為好友 發表于:2018-07-30 21:35:44 1樓
       

      二,編碼器信號頻率是什么? 

      我們常講的編碼器信號頻率,是方波的頻率,也稱為電子開關頻率(從0到1的開關特性)。但是在電纜線上傳導的應以電磁波頻率計算,也就是說類似19個以上頻譜電磁波構成的電磁波頻率,每一個電磁波頻率與方波頻率有一個倍數系數關系,即使方波頻率不高,但是信號上仍然有部分高頻電磁波成分,這個在較長距離傳輸中,或者在高頻干擾中會顯現出來。

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       數字方波信號的上升沿下降沿遵循電磁波的高頻特性,而平緩的高電平低電平遵循電磁波的低頻特性。數字信號的頻率并不等同于其電磁波頻率,其中有更高頻率的高頻電磁波存在。如果我們的數字信號僅僅在300KHz以下,由于方波有陡直的上升沿和下降沿,所以仍然有很多高頻電磁波在其中,這也是各種電磁干擾的發生與接收主要問題所在。而任何一次的開關電壓,從低電平陡直上升到高電平,同樣也是一次各種頻率電磁波的浪涌組合。

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      alminyin 個人主頁 給TA發消息 加TA為好友 發表于:2018-07-30 21:39:33 2樓
       

      三,編碼器電纜的電特性是什么?

       既然編碼器電纜上傳導的是各種頻率的電磁波,那就不是以直流(或者低頻率)的電流電壓歐姆定律來計算,而是交流信號電磁波的電容與電感。且前面介紹過了,較高頻率的頻譜電磁波有沿著金屬導體表面傳播的特性。   

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      線間電容:足夠高頻率的電磁波,較長的電纜長度下(大于30米后比較明顯),電纜內兩個芯線之間表面積較大,就會顯現出兩兩線間電容特性,高頻電磁波是走電容的。信號芯線與電源線也會形成線間電容,信號芯線與屏蔽層也會形成線間電容。高頻電磁波從一個信號芯線通過電容到另一個信號芯線,這稱為“串音干擾”,例如A相對B相相互串音干擾。屏蔽層上走的電磁雜波通過線間電容走到信號芯線上,這稱為“外部高頻電磁干擾”。線間電容以每米PF實驗室檢測獲得。   

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      信號被干擾的傳導來自于線間電容走高頻信號。 線間電容會隨著電纜絕緣皮的老化而性能突變,一些使用久的老化的電纜會突然開始丟信號。  

      導線的電感特性:足夠長的導線,因傳導電磁波周邊電場形成電感特性,電感特性帶來的是對電磁波信號的延遲,以ns/m延遲參考這個電纜的電感特性。當周邊電磁場被干擾,這種電感延遲效應將更加突出,會有更多的不確定性的信號延遲出現,由于不同頻率電磁波對于電感的效應不同,重新疊加后方波信號已經變形失真了。 

      如果編碼器信號線是繞圈的,這種電感特性將更加明顯。因此,編碼器電纜走線盡量保持直線。

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      alminyin 個人主頁 給TA發消息 加TA為好友 發表于:2018-07-30 21:44:17 3樓
       

      四,編碼器雙絞是個啥意思? 

      雙絞線是將成互為反相的成雙抓對的信號組成一組雙絞傳遞,例如在增量編碼器的互為反相信號成雙抓對,A+與A-是一對,B+與B-是一對,各自在雙絞線上傳輸。   

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      “雙”的作用是將A+與A-在外部看過去是合成為一種正相與反相電磁波的疊加,而配對雙絞疊加后看似一個直流場,沒有電磁場變化的傳導。直流傳導形成的電磁場對線間電容不敏感,也就是沒有了串音干擾與外部高頻電磁干擾。   

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      雙絞前:  

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       A+與A-雙絞配對后傳輸:  

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       A+與A-組信號與B+與B-組信號各自雙絞后,相當于兩組直流對直流,線間電容對幾乎是直流的電場不起作用,兩組信號之間的串音減少了。  

      “絞”是指絞合旋轉的節距,這與電纜電感特性有關,需對于這根電纜要走的信號主要頻率段做預設,通過實驗室獲得最佳的電纜電感特性(信號延遲與變形最小)。  

      無論是從電學理論還是實驗室實踐看,雙絞的作用主要是針對在電纜上同時傳輸配對的含反相信號,如果是單相的,例如僅僅是ABZ信號傳輸,雙絞的意義并不大。某些“專家”看都不看編碼器是否具有A+與A-信號同時在導線上傳輸,或者就是只傳了ABZ信號,也要強調要用“雙絞屏蔽線”,我不知道他的依據是什么?歡迎留言討論。

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      alminyin 個人主頁 給TA發消息 加TA為好友 發表于:2018-07-30 21:45:16 4樓
       

      五,編碼器屏蔽層起什么作用?

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      靜電屏蔽:靜電屏蔽就是用銅等導電性能良好的金屬為材料制作成封閉的金屬外包,并與地線連接,把需要屏蔽器件或信號置于其中,使外部靜電干擾電場不影響其內部的電路和信號。

      電磁屏蔽:電磁屏蔽也是采用導電良好的金屬材料做成屏蔽層,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。干擾源產生的高頻磁場遇到導電良好的電磁屏蔽層時,會有多種可能:反射、折射、吸收、多次折射再反射,或者穿透干擾到內部芯線上的信號。

      很高頻率的電磁波接近于光波特性,遇到鋁箔屏蔽層,或者很致密的遮蔽層大部分就反射回去了。不是很高頻率的電磁波會有部分折射進入屏蔽層金屬導體,有一部分再次在導體表面反射,多次反射后被吸收,就在屏蔽層其外表面形成電磁波“霧”,從而消耗了高頻干擾的能量,使電磁屏蔽層內部的電路免受高頻干擾磁場的影響。如果是單層鋁箔,或者屏蔽層不夠致密,仍然會有部分高頻干擾穿透屏蔽層而干擾到內部信號。鋁箔僅對很高頻率的電磁波有100%的反射,還有很多波長較長頻率較低的電磁波將可能透過鋁箔折射進入內部。因此用鋁箔作為屏蔽層的一般都是用于很高頻率的以太網信號,普通增量脈沖信號頻率較低,用鋁箔做屏蔽層效果不佳。對于編碼器信號,較佳的是用高遮蔽性的致密線金屬網狀屏蔽層。


      屏蔽層并不是做為導線用的,更不是去做兩端等電位導線用的。如果要求兩端都接地,也有可能由于連接而導入干擾信號。如果需要兩端等電位連接,應該在屏蔽層外再用一根銅粗導線連接兩端等電位,而不是將屏蔽層當等電位連接線用。

       


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      alminyin 個人主頁 給TA發消息 加TA為好友 發表于:2018-07-30 21:50:33 5樓
       

      六,信號電纜越粗越好嗎?專業編碼器電纜長什么樣?

      這是一個嚴重的誤解。

      編碼器信號是高頻電磁波信號,高頻信號走導體表面。不是走電流電壓直流信號或者低頻信號講直流電阻的,芯線沒有必要很粗,粗線確實也增加了外邊表面面積,但是截面積與線徑是平方關系,而導線外表面積與線徑是一次方關系,單純芯線材料的加粗浪費了銅材料。編碼器專用電纜的芯線粗細關系到表面積的大小和分布電容的設計,并不是隨意加粗的,截面積增加一倍,外邊面積僅增加了40%,較粗的信號芯線反而會改變線間電容設計,更易發生串音干擾,或者外部高頻電磁串入干擾。如果感覺上要粗更好一些,也必須是有信號線與電源線有粗細搭配的,有電容特性電感特性針對信號頻率有過專門設計的。

      有些自動化項目設計要求編碼器信號線達0.75平方以上的是誤導了,那樣粗的如果沒有經電纜特性的電容電感設計,距離長的也會形成較大的線間電容,A相與B相會高頻走電容而串音,并信號線與屏蔽層形成電容,引入漏過的高頻干擾。但是電纜內的作為電源0V線,卻是越粗越好的,加粗的0V線可以與屏蔽層形成較大的線間電容,將干擾的高頻信號吸收從0V線引走。電纜內不用的線可以合并為0V線。


      作為參考,德國海德漢的編碼器電纜,信號線僅0.14平方,0V線是0.5平方。

       

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      海德漢編碼器電纜提供的數據很少,僅僅從信號電纜外觀看,最初的印象是信號線很細(僅0.14平方!)這與某些“專家”們講的“編碼器線要盡量粗”大相徑庭,(你要打算走多大的電流啊)屏蔽層金屬線很多很細而致密,幾乎達到100%的遮蔽。再看上面的參數表,結合我前面的介紹我們來看:4對0.14平方的信號線,4根0.5平方的電源線,信號線與電源線的粗細比是1:3.5。也就是電纜表面積形成的電容比1:3.5。如果有高頻干擾穿透了屏蔽層進入,也因為屏蔽層與電源線的電容更大,而從電源線上走了。海德漢要求備用一組電源,如果不用備用電源線,也可以兩根電源線合并達到更粗。電纜的電容特性線間分布電容90pF/m,電感特性是延遲時間6ns/m。傳輸150米。如果電源線用2根合并后傳輸更遠,一般有超過200米。


      十多年前在某海軍維修基地8吊點同步起吊潛艇維修,我用過海德漢編碼器及電纜最長接近了300米,變頻器是ABB的,當時只有在ABB變頻器上找到了帶有推挽式含反相信號的接口A+/A-,B+/B-。這樣的含有反相信號并配合專用的編碼器信號電纜,才能夠保證在200米后仍然能夠獲得穩定與高保真的信號。而當初的那個項目最遠走到了300米。


      再來看一根十多年前我定制的編碼器電纜:


      1, 高密度細線屏蔽層,接近100%的遮蔽度。

      2, 信號芯線為0.079超細高純度軟銅線,30股絞,在同等電纜平方截面積下,多股細線達到最大的周邊表面積,高頻信號走導體表面。

      3, 電源線為加粗的105股0.079超細高純度軟銅線,”粗“是股數多,而不是真的就一根粗線。電源線與信號線(外徑面積)電容比為3.5:1。

      4, 廠方實驗室測得的線間電容大約在97到100pF/m

      5, 廠方實驗室測得的延遲為7ns/m

      6, 此電纜專為編碼器信號傳輸超過30米而設計,脈沖頻率(電子開關頻率)小于800KHz。

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      雙屏蔽層有沒有用?

      雙屏蔽層解決幾個問題,第1是兩層屏蔽層“臉皮”足夠厚,足以擋住更多的電磁輻射干擾。第2是對混亂的兩端接地買單,最外層可以兩端接地,內層懸浮或者單端接地。實際上如果需要兩端等電位連接,可以信號電纜外再拉一根較粗的銅導線。第3,內外雙層屏蔽層可以成為電容,吸收掉透過的高頻干擾信號。這與專業電纜的0V線較粗與屏蔽層形成線間電容異曲同工了。如果理解了雙屏蔽層是如何有效的,也許你就不需要雙屏蔽層電纜了。




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      alminyin 個人主頁 給TA發消息 加TA為好友 發表于:2018-07-30 21:51:20 6樓
       

      七,不好的編碼器電纜會有哪些?

      1,直接以五類八芯的民用網線代替編碼器專用線。這是被某些只會講簡單的“雙絞屏蔽線”的技術支持給迷惑了。五類八芯通訊線也有確實是雙絞屏蔽的,但是那個雙絞是針對民用要求不高的(可以斷點再續)的普通網絡信號,而屏蔽層是薄鋁箔,僅僅對于很高的頻率有反射作用,沒有能屏蔽掉較低的電磁波,它的電容電感特性與編碼器的頻率段不符。

      普通的網絡以太網信號有校驗碼與容錯設計,允許少量丟信號再補。而編碼器脈沖與SSI信號不允許有丟信號發生。


      2,只強調了電纜截面積到位夠粗的直流或交流低頻送電流特性,而沒有信號電纜的高頻設計。電纜內芯線的股數不多,僅僅是截面積達到較粗,高頻信號走表面,這樣的電纜高頻電容電感沒有設計的話,高頻電磁波部分損失波形失真。


      3,屏蔽層不夠致密性,一些偷工減料的電纜屏蔽層要么是薄的鋁箔,要么是稀疏的鋁線,沒有對干擾起到屏蔽反射與吸收作用。


      4,斷頭再接太多,線頭毛刺與老化。編碼器信號到接收端最好是一根電纜,中間連接越少越好,接點多是反射面和發射頭多,內部反射與外部發射多了信號毛刺與失真增多。波形不整易受干擾丟信號。

      電纜用久了老化,會改變絕緣層的性能,電容特性改變或漏電,電纜如果有經常移動,或有芯線斷頭毛刺出現,擊穿線間電容。


      5,電纜材質,包括銅材、絕緣皮、填充線、屏蔽層的劣質低價。這必須考核供應商有多年的ISO9000的品質保證體系的積累。工業系統一般品質有保證的供應商建立到穩定需要三年以上。



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      alminyin 個人主頁 給TA發消息 加TA為好友 發表于:2018-07-30 21:51:52 7樓
       

      八,干擾從哪里來?干擾是個什么鬼?

      1,所有的各種非正弦波形的電磁波和上升下降的開關信號,都包含了各種頻段的電磁波,其中就有較易向外輻射的高頻電磁波。


      2,所有開放的非接觸的兩個金屬導體介質之間,或者一個尖銳的金屬尖端與大地都有可能形成一個電容,較長的金屬導線或者導線線圈,都有可能構成一個電感元器件,電容型元器件件與電感型元器件就會構成一個在某個特別頻率振蕩的回路,這個回路發送輻射信號,或者接收輻射信號,尤其是較高頻率的電磁波更容易形成這種輻射和接收。


      3,數字方波信號器其中包含了很多高頻電磁波部分,這一部分高頻波就容易受到來自空間的同樣頻率的高頻電磁波的影響而改變形態,這一部分高頻電磁波在導線中的傳輸,也因為其高頻信號更容易衰減和向外輻射,而丟失這一部分高頻能量。同樣,這一部分高頻部分由于較容易向外輻射,也就同樣成為其他數字方波信號的干擾源。各種電路發生和傳導的各種波形的信號,都可以傅立葉變換中分解出高頻部分,被來自于空間同樣頻率的高頻干擾到,易衰減,甚至干擾到其他信號波形中去。


      除了這種數字方波信號本身也是高頻干擾源以外,還有靜電干擾、低頻和磁場干擾、其他高頻干擾。


      4,靜電干擾

      靜電是指不流動的電荷或電位差,兩個介質之間有不同的電荷或電位差,當能量聚積到一定程度,或者距離靠近,或者有尖銳端出現電場畸變,或者有灰層的電荷傳導擊穿,這種靜電就會發生擊穿放電----不在沉默中死亡,就在沉默中爆發,這是一種空間電磁場布局發生突變的短促重建電磁場,并釋放能量。最典型的就是雷電,在實際工控自動化中,典型的是接觸式開關的關閉和打開(機械繼電器和電磁抱剎電磁閥),非金屬介質干燥時的電荷堆積,較多灰塵的電荷堆積,金屬導體的尖銳角與線頭毛刺,以及設備在從停電到上電的瞬間,各個部位的非等電位而引起的靜電差。等等。靜電大量存在,隨時可能出現各種微放電。這種短瞬間的放電會對數字信號干擾小到一個波形上的毛刺,大到會損壞輸出和接收器件。


      在工控中還在有較多的NPN型器件的使用,這類器件的公共端是在高電平,而大部分設備又是在0V低電平作為公共接地,這兩個“公共端”就預先設立了兩個非等電位的靜電電位差,這也是靜電干擾較易發生的可能。應避免使用NPN型編碼器和各類開關。

       應對靜電干擾:等電位連接、無金屬尖角與毛刺、無塵、隔絕、非金屬介質的抗靜電處理。

       

      5,低頻與磁場干擾

      低頻與磁場干擾主要來自于動力電、電機、各種線圈。工業使用的電力是交流50Hz的三相或兩相交流電,在有較大動力周邊,因交流電的傳導(直線電纜的配送和各種導線線圈)而產生周邊電磁場變化,及電磁波反射、差拍疊加、諧波,電機轉動時因瞬間的三相不平衡而對外部的磁場貢獻,以及開關電源和變頻器內部低頻泄漏低等等。低頻干擾主要是近距離感應耦合、直接介質(金屬導體)傳導。低頻干擾是破壞數字信號的能量部分,波形整個被削低。

      應對低頻干擾:拉開距離、磁環或鐵磁性材料吸收低頻能量、金屬密封隔離需保護器件、阻止低頻傳導途徑。(不要看到屏蔽線與接地線就隨便接)。


      6,其他各種高頻干擾

      按照傅立葉變化原理,所有的變化的波形都可以分離成各種頻率的電磁波,除了完美的正余弦波形僅僅只有一個頻率,其余各種波形都包含了高頻部分的諧波,這種高頻除了在導體介質的表面傳導,還會向外輻射,尤其是有金屬尖角和線頭毛刺部分的向外輻射可能性最大。對于信號發生源、信號傳導電纜、信號接收單元,高頻干擾都會存在,在有金屬尖角、開放的端子尖角、金屬電纜線頭毛刺部分,更容易吸收外部高頻干擾。高頻干擾破壞的是數字信號的圖形輪廓部分,當高頻能量較大時,會瞬間發熱破壞器件(電磁爐或微波爐原理)。


      高頻輻射波對光亮金屬面是反射的,對細而多密的金屬線是吸收能量的,這就是電纜屏蔽層的作用。


      應對高頻干擾:細密的金屬屏蔽與吸收能量,無金屬尖角毛刺。改變設計的電容值或電感值,改變LC頻率防止高頻自激。


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      alminyin 個人主頁 給TA發消息 加TA為好友 發表于:2018-07-30 21:52:36 8樓
       

      九,“接地”怎么做的討論?

      PE保護性接地,為保護人身安全,現場不可以有電壓的高低電位差而對人造成不安全。而電磁兼容性EMC的試驗也證實交流、直流、大地與外殼的統一連接接地,信號抗干擾特性最佳。

      往往有三個類別連接地線的“接地”,作為等電位。

      1,  大地、機柜外殼、機械底座等金屬導通的統一接地。

      2,  動力交流電三相平衡的中心零線與地線連接。

      3,  直流控制系統的電源0V與地等電位連接。(有時這一部分懸空,或以電容與地線連接)


      以上三類“接地”應各自獨立路線并走最近的導通路線接入到大地,而不能混接串聯。并且在接地前相互有一定的距離。例如信號線應離動力線有一定的距離,防止近端感應。

      上面說的“導通”需要考慮高頻信號(干擾)是怎么走的。

      三類接地應區分,不宜混接不可串聯,防止接通導入型干擾。

      三類“接地”在良好接入接地板前應保持一定的距離,防止感應型干擾到信號。

       

      然而,EMC要求是在實驗室里的試驗,在現場往往離EMC實驗室要求很遠。無法給出“標準答案”。


      1,作為大地、機柜外殼、機械底座等接地,會有因為導電性能不佳、長期老化帶來的接觸不良,潮濕空氣灰塵積累改變的電特性,等等不良因素降低了接地效果。每一個外殼地應有銅排或較粗的銅導線接地,并盡量以并聯而不是串聯對大地走最近的路線。


      2,動力交流的三相不平衡,帶來零線上的感應虛電壓,短瞬間爆發的電磁波從地線走是有延遲的,可能以走周邊容性回路走了“近道”對信號干擾。這類干擾以三相交流供電電源三相不平衡,或者周邊電機上繞線的不均衡(只有啟動起來加速時顯現出不平衡),或者永磁電機磁場分布不均勻,造成交流強能量的干擾到信號。對于周邊有大功率電機的這類干擾較突出。


      3,電源0V上各種設備之間的未經隔離,開關電源、變頻器、電磁閥、繼電器等等與直流電源有關的內部高頻電磁波短瞬間外露直接在0V上走,由于高頻電磁波在導線上的延遲性,而形成落差走向。這并不是用直流量連接電阻電壓可以預判的。

      在這類0V上和電源上感應到的干擾,較多的是現場的變頻器(內部的交-直流-交流的逆變的高頻電磁波)、開關電源(同樣內部有直流交流直流的逆變)、電磁閥電磁抱剎、較大型接觸器等等的短瞬間高頻干擾到電源,有時選擇線性電源或者電源隔離。


      因此我們要判斷,什么是等電位(交流的高頻的狀況下的如何“導通”走向),怎么接地。并不是接地強迫癥似的看見有線空著就“接地”,這個接入的是什么類別的地要看明白,它的走向如何,有沒有經過干擾區感應干擾,或者直接接入引入了干擾,這樣的隨意性亂接地也許反而會引入干擾。


      4,  編碼器外殼與屏蔽線接地嗎?

      原理上編碼器的外殼與屏蔽線屬于第1類的外殼保護性接地(屏蔽接地),很多編碼器外殼與屏蔽線作了接觸式導通,還有些是作了用電容連接的交流(高頻)接地。由編碼器電纜屏蔽層接地,有些甚至與電源0V一起接地。但是很多情況下編碼器的軸端連著電機,而編碼器的軸與外殼的導通是通過滾珠軸承的滾珠,在旋轉時是摩擦接觸導通的。有時受動力三相不平衡影響,以及軸與外殼通過滾珠接觸的導通不良與滾珠上微放電,外殼與屏蔽層導體的高頻傳導延遲性,軸端與外殼與電源0V三者很容易形成短瞬間電磁波落差走向,不當的全部三類接地混接的連接反而會引入干擾。因此,還有些編碼器外殼選擇了屏蔽線與外殼的懸空,讓用戶根據現場各種電氣狀況選擇外殼如何接地,屏蔽層如何接地。

       

      編碼器電纜屏蔽層接地只有“直接導通”嗎?有時接一個電容也是“高頻接地”,有時屏蔽層一端懸空甚至兩端都懸空,也是高頻電容接地了----當編碼器導線大于30米時,屏蔽層與電纜內部的電源線形成了線間電容,高頻干擾從線間電容倒入0V并接地,一端懸空可以避免從干擾源直接導入干擾。


      在編碼器信號傳輸較遠時,需要外部再加長一根信號電纜傳導100米時,我一般建議是屏蔽層在接收端接地。而在靠近編碼器端將屏蔽層懸空。電纜足夠長度下,屏蔽層與電纜電源0V形成電容性接地,并避免編碼器外殼、電纜屏蔽層、接收端0V三者的混合直接導通。由于這么長的距離,高頻干擾傳導的延遲時差必然存在,三者直接混合導通接地將形成線上電磁波落差走向,反而引入干擾在屏蔽層上走。影響到內部的信號。


      5,  編碼器的信號有A+/A-,B+/B-。但是接收端只有ABZ沒有反相接口,雙絞屏蔽線還有沒有用?

      在較長距離情況下(大于30米)必須有雙絞屏蔽的編碼器專用電纜,編碼器的A+/A-和B+/B-都要配對走雙絞線,而且必須選型有A+/A-,B+/B-的編碼器。在接收端沒有A-與B-的接口,可以在接收端懸空A-B-,(線上仍然有電壓,并有線間電容),或者選擇一個終端電阻對接收端的0V連接(120歐姆)。



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      alminyin 個人主頁 給TA發消息 加TA為好友 發表于:2018-07-30 21:54:02 9樓
       

      十,實例:編碼器信號如何傳200米?

      為更清楚方波的其中高頻部分的特性,以下我們看增量方波信號經過200米電纜之后的一個典型的示波器圖:

      TIM截圖20180731220521.jpg


      這其中,陡直的上升沿下降沿不見了,取而代之的是斜坡上升和斜坡下降沿。另外,在方波本來平坦的中間,出現了一個突起的小波峰。

      我們已經知道高頻電磁波在導線中更容易衰減和向外輻射。導線中的增量AB相方波信號,其中陡直的上升沿與下降沿其實包含了較多的高頻部分,在200米導線的傳輸過程中已經衰減或者輻射出去了,因此留下的是更像一次低頻電磁波信號的上升和下降(斜坡),而A相信號的上升沿時間,在B相信號上看到了一個突起的小波峰,那就是A相的高頻部分串音干擾到B相信號上來。


      GI58N(A+/A-,B+/B-,Z+/Z-)編碼器+200米遠傳專用編碼器信號電纜(型號:

      F600K0208),在較高轉速下的200米后接收端波形。

      Cache_-6c78781d3eda0f09._conew1.jpg


      因頻率較快,并信號經200米遠傳后,信號略有失真,但反射波疊加與串音很小,方波圖形仍然清晰可辨,底部小于0.7V,信號質量符合增量脈沖接收端要求,接收器計數準確。

      請注意:編碼器信號大于30米必須選用含有反相信號的A+/A-,B+/B-的編碼器輸出,包括5V差分或者是10—30V推挽式含反相信號。而且信號電纜上的傳輸也必須是A+/A-,B+/B-的配對雙絞線傳輸。在接收端盡量選用有A-,B-接口的接收器。如果是ABZ單相的,建議可在接收端A-,B-懸空,或者建議用一個120歐姆的終端電阻對0V連接。


      友情申明:

      上述討論集中在增量脈沖信號和SSI串行信號電纜(包括EndatBiss 信號)。

      對于信號抗干擾如何現場解決,沒有標準答案,沒有一文就可以讀懂的。

      喜歡快速收藏答案的同學,請關注學習文中的原理部分講解,要根據現場不同的現象分析,自己在實踐中尋找答案,嘗試各種抗干擾解決方案。


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      GKstudying 個人主頁 給TA發消息 加TA為好友 發表于:2018-07-31 09:41:58 10樓
       

      樓主,圖片沒有顯示哦,可以重新上傳下。

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      Danny鍇 個人主頁 給TA發消息 加TA為好友 發表于:2018-07-31 10:48:28 11樓
       

      寫得很好,受教了,謝謝樓主

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      PCB線路板生產廠家 個人主頁 給TA發消息 加TA為好友 發表于:2018-07-31 11:05:45 12樓
       

      感謝樓主分享

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      淺醉閑眠-王者之師 個人主頁 給TA發消息 加TA為好友 發表于:2018-08-01 08:57:38 13樓
       

      多謝分享!歡迎常來,加精獎勵。

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      青衫書生 個人主頁 給TA發消息 加TA為好友 發表于:2018-08-01 16:59:59 14樓
       

      寫的很好,好好學習一下···

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      來日方長,美好人生 個人主頁 給TA發消息 加TA為好友 發表于:2018-08-01 17:00:31 15樓
       

      請問需要小批量貼片插件加工嗎?

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      Smile-lyc 個人主頁 給TA發消息 加TA為好友 發表于:2018-08-01 21:56:47 16樓
       

      首先肯定資料是好資料,樓主在編輯資料的時候不妨注意下其它LOGO閃現在工控論壇,不覺得刺眼睛?

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      個人主頁 給TA發消息 加TA為好友 發表于:2018-08-03 06:12:04 17樓
       

      樓主總結的很好,先學習下。

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      老畢吃雞 個人主頁 給TA發消息 加TA為好友 發表于:2018-08-06 10:14:03 18樓
       

      感謝樓主分享

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      暢怡自然 個人主頁 給TA發消息 加TA為好友 發表于:2018-08-06 15:29:02 19樓
       

      感謝樓主分享

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      zrmall 個人主頁 給TA發消息 加TA為好友 發表于:2018-08-07 16:09:38 20樓
       

      個人覺得普通軸控制,不需要那么精細。因為現在采集模塊基本還是處理得了。

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      黃海886啊 個人主頁 給TA發消息 加TA為好友 發表于:2018-08-13 20:58:41 21樓
       

      感謝樓主分享


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      我系一片暈 個人主頁 給TA發消息 加TA為好友 發表于:2018-08-14 19:24:22 22樓
       

      雖然很多看不懂,但是還是要謝謝樓主

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      liangzi1 個人主頁 給TA發消息 加TA為好友 發表于:2018-08-15 10:50:42 23樓
       

      有點深奧,不知道有沒有用

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      gk2017 個人主頁 給TA發消息 加TA為好友 發表于:2018-08-15 10:53:08 24樓
       

      寫得很好,受教了,謝謝樓主

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      a5229595 個人主頁 給TA發消息 加TA為好友 發表于:2018-08-16 11:37:19 25樓
       

      回復內容:

      對:alminyin 十,實例:編碼器信號如何傳200米?為更清楚方波的其中高頻部分的特性,以下我們看增量方波信號經過200米電纜之后的一個典型的示波器圖:這其中,陡直的上升沿下降沿不見了,取而代之的是斜坡上升和斜坡下降沿。另外,在方波本來平坦的中間,出現了一個突起的小波峰。我們已經知道高頻電磁波在導線中更容易衰減和向外輻射。導線中的增量AB相方波信號,其中陡直的上升沿與下降沿其實包含了較多的高頻部分,在200米導線的傳輸過程中已經衰減或者輻射出去了,因此留下的是更像一次低頻電磁波信號的上升和下降(斜坡),而A相信號的上升沿時間,在B相信號上看到了一個突起的小波峰,那就是A相的高頻部分串音干擾到B相信號上來。GI58N(A+/A-,B+/B-,Z+/Z-)編碼器+200米遠傳專用編碼器信號電纜(型號:F600K0208),在較高轉速下的200米后接收端波形。因頻率較快,并信號經200米遠傳后,信號略有失真,但反射波疊加與串音很小,方波圖形仍然清晰可辨,底部小于0.7V,信號質量符合增量脈沖接收端要求,接收器計數準確。請注意:編碼器信號大于30米必須選用含有反相信號的A+/A-,B+/B-的編碼器輸出,包括5V差分或者是10—30V推挽式含反相信號。而且信號電纜上的傳輸也必須是A+/A-,B+/B-的配對雙絞線傳輸。在接收端盡量選用有A-,B-接口的接收器。如果是ABZ單相的,建議可在接收端A-,B-懸空,或者建議用一個120歐姆的終端電阻對0V連接。友情申明:上述討論集中在增量脈沖信號和SSI串行信號電纜(包括Endat和Biss 信號)。對于信號抗干擾如何現場解決,沒有標準答案,沒有一文就可以讀懂的。喜歡快速收藏答案的同學,請關注學習文中的原理部分講解,要根據現場不同的現象分析,自己在實踐中尋找答案,嘗試各種抗干擾解決方案。     內容的回復:

      剛來掙積分,沒有積分下不來東西啊

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      微步轂紋生 個人主頁 給TA發消息 加TA為好友 發表于:2018-08-17 11:46:03 26樓
       

      編碼器了解的不是太多

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      briancy 個人主頁 給TA發消息 加TA為好友 發表于:2018-08-17 13:45:26 27樓
       

      樓主是個有心人。

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      briancy 個人主頁 給TA發消息 加TA為好友 發表于:2018-08-17 13:46:48 28樓
       

      長距離下,兩端接地要非常小心。

      一般是單端接地。

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      游云 個人主頁 給TA發消息 加TA為好友 發表于:2018-08-18 15:40:56 29樓
       

      感謝分享,學習一下

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      少裝不努力 個人主頁 給TA發消息 加TA為好友 發表于:2018-08-20 22:45:27 30樓
       

      謝謝大神分享,非常棒的資料

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      沐掌柜 個人主頁 給TA發消息 加TA為好友 發表于:2018-08-21 16:31:16 31樓
       

      有點深奧,不知道有沒有用,已經收藏,有時間好好學習學習!

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      LRF永鑫 個人主頁 給TA發消息 加TA為好友 發表于:2018-08-21 21:38:24 32樓
       

      學習學習,多謝樓主!!!

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      靜感泉韻 個人主頁 給TA發消息 加TA為好友 發表于:2018-08-31 13:36:10 33樓
       

      謝謝大神分享,非常棒的資料

        回復 引用 舉報
      淘寶者 個人主頁 給TA發消息 加TA為好友 發表于:2018-09-02 15:45:36 34樓
       

      非常感謝樓主,關于抗干擾一直比較迷惑,有合適的書籍可以推薦下嗎

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      飛天魚ol 個人主頁 給TA發消息 加TA為好友 發表于:2018-09-02 18:11:56 35樓
       

      感謝大師的分享

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      a簡單 個人主頁 給TA發消息 加TA為好友 發表于:2018-09-04 17:41:30 36樓
       

      干貨滿滿謝謝LZ

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      物聯i家 個人主頁 給TA發消息 加TA為好友 發表于:2018-09-05 13:59:56 37樓
       

      謝謝樓主,辛苦了 正需要

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      物聯i家 個人主頁 給TA發消息 加TA為好友 發表于:2018-09-05 14:00:08 38樓
       

      感謝大師的分享

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      sql8888 個人主頁 給TA發消息 加TA為好友 發表于:2018-09-07 19:33:44 39樓
       

      太詳細了,謝謝老師分享學習學習,點個贊

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      onetee 個人主頁 給TA發消息 加TA為好友 發表于:2018-09-11 20:40:54 40樓
       

      太詳細了,謝謝老師分享學習學習

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      黑色的白砂糖 個人主頁 給TA發消息 加TA為好友 發表于:2018-09-20 00:00:55 41樓
       

      厲害,謝謝老師分享學習

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      舒心11 個人主頁 給TA發消息 加TA為好友 發表于:2018-09-21 10:29:29 42樓
       

      編碼器線盡量選取質量好的屏蔽雙絞線 布線盡量減少盤繞布線 往復運動部位應選取高柔性信號線 編碼器故障首先考慮更換臨時編碼器線

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      潸然淚下_ 個人主頁 給TA發消息 加TA為好友 發表于:2018-09-26 10:27:29 43樓
       

      學習了多謝分享

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      LTJHRB 個人主頁 給TA發消息 加TA為好友 發表于:2018-09-26 14:29:44 44樓
       

      一篇很好的文章。值得學習。

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      無妄居士 個人主頁 給TA發消息 加TA為好友 發表于:2018-09-28 17:54:09 45樓
       

      回復內容:

      對:alminyin 十,實例:編碼器信號如何傳200米?為更清楚方波的其中高頻部分的特性,以下我們看增量方波信號經過200米電纜之后的一個典型的示波器圖:這其中,陡直的上升沿下降沿不見了,取而代之的是斜坡上升和斜坡下降沿。另外,在方波本來平坦的中間,出現了一個突起的小波峰。我們已經知道高頻電磁波在導線中更容易衰減和向外輻射。導線中的增量AB相方波信號,其中陡直的上升沿與下降沿其實包含了較多的高頻部分,在200米導線的傳輸過程中已經衰減或者輻射出去了,因此留下的是更像一次低頻電磁波信號的上升和下降(斜坡),而A相信號的上升沿時間,在B相信號上看到了一個突起的小波峰,那就是A相的高頻部分串音干擾到B相信號上來。GI58N(A+/A-,B+/B-,Z+/Z-)編碼器+200米遠傳專用編碼器信號電纜(型號:F600K0208),在較高轉速下的200米后接收端波形。因頻率較快,并信號經200米遠傳后,信號略有失真,但反射波疊加與串音很小,方波圖形仍然清晰可辨,底部小于0.7V,信號質量符合增量脈沖接收端要求,接收器計數準確。請注意:編碼器信號大于30米必須選用含有反相信號的A+/A-,B+/B-的編碼器輸出,包括5V差分或者是10—30V推挽式含反相信號。而且信號電纜上的傳輸也必須是A+/A-,B+/B-的配對雙絞線傳輸。在接收端盡量選用有A-,B-接口的接收器。如果是ABZ單相的,建議可在接收端A-,B-懸空,或者建議用一個120歐姆的終端電阻對0V連接。友情申明:上述討論集中在增量脈沖信號和SSI串行信號電纜(包括Endat和Biss 信號)。對于信號抗干擾如何現場解決,沒有標準答案,沒有一文就可以讀懂的。喜歡快速收藏答案的同學,請關注學習文中的原理部分講解,要根據現場不同的現象分析,自己在實踐中尋找答案,嘗試各種抗干擾解決方案。     內容的回復:

      以前認為就是一根線,看了樓主的文章,受教了

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      居家壞男人 個人主頁 給TA發消息 加TA為好友 發表于:2018-10-08 20:12:22 46樓
       

      謝謝樓主的分享,受益匪淺。

        回復 引用 舉報
      7月-勇敢的心 個人主頁 給TA發消息 加TA為好友 發表于:2018-10-12 10:14:56 47樓
       

      專業的人做專業的事,永遠不會錯。

        回復 引用 舉報
      7月-勇敢的心 個人主頁 給TA發消息 加TA為好友 發表于:2018-10-12 10:17:54 48樓
       


      回復內容:

      對: PCB線路板生產廠家 感謝樓主分享 內容的回復!

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      專業的人做專業的事,永遠不會錯。

        回復 引用 舉報
      7月-勇敢的心 個人主頁 給TA發消息 加TA為好友 發表于:2018-10-12 10:19:21 49樓
       


      回復內容:

      對: briancy 長距離下,兩端接地要非常小心。一般是單端接地。 內容的回復!

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      專業的人做專業的事,永遠不會錯。

        回復 引用 舉報
      7月-勇敢的心 個人主頁 給TA發消息 加TA為好友 發表于:2018-10-12 10:19:35 50樓
       


      回復內容:

      對: 我系一片暈 雖然很多看不懂,但是還是要謝謝樓主 內容的回復!

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      專業的人做專業的事,永遠不會錯。

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