Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНОБРНАУКИ РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Физический факультет

Кафедра ядерной физики

Реферат

Шумы и наводки

Воронеж 2013

При детектировании сигналов, несущих целевую для любого вида измерений информацию, в сумме с основным сигналом одновременно регистрируются и мешающие сигналы - шумы и помехи самой различной природы. К помехам относят также искажения полезных сигналов при влиянии различных дестабилизирующих факторов на процессы измерений. Выделение полезных составляющих из общей суммы зарегистрированных сигналов или максимальное подавление шумов и помех в информационном сигнале при сохранении его полезных составляющих является одной из основных задач первичной обработки сигналов (результатов наблюдений).

Типы помех разделяют по источникам их возникновения, по энергетическому спектру, по характеру воздействия на сигнал, по вероятностным характеристикам и другим признакам.

Источники помех бывают внутренние и внешние.

Внутренние шумы могут быть присущи физической природе источников сигналов, как, например, тепловые шумы электронных потоков в электрических цепях или дробовые эффекты в электронных приборах, или возникают в измерительных устройствах и системах передачи и обработки сигналов от влияния различных дестабилизирующих факторов - температуры, повышенной влажности, нестабильности источников питания, влияния механических вибраций на гальванические соединения, и т.п.

Внешние источники шумов бывают искусственного и естественного происхождения. К искусственным источникам помех относятся индустриальные помехи - двигатели, переключатели, генераторы сигналов различной формы и т.д. Естественными источниками помех являются молнии, флюктуации магнитных полей, всплески солнечной энергии, и т.д.

Электрические и магнитные поля различных источников помех вследствие наличия индуктивных, емкостных и резистивных связей создают на различных участках и цепях сигнальных систем паразитные разности потенциалов и токи, накладывающиеся на полезные сигналы. Помехи подразделяются на флюктуационные, импульсные и периодические. Флюктуационные или шумовые помехи представляют хаотический и беспорядочный во времени процесс в виде нерегулярных случайных всплесков различной амплитуды. Как правило, флюктуационные помехи распределены по нормальному закону с нулевым средним и оказывают существенное влияние только на сигналы низкого уровня.

Импульсные помехи во многом похожи на шумовые помехи и проявляются как в виде отдельных импульсов, так и в виде последовательности импульсов, форма и параметры которых имеют случайный характер. Причинами импульсных помех являются резкие броски тока и напряжения в промышленных установках, транспортных средствах, а также природные электрические явления. Распределение импульсных помех симметричное с произвольной плотностью распределения.

Периодические помехи вызываются периодическими низкочастотными или высокочастотными полями линий электропередач, силовых электроустановок и др. Если основная мощность помех сосредоточена на отдельных участках диапазона частот, например, на частоте напряжения промышленной сети или кратна этой частоте, то такие помехи называют сосредоточенными.

В зависимости от характера воздействия на сигнал помехи разделяют на аддитивные и мультипликативные. Аддитивные (налагающиеся) помехи суммируются с сигналом, не зависят от его значений и формы и не изменяют информативной составляющей самого сигнала. Мультипликативные или деформирующие помехи могут изменять форму информационной части сигнала, иметь зависимость от его значений и от определенных особенностей в сигнале и т.п. При известном характере мультипликативных помех возможна коррекция сигнала на их влияние.

Следует заметить, что деление сигналов на полезные и мешающие (шумовые) является достаточно условным. Источниками мешающих сигналов также являются определенные физические процессы, явления или объекты. При выяснении природы мешающих сигналов они могут переводиться в разряд информационных. Еще одной из форм шумов являются мешающие сигналы или паразитные наводки. Шум в виде сигналов, приходящих по связям с источником питания и путям заземления, на практике может иметь более важное значение, чем рассматриваемый ранее внутренний шум. Например, наводка от сети 50Гц имеет спектр в виде пика и относительно постоянную амплитуду, а шум зажигания автомобиля, шум грозовых разрядов и другие шумы импульсных источников имеют широкий спектр и всплески амплитуды. Другим источником помех являются радио- и телепередающие станции, окружающее электрооборудование и т.п. Иногда от многих из этих источников шума можно отделаться путем тщательного экранирования и фильтрации.

Сигнал помехи может попасть в электронный прибор по входам линий питания или по линиям ввода и вывода сигнала. Помехи могут попасть в схему и через емкостную связь с проводами или через магнитную связь с замкнутыми контурами внутри схемы, или электромагнитную связь с проводами, работающими как небольшие антенны для электромагнитных волн. Любой из этих механизмов может передавать сигнал из одной части схемы в другую. И наконец, токи сигнала в одной части могут влиять на другую часть схемы при падении напряжения на путях заземления и линиях питания. Для решения вопросов борьбы с помехами придумано много эффективных приемов, но все они направлены на уменьшение сигнала(или сигналов)помехи, редко когда помеха уничтожается совсем. Поэтому имеет смысл повысить уровень сигнала просто для увеличения отношения сигнал/шум. Большое значение также имеют и внешние условия: прибор, безукоризнено работающий на стенде, может работать с огромными помехами в месте, для него не предназначенном. Перечислим некоторые внешние условия, которых следует избегать:

- соседство радио - и телестанций (РЧ-помехи),

- соседство линий метро (импульсные помехи и “мусор” в линии питания),

- близость высоковольтных линий (радиопомехи, шипение),

- близость лифтов и электромоторов (всплески в линии питания),

- здания с регуляторами освещения и отопления (всплески в линии питания),

- близость оборудования с большими трансформаторами магнитные наводки),

- особенно близость электросварочных аппаратов (наводки всех видов неимоверной силы).

Универсальных методов решения всех проблем с шумами и электромагнитными помехами обычно нет, потому приходится использовать несколько методов одновременно.

Заземление. Это один из основных методов уменьшения количества наводок и шумов, которые приводят к сбоям при работе видеосистем, а в некоторых случаях и к выходу аппаратуры из строя. Правильное заземление обычно решает большую часть вопросов шумоподавления. Надежно заземлённый комплекс (система) проектируется так, чтобы он работал словно единая цепь.

Качественное заземление преследует две цели. Оно должно уменьшить напряжение шумов, которые возникают при прохождении токов через общее сопротивление, и исключить возможность появления контуров заземления («земляных петель»). Нельзя забывать, что неудачно выполненное заземление становится причиной многих помех и шумов.

Экранирование. В электротехнике и радиотехнике - это способ снижения (подавления или значит ослабления) влияния внешних паразитных электромагнитных полей, помех и наводок, мешающих работе электро- и радиотехнических установок, аппаратуры передачи и обработки данных и т.п. Экранирование осуществляют с помощью заземлённого металлического или металлизированного экрана с высокой электрической или магнитной проводимостью, в который заключают либо источник паразитных полей (помех), либо само защищаемое устройство, либо его отдельные элементы. В зависимости от необходимой степени экранирования применяют экраны сплошные (обычно из листовой стали) или сетчатые (сплетённые из медной или стальной проволоки). В ряде случаев роль экрана выполняет металлический кожух устройства. Для сложных и громоздких установок часто применяют общее экранирование помещений (камер), внутри которых они находятся.

Эффективность экранирования в значительной степени зависит от фильтрации электрических цепей управления, сигнализации, связи и электропитания, проходящих через экран, вводимых в экран и выходящих из него. Фильтрация электрических сетей и линий является техническим мероприятием, сопутствующим электромагнитному экранированию и заключается во включении в общие провода и шины сетей управления, электропитания и т. д. фильтрующих (развязывающих)цепей. К примеру, основная задача спектрометрического усилителя состоит в линейной передаче амплитудных значений сигналов, поступающих от детекторов излучений. При этом допускается изменение формы сигналов. Это означает, что фильтрующие цепи усилителя можно сделать такими, чтобы через них проходил основной спектр сигналов, а спектр шумов максимально ограничивался. В этом случае получим оптимальное отношении сигнала к шумам. Сигнал на выходе всего оптимального фильтра имеет форму двух пересекающихся кривых. Такой фильтр обеспечивает наилучшее отношение сигнала к шуму. Реальные фильтры, как правило, имеют другие характеристики, и отношение сигнала к шуму у них хуже. Сравнивать фильтры удобно с помощью коэффициента превышения шума.

помеха импульсный наводка шум

Кроме заземления, экранирования и фильтрации существует еще несколько способов борьбы с шумами и наводками:

- балансировка;

- изоляция;

- ориентация и разнесение;

- регулировка полного сопротивления;

- правильный выбор кабелей;

- понижение амплитуды пускового тока;

- программно-аппаратный способ.

Ниже представлены различные способы уменьшения помех:

Заключение

Надежность и достоверность работы электронных устройств в существенной степени определяются их помехозащищенностью по отношению к внешним и внутренним, случайным и регулярным помехам. Наиболее успешная борьба с помехами возможна лишь в том случае, когда разработка электрических схем и конструкций элементов и узлов устройства неразрывно связаны.

Методов снижения шумов в устройствах и повышения их помехоустойчивости на порядок больше, чем самих шумов и видов помех, т.к. для каждой конкретной схемы существуют свои оптимальные методы уменьшения помех.

Это неэффективно с точки зрения перебора и применения методов, кроме того, требует большой практической сноровки; но все, чего мы можем добиться - лишь в той или иной степени подавить шум или помеху.

Список литературы

1. Цитович А.П. Ядерная электроника: Учеб. Пособие для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1984. -408с.ил.

2. Шумы и помехи (http://bourabai.kz/signals/ts0102.htm)

3. Шумы усилителей, происхождение и виды шумов. Помехи: экранирование и заземление. ( http://knowledge.allbest.ru/radio.html)

4. Экранирование (http://slovari.yandex.ru/)

5. Шумы и помехи в тракте звуковой частоты (http://cxem.net/sound/raznoe/noise.php)

6. Виды и источники помех, основные способы их устранения (http://www.pelex.ru/article_10.html)

Размещено на Allbest.ru