一、摘要工频干扰导致0~10V信号采集收到干扰
工频干扰是工业产品中经常出现的干扰,但是很多工程师却忽视该项测试。
二、问题描述之前我们做过一个产品,这个产品主要就是控制现场工厂的控制,其中有一个功能就是采集现场传感器的0~10V信号,产品发往其中一个客户以后,客户反馈大约有10%的的设备信号采集不准确,偏差最高可以达到1V。需要我们解决。
图1 :电压采集示意图。
三、原因分析产品发往的客户数量有十几个,唯独这个客户反馈有采集不准确的情况,因此我们派出软硬件团队去现场分析,经过现场分析发现,客户出问题的机器都是比较老旧的设备,接近20年的工龄,老旧机器的与其他设备的区别就是布线布局特别混乱,电机驱动线和我们的弱电捆绑在一起,没有强电弱电分家的理论。但是客户反馈,我们以前用国外的设备也是这样接线的,没有问题,换我们的设备就有问题,需要我们解决。
经过现场的示波器抓波分析,在DAC0 端口上可以捕捉到50HZ左右干扰信号,继续测量运放后级的引脚,也能测试到该干扰信号,说明电压采样不准的问题是由于该50HZ干扰引起的,将客户的动力线和信号线分家以后,50HZ的干扰已经非常小了。
已经排查到是由于客户的50HZ的工频干扰,因此我们的主要焦点集中在设计滤波器上,经过与客户沟通,客户的采样频率很低,不到10HZ,因此我们设置低通滤波器的截止频率为15.9HZ,图1中的电阻10K不用更换,增加一个1uF的电容到地,衰减高于15.9HZ的频率的干扰进入。
图2:RC滤波器设置值
经过滤波改善后,电压的精度采集达到了我们设计误差1%。客户现场所有的设备整改完成后运行一个月,没有反馈该类故障。
很多实验室忽略了工频干扰测试这一项目,特别是商业的实验室,或者是设计者担心输入的响应时间太慢的问题,不敢贸然设计很低频的低通滤波器,这也是我们本次吸取的教训之一。