图1-4绞车变频器至电机脉冲群干扰波形图 这种干扰强度虽然不会使监控系统设备发生死机故障，但可以造成传输出错的故障。由于监控系统采用总线传输，一旦总线受到干扰，总线上的设备都受干扰，故障地点就显得分散。又由于脉冲群干扰在长距离传输后会发生衰减，所以对监控系统的干扰有时又呈现区域性，即表现为离干扰源较远的分站不受干扰。 （3）大型电气设备附近的干扰 一些大型电气设备本身就是一个干扰源。我们发现变频电机外壳如果接地不好，发出的干扰比电缆发出的干扰还要大。我们在二采区变电所变频绞车处进行测量，发现变频电机接地良好，干扰很小。我们在实验室环境下进行电机接地与否的对比测试时发现，如果变频电机不接地，电机对地电压（峰峰值）高达3kV，图1-5为实验室环境中测到的变频电机对地电压波形，幅射电场干扰强度达1000V/m(2.0kHz)，而电缆处的幅射电场干扰强度为800-900V/m(2.0kHz)；电机接地以后，电机对地电压减为300V，图1-6为实验室环境中测到的变频电机接地后对地电压波形，幅射电场干扰强度降为100V/m(2.0kHz)。
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图1-5 电机不接地时外壳上的干扰电压 图1-6 电机接地时外壳上的干扰电压 （4）传感器整机功耗较大 瓦斯传感器是煤矿监控系统所有传感器中功耗最大的一种，再加上煤矿开采工作面顺槽比较长，铺设线路较长，线路上的电压损失也比较大。其电压损失与传输电缆的长度和直径有很大关系，而且不同直径的电缆的电阻参数相差很大，如表1所示。因此，传感器在同样长度的传输距离下，电缆直径或截面积越小，传输电缆上的电压损失越大；或者传感器的功耗较大时，而传输距离固定不变，这都会导致传感器两端输入的工作电压将比较低或者电源纹波较大，有可能导致传感器的内部电路工作不正常，特别是传感器和沿线电缆发生接触不良、接线盒进水等故障时，可能导致传感器自身不能稳定工作，从而产生了误报警。 表1 电缆长度和直径与电缆电阻的关系 电缆直径(mm)或截0.3mm 面积（mm） 电阻（Ω/Km） 36 24.5 18.1 12.8 6.1 4 20.37mm0.43mm0.52mm共7根 共7根 共7根 共7根 3mm 4mm 22（5）传感器频率输出信号电路设计不够合理
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煤矿监控系统传感器的输出信号一般采用频率信号，输出范围为200～1000Hz。根据煤矿监控系统煤炭行业标准要求，传感器的频率信号应满足以下要求：高电平不小于3 V，低电平不大于0.5 V，脉冲宽度大于0.3 ms。目前所有厂家的矿用传感器输出都采用非平衡方式，即一根信号地线（保持某一电平不变），一根信号输出线（在0—3V之间变化）。由于电缆的分布电容的存在，频率信号在由低电平变高电平的过程中对分布电容进行充电，而频率信号在由高电平变为低电平的过程中分布电容进行放电。这种方式传输频率信号时，由于充电回路和放电回路的终止电压和阻抗都不同，使充电曲线和放电曲线不同。以KJ95瓦斯传感器为例，接收端的充电电平上升较快；而放电电平下降缓慢，特别是在电缆长度较长时，低电平无法立刻降到低于0.5 V，即频率信号的低电平被抬高。当传感器受到外界干扰时，有可能在频率的低电平段产生一个很强的毛刺，导致频率测量结果翻倍，出现误报警。图1-6所示为传输距离2 km矿用电缆，电缆直径为0.52 mm，功耗为80 mA的甲烷传感器的输出频率信号的波形。从图1-6可以看出，传感器的信号的脉宽大于0.3 ms时，传感器输出的频率的低电平的电压幅值已经接近于1.1 V。而矿用监控分站的频率采集端一般采用光耦隔离输入，当输入频率的低电平较高时，有可能使光耦的工作状态不稳定，导致监控系统出现伪数据而产生误报警。 图1-6 输出频率信号波形
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（6）传感器分站抗干扰能力差 目前煤炭行业生产的矿用传感器一般没有考虑抗干扰设计，在研发的过程中没有对传感器的架构、芯片选型、布线方式等方面做详细规划和试验，对传感器的抗干扰的研究还处在实验阶段。虽然国家相关部门新发布的《AQ6201-2006 煤矿安全监控系统通用技术要求》的4.11条明确要求安全监控系统中的设备通过相应的抗干扰试验。国家相关部门考虑到目前煤炭行业的发展现状、厂家的技术水平的差异和抗干扰的设计难度，暂时停止了矿用传感器做抗干扰试验的要求。所以目前大多数厂家的传感器和分站没有做抗干扰设计,传感器受到电磁干扰后立刻会出现数字错乱、重新启动、死机等现象。特别是传感器的放大电路部分最容易受影响，导致传感器检测元件的输出信号经过放大电路后其输出幅值发生突变，从而导致传感器产生误报警。 3.通过分析研究,提出以下防止传感器冒大数的措施: (1)提高传感器和分站抗浪涌干扰的能力 从上面的分析已知,动力电缆感应到传感器电缆的对地浪涌产生的是共模干扰，共模干扰通过不同芯线对地的不同阻抗转变为芯线间的差模干扰，从而影响传感器和分站。所以我们要从设计上提高传感器和分站抗浪涌干扰的能力。主要措施有：在端口芯线对地之间加压敏电阻,使干扰能量尽快入地，减少对设备内部的影响；在分站输入和传感器输出端口进线处采用共轭磁环，端口两线间采用TVS管和高频滤波电容；尽量使不同芯线对外壳的阻抗接近,I/O端口和内部电路充分隔离、尽量减少分布电容等。
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I/O口 分站或传感器 图1-7 传感器和分站端口抗浪涌干扰的措施 现场布置时，传感器电缆尽量远离动力电缆；增大传感器电缆的截面积也能提高抗干扰能力。另外要注意：对这种浪涌干扰，采用屏蔽电缆效果并不大。 (2)提高系统抗脉冲群干扰的能力 从传感器和分站设计上，应在各输入输出端口，尤其是通信端口采取抗干扰措施，具体措施和上面所述相同。对于我矿监控系统使用的RS485传输接口，由于我们代用的传输速率不高且线路很长，我们觉得可以采取和频率端口类似的抗干扰措施。 现场布置时，监控系统电缆尽量远离干扰电缆（变频器输出电缆和漏泄电缆）；对这种脉冲群干扰，采用屏蔽电缆效果较好，屏蔽层应在一处和大地连接，也可以和一处的分站电源地连接。 采用光纤通信是抗脉冲群干扰的最有效方法。采用光纤环网技术作为监控系统的传输主干道，不仅可以提高系统巡检速度，而且增强了系统的抗干扰能力。在主干道以外的区域如果还有脉冲群干扰严重的地段，可以采用光纤子环传输。 - 15 -