关于小电流测量时工频干扰的一些解决办法

解决工频干扰信号最好的办法就是没有工频，所以很多小信号处理使用电池供电。

但是，很多情况下，必须使用市电电源供电，因此就会出现工频干扰。

工频干扰的传导能力非常强大，如果示波器接地良好，但是探头悬空，在强工频干扰环境下，可以看到示波器显示出工频的正弦波，且幅值能达到几伏或者几十伏。

在小电流测试时，工频干扰非常明显，尤其是纳安培级别的电流时，干扰会变得非常明显。为什么是小电流非常明显呢？

寄生电容大多在pF一别，在工频时，对应GΩ级别的电阻，那么对应就是nA级别的电流。所以当小电流测量时，工频干扰就变得明显了。

减小的方法并不是很多，而且实际使用时，必须结合实际电路设计以及工作环境来解决问题。

1、使用低通滤波器，如果只有直流，那么滤波器的方法是可行的，尤其是在直流电源的设计上，一般不在信号采集一侧，因为影响信号的响应速度和带宽。

2、陷波器，也就是带阻滤波器，对于需要一定带宽的信号，陷波器是可行的，尤其是信号采集一侧。

3、空间电磁屏蔽，增加屏蔽罩，使用双绞线等等，都属于这种方式。这种方式更倾向于“工程设计”，一般是设备系统需要考虑的方法。

4、电源使用高频电源，尽量消除工频信号。工频电源整流，滤波，DC-DC变换，再DC-AC变换成为高频信号，这时工频信号可以极大的减小。

滤除工频干扰在一般仪器设备中比较少见，但是在医疗测量设备中较为常见，同样在一些工业传感器的电路上也比较常见。但可惜的是，这两种电路的相关书籍很少。

因此，硬件上没有“包治百病”的通用电路设计，也没有“四海皆准”的解决办法。

 

除了硬件解决方法外，也可以软件方法解决。

1、均值滤波，因为工频干扰呈现非常好的周期特性，因此只要积分一个市电周期，就可以消除其干扰，但是问题是时间有点长。

2、特征值提取，因为工频的周期性很好，那么在数据处理上就比较容易，使用FFT非常容易剔除工频信号，缺点同样明显就是时间长，必须满足频率分辨率的需求。

3、波形拟合，还是因为工频的周期性很好，那么就可以使用最小二乘法进行波形拟合，拟合数据可以提取特征值，拟合方法还可以减少数据量，那么就能够减少数据采集时间。

软件算法解决问题比较常见，尤其是在各类期刊论文中，原理基本一样，但解决的实际办法还是有些差别的。

 

总结一下，解决这类问题的方法实际上就三种：

1、消除问题的来源，类似解决不了问题，就解决产生问题的，用电池替换市电电源就是一种方法。

2、削弱问题的影响，让问题不影响最终想要的结果，比如硬件上的陷波器的方法。

3、让问题存在，从问题中拿到结果，比如软件FFT特征值提取的办法。

工程上的问题，很多时候回归工程，假设问题，设计方案，实施验证，采集数据，对比分析，持续改进，如是而已。