近期，看到有同學問：為什麼電磁車模，在開啟電機之後，採集的電磁強度數值出現異常的問題。通過多次實驗發現採集電磁數值異常與電機開啟有這明顯的因果關係。並且，電機速度越快，數值越加凌亂，使得車模舵機控制不穩。
車模中，由於電機工作起來電流很大，所產生的電磁干擾也很強。這部分的干擾雜訊可以通過電路中的電源線耦合、空間電磁場傳輸等途徑對於訊號採集電路和控制電路造成影響。通過電源合理佈線、使用恰當的電源去耦電容可以大大減輕雜訊通過線路傳輸的影響。但是空間干擾則顯得有些神秘和難以消除。
下面的**顯示電機執行的時候對於附近的10mh諧振電感所產生的干擾情況。
圖1 電機對於附近電磁感測器的干擾說實在的，車模上的電機還是屬於小功率的直流電機。驅動電流從幾百毫安到十幾安培，空間干擾還算是輕的。如下的**是實驗室中3kw永磁同步電機驅動模組，其中線電流達到200~400a，此時電機引線所產生的空間電磁干擾，就會將實驗室中的wifi給阻塞掉，電腦usb埠也會由於干擾電壓造成usb裝置無法識別。
圖2 大功率pmsm電機及其驅動模組平時習慣於利用集總引數器件模型進行電路分析，此時就會深刻體會到，周圍的空間也是進行電磁波傳輸的載體。
為了減少電機對於電磁感測器的影響，除了對於電機驅動引線盡量使用短的電線傳輸之外，恰當的選擇電機pwm頻率也可以起到非常好的效果。這是利用電磁感測器的選頻特性以及pwm波形中的諧波分解之間的關係。
下圖顯示出電機驅動pwm頻率從18khz一直變化到22khz的過程中電磁感測器所感應訊號幅度的變化。當pwm頻率為20khz的時候所產生的干擾訊號最大，這是因為車模的電磁感測器大都調整在諧振頻率為20khz。
圖3 電磁感測器感應訊號幅度隨著pwm頻率變化，在20khz的時候發生諧振那麼是否在設定電機pwm頻率的時候只要不設定為20khz，就可以避免對於電磁感測器造成很大的干擾了呢。
可以通過實驗來驗證pwm頻率與電磁感測器的干擾強度之間的關係。就在圖1所示的實驗場景。改變pwm的頻率，從750hz到25000hz, pwm占空比設定為10%。使用交流電壓表測量工字型電感諧振電路的輸出電壓。下圖顯示處電磁感測器輸出交流電壓有效值與頻率之間的關係。
圖4 不同pwm頻率下，電磁感測器檢測到的干擾訊號幅值從中可以看出，在多處頻率點（3.66,4,5,6.66,10,20khz）都出現了干擾訊號幅度的峰值。這些頻率有乙個規律，它們去除20000都是整數。這個實驗也有效驗證了週期訊號的傅利葉級數分解的理論，那就是所有的週期訊號都可以分解成基波和它的諧波的疊加。這些諧波都是基波的整數倍數。因此，在設定pwm頻率的時候，有效的避開這些頻率點，就可以大大減少對於電磁感測器的干擾。
另外，當pwm的頻率超過20khz的某乙個數值（比如25khz）,就不再會對電磁感測器產生干擾了。但是，由於頻率增加，電機驅動電路的開關損耗也會隨之增加，是的電機有效輸出電流減低。所以建議選擇pwm頻率的時候還是選擇20khz以內的某個頻率（13khz~17khz）為好。
圖5 實驗室的一角從上面的圖中，也可以看到常用到的工字型電磁感測器的頻率響應特性。大家會驚訝的看到，這個電磁感測器的諧振頻率恰好就是20khz。通常大家所使用的電感大都選用10mh工字型電感，需要選擇6.33nf的電容可以將lc諧振頻率配置成20khz。容易選購到的普通電容為6.8nf，使用6.8nf的電容電路的諧振頻率19.3khz。
下圖是使用了幾種工字型電感的實際測試的諧振曲線，它們的諧振頻率大都幾種在20khz左右。其中頻率非常準確的是採用了高精度的電容配成的諧振迴路。可以看出是，如果電感的尺寸比較大，所感應的電壓比較大。同樣，如果諧振頻率比較準確，在20khz訊號輸出幅度也比較大。
圖6 不同工字型電感組成的諧振迴路的頻率響應曲線對於此，可能有的同學會提問，感測器輸出訊號大小，實際上對於檢測應該沒有什麼影響，因為只要通過調整後面訊號放大電路的倍數，不僅可以大大提高訊號的幅值，同時也可以將各個感測器的輸出調整到一致。
的確，通常情況下，選用精度不高的電感、電容組成的諧振迴路就可以滿足車模競賽的需要了。
如果需要進一步指出精度高的好處，就需要理解使用諧振lc迴路組成的電磁感測器的作用。它的主要作用並不是放大訊號，而是選擇有用訊號，濾除干擾訊號。下圖中，左邊顯示了乙個沒有匹配諧振電容的10mh工字型電感的輸出波形，右邊顯示了匹配有諧振電容後輸出訊號。可以看出，經過諧振選頻電路，有用的訊號大大增強了，而雜訊訊號被去掉了。
圖7 選頻電路是提高訊號的訊雜比的關鍵由於感測器的訊號會經過后級放大電路進一步放大，滿足後面的訊號檢測需要。所以感測器的作用重點是在於能夠將雜訊濾除多乾淨。這是由諧振電路的選頻特性來決定的。
諧振電路的選頻特性可以由電路頻率響應的頻寬來決定。一般情況下，頻寬定義為電路頻率響應下降1/sqrt(2)=0.707倍的時候，對應的上下截止頻率的差值。對於二階諧振電路，頻寬可以使用諧振電路的品質因數，也稱之為q值來計算。具體公式由下圖中顯示。
圖8 rlc諧振電路的頻寬以及品質因數只有位於諧振感測器頻寬內的訊號和雜訊才能夠通過感測器，送往下一級檢測電路。通帶之外的雜訊就會濾除。所以諧振電路的頻寬越窄，或者品質因數越高，濾除雜訊的能力就一越強。
如何提高感測器的品質因數呢？ 弄清楚這個問題需要大家複習在電路原理中的基礎知識了。
但是，如果感測器的諧振曲線的中心不位於20khz的話，這樣就會將有用的訊號也會被衰減，從而降低了輸出訊號的訊雜比。
同樣，根據本文一開始敘述的那樣，也需要盡可能將干擾雜訊的頻率移除感測器的通帶範圍之外，進而降低感測器輸出的雜訊。
提高感測器的訊雜比所帶來的好處，就是能夠提高檢測分辨弱訊號的能力，從而提高感測器檢測訊號的距離和精度。
感測器是智慧型車的眼睛，也是智慧型車穩定執行的基礎。提高眼睛的靈敏度，不僅需要選擇優良的感測器的器件，同時也要盡可能避免環境干擾訊號、自身車模的干擾訊號對於感測器的干擾。
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