仪器仪表测控系统的干扰源及抗干扰技术研究

仪器仪表测控系统的干扰源及抗干扰技术研究

郑中锦

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摘要：在工业生产过程中仪器仪表有着十分重要的作用价值，是对机械设备进行控制并体现其运行过程最为关键的一项工具设备，仪器仪表的可靠性及抗干扰性能将会对工业控制系统产生直接性的影响。因此在设计阶段便应大力加强对仪器仪表的可靠性及抗干扰的设计力度，并以此来保障电气系统的顺利运行。本文针对干扰源对仪器仪表测控系统产生的不利影响，开展了抗干扰技术的深入研究。通过分析干扰源类型，在此基础上，建立测控系统抗干扰模型、屏蔽干扰源信号、抑制传输通道干扰，提出了一种全新的抗干扰技术。应用分析可知，新技术的抗干扰效能评估准确率优势显著。

关键词：仪器仪表；测控；干扰源；抗干扰

引言

测控系统的工作环境复杂，电磁干扰严重，且干扰源无法消除，我们只能针对具体情况加以限制，有效地来削弱和抑制干扰源对系统的影响;本文通过对测控系统容易受到的干扰进行分析，对降低测控系统干扰、提高系统的抗干扰能力提出了思路。

1仪器仪表的可靠性分析

在开展仪器仪表可靠性设计时，设计人员应就仪器仪表运行过程中的可靠性衡量系统展开全面性的分析，同时确定出相应的质量标准，确保设备的稳定性及质量可靠性能够得以有效增强，突出仪器仪表系统的实用价值。在所开展的仪器仪表可靠性设计方面，有关设计人员应重点加强对以下几项工作内容的有效控制：（1）相关人员在设计过程中，须确保仪器仪表系统内部元器件具备良好的可靠性，促进系统精确性的全面提升，对于系统结构等内容予以精简处理，在确保能够完全符合仪器仪表元器件应用功能的基础之上，加强对其运行体系的合理优化与改进。精简处理阶段，技术人员应重点加强对仪器仪表系统可靠性指标的高度关注，全面提升工作效率与设计质量。（2）设计人员还应不断提高对仪器结构设计的水平，大量应用以现代化的设计技术与处理工艺，推动仪器仪表设计达到更好的规范性与先进性，促进仪器仪表系统的设计质量能够得以显著提高，并促使系统的可靠性得以更好的加强，保留一部分的系统控制功能。

2干扰源分析

为了后续更好地开展仪器仪表测控系统抗干扰技术的研究，对当前仪器仪表测控系统运行过程中，存在的干扰源做了全方位分析，明确干扰源的类型与特征，为今后此类研究提供基础保障。针对仪器仪表测控系统运行中可能出现的干扰源，本文建立了干扰源分析模型，通过模型的迭代训练与分解作用，划分干扰源划分的类型。将仪器仪表测控系统的干扰源划分为了3个大类别，分别为辐射干扰源、外引线干扰源和脉冲电压干扰源。其中，辐射干扰源主要包括仪器仪表设备的暂态过程、雷电以及电力网络引起的空间性的干扰；测控系统外引线干扰源指的是仪器仪表测控系统电源线、测控系统引线以及接地引起的干扰；仪器仪表测控系统震动以及脉冲电压的动态变化，也会产生干扰源，此种干扰源通常情况下存在于小型电子元件中，在仪器仪表测控系统中出现的频率较小。干扰源的产生与测控系统运行感应、振动、温度、传输等存在一定的关联。在此基础上，具备干扰噪声源、测控系统对干扰噪声敏感的接受电路以及干扰噪声到测控系统接收电路的传输通道，即会产生干扰源。通常情况下，受到测控系统外围设备的感应，干扰源会产生一定的动态变化，因此，无法采用相应的技术手段消除干扰源。

3抗干扰技术研究

3.1隔离

隔离主要是破坏干扰途径、切断噪声耦合通道，从而达到削弱和抑制干扰目的的一种有效的技术措施。常用的隔离方法有:隔离变压器和光电耦合器隔离。(1)隔离变压器:隔离变压器的作用是切断环路，为了防止变压器初级和次级之间的电容耦合，初、次级之间应加屏蔽层。(2)光电耦合器隔离:光电隔离以光作为媒介在隔离的两端之间进行信号传输，具有很强的隔离和抗电磁干扰能力，但是光电耦合器是非线性器件，只适合传输数字信号，如果用于模拟信号传输，必须采用特殊技术进行线性校正。

3.2屏蔽

干扰源产生的干扰信号通过空间感应传播、O/A及电源进入系统。切断干扰信号在空间感应传播途径主要是采取有效的屏蔽措施。屏蔽技术又分为静电屏蔽、电磁屏蔽和低频磁场屏蔽三种层面。(1)静电屏蔽:是消除电容性耦合。方法是使用低电阻材料的导体，将接收电路进行包围，屏蔽层接地，消除接收电路与干扰源之间的寄生电路。(2)电磁屏蔽:为了消除高频电磁场产生的电感性耦合。具体方法是使用优良导体作为屏蔽层，将接收电路进行空间包围。外界电磁场在屏蔽层上产生涡流，而涡流产生的反向电磁场抵消或减弱外界电磁场的影响，从而达到抑制互感耦合的目的。(3)低频磁场屏蔽:低频磁屏蔽的机理不是反射，而是吸收。具体方法是使用高导磁率的材料(如铁氧体、非晶态金属等等)将需要保护的电路包围起来，或者将干扰磁场封闭在一个闭合空间中。

3.3滤波

滤波是抑制干扰传导的一种重要方法。由于干扰源发出的电磁干扰的频谱往往比要接收的信号的频谱宽得多，因此，当接收器接收有用信号时，也会接收到那些不希望有的干扰。这时，可以采用滤波的方法，只让所需要的频率成分通过，而将干扰频率成分加以抑制。

3.4接地保护

接地技术起源于强点技术，接地是将电网中的零线和电气设备的外壳经过导线与大地相连，使其与大地等电位，以保障人身和设备的安全。所以强电技术的接地是指“与大地等电位”，着眼于安全。在测控系统的弱点系统中，接地是着眼于基准电位和干扰抑制;接地是指电信号的基准参考点，而基准参考点本身可能与大地隔绝。

4仪器仪表的抗干扰设计措施

4.1抗干扰的设计措施

基于对仪器仪表造成干扰的因素较多，且来源也比较广泛复杂。因而，相关的设计工作人员需要全面分析及研讨其干扰因素，并制定及落实相关的措施方案，做到合理有效地增强其抗干扰能力，保证系统得以正常运行。首先，相关的设计人员可以将涉及的扭绞信号线全部扭到一起，从而保证信号回路的面积缩减，使其可以提升仪器仪表与干扰因素间的抗拒力。并且可以有效加长各类系统之间的距离，从而使得导线可以更合理地分布在系统中，增强其抗干扰能力。另外，工作人员还可以减少该仪器仪表周围的静电与电磁，使其可以不再受到电磁或静电的危险，从而使其可以更好地提升工作效率。

4.2抗干扰设计的措施深化

由于干扰主要的因素就是串联干扰。因而，相关的工作人员就需要深化开展串联干扰屏蔽的工作。与此同时，相关的设计工作人员可以有效地利用金屑网，对该仪器仪表进行包裹处理。同时在包裹处理之后，相关的工作人员还需要在外部进行设计安装绝缘装置，使其可以保证达到电场耦合隔断的功能。而在对串联的屏蔽设计还应该确保屏蔽接地，做到有效屏蔽的实际应用，充分合理地发挥其功能作用，得以最大化地保证预期的设计效果，使得整个仪器仪表系统得以有效运行。

结束语

由于仪器仪表的工作环境存在较大差异性，所以仪器仪表的抗干扰源也存在较大差异。对于常规的工业生产而言，除了要测定仪器仪表本身的干扰因素外，还需对电器装备放电干扰及通电、断电干扰进行分析。在对仪器仪表进行设计和测试的过程中，要依据仪器仪表的特征进行设计，针对其所处的工作环境进行分析，这样才能及时找出仪器仪表工作过程中的干扰因素，并且在对仪器仪表抗干扰设计时进行专项设计，从而有效提高仪器仪表的可靠性和抗干扰性。

参考文献

［1］刘勇.仪器仪表的可靠性分析及抗干扰设计［J］.中国战略新兴产业，2018（28）：59.

［2］李渊.仪器仪表的可靠性分析及抗干扰设计［J］.山东工业技术，2017（18）：17，11.

［3］闫旭.仪器仪表的可靠性分析及抗干扰设计［J］.中国高新技术企业，2017（10）：25-26.