前端數(shù)字化實(shí)現(xiàn)復(fù)雜電磁環(huán)境下的高精度測(cè)量

 

　　前端數(shù)字化是湖南銀河電氣有限公司為解決復(fù)雜電磁環(huán)境下高精度測(cè)量而提出的、符合物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展思路的、可有效提高電子電器產(chǎn)品電磁兼容性的創(chuàng)新理念。前端數(shù)字化是指在測(cè)量的最前端——傳感器環(huán)節(jié)就將被測(cè)信號(hào)就地?cái)?shù)字化，數(shù)字信號(hào)采用光纖或纜線(xiàn)傳輸至各種類(lèi)型的計(jì)算機(jī)，利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的運(yùn)算處理能力，對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行分析、處理后用于顯示或控制。

——AnyWay

　　電磁波作為一種特殊形態(tài)的物質(zhì)，廣泛存在于整個(gè)宇宙中。電磁環(huán)境是指存在于給定場(chǎng)所的所有電磁現(xiàn)象的總和，是由各種電磁波構(gòu)成的環(huán)境，具有空間、時(shí)間和頻譜三個(gè)要素。它由人為電磁環(huán)境和自然電磁環(huán)境組成。

　　電磁波無(wú)時(shí)無(wú)刻不在影響著人們的生活及生產(chǎn)，電磁能的廣泛應(yīng)用，使工業(yè)技術(shù)的發(fā)展日新月異。電磁能在為人類(lèi)創(chuàng)造巨大財(cái)富的同時(shí)，也帶來(lái)一定的危害。無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)、電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等的高速發(fā)展及運(yùn)用，密集、重疊、無(wú)序的電磁波構(gòu)成了復(fù)雜電磁環(huán)境（在軍事領(lǐng)域，復(fù)雜電磁環(huán)境用于特指作戰(zhàn)時(shí)空內(nèi)，人為電磁發(fā)射和多種電磁現(xiàn)象的總合，是信息化戰(zhàn)爭(zhēng)的舞臺(tái)，是信息化戰(zhàn)場(chǎng)的基本特征）。

　　IEC指出：將被測(cè)參量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量參數(shù)更為合理，原因在于對(duì)傳統(tǒng)模擬量輸出變送器的模擬量輸出要求是基于有局限的常規(guī)技術(shù)，并非依據(jù)使用被測(cè)參量信息的設(shè)備的實(shí)際需要。
　　解讀：

　　測(cè)量的目的是基于某種需要對(duì)被測(cè)量的信息進(jìn)行感知、分析和處理。其核心價(jià)值在于對(duì)測(cè)量行為所“獲取信息”的完整性、正確性和準(zhǔn)確度。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，采用數(shù)字信號(hào)表示信息已經(jīng)越來(lái)越普及。相對(duì)模擬信號(hào)而言，數(shù)字信號(hào)具有更強(qiáng)的信息承載能力和抗干擾能力。在信號(hào)被轉(zhuǎn)成數(shù)字量之前的傳輸環(huán)節(jié)越少，傳輸距離越短，信號(hào)的損失與干擾越小。

　　電磁干擾的傳播環(huán)節(jié)為：干擾源——>傳播途徑——>敏感設(shè)備。傳感器與二次儀表之間的模擬量傳輸線(xiàn)路，既是被測(cè)量信息的傳播途徑，也是外部干擾的主要入侵途徑。

　　電磁環(huán)境日益復(fù)雜，經(jīng)實(shí)驗(yàn)室計(jì)量檢定的高精度測(cè)量裝置，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)受電磁干擾的影響，不一定能夠發(fā)揮其應(yīng)有的精度特性，甚至不一定能夠正常運(yùn)行。

　　AnyWay系列測(cè)試產(chǎn)品通過(guò)前端數(shù)字化和光纖傳輸，截?cái)嚯姶鸥蓴_的主要傳播途徑，有效的提高了系統(tǒng)的電磁兼容能力；數(shù)字化前端方便網(wǎng)絡(luò)化，智能化的應(yīng)用，符合物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展需要。

　　工業(yè)社會(huì)的快速發(fā)展使對(duì)測(cè)量的準(zhǔn)確性、合理性和高效率提出了更高的要求，顯而易見(jiàn)，融合著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通訊技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)等的數(shù)字化設(shè)備，其信息和數(shù)據(jù)的分析處理能力更強(qiáng)，智能化、自動(dòng)化程度更高，適應(yīng)日益復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)電磁環(huán)境的能力更強(qiáng)，它必將成為測(cè)量系統(tǒng)中不可或缺的核心構(gòu)件。開(kāi)發(fā)基于前端數(shù)字化的傳感器/變送器和效率更高、分析運(yùn)算能力更強(qiáng)的數(shù)字化測(cè)量二次設(shè)備也必然成為測(cè)試技術(shù)發(fā)展的主流方向。

　　IEC指出：所有儀表和測(cè)量裝置的誤差都必須進(jìn)行實(shí)際測(cè)量，未經(jīng)測(cè)量，僅是以其它測(cè)量中計(jì)算出來(lái)的和引用電壓、電流和功率因數(shù)組合的誤差，不能作為評(píng)價(jià)裝置基本誤差的依據(jù)。

　　解讀：

　　常規(guī)的測(cè)量方法是：電壓/電流傳感器先將高電壓/大電流信號(hào)變換為低電壓/小電流信號(hào)，再連接到分析儀，分析儀只測(cè)量低電壓和小電流信號(hào)。這種方式下，傳感器和分析儀之間的傳輸線(xiàn)路會(huì)引入測(cè)量誤差，量程匹配不當(dāng)、阻抗匹配不當(dāng)?shù)仍驎?huì)加大測(cè)量誤差，另外，也給誤差的評(píng)估造成困難。

　　WP4000變頻功率分析儀，不論是低電壓、小電流還是高電壓、大電流信號(hào)，均可采用各種不同量程的變頻電量變送器(SP系列變頻功率傳感器或DT系列數(shù)字變送器)直接連接一次回路，變送器直接輸出數(shù)字信號(hào)，二次儀表只是對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行必要的運(yùn)算，并不會(huì)增加誤差，這樣，引入誤差的環(huán)節(jié)只有一個(gè)，只需要對(duì)變頻電量變送器的誤差進(jìn)行試驗(yàn)，即可確定整個(gè)系統(tǒng)的誤差。

　　根據(jù)IEC相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)功率測(cè)量系統(tǒng)的誤差評(píng)價(jià)方法，模擬量傳輸計(jì)量系統(tǒng)及常規(guī)數(shù)字傳輸計(jì)量系統(tǒng)的功率誤差的評(píng)價(jià)如下：

 

圖：前端數(shù)字化計(jì)量系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

　　更多特點(diǎn)：

　　寬幅值范圍——硬件特點(diǎn)之二

　　寬頻率范圍——硬件特點(diǎn)之三

　　寬相位范圍——硬件特點(diǎn)之四

　　超強(qiáng)運(yùn)算力——硬件特點(diǎn)之五

　　擴(kuò)展閱讀：

　　1、AnyWay前端數(shù)字化產(chǎn)品抗干擾能力如何？

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