前端數(shù)字化實現(xiàn)復雜電磁環(huán)境下的高精度測量

 

　　前端數(shù)字化是湖南銀河電氣有限公司為解決復雜電磁環(huán)境下高精度測量而提出的、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)字化是指在測量的最前端——傳感器環(huán)節(jié)就將被測信號就地數(shù)字化，數(shù)字信號采用光纖或纜線傳輸至各種類型的計算機，利用計算機強大的運算處理能力，對數(shù)字信號進行分析、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)，廣泛存在于整個宇宙中。電磁環(huán)境是指存在于給定場所的所有電磁現(xiàn)象的總和，是由各種電磁波構(gòu)成的環(huán)境，具有空間、時間和頻譜三個要素。它由人為電磁環(huán)境和自然電磁環(huán)境組成。

　　電磁波無時無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。電磁能在為人類創(chuàng)造巨大財富的同時，也帶來一定的危害。無線通訊技術(shù)、電力電子技術(shù)、計算機技術(shù)等的高速發(fā)展及運用，密集、重疊、無序的電磁波構(gòu)成了復雜電磁環(huán)境（在軍事領(lǐng)域，復雜電磁環(huán)境用于特指作戰(zhàn)時空內(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)爭的舞臺，是信息化戰(zhàn)場的基本特征）。

　　IEC指出：將被測參量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量參數(shù)更為合理，原因在于對傳統(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)使用被測參量信息的設(shè)備的實際需要。
　　解讀：

　　測量的目的是基于某種需要對被測量的信息進行感知、分析和處理。其核心價值在于對測量行為所“獲取信息”的完整性、正確性和準確度。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，采用數(shù)字信號表示信息已經(jīng)越來越普及。相對模擬信號而言，數(shù)字信號具有更強的信息承載能力和抗干擾能力。在信號被轉(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路，既是被測量信息的傳播途徑，也是外部干擾的主要入侵途徑。

　　電磁環(huán)境日益復雜，經(jīng)實驗室計量檢定的高精度測量裝置，在工業(yè)現(xiàn)場受電磁干擾的影響，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行。

　　AnyWay系列測試產(chǎn)品通過前端數(shù)字化和光纖傳輸，截斷電磁干擾的主要傳播途徑，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)社會的快速發(fā)展使對測量的準確性、合理性和高效率提出了更高的要求，顯而易見，融合著現(xiàn)代計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通訊技術(shù)、自動化技術(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，智能化、自動化程度更高，適應(yīng)日益復雜的現(xiàn)場電磁環(huán)境的能力更強，它必將成為測量系統(tǒng)中不可或缺的核心構(gòu)件。開發(fā)基于前端數(shù)字化的傳感器/變送器和效率更高、分析運算能力更強的數(shù)字化測量二次設(shè)備也必然成為測試技術(shù)發(fā)展的主流方向。

　　IEC指出：所有儀表和測量裝置的誤差都必須進行實際測量，未經(jīng)測量，僅是以其它測量中計算出來的和引用電壓、電流和功率因數(shù)組合的誤差，不能作為評價裝置基本誤差的依據(jù)。

　　解讀：

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

　　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，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，二次儀表只是對數(shù)字信號進行必要的運算，并不會增加誤差，這樣，引入誤差的環(huán)節(jié)只有一個，只需要對變頻電量變送器的誤差進行試驗，即可確定整個系統(tǒng)的誤差。

　　根據(jù)IEC相關(guān)標準對功率測量系統(tǒng)的誤差評價方法，模擬量傳輸計量系統(tǒng)及常規(guī)數(shù)字傳輸計量系統(tǒng)的功率誤差的評價如下：

 

圖：前端數(shù)字化計量系統(tǒng)的優(yōu)勢

　　更多特點：

　　寬幅值范圍——硬件特點之二

　　寬頻率范圍——硬件特點之三

　　寬相位范圍——硬件特點之四

　　超強運算力——硬件特點之五

　　擴展閱讀：

　　1、AnyWay前端數(shù)字化產(chǎn)品抗干擾能力如何？

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