前端數(shù)字化_復(fù)雜電磁環(huán)境下的高精度測量解決方案
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- 發(fā)布時間：2013/11/5 10:11:09
- 作者：AnyWay中國
采用光纖傳輸?shù)?a href="NewsDetail-347.aspx" target="_blank">
前端數(shù)字化產(chǎn)品，傳輸線路不再是敏感設(shè)備，且光纖截斷了一次傳感器和二次儀表的電磁騷擾重要傳播途徑，從而大幅度提升了測試系統(tǒng)在
復(fù)雜電磁環(huán)境下的抗干擾能力，實現(xiàn)電磁兼容。
一復(fù)雜電磁環(huán)境概述
一直以來，復(fù)雜電磁環(huán)境一詞，幾乎成了在軍事領(lǐng)域?qū)Ｓ忻~，意指作戰(zhàn)時空內(nèi)，人為電磁發(fā)射和多種電磁現(xiàn)象的總合。
軍事領(lǐng)域，有時用復(fù)雜電磁環(huán)境描述己方設(shè)備不能電磁兼容，而用電磁環(huán)境復(fù)雜描述客觀存在的電磁現(xiàn)象。
工業(yè)領(lǐng)域，隨著電力電子技術(shù)的高速發(fā)展，大功率非線性設(shè)備的大量使用，產(chǎn)生電力諧波污染電網(wǎng)的同時，也向周圍輻射電磁波，工業(yè)測控現(xiàn)場的電磁環(huán)境也在日益復(fù)雜。與無線電通訊設(shè)備輻射的電磁波相比，電子電子設(shè)備的電磁波傳播距離短，但是危害大。
工業(yè)上，電磁兼容就是一門研究如何實現(xiàn)指設(shè)備或系統(tǒng)在共同的電磁環(huán)境中，能夠一起工作而不影響各自功能的和諧狀態(tài)的技術(shù)。
工業(yè)電磁環(huán)境日益復(fù)雜，電磁兼容是實現(xiàn)測試設(shè)備高準(zhǔn)確度測量的一個重要研究課題。
本文借用復(fù)雜電磁環(huán)境一詞描述工業(yè)現(xiàn)場日益復(fù)雜的電磁環(huán)境。
二電磁騷擾的傳播
電磁騷擾與電磁干擾兩個詞經(jīng)常混用，在“GB/T 4365-2003電工術(shù)語 電磁兼容”中，對兩者分別定義如下：
電磁騷擾 electromagnetic disturbance
任何可能引起裝置、設(shè)備或系統(tǒng)性能降低或者對生物或非生物產(chǎn)生不良影響的電磁現(xiàn)象。是構(gòu)成復(fù)雜電磁環(huán)境的主體。
電磁干擾 electromagnetic interference；EMI
電磁騷擾引起的設(shè)備、傳輸通道或系統(tǒng)性能的下降。是復(fù)雜電磁環(huán)境下設(shè)備通常的表現(xiàn)后果。
可見，電磁騷擾是復(fù)雜電磁環(huán)境的起因，而電磁干擾是復(fù)雜電磁環(huán)境的后果。
或者說，電磁騷擾相當(dāng)于干擾源，而電磁干擾是干擾源通過傳播途徑在敏感設(shè)備上產(chǎn)生的后果。
與傳染病流行三要素——傳染源、傳播途徑和易感人群類似，電磁騷擾的傳播也需要具備三個要素，分別是：騷擾源、傳播途徑和敏感設(shè)備。傳播途徑主要包括傳導(dǎo)騷擾和輻射騷擾。相關(guān)定義如下：
敏感設(shè)備 susceptible devive
受電磁騷擾的影響，性能可能降低的裝置、設(shè)備或系統(tǒng)。
傳導(dǎo)騷擾 conducted disturbance
通過一個或多個導(dǎo)體傳遞能量的電磁騷擾。
輻射騷擾 radiated disturbance
以電磁波形式通過空間傳播能量的電磁騷擾。
圖1為傳染病流行與電磁騷擾傳播過程的對比圖。
圖1 傳染病流行與電磁騷擾傳播對比
圖中，變頻器為騷擾源，傳感器及示波器均為敏感設(shè)備。
傳輸線路既是敏感設(shè)備，也是傳播途徑。
電磁騷擾至傳輸線路的傳播途徑主要為電磁輻射；
電磁騷擾至傳感器的傳播途徑主要有通過電源線（與變頻器共地）和信號傳輸線的傳導(dǎo)騷擾；
就電源線和傳輸線路而言，電源線用于傳遞強(qiáng)能量，抗騷擾能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳輸線路，相比之下，傳輸線路的電磁兼容設(shè)計難度更大，且更加重要。
電磁騷擾至示波器的傳播途徑主要有通過傳輸線的傳導(dǎo)騷擾。
三前端數(shù)字化實現(xiàn)復(fù)雜電磁環(huán)境下的電磁兼容
針對電磁騷擾傳播原理，電磁兼容解決方案主要從以下三個方面著手：
1、抑制電磁騷擾源；
2、切斷傳播途徑；
3、增強(qiáng)敏感設(shè)備的電磁騷擾抵抗力。
上述三個環(huán)節(jié)中，只要解決任意一個環(huán)節(jié)，即可實現(xiàn)電磁兼容。本文采取的解決方案從切斷傳播途徑著手：
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)字信號采用光纖或線纜傳輸至各種類型的計算機(jī)，利用計算機(jī)強(qiáng)大的運算處理能力，對數(shù)字信號進(jìn)行分析、處理后用于顯示或控制。
圖2為采用前端數(shù)字化技術(shù)的WP4000變頻功率測試系統(tǒng)的信號傳輸示意圖。
圖2 前端數(shù)字化_復(fù)雜電磁環(huán)境下的高準(zhǔn)確度測量解決方案
眾所周知，數(shù)字信號的抗電磁騷擾能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于模擬信號，前端數(shù)字化系統(tǒng)可采用光纖或線纜傳輸，采用線纜傳輸時，參考第二節(jié)的分析，傳輸線路既是敏感設(shè)備又是就電磁兼容而言主要解決的是傳輸線路本身的抗電磁騷擾問題，但是，對于傳感器和二次儀表而言，傳輸線路仍然充當(dāng)電磁騷擾的傳播途徑以傳導(dǎo)騷擾的方式影響著傳感器和二次儀表。
1、光纖只傳輸有用信息，功率分析儀不受干擾；
2、光纖不接受輻射騷擾，增強(qiáng)了傳感器的抗干擾能力；
3、光纖截斷了傳導(dǎo)騷擾途徑，進(jìn)一步增強(qiáng)傳感器的抗干擾能力。
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