自動(dòng)測(cè)量設(shè)備數(shù)據(jù)誤差的外在因素分析

李榮民

（山西省氣象局 大氣探測(cè)技術(shù)保障中心，山西 太原 030002）

0 引言

自動(dòng)測(cè)量設(shè)備因受到多種因素的影響（如惡劣天氣、自然環(huán)境侵蝕、外界強(qiáng)磁場(chǎng)干擾、人為因素、設(shè)備自身性能的下降等），會(huì)發(fā)生各種各樣的問(wèn)題。在處理這些問(wèn)題的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，約有三分之一的自動(dòng)測(cè)量設(shè)備采集的數(shù)據(jù)誤差是由于一些外在因素造成的。筆者基于多年的維修實(shí)踐，針對(duì)這些外在因素對(duì)自動(dòng)測(cè)量設(shè)備所造成的影響進(jìn)行了認(rèn)真的分析和探索。

1 外在因素干擾來(lái)源

影響自動(dòng)測(cè)量設(shè)備正常運(yùn)行的外在干擾因素主要包括以下幾個(gè)方面。

1．1 外部復(fù)雜環(huán)境的干擾

在自動(dòng)測(cè)量設(shè)備的周?chē)h(huán)境中，經(jīng)常存在著比較復(fù)雜的強(qiáng)電磁場(chǎng)。如焊接作業(yè)時(shí)的電火花，設(shè)備操作過(guò)電壓，大氣環(huán)境過(guò)電壓，無(wú)線對(duì)講設(shè)備高頻電波，大容量電機(jī)和開(kāi)關(guān)設(shè)備以及電力系統(tǒng)接地故障時(shí)工頻故障電流流入接地網(wǎng)上不同兩點(diǎn)間將呈現(xiàn)較大電位差等，這些都是產(chǎn)生復(fù)雜的強(qiáng)電磁場(chǎng)的源頭，會(huì)對(duì)自動(dòng)測(cè)量設(shè)備以及信號(hào)傳輸電纜產(chǎn)生直接或間接的影響。

1．2 惡劣天氣的干擾

惡劣天氣產(chǎn)生的電磁干擾對(duì)自動(dòng)測(cè)量設(shè)備的影響最為常見(jiàn)，其中，感應(yīng)雷的影響最為典型，其破壞作用非常明顯。感應(yīng)雷可通過(guò)多種途徑干擾電子設(shè)備，它不僅可以通過(guò)與電源線或信號(hào)線耦合，由傳導(dǎo)的方式產(chǎn)生干擾；還可以直接以電場(chǎng)、磁場(chǎng)耦合或電磁輻射的方式干擾或損壞電子設(shè)備。因此，防范感應(yīng)雷電磁干擾有十分重要的意義。

1．3 靜電放電的干擾

靜電可謂時(shí)時(shí)處處都有，從舉手投足間與服裝的摩擦到干燥空氣的流動(dòng)，以及云層中放電引起線路靜電感應(yīng)，都會(huì)有靜電產(chǎn)生。當(dāng)靜電的能量積累到一定程度時(shí)，就會(huì)發(fā)生劇烈的放電現(xiàn)象，進(jìn)而對(duì)自動(dòng)測(cè)量設(shè)備和信號(hào)傳輸產(chǎn)生較強(qiáng)的影響。

1．4 不合理走線產(chǎn)生的干擾

在自動(dòng)測(cè)量設(shè)備工作室，對(duì)電纜線路不合理的安排和布置，也是比較容易產(chǎn)生電磁干擾的。導(dǎo)線經(jīng)過(guò)有干擾的環(huán)境，即拾取干擾信號(hào)并經(jīng)導(dǎo)線傳導(dǎo)到電路而造成對(duì)電路的干擾，稱(chēng)為傳導(dǎo)耦合，或者叫直接耦合。不合理的走線，會(huì)使得導(dǎo)線與導(dǎo)線之間互相干擾，產(chǎn)生傳導(dǎo)耦合的途徑，繼而產(chǎn)生電磁干擾影響自動(dòng)測(cè)量設(shè)備。

1．5 其他原因產(chǎn)生的干擾

外在因素干擾有時(shí)候也來(lái)自設(shè)備自身以及工作平臺(tái)上其他電子設(shè)備，如電壓波動(dòng)、系統(tǒng)多點(diǎn)接地電位差等屬于設(shè)備自身內(nèi)部的干擾，還有的干擾是來(lái)自于工作平臺(tái)上電器開(kāi)關(guān)的閉合、電器插頭在電源板上的瞬間拔插等。

2 外在因素的干擾源對(duì)自動(dòng)測(cè)量設(shè)備造成的影響

如上所述，外在因素的干擾是一種能夠?qū)е略O(shè)備、傳輸信道和系統(tǒng)性能劣化的電磁騷擾，其對(duì)自動(dòng)測(cè)量設(shè)備的正常運(yùn)行造成的影響如下：

2．1 測(cè)量數(shù)據(jù)跳變

靜電干擾和不合理的走線所造成的傳導(dǎo)耦合干擾，是造成測(cè)量數(shù)據(jù)跳變的主要外在因素干擾源。如氣象部門(mén)使用自動(dòng)測(cè)量設(shè)備對(duì)深層地溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量，在干擾影響的時(shí)間段內(nèi)深層地溫值在一定范圍內(nèi)跳變，但是跳變的幅度較小。受靜電干擾時(shí)測(cè)得的地溫?cái)?shù)據(jù)跳變見(jiàn)表1，其中，數(shù)據(jù)加黑部分即為地溫?cái)?shù)據(jù)跳變。

表1 受靜電干擾時(shí)測(cè)得的地溫?cái)?shù)據(jù)跳變

2．2 數(shù)據(jù)明顯失真

當(dāng)受到惡劣天氣產(chǎn)生的感應(yīng)雷、靜電發(fā)生劇烈的放電現(xiàn)象以及較大功率無(wú)線對(duì)講機(jī)高頻電波干擾時(shí)，自動(dòng)測(cè)量設(shè)備所采集回來(lái)的某個(gè)要素的數(shù)據(jù)會(huì)明顯地失真且變化幅度大，從而造成較大的數(shù)據(jù)誤差。表2為受電磁干擾后自動(dòng)測(cè)量設(shè)備測(cè)得的氣溫失真，其中，數(shù)據(jù)加黑部分為氣溫失真。

表2 受電磁干擾后自動(dòng)測(cè)量設(shè)備測(cè)得的氣溫失真

2．3 報(bào)文誤碼率

焊接作業(yè)時(shí)的電火花、大容量電機(jī)和開(kāi)關(guān)設(shè)備在操作時(shí)所產(chǎn)生的電磁干擾、靜電劇烈的放電現(xiàn)象等會(huì)導(dǎo)致自動(dòng)測(cè)量設(shè)備采集器采集回來(lái)的數(shù)據(jù)報(bào)文誤碼率升高，如氣象部門(mén)使用自動(dòng)測(cè)量設(shè)備中，對(duì)雨量測(cè)出的數(shù)據(jù)在受到電磁干擾后會(huì)出現(xiàn)誤碼。表3給出了受電磁干擾后自動(dòng)測(cè)量設(shè)備測(cè)出的雨量出現(xiàn)誤碼，其中，數(shù)據(jù)加黑部分為誤碼。

表3 受電磁干擾后自動(dòng)測(cè)量設(shè)備測(cè)出的雨量出現(xiàn)誤碼

2．4 采集器死機(jī)

由于外在因素所造成的干擾影響，自動(dòng)測(cè)量設(shè)備的采集器會(huì)發(fā)生死機(jī)現(xiàn)象，采集器上所有的按鍵都無(wú)法使用，狀態(tài)指示燈閃爍不正常，無(wú)法采集數(shù)據(jù)。而感應(yīng)雷以電場(chǎng)、磁場(chǎng)耦合或電磁輻射的方式干擾、工作平臺(tái)上電器開(kāi)關(guān)的閉合、電器插頭在電源板上的瞬間拔插等外在因素產(chǎn)生的不良影響，都有可能造成自動(dòng)測(cè)量設(shè)備死機(jī)。

3 電磁干擾的防范措施

在實(shí)際的維修過(guò)程中，針對(duì)以上這些類(lèi)型的外在干擾，我們采取了一些措施，并且收到了良好的效果。

3．1 外部復(fù)雜電磁環(huán)境的防范措施

對(duì)于來(lái)自外部復(fù)雜環(huán)境的影響，特別是焊接作業(yè)、大容量電機(jī)和大功率無(wú)線對(duì)講設(shè)備等，應(yīng)避免在自動(dòng)測(cè)量設(shè)備場(chǎng)地附近進(jìn)行任何施工操作，還要盡量避免與自動(dòng)測(cè)量設(shè)備共享同一組供電系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行大電流的工程作業(yè)。

3．2 雷電感應(yīng)干擾的防范措施

根據(jù)近年來(lái)我省受雷電影響的實(shí)際情況，為了防止工頻接地電阻因阻值的差異而產(chǎn)生的電位差影響到自動(dòng)測(cè)量設(shè)備的正常運(yùn)行，所以要求自動(dòng)測(cè)量設(shè)備防雷接地必須符合要求，并保證設(shè)備的等電位連接。同時(shí)，自動(dòng)站220V交流供電系統(tǒng)，應(yīng)保證配備有三級(jí)防雷措施。這些措施對(duì)預(yù)防雷電感應(yīng)干擾是非常有效的。

3．3 靜電干擾的防范措施

靜電干擾是造成自動(dòng)測(cè)量設(shè)備故障頻發(fā)及測(cè)試數(shù)據(jù)產(chǎn)生誤差的一個(gè)主要原因，所以，無(wú)論何種型號(hào)的自動(dòng)測(cè)量設(shè)備，設(shè)備外殼及信號(hào)電纜屏蔽線均應(yīng)實(shí)現(xiàn)可靠接地，這是預(yù)防靜電放電干擾的最基本最有效的措施。

3．4 不合理走線產(chǎn)生干擾的防范措施

防范不合理走線產(chǎn)生的干擾，就是要切斷導(dǎo)線間的傳導(dǎo)耦合途徑。為了避免傳導(dǎo)耦合造成的干擾，就要合理布置和安排電纜走線。如220V系統(tǒng)供電電源線及監(jiān)控電纜不能與自動(dòng)測(cè)量設(shè)備信號(hào)電纜穿入同一管道。自動(dòng)測(cè)量設(shè)備信號(hào)線引入室內(nèi)的走線應(yīng)盡量遠(yuǎn)離電源線以及其他高頻回路導(dǎo)體，避免習(xí)慣性地將這些同方向的進(jìn)線捆綁在一起。

3．5 其他原因產(chǎn)生干擾的防范措施

自動(dòng)測(cè)量設(shè)備的工作平臺(tái)上，盡量不要放置開(kāi)關(guān)、撥盤(pán)、防護(hù)較差的燈具、按鈕、電源插座板等器件，因?yàn)檫@些器件在操作過(guò)程中都有可能產(chǎn)生電磁干擾而影響到自動(dòng)測(cè)量設(shè)備的內(nèi)部電路，使得其內(nèi)部電路的有效性能被降低或限制，甚至造成電路元器件的失效和損壞。若是工作臺(tái)上必須放置這些器件，面板和器件都要可靠接地，使靜電放電電流有一個(gè)良好的接地通道，避免產(chǎn)生干擾而影響設(shè)備的正常運(yùn)行。

［1］ 錢(qián)振宇．電氣、電子產(chǎn)品的電磁兼容技術(shù)及設(shè)計(jì)實(shí)例［M］．北京：電子工業(yè)出版社，2008．