儀器儀表的可靠性分析及抗干擾研究

張明輝

（中海油惠州石化有限公司，廣東惠州 516082）

1 我國儀器儀表產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀

1.1 儀器儀表的研究不深入

和西方發(fā)達(dá)國家相比，我國的儀器儀表產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)薄弱，研究投入不足，一些關(guān)鍵技術(shù)沒有得到突破，在這樣的條件下，國產(chǎn)的部分高檔儀器儀表無論是從產(chǎn)品性能上還是結(jié)構(gòu)上都表現(xiàn)不夠穩(wěn)定。

1.2 儀器儀表的產(chǎn)品精度不夠

國外好的儀器儀表在產(chǎn)品精度上領(lǐng)先我國的儀器儀表較多。從功能的層面上來講，發(fā)達(dá)國家生產(chǎn)的儀器儀表智能化程度更高，數(shù)據(jù)處理能力更強(qiáng)，抗干擾性能力更高，受環(huán)境影響更少，測量的準(zhǔn)確度更高。

1.3 儀器儀表行業(yè)的綜合實(shí)力較弱

國產(chǎn)的儀器儀表目前在國際市場競爭中處于較為劣勢的地位。當(dāng)前我國的儀器儀表企業(yè)在開發(fā)上投入不足，行業(yè)規(guī)模尚小，總產(chǎn)值不高，仍未形成一個(gè)較為成熟的市場環(huán)境，市面上有很多低檔次的儀器儀表產(chǎn)品，存在不公平的競爭現(xiàn)象，種種因素都使得我國儀器儀表行業(yè)的綜合實(shí)力難以獲得進(jìn)一步提升。

2 儀器儀表的可靠性分析

相關(guān)產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)儀器儀表時(shí)，必須從不同方面、不同角度、不同層次對儀器儀表運(yùn)行可靠性的衡量系統(tǒng)做立體化分析，同時(shí)制定明確的質(zhì)量評定標(biāo)準(zhǔn)，確?？煽啃缘脑O(shè)計(jì)能夠強(qiáng)化儀器儀表系統(tǒng)的應(yīng)用效果。從儀器儀表可靠性設(shè)計(jì)的層面上來講，相關(guān)人員在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的過程中，需要尤為關(guān)注的有以下若干關(guān)鍵點(diǎn)：

1）在儀器儀表的實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，要在實(shí)現(xiàn)儀器儀表元件系統(tǒng)使用功能的前提下，科學(xué)合理地優(yōu)化運(yùn)行系統(tǒng)。例如，簡化處理系統(tǒng)各類結(jié)構(gòu)的同時(shí)，相關(guān)的技術(shù)人員與管理人員必須關(guān)注到儀器儀表系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)是否達(dá)標(biāo)，確保工作效率相應(yīng)的提升，以及設(shè)計(jì)質(zhì)量的穩(wěn)定；在設(shè)計(jì)工作元件時(shí)，相關(guān)的設(shè)計(jì)人員必須要重視的是元件的可靠性和系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，盡可能減少元件設(shè)計(jì)誤差，避免儀器儀表出現(xiàn)元件選擇不準(zhǔn)確或者數(shù)據(jù)信息不準(zhǔn)確，從儀器儀表的使用反饋上去保證產(chǎn)品運(yùn)行系統(tǒng)的可靠性。

2）相關(guān)的儀器儀表設(shè)計(jì)工作人員要具備積極的創(chuàng)新精神，要把產(chǎn)品的設(shè)計(jì)技術(shù)與現(xiàn)代化設(shè)計(jì)工藝結(jié)合起來，使得儀器儀表設(shè)計(jì)工作能夠跟得上時(shí)代的發(fā)展，更加科學(xué)化、規(guī)范化，提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作質(zhì)量的同時(shí)也相應(yīng)地提高系統(tǒng)的設(shè)計(jì)質(zhì)量，進(jìn)一步增強(qiáng)運(yùn)行系統(tǒng)的可靠性。

3 儀器儀表的抗干擾分析

干擾儀器儀表的因素有很多，而且干擾來源也比較復(fù)雜，所以，相關(guān)設(shè)計(jì)人員首先要通過全面的分析來找出干擾來源，通過儀器儀表的干擾情況進(jìn)行有效排查，采取對應(yīng)的措施才能有效地提高儀器儀表的抗干擾能力，確保系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量。

3.1 對儀器儀表的干擾來源的分析

一般情況下，會干擾到儀器儀表系統(tǒng)運(yùn)行的因素有：內(nèi)部的開關(guān)、變壓器等，以及外部的用電設(shè)備和電力設(shè)備影響。要對系統(tǒng)進(jìn)行抗干擾設(shè)計(jì)，需要先明確干擾來源，以下是具體分析：首先，通過分析內(nèi)部開關(guān)與變壓器的情況可以了解到此類設(shè)備是否有影響到儀器儀表系統(tǒng)的運(yùn)行，同時(shí)，相關(guān)設(shè)計(jì)人員可以在儀器儀表系統(tǒng)中設(shè)計(jì)抗電磁干擾系統(tǒng)，避免儀器儀表受到電磁感應(yīng)的干擾，能夠正常運(yùn)行，此外，確保高壓電網(wǎng)與變壓器磁場的穩(wěn)定性，能夠有效消除儀器儀表的感應(yīng)電勢現(xiàn)象，也將有效減少對系統(tǒng)運(yùn)行的干擾。其次，靜電感應(yīng)是在儀器儀表運(yùn)行中比較容易發(fā)生的干擾因素，也就是兩個(gè)電場之間相互作用，通常是在儀器儀表周邊的電氣設(shè)備等產(chǎn)生，所以，相關(guān)設(shè)計(jì)人員必須考慮提升儀器儀表的靜電抗干擾能力，以提高系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量。最后，震動干擾因素、化學(xué)干擾因素等干擾因素也被稱為串模干擾，是一種連續(xù)性干擾，主要是因?yàn)楹托盘柊l(fā)生串聯(lián)后而產(chǎn)生的，同樣會影響到儀器儀表的運(yùn)行。

3.2 對儀器儀表抗干擾設(shè)計(jì)采取的措施

抗干擾設(shè)計(jì)在儀器儀表設(shè)計(jì)過程中有非常重要的影響和意義。有效提升儀器儀表的抗干擾能力，能夠減少儀器儀表在后期運(yùn)行時(shí)可能存在或發(fā)生的很多問題。具體的抗干擾設(shè)計(jì)措施如下：

（1）相關(guān)設(shè)計(jì)人員需要設(shè)計(jì)把信號導(dǎo)線扭絞到一起，通過縮小信號回路面積的方法來提升儀器儀表的抗干擾能力，同時(shí)，通過延長各類系統(tǒng)的距離來提升兩種信號導(dǎo)線分布的合理性，使得電容分布更科學(xué)，進(jìn)一步增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力。此外，儀器儀表周圍的電磁與靜電也應(yīng)當(dāng)盡量減少。

（2）相關(guān)設(shè)計(jì)人員可以通過屏蔽法來設(shè)計(jì)提升儀器儀表的抗干擾能力。屏蔽的方法是，把信號導(dǎo)線用金屑網(wǎng)包裹起來，并設(shè)計(jì)絕緣層包在外部，這個(gè)方式能起到一定的電場耦合隔斷作用，并能夠在很大程度上減少電磁與靜電感應(yīng)所帶來的干擾影響。同時(shí)，為了保證屏蔽的效果，設(shè)計(jì)屏蔽層時(shí)要盡可能地讓屏蔽層接地，如果屏蔽層沒有接地，就無法達(dá)到抑制感應(yīng)電壓最小化的效果，也就無法達(dá)到抗干擾的作用。

（3）相關(guān)設(shè)計(jì)人員可以通過濾波設(shè)計(jì)法來提升儀器儀表的抗干擾能力。通過分析儀器儀表的運(yùn)行變化情況，得出直流信號數(shù)據(jù)，再采取濾波阻隔各類干擾信號，這就是濾波設(shè)計(jì)法。在濾波設(shè)計(jì)法的操作過程中，工作人員把濾波電路系統(tǒng)安裝到儀器儀表的系統(tǒng)中，進(jìn)而對電路進(jìn)行處理，直流信號縮小的同時(shí)也減少了對儀器儀表系統(tǒng)運(yùn)行的干擾。需要注意的是，由于采取濾波設(shè)計(jì)法的成本比較高，從經(jīng)濟(jì)效益上來講，不適合放在長期的設(shè)計(jì)工作中使用，因此，在實(shí)際應(yīng)用中，也不經(jīng)常采用濾波設(shè)計(jì)法。

上述抗干擾的方式主要是針對串模干擾，由于串模干擾難以避免，通常情況下必須通過以上措施來盡可能減少串模干擾帶來的不利影響。在儀器儀表的實(shí)際設(shè)計(jì)和系統(tǒng)運(yùn)行過程中，相關(guān)設(shè)計(jì)人員可采取避免形成干擾場的方式，也就是說，在儀器儀表實(shí)際運(yùn)行的過程中，采取各種辦法來避免對儀器儀表形成干擾場，這樣可以完全消除運(yùn)行系統(tǒng)中的干擾因子，確保系統(tǒng)運(yùn)行的質(zhì)量，并降低系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行的成本，最終達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)。

4 對儀器儀表的發(fā)展趨勢分析

目前國內(nèi)相關(guān)的技術(shù)部門已研發(fā)出一些能夠提升儀器儀表可靠性與抗干擾的方式方法，但在實(shí)際設(shè)計(jì)的過程中，依舊有很多不可避免的現(xiàn)實(shí)難題，影響儀器儀表系統(tǒng)運(yùn)行的效果。所以，有關(guān)于儀器儀表的可靠性與抗干擾設(shè)計(jì)技術(shù)，在未來很長的時(shí)間，會有很大的發(fā)展空間。儀器儀表將伴隨著現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)和數(shù)據(jù)時(shí)代的發(fā)展，向數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化和微型化的方向轉(zhuǎn)型，相關(guān)技術(shù)人員任重道遠(yuǎn)，也會研究出更多低成本、高效率的設(shè)計(jì)技術(shù)，使儀器儀表的設(shè)計(jì)方

案更加合理化，從根本上排除各類可能影響到儀器儀表的可靠性和抗干擾能力的問題，促進(jìn)我國的儀器儀表行業(yè)發(fā)展。

5 結(jié)語

工業(yè)生產(chǎn)范圍的擴(kuò)大，使得儀器儀表應(yīng)用范圍擴(kuò)大，對于儀器儀表的技術(shù)含量要求也在提升，同時(shí)，儀器儀表系統(tǒng)的使用條件或環(huán)境也和以往大不相同，外部環(huán)境對儀器儀表運(yùn)行的干擾也在發(fā)生著變化。所以，在設(shè)計(jì)和測試儀器儀表系統(tǒng)的過程中，不僅要結(jié)合儀器儀表系統(tǒng)本身的特點(diǎn)，也要結(jié)合儀器儀表系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境和條件，提高儀器儀表運(yùn)行可靠性，同時(shí)，明確主要干擾源，針對性地進(jìn)行分析和優(yōu)化，并采取相對應(yīng)的抗干擾措施，強(qiáng)化儀器儀表系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量，進(jìn)一步提升儀器儀表在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用效果。