前端數字化實現復雜電磁環境下的高精度測量

 

　　前端數字化是湖南銀河電氣有限公司為解決復雜電磁環境下高精度測量而提出的、符合物聯網發展思路的、可有效提高電子電器產品電磁兼容性的創新理念。前端數字化是指在測量的最前端——傳感器環節就將被測信號就地數字化，數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的物質，廣泛存在于整個宇宙中。電磁環境是指存在于給定場所的所有電磁現象的總和，是由各種電磁波構成的環境，具有空間、時間和頻譜三個要素。它由人為電磁環境和自然電磁環境組成。

　　電磁波無時無刻不在影響著人們的生活及生產，電磁能的廣泛應用，使工業技術的發展日新月異。電磁能在為人類創造巨大財富的同時，也帶來一定的危害。無線通訊技術、電力電子技術、計算機技術等的高速發展及運用，密集、重疊、無序的電磁波構成了復雜電磁環境（在軍事領域，復雜電磁環境用于特指作戰時空內，人為電磁發射和多種電磁現象的總合，是信息化戰爭的舞臺，是信息化戰場的基本特征）。

　　IEC指出：將被測參量轉變為數字量參數更為合理，原因在于對傳統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技術，并非依據使用被測參量信息的設備的實際需要。
　　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。隨著計算機技術的發展，采用數字信號表示信息已經越來越普及。相對模擬信號而言，數字信號具有更強的信息承載能力和抗干擾能力。在信號被轉成數字量之前的傳輸環節越少，傳輸距離越短，信號的損失與干擾越小。

　　電磁干擾的傳播環節為：干擾源——>傳播途徑——>敏感設備。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。

　　電磁環境日益復雜，經實驗室計量檢定的高精度測量裝置，在工業現場受電磁干擾的影響，不一定能夠發揮其應有的精度特性，甚至不一定能夠正常運行。

　　AnyWay系列測試產品通過前端數字化和光纖傳輸，截斷電磁干擾的主要傳播途徑，有效的提高了系統的電磁兼容能力；數字化前端方便網絡化，智能化的應用，符合物聯網發展需要。

　　工業社會的快速發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，融合著現代計算機技術、網絡技術、通訊技術、自動化技術等的數字化設備，其信息和數據的分析處理能力更強，智能化、自動化程度更高，適應日益復雜的現場電磁環境的能力更強，它必將成為測量系統中不可或缺的核心構件。開發基于前端數字化的傳感器/變送器和效率更高、分析運算能力更強的數字化測量二次設備也必然成為測試技術發展的主流方向。

　　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、電流和功率因數組合的誤差，不能作為評價裝置基本誤差的依據。

　　解讀：

　　常規的測量方法是：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、阻抗匹配不當等原因會加大測量誤差，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系列數字變送器)直接連接一次回路，變送器直接輸出數字信號，二次儀表只是對數字信號進行必要的運算，并不會增加誤差，這樣，引入誤差的環節只有一個，只需要對變頻電量變送器的誤差進行試驗，即可確定整個系統的誤差。

　　根據IEC相關標準對功率測量系統的誤差評價方法，模擬量傳輸計量系統及常規數字傳輸計量系統的功率誤差的評價如下：

 

圖：前端數字化計量系統的優勢

　　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前端數字化產品抗干擾能力如何？

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