前端數字化_復雜電磁環境下的高精度測量解決方案
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- 發布時間：2013/11/5 10:11:09
- 作者：AnyWay中國
采用光纖傳輸的
前端數字化產品，傳輸線路不再是敏感設備，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在
復雜電磁環境下的抗干擾能力，實現電磁兼容。
一復雜電磁環境概述
一直以來，復雜電磁環境一詞，幾乎成了在軍事領域專有名詞，意指作戰時空內，人為電磁發射和多種電磁現象的總合。
軍事領域，有時用復雜電磁環境描述己方設備不能電磁兼容，而用電磁環境復雜描述客觀存在的電磁現象。
工業領域，隨著電力電子技術的高速發展，大功率非線性設備的大量使用，產生電力諧波污染電網的同時，也向周圍輻射電磁波，工業測控現場的電磁環境也在日益復雜。與無線電通訊設備輻射的電磁波相比，電子電子設備的電磁波傳播距離短，但是危害大。
工業上，電磁兼容就是一門研究如何實現指設備或系統在共同的電磁環境中，能夠一起工作而不影響各自功能的和諧狀態的技術。
工業電磁環境日益復雜，電磁兼容是實現測試設備高準確度測量的一個重要研究課題。
本文借用復雜電磁環境一詞描述工業現場日益復雜的電磁環境。
二電磁騷擾的傳播
電磁騷擾與電磁干擾兩個詞經常混用，在“GB/T 4365-2003電工術語 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、設備或系統性能降低或者對生物或非生物產生不良影響的電磁現象。是構成復雜電磁環境的主體。
電磁干擾 electromagnetic interference；EMI
電磁騷擾引起的設備、傳輸通道或系統性能的下降。是復雜電磁環境下設備通常的表現后果。
可見，電磁騷擾是復雜電磁環境的起因，而電磁干擾是復雜電磁環境的后果。
或者說，電磁騷擾相當于干擾源，而電磁干擾是干擾源通過傳播途徑在敏感設備上產生的后果。
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、傳播途徑和敏感設備。傳播途徑主要包括傳導騷擾和輻射騷擾。相關定義如下：
敏感設備 susceptible devive
受電磁騷擾的影響，性能可能降低的裝置、設備或系統。
傳導騷擾 conducted disturbance
通過一個或多個導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備。
傳輸線路既是敏感設備，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騷擾；
就電源線和傳輸線路而言，電源線用于傳遞強能量，抗騷擾能力遠遠大于傳輸線路，相比之下，傳輸線路的電磁兼容設計難度更大，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騷擾。
三前端數字化實現復雜電磁環境下的電磁兼容
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、增強敏感設備的電磁騷擾抵抗力。
上述三個環節中，只要解決任意一個環節，即可實現電磁兼容。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線纜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。
圖2為采用前端數字化技術的WP4000變頻功率測試系統的信號傳輸示意圖。
圖2 前端數字化_復雜電磁環境下的高準確度測量解決方案
眾所周知，數字信號的抗電磁騷擾能力遠遠大于模擬信號，前端數字化系統可采用光纖或線纜傳輸，采用線纜傳輸時，參考第二節的分析，傳輸線路既是敏感設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，傳輸線路仍然充當電磁騷擾的傳播途徑以傳導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，增強了傳感器的抗干擾能力；
3、光纖截斷了傳導騷擾途徑，進一步增強傳感器的抗干擾能力。
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