智能儀器可靠性與抗干擾技術

1、第六章 智能儀器可靠性與抗干擾技術,第一節(jié) 可靠性概述 第二節(jié) 可靠性設計 第三節(jié) 智能儀器干擾源分析 第四節(jié) 抑制電磁干擾的主要技術及應用,第一節(jié) 可靠性概述,可靠率是指在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內(nèi)智能儀器完成所規(guī)定任務的成功率。 R(t)= S(t)/N 失效率也稱瞬時失效率或稱故障率，是指智能儀器運行到t時刻后單位時間內(nèi)發(fā)生故障的智能儀器臺數(shù)與t時刻完好智能儀器臺數(shù)

2、之比。 λ(t)= N[R(t)-R(t+Δt)]/ NR(t)? Δt 或 λ=γ/T,一、可靠性的基本概念,,,,,,,,,,早期故障期,耗損故障期,偶然故障期,λ(t)(失效率),,,,使用壽命,規(guī)定的失效率,a,b,,,,t(時間),,,(a) 經(jīng)典浴盆曲線,0,λ(t)(失效率),使用壽命期,0,t(時間),(b) 新浴盆曲線,,,,,初始期

3、,衰老期,平均故障間隔時間 MTBF或稱為平均無故障時間(亦稱故障前平均時間)MTTF。前者用來描述可修復的儀器；后者用于描述不可修復的儀器。一般情況下，都用MTBF來表示，它與可靠率R(t)之間的關系為,,,平均修復時間和可用性,,可靠性與經(jīng)濟性,可靠率與經(jīng)濟性的關系,二、可靠性的總體考慮,（一）設計過程 1．系統(tǒng)設計的進程,2．生產(chǎn)及使用過程,（二）、可靠性的分配方法,★均等分配法 ★航空無線電公司分配法 ①達到的目標是滿

4、足下式： ②根據(jù)先驗知識預計每個分系統(tǒng)的失效率λi ③計算加權因子Wr。加權因子由下式計算： ④對每一個分系統(tǒng)分配失效率,第二節(jié) 可靠性設計,一、硬件可靠性設計,（一）影響儀器可靠性的因素 ◇元器件的可靠性◇工藝 ◇電路結構◇環(huán)境因素◇人為因素,使用值額定值,

5、λ(t),,,,,,,,,1,2,,（二）提高儀器可靠性的措施,◆元器件的選擇 （電阻器 、電容器 、集成電路芯片 ）◆篩選 ◆降額使用 ◆可靠的電路設計 ◆冗余設計包括并聯(lián)系統(tǒng)和串聯(lián)系統(tǒng)兩種形式,并聯(lián)、串聯(lián)系統(tǒng),并聯(lián)系統(tǒng)的可靠度Rp為,串聯(lián)系統(tǒng)的可靠度RS為,串并聯(lián)系統(tǒng),串并聯(lián)系統(tǒng)的可靠度為,并串聯(lián)系統(tǒng),并串聯(lián)系統(tǒng)的可靠度RSP為,◆環(huán)境設計 溫度保護 沖擊振動保護 電磁干擾保護其他環(huán)境方面的保護◆

6、人為因素設計 ◆對儀器進行可靠性試驗,二、軟件可靠性設計 （一）軟件的可靠性模型 ▲時間模型 可靠性增長模型 公理模型 ▲數(shù)據(jù)模型,,,,如果,,,如果,,（二）提高軟件可靠性的方法 認真地進行規(guī)范設計 可靠的程序設計方法程序驗證技術提高軟件設計人員的素質(zhì)消除干擾增加試運行時間,第三節(jié) 智能儀器干擾源分析,一、干擾與噪聲 ①噪聲是絕對的，它的產(chǎn)生或存在不受接收者的影響，是獨立的

7、，與有用信號無關。干擾是相對有用信號而言的，只有噪聲達到一定數(shù)值、它和有用信號一起進入智能儀器并影響其正常工作才形成干擾。 ②噪聲與干擾是因果關系，噪聲是干擾之因，干擾是噪聲之果，是一個量變到質(zhì)變的過程。 ③干擾在滿足一定條件時，可以消除。噪聲在一般情況下，難以消除，只能減弱。,二、分類干擾的類型 機械干擾熱干擾光干擾 濕度干擾 化學干擾電和磁干擾 射線輻射干擾,電磁干擾的分類從噪聲產(chǎn)

8、生的來源分類 1)固有噪聲源 2)人為噪聲源 3)自然噪聲源和放電噪聲從干擾的表現(xiàn)形式分類 1)規(guī)則干擾 2)不規(guī)則干擾 3)隨機干擾從干擾出現(xiàn)的區(qū)域分類 1)內(nèi)部干擾 2)外部干擾從干擾對電路作用的形式分類 1)差模干擾 2)共模干擾 3)共模干擾抑制比,三、噪聲形成干擾作用的三要素,噪聲源形成干擾必需同時具備三個要素，即噪聲源、有對噪

9、聲敏感的接收電路和兩者之間的耦合通道。三要素之間聯(lián)系如下圖所示。,四、噪聲的耦合方式,◆　電容性耦合,,,,～,,,,,,,,Zi,Cm,EN,,,UN,,,A,B,,,◆　互感耦合,,,,,,,,,,,,,,,,,UN,M,,,IN,,,◆　共阻抗耦合,電源內(nèi)阻抗的共阻抗耦合 公共地線的耦合 信號輸出電路的相互干擾,◆　漏電耦合,,,UN,,,,～,,,,,,,Rm,EN,,B,A,Zi,,,◆　傳導耦合,◆　輻射電磁場耦合,

10、傳導耦合是指經(jīng)導線檢拾到噪聲，再經(jīng)它傳輸?shù)皆肼暯邮针娐范纬筛蓴_的噪聲耦合方式。,大功率的高頻電氣設備，廣播、電視、通信發(fā)射臺等，不斷地向外發(fā)射電磁波。智能儀器若置于這種發(fā)射場中就會感應到與發(fā)射電磁場成正比的感應電勢，這種感應電勢進入電路就形成干擾。,第四節(jié) 抑制電磁干擾的主要技術及應用,一、抑制電磁干擾的基本方法,消除或抑制噪聲源 　破壞干擾的耦合通道 　消除接收電路對干擾的敏感性 　采用軟件抑制干擾,二、抑制電磁干擾的

11、基本措施,1、屏蔽 ：靜電屏蔽 ；電磁屏蔽 ；低頻磁屏蔽,★靜電屏蔽,,,,,,+Q,,,,+Q,,,,+Q,,,,,,,,,A,A,A,B,B,,,,★電磁屏蔽,,,,,,,,,,,,,,,ie,Φe,ΦN,,★低頻磁屏蔽,,,,,,,,,,,,2、接地,★接地的目的與作用 ●保證人身和設備安全的需要 ●抑制干擾的需要 ★地線的種類 ●保安地線 ●信號源地線 ●信號地線 ●負載地線 ●屏蔽層地線 ★各種地線的處理原則

12、 ●低頻電路的一點接地原則 ●高頻電路的多點接地原則 ●強電地線與信號地線分開設置 ●模擬信號地線與數(shù)字信號地分開設置★接地方法 ●埋設銅板 ●接地棒 ●網(wǎng)狀(輻射狀)地線,3、浮置 又稱浮空、浮接，是指智能儀器的輸入信號的公共線(即模擬信號地)不接機殼或大地，測量放大器與機殼或大地之間無直接聯(lián)系。浮置的目的在于阻斷干擾電流的通路。,,,,,,顯示,,,測量,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

13、,,,,,,,RH,RL,RS<0.1Ω,RC<0.1Ω,Ecm,1k,1k,～,,,,,,,,,,C1,C2,C3,4、對稱電路,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,RS1,RS2,US2,US1,RL1,RL2,UN2,UN1,IN2,IN1,UL,IS,,,,5、隔離技術,,,電路,電路,,,,,隔離變壓器,,,,,,,～,Ucm,,6、濾波 濾波是一種只允許某一頻帶信號通過或只阻止某一頻帶信

14、號通過的抑制干擾措施之一。濾波方式有無源濾波、有源濾波和數(shù)字濾波，它主要應用于信號濾波和電源濾波。 7、脈沖電路的噪聲抑制 脈沖電路的噪聲抑制，常采用的方法有利用積分電路、脈沖隔離門及削波器等。,三、抗干擾技術的應用,傳輸線引入干擾的抑制 印制電路板的抗干擾 A/D轉(zhuǎn)換中的抗干擾 對差模干擾的抑制 對共模干擾的抑制 采用軟件方法提高A/D抗干擾能力 傳感器的抗干擾 負載干擾的抑制負載沖擊電流的抑制