智能儀器可靠性與抗干擾技術(shù)

1、第六章 智能儀器可靠性與抗干擾技術(shù),第一節(jié) 可靠性概述 第二節(jié) 可靠性設(shè)計(jì) 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(shù)及應(yīng)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(shí)間內(nèi)智能儀器完成所規(guī)定任務(wù)的成功率。 R(t)= S(t)/N 失效率也稱瞬時(shí)失效率或稱故障率，是指智能儀器運(yùn)行到t時(shí)刻后單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生故障的智能儀器臺(tái)數(shù)與t時(shí)刻完好智能儀器臺(tái)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(shí)間),,,(a) 經(jīng)典浴盆曲線,0,λ(t)(失效率),使用壽命期,0,t(時(shí)間),(b) 新浴盆曲線,,,,,初始期

3、,衰老期,平均故障間隔時(shí)間 MTBF或稱為平均無(wú)故障時(shí)間(亦稱故障前平均時(shí)間)MTTF。前者用來(lái)描述可修復(fù)的儀器；后者用于描述不可修復(fù)的儀器。一般情況下，都用MTBF來(lái)表示，它與可靠率R(t)之間的關(guān)系為,,,平均修復(fù)時(shí)間和可用性,,可靠性與經(jīng)濟(jì)性,可靠率與經(jīng)濟(jì)性的關(guān)系,二、可靠性的總體考慮,（一）設(shè)計(jì)過程 1．系統(tǒng)設(shè)計(jì)的進(jìn)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(wú)線電公司分配法 ①達(dá)到的目標(biāo)是滿

4、足下式： ②根據(jù)先驗(yàn)知識(shí)預(yù)計(jì)每個(gè)分系統(tǒng)的失效率λi ③計(jì)算加權(quán)因子Wr。加權(quán)因子由下式計(jì)算： ④對(duì)每一個(gè)分系統(tǒng)分配失效率,第二節(jié) 可靠性設(shè)計(jì),一、硬件可靠性設(shè)計(jì),（一）影響儀器可靠性的因素 ◇元器件的可靠性◇工藝 ◇電路結(jié)構(gòu)◇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(shè)計(jì) ◆冗余設(shè)計(jì)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(shè)計(jì) 溫度保護(hù) 沖擊振動(dòng)保護(hù) 電磁干擾保護(hù)其他環(huán)境方面的保護(hù)◆

6、人為因素設(shè)計(jì) ◆對(duì)儀器進(jìn)行可靠性試驗(yàn),二、軟件可靠性設(shè)計(jì) （一）軟件的可靠性模型 ▲時(shí)間模型 可靠性增長(zhǎng)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(rèn)真地進(jìn)行規(guī)范設(shè)計(jì) 可靠的程序設(shè)計(jì)方法程序驗(yàn)證技術(shù)提高軟件設(shè)計(jì)人員的素質(zhì)消除干擾增加試運(yùn)行時(shí)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(duì)的，它的產(chǎn)生或存在不受接收者的影響，是獨(dú)立的

7、，與有用信號(hào)無(wú)關(guān)。干擾是相對(duì)有用信號(hào)而言的，只有噪聲達(dá)到一定數(shù)值、它和有用信號(hào)一起進(jìn)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(guān)系，噪聲是干擾之因，干擾是噪聲之果，是一個(gè)量變到質(zhì)變的過程。 ③干擾在滿足一定條件時(shí)，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(jī)械干擾熱干擾光干擾 濕度干擾 化學(xué)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(lái)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(jī)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(duì)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(shí)具備三個(gè)要素，即噪聲源、有對(duì)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(hào)輸出電路的相互干擾,◆　漏電耦合,,,UN,,,,～,,,,,,,Rm,EN,,B,A,Zi,,,◆　傳導(dǎo)耦合,◆　輻射電磁場(chǎng)耦合,

10、傳導(dǎo)耦合是指經(jīng)導(dǎo)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(shè)備，廣播、電視、通信發(fā)射臺(tái)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(chǎng)中就會(huì)感應(yīng)到與發(fā)射電磁場(chǎng)成正比的感應(yīng)電勢(shì)，這種感應(yīng)電勢(shì)進(jìn)入電路就形成干擾。,第四節(jié) 抑制電磁干擾的主要技術(shù)及應(yīng)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(duì)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(shè)備安全的需要 ●抑制干擾的需要 ★地線的種類 ●保安地線 ●信號(hào)源地線 ●信號(hào)地線 ●負(fù)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(diǎn)接地原則 ●高頻電路的多點(diǎn)接地原則 ●強(qiáng)電地線與信號(hào)地線分開設(shè)置 ●模擬信號(hào)地線與數(shù)字信號(hào)地分開設(shè)置★接地方法 ●埋設(shè)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(hào)的公共線(即模擬信號(hào)地)不接機(jī)殼或大地，測(cè)量放大器與機(jī)殼或大地之間無(wú)直接聯(lián)系。浮置的目的在于阻斷干擾電流的通路。,,,,,,顯示,,,測(cè)量,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

13、,,,,,,,RH,RL,RS<0.1Ω,RC<0.1Ω,Ecm,1k,1k,～,,,,,,,,,,C1,C2,C3,4、對(duì)稱電路,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,RS1,RS2,US2,US1,RL1,RL2,UN2,UN1,IN2,IN1,UL,IS,,,,5、隔離技術(shù),,,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(hào)通過或只阻止某一頻帶信

14、號(hào)通過的抑制干擾措施之一。濾波方式有無(wú)源濾波、有源濾波和數(shù)字濾波，它主要應(yīng)用于信號(hào)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(shù)的應(yīng)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(duì)差模干擾的抑制 對(duì)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(fù)載干擾的抑制負(fù)載沖擊電流的抑制