自动气象探测设备中的电磁兼容应用论文.doc

电磁兼容与雷电防护论 文学号： 姓名： 二零一四年六月九日自动气象探测设备中的电磁兼容应用伴随着电子技术的发展和自动化程度的日益提高，自动气象探测设备应用也越来越广泛，它对于提高气象观测的自动化水平以及气象资料的可靠性起着极其重要的作用，电磁干扰的危害也逐步体现了出来，由于采用大量半导体器件和集成电路的电子设备越来越多，电磁干扰几乎无处不在，电磁干扰不仅能使传输导线中的原有信号发生畸变，弄得数据不准，而且会冲掉微机内的程序，使机器锁死或产生错误动作，严重者可以达到损坏设备的后果。因此在气象探测设备尤其是以电子计算机监控系统为主的设备中，加强电磁兼容的应用变得极为重要。一、电磁兼容基本理论国家标准GB/T 4365-1995电磁术语的定义：设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。 电磁干扰三要素：骚扰源耦合通道敏感单元以往人们把无线电通讯装置受到的干扰，称为电磁干扰，表明装置受到外部干扰侵入的危害，其实它本身也对外部其他装置造成危害，即成为干扰源。因此必须同时研究装置的干扰和被干扰，对装置内部的组织和装置之间要注意其相容性。二、电磁干扰源分类自动气象探测设备中，电磁干扰源按来源分为两大类：自然干扰源和人为干扰源。自然干扰源包括自然环境中雷电产生的天电噪声、地球外层空间的宇宙噪声、物质本身固有噪声等。由于它们的干扰噪声很低，对自动气象探测设备的干扰很小，基本上可以排除。人为干扰源包括无线电通讯设备、工业科学医疗设备等人工装置产生的电磁能量干扰，其中一部分是专门用来发射电磁能量的装置，另一部分是在完成自身功能的同时附带残生电磁能量的发射。而日常工作中对自动气象探测设备产生电磁干扰的干扰源主要就是人为干扰。按干扰产生的原因不同，分为放电干扰、浪涌干扰、高频振荡干扰等；按干扰的波形、性质不同，可分为持续干扰、偶发干扰等；按干扰模式不同，分为共模干扰和差模干扰。共模干扰和差模干扰是一种比较常用的分类方法。共模干扰是信号对地的电位差，主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射如无线发射设备和雷电在信号线上感应的共态(同方向)电压迭加所形成。共模电压通过不对称电路可转换成差模电压，影响探测信号，甚至造成设备电子元器件损坏。差模干扰是指作用于信号两极间的干扰电压，主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的，这种干扰叠加在信号上，直接影响气象探测设备的探测精度。三、自动气象探测设备中存在的主要电磁干扰以微电子技术为基础的现代化气象探测系统可靠性和安全性直接影响各气象要素采集的精确度和稳定性,探测设备的抗干扰能力是关系到整个现代化气象探测系统可靠运行的关键。目前气象探测设备推广较快的地面自动气象站（遥测站），其特点是传感器为分散安装，通过较长的电缆将传感器和采集器联接起来。在大多数情况下，传感器及其连接电缆均暴露在开放空间的恶劣电磁环境中。自动气象探测设备中所包含的电磁干扰主要有：设备内部信号线相互之间的串扰 、多点接地造成的电位差 、寄生振荡、元件热噪音，触点电势的影响 、相邻回路之间的耦合 、数字地和模拟地的影响以及设备周围电台及雷达发射的电磁波 、周围电气装置、高压线、汽车、日光灯等发生的电场或磁场干扰、电机、接触器的启停和通断、供电电源的波动、各接点的电位差所产生的电磁干扰等。四、自动气象探测设备的电磁兼容与电磁干扰防护1、电磁干扰抑制措施制定原则 首先努力分析清楚干扰来自何方、属于何种性质、有针对性地采取抗干扰的办法，其次应优先采用减少干扰源，其后考虑提高系统抗干扰能力的顺序原则，然后在采取的措施中，应考虑到费用少，效果好的综合指标，以实用为目的，最后干扰是不可能完全抑制的，考虑到一旦抗干扰失败，如何采取保护措施，使其影响小，是完全必要的。2、通过总体设计加强电磁干扰防护措施无论控制系统的规模如何，在总体设计时就应充分考虑系统的抗干扰措施，尽量提高它的抗干扰能力。例如在选择控制室的位置时，应避免在高电压、大电流、强辐射的工作环境中工作，如果必须在这种情况下工作，则应对机房或装置进行有效的屏蔽；又如电源，有条件的应采用单一供电回路，避免其它设备启停对电源的干扰。如果要采集的信号或控制的对象很远，应通过隔离的办法切断系统与外界在电路上的联系，并采用可靠的接地措施。另外，在具体电路设计上，还应注意提高系统抗干扰的能力。 3、信号隔离 在信号传输网络中，为了避免形成接地环路引入的电位差，同时也为了切断干扰噪音的通道，需要将输入和输出的信号与系统本体在电路上分开，我们把这种措施称之为信号隔离。采取信号隔离措施之后，系统的信号传输功能仍保持不变。信号隔离的方法很多，主要有开关量隔离法、光电耦合法、固态继电器法、隔离放大器法等等。 4、电源干扰的抑制 在气象探测设备装备中，来自电源的干扰占很大比例。在条件允许的情况下，可采用单独供电措施，同时为了防止电源进线受到工业现场以及其它各种干扰，应该尽量避开大的动力干线、干扰大的相线、可控硅装置的电源线等等。在具体运用中，还可以使用无耗电源(开关电源)、具有滤波功能的交流稳压电源、UPS 不间断系统等等。 5、数字滤波 在计算机实时控制和测量系统中，除了采用硬件措施来提高系统的抗干扰能力之外，充分利用计算机高速、大容量的特点，发挥软件的优势，保证系统不因干扰而停止工作，又满足工程所要求的精度和速度，采用数字滤波技术是一种经济、有效的方法，它可有效消除信号中的噪声和干扰。6、接地与屏蔽 从理论上讲，一个系统的所有接地点与大地之间应具有零阻抗，可以把各部分的参考点与“地”相连，但是实际上这是不可能的。所以需要进行抗干扰性接地，具体方法有： 6.1单点接地 单点接地连接办法可以消除因地电位差引起的干扰。为了减少公共电阻，接地线应尽量选的粗一些。最好使用汇流铜排，采用分别回流的方法接地。对于有多个机柜的控制系统，为了最大限度地避免公共阻抗耦合，可将机柜对地浮置，各柜接地点汇集到一点，然后接人大地。 6.2双层浮空加保护屏蔽 浮空又称浮接、浮置，它是把仪器的信号放大器的公共线既不接外壳，也不接地的抗干扰措施。双层浮空加保护屏蔽的方案就是建立在这个基础上的抗干扰措施。 6.3屏蔽接地 在测量和控制系统中，噪音主要是经由信号传输电缆引人的，所以使用屏蔽电缆是抑制噪音窜人的一个重要方法。但是，无论是对电场屏蔽还是磁场屏蔽都应使之正确接地，否则起不到屏蔽作用。由于信号源和接收电路有浮地和接地两种情况，所以屏蔽接地的方法也有几种不同的形式。 五、总结 自动气象探测设备由于所探测的信号幅值较小，容易受到外界的干扰而无法客观反映真实的物理量。故在设备的设计、安装过程中应充分采取一系列的抗干扰措施，这不仅是为了保证设备的安全，也是为了保证探测数据的精确。在设备安装前，要对安装地点的电磁环境做深入的调查，避免邻近的强干扰源对新布点的探测设备产生干扰，在安装过程中要规范施工，在财力允许的情况下，应高标准地做好接地系统并配备容量适合的UPS电源。采用的线缆不要因为厂家的免费提供而贪长、贪多，以免引进不必要的干扰。对于悬空安装的设备（即浮地接法），可适当地在地与设备之间接入一个大电阻，以避免静电对设备或人体的冲击。“大电阻”含意可以是广义的，如绝缘性能一般的木质或石材等非金属构件等。在设备安装完成以后，要做好相关技术资料的归档并妥善保管，以备不时之需。新系统或设备安装时，抗干扰措施应与老系统或老设备一起重新进行考虑，以免破坏防干扰系统的平衡。尽量避免发生由于介入导体而导致的电磁干扰防护系统失效。