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电子测量仪器电磁兼容问题原理分析与电子测量仪发展趋势与对策探讨

2017-07-18
类别:行业趋势
eye 181
文章创建人 拍明

人们在科研及生产过程中,常常会碰到电子测量仪器的电磁兼容问题,那么究竟为什么会产生此种现象呢?

目前人们已逐步认识到电子产品电磁兼容的关系与生活越来越密切,彩电、计算机和通讯产品是否有电磁干扰,这些产品的电磁兼容状况如何,国家对此颁发了许多有关标准,电磁兼容性已成为考核电子产品性能质量的一个重要的参数。电磁兼容性是任何电子工程、系统设备的主要性能指标之一。所谓电磁兼容是指装置、设备不会由于受到同一电磁环境中其它装置,设备的电磁发射而导致或遭受不允许的性能降低。例如,在同一房间所容纳计算机和彩电、VCD和手机所在电磁环境中都有能正常工作,即在共同的电磁环境中能完成各自功能的共存状态。

电子测量中的电磁兼容问题

当我们开展对电子产品进行电磁兼容测试时,一个很容易忽视的问题,就是电子测量仪器本身也存在着电磁兼容的问题。

因为,在电子测量中,测试系统和仪器设备的功能、精度等性能指标是衡量系统和仪器测试准确度的最重要的因素,而较少考虑测试系统与仪器设备自身的电磁兼容性能对由于电磁兼容性不良好而导致的不正确的测量结果往往被忽视,结论往往下给被测电子产品。许多测试系统是由很多不同的仪器组合起来的,相互间存在着不同程度的干扰,尤其是被测对象电磁兼容性不良时,与测试系统间的影响是非常严重的,甚至可能导致错误的测量结果。本人在参与设计的581雷达晶液电磁兼容测量时,采用一台德国进口发射(信号发生器)源仪表进行测试,因该仪器有轻微的泄漏,而引起被测产品中的中频电路自激和干扰,关掉测试仪表,自激消除。又例如本人开展用RS-2TS-3信号源对XB-35彩电讯号发生器进行检定时,特别是在小信号测量(如灵敏度)的情况下,干扰尤为严重,影响测试。因此,从事质量检验工作的技术人员都应了解和掌握电磁兼容原理,并在实际工作中运用有关技术,解决测量过程中遇到的电磁兼容问题。分清是产品问题、还是测试本身的问题。

事实上,任何的检验装置均要在一定的电磁环境下工作,电磁环境中的意外的电磁能量会使检验装置的技术性能降低,或造成永久性的破坏,这种电磁效应主要取决于检验装置的敏感特性。电磁环境特性,为了避免这种电磁损害,必须对电磁环境进行分析。电磁环境往往是由大量的不同特性的干扰源主生,决定的因素很多,而且是随机变化的,这些干扰会影响测试系统和仪器设备的可靠性和使用性,为了控制电磁干扰,就要识别各类干扰,并采取相应的防护方法。学会区分电磁干扰的本质部分。

透过现象看本质

我们在开展测量时,有的电子测量装置在工作中,有时会出现某些不正常的现象,如指针式仪表会出现抖动,突跳现象;数字式仪表的数码出现不规则的跳动现象等,产生这些现象的原因,一方面可能是由于仪表本身电路结构不合理,工作原理不完善,元器件质量差,制造工艺存在缺陷等问题,这种现象在国产测量仪器中常常出现,也不排除泊外品也存在这方面的问题;另一方面可能是由于仪表的工作环境(条件)发生变化,如电源电压、频率波动、环境温度变化以及受其它电气设备的影响,特别是当被检信号很微弱时,这种影响就显得更加严重和突出,这种对电子测量装置的测量结果起影响作用的各种外部的和内部的无用信号而干扰,通过现象分析本质,为了消除或削弱各种干扰对电子测量装置工作的影响,必须采取各种必要的措施。因此,从事电子测量的技术人员,在遇到上述类似现象,出现测量异常或不可信服的测量结果时,不能简单地认为仪器或被测样品出现问题,而应该首先检查是否存在干扰,查找干扰源,并应尽量排除各种干扰,使测量更加准确。

电子测量仪器电磁兼容问题原理分析与电子测量仪发展趋势与对策探讨.jpg

对存在的问题应进行分析,在电子测量装置中,存在着各种联系,可分为内部和外部联系。外部联系如:输入信号、输出信号、电源以及外部环境条件(包括温度、湿度、压力、各种场强),这些外部因素,当处于正常状况时,对电子测量装置和仪器表并没有什么坏影响,有些还是必需和有用的,但是当这些外部因素发生变化时,将对电子测量装置发生影响,便变成为有害的联系,成为外界干扰的来源。仪器仪表和电子测量装置的内部各部分之间也是相互联系的,如信号的正向传输,属有用的联系,而各部分之间存在的寄生耦合,便函属于有害的联系了,因此,必须想方设法割断或削弱那些有害的联系,同时又不对那些为了正常进行测量和工作所需要的联系产生影响或损害。

对于来自外部的干扰,可通过适当的抗干扰措施加以解决。对于来自电子测量装置和仪器仪表的内部干扰,可通过装置的正确设计及合理布局加以消除削弱。实践证明,不同的测量原理和测量方法受干扰的影响不同,同时,干扰对电子测量装置和仪器仪表工作的影响是通过其内在原因作用的。

针对以上所述,透过现象看本质是研究电子测量装置和仪器仪表的抗干扰问题,不能完全归结为防护措施问题,而应当与工作原理、测试方法结合一起研究,做到具体问题区别对待。

电磁干扰的产生和分析

在检测中我们遇到电磁干扰,最常见的有电噪声,即叠加在有用信号上的扰乱信号传输、使原来的有用信号发生畸变的电物理量,简称噪声。检测仪表在工作时,噪声总是叠加在有用信号上,影响测量结果,有时甚至会完全将有用信号淹没掉,使测量工作无法进行,在测量过程中应尽量提高信噪比,使有用信号抑制噪声的干扰。

1)噪声的产生

噪声的种类繁多,其产生、传递及抑制的方法也各不相同,以产生的原因来分类,有内部噪声和外部噪声。

内部噪声是指检测仪表和装置内部或器件本身产生的噪声,常见的有:热噪声、散粒噪声、接触噪声、感应噪声、交流噪声、振荡噪声、反射噪声及其它。

外部噪声是指从外部侵入检测仪表和装置的噪声,主要有自然噪声和人为噪声二类,自然噪声指大气噪声、太阳噪声、宇宙噪声。人为噪声有放电噪声、高频噪声、工频噪声、辐射噪声等,其中影响比较严重的是工频噪声,工频噪声是电力输配电线路、工频电源由于工频感应、静电感应、电磁感应、大地漏电流等形成的噪声,对检测仪表是影响最大的干扰;而辐射噪声是由大功率发射、接收装置等产生的噪声,通过辐射或通过电源线会给电子测量装置造成很大的干扰。

2)噪声的传播

噪声的传播来源于噪声源,不同的噪声必有各自不同的噪声源,噪声源必须通过一定的耦合途径进行传播,才能将噪声送至检测仪表和装置中,对其正常工作造成影响而形成 干扰,因此,噪声形成干扰必须具备以下途径:a、噪声源;b、对噪声敏感的接收电路或装置;c、噪声源到接收电路之间的噪声通道。

噪声可能通过公共导线(如公用电源、公用连线等),设备间电容相邻导线的互感空间辐射以及交变电磁场中的导线途径,将噪声源耦合和合到接收电路中,耦合方式主要有传导耦合和辐射耦合,有些噪声可通过传导和辐射两种途径传输。

传导耦合分为电容性耦合、电感性耦合、公共阻抗耦合和漏电流耦合。

电容性耦合是由检测仪表和装置内的寄生电容形成的耦合,其干扰电压正比于噪声源的角频率、分布电容、接收电路的输入阻抗。

电感性耦合是由于噪声源中通过交变电流所形成的交变磁场与周围回路交链,在高敏感接收回路中产生感应而形成,其干扰电压正比于噪声源角频率、互感系数和噪声源电流。

公共阻抗耦合是由于两个电路存在着公共阻抗,当一个电路中有电流通过时,通过公共阻抗便在另一个电路中产生干扰电压、形成公共阻抗耦合干扰,其干扰电压正比于公共阻抗和噪声源电流。公共阻抗耦合是检测仪表中常见的一种干扰,一般有以下几种形式:

由电源骨阻形成的公共阻抗耦合干扰,当用同一个电源同时对多个仪表供电时,如有高电平电路的输出电流流过电源,这个电流就会在电源内阻上产生压降,形成干扰电压,造成对其它低电平电路的干扰。

信号输出电路相互干扰,当电子测量装置的信号输出电路带有多路负载时,如果有任一路负载发生变化,此变化者将通过输出阻抗公共耦合而影响到其它输出电路。

由接地线阻抗形成的公共耦合干扰,如果电子测量装置的公共线接地时,若在接地线上有较大电流通过,会通过接地线阻抗产生公共阻抗耦合干扰。

漏电流耦合是由于绝缘不良时,电流经绝缘电阻的漏电流所引起的噪声干扰。

电磁辐射耦合是指干扰源通过空间辐射将干扰传递给接收电路,接收电路受到干扰的程度与所处位置的干扰强度成正比。

3)电磁干扰的方式

各种噪声源产生的噪声,必然要通过各种耠合通道进入电子测量装置,对其产生干扰,引起测量误差,根据噪声进入测量电路的方式不同及与有用信号的关系,可将噪声干扰分为差模干扰与共模干扰。

差模干扰是检测仪表的一个信号输入端于相对于另一个信号输入端子的电位新式发生变化而产生的干扰,即干扰信号与有用信号是叠加在一起,直接作用于输入端,因此,它直接影响测量结果。

共模干扰是相对于公共的电位基点(通常为接地点)。在检测仪表的两个输入端子上同时出现的干扰,虽然这种干扰不直接影响测量的结果,但是,当信号输入电路参数不对称时,这种共模干扰就会转化为差模干扰,对测量结果产生影响,而在实际测量中,由于共模干扰的电压值一般都比较大,而且其耦合机理及其耦合电路也比较复杂,排除较为困难,所以,共模干扰比差模干扰对测量的影响更为严重。

电磁干扰的排除

电磁干扰对测量结果的影响程度是相对于信号而言,高电平信号允许有较大的干扰,而信号电平信号允许有较大的干扰,而信号电平越低,对干扰的限制也就越严格,通常干扰的频度范围很宽,但对一台电子仪器来说,并不是所有频率的干扰所造成的结果都有相同的,对直流测量仪表,由于仪器本身具有低通滤波特性,因此对频率较高的交流干扰不敏感;对于低频测量仪器,若输入端装有滤波器,则可将通常以外的干扰滤除;但是,对于工频干扰,用滤波器会将50Hz的有用信号滤掉,因此工频干扰是对低频电子仪表的最严重且不易除去的干扰,对于宽频带电子仪表,在工作频带内的各种干扰都将起作用。抑制干扰应着眼于噪声形成的三个要素,根据具体情况,有针对性地采用相应措施。一般常用采用的有五种方法: 1、接地

在进行电子测量时,接地是抑制干扰的主要方法之一,即将设备的地线或接地面与大地实行低阻抗连接,接地主要目的是:(1)给出设备的零电位基准(统一参考电位点);(2)防止在设备外壳或屏蔽层上由于电荷积聚,电压上升而造成人身和仪器的不安全,或引起火花放电;(3)将设备机壳或屏蔽层等接地,给高频干扰电压形成一个低阻抗通路,以防止它对电子设备的干扰。 2、连接线

在电子测量装置和被测电子产品中,需要很多的连接线,连接导线是引起干扰的重要原因,应考虑正确布置这些连接线,减少各种寄生耦合。导线的引线电感对于低频来说,没有大的影响,但对高频的影响是不能忽视的,必须尽量减少引线电感,为了抑制感应干扰,高频时应采用同轴电缆或屏蔽双绞织线,且导线应尽可能短;在测试系统中,有不同用途的连接导线,如电源线、射频线、音频线、控制线等,要进行分类,使不同类别的导线尽量远离,且不要平行排列,为了避免辐射耦合,连接导线最好使用屏蔽线,此外导线的粗细与噪声有关,要选择适当的连接导线,是测量前的准备。

3、屏蔽

为了抑制电磁干扰,无论是外部干扰,还是内部干扰,都必须对干扰源或接收器进行屏蔽,然而,在电子测量中,这种方法只能应用于抑制外部干扰,对于测试系统内的干扰,采用屏蔽是不太可能。

4、浮置

浮置是指电子测量装置的公共线(信号地线)不接大地。浮置与屏蔽接地相反,屏蔽接地的目的是将干扰电流从信号电路引开,即不让干扰电流经信号线,而是让干扰电流流经机壳或屏蔽层到大地,浮置是阻断干扰电流的通路,测量系统被浮置后,加大了测试系统公共线与大地之间的阻抗,大大减少了共模干扰电流,可以提高共模干扰抑制能力。但是,浮置不是绝对的,测试系统公共线与大地之间的阻抗虽然很大(绝缘电阻级),可大大地减少电阻性漏电流干扰,但它们之间仍存在寄生电容,即容性漏电流仍存在。 5、滤波

滤波是抑制和防止干扰的一项重要措施,无论是抑制干扰源和消除耦合或提高系统的抗干扰能力,都有可以采用滤波技术,任何使用交流电源的电子设备,噪声会通过电源线传导耦合到电路中,形成干扰,为了抑制这种干扰,在测试系统的交流电源进线端使用滤波器是十分必要的也是常用的抗干扰方法。

大家对电子测量仪器的兼容问题都有了一个大致了解,这也提醒我们,在测量过程中,会遇到各种各样的问题,需要测量技术人员认真进行分析解决,不要轻易对被测电子产品下不合格的结论,一定要分清是电子测量仪器问题、测量方法问题、测量环境问题与其无关时,才可给被测产品下结论。尤其是在自动测试过程中,测量人员要善于分析测量结果,排除各种干扰,提高测量的准确性和可靠的数据。这就对测量人员也提出了更高的要求,测量人员必须具备良好的业务素质,还要具备分析问题和解决问题的能力,这样才能力求是测量结果准确无误。 -->

人们在科研及生产过程中,常常会碰到电子测量仪器的电磁兼容问题,那么究竟为什么会产生此种现象呢?

目前人们已逐步认识到电子产品电磁兼容的关系与生活越来越密切,彩电、计算机和通讯产品是否有电磁干扰,这些产品的电磁兼容状况如何,国家对此颁发了许多有关标准,电磁兼容性已成为考核电子产品性能质量的一个重要的参数。电磁兼容性是任何电子工程、系统设备的主要性能指标之一。所谓电磁兼容是指装置、设备不会由于受到同一电磁环境中其它装置,设备的电磁发射而导致或遭受不允许的性能降低。例如,在同一房间所容纳计算机和彩电、VCD和手机所在电磁环境中都有能正常工作,即在共同的电磁环境中能完成各自功能的共存状态。

电子测量中的电磁兼容问题

当我们开展对电子产品进行电磁兼容测试时,一个很容易忽视的问题,就是电子测量仪器本身也存在着电磁兼容的问题。

因为,在电子测量中,测试系统和仪器设备的功能、精度等性能指标是衡量系统和仪器测试准确度的最重要的因素,而较少考虑测试系统与仪器设备自身的电磁兼容性能对由于电磁兼容性不良好而导致的不正确的测量结果往往被忽视,结论往往下给被测电子产品。许多测试系统是由很多不同的仪器组合起来的,相互间存在着不同程度的干扰,尤其是被测对象电磁兼容性不良时,与测试系统间的影响是非常严重的,甚至可能导致错误的测量结果。本人在参与设计的581雷达晶液电磁兼容测量时,采用一台德国进口发射(信号发生器)源仪表进行测试,因该仪器有轻微的泄漏,而引起被测产品中的中频电路自激和干扰,关掉测试仪表,自激消除。又例如本人开展用RS-2TS-3信号源对XB-35彩电讯号发生器进行检定时,特别是在小信号测量(如灵敏度)的情况下,干扰尤为严重,影响测试。因此,从事质量检验工作的技术人员都应了解和掌握电磁兼容原理,并在实际工作中运用有关技术,解决测量过程中遇到的电磁兼容问题。分清是产品问题、还是测试本身的问题。

事实上,任何的检验装置均要在一定的电磁环境下工作,电磁环境中的意外的电磁能量会使检验装置的技术性能降低,或造成永久性的破坏,这种电磁效应主要取决于检验装置的敏感特性。电磁环境特性,为了避免这种电磁损害,必须对电磁环境进行分析。电磁环境往往是由大量的不同特性的干扰源主生,决定的因素很多,而且是随机变化的,这些干扰会影响测试系统和仪器设备的可靠性和使用性,为了控制电磁干扰,就要识别各类干扰,并采取相应的防护方法。学会区分电磁干扰的本质部分。

透过现象看本质 我们在开展测量时,有的电子测量装置在工作中,有时会出现某些不正常的现象,如指针式仪表会出现抖动,突跳现象;数字式仪表的数码出现不规则的跳动现象等,产生这些现象的原因,一方面可能是由于仪表本身电路结构不合理,工作原理不完善,元器件质量差,制造工艺存在缺陷等问题,这种现象在国产测量仪器中常常出现,也不排除泊外品也存在这方面的问题;另一方面可能是由于仪表的工作环境(条件)发生变化,如电源电压、频率波动、环境温度变化以及受其它电气设备的影响,特别是当被检信号很微弱时,这种影响就显得更加严重和突出,这种对电子测量装置的测量结果起影响作用的各种外部的和内部的无用信号而干扰,通过现象分析本质,为了消除或削弱各种干扰对电子测量装置工作的影响,必须采取各种必要的措施。因此,从事电子测量的技术人员,在遇到上述类似现象,出现测量异常或不可信服的测量结果时,不能简单地认为仪器或被测样品出现问题,而应该首先检查是否存在干扰,查找干扰源,并应尽量排除各种干扰,使测量更加准确。

对存在的问题应进行分析,在电子测量装置中,存在着各种联系,可分为内部和外部联系。外部联系如:输入信号、输出信号、电源以及外部环境条件(包括温度、湿度、压力、各种场强),这些外部因素,当处于正常状况时,对电子测量装置和仪器表并没有什么坏影响,有些还是必需和有用的,但是当这些外部因素发生变化时,将对电子测量装置发生影响,便变成为有害的联系,成为外界干扰的来源。仪器仪表和电子测量装置的内部各部分之间也是相互联系的,如信号的正向传输,属有用的联系,而各部分之间存在的寄生耦合,便函属于有害的联系了,因此,必须想方设法割断或削弱那些有害的联系,同时又不对那些为了正常进行测量和工作所需要的联系产生影响或损害。

对于来自外部的干扰,可通过适当的抗干扰措施加以解决。对于来自电子测量装置和仪器仪表的内部干扰,可通过装置的正确设计及合理布局加以消除削弱。实践证明,不同的测量原理和测量方法受干扰的影响不同,同时,干扰对电子测量装置和仪器仪表工作的影响是通过其内在原因作用的。

针对以上所述,透过现象看本质是研究电子测量装置和仪器仪表的抗干扰问题,不能完全归结为防护措施问题,而应当与工作原理、测试方法结合一起研究,做到具体问题区别对待。

电磁干扰的产生和分析

在检测中我们遇到电磁干扰,最常见的有电噪声,即叠加在有用信号上的扰乱信号传输、使原来的有用信号发生畸变的电物理量,简称噪声。检测仪表在工作时,噪声总是叠加在有用信号上,影响测量结果,有时甚至会完全将有用信号淹没掉,使测量工作无法进行,在测量过程中应尽量提高信噪比,使有用信号抑制噪声的干扰。

1)噪声的产生

噪声的种类繁多,其产生、传递及抑制的方法也各不相同,以产生的原因来分类,有内部噪声和外部噪声。

内部噪声是指检测仪表和装置内部或器件本身产生的噪声,常见的有:热噪声、散粒噪声、接触噪声、感应噪声、交流噪声、振荡噪声、反射噪声及其它。

外部噪声是指从外部侵入检测仪表和装置的噪声,主要有自然噪声和人为噪声二类,自然噪声指大气噪声、太阳噪声、宇宙噪声。人为噪声有放电噪声、高频噪声、工频噪声、辐射噪声等,其中影响比较严重的是工频噪声,工频噪声是电力输配电线路、工频电源由于工频感应、静电感应、电磁感应、大地漏电流等形成的噪声,对检测仪表是影响最大的干扰;而辐射噪声是由大功率发射、接收装置等产生的噪声,通过辐射或通过电源线会给电子测量装置造成很大的干扰。

2)噪声的传播

噪声的传播来源于噪声源,不同的噪声必有各自不同的噪声源,噪声源必须通过一定的耦合途径进行传播,才能将噪声送至检测仪表和装置中,对其正常工作造成影响而形成 干扰,因此,噪声形成干扰必须具备以下途径:a、噪声源;b、对噪声敏感的接收电路或装置;c、噪声源到接收电路之间的噪声通道。

噪声可能通过公共导线(如公用电源、公用连线等),设备间电容相邻导线的互感空间辐射以及交变电磁场中的导线途径,将噪声源耦合和合到接收电路中,耦合方式主要有传导耦合和辐射耦合,有些噪声可通过传导和辐射两种途径传输。

传导耦合分为电容性耦合、电感性耦合、公共阻抗耦合和漏电流耦合。

电容性耦合是由检测仪表和装置内的寄生电容形成的耦合,其干扰电压正比于噪声源的角频率、分布电容、接收电路的输入阻抗。 电感性耦合是由于噪声源中通过交变电流所形成的交变磁场与周围回路交链,在高敏感接收回路中产生感应而形成,其干扰电压正比于噪声源角频率、互感系数和噪声源电流。

公共阻抗耦合是由于两个电路存在着公共阻抗,当一个电路中有电流通过时,通过公共阻抗便在另一个电路中产生干扰电压、形成公共阻抗耦合干扰,其干扰电压正比于公共阻抗和噪声源电流。公共阻抗耦合是检测仪表中常见的一种干扰,一般有以下几种形式:

由电源骨阻形成的公共阻抗耦合干扰,当用同一个电源同时对多个仪表供电时,如有高电平电路的输出电流流过电源,这个电流就会在电源内阻上产生压降,形成干扰电压,造成对其它低电平电路的干扰。

信号输出电路相互干扰,当电子测量装置的信号输出电路带有多路负载时,如果有任一路负载发生变化,此变化者将通过输出阻抗公共耦合而影响到其它输出电路。 由接地线阻抗形成的公共耦合干扰,如果电子测量装置的公共线接地时,若在接地线上有较大电流通过,会通过接地线阻抗产生公共阻抗耦合干扰。

漏电流耦合是由于绝缘不良时,电流经绝缘电阻的漏电流所引起的噪声干扰。

电磁辐射耦合是指干扰源通过空间辐射将干扰传递给接收电路,接收电路受到干扰的程度与所处位置的干扰强度成正比。

3)电磁干扰的方式

各种噪声源产生的噪声,必然要通过各种耠合通道进入电子测量装置,对其产生干扰,引起测量误差,根据噪声进入测量电路的方式不同及与有用信号的关系,可将噪声干扰分为差模干扰与共模干扰。

差模干扰是检测仪表的一个信号输入端于相对于另一个信号输入端子的电位新式发生变化而产生的干扰,即干扰信号与有用信号是叠加在一起,直接作用于输入端,因此,它直接影响测量结果。

共模干扰是相对于公共的电位基点(通常为接地点)。在检测仪表的两个输入端子上同时出现的干扰,虽然这种干扰不直接影响测量的结果,但是,当信号输入电路参数不对称时,这种共模干扰就会转化为差模干扰,对测量结果产生影响,而在实际测量中,由于共模干扰的电压值一般都比较大,而且其耦合机理及其耦合电路也比较复杂,排除较为困难,所以,共模干扰比差模干扰对测量的影响更为严重。

电磁干扰的排除

电磁干扰对测量结果的影响程度是相对于信号而言,高电平信号允许有较大的干扰,而信号电平信号允许有较大的干扰,而信号电平越低,对干扰的限制也就越严格,通常干扰的频度范围很宽,但对一台电子仪器来说,并不是所有频率的干扰所造成的结果都有相同的,对直流测量仪表,由于仪器本身具有低通滤波特性,因此对频率较高的交流干扰不敏感;对于低频测量仪器,若输入端装有滤波器,则可将通常以外的干扰滤除;但是,对于工频干扰,用滤波器会将50Hz的有用信号滤掉,因此工频干扰是对低频电子仪表的最严重且不易除去的干扰,对于宽频带电子仪表,在工作频带内的各种干扰都将起作用。抑制干扰应着眼于噪声形成的三个要素,根据具体情况,有针对性地采用相应措施。一般常用采用的有五种方法: 1、接地 在进行电子测量时,接地是抑制干扰的主要方法之一,即将设备的地线或接地面与大地实行低阻抗连接,接地主要目的是:(1)给出设备的零电位基准(统一参考电位点);(2)防止在设备外壳或屏蔽层上由于电荷积聚,电压上升而造成人身和仪器的不安全,或引起火花放电;(3)将设备机壳或屏蔽层等接地,给高频干扰电压形成一个低阻抗通路,以防止它对电子设备的干扰。 2、连接线

在电子测量装置和被测电子产品中,需要很多的连接线,连接导线是引起干扰的重要原因,应考虑正确布置这些连接线,减少各种寄生耦合。导线的引线电感对于低频来说,没有大的影响,但对高频的影响是不能忽视的,必须尽量减少引线电感,为了抑制感应干扰,高频时应采用同轴电缆或屏蔽双绞织线,且导线应尽可能短;在测试系统中,有不同用途的连接导线,如电源线、射频线、音频线、控制线等,要进行分类,使不同类别的导线尽量远离,且不要平行排列,为了避免辐射耦合,连接导线最好使用屏蔽线,此外导线的粗细与噪声有关,要选择适当的连接导线,是测量前的准备。 3、屏蔽

为了抑制电磁干扰,无论是外部干扰,还是内部干扰,都必须对干扰源或接收器进行屏蔽,然而,在电子测量中,这种方法只能应用于抑制外部干扰,对于测试系统内的干扰,采用屏蔽是不太可能。 4、浮置

浮置是指电子测量装置的公共线(信号地线)不接大地。浮置与屏蔽接地相反,屏蔽接地的目的是将干扰电流从信号电路引开,即不让干扰电流经信号线,而是让干扰电流流经机壳或屏蔽层到大地,浮置是阻断干扰电流的通路,测量系统被浮置后,加大了测试系统公共线与大地之间的阻抗,大大减少了共模干扰电流,可以提高共模干扰抑制能力。但是,浮置不是绝对的,测试系统公共线与大地之间的阻抗虽然很大(绝缘电阻级),可大大地减少电阻性漏电流干扰,但它们之间仍存在寄生电容,即容性漏电流仍存在。 5、滤波

滤波是抑制和防止干扰的一项重要措施,无论是抑制干扰源和消除耦合或提高系统的抗干扰能力,都有可以采用滤波技术,任何使用交流电源的电子设备,噪声会通过电源线传导耦合到电路中,形成干扰,为了抑制这种干扰,在测试系统的交流电源进线端使用滤波器是十分必要的也是常用的抗干扰方法。

大家对电子测量仪器的兼容问题都有了一个大致了解,这也提醒我们,在测量过程中,会遇到各种各样的问题,需要测量技术人员认真进行分析解决,不要轻易对被测电子产品下不合格的结论,一定要分清是电子测量仪器问题、测量方法问题、测量环境问题与其无关时,才可给被测产品下结论。尤其是在自动测试过程中,测量人员要善于分析测量结果,排除各种干扰,提高测量的准确性和可靠的数据。这就对测量人员也提出了更高的要求,测量人员必须具备良好的业务素质,还要具备分析问题和解决问题的能力,这样才能力求是测量结果准确无误。

本文论述了电子测量仪器与测试技术的发展趋势,分析了电子测量仪器的研究开发,阐述了我国电子测量技术与国际先进技术水平的差距,进而提出了发展电子测量仪器 技术的对策.

电子测量仪器是知识密集、技术密集、高速发展中的行业。由于微电子技术、计算机技术的高速发展及其在电子测量技术与仪器中的应用,新的测试理 论、测试方法、测试领域以及新的仪器结构不断出,在电子、电力、航空、航天、能源、交通、广播、电视、通信及其信息系统、微电子及电子元器件测试等方面已 冲破了传统仪器的概念。然而目前国际上著名仪器公司电子仪器销售额所占比例不断下降,国内电子仪器厂所处的状况大致类同。因而研究我国当前电子测量仪器行 业发展战略决策,已成为仪器行业专家们共同关注的问题。

1 电子测量仪器与测试技术的发展趋势

当前电子测量仪器与测试技术的发展趋势可以概括为以下六个方面:

(1 )由于 h p 及数据采集技术、模 / 数变换技术的应用,电子测量仪器以极快的速度向数字化、自动化、智能化和多功能自动测量的方向发展。

(2 )基于 i e e e 4 8 8 . 1 ,ieee488.2,vxi(ieee1155)总线技术的发展和用于可编程仪器的标准命令scpi(standard commands for programmable instruments)标准等系统技术的发展,成为模块式测试系统的关键支撑技术。运用这些技术可以方便地实现多功能、多参数的自动测量,方便地组成结 构紧凑的模块式自动侧试系统。以 v x i总线技术为例,它为电子测量仪器提供了一个开放式结构环境,使电子测量仪器与技术在各行业中应用的领域不断拓宽。目前已经成功地用于航空工业、汽车工 业、导航与航空电子设备、通信与其他电子系 统。预计今后将更广泛地用于军事和民用系统、生产过程控制、办公室自动化和电子医疗设备。

(3 )集成化的计算机辅助测试环境和功能很强的应用软件,把测量仪器与测试技术的发展推向更高的层次。例如 hp-vee,wavetest,lab.windows,lab.view 等,均支持构成以计算机为基础的仪器系统交互式开发环境,使用户可以方便地实现他们所需要的测量。近年来, 测试软件技术有很大进展,重点在于发展标准的 共享软件结构单元,并要求具有很强的兼容性和很高的重用率。这类测试系统使用方便,非常直观,功能极强。因而国际上出现了软件就是仪器的提法。

(4 )仪器及测试系统的数据采集和数据、信号处理功能不断增强,不少高档仪器的更新换代及功能扩展,不再单纯靠制作的精细,一味拼硬件,而是应用数据处理、信号处理和误差修止等方法去实现 。

(5)cad,cat 技术的普遍采用,以及技术的模块化,使测量仪器的研究周期大为缩短,更新换代加快。仪器专用集成电路 a s i c 技术及表面贴装技术的应用,使仪器的结构更紧凑、可靠性更高、性能价格比更好。

(6 )出现了单台仪器向系统融合,元器件测试仪器逐步与专用设备融为一体的趋势。

2 电子测量仪器产品的发展趋势

电子测量仪器是稳步增长的行业。目前各种通信系统、宽带综合业务网的发展,给量仪器行业带来了新的机遇。我国电子测量仪器与测试技术的发展,正处于市场经济探索的阶段,因而研究发展趋势,对电子仪器的发展是十分重要的

2.1 信息技术与信息化使电子测量仪器与测试技术具有巨大的潜在发展趋势随着信息技术的高速发展,信息和信息化已成为推动经济、技术和社会发展的要素,它反映了 当代经济发展、科学技术进步的趋势,被认为是国家现代化水平和综合国力的主要标志之一,从而成为各国竞争的热点。对此各发达国家均把实现社会信息化作为重 要的国策竞相投入了大量的人力、物力和财力。信息化推动着一批高新技术的发展,如: 网络技术、系统与系统集成技术、数据采集与处理技术、 通信技术、计算机技术,以及相关的基础技术。电子测量仪器与测试技术正是这些系统与技术的支撑。传 统的仪器与测量方法已经很难适应这种需求,必须大力发展测试系统技术、测试软件技术等,用以研制开发新的仪器和新的测试方法。 如能适应这种需求,仪器 行业将得到很大发展。

2.2 由于全球性高技术市场的激烈的竞争,促进了技术的高速发展,仪器产品的生命周期在缩短,仪器的研制与开发受到普遍的重视 国际上许多著名的仪器公司均把研 制与开发( r & d ) 看作保持竞争优势的生命线,他们不断增加r & d 的投入,致力于提高生产效率、降低成本、缩短新品投放市场的时间。并采取更广泛的国际合作、改善管理、加强售后服务等多种措施,以保持其在国际竞争中的优 势 。

在我国,政府及有关部门对信息化及相关技术给予了很大重视,虽然与发达国家相比尚有很大差距,但发展很快。目前已建成了经济、科技、银行、电 力、铁路、民航、邮电、海关、气象等国家信息服务网络系统和 8000 个数据库,构成了我国综合信息服务系统的基本框架。信息服务业以 2 5 - 3 0 % 的比例增长。我国电子测量仪器行业如能抓住机遇,适应市场的需求,必将得到很大的发展。

3 我国电子测量仪器发展中的若干问题

据《2003 年电子工业年鉴》统计,我国电子仪器行业共有企事业单位 332 个,职工 87576 人,其中工程技术人员 2 2 4 0 0 人,约占职工总数的 1 6 %。与 2 0 0 0 年相比: 企事 业单位减少了 5 % ; 职工人数减少 7 . 7 % 。然而,随着仪器厂、所深化改革和经营体制的转化,产量与产值都有较大的增长,如,产量增长了23.6%;产值增长了 28.5%;新品研制也有较大进展,其中比较突出的新品 4 1 项。这些进步都反映着我国仪器行业的发展和成绩。不难看出,我国电子测量仪器和技术这些年虽取得了一些成绩和进步,但与国际先进水平差距还很大,主要表现 在:

(1 )通用测量仪器的品种少,配套能力差,更新换代慢。高档仪器长期依赖进口; (2 )自动测试系统技术落后,测试软件技术有待发展;

(3 )现有产品数字化、智能化、自动化程度低,功能差;

(4 )用于研制开发的投入过少,手段落后,研制周期过长。一些主要研制生产单位的设计、生产、测试设备急待更新,工艺落后。 从总体上看,产品质量和可靠性差 。

4 加强我国电子测量仪器与测试技术的对策

鉴于我国目前基础工业、微电子产业及工艺装备的状况,要求我国电子测量仪器全部立足于国内是不现实的。然而我们也拥有自己的优势,如设计、计算 机软件开发、劳动密集性器件制作、成本低廉等。近年来,各种测试软件、测试模块、仪器专用 asic 的应用、v x i等系统技术的迅速发展,为我们提供了一个缩小与国际先进水平差距的机会。当今世界的形势和我们的改革开放政策,又为我们提供了发展的可能。

(1 )大力开展电子测量仪器战略决策的研究,努力发挥电子测量仪器技术在科研、生产和各行业中的作用,开拓市场,尽可能运用技术、经济杠杆,加强对研究方向的指导和宏观调控。

(2 )充分利用改革开放的大好形势和各种优惠政策,在互利的原则下,努力发展国际间的技术和贸易合作。既要积极引进国际先进技术,又要争取扩大出口。我们在高 技术研究、生产方面取得了不少进展。例如在毫米波仪器方面,据不完全统计,几年中已有 2 3 0 余种8 0 0 0 多件产品出口到美国等比较发达的国家。

(3 )要加强对国外先进技术的跟踪研究,及时掌握技术的发展趋势和动态,借鉴国外先进技术,提高我们研究和新产品开发工作的起点。要大力开展广泛的技术交流,加强国际间的技术合作,派出去,请进来,为技术骨干提供继续学习、更新知识的机会。

(4 )要学习国外先进的管理经验,改革机制,树立市场竞争意识,把科研、新品开发、生产与市场需求结合起来,用系统工程的方法有效的缩短新品投放市场的周期,改善管理,提高效益。

5 加强基础研究,提高我国研制开发的能力和水平

(1) 积极开展综合参数自动测量技术及测试系统技术的研究,引进、研制及开发 v x i 总线技术产品,推动我国自动测试系统和模块式仪器的发展。尽快提供适合我国用户的硬件和软件开发环境,以适应各领域对各种综合参数测试的需要。

(2) 加强共性基础研究,提高我们的研制开发能力和水平。着重加强: 自动测试软件技术的引进与开发; 推广仪器用 a s i c 设计技术;开展 c a t 工作站及仪器 c a d 设计平 台技术研究及仪器设备与系统 e m c技术研究等。

(3) 加强微波、毫米波测试仪器,特别是毫米波仪器关键技术的研究。国际上的微波、毫米波仪器正以极快的速度向模块化、多功能和自动测试系统方向发展。要抓住这个机遇,逐步发展国产产品系列 。

(4) 大力开展对非电量测量仪器与测试系统技术的研究,以满足各领域的需要。电子科技大学研制的多通道动态参数实时处理系统,就是一项成功的尝试。

抓住机遇,迎接挑战,一定要把我国电子测量仪器与测试技术提高到新的水平。


责任编辑:Davia

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