第6章 智能儀器可靠性與抗干擾技術(shù).ppt

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 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)之比。 (t)= NR(t)-R(t+t)/ NR(t) t 或 =/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,(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,(t)(失

2、效率),使用壽命期,0,t(時間),(b) 新浴盆曲線,初始期,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(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來表示，它與可靠率R(t)之間的關(guān)系為,平均修復(fù)時間和可用性,可靠性與經(jīng)濟性,可靠率與經(jīng)濟性的關(guān)系,二、可靠性的總體考慮,（一）設(shè)計過程 1系統(tǒng)設(shè)計的進(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 航空無線電公司分配法 達(dá)到的目標(biāo)是滿足下式： 根據(jù)先驗知識預(yù)計每個分系統(tǒng)的失效率i 計算加權(quán)因子Wr。加權(quán)因子由下式計算： 對每一個分系統(tǒng)分配失效率,第二節(jié) 可

3、靠性設(shè)計,一、硬件可靠性設(shè)計,（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,(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 冗余設(shè)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(shè)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 人為因素設(shè)計 對儀器進(jìn)行可靠性試驗,二、軟件可靠性設(shè)計 （一）軟件的可靠性模型 時間模型 可靠性增

4、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(rèn)真地進(jìn)行規(guī)范設(shè)計 可靠的程序設(shè)計方法 程序驗證技術(shù) 提高軟件設(shè)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 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，與有用信號無關(guān)。干擾是相對有用信號而言的，只有噪聲達(dá)到一定數(shù)值、它和有用信號一起進(jìn)入智能儀器并影響其正常工作才形成干擾。 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，是一個量變到質(zhì)變的過程。 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

5、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)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

6、 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(dǎo)耦合,輻射電磁場耦合,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(yīng)到與發(fā)射電磁場成正比的感應(yīng)電勢，這種感應(yīng)電勢進(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 消除接收電路對干擾的敏感性 采用軟件抑制干擾,二、抑制電磁干擾的基本措施,1、屏蔽 ：靜電屏蔽 ；電磁屏蔽 ；低頻磁屏蔽,靜電屏蔽,+

7、Q,+Q,+Q,A,A,A,B,B,電磁屏蔽,ie,e,N,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 信號源地線 信號地線 負(fù)載地線 屏蔽層地線 各種地線的處理原則 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(shè)置 模擬信號地線與數(shù)字信號地分開設(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,RH,RL,RS0.1,RC0.1,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(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通過或只阻止某一頻帶信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(yīng)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(shù)的應(yīng)用,傳輸線引入干擾的抑制 印制電路板的抗