第六章智能仪器可靠性与抗干扰技术

第六章智能仪器可靠性与抗干扰技术 第一节可靠性概述第二节可靠性设计第三节智能仪器干扰源分析第四节抑制电磁干扰的主要技术及应用

第一节可靠性概述 一、可靠性的基本概念 • 可靠率是指在规定条件下和规定时间内智能仪器完成所规定任务的成功率。 R(t)= S(t)/N • 失效率也称瞬时失效率或称故障率，是指智能仪器运行到t时刻后单位时间内发生故障的智能仪器台数与t时刻完好智能仪器台数之比。 λ(t)= N[R(t)-R(t+Δt)]/ NR(t)• Δt • 或 λ=γ/T

初始期 使用寿命期衰老期 λ(t)(失效率) λ(t)(失效率) 使用寿命 a b 规定的失效率偶然故障期 0 t(时间) 早期故障期耗损故障期 0 t(时间) (a) 经典浴盆曲线 (b) 新浴盆曲线

平均故障间隔时间MTBF或称为平均无故障时间(亦称故障前平均时间)MTTF。前者用来描述可修复的仪器；后者用于描述不可修复的仪器。一般情况下，都用MTBF来表示，它与可靠率R(t)之间的关系为平均故障间隔时间MTBF或称为平均无故障时间(亦称故障前平均时间)MTTF。前者用来描述可修复的仪器；后者用于描述不可修复的仪器。一般情况下，都用MTBF来表示，它与可靠率R(t)之间的关系为 • 平均修复时间和可用性

费用总费用使用费用维修费用可靠率 • 可靠性与经济性可靠率与经济性的关系

分析设计任务 分析提出可靠性方案设想设想措施方案比较、确定可靠性分析软件设计硬件设计硬件措施软件措施测试、考验故障评估分析试运行改进措施系统设计进程可靠性考虑二、可靠性的总体考虑（一）设计过程 1．系统设计的进程 2．生产及使用过程

（二）、可靠性的分配方法 ★均等分配法 ★航空无线电公司分配法 ①达到的目标是满足下式： ②根据先验知识预计每个分系统的失效率λi ③计算加权因子Wr。加权因子由下式计算： ④对每一个分系统分配失效率

第二节可靠性设计 一、硬件可靠性设计（一）影响仪器可靠性的因素 ◇元器件的可靠性 ◇工艺 ◇电路结构 ◇环境因素 ◇人为因素 λ(t) 1 2 使用值额定值

（二）提高仪器可靠性的措施 ◆元器件的选择（电阻器、电容器、集成电路芯片） ◆筛选 ◆降额使用 ◆可靠的电路设计 ◆冗余设计包括并联系统和串联系统两种形式

… 11 12 1n … 21 22 2n … … … … m1 m2 mn 并联、串联系统并联系统的可靠度Rp为串联系统的可靠度RS为串并联系统的可靠度为串并联系统

11 12 1n 21 22 2n … … … … m1 m2 mn 并串联系统并串联系统的可靠度RSP为

◆环境设计 • 温度保护 • 冲击振动保护 • 电磁干扰保护 • 其他环境方面的保护 • ◆人为因素设计 • ◆对仪器进行可靠性试验

二、软件可靠性设计 • （一）软件的可靠性模型 • ▲时间模型 • 可靠性增长模型 • 公理模型 • ▲数据模型

如果如果

（二）提高软件可靠性的方法 • 认真地进行规范设计 • 可靠的程序设计方法 • 程序验证技术 • 提高软件设计人员的素质 • 消除干扰 • 增加试运行时间

第三节智能仪器干扰源分析 一、干扰与噪声 ①噪声是绝对的，它的产生或存在不受接收者的影响，是独立的，与有用信号无关。干扰是相对有用信号而言的，只有噪声达到一定数值、它和有用信号一起进入智能仪器并影响其正常工作才形成干扰。 ②噪声与干扰是因果关系，噪声是干扰之因，干扰是噪声之果，是一个量变到质变的过程。 ③干扰在满足一定条件时，可以消除。噪声在一般情况下，难以消除，只能减弱。

二、分类 • 干扰的类型 • 机械干扰 • 热干扰 • 光干扰 • 湿度干扰 • 化学干扰 • 电和磁干扰 • 射线辐射干扰

电磁干扰的分类 • 从噪声产生的来源分类 • 1)固有噪声源 • 2)人为噪声源 • 3)自然噪声源和放电噪声 • 从干扰的表现形式分类 • 1)规则干扰 • 2)不规则干扰 • 3)随机干扰 • 从干扰出现的区域分类 • 1)内部干扰 • 2)外部干扰 • 从干扰对电路作用的形式分类 • 1)差模干扰 • 2)共模干扰 • 3)共模干扰抑制比

噪声源 耦合通道接收电路三、噪声形成干扰作用的三要素噪声源形成干扰必需同时具备三个要素，即噪声源、有对噪声敏感的接收电路和两者之间的耦合通道。三要素之间联系如下图所示。

四、噪声的耦合方式 ◆电容性耦合 A B Cm Zi EN UN ～ ◆互感耦合 M UN IN

◆共阻抗耦合 • 电源内阻抗的共阻抗耦合 • 公共地线的耦合 • 信号输出电路的相互干扰 ◆漏电耦合 B A Rm Zi EN ～ UN

◆传导耦合 　　传导耦合是指经导线检拾到噪声，再经它传输到噪声接收电路而形成干扰的噪声耦合方式。 ◆辐射电磁场耦合　　大功率的高频电气设备，广播、电视、通信发射台等，不断地向外发射电磁波。智能仪器若置于这种发射场中就会感应到与发射电磁场成正比的感应电势，这种感应电势进入电路就形成干扰。

第四节抑制电磁干扰的主要技术及应用 一、抑制电磁干扰的基本方法 • 　消除或抑制噪声源 • 　破坏干扰的耦合通道 • 　消除接收电路对干扰的敏感性 • 　采用软件抑制干扰

二、抑制电磁干扰的基本措施 1、屏蔽：静电屏蔽；电磁屏蔽；低频磁屏蔽 ★静电屏蔽 B B A A A +Q +Q +Q

★电磁屏蔽 Φe ΦN ie ★低频磁屏蔽

★接地的目的与作用 ●保证人身和设备安全的需要 ●抑制干扰的需要 ★地线的种类 ●保安地线 ●信号源地线 ●信号地线 ●负载地线 ●屏蔽层地线 ★各种地线的处理原则 ●低频电路的一点接地原则 ●高频电路的多点接地原则 ●强电地线与信号地线分开设置 ●模拟信号地线与数字信号地分开设置 ★接地方法 ●埋设铜板 ●接地棒 ●网状(辐射状)地线 2、接地

3、浮置 又称浮空、浮接，是指智能仪器的输入信号的公共线(即模拟信号地)不接机壳或大地，测量放大器与机壳或大地之间无直接联系。浮置的目的在于阻断干扰电流的通路。 1k RH 显示测量 RL 1k C2 C1 RS<0.1Ω C3 Ecm RC<0.1Ω ～

4、对称电路 IS UN1 RL1 RS1 IN1 US1 UL US2 IN2 RS2 RL2 UN2 5、隔离技术隔离变压器电路电路 Ucm ～

6、滤波 滤波是一种只允许某一频带信号通过或只阻止某一频带信号通过的抑制干扰措施之一。滤波方式有无源滤波、有源滤波和数字滤波，它主要应用于信号滤波和电源滤波。 7、脉冲电路的噪声抑制脉冲电路的噪声抑制，常采用的方法有利用积分电路、脉冲隔离门及削波器等。

三、抗干扰技术的应用 • 传输线引入干扰的抑制 • 印制电路板的抗干扰 • A/D转换中的抗干扰 • 对差模干扰的抑制 • 对共模干扰的抑制 • 采用软件方法提高A/D抗干扰能力 • 传感器的抗干扰 • 负载干扰的抑制 • 负载冲击电流的抑制 • 感性负载冲击电压的抑制 • 电源所致干扰的抑制 • 交流电源系统所致干扰的抑制 • 直流供电系统干扰的抑制

第六章 智能仪器可靠性与抗干扰技术