第8章 智能仪器可靠性与抗干扰技术共59页
仪器仪表的可靠性分析及抗干扰设计
仪器仪表的可靠性分析及抗干扰设计仪器仪表在工业生产和科学研究中扮演着重要的角色，它们用来测量、监控和控制各种参数和过程，保障生产的安全和质量，使得科学研究结果更加准确可靠。
在实际应用中，仪器仪表常常受到各种干扰和损坏，影响其正常工作和可靠性。
对仪器仪表的可靠性进行分析和抗干扰设计就显得尤为重要。
一、仪器仪表的可靠性分析1. 可靠性概念2. 可靠性分析方法3. 影响可靠性的因素仪器仪表的可靠性与其制造工艺、材料质量、设计结构、环境条件等诸多因素相关。
最为重要的是设计结构和材料质量。
合理的设计结构可以减少零部件的磨损和损坏，提高仪器仪表的寿命；而高质量的材料则可以提高仪器仪表的耐用性和抗腐蚀能力。
4. 可靠性评价指标二、仪器仪表的抗干扰设计1. 干扰来源仪器仪表在使用过程中，常常会受到各种干扰，如电磁干扰、振动干扰、温度变化等。
这些干扰会导致仪器仪表测量不准确、失控等问题，影响其正常工作和可靠性。
2. 抗干扰设计原则为了提高仪器仪表的抗干扰能力，需要在设计阶段就考虑相关问题，采取相应的措施来减少或抵消干扰。
具体的原则包括：a. 减少外部干扰源；b. 加强仪器仪表的屏蔽和隔离；c. 优化电路结构和信号处理方法；d. 采用抗干扰材料和元器件等。
针对不同的干扰源，可以采取不同的抗干扰设计方法。
针对电磁干扰，可以采用屏蔽罩、滤波器等措施；针对振动干扰，可以采用减震支架、隔振材料等措施。
而对于温度变化等干扰，则需要选用适应性更强的材料和元件。
举例来说，某仪器仪表在设计时考虑到了工作环境中可能存在的强电磁干扰，因此在电路布局时采用了屏蔽结构，并在主板上加装了滤波器；在外壳设计上采用了金属屏蔽罩，有效地减少了外部干扰对仪器仪表的影响，提高了其测量精度和可靠性。
三、结语仪器仪表的可靠性分析和抗干扰设计是保障其正常工作和性能稳定的关键。
通过对其可靠性进行分析，可以找出存在的问题，从而进行相应的改进和提高；而通过抗干扰设计，可以减少外部干扰的影响，提高仪器仪表的可靠性和稳定性。
仪器仪表的可靠性分析及抗干扰设计
仪器仪表的可靠性分析及抗干扰设计仪器仪表的可靠性分析及抗干扰设计1. 引言仪器仪表的可靠性和抗干扰性是影响仪器性能的重要指标。
在工业生产和科学研究中，仪器仪表的准确性和稳定性对实验结果和生产工艺的控制至关重要。
本文将探讨仪器仪表的可靠性分析和抗干扰设计，以帮助提高仪器仪表的性能。
2. 仪器仪表的可靠性分析可靠性在仪器仪表设计中是一个重要的指标，它描述了仪器在一定工作条件下正常操作的概率。
可靠性分析可以通过以下步骤来进行：步骤1：收集试验数据。
通过对仪器在现实工作环境中进行长时间观察和数据收集，获取仪器的故障发生率，工作寿命等信息。
步骤2：统计分析数据。
根据收集到的数据，进行故障率、失效模式和可用性等统计分析，以了解仪器的性能。
步骤3：评估可靠性。
根据统计分析结果，评估仪器的可靠性，包括失效率、平均无故障时间(MTTF)、平均失效间隔时间(MTBF)等指标。
步骤4：分析关键零部件。
识别仪器中的关键零部件，并进行故障分析，找出故障发生的原因和机制。
步骤5：改进设计。
根据分析结果，对仪器的关键零部件和设计进行优化改进，提高仪器的可靠性和使用寿命。
3. 仪器仪表的抗干扰设计仪器仪表在工作过程中常常面临各种干扰源，如电磁干扰、电源波动、温度变化等。
为了保证仪器仪表的准确性和稳定性，需要采取一系列的抗干扰设计措施：措施1：屏蔽设计。
对仪器仪表的关键部件和电路进行屏蔽设计，减少外界干扰的影响。
可以采用金属屏蔽罩、屏蔽接地等方式实现。
措施2：滤波设计。
对电源进行滤波处理，以减少电源的波动和噪声对仪器仪表的影响。
可以使用滤波电路和滤波器来实现。
措施3：地线设计。
合理设置仪器仪表的地线，减少地线干扰对信号的影响。
可以使用单点接地和星形接地等方式来提高信号的质量。
措施4：温度补偿设计。
在仪器仪表的设计中考虑温度变化对性能的影响，并采取补偿措施，保证仪器仪表的准确性。
措施5：模拟抗干扰设计。
对模拟信号进行抗干扰设计，采用差分传输、辐射抑制等技术，减少模拟信号的干扰。
仪器仪表的可靠性分析及抗干扰设计
仪器仪表的可靠性分析及抗干扰设计仪器仪表是现代工业自动化、电力、通信、医疗、军工等领域必不可少的设备。
在实际应用中，仪器仪表的可靠性和抗干扰能力是评价其性能的重要指标。
本文将分析仪器仪表可靠性的原因和常见故障，探讨抗干扰设计的方法。
1. 设备结构复杂仪器仪表通常由多个部件和组件构成，因此在设计和制造过程中可能有一些结构上的缺陷，以及材料和工作磨损等问题，导致设备运行不稳定或出现故障。
2. 环境因素影响温度、湿度、气压、震动等环境因素都会对仪器仪表的性能和寿命产生影响。
如果设备在恶劣的环境中使用，可能会导致设备失效或出现故障。
3. 维护保养不到位仪器仪表的保养和维修工作极为重要。
设备需要定期检查、清洗和维修，以确保其正常运行和延长使用寿命。
如果没有做好保养和维修工作，会导致设备故障率和失效率的上升。
4. 设备老化随着使用时间的增加，仪器仪表的内部电子元件和机械部件会逐渐老化，从而导致设备运行不稳定或出现故障。
1. 电路设计在电路设计方面，可以采取以下策略来提高仪器仪表的抗干扰能力：（1）采用屏蔽技术使用屏蔽技术可以有效地减少外界电磁干扰对信号的影响。
例如，在设计模拟电路时，可以采用电源绕线技术来避免电源线对信号干扰；在布线时，可以采用星型结构布线来减少互相影响。
（2）选择合适的滤波器在设计数字电路时，可以采用滤波器来抑制高频噪声。
不同类型的滤波器具有不同的特性，可根据具体的应用场合进行选择。
2. 机械设计（1）结构设计设备的结构设计应符合工程要求，并具有稳定性和可靠性。
例如，使用壳体材料的厚度和结构设计，可以有效地减少设备受机械振动的影响。
（2）隔离设计通过隔离设计，可以防止外部振动和电磁干扰对设备造成损害。
设备应采用适当的隔离材料和隔离结构，以降低对设备的影响。
综上所述，仪器仪表的可靠性和抗干扰能力是评价其性能的重要指标。
在设计和使用中，应考虑各种因素的影响，并采取相应的措施进行加强和提高。
仪器仪表的可靠性和抗干扰设计不仅关系到设备的正常运行，同时也关系到生产效率和设备的使用寿命。
第八章 智能仪器的自检功能和抗干扰技术
印刷电路板尺寸与器件布置 印刷电路板尺寸要适中： 过大时，印刷线条长，阻抗增加，不仅抗干扰能力下 降，而且成本提高； 过小，则散热不好，且易受邻近线条干扰； 器件布置的原则： 相关器件应尽量放得靠近些。例如晶振和CPU的时钟 信号输入端应相互靠近些； 远离易产生噪声的器件。例如信号线与其他器件应尽 量远离晶振； 逻辑电路应远离大电流噪声电路。例如控制电路与驱 动电路应分板制作。
第八章 智能仪器的自检功能 和抗干扰技术
抗干扰设计
智能仪器的一个主要应用领域是工业生产过程。工 业生产的工作环境往往比较恶劣，干扰严重，这些干 扰轻微时会造成测量的和控制的误差，严重时会损坏 电子系统的器件和程序，导致系统不能运行。因此， 抗干扰设计是智能仪器研制中一个不可忽视的重要内 容。 一、干扰产生的原因 产生干扰的原因有3种：电耦合、磁耦合和公共阻 抗耦合； 由于电子系统之间以及电子系统内部元件之间、导 线之间、元件与导线之间都存在着分布电容、互感及 公共阻抗，因此各种干扰信号很容易通过电容形成电 耦合，通过互感形成磁耦合，通过公共阻抗形成公共 阻抗耦合。
VA0=(iA+iB)Z1 VB0= (iA+iB)Z1+iBZ2
二、干扰窜入系统的渠道
干扰信号窜入电子系统的主要渠道有三条：通过 电磁辐射窜入系统的空间干扰（场干扰），通过 与主机相连的前向通道、后向通道和相互通道窜 入系统的过程通道干扰和通过电源和地线窜入系 统的供电系统干扰。 空间干扰
空间干扰主要指电磁场在线路、导体、壳体上的辐射而 引起的噪声吸收与调制； 干扰来自于系统的内部和外部，系统本身既可能接受外 来干扰也可能对外产生空间干扰； 干扰在强度上远小于过程通道干扰和供电系统干扰，可 用良好的屏蔽、正确的接地和布局设计加以解决。
仪器仪表的可靠性分析及抗干扰设计
仪器仪表的可靠性分析及抗干扰设计
仪器仪表的可靠性分析及抗干扰设计是指在设计和生产仪器仪表的过程中，通过分析
仪器仪表的可靠性，并采取一系列措施来提高其抗干扰性能，确保仪器仪表在各种复杂环
境下能正常工作。
可靠性分析是指对仪器仪表的各个组成部分进行分析和测试，找出可能存在的故障点，并进行定性和定量的评价。
在可靠性分析中，可以采用故障模式与影响分析（FMEA）和故
障树分析（FTA）等方法，通过对系统的故障模式和故障树的分析，确定系统的可靠性和关键故障点，进而采取相应的措施来提高系统的可靠性。
抗干扰设计是指在设计和生产过程中，采用一系列措施来降低外界干扰对仪器仪表的
影响。
外界干扰包括电磁辐射、电磁感应、电磁传导等。
对于电磁辐射干扰，可以采取屏
蔽和隔离措施，如增加金属屏蔽罩、采用合适的信号线路布局等。
对于电磁感应干扰，可
以采用差分信号传输、增加抗干扰滤波器等措施。
对于电磁传导干扰，可以采用合适的接
地措施、增加滤波电容等。
除了可靠性分析和抗干扰设计外，还可以采取其他一些措施来提高仪器仪表的可靠性
和抗干扰性能。
选择优质的元器件和材料，进行严格的质量控制，以保证产品的质量稳定性；设计合理的电路结构和信号处理算法，以增强仪器仪表的抗干扰能力；进行严格的环
境适应性测试和可靠性测试，以确保产品在各种环境下能正常工作；建立完善的维修和保
养制度，及时处理故障和维护设备。
第8章智能仪器的故障自诊断及抗干扰技术
干扰串入仪器的渠道： 1、空间电磁场。通过电磁波辐射串入仪器，如雷电、无线电波 等。 2、传输通道。各种干扰通过仪器的输入输出通道串入，特别是 长传输线受到的干扰更严重。
3、配电系统。如来自市电的工频干扰，它可以通过电源变压器 分布电容和各种电磁路径对测试系统产生影响。各种开关、可 控硅的启闭，元器件的机械振动等都会对测试过程引起不同程 度的干扰。
8.3 抑制干扰的硬件措施
一、抑制电磁干扰的基本方法 o 消除或抑制噪声源
o
o
破坏干扰的耦合通道
消除接收电路对干扰的敏感性
8.3.1 空间辐射的干扰抑制
在任何情况下，仪器系统对电磁辐射干扰比较敏感，电磁干扰
使系统的噪声增大，使得系统产生误动作，严重的可能会使系
统瘫痪。辐射干扰来自于仪器系统的内部和外部。内部干扰是
★电磁屏蔽
电磁干扰(Electromagnetic Interference)能量通过传导性耦
合和辐射性耦合来进行传输。为满足电磁兼容性要求，对传导
性耦合需采用滤波技术，即采用滤波器件加以抑制；对雷达、 电台等高频电磁场辐射干扰则需采用屏蔽技术加以抑制。 电磁屏蔽的原理是由金属屏蔽体通过对电磁波的反射和吸收来 屏蔽辐射干扰源的远区场，即同时屏蔽场源所产生的电场和磁 场分量。由于随着频率的增高，波长变得与屏蔽体上孔缝的尺 寸相当，从而导致屏蔽体的孔缝泄漏成为电磁屏蔽最关键的控 制要素。
U 负载 突变时 的 电压 波形 0
t
图8-1 负载切换引起的电网电压畸变示意图
◆
公共阻抗耦合方式
在智能仪器中 , 电路各部分之间经常是共用电源和地线 的。这样 , 电源和地线的阻抗就成了各部分之间的公共 阻抗。当某部分的电流经过公共阻抗时 , 阻抗的压降就 成了其他部分的干扰信号。
仪器仪表的可靠性分析及抗干扰设计
仪器仪表的可靠性分析及抗干扰设计仪器仪表是现代工业中不可缺少的设备之一，在各种工业环境中被广泛应用。
仪器仪表的可靠性和精度对于工业生产过程的控制和安全具有重要意义，因此在仪器仪表的设计中必须考虑到可靠性和抗干扰性。
可靠性分析可靠性是指仪器仪表在规定条件下能够按照要求进行工作的概率，它是仪器仪表设计中最基本的要求之一。
因此，在仪器仪表设计中必须考虑各种故障和失效的原因，采取相应的措施来防止或减小故障和失效的可能性。
在可靠性分析中，首先需要进行故障模式和效应分析（FMEA），即对仪器仪表各个部件进行分析，找出可能的故障模式和效应，以便采取措施来减少故障的发生概率。
其次，需要对故障率进行计算，并采取措施来提高设备的可靠性。
最后，需要进行可靠性试验和验证，以确保设备的可靠性符合要求。
抗干扰设计在工业生产环境中，仪器仪表可能会受到来自外部环境的各种干扰，例如电磁辐射、电磁干扰、电压波动等。
这些干扰可能会引起仪器仪表发生误动作、误测、误报等故障，因此在仪器仪表设计中必须考虑抗干扰性，采取相应的措施来减小外界干扰的影响。
在抗干扰设计中，首先需要进行干扰源分析，找出可能产生的干扰源和干扰的类型。
其次，需要根据干扰源的特点，采取相应的抗干扰措施，例如采用屏蔽措施、滤波器、隔离电源等。
最后，需要进行抗干扰试验和验证，以确保设备在外界干扰下能够正常工作。
总结可靠性和抗干扰性是仪器仪表设计中非常重要的两个方面，直接关系到设备的工作性能和使用寿命。
在进行设备设计时，应该充分考虑这两个方面，并采取相应的措施来提高设备的可靠性和抗干扰性。
同时，还应该注意设备的维护和保养，及时发现和排除故障，以确保设备的正常工作。
仪器仪表的可靠性分析及抗干扰设计
仪器仪表的可靠性分析及抗干扰设计一、引言仪器仪表作为科学研究和工程实践过程中必不可少的工具，其可靠性是其核心和重要属性之一。
仪器仪表的可靠性直接关系到实验和测量结果的准确性和可信度，因此对仪器仪表的可靠性分析和抗干扰设计具有重要意义。
1. 可靠性评估指标在对仪器仪表的可靠性进行分析之前，首先需要确定可靠性评估指标。
常用的指标有：失效率、寿命和可用率等。
失效率是指单位时间内仪器仪表发生失效的概率，通常以每小时、每千小时或每百万小时的失效概率表示。
寿命是指仪器仪表在正常条件下能够正常运行的总时间。
寿命可以分为平均寿命和可靠寿命两种。
平均寿命是指大量同类型仪器仪表的平均工作寿命，而可靠寿命是指仪器仪表在规定条件下能够正常工作的时间。
可用率是指仪器仪表在一定时间内能够正常工作的时间与总时间之比。
可用率也可以通过失效率和可靠寿命计算得到。
2. 可靠性分析方法可靠性分析方法有很多种，常用的方法包括故障树分析（FTA）、失效模式与影响分析（FMEA）和可靠性块图法（RBD）等。
故障树分析（FTA）是一种通过对系统故障进行逻辑分析的方法，可以确定系统失效的各种可能性和概率。
FTA可以帮助分析仪器仪表失效的原因，为后续的优化设计和改进提供依据。
可靠性块图法（RBD）是一种通过计算系统可靠性的方法，可以用于分析系统的可靠性和可用性。
RBD可以帮助分析仪器仪表在不同工作状态下的可靠性，并确定影响其可靠性的关键部件和环节。
仪器仪表通常会受到电磁干扰、机械振动、温度变化等环境因素的影响，为了保证仪器仪表的正常工作和准确测量，需要进行抗干扰设计。
1. 电磁屏蔽设计电磁干扰是仪器仪表通常会遇到的干扰源之一，为了抵御电磁干扰的影响，可以采取以下措施：（1）使用屏蔽材料，如钢板、铜箔等，对仪器仪表进行电磁屏蔽。
（2）合理布局和接地，避免电磁波在仪器仪表内部的传播和干扰。
（3）采用抗电磁干扰的元器件和线缆，如抗干扰电容、抗干扰电阻和抗干扰导线等。