儀器儀表的可靠性分析及抗干擾設(shè)計(jì)的研究

唐偉

摘 要：高精度、高質(zhì)量、高要求、高安全水平的生產(chǎn)制造與加工，對(duì)儀器儀表的可靠性提出了更高要求。加強(qiáng)儀器儀表可靠性設(shè)計(jì)與研究已經(jīng)成為當(dāng)前相關(guān)企業(yè)以及工作人員關(guān)注與研究的重點(diǎn)。鑒于此，本文以儀器儀表為研究對(duì)象，對(duì)其可靠性及抗干擾設(shè)計(jì)進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析，以供參考。

關(guān)鍵詞：儀器儀表；可靠性分析；抗干擾設(shè)計(jì)

引言：可靠性分析與抗干擾設(shè)計(jì)是儀器儀表生產(chǎn)設(shè)計(jì)與應(yīng)用關(guān)注的重點(diǎn)內(nèi)容，通過可靠性分析與抗干擾設(shè)計(jì)能夠有效提升儀器儀表性能與質(zhì)量，滿足當(dāng)前社會(huì)與市場(chǎng)對(duì)儀器儀表應(yīng)用安全、準(zhǔn)確、可靠等方面的需求。在工業(yè)行業(yè)高速發(fā)展與科學(xué)技術(shù)不斷創(chuàng)新、應(yīng)用的推動(dòng)下，儀器儀表應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，應(yīng)用環(huán)境日漸復(fù)雜，應(yīng)用需求日漸提升。對(duì)此，有必要加強(qiáng)儀器儀表可靠性分析即抗干擾設(shè)計(jì)的研究，以減少儀器儀表應(yīng)用故障，更好助力相關(guān)企業(yè)的穩(wěn)定與可持續(xù)競(jìng)爭(zhēng)發(fā)展。

1儀器儀表的可靠性分析

可靠性（reliability）是評(píng)價(jià)儀器儀表性能與應(yīng)用質(zhì)量的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)，主要是指儀器儀表在既定時(shí)間與規(guī)定條件下，能夠無故障執(zhí)行預(yù)定功能，完成預(yù)定設(shè)計(jì)要求的可能性。合理與準(zhǔn)確的可靠性分析，對(duì)儀器儀表設(shè)計(jì)與應(yīng)用質(zhì)量的提升存在重要意義。

1.1儀器儀表可靠性分析重要性

隨著近些年我國工業(yè)事業(yè)的不斷發(fā)展，電子工業(yè)、機(jī)械制造加工業(yè)取得一定發(fā)展成效，其所生產(chǎn)與應(yīng)用的設(shè)備呈現(xiàn)出大數(shù)量化、高精密化、大型化、復(fù)雜化、智能化的發(fā)展態(tài)勢(shì)。在此背景下，儀器儀表作為器具與設(shè)備檢測(cè)、測(cè)量、各物理量計(jì)算、自動(dòng)控、信號(hào)傳遞、故障預(yù)警等的工具，其可靠性分析的重要性愈發(fā)突出[1]。通過儀器儀表可靠性分析，一方面能夠明確儀器儀表特征，使設(shè)計(jì)人員根據(jù)儀器儀表應(yīng)用需求與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，提升其應(yīng)用質(zhì)量，保證儀器儀表應(yīng)用的安全性與穩(wěn)定性。另一方面，能夠預(yù)測(cè)與反映儀器儀表運(yùn)行問題，為其功能與作用的充分發(fā)揮奠定良好基礎(chǔ)，降低相關(guān)設(shè)備運(yùn)行故障的產(chǎn)生。

1.2儀器儀表可靠性分析的要點(diǎn)

在對(duì)儀器儀表進(jìn)行可靠性分析過程中，相關(guān)工作人員需從儀器儀表內(nèi)部組成元件與儀器儀表系統(tǒng)結(jié)構(gòu)兩個(gè)層面入手進(jìn)行分析，通過了解元器件自身性能與可靠性（包括耐久性、平均無故障工作時(shí)間、失效率等）、儀器儀表系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、儀器儀表系統(tǒng)安裝情況、儀器儀表調(diào)試情況等，做好可靠性措施，以提升儀器儀表設(shè)計(jì)與應(yīng)用的可靠性水平。

由于儀器儀表的可靠性是根據(jù)儀器儀表在實(shí)際應(yīng)用中提出的概念，因此，在進(jìn)行可靠性分析時(shí)，應(yīng)明確了解與掌握可靠性分析依據(jù)，即：（1）從實(shí)際應(yīng)用要求、應(yīng)用基礎(chǔ)條件出發(fā)，進(jìn)行儀器儀表各項(xiàng)功能的可靠性設(shè)計(jì)，以保證儀器儀表能夠達(dá)到實(shí)際應(yīng)用所設(shè)定的基本標(biāo)準(zhǔn)；（2）進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，并依據(jù)儀器儀表可靠性設(shè)計(jì)，對(duì)儀器儀表失效數(shù)據(jù)、故障數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，并以此為依據(jù)進(jìn)行儀器儀表各項(xiàng)參數(shù)的優(yōu)化；（3）以儀器儀表實(shí)際應(yīng)用所需具備的功能為依據(jù)，遵循科學(xué)性、協(xié)調(diào)性、有效性、整體性原則，提升儀器儀表與系統(tǒng)的契合度。通常情況下，在可靠性分析過程中，壽命分布分析、分布參數(shù)估算等是較為常用的分析方法[2]。通過壽命分布分析能夠有效確定儀器儀表存在的規(guī)律性故障，為儀器儀表設(shè)計(jì)與運(yùn)維管理提供準(zhǔn)確依據(jù)，以提升儀器儀表使用壽命，降低儀器儀表維修成本；通過分布參數(shù)估算，能夠根據(jù)儀器儀表實(shí)際運(yùn)行情況，對(duì)影響儀器儀表可靠性的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行科學(xué)調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)儀器儀表整體性能的優(yōu)化。

在儀器儀表設(shè)計(jì)過程中，提升其可靠性的措施有很多。例如，可通過加強(qiáng)元器件采購管理，選擇與應(yīng)用質(zhì)量合格且符合儀器儀表應(yīng)用需求的元器件，提升元器件可靠性；通過元器件篩選與性能測(cè)試，驗(yàn)證儀器儀表所應(yīng)用元器件可靠度；對(duì)儀器儀表系統(tǒng)進(jìn)行電磁兼容性設(shè)計(jì)或利用亢余技術(shù)、系統(tǒng)可靠性技術(shù)、失效保險(xiǎn)技術(shù)等進(jìn)行設(shè)計(jì)，增強(qiáng)儀器儀表可靠性。

2儀器儀表的抗干擾設(shè)計(jì)

2.1儀器儀表抗干擾設(shè)計(jì)重要性

從當(dāng)前儀器儀表應(yīng)用現(xiàn)狀來看，儀器儀表已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、交通行業(yè)、農(nóng)業(yè)、科技、汽車、國防、人民生活等眾多行業(yè)中，承擔(dān)著“指導(dǎo)者”、“把關(guān)者”的重要使命。據(jù)公開資料表明，儀器儀表與計(jì)算機(jī)在航天工業(yè)領(lǐng)域所占據(jù)的固定資產(chǎn)達(dá)到整體的33%左右；儀器儀表在工會(huì)設(shè)備投資中所占比重超過18%；儀器儀表在在現(xiàn)代寶鋼技術(shù)裝備投資中所占比重在30%左右。且儀器儀表系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境與整體結(jié)構(gòu)日漸復(fù)雜、多樣。在不同環(huán)境條件下，所受影響因素也發(fā)生變化，除溫度、濕度等常見環(huán)境因素外，在一定程度上也會(huì)受到各種輻射、沖擊、振動(dòng)等的影響。因此，在使用過程中易出現(xiàn)失效問題，影響使用的可靠性、安全性、穩(wěn)定性。對(duì)此，通過抗干擾設(shè)計(jì)能夠是儀器儀表在預(yù)定工作環(huán)境條件下，在不受周圍環(huán)境影響的同時(shí)，不影響周圍環(huán)境。從而使儀器儀表性能保持穩(wěn)定，使其功能與作用有效發(fā)揮，減少儀器儀表系統(tǒng)故障。

2.2儀器儀表抗干擾設(shè)計(jì)的方法

儀器儀表運(yùn)行過程中，形成干擾的因素有很多，對(duì)其因素進(jìn)行歸納與總結(jié)，其基本影響因素主要體現(xiàn)在以下幾方面：（1）干擾源，即能夠產(chǎn)生干擾的信號(hào)、設(shè)備或元器件，如電機(jī)、雷電等。（2）敏感器件，即儀器儀表系統(tǒng)中容易被干擾源干擾的器件，如數(shù)字IC。（3）傳播途徑，即連接干擾源與敏感器件的媒介或渠道，如空氣中存在的各種輻射。

針對(duì)儀器儀表干擾形成基本因素，在進(jìn)行儀器儀表抗干擾設(shè)計(jì)過程中，所能夠采取的措施相對(duì)較多。例如，應(yīng)用屏蔽隔離法進(jìn)行抗干擾設(shè)計(jì)，即為減少電場(chǎng)干擾，可利用金屬材料進(jìn)行信號(hào)導(dǎo)線包裹，形成“屏蔽網(wǎng)”進(jìn)行耦合切斷，實(shí)現(xiàn)電場(chǎng)干擾的有效抑制；在儀器儀表系統(tǒng)中配置隔離變壓器，進(jìn)行交流信號(hào)中直流干擾的隔離，使儀器儀表應(yīng)用過程中無法形成共模干擾回路[3]。與此同時(shí)，可采用濾波法進(jìn)行儀器儀表抗干擾設(shè)計(jì)，即通常情況下接收信號(hào)的頻譜要比干擾源所發(fā)出電磁干擾的頻譜窄，從而導(dǎo)致干擾源對(duì)儀器儀表干擾。對(duì)此，通過科學(xué)配置濾波器，對(duì)干擾源發(fā)出的電磁干擾的頻譜進(jìn)行篩選與過濾，只允許符合標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)通過并被接收裝置接收，從而實(shí)現(xiàn)干擾的抑制。此外，在儀器儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，可通過系統(tǒng)硬件自檢設(shè)計(jì)與軟件自恢復(fù)設(shè)計(jì)，降低偶發(fā)性誤動(dòng)作的產(chǎn)生，以提升系統(tǒng)抗干擾能力。

3結(jié)論

儀器儀表應(yīng)用環(huán)境、應(yīng)用范圍與應(yīng)用要求決定了其設(shè)計(jì)與應(yīng)用過程中，可靠分析與抗干擾設(shè)計(jì)的必要性與重要性。通過可靠性分析與抗干擾設(shè)計(jì)能夠有效幫助設(shè)計(jì)人員了解儀器儀表特征與運(yùn)行需求，提升儀器儀表質(zhì)量，增強(qiáng)其使用的安全性與可靠性。因此，在設(shè)計(jì)生產(chǎn)過程中，應(yīng)做好可靠性分析工作，根據(jù)儀器儀表應(yīng)用環(huán)境與要求，進(jìn)行抗干擾的針對(duì)性設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)儀器儀表系統(tǒng)品質(zhì)與質(zhì)量的全面提升。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉勇.儀器儀表的可靠性分析及抗干擾設(shè)計(jì)[J].中國戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，2018（28）：59.

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[3]閆旭.儀器儀表的可靠性分析及抗干擾設(shè)計(jì)[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2017（10）：25-26.