前端数字化实现复杂电磁环境下的高精度测量

 

　　前端数字化是湖南银河电气有限公司为解决复杂电磁环境下高精度测量而提出的、符合物联网发展思路的、可有效提高电子电器产品电磁兼容性的创新理念。前端数字化是指在测量的最前端——传感器环节就将被测信号就地数字化，数字信号采用光纤或缆线传输至各种类型的计算机，利用计算机强大的运算处理能力，对数字信号进行分析、处理后用于显示或控制。

——AnyWay

　　电磁波作为一种特殊形态的物质，广泛存在于整个宇宙中。电磁环境是指存在于给定场所的所有电磁现象的总和，是由各种电磁波构成的环境，具有空间、时间和频谱三个要素。它由人为电磁环境和自然电磁环境组成。

　　电磁波无时无刻不在影响着人们的生活及生产，电磁能的广泛应用，使工业技术的发展日新月异。电磁能在为人类创造巨大财富的同时，也带来一定的危害。无线通讯技术、电力电子技术、计算机技术等的高速发展及运用，密集、重叠、无序的电磁波构成了复杂电磁环境（在军事领域，复杂电磁环境用于特指作战时空内，人为电磁发射和多种电磁现象的总合，是信息化战争的舞台，是信息化战场的基本特征）。

　　IEC指出：将被测参量转变为数字量参数更为合理，原因在于对传统模拟量输出变送器的模拟量输出要求是基于有局限的常规技术，并非依据使用被测参量信息的设备的实际需要。
　　解读：

　　测量的目的是基于某种需要对被测量的信息进行感知、分析和处理。其核心价值在于对测量行为所“获取信息”的完整性、正确性和准确度。随着计算机技术的发展，采用数字信号表示信息已经越来越普及。相对模拟信号而言，数字信号具有更强的信息承载能力和抗干扰能力。在信号被转成数字量之前的传输环节越少，传输距离越短，信号的损失与干扰越小。

　　电磁干扰的传播环节为：干扰源——>传播途径——>敏感设备。传感器与二次仪表之间的模拟量传输线路，既是被测量信息的传播途径，也是外部干扰的主要入侵途径。

　　电磁环境日益复杂，经实验室计量检定的高精度测量装置，在工业现场受电磁干扰的影响，不一定能够发挥其应有的精度特性，甚至不一定能够正常运行。

　　AnyWay系列测试产品通过前端数字化和光纤传输，截断电磁干扰的主要传播途径，有效的提高了系统的电磁兼容能力；数字化前端方便网络化，智能化的应用，符合物联网发展需要。

　　工业社会的快速发展使对测量的准确性、合理性和高效率提出了更高的要求，显而易见，融合着现代计算机技术、网络技术、通讯技术、自动化技术等的数字化设备，其信息和数据的分析处理能力更强，智能化、自动化程度更高，适应日益复杂的现场电磁环境的能力更强，它必将成为测量系统中不可或缺的核心构件。开发基于前端数字化的传感器/变送器和效率更高、分析运算能力更强的数字化测量二次设备也必然成为测试技术发展的主流方向。

　　IEC指出：所有仪表和测量装置的误差都必须进行实际测量，未经测量，仅是以其它测量中计算出来的和引用电压、电流和功率因数组合的误差，不能作为评价装置基本误差的依据。

　　解读：

　　常规的测量方法是：电压/电流传感器先将高电压/大电流信号变换为低电压/小电流信号，再连接到分析仪，分析仪只测量低电压和小电流信号。这种方式下，传感器和分析仪之间的传输线路会引入测量误差，量程匹配不当、阻抗匹配不当等原因会加大测量误差，另外，也给误差的评估造成困难。

　　WP4000变频功率分析仪，不论是低电压、小电流还是高电压、大电流信号，均可采用各种不同量程的变频电量变送器(SP系列变频功率传感器或DT系列数字变送器)直接连接一次回路，变送器直接输出数字信号，二次仪表只是对数字信号进行必要的运算，并不会增加误差，这样，引入误差的环节只有一个，只需要对变频电量变送器的误差进行试验，即可确定整个系统的误差。

　　根据IEC相关标准对功率测量系统的误差评价方法，模拟量传输计量系统及常规数字传输计量系统的功率误差的评价如下：

 

图：前端数字化计量系统的优势

　　更多特点：

　　宽幅值范围——硬件特点之二

　　宽频率范围——硬件特点之三

　　宽相位范围——硬件特点之四

　　超强运算力——硬件特点之五

　　扩展阅读：

　　1、AnyWay前端数字化产品抗干扰能力如何？

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