关键词：电磁波；计量信号；干扰；策略
引言
众所周知，电磁干扰无处不在，对于电磁干扰的控制是一个比较复杂的问题，从单一方面考虑制定的措施往往都效果有效，只有因地制宜，采取有针对性的防止电磁干扰的设计措施，才能最大限度地降低电磁波干扰对计量信号的影响，进而使得控制系统的运行更加平稳可靠。
1 电磁干扰的来源
电磁干扰是由部分失去了利用价值的信号或者外部噪音直接产生，电路与电场是其主要的传播途径。电池干扰的主要来源有以下方面：一方面是变频器启动与闭合过程中产生辐射电场，从而转化成电磁干扰。在实际的生产中，该过程会产生谐波，谐波的产生与传输都会给附近的电气设备的正常运行产生干扰。在变频器中议案都使用了脉冲宽度调制手段，若其高速运转过程中进行状态切换时，也会产生大量的偶合噪声，这类噪声也会对系统内的电气与电子设备的运转造成干扰。另一方面是处于运行状态的动力线产生的电磁波对信号线的运行造成干扰现象。现代工业生产中，还存在许多生产现场的动力线与信号线安装、布线不科学的情况，电磁干扰的现象就会暴露出来。
2电磁干扰的表现形式
它会干扰脉冲信号的计量，一些感应产生的电压会被误计量为有效脉冲信号，导致计量不准确。变频器的干扰问题主要体现在对计量信号的采集方面，主要体现在：电机在运行过程中可能突然停机导致计量信号采集的缺失；电机运行时快时慢，运行速度不稳定可能导致计量信号采集的数据不准确等等问题。其干扰途径与一般电磁干扰途径是一致，主要分电磁辐射、感应耦合。具体为：对周围的电子、电气设备产生电磁辐射；变频器对相邻的其他线路产生感应耦合，感应出干扰电压或电流。同样，系统内的干扰信号通过相同的途径干扰变频器的正常工作。下面分别加以分析。
2.1 电磁辐射形式
这种形式主要是由于在带有静电荷的粒子加速传输的过程中，会根据电磁波的频率将其转换成红外线、紫外线、可见光、无线电波、微波等形式。由此看出，电磁波辐射存在于各种环境中，不但会影响电气元件与设备的运行，也会给人体健康带来一定的影响。因此，在实际的生产中，必须加强电磁波辐射的控制，降低电磁波给生产、人体的影响。
2.2感应耦合
感应耦合主要指动力线路和信号线路之间的耦合会产生电磁感应，而该感应会使信号线路上产生感应电动势，这个电动势就可能会被误计为信号脉冲，进而导致信号计量出现不准确。现实中，感应耦合的影响效果与两个线路间的耦合强度和电阻大小有关，而且还会随着谐波的增高而不断增高。
3有效控制电磁波干扰计量信号的策略
3.1选用频率不高的微控制器
选用频率相对较低的微型控制器可以有效的提高系统抵抗干扰的能力以及对噪音的有效降低。据统计具有同样频率的方波和正弦波，其中高频波的成分较多是方波，虽然方波的高频率波的成分要比基波的小，但是实践证明，频率越高在进行发射的时候产生噪音的几率就会增大，而微波控制器在产生高频噪音的几率要大于时钟频率，因此要选择好频率较低的控制器。
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3.2电缆选择与敷设
一般情况下，电缆在敷设前没有金属屏蔽装置，所以在选择好电缆并进行敷设时，应使用金属屏蔽，提高电缆的抗干扰能力。电缆敷设过程中，提高抗干扰能力的方式有以下几种：首先，将信号线缆与高压电缆分开敷设，并让两者保持较远的距离；其次，装置配电设备时，应选择底面有屏蔽槽沟的装置，便于安装屏蔽槽；然后，内部电缆的装置路径设计上，尽量与避雷针、偶合电器保持最远的距离，必要情况下，可选择使用优质的控制电缆且完成屏蔽线敷设工作[3]。另外，电缆敷设过程中，还需要为其设置专有的铭牌，将线路的走向、编号、安装情况等进行清楚的标志，如此以来，线路敷设过程中才能设计科学的抗干扰方式，进而减少电磁干扰对计量信号采集的影响。
3.3增大与干扰源间的距离
现实中，我们发现当变频柜和微机柜安置的比较接近时，那么干扰问题就比较严重。而且信号线和动力线采取一起敷设时，电磁干扰影响也比较大。那么根据干扰影响的强弱与距离成反比的这一特性，我们就可以通过增大干扰源与计量信号采集器间的距离的方式来对干扰影响加以控制。
3.4模拟局部放电电磁波信号的重构
利用双指数衰减振荡函数来模拟局部放电辐射的 UHF 信号 为式中： G 为局放脉冲的幅值； τ 为衰减常数； f c 为中心振荡频率； t 0 为起始时刻。假设信号采集系统的采样频率为 25 GHz ，信号的时间长度为 20 ns(500个采样点 ) ，式 (30) 中，取 G=10 ，不同的衰减系数 τ和中心振荡频率 f c 得到 2 个仿真信号：仿真信号 1中 τ =4 ns ， f c =1 GHz ；仿真信号 2 中 τ =1 ns ， f c =3GHz ；局部放电脉冲的起始时刻 t 0 =2 ns 。在模拟信号中加入相关性未知的 Gauss 白噪声 ( 信噪比 =5 dB) 及幅值为 0.5 V 、频率为 1.8 GHz 的定频干扰，加入噪声后的信号波形， 1~6 GHz 范围内的频谱。信号的 3 阶累积量反应其概率密度函数的对称性，概率密度函数对称的信号的 3 阶累积量恒为0，周期性窄带信号可近似认为概率密度函数对称。利用加入干扰后仿真信号的 3 阶累积量，进行模型参数辨识， ARMA 模型重构信号的 Fourier变换幅值，及双谱估计的方法重构信号的 Fourier变换相位。不考虑重构信号的时间移位，将重构的时域信号和不含有噪声的仿真信号的起始时刻平移到从 0开始。由仿真结果知，利用高阶累积量能有效地从含有 Gauss 噪声和定频干扰的观测信号中，辨识ARMA(p, q) 模型的阶数和参数，从而重构有用信号Fig.2 Time-domain reconstruction of the simulated signal的 Fourier 变换幅值和相位，最终重构出只相差常数幅值因子和时间移位的时域信号。重构得到的待测信号频谱幅值与原信号的频谱幅值相差的常数因子为e 2γ ，即输入非 Gauss 白噪声 e(n)的功率谱密度，故只要选择相同的e 2γ ，则信号的幅值大小关系不变，可评估局部放电的严重程度。利用双谱重构得到信号的相位存在的线性相位差，可由时域信号的重构结果的时间移位表示。
结语
此可知，电磁波干扰会对计量信号采集造成很大的影响，想要彻底控制电磁波干扰却困难重重，仅从单方面采取相关的措施，虽然具有一定的控制效果，但是也存在一定的缺陷。所以，在实际的抗干扰设置中，需要因地制宜，科学选择合适的抗干扰办法，尽量降低电磁波干扰给计量信号采集的影响，促进控制系统稳定运行。
参 考 文 献
[1] 李小腊 . 关于有效控制电磁波对计量信号干扰的策略探讨 [J]. 技术与市场 , 2018(4).
[2] 谭昱 . 调频广播有效避免民航信号干扰的方法 [J]. 电子技术与软件工程 , 2016(21):42-42.
[3] 卫蔚 , 石森 . 电磁信号检测的随机共振方法与应用研究 [J]. 工业计量 , 2017(5):9-11.
论文作者:陈攀
论文发表刊物:《科学与技术》2019年14期
论文发表时间:2019/12/5
标签：信号论文; 干扰论文; 电磁波论文; 电磁干扰论文; 频率论文; 重构论文; 感应论文; 《科学与技术》2019年14期论文;