前端數(shù)字化是湖南銀河電氣有限公司為解決復(fù)雜電磁環(huán)境下高精度測量而提出的、符合物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展思路的、可有效提高電子電器產(chǎn)品電磁兼容性的創(chuàng)新理念。前端數(shù)字化是指在測量的最前端——傳感器環(huán)節(jié)就將被測信號(hào)就地?cái)?shù)字化，數(shù)字信號(hào)采用光纖或纜線傳輸至各種類型的計(jì)算機(jī)，利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的運(yùn)算處理能力，對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行分析、處理后用于顯示或控制。

 

 

 

 

一、前端數(shù)字化技術(shù)背景

　　電磁波作為一種特殊形態(tài)的物質(zhì)，廣泛存在于整個(gè)宇宙中。電磁環(huán)境是指存在于給定場所的所有電磁現(xiàn)象的總和，是由各種電磁波構(gòu)成的環(huán)境，具有空間、時(shí)間和頻譜三個(gè)要素。它由人為電磁環(huán)境和自然電磁環(huán)境組成。

　　電磁波無時(shí)無刻不在影響著人們的生活及生產(chǎn)，電磁能的廣泛應(yīng)用，使工業(yè)技術(shù)的發(fā)展日新月異。電磁能在為人類創(chuàng)造巨大財(cái)富的同時(shí)，也帶來一定的危害。無線通訊技術(shù)、電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等的高速發(fā)展及運(yùn)用，導(dǎo)致電磁環(huán)境日趨復(fù)雜，復(fù)雜電磁環(huán)境泛指由密集、重疊、無序的電磁波構(gòu)成的電磁環(huán)境。

　　在軍事領(lǐng)域，復(fù)雜電磁環(huán)境用于特指作戰(zhàn)時(shí)空內(nèi)，人為電磁發(fā)射和多種電磁現(xiàn)象的總合，是信息化戰(zhàn)爭的舞臺(tái)，是信息化戰(zhàn)場的基本特征。

二、前端數(shù)字化技術(shù)概述

　　IEC指出：將被測參量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量參數(shù)更為合理，原因在于對(duì)傳統(tǒng)模擬量輸出變送器的模擬量輸出要求是基于有局限的常規(guī)技術(shù)，并非依據(jù)使用被測參量信息的設(shè)備的實(shí)際需要。

　　電磁干擾與傳染病的傳播非常類似，包括干擾源、傳播途徑、敏感設(shè)備三個(gè)環(huán)節(jié)，且三個(gè)環(huán)節(jié)缺一不可。換言之，消除或降低干擾源的發(fā)射，切斷或抑制傳播途徑，提高敏感設(shè)備的抗干擾能力均可有效的抑制電磁干擾，實(shí)現(xiàn)“電磁兼容”。

　　工業(yè)現(xiàn)場電磁環(huán)境日益復(fù)雜，測試設(shè)備的現(xiàn)場抗干擾能力至關(guān)重要。每個(gè)研究測試設(shè)備的廠家都會(huì)在抗干擾方面進(jìn)行相關(guān)研究，以提高產(chǎn)品的抗干擾能力。但是，信號(hào)傳輸線路這一環(huán)節(jié)，往往交給了用戶。由于用戶的專業(yè)知識(shí)有限，對(duì)于傳輸環(huán)節(jié)的干擾不能很好處理。而廠家往往又不能對(duì)傳輸環(huán)節(jié)負(fù)責(zé)，傳輸環(huán)節(jié)成了電磁入侵的主要途徑。

　　通過數(shù)字化和光纖傳輸，切斷了電磁干擾的傳播途徑，可以有效的抑制電磁干擾，是AnyWay的前端數(shù)字化理念的理論基礎(chǔ)。

　　前端數(shù)字化是湖南銀河電氣有限公司為解決復(fù)雜電磁環(huán)境下高精度測量而提出的、符合物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展思路的、可有效提高電子電器產(chǎn)品電磁兼容性的創(chuàng)新理念。前端數(shù)字化是指在測量的最前端——傳感器環(huán)節(jié)就將被測信號(hào)就地?cái)?shù)字化，數(shù)字信號(hào)采用光纖或纜線傳輸至各種類型的計(jì)算機(jī)，利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的運(yùn)算處理能力，對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行分析、處理后用于顯示或控制。數(shù)字化的傳感器或變送器等，則稱為數(shù)字化前端。

　　采用數(shù)字化前端、計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)傳輸構(gòu)建各類各類高性能的測試、測量、控制產(chǎn)品/系統(tǒng)，是物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的必然發(fā)展趨勢，而采用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)各類專業(yè)功能的思路，與虛擬儀器技術(shù)相似，通過軟件升級(jí)替代硬件產(chǎn)品更新?lián)Q代，可以有效的保護(hù)用戶投資。

三、前端數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用

　　前端數(shù)字化技術(shù)已成功應(yīng)用到AnyWay系列測控產(chǎn)品，如SP系列變頻功率傳感器，DT系列數(shù)字變送器，DM系列分布式測試子站等。以下為SP變頻功率傳感器為例簡單介紹其原理：

 

圖1 采用前端數(shù)字化技術(shù)的SP系列變頻功率傳感器

　　每個(gè)變頻功率傳感器包含一對(duì)與WP4000變頻功率分析儀相連的光纖。每對(duì)光纖包含下行光纖和上行光纖，下行光纖用于設(shè)置傳感器運(yùn)行參數(shù)和協(xié)調(diào)多個(gè)傳感器之間的同步采樣。上行光纖負(fù)責(zé)將傳感器采樣結(jié)果上傳至變頻功率分析儀。

四、前端數(shù)字化優(yōu)點(diǎn)

　　由于變頻功率分析儀只對(duì)進(jìn)行數(shù)值運(yùn)算，并不會(huì)增加誤差，變頻功率傳感器（數(shù)字前端）的誤差就是系統(tǒng)的誤差。根據(jù)IEC相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)功率測量系統(tǒng)的誤差評(píng)價(jià)方法，模擬量傳輸計(jì)量系統(tǒng)及常規(guī)數(shù)字傳輸計(jì)量系統(tǒng)的功率誤差的評(píng)價(jià)如下：

圖2 前端數(shù)字化技術(shù)提高了測試系統(tǒng)的系統(tǒng)精度

　　由于前端數(shù)字化系統(tǒng)在傳感器內(nèi)部就將被測信號(hào)數(shù)字化，并且采用光纖傳輸，完全避免了傳輸環(huán)節(jié)的損失與干擾，特別適合復(fù)雜電磁環(huán)境下的高精度測量，并方便網(wǎng)絡(luò)化、智能化應(yīng)用，符合物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展潮流與理念。

---