001 可靠性和抗干扰设计概述20091107
可靠性与抗干扰技术概述1.4~1.5
电磁兼容性设计及常用术语：一，电磁兼容性设计及内容：（1）对周围电磁干扰物理特性进行估算与测定（2）对设备承受电磁干扰能力，及抗干扰裕度进行分析计算或试验测定。
前者要求对电子设备所处电磁环境进行评估，要研究电磁干扰源的特性及干扰传播途径，估算和测定出现有环境条件下可能出现的最大干扰强度。
或者要求对可能受干扰影响的设备的抗干扰能力作出评价，利用分析计算方法或者实验测量求得设备承受电磁干扰极限值和噪声敏感度，提高信噪比等。
干扰源强度X传播衰减因子<设备抗干扰能力“电磁相容性不等式”中的三个因素可以分别或同时采取措施，使不等式成立。
二，常用名词术语：1，噪声：叠加于有用信号上，使原来有用信号发生畸变的变化电量叫电噪声，简称噪声。
2，干扰：由于噪声在一定条件下影响和破坏设备或系统的正常工作，所以通常把具有危害性的噪声称为干扰。
3，干扰源：产生干扰的主体称为干扰源4，受扰体：指受到干扰危害的设备或系统，亦称为干扰对象或受干扰对象5，内部干扰：产生于设备或系统内部的干扰、6，外部干扰：产生于设备或系统外部的干扰，及设备系统之间的电磁干扰。
7，系统：人们对之进行设计，安装或管理控制的一些设备、装置的综合体。
8，干扰量：危害设备或系统正常工作的电磁能量。
9，传导：经过金属线路传输电磁能量的方式。
10，辐射：经自由空间传播电磁能量的形式11，传导干扰：沿导体传播的电磁能量干扰12，辐射干扰：通过自由空间传播电磁能量而造成的干扰。
13，耦合：泛指两个或两个以上体系或运动形式之间相互作用而彼此发生关联的想象。
这里只干扰源和受扰体之间通过电磁两产生联系的现象，或者说受扰体获得干扰的方式14，耦合途径：之干扰源对受扰体发生作用是电磁能量的传播媒质，或称耦合通道。
15，传导耦合：指指电导性（欧姆接触）、电容性、电感性耦合之一或二、三者的结合16，电感耦合：干扰源和受扰体之间通过交变磁场产生的耦合17，电容耦合：干扰源和受扰体之间通过电场能量产生的耦合18，公共阻抗耦合；干扰源和受扰体之间通过公共导线的电阻、电感、容抗产生的耦合。
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。
可靠性和抗干扰设计汇总
各类产品常用的可靠性指标
使用条 件
连续使用
可修复
一次使用 不可修 复
可否 修复 维修 种类 产品 示例 常用 指示
不可修复
一定时间 后报废
实行预防 维修的零 部件、广 播设备用 电子管
可修复
预防维修
预防维修
事 后 用到耗 维修 损期
电子元器 件、机械 零件、一 般消费品 失效率、 平均寿命
电子系统、计 家 用 电 算机、通信机、 器、机 雷达、飞机、 械装置 生产设备 可靠度、有效 度、平均无故 障工作时间、 平均修复时间
• 在单片机系统中，为了提高供电系统的质量，防止窜入干扰，建议采 用如下措施： • （1）单片机输入电源与强电设备动力电源分开。 • （2）采用具有静电屏蔽和抗电磁干扰的隔离电源变压器。 • （3）交流进线端加低通滤波器，可滤掉高频干扰。安装时外壳要加 屏蔽并使其良好接地，滤波器的输入、输出引线必须相互隔离，以防 止感应和辐射耦合。直流输出部分采用大容量电解电容进行平滑滤波。 • （4）对于功率不大的小型或微型计算机系统，为了抑制电网电压起 伏的影响，可设置交流稳压器。 • （5）采用独立功能块单独供电，并用集成稳压块实现两级稳压。例 如主板电源先用7809稳压到9V，再用7805稳压到5V。 • （6）尽量提高接口器件的电源电压，提高接口的抗干扰能力。例如 用光耦合器输出端驱动直流继电器，选用直流24V继电器比6V继电器 效果好。
平均无故 障工作时 间、有效 寿命、有 效度
武器、过 保险丝、 载荷继电 闪光灯雷 器、救生 管 器具
失效率 , 更 换 寿 成功率 命
成功率
系统可靠性设计任务与方法
• 可靠性设计的任务
内部：元器件本身的性能与可靠性 系统结构设计 安装与调试 外部：电气条件 外部：空间条件 外部：机械条件
可靠性和抗干扰技术研究
可靠性和抗干扰技术研究【摘要】本文研究了可靠性和抗干扰技术。
【关键词】可靠性；抗干扰技术许多控制系统，如pLC、单片机等，其编程简单、可靠性高、通用性好、功能强等，而且越来越广泛地应用于工业控制领域。
由于直接用于工业控制中，要把它设计成能在各种环境条件下可靠的工作，并且每个控制环节都有自己的技术条件。
尽管如此，在现场环境过于恶劣，如温度过高、湿度过大、震动和冲击太强，以及电磁干扰严重或安装使用不当等，都会直接影响设备的正常、安全、可靠的运行。
因此，分析研究系统可靠性和抗干扰技术是十分必要的。
1.系统应用中的可靠性分析设计1.1环境技术条件分析设计环境对系统的影响主要体现在温度、湿度、振动和冲击的影响。
过高的温度，会使集成电路、晶体管半导体器件性能恶化，寿命降低，电容器件漏电流增大，模拟电路的工作点偏移等。
温度过低，可能会引起控制系统动作不正常，特别是温度的急剧变化，由于电广器件热胀冷缩，更容易引起器件的特性变坏。
温度过大的环境中，水分容易通过模块上的集成电路的金属表面缺陷浸入内部，印刷板可能由于高压或高温使电路引起短路；极干燥的环境下，绝缘物体上可能带静电，特别是MOS集成电路，由于静电感应强而损坏。
一般系统能承受的振动和冲击频率为10-55Hz，振幅为0.5mm，超过这个极限，可能会引起电磁阀或断路器误动作，机械结构松动，电气部件疲劳损坏以及连接器的接触不良等后果。
针对卜述问题，必须对具体应用场合采用相应的改善环境的措施。
（1）控制系统的环境温度极限超过55℃时，盘、柜内必须设置风扇或冷风机，通过滤波器把自然风引入。
有条件的还可把控制系统置于空调室内，防止阳光直射，同时在安装如电阻器或电磁接触器等发热元件时，要远离控制器或把控制器安装在下面。
为了保证可靠性，环境温度最好控制在30℃以下，即留有三分之一的富余量；对于温度过低，盘、柜内可设置加热器，控制温度保持在所要求的范围之内。
（2）若环境的湿度过大，盘、柜设计成密封型，并放入吸湿剂，或把外部干燥空气引入柜内，印刷板上最好再覆盖一层保护层，如喷松香水等，在湿度低即干燥的场台进行检修时，人体尽量个接触集成电路块的电子元件，以防感应电损坏器件。
机电一体化技术基础课件：可靠性和抗干扰技术
可靠性和抗干扰技术
整改方案： 将地线与接地桩的连接改为汇流排连接； 将40 kA避雷器的地线改为25 mm以上地线； 将ONU和SDH的地线用25 mm以上的短线先连到配
线架，再通过45 mm以上的地线连接到接地桩。经长时间 的运转后情况正常。
这是一起典型的因接地技术干扰引起的机电系统可 靠性故障。
可靠性和抗干扰技术 (3) 继电器隔离。
利用继电器线圈和触点实现强电和弱电的隔离(如图614所示)。
继电器隔离只适合于开关量信号的传输。
可靠性和抗干扰技术
3) 滤波 滤波：只让所需要的频率成分通过，而将干扰频率成分加
以抑制。 常用滤波器根据其频率特性又可分为低通、高通、带通、
带阻滤波器。
①低通滤波器：只让低频成分通过，而高于截止频率的成分则受到抑制、 衰减，不让通过。
40 kA避雷器的泄放地线只有4 mm (如图6-2所示的细线截面积)
可靠性和抗干扰技术
(3) 接地网络不符合均压等电位原则
配线架、ONU(光节点)、SDH (同步数字光端机)三台设备各自分别 接地。由于三根地线长短粗细和泄放电流大小不一，当用户线上的雷击 电流进入配线架时，配线架保安单元泄放电流，地线AD上会产生数千伏 的浪涌电压，而B点、C点和D点的电位仍然为零伏。AD线上的数千伏电 压，导致用户板损坏，这就是地电位反弹。
上述案例告诉我们，产品设备首先必须稳定、可 靠地工作。可靠性( Reliability)是系统和产品的主要属 性之一。
可靠性和抗干扰技术
6.1 认识可靠性
1. 什么是可靠性 1）定义 可靠性：指产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定的功
能的能力。
2）可靠性定义三要素（三个“规定”） （1）规定条件
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随着科技的不断进步，仪器仪表已经成为各行各业必不可少的工具。
在电力、通信、航空等领域中，仪器仪表的作用更是不可替代。
因此，仪器仪表的可靠性分析及抗干扰设计显得极为重要。
1、可靠性概念可靠性是指在一定时期内，设备或系统产生正常允许使用或完成所要求的功能的概率。
在仪器仪表中，可靠性指该设备或系统在使用过程中所产生的结果是否符合预期。
如果结果符合预期并能够持续合理时间，那么该设备或系统就可以被认为是可靠的。
2、可靠性分析方法可靠性分析方法主要有故障模式及其影响分析法（FMEA）和故障树分析法（FTA）。
相关信息可以在技术书籍或网络上获得。
由于现代工业环境的复杂性，仪器仪表设备易受到许多干扰源的干扰，包括电磁干扰、静电干扰等等。
因此，抗干扰设计是仪器仪表设备不可或缺的一部分。
本文介绍几种常见的抗干扰设计方法：1、屏蔽措施屏蔽是最常见的一种抗干扰措施，其目的是将自身所产生的电磁场影响最小化，同时也可以减小外部电磁场对设备的影响。
常用的屏蔽材料有铜网、镍银金属丝等，还可以采用屏蔽开关和屏蔽变压器等方式。
2、滤波措施滤波是消除外部电磁干扰的一种有效措施。
其作用是将频率范围内的电磁波信号滤除，可以采用RC滤波器、LC滤波器、RCL滤波器等方式。
3、接地措施接地是一种消除静电干扰的有效措施。
其目的是在设备起点和地点之间建立一个等电势面，以使设备上的静电干扰流过地点而不会对设备产生影响。
常用的接地方式有单点接地、多点接地、防雷接地等方式。
总之，针对不同的干扰源和设备类型，需要采用不同的抗干扰措施，以保证仪器仪表设备的正常使用。
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现代工程领域中非常重要的一个环节。
它关注着仪器仪表在实际工作中的稳定性、精确性以及抗干扰能力。
以下是对这一问题的详细分析：可靠性分析是对仪器仪表在特定条件下工作过程中出现故障的可能性进行评估。
一般来说，可靠性分析可以通过以下的步骤来进行：2. 可靠性需求分析：根据系统要求和实际工作条件，确定仪器仪表的可靠性需求。
这些需求通常包括故障率、平均无故障时间、可用性等指标。
3. 可靠性评估：通过数学方法、实验测试或模拟仿真等手段，对仪器仪表的可靠性进行评估。
评估的依据通常是故障模式、失效数据和系统工作条件等。
4. 可靠性改进：根据评估结果，采取相应的措施来提高仪器仪表的可靠性。
这些措施可能包括优化设计、改进制造工艺、加强故障预测和维护等。
抗干扰设计是指对仪器仪表进行设计和优化，以减少外部干扰对其工作的影响。
由于现代工作环境中存在各种干扰源，如电磁干扰、震动干扰等，抗干扰设计成为保证仪器仪表工作稳定性和准确性的重要手段。
以下是一些常用的抗干扰设计方法：1. 电磁屏蔽设计：通过在仪器仪表周围设置屏蔽罩、屏蔽室等结构，减少电磁干扰对仪器仪表的影响。
还可以采用合适的线路布局和接地方法来提高系统的抗干扰能力。
2. 信号调理设计：通过引入滤波器、放大器等信号调理模块，对测量信号进行滤波、放大和增强，以提高信号的抗干扰能力。
还可以采用差分输入结构、抗击穿设计等方法来提高系统的抗干扰性能。
3. 故障检测和容错设计：通过引入故障检测模块和容错机制，可以及时发现故障并采取相应的措施，以保证仪器仪表在故障状态下仍能正常工作。
4. 抗振设计：通过合理的机械结构设计、减振材料的使用等方法，减少震动干扰对仪器仪表的影响，提高系统的稳定性和准确性。
仪器仪表的可靠性分析和抗干扰设计都是确保仪器仪表工作稳定性和准确性的重要环节。
通过合理的分析和设计，可以提高仪器仪表在各种复杂环境下的工作性能，确保其在实际工作中的可靠性和抗干扰能力。
1-可靠性设计概述
1.1.2可靠性研究的重要性及其意义
3）产品更新速度的加快，使用场所的广泛性、 严酷性要求有很高的可靠性 1986年1月28日美国航天飞机“挑战者” 号在发射后进入轨道前，因助推火箭燃料箱 密封装置在低温下失效，使燃料溢出发生爆 炸——7人死亡，12亿美元损失。
“挑战者”号爆炸情景
1.1.2可靠性研究的重要性及其意义
规定条件：一般指的是使用条件,环境条件。 包 括应力温度、湿度、尘砂、腐蚀等，也包括操作 技术、维修方法等条件。
规定时间：是可靠性区别于产品其他质量属性的重要 特征，一般也可认为可靠性是产品功能在时间上的稳 定程度。 规定功能：道德要明确具体产品的功能是什么，怎样 才算是完成规定功能。产品丧失规定功能称为失效， 对可修复产品通常也称为故障。
1.1.1可靠性研究的历史
中国：20世纪70年代从国外引进可靠性标准资 料 1976年颁布了第一个可靠性标准“可靠性 名词术语”SJ1044-76； 1979年颁布了第一个可靠性国家标准“电 子元器件失效率试验方法”GB1977-79； 70年代后期：开展军用产品可靠性研究工 作； 80年代：可靠性研究工作广泛开展； 90年代：开展机械可靠性设计工作。
可靠性的类型
可靠性可分为固有可靠性和使用可靠性 固有可靠性是通过设计、制造赋予产品 的可靠性； 使用可靠性既受设计、制造的影响，又 受使用条件的影响。一般使用可靠性总 低于固有可靠性。
可靠性的类型及影响因素
可靠性类型 影响因素 零部件材料 设计技术 制造技术 使用、安装、维修 影响程度 30% 40% 10% 20%
1.4.4 平均寿命
平均寿命：平均寿命是寿命的平均值，对不可修复产品 常用失效前平均时间，一般记为MTTP，对可修复产品则 常用平均无故障工作时间，一般记为MTBF。它们都表示 无故障工作时间T的期望E（T）或简记为t。 如已知T的概率密度函数f（t），则
智能仪表与设计抗干扰和可靠性技术资料
二、可靠性保障基本技术
❖ 系统方案设计时的可靠性原则 ❖ 元器件的合理选用 ❖ 元器件的筛选 ❖ 降额设计 ❖ 其他……
① 系统方案设计时的可靠性原则
❖ 简化方案 ❖ 避免片面追求高性能指标和过多的功能 ❖ 合理划分软件、硬件功能 ❖ 尽可能用数字电路代替模拟电路 ❖ 变被动为主动
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② 元器件的合理选用
❖ 分立半导体器件的使用 ❖ 固定电阻和电位器 ❖ 电容器 ❖ 电感 ❖ 集成芯片的选择
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分立半导体器件有哪些?
分立半导体器件的使用
❖ 电压应力 ❖ 电流应力 ❖ 工作频率 ❖ 型号互换 意义：减少MTTR指标
原则：类型相同、特性相近、外形相似
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固定电阻和电位器
❖ 阻值稳定性 ❖ 工作频率 ❖ 功率负荷 ❖ 噪声
❖
热设计
❖ 容差与漂移设计
❖ 瞬态过应力的防护设计
❖ 可维护性设计
❖ 电气互联的可靠性设计
❖ 机械防振设计
❖ 气候环境防护设计
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热设计
❖ 加散热片 ❖ 合理安排元器件布局 ❖ 开通风孔 ❖ 不能单纯追求仪表体积的小型化 ❖ 尽量选择低功耗的器件
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三、智能仪表的抗干扰技术
1. 外部干扰
电网干扰 环境干扰
❖ 模拟器件（模拟滤波芯片）
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③ 元器件的筛选
❖ 元器件的失效特点 ❖ 元器件筛选的意义
元器件的失效特点
经典浴盆曲线
失效率λ(t) 初始期
使用寿命期
衰老期
经典浴盆曲线
0
新浴盆曲线
时间 ( t)
返回
元器件的筛选
项目 元器件筛选 印制板调试 整机调试 用户使用
可靠性与抗干扰技术概述
如果用随机变量T表示产品从 开始工作到发生失效或故障 的时间，其概率密度为f（t） 如上图所示，若用t表示某一 RETN 指定时刻，则该产品在该时 STOP 刻的可靠度
NEXT
R(t) P(T t)
第4页
失效率
失效率：失效率是工作到某时刻尚未失效 的产品，在该时刻后单位时间内发生失效 的概率。一般记为λ,它也是时间t的函数,故 也记为λ(t),称为失效率函数,有时也称为故 障率函数或风险函数.
内
– 安装与调试
– 外部电气条件
– 外部空间条件
外
– 外部机械条件
RETN 可靠性设计的一般方法
– 元器件级可靠性措施
STOP
– 部件及系统级的可靠性措施
NEXT
第 14 页
元器件级可靠性措施
严格管理元器件的购置、储运； 老化、筛选、测试 降额使用 选用集成度高的元器件
RETN STOP NEXT
混联结构模型
RETN STOP NEXT
第 11 页
K/n 系统
K/n系统即 n中取K表决系统。 对于一个2／3系统，只要任意两个模块正
常或上均正常，系统的可靠度为： R2,3=3R2-2R3
RETN STOP NEXT
第 12 页
各类产品常用的可靠性指标
使用条 件
可否 修复
连续使用
可修复
并联系统对提高系统的可靠度有显著的效 果
RETN STOP NEXT
第8页
混联结构模型
混联系统是由串联和并联混合组成的系统。 混联结构应用较多的是双重结构，又叫备
份系统。有如图1.2-7所示的三种结构形式。
RETN STOP NEXT
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科学实验、工程技术和生产管理中必不可少的工具，其可靠性和抗干扰性是保证测量准确性和可重复性的关键因素。
本文将从可靠性分析和抗干扰设计两个方面对仪器仪表进行详细探讨。
一、可靠性分析1. 可靠性指标仪器仪表的可靠性指标是评价其性能的重要指标之一。
主要包括以下几个方面：（1）故障率：是指单位时间内发生故障的次数，可以通过故障的数量和总的运行时间计算得到。
（2）平均无故障时间（MTBF）：是指仪器仪表在正常使用情况下的平均连续使用时间。
（3）可靠度：是指仪器仪表在给定时间内正常使用的概率，一般以百分比表示。
（4）故障恢复时间：是指从发生故障到修复完成所需要的时间。
2. 可靠性分析方法可靠性分析是通过对仪器仪表的故障数据进行统计和分析，来评估其可靠性的一项工作。
常用的可靠性分析方法包括：（1）故障模式与效果分析（FMEA）：通过对仪器仪表的各个部件进行分析，确定可能的故障模式，评估其对整个系统的影响，并提出相应的改进措施。
（2）故障树分析（FTA）：通过构建故障树，分析系统故障发生的概率，以及各个子系统之间的关联性，从而确定影响系统可靠性的关键因素，并制定相应的改进方案。
（3）可靠性增长分析：通过对多个相同类型的仪器仪表进行可靠性测试，得到可靠性增长曲线，从而预测出未来某个时间段内的可靠性水平。
二、抗干扰设计仪器仪表在工作过程中会受到各种外界环境和电磁干扰的影响，因此抗干扰设计是确保仪器仪表正常工作的重要手段。
具体的设计要点包括以下几个方面：1. 信号隔离将输入信号与输出信号之间的电路进行隔离，避免干扰信号通过输入端进入仪器仪表系统，保证测量结果的准确性。
2. 屏蔽设计在关键部位采用金属屏蔽罩或电磁屏蔽材料进行屏蔽，减少外界电磁场对仪器仪表的干扰。
3. 滤波设计在信号处理电路中设置合适的滤波器，滤除高频噪声和低频干扰，保证信号的清晰度和稳定性。
4. 接地设计合理设计接地系统，实现对仪器仪表的良好接地，减少电磁干扰的影响。
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通过对仪器仪表的结构、功能、性能以及受到的各种干扰因素进行分析和评估，从而保证仪器仪表在工作过程中能够稳定、可靠地运行，并且能够抵御各种干扰的影响。
仪器仪表的可靠性分析是对仪器仪表的结构和性能特点进行评估，确定其是否能够满足实际使用的要求。
在进行可靠性分析时，需要考虑到仪器仪表的可靠性指标，包括故障率、可用性、平均寿命等。
通过对仪器仪表的故障模式和失效原因进行分析，可以确定故障的发生概率和影响程度，进而可以优化仪器仪表的设计和维护策略，提高其可靠性。
仪器仪表的抗干扰设计是指在设计和制造仪器仪表时，考虑到可能存在的各种干扰因素，并采取相应的措施来抵御干扰的影响。
干扰因素可以包括电磁干扰、温度变化、振动、湿度等。
在设计过程中，可以采用屏蔽、隔离、滤波等方法来降低干扰的影响。
在选择元件和材料时，要考虑其抗干扰性能，以保证仪器仪表在复杂环境下的准确性和稳定性。
为了提高仪器仪表的可靠性和抗干扰性能，可以采取以下措施：1.采用可靠性分析方法，对仪器仪表的结构和功能进行评估，确定其可靠性指标和失效模式。
2.在设计阶段，考虑到可能的干扰因素，通过电磁屏蔽、隔离、滤波等方法，提高仪器仪表的抗干扰能力。
3.选择可靠性高的元件和材料，如采用工业级元器件和屏蔽性能好的材料，以提高仪器仪表的可靠性。
4.在制造和装配过程中，严格执行质量控制和检验标准，确保仪器仪表的稳定性和工作性能。
5.制定系统的维护方案，包括定期检查、校准和维修，及时排除潜在的故障，提高仪器仪表的可用性。
仪器仪表的可靠性分析及抗干扰设计是保证仪器仪表正常工作的重要保证。
通过对仪器仪表进行可靠性分析和抗干扰设计，可以提高仪器仪表的可靠性和稳定性，确保其在复杂环境下准确可靠地工作。
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随着科学技术的不断进步，仪器仪表作为科学研究、工业生产和日常生活中不可缺少的工具，其可靠性和抗干扰能力越来越受到人们的关注。
本文将从可靠性分析和抗干扰设计两方面探讨仪器仪表的相关问题，以期提高仪器仪表的可靠性和抗干扰能力，从而更好地满足用户的需要。
一、可靠性分析1.1 可靠性的定义可靠性是指在规定的使用条件下，设备或系统在一定时间内完成任务的能力。
它是一个评价设备或系统好坏的重要指标，反映了设备或系统在一定时间内寿命的稳定性和可靠性。
在进行可靠性测试时，需要采用适当的测试方法，以保证测试的准确性和有效性。
常用的可靠性测试方法包括可靠性试验、可靠性增长试验、寿命试验等。
其中，可靠性试验是在规定的使用条件下，通过模拟实际使用环境，对设备或系统进行长时间、大量的测试，以检测其是否满足设计要求。
可靠性增长试验是在设备或系统使用过程中，通过观察设备或系统的运行情况，不断对其进行测试和改进，以提高设备或系统的可靠性。
寿命试验则是对设备或系统进行长时间的测试，以确定其在规定使用条件下的寿命或故障率等参数。
可靠性分析是对设备或系统进行分析和评估，以确定其可靠性和故障率等参数。
可靠性分析的内容包括设备或系统的失效模式与失效率分析、可靠性块图分析、故障树分析等。
失效模式与失效率分析是对设备或系统的失效模式和失效率进行分析，以确定其可能的失效模式和失效率，从而为设备或系统的设计和优化提供依据。
可靠性块图分析是对设备或系统进行功能或结构分解，以确定其各个部分的可靠性及对整体可靠性的影响。
故障树分析则是对设备或系统各个部分的故障进行分析，以确定各个故障之间的关系和影响，从而确定整个系统的可靠性。
二、抗干扰设计2.1 抗干扰的定义抗干扰是指设备或系统在外界干扰下，可以保持其正常的工作状态和性能稳定的能力。
它是衡量设备或系统抵御外界干扰能力的重要指标，也是保证设备或系统正常运行的必要条件。
在进行抗干扰设计时，需要遵循一定的设计原则，以确保设备或系统具有良好的抗干扰能力。
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。
可靠性与抗干扰技术概述1[1].1~1.3
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研究抗干扰技术的重要性：1，数据采集误差大2，控制状态失灵3，数据受干扰发生变化4，程序运行失常可靠性概念：一，可靠性定义及定量描述可靠性是描述系统长期稳定，正常运行能力的一个通用概念，也是产品质量在实践方面的特征表现。
可靠性又是一个统计的概念，表明在某一时间内某个产品或系统稳定正常完成预定功能指标的概率。
对于应用在工业现场的微机测控系统而言，可靠性水平是最重要的质量指标。
1，可靠度：系统在时刻t的可靠度用R（t）表示。
R（t）也是随机变量T大于时间t的条件概率，R（t）=P（T>t）与可靠度相对应的另一个特征量称为不可靠度，用（F）表示，(F)又称为到t时刻为止的累计失效率。
F（t）=1-R（t）2，失效率失效率又称故障率，是指工作到某一时刻尚未失效的产品，在该时刻后单位时间内发生失效的概率。
即某一时刻单位时间内，产品失效的概率记为λ（t）计算机系统的可靠性是制从它开始运行（t=0)到某时刻t这段时间内能正常运行的概率，用R(t)表示．所谓失效率是指单位时间内失效的元件数与元件总数的比例，以λ表示，当λ为常数时，可靠性与失效率的关系为：Ｒ（λ）=e-λu(λu为次方）两次故障之间系统能够正常工作的时间的平均值称为平均为故障时间(MTBF) 如：同一型号的1000台计算机，在规定的条件下工作1000小时，其中有10台出现故障，计算机失效率：λ=10/(1000*1000)=1*10-5(5为次方）千小时的可靠性：R(t)=e-λt=e(-10-5*10^3(3次方）＝0.99平均故障间隔时间MTBF=1/λ=1/10-5=10-5小时．3，平均寿命：产品的平均寿命又称平均无故障工作时间，是产品寿命的平均值。
二，系统的可靠性模型：一个复杂的系统总是有许多的基本元件或部件组成的，如何根据这些元部件的可靠性估计系统的可靠性，是系统可靠性工程研究的重要内容。
1，串联结构模型：串联结构式系统几个功能器件组成，其中任何一个器件失效，都将引起所有部件和整个系统失效。
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③常用术语 信噪比 信噪比 设备或系统某一特定点处信号强度与噪声强度的比 值称为信噪比, S/N(dB)表示. 值称为信噪比,用S/N(dB)表示.
电磁兼容性设计及常用术语( 1.4 电磁兼容性设计及常用术语(续)
信号强度可以分别用功率P,电流I,电压V来表示. 设P1,I1,V1为有效信号的功率,电流,电压;P2 ,I2,V2为噪声信号的功率,电流,电压,则S/N的 定义分别为: P1 S / N = 10 lg dB P2
i =1
式中 Rs (t)——系统的可靠度; Ri (t)——第i个单元的可靠度.
可靠性概念( 1.2 可靠性概念(续)
系统可靠性模型---串联模型 系统可靠性模型---串联模型 -- 若各单元的寿命分布均为指数分布,即 λ t
Ri (t ) = e
i
R s (t ) = ∏ e
i =1
n
λs t
可靠性概念( 1.2 可靠性概念(续)
系统可靠性模型 混联模型 混联模型 可靠性逻辑框图如图所示.
并串联
串并联
1.3 计算机控制系统可靠性设计方法
①影响可靠性的内外因素 内部因素 内部因素 元器件本身性能与可靠性; 元器件本身性能与可靠性; 系统结构设计; 系统结构设计; 安装与调试; 安装与调试; 外部因素 外部因素 外部电气条件; 外部电气条件; 外部空间条件; 外部空间条件; 外部机械条件; 外部机械条件;
λ
可靠性概念( 1.2 可靠性概念(续)
指数分布例题
一 元 件寿命服从 指数 分布 ,其平 均 寿命 (θ) 为 2000 小 时 , 求 故 障 率 λ 及 求 可 靠 度 R (100)=? R(1000)=? 解: 1 1 (小时) λ= = = 5 × 10 4 θ 2000
R(100) = e
失效率曲线-----"浴盆曲线" 失效率曲线-----"浴盆曲线" -----
可靠性概念( 1.2 可靠性概念(续) 常用寿命分布函数----指数分布 常用寿命分布函数----指数分布 --- 指数分布在可靠性领域里应用最多,由于 它的特殊性,以及在数学上易处理成较直观的 曲线,故在许多领域中首先把指数分布讨论清 楚.若产品的寿命或某一特征值t的故障密度为 f (t ) = λe λt (λ>0,t≥0)
干扰的分类( 1.5 干扰的分类(续)
③按噪传导模式分类 常模噪声(串模噪声) 常模噪声(串模噪声) 常模噪声 噪声和信号的传导路径一致,较难消除; 噪声和信号的传导路径一致,较难消除; 共模噪声 共模噪声 噪声信号以地为公共回路,可消除; 噪声信号以地为公共回路,可消除;
计算机控制系统可靠性设计方法( 1.3 计算机控制系统可靠性设计方法(续)
②可靠性设计的一般方法(续) 可靠性设计的一般方法( 部件及系统级可靠性措施 部件及系统级可靠性措施 冗余技术; 冗余技术; 电磁兼容性设计; 电磁兼容性设计; 信息冗余技术; 信息冗余技术; 时间冗余技术; 时间冗余技术; 故障自动检测与诊断技术; 故障自动检测与诊断技术; 软件可靠性技术; 软件可靠性技术; 失效保险技术; 失效保险技术;
计算机控制系统可靠性设计方法( 1.3 计算机控制系统可靠性设计方法(续)
②可靠性设计的一般方法 元器件级可靠性措施 元器件级可靠性措施 严格管理元器件的购置,储运; 严格管理元器件的购置,储运; 老化,筛选,测试; 老化,筛选,测试; 降额使用; 降额使用; 选用集成度高的元器件; 选用集成度高的元器件;
I1 S / N = 20 lg dB I2
V1 S / N = 20 lg dB V2
测控系统一般要求信噪比 S / N ≥ 40 ~ 80dB
1.5 干扰的分类
①按噪声来源分类 供电系统干扰 供电系统干扰 工频干扰,尖峰脉冲干扰, 工频干扰,尖峰脉冲干扰,过压和欠压 过程通道干扰 过程通道干扰 漏电/接地/绝缘引起的串扰, 漏电/接地/绝缘引起的串扰,电磁感应 空间电磁波干扰 空间电磁波干扰 雷电, 雷电,电磁波干扰
i =1
n
可见,串联系统中各单元的寿命为指数分布时, 系统的寿命也为指数分布. 由于Ri(t)是个小于1的数值,它的连乘积就更小, 所以串联的单元越多,系统可靠度越低.串联单 元越多,则MTBFs也越小.
可靠性概念( 1.2 可靠性概念(续)
系统可靠性模型---并联模型 系统可靠性模型---并联模型 -- 并联模型 并联模型 组成系统的所有单元都故障时,系统才故障的 系统叫并联系统,它属于工作贮备模型.其逻 辑框图如图所示.
系统可靠性模型
n中取r模型(r/n) 模型(r/n) (r/n) 组成系统的n个单元中,不故障的单元数不少 于r (r为介于1和n之间的某个数)系统就不会故 障,这样的系统称为r/n系统.它属于工作贮
备模型. 如四台发动机的飞机,必须有二台或二台以上 发动机正常工作,飞机才能安全飞行,这就是 4中取2系统.
系统可靠性模型 串联模型 串联模型 组成系统的所有单元中任一单元的故障就会导 致整个系统故障的系统称串联系统.它属于非 贮备可靠性模型,其逻辑框图如图所示.
1 2 3 …… n
可靠性概念( 1.2 可靠性概念(续)
系统可靠性模型---串联模型 系统可靠性模型---串联模型 -- 根据串联系统的定义及逻辑框图,其数学模型为: n R s (t ) = ∏ R i (t )
则称t服从参数λ的指数分布.
可靠性概பைடு நூலகம்( 1.2 可靠性概念(续)
则有: 不可靠度 可靠度 失效率
F (t ) = 1 e λ t R(t ) = 1 F (t ) = e λt λ (t ) = f (t ) / R(t ) = λ
1 =θ MTBF =
(t≥0) (t≥0)
平均寿命
计算机控制系统
主讲:李伟波 短号:611128 邮箱:zscas2002@
1 可靠性与抗干扰技术概述
1.1 研究抗干扰技术的重要性 1.2 可靠性概念 1.3 计算机控制系统可靠性设计方法 1.4 电磁兼容性设计及常用术语 1.5 干扰的分类 1.6 干扰的耦合方式
1 可靠性与抗干扰技术概述
干扰的分类( 1.5 干扰的分类(续)
②按噪声波形及性质分类 持续正弦波 持续正弦波 以频率,幅值等特征值表示; 以频率,幅值等特征值表示; 偶发脉冲 偶发脉冲 以最高幅值,前沿上升陡度,脉冲宽度表示; 以最高幅值,前沿上升陡度,脉冲宽度表示; 脉冲列 脉冲列 以最高幅值,前沿上升陡度,单个脉冲宽度, 以最高幅值,前沿上升陡度,单个脉冲宽度, 脉冲序列持续时间表示; 脉冲序列持续时间表示;
1 2
n 并联模型
可靠性概念( 1.2 可靠性概念(续)
系统可靠性模型---并联模型 系统可靠性模型---并联模型 -- 根据并联系统定义逻辑框图,其数学模型为
Fs (t ) = ∏ Fi (t )
i =1
n
式中 Fs(t)——系统的不可靠度; Fi(t)——第i个单元的不可靠度.
可靠性概念( 1.2 可靠性概念(续)
逻辑图和原理图的关系( 逻辑图和原理图的关系(续)
在建立可靠性逻辑图时,必须注意与工作原理 图的区别. 画可靠性逻辑图,首先应明确系统功能是什么, 也就是要明确系统正常工作的标准是什么,同 时还应弄清部件A,B正常工作时应处的状态.
可靠性概念( 1.2 可靠性概念(续)
逻辑图和原理图的关系( 逻辑图和原理图的关系(续) 常开触头继电器
可靠性概念( 1.2 可靠性概念(续) 故障率λ(t) 故障率λ(t) λ(t) 故障率λ(t)是衡量可靠性的一个重要 指标,其含义是产品工作到t时刻后的单位 时间内发生故障的概率,即产品工作到t时 刻后,在单位时间内发生故障的产品数与在 时刻t时仍在正常工作的产品数之比.λ(t) 可由下式表示.
故障模式: 1,给电后,合不上; 2,断电后,分不开.
V
可 靠 性 框 图
原 理 图
可靠性概念( 1.2 可靠性概念(续)
逻辑图和原理图的关系( 逻辑图和原理图的关系(续) 导管及二个阀门的原理图和逻辑图
流体 阀门A 阀门B 原理图
A A B B
流体 阀门A 阀门B
可靠性框图
可靠性概念( 1.2 可靠性概念(续)
可靠性概念( 1.2 可靠性概念(续)
逻辑图和原理图的关系 逻辑图和原理图在联系形式和方框联系数目上 都不一定相同,有时在原理图中是串联的,而 在逻辑图中却是并联的;有时原理图中只需一 个方框即可表示,而在可靠性逻辑图中却需要 两个或几个方框才能表示出来.
可靠性概念( 1.2 可靠性概念(续)
1 dNf (t) 1 λ(t) = = Ns (t) dt θ
式中dNf(t)为dt时间内的故障产品数.
可靠性概念( 1.2 可靠性概念(续)
λ(t) 失效率 故障率的单位一般采用10-5小时或10-9小时 (称10-9小时为1fit).
使用寿命 A 偶然失效期 早期失效期 B 规定的失效率 t时间 耗损失效期
=e
∑ λi t
i =1
n
=e
λs t
λ s = ∑ λi
i =1
n
式中 λs——系统的故障率; λi——各单元的故障率.
可靠性概念( 1.2 可靠性概念(续)
系统可靠性模型---串联模型 系统可靠性模型---串联模型 -- 系统的平均故障间隔时间为 1 1 MTBF = =
s
λs
∑ λi
电磁兼容性设计及常用术语( 1.4 电磁兼容性设计及常用术语(续)
②电磁兼容性标准 国际无线电干扰特别委员会CISPR11-23 国际无线电干扰特别委员会CISPR11 国际无线电干扰特别委员会CISPR11国际电工委员会IEC801-1到6,IEC1000-4-1到12 国际电工委员会IEC801 IEC1000国际电工委员会IEC801-