自動測量設備數據誤差的外在因素分析

李榮民

（山西省氣象局 大氣探測技術保障中心，山西 太原 030002）

0 引言

自動測量設備因受到多種因素的影響（如惡劣天氣、自然環境侵蝕、外界強磁場干擾、人為因素、設備自身性能的下降等），會發生各種各樣的問題。在處理這些問題的過程中發現，約有三分之一的自動測量設備采集的數據誤差是由于一些外在因素造成的。筆者基于多年的維修實踐，針對這些外在因素對自動測量設備所造成的影響進行了認真的分析和探索。

1 外在因素干擾來源

影響自動測量設備正常運行的外在干擾因素主要包括以下幾個方面。

1．1 外部復雜環境的干擾

在自動測量設備的周圍環境中，經常存在著比較復雜的強電磁場。如焊接作業時的電火花，設備操作過電壓，大氣環境過電壓，無線對講設備高頻電波，大容量電機和開關設備以及電力系統接地故障時工頻故障電流流入接地網上不同兩點間將呈現較大電位差等，這些都是產生復雜的強電磁場的源頭，會對自動測量設備以及信號傳輸電纜產生直接或間接的影響。

1．2 惡劣天氣的干擾

惡劣天氣產生的電磁干擾對自動測量設備的影響最為常見，其中，感應雷的影響最為典型，其破壞作用非常明顯。感應雷可通過多種途徑干擾電子設備，它不僅可以通過與電源線或信號線耦合，由傳導的方式產生干擾；還可以直接以電場、磁場耦合或電磁輻射的方式干擾或損壞電子設備。因此，防范感應雷電磁干擾有十分重要的意義。

1．3 靜電放電的干擾

靜電可謂時時處處都有，從舉手投足間與服裝的摩擦到干燥空氣的流動，以及云層中放電引起線路靜電感應，都會有靜電產生。當靜電的能量積累到一定程度時，就會發生劇烈的放電現象，進而對自動測量設備和信號傳輸產生較強的影響。

1．4 不合理走線產生的干擾

在自動測量設備工作室，對電纜線路不合理的安排和布置，也是比較容易產生電磁干擾的。導線經過有干擾的環境，即拾取干擾信號并經導線傳導到電路而造成對電路的干擾，稱為傳導耦合，或者叫直接耦合。不合理的走線，會使得導線與導線之間互相干擾，產生傳導耦合的途徑，繼而產生電磁干擾影響自動測量設備。

1．5 其他原因產生的干擾

外在因素干擾有時候也來自設備自身以及工作平臺上其他電子設備，如電壓波動、系統多點接地電位差等屬于設備自身內部的干擾，還有的干擾是來自于工作平臺上電器開關的閉合、電器插頭在電源板上的瞬間拔插等。

2 外在因素的干擾源對自動測量設備造成的影響

如上所述，外在因素的干擾是一種能夠導致設備、傳輸信道和系統性能劣化的電磁騷擾，其對自動測量設備的正常運行造成的影響如下：

2．1 測量數據跳變

靜電干擾和不合理的走線所造成的傳導耦合干擾，是造成測量數據跳變的主要外在因素干擾源。如氣象部門使用自動測量設備對深層地溫數據進行測量，在干擾影響的時間段內深層地溫值在一定范圍內跳變，但是跳變的幅度較小。受靜電干擾時測得的地溫數據跳變見表1，其中，數據加黑部分即為地溫數據跳變。

表1 受靜電干擾時測得的地溫數據跳變

2．2 數據明顯失真

當受到惡劣天氣產生的感應雷、靜電發生劇烈的放電現象以及較大功率無線對講機高頻電波干擾時，自動測量設備所采集回來的某個要素的數據會明顯地失真且變化幅度大，從而造成較大的數據誤差。表2為受電磁干擾后自動測量設備測得的氣溫失真，其中，數據加黑部分為氣溫失真。

表2 受電磁干擾后自動測量設備測得的氣溫失真

2．3 報文誤碼率

焊接作業時的電火花、大容量電機和開關設備在操作時所產生的電磁干擾、靜電劇烈的放電現象等會導致自動測量設備采集器采集回來的數據報文誤碼率升高，如氣象部門使用自動測量設備中，對雨量測出的數據在受到電磁干擾后會出現誤碼。表3給出了受電磁干擾后自動測量設備測出的雨量出現誤碼，其中，數據加黑部分為誤碼。

表3 受電磁干擾后自動測量設備測出的雨量出現誤碼

2．4 采集器死機

由于外在因素所造成的干擾影響，自動測量設備的采集器會發生死機現象，采集器上所有的按鍵都無法使用，狀態指示燈閃爍不正常，無法采集數據。而感應雷以電場、磁場耦合或電磁輻射的方式干擾、工作平臺上電器開關的閉合、電器插頭在電源板上的瞬間拔插等外在因素產生的不良影響，都有可能造成自動測量設備死機。

3 電磁干擾的防范措施

在實際的維修過程中，針對以上這些類型的外在干擾，我們采取了一些措施，并且收到了良好的效果。

3．1 外部復雜電磁環境的防范措施

對于來自外部復雜環境的影響，特別是焊接作業、大容量電機和大功率無線對講設備等，應避免在自動測量設備場地附近進行任何施工操作，還要盡量避免與自動測量設備共享同一組供電系統來進行大電流的工程作業。

3．2 雷電感應干擾的防范措施

根據近年來我省受雷電影響的實際情況，為了防止工頻接地電阻因阻值的差異而產生的電位差影響到自動測量設備的正常運行，所以要求自動測量設備防雷接地必須符合要求，并保證設備的等電位連接。同時，自動站220V交流供電系統，應保證配備有三級防雷措施。這些措施對預防雷電感應干擾是非常有效的。

3．3 靜電干擾的防范措施

靜電干擾是造成自動測量設備故障頻發及測試數據產生誤差的一個主要原因，所以，無論何種型號的自動測量設備，設備外殼及信號電纜屏蔽線均應實現可靠接地，這是預防靜電放電干擾的最基本最有效的措施。

3．4 不合理走線產生干擾的防范措施

防范不合理走線產生的干擾，就是要切斷導線間的傳導耦合途徑。為了避免傳導耦合造成的干擾，就要合理布置和安排電纜走線。如220V系統供電電源線及監控電纜不能與自動測量設備信號電纜穿入同一管道。自動測量設備信號線引入室內的走線應盡量遠離電源線以及其他高頻回路導體，避免習慣性地將這些同方向的進線捆綁在一起。

3．5 其他原因產生干擾的防范措施

自動測量設備的工作平臺上，盡量不要放置開關、撥盤、防護較差的燈具、按鈕、電源插座板等器件，因為這些器件在操作過程中都有可能產生電磁干擾而影響到自動測量設備的內部電路，使得其內部電路的有效性能被降低或限制，甚至造成電路元器件的失效和損壞。若是工作臺上必須放置這些器件，面板和器件都要可靠接地，使靜電放電電流有一個良好的接地通道，避免產生干擾而影響設備的正常運行。

［1］ 錢振宇．電氣、電子產品的電磁兼容技術及設計實例［M］．北京：電子工業出版社，2008．