儀器儀表的可靠性分析及抗干擾設計的研究

唐偉

摘 要：高精度、高質量、高要求、高安全水平的生產制造與加工，對儀器儀表的可靠性提出了更高要求。加強儀器儀表可靠性設計與研究已經成為當前相關企業以及工作人員關注與研究的重點。鑒于此，本文以儀器儀表為研究對象，對其可靠性及抗干擾設計進行了簡要分析，以供參考。

關鍵詞：儀器儀表；可靠性分析；抗干擾設計

引言：可靠性分析與抗干擾設計是儀器儀表生產設計與應用關注的重點內容，通過可靠性分析與抗干擾設計能夠有效提升儀器儀表性能與質量，滿足當前社會與市場對儀器儀表應用安全、準確、可靠等方面的需求。在工業行業高速發展與科學技術不斷創新、應用的推動下，儀器儀表應用范圍不斷擴大，應用環境日漸復雜，應用需求日漸提升。對此，有必要加強儀器儀表可靠性分析即抗干擾設計的研究，以減少儀器儀表應用故障，更好助力相關企業的穩定與可持續競爭發展。

1儀器儀表的可靠性分析

可靠性（reliability）是評價儀器儀表性能與應用質量的重要評價指標，主要是指儀器儀表在既定時間與規定條件下，能夠無故障執行預定功能，完成預定設計要求的可能性。合理與準確的可靠性分析，對儀器儀表設計與應用質量的提升存在重要意義。

1.1儀器儀表可靠性分析重要性

隨著近些年我國工業事業的不斷發展，電子工業、機械制造加工業取得一定發展成效，其所生產與應用的設備呈現出大數量化、高精密化、大型化、復雜化、智能化的發展態勢。在此背景下，儀器儀表作為器具與設備檢測、測量、各物理量計算、自動控、信號傳遞、故障預警等的工具，其可靠性分析的重要性愈發突出[1]。通過儀器儀表可靠性分析，一方面能夠明確儀器儀表特征，使設計人員根據儀器儀表應用需求與技術標準進行產品設計，提升其應用質量，保證儀器儀表應用的安全性與穩定性。另一方面，能夠預測與反映儀器儀表運行問題，為其功能與作用的充分發揮奠定良好基礎，降低相關設備運行故障的產生。

1.2儀器儀表可靠性分析的要點

在對儀器儀表進行可靠性分析過程中，相關工作人員需從儀器儀表內部組成元件與儀器儀表系統結構兩個層面入手進行分析，通過了解元器件自身性能與可靠性（包括耐久性、平均無故障工作時間、失效率等）、儀器儀表系統結構設計、儀器儀表系統安裝情況、儀器儀表調試情況等，做好可靠性措施，以提升儀器儀表設計與應用的可靠性水平。

由于儀器儀表的可靠性是根據儀器儀表在實際應用中提出的概念，因此，在進行可靠性分析時，應明確了解與掌握可靠性分析依據，即：（1）從實際應用要求、應用基礎條件出發，進行儀器儀表各項功能的可靠性設計，以保證儀器儀表能夠達到實際應用所設定的基本標準；（2）進行數據收集，并依據儀器儀表可靠性設計，對儀器儀表失效數據、故障數據進行計算，并以此為依據進行儀器儀表各項參數的優化；（3）以儀器儀表實際應用所需具備的功能為依據，遵循科學性、協調性、有效性、整體性原則，提升儀器儀表與系統的契合度。通常情況下，在可靠性分析過程中，壽命分布分析、分布參數估算等是較為常用的分析方法[2]。通過壽命分布分析能夠有效確定儀器儀表存在的規律性故障，為儀器儀表設計與運維管理提供準確依據，以提升儀器儀表使用壽命，降低儀器儀表維修成本；通過分布參數估算，能夠根據儀器儀表實際運行情況，對影響儀器儀表可靠性的相關參數進行科學調整，以實現儀器儀表整體性能的優化。

在儀器儀表設計過程中，提升其可靠性的措施有很多。例如，可通過加強元器件采購管理，選擇與應用質量合格且符合儀器儀表應用需求的元器件，提升元器件可靠性；通過元器件篩選與性能測試，驗證儀器儀表所應用元器件可靠度；對儀器儀表系統進行電磁兼容性設計或利用亢余技術、系統可靠性技術、失效保險技術等進行設計，增強儀器儀表可靠性。

2儀器儀表的抗干擾設計

2.1儀器儀表抗干擾設計重要性

從當前儀器儀表應用現狀來看，儀器儀表已經被廣泛應用于工業、交通行業、農業、科技、汽車、國防、人民生活等眾多行業中，承擔著“指導者”、“把關者”的重要使命。據公開資料表明，儀器儀表與計算機在航天工業領域所占據的固定資產達到整體的33%左右；儀器儀表在工會設備投資中所占比重超過18%；儀器儀表在在現代寶鋼技術裝備投資中所占比重在30%左右。且儀器儀表系統的應用環境與整體結構日漸復雜、多樣。在不同環境條件下，所受影響因素也發生變化，除溫度、濕度等常見環境因素外，在一定程度上也會受到各種輻射、沖擊、振動等的影響。因此，在使用過程中易出現失效問題，影響使用的可靠性、安全性、穩定性。對此，通過抗干擾設計能夠是儀器儀表在預定工作環境條件下，在不受周圍環境影響的同時，不影響周圍環境。從而使儀器儀表性能保持穩定，使其功能與作用有效發揮，減少儀器儀表系統故障。

2.2儀器儀表抗干擾設計的方法

儀器儀表運行過程中，形成干擾的因素有很多，對其因素進行歸納與總結，其基本影響因素主要體現在以下幾方面：（1）干擾源，即能夠產生干擾的信號、設備或元器件，如電機、雷電等。（2）敏感器件，即儀器儀表系統中容易被干擾源干擾的器件，如數字IC。（3）傳播途徑，即連接干擾源與敏感器件的媒介或渠道，如空氣中存在的各種輻射。

針對儀器儀表干擾形成基本因素，在進行儀器儀表抗干擾設計過程中，所能夠采取的措施相對較多。例如，應用屏蔽隔離法進行抗干擾設計，即為減少電場干擾，可利用金屬材料進行信號導線包裹，形成“屏蔽網”進行耦合切斷，實現電場干擾的有效抑制；在儀器儀表系統中配置隔離變壓器，進行交流信號中直流干擾的隔離，使儀器儀表應用過程中無法形成共模干擾回路[3]。與此同時，可采用濾波法進行儀器儀表抗干擾設計，即通常情況下接收信號的頻譜要比干擾源所發出電磁干擾的頻譜窄，從而導致干擾源對儀器儀表干擾。對此，通過科學配置濾波器，對干擾源發出的電磁干擾的頻譜進行篩選與過濾，只允許符合標準的信號通過并被接收裝置接收，從而實現干擾的抑制。此外，在儀器儀表系統設計過程中，可通過系統硬件自檢設計與軟件自恢復設計，降低偶發性誤動作的產生，以提升系統抗干擾能力。

3結論

儀器儀表應用環境、應用范圍與應用要求決定了其設計與應用過程中，可靠分析與抗干擾設計的必要性與重要性。通過可靠性分析與抗干擾設計能夠有效幫助設計人員了解儀器儀表特征與運行需求，提升儀器儀表質量，增強其使用的安全性與可靠性。因此，在設計生產過程中，應做好可靠性分析工作，根據儀器儀表應用環境與要求，進行抗干擾的針對性設計，以實現儀器儀表系統品質與質量的全面提升。

參考文獻：

[1]劉勇.儀器儀表的可靠性分析及抗干擾設計[J].中國戰略新興產業，2018（28）：59.

[2]李淵.儀器儀表的可靠性分析及抗干擾設計[J].山東工業技術，2017（18）：17+11.

[3]閆旭.儀器儀表的可靠性分析及抗干擾設計[J].中國高新技術企業，2017（10）：25-26.