前端數(shù)字化是湖南銀河電氣有限公司為解決復雜電磁環(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)就將被測信號就地數(shù)字化，數(shù)字信號采用光纖或纜線傳輸至各種類型的計算機，利用計算機強大的運算處理能力，對數(shù)字信號進行分析、處理后用于顯示或控制。

 

 

 

 

一、前端數(shù)字化技術背景

　　電磁波作為一種特殊形態(tài)的物質，廣泛存在于整個宇宙中。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，是由各種電磁波構成的環(huán)境，具有空間、時間和頻譜三個要素。它由人為電磁環(huán)境和自然電磁環(huán)境組成。

　　電磁波無時無刻不在影響著人們的生活及生產(chǎn)，電磁能的廣泛應用，使工業(yè)技術的發(fā)展日新月異。電磁能在為人類創(chuàng)造巨大財富的同時，也帶來一定的危害。無線通訊技術、電力電子技術、計算機技術等的高速發(fā)展及運用，導致電磁環(huán)境日趨復雜，復雜電磁環(huán)境泛指由密集、重疊、無序的電磁波構成的電磁環(huán)境。

　　在軍事領域，復雜電磁環(huán)境用于特指作戰(zhàn)時空內，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，是信息化戰(zhàn)場的基本特征。

二、前端數(shù)字化技術概述

　　IEC指出：將被測參量轉變?yōu)閿?shù)字量參數(shù)更為合理，原因在于對傳統(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，并非依據(jù)使用被測參量信息的設備的實際需要。

　　電磁干擾與傳染病的傳播非常類似，包括干擾源、傳播途徑、敏感設備三個環(huán)節(jié)，且三個環(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，提高敏感設備的抗干擾能力均可有效的抑制電磁干擾，實現(xiàn)“電磁兼容”。

　　工業(yè)現(xiàn)場電磁環(huán)境日益復雜，測試設備的現(xiàn)場抗干擾能力至關重要。每個研究測試設備的廠家都會在抗干擾方面進行相關研究，以提高產(chǎn)品的抗干擾能力。但是，信號傳輸線路這一環(huán)節(jié)，往往交給了用戶。由于用戶的專業(yè)知識有限，對于傳輸環(huán)節(jié)的干擾不能很好處理。而廠家往往又不能對傳輸環(huán)節(jié)負責，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。

　　前端數(shù)字化是湖南銀河電氣有限公司為解決復雜電磁環(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)就將被測信號就地數(shù)字化，數(shù)字信號采用光纖或纜線傳輸至各種類型的計算機，利用計算機強大的運算處理能力，對數(shù)字信號進行分析、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、計算機及網(wǎng)絡傳輸構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)時代的必然發(fā)展趨勢，而采用計算機實現(xiàn)各類專業(yè)功能的思路，與虛擬儀器技術相似，通過軟件升級替代硬件產(chǎn)品更新?lián)Q代，可以有效的保護用戶投資。

三、前端數(shù)字化技術應用

　　前端數(shù)字化技術已成功應用到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)字化技術的SP系列變頻功率傳感器

　　每個變頻功率傳感器包含一對與WP4000變頻功率分析儀相連的光纖。每對光纖包含下行光纖和上行光纖，下行光纖用于設置傳感器運行參數(shù)和協(xié)調多個傳感器之間的同步采樣。上行光纖負責將傳感器采樣結果上傳至變頻功率分析儀。

四、前端數(shù)字化優(yōu)點

　　由于變頻功率分析儀只對進行數(shù)值運算，并不會增加誤差，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相關標準對功率測量系統(tǒng)的誤差評價方法，模擬量傳輸計量系統(tǒng)及常規(guī)數(shù)字傳輸計量系統(tǒng)的功率誤差的評價如下：

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

　　由于前端數(shù)字化系統(tǒng)在傳感器內部就將被測信號數(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，特別適合復雜電磁環(huán)境下的高精度測量，并方便網(wǎng)絡化、智能化應用，符合物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展潮流與理念。

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