前端數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。前端數字化是指在測量的最前端——傳感器環(huán)節就將被測信號就地數字化，數字信號采用光纖或纜線(xiàn)傳輸至各種類(lèi)型的計算機，利用計算機強大的運算處理能力，對數字信號進(jìn)行分析、處理后用于顯示或控制。

 

 

 

 

一、前端數字化技術(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(chǎng)所的所有電磁現象的總和，是由各種電磁波構成的環(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(wú)時(shí)無(wú)刻不在影響著(zhù)人們的生活及生產(chǎn)，電磁能的廣泛應用，使工業(yè)技術(shù)的發(fā)展日新月異。電磁能在為人類(lèi)創(chuàng )造巨大財富的同時(shí)，也帶來(lái)一定的危害。無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)、電力電子技術(shù)、計算機技術(shù)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(wú)序的電磁波構成的電磁環(huán)境。

　　在軍事領(lǐng)域，復雜電磁環(huán)境用于特指作戰時(shí)空內，人為電磁發(fā)射和多種電磁現象的總合，是信息化戰爭的舞臺，是信息化戰場(chǎng)的基本特征。

二、前端數字化技術(shù)概述

　　IEC指出：將被測參量轉變?yōu)閿底至繀蹈鼮楹侠?，原因在于對傳統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技術(shù)，并非依據使用被測參量信息的設備的實(shí)際需要。

　　電磁干擾與傳染病的傳播非常類(lèi)似，包括干擾源、傳播途徑、敏感設備三個(gè)環(huán)節，且三個(gè)環(huán)節缺一不可。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(shí)現“電磁兼容”。

　　工業(yè)現場(chǎng)電磁環(huán)境日益復雜，測試設備的現場(chǎng)抗干擾能力至關(guān)重要。每個(gè)研究測試設備的廠(chǎng)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，信號傳輸線(xiàn)路這一環(huán)節，往往交給了用戶(hù)。由于用戶(hù)的專(zhuān)業(yè)知識有限，對于傳輸環(huán)節的干擾不能很好處理。而廠(chǎng)家往往又不能對傳輸環(huán)節負責，傳輸環(huán)節成了電磁入侵的主要途徑。

　　通過(guò)數字化和光纖傳輸，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的前端數字化理念的理論基礎。

　　前端數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。前端數字化是指在測量的最前端——傳感器環(huán)節就將被測信號就地數字化，數字信號采用光纖或纜線(xiàn)傳輸至各種類(lèi)型的計算機，利用計算機強大的運算處理能力，對數字信號進(jìn)行分析、處理后用于顯示或控制。數字化的傳感器或變送器等，則稱(chēng)為數字化前端。

　　采用數字化前端、計算機及網(wǎng)絡(luò )傳輸構建各類(lèi)各類(lèi)高性能的測試、測量、控制產(chǎn)品/系統，是物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的必然發(fā)展趨勢，而采用計算機實(shí)現各類(lèi)專(zhuān)業(yè)功能的思路，與虛擬儀器技術(shù)相似，通過(guò)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(hù)投資。

三、前端數字化技術(shù)應用

　　前端數字化技術(shù)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(jiǎn)單介紹其原理：

 

圖1 采用前端數字化技術(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和協(xié)調多個(gè)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、前端數字化優(yōu)點(diǎn)

　　由于變頻功率分析儀只對進(jìn)行數值運算，并不會(huì )增加誤差，變頻功率傳感器（數字前端）的誤差就是系統的誤差。根據IEC相關(guān)標準對功率測量系統的誤差評價(jià)方法，模擬量傳輸計量系統及常規數字傳輸計量系統的功率誤差的評價(jià)如下：

圖2 前端數字化技術(shù)提高了測試系統的系統精度

　　由于前端數字化系統在傳感器內部就將被測信號數字化，并且采用光纖傳輸，完全避免了傳輸環(huán)節的損失與干擾，特別適合復雜電磁環(huán)境下的高精度測量，并方便網(wǎng)絡(luò )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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