仪器仪表的可靠性分析及抗干扰设计的研究

唐伟

摘 要：高精度、高质量、高要求、高安全水平的生产制造与加工，对仪器仪表的可靠性提出了更高要求。加强仪器仪表可靠性设计与研究已经成为当前相关企业以及工作人员关注与研究的重点。鉴于此，本文以仪器仪表为研究对象，对其可靠性及抗干扰设计进行了简要分析，以供参考。

关键词：仪器仪表；可靠性分析；抗干扰设计

引言：可靠性分析与抗干扰设计是仪器仪表生产设计与应用关注的重点内容，通过可靠性分析与抗干扰设计能够有效提升仪器仪表性能与质量，满足当前社会与市场对仪器仪表应用安全、准确、可靠等方面的需求。在工业行业高速发展与科学技术不断创新、应用的推动下，仪器仪表应用范围不断扩大，应用环境日渐复杂，应用需求日渐提升。对此，有必要加强仪器仪表可靠性分析即抗干扰设计的研究，以减少仪器仪表应用故障，更好助力相关企业的稳定与可持续竞争发展。

1仪器仪表的可靠性分析

可靠性（reliability）是评价仪器仪表性能与应用质量的重要评价指标，主要是指仪器仪表在既定时间与规定条件下，能够无故障执行预定功能，完成预定设计要求的可能性。合理与准确的可靠性分析，对仪器仪表设计与应用质量的提升存在重要意义。

1.1仪器仪表可靠性分析重要性

随着近些年我国工业事业的不断发展，电子工业、机械制造加工业取得一定发展成效，其所生产与应用的设备呈现出大数量化、高精密化、大型化、复杂化、智能化的发展态势。在此背景下，仪器仪表作为器具与设备检测、测量、各物理量计算、自动控、信号传递、故障预警等的工具，其可靠性分析的重要性愈发突出[1]。通过仪器仪表可靠性分析，一方面能够明确仪器仪表特征，使设计人员根据仪器仪表应用需求与技术标准进行产品设计，提升其应用质量，保证仪器仪表应用的安全性与稳定性。另一方面，能够预测与反映仪器仪表运行问题，为其功能与作用的充分发挥奠定良好基础，降低相关设备运行故障的产生。

1.2仪器仪表可靠性分析的要点

在对仪器仪表进行可靠性分析过程中，相关工作人员需从仪器仪表内部组成元件与仪器仪表系统结构两个层面入手进行分析，通过了解元器件自身性能与可靠性（包括耐久性、平均无故障工作时间、失效率等）、仪器仪表系统结构设计、仪器仪表系统安装情况、仪器仪表调试情况等，做好可靠性措施，以提升仪器仪表设计与应用的可靠性水平。

由于仪器仪表的可靠性是根据仪器仪表在实际应用中提出的概念，因此，在进行可靠性分析时，应明确了解与掌握可靠性分析依据，即：（1）从实际应用要求、应用基础条件出发，进行仪器仪表各项功能的可靠性设计，以保证仪器仪表能够达到实际应用所设定的基本标准；（2）进行数据收集，并依据仪器仪表可靠性设计，对仪器仪表失效数据、故障数据进行计算，并以此为依据进行仪器仪表各项参数的优化；（3）以仪器仪表实际应用所需具备的功能为依据，遵循科学性、协调性、有效性、整体性原则，提升仪器仪表与系统的契合度。通常情况下，在可靠性分析过程中，寿命分布分析、分布参数估算等是较为常用的分析方法[2]。通过寿命分布分析能够有效确定仪器仪表存在的规律性故障，为仪器仪表设计与运维管理提供准确依据，以提升仪器仪表使用寿命，降低仪器仪表维修成本；通过分布参数估算，能够根据仪器仪表实际运行情况，对影响仪器仪表可靠性的相关参数进行科学调整，以实现仪器仪表整体性能的优化。

在仪器仪表设计过程中，提升其可靠性的措施有很多。例如，可通过加强元器件采购管理，选择与应用質量合格且符合仪器仪表应用需求的元器件，提升元器件可靠性；通过元器件筛选与性能测试，验证仪器仪表所应用元器件可靠度；对仪器仪表系统进行电磁兼容性设计或利用亢余技术、系统可靠性技术、失效保险技术等进行设计，增强仪器仪表可靠性。

2仪器仪表的抗干扰设计

2.1仪器仪表抗干扰设计重要性

从当前仪器仪表应用现状来看，仪器仪表已经被广泛应用于工业、交通行业、农业、科技、汽车、国防、人民生活等众多行业中，承担着“指导者”、“把关者”的重要使命。据公开资料表明，仪器仪表与计算机在航天工业领域所占据的固定资产达到整体的33%左右；仪器仪表在工会设备投资中所占比重超过18%；仪器仪表在在现代宝钢技术装备投资中所占比重在30%左右。且仪器仪表系统的应用环境与整体结构日渐复杂、多样。在不同环境条件下，所受影响因素也发生变化，除温度、湿度等常见环境因素外，在一定程度上也会受到各种辐射、冲击、振动等的影响。因此，在使用过程中易出现失效问题，影响使用的可靠性、安全性、稳定性。对此，通过抗干扰设计能够是仪器仪表在预定工作环境条件下，在不受周围环境影响的同时，不影响周围环境。从而使仪器仪表性能保持稳定，使其功能与作用有效发挥，减少仪器仪表系统故障。

2.2仪器仪表抗干扰设计的方法

仪器仪表运行过程中，形成干扰的因素有很多，对其因素进行归纳与总结，其基本影响因素主要体现在以下几方面：（1）干扰源，即能够产生干扰的信号、设备或元器件，如电机、雷电等。（2）敏感器件，即仪器仪表系统中容易被干扰源干扰的器件，如数字IC。（3）传播途径，即连接干扰源与敏感器件的媒介或渠道，如空气中存在的各种辐射。

针对仪器仪表干扰形成基本因素，在进行仪器仪表抗干扰设计过程中，所能够采取的措施相对较多。例如，应用屏蔽隔离法进行抗干扰设计，即为减少电场干扰，可利用金属材料进行信号导线包裹，形成“屏蔽网”进行耦合切断，实现电场干扰的有效抑制；在仪器仪表系统中配置隔离变压器，进行交流信号中直流干扰的隔离，使仪器仪表应用过程中无法形成共模干扰回路[3]。与此同时，可采用滤波法进行仪器仪表抗干扰设计，即通常情况下接收信号的频谱要比干扰源所发出电磁干扰的频谱窄，从而导致干扰源对仪器仪表干扰。对此，通过科学配置滤波器，对干扰源发出的电磁干扰的频谱进行筛选与过滤，只允许符合标准的信号通过并被接收装置接收，从而实现干扰的抑制。此外，在仪器仪表系统设计过程中，可通过系统硬件自检设计与软件自恢复设计，降低偶发性误动作的产生，以提升系统抗干扰能力。

3结论

仪器仪表应用环境、应用范围与应用要求决定了其设计与应用过程中，可靠分析与抗干扰设计的必要性与重要性。通过可靠性分析与抗干扰设计能够有效帮助设计人员了解仪器仪表特征与运行需求，提升仪器仪表质量，增强其使用的安全性与可靠性。因此，在设计生产过程中，应做好可靠性分析工作，根据仪器仪表应用环境与要求，进行抗干扰的针对性设计，以实现仪器仪表系统品质与质量的全面提升。

参考文献：

[1]刘勇.仪器仪表的可靠性分析及抗干扰设计[J].中国战略新兴产业，2018（28）：59.

[2]李渊.仪器仪表的可靠性分析及抗干扰设计[J].山东工业技术，2017（18）：17+11.

[3]闫旭.仪器仪表的可靠性分析及抗干扰设计[J].中国高新技术企业，2017（10）：25-26.