自动测量设备数据误差的外在因素分析

李荣民

（山西省气象局 大气探测技术保障中心，山西 太原 030002）

0 引言

自动测量设备因受到多种因素的影响（如恶劣天气、自然环境侵蚀、外界强磁场干扰、人为因素、设备自身性能的下降等），会发生各种各样的问题。在处理这些问题的过程中发现，约有三分之一的自动测量设备采集的数据误差是由于一些外在因素造成的。笔者基于多年的维修实践，针对这些外在因素对自动测量设备所造成的影响进行了认真的分析和探索。

1 外在因素干扰来源

影响自动测量设备正常运行的外在干扰因素主要包括以下几个方面。

1．1 外部复杂环境的干扰

在自动测量设备的周围环境中，经常存在着比较复杂的强电磁场。如焊接作业时的电火花，设备操作过电压，大气环境过电压，无线对讲设备高频电波，大容量电机和开关设备以及电力系统接地故障时工频故障电流流入接地网上不同两点间将呈现较大电位差等，这些都是产生复杂的强电磁场的源头，会对自动测量设备以及信号传输电缆产生直接或间接的影响。

1．2 恶劣天气的干扰

恶劣天气产生的电磁干扰对自动测量设备的影响最为常见，其中，感应雷的影响最为典型，其破坏作用非常明显。感应雷可通过多种途径干扰电子设备，它不仅可以通过与电源线或信号线耦合，由传导的方式产生干扰；还可以直接以电场、磁场耦合或电磁辐射的方式干扰或损坏电子设备。因此，防范感应雷电磁干扰有十分重要的意义。

1．3 静电放电的干扰

静电可谓时时处处都有，从举手投足间与服装的摩擦到干燥空气的流动，以及云层中放电引起线路静电感应，都会有静电产生。当静电的能量积累到一定程度时，就会发生剧烈的放电现象，进而对自动测量设备和信号传输产生较强的影响。

1．4 不合理走线产生的干扰

在自动测量设备工作室，对电缆线路不合理的安排和布置，也是比较容易产生电磁干扰的。导线经过有干扰的环境，即拾取干扰信号并经导线传导到电路而造成对电路的干扰，称为传导耦合，或者叫直接耦合。不合理的走线，会使得导线与导线之间互相干扰，产生传导耦合的途径，继而产生电磁干扰影响自动测量设备。

1．5 其他原因产生的干扰

外在因素干扰有时候也来自设备自身以及工作平台上其他电子设备，如电压波动、系统多点接地电位差等属于设备自身内部的干扰，还有的干扰是来自于工作平台上电器开关的闭合、电器插头在电源板上的瞬间拔插等。

2 外在因素的干扰源对自动测量设备造成的影响

如上所述，外在因素的干扰是一种能够导致设备、传输信道和系统性能劣化的电磁骚扰，其对自动测量设备的正常运行造成的影响如下：

2．1 测量数据跳变

静电干扰和不合理的走线所造成的传导耦合干扰，是造成测量数据跳变的主要外在因素干扰源。如气象部门使用自动测量设备对深层地温数据进行测量，在干扰影响的时间段内深层地温值在一定范围内跳变，但是跳变的幅度较小。受静电干扰时测得的地温数据跳变见表1，其中，数据加黑部分即为地温数据跳变。

表1 受静电干扰时测得的地温数据跳变

2．2 数据明显失真

当受到恶劣天气产生的感应雷、静电发生剧烈的放电现象以及较大功率无线对讲机高频电波干扰时，自动测量设备所采集回来的某个要素的数据会明显地失真且变化幅度大，从而造成较大的数据误差。表2为受电磁干扰后自动测量设备测得的气温失真，其中，数据加黑部分为气温失真。

表2 受电磁干扰后自动测量设备测得的气温失真

2．3 报文误码率

焊接作业时的电火花、大容量电机和开关设备在操作时所产生的电磁干扰、静电剧烈的放电现象等会导致自动测量设备采集器采集回来的数据报文误码率升高，如气象部门使用自动测量设备中，对雨量测出的数据在受到电磁干扰后会出现误码。表3给出了受电磁干扰后自动测量设备测出的雨量出现误码，其中，数据加黑部分为误码。

表3 受电磁干扰后自动测量设备测出的雨量出现误码

2．4 采集器死机

由于外在因素所造成的干扰影响，自动测量设备的采集器会发生死机现象，采集器上所有的按键都无法使用，状态指示灯闪烁不正常，无法采集数据。而感应雷以电场、磁场耦合或电磁辐射的方式干扰、工作平台上电器开关的闭合、电器插头在电源板上的瞬间拔插等外在因素产生的不良影响，都有可能造成自动测量设备死机。

3 电磁干扰的防范措施

在实际的维修过程中，针对以上这些类型的外在干扰，我们采取了一些措施，并且收到了良好的效果。

3．1 外部复杂电磁环境的防范措施

对于来自外部复杂环境的影响，特别是焊接作业、大容量电机和大功率无线对讲设备等，应避免在自动测量设备场地附近进行任何施工操作，还要尽量避免与自动测量设备共享同一组供电系统来进行大电流的工程作业。

3．2 雷电感应干扰的防范措施

根据近年来我省受雷电影响的实际情况，为了防止工频接地电阻因阻值的差异而产生的电位差影响到自动测量设备的正常运行，所以要求自动测量设备防雷接地必须符合要求，并保证设备的等电位连接。同时，自动站220V交流供电系统，应保证配备有三级防雷措施。这些措施对预防雷电感应干扰是非常有效的。

3．3 静电干扰的防范措施

静电干扰是造成自动测量设备故障频发及测试数据产生误差的一个主要原因，所以，无论何种型号的自动测量设备，设备外壳及信号电缆屏蔽线均应实现可靠接地，这是预防静电放电干扰的最基本最有效的措施。

3．4 不合理走线产生干扰的防范措施

防范不合理走线产生的干扰，就是要切断导线间的传导耦合途径。为了避免传导耦合造成的干扰，就要合理布置和安排电缆走线。如220V系统供电电源线及监控电缆不能与自动测量设备信号电缆穿入同一管道。自动测量设备信号线引入室内的走线应尽量远离电源线以及其他高频回路导体，避免习惯性地将这些同方向的进线捆绑在一起。

3．5 其他原因产生干扰的防范措施

自动测量设备的工作平台上，尽量不要放置开关、拨盘、防护较差的灯具、按钮、电源插座板等器件，因为这些器件在操作过程中都有可能产生电磁干扰而影响到自动测量设备的内部电路，使得其内部电路的有效性能被降低或限制，甚至造成电路元器件的失效和损坏。若是工作台上必须放置这些器件，面板和器件都要可靠接地，使静电放电电流有一个良好的接地通道，避免产生干扰而影响设备的正常运行。

［1］ 钱振宇．电气、电子产品的电磁兼容技术及设计实例［M］．北京：电子工业出版社，2008．