• Стандарт VXI
• Техника
• Программы
• Применение
• Библиотека

Основные методы помехозащищенности измерительно-вычислительных комплексов

Измерительно-вычислительный комплекс представляет собой совокупность энергетических установок, измерительных и вычислительных приборов. Основными приборами в таких системах являются измерительные, так как от достоверности и точности полученной от них информации, зависит правильность принятых в дальнейшем решений.

В общем случае, современные измерительные приборы, входящие в состав ИВК, конструктивно выполнены в виде трех функциональных блоков: аналогового, логического (цифрового) и источника питания. Питание аналоговой и логической частей прибора, обычно, осуществляется от отдельных обмоток общего сетевого трансформатора. Паразитные емкостные связи между обмотками сетевого трансформатора, а также наличие паразитной монтажной индуктивности, емкости и сопротивлений утек по изоляции между элементами прибора, могут явится причиной проникновения в него различных видов помех.

Поэтому, одной из мер защиты прибора, от проникновения в него по «паразитным» цепям помех является конструктивное разделение его структурной схемы на функциональные, изолированные между собой блоки и установки (размещения) их в самостоятельные электростатические (медные), а в некоторых случаях магнитные (пермаллоевые) экраны.

В технической литературе можно встретить название таких земель, как:
• аналоговая, сигнальная, измерительная, малошумящая земля, которую иногда обозначают в виде (∇, Ω, ⊥). В качестве такой измерительной земли системотехники обычно выбирают – общую шину аналогового источника питания;
• логическая, дискретная, цифровая земля (∇,τ,⊥). Цифровая земля – общая шина цифрового источника питания;
• корпус или шасси прибора, корпусная земля (⊥);
• шина контура заземления, системная земля (⊥). Системная земля определяется, как эквипотенциальная поверхность, потенциал которой служит для измерительно-вычислительных систем и электронных схем уровнем отсчета напряжения.

Универсальность символа ⊥ и свобода, с которой пользуются авторы статей в технической литературе, при обозначении различных по своей функциональной значимости земель, к сожалению приводит к большой путанице в голове у читателей и, как следствие этого, к одному общему понятию земли – потенциал земного шара.

Термин «земля» (или точка заземления) имеет исторические корни, что и является сегодня причиной его неоднозначного толкования. Первоначально так называлась точка, которая действительно соединялась с землей для получения нулевого потенциала. В электротехнике для анализа и согласования работы различных схем между собой потенциал одной произвольной точки принимался равным нулю. Обычно он принимался равным потенциалу Земли (нулевой потенциал). Все было хорошо, до той поры пока электротехнические устройства были локальны. Когда же появились электротехнические системы, протяженные на большие расстояния, и был обнаружен факт, существования различных эквипотенциальных линий на поверхности земли, то первое понятие использование термина «земля» стало некорректным.

«При заземлении одной любой точки схемы токораспределение в схеме не меняется, так как никаких новых ветвей, по которым могли бы протекать токи, при этом не образуется. Иначе будет, если заземлить, две или большее число точек схемы, имеющих различные потенциалы. В этом случае через землю образуются дополнительные ветви, сама схема становится отличной от исходной, и токораспределение в ней меняется».

Чтобы быть верными традициям наших предков электротехников, будем считать что в электронных системах «точка заземления» является точной отсчета потенциалов. А чтобы правильно понимать «заземление», вспомним, что любая электрическая система на летящем самолете или космическом корабле, а также автоматические станции, которые работают на Луне, Марсе и так далее имеют «заземление», относительно которой отсчитываются все напряжения, но которая, никак не связана с землей. Поэтому, наиболее правильно, пользоваться понятием – «системная земля», а в случае действительного соединения ее с землей, это понятие приобретает свое первоначальное историческое понятие.

Однако, все же такое обобщенное понятие земли, как правило, не позволяет решить проблемы помехозащищенности при создании измерительно-вычислительных комплексов. Поэтому, в дальнейшем мы предлагаем читателем придерживаться следующих обозначений:
• измерительная земля, ∇
• цифровая земля, τ
• корпусная земля, ⊥
• системная земля, ⊥

В измерительных приборах экран аналогового блока соединяют с измерительной землей и выводят ее отдельной входной клеммой «G» экран логического блока соединяют с цифровой землей и корпусом прибора, экраны (электростатический, а в некоторых случаях еще и магнитный) блока сетевого источника питания соединяют с корпусом прибора.

В общем случае, помехи действующие во входных цепях измерительного прибора делят на помехи: • возникающие между проводами измерительной линии за счет электромагнитных наводок во входном контуре, а также на сопротивлениях линии связи за счет паразитных токов утечек, в технической литературе их принято называть - помехами нормально вида (ПНВ); • возникающие в цепях заземления из-за различия потенциальных точек заземления у источника измеряемого сигнала и прибора, содержащие как постоянную, так и переменную составляющие напряжения, в технической литературе их принято называть помехами общего вида (ПОВ), так как возникают в общей цепи для приборов – заземления.

Борьба с помехами нормального вида ведется путем введения в структурную схему измерительного прибора дополнительных схем компенсации, сглаживающих фильтров, автоматической обработки результатов измерения, а также применением интегрирующих алгоритмов работы прибора. Эта задача решается разработчиками данного измерительного прибора, а результаты ее решения отражены в его технических характеристиках по помехозащищенности.

Борьба с помехами общего вида ведется путем применения различных схем эквипотенциальной защиты входных цепей измерительного прибора, а именно правильного выбора точек заземления, экранировки источников помех, гальванической развязкой первичных преобразователей и так далее. Как правило, решение этих задач ложится на долю пользователя этого измерительного прибора.