1、智能仪器智能仪器第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术第7章 智能仪器的自动校准和抗干扰技术主要内容主要内容7.1 7.1 仪器的自动校准技术仪器的自动校准技术7.2 7.2 仪器的故障自检技术仪器的故障自检技术7.3 7.3 智能仪器的抗干扰技术智能仪器的抗干扰技术智能仪器智能仪器第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术 智能仪器的主要特征是以微处理器为核心进行工作，因智能仪器的主要特征是以微处理器为核心进行工作，因而智能仪器具有强大的控制和数据处理功能，使测量仪器在而智能仪器具有强大的控制和数据处理功能，使测量仪器在实现自动
2、化，改善性能，增强功能以及提高精度和可靠性方实现自动化，改善性能，增强功能以及提高精度和可靠性方面发生了较大的变革。面发生了较大的变革。 智能仪器的智能仪器的准确度、可靠性和抗干扰准确度、可靠性和抗干扰能力是评价智能仪能力是评价智能仪器质量优劣的重要指标。器质量优劣的重要指标。 引言引言 准确度：保证测量的顺利进行，保证测量结果的质量。准确度：保证测量的顺利进行，保证测量结果的质量。 可靠性：对仪器故障进行检测和诊断，及时发现错误，可靠性：对仪器故障进行检测和诊断，及时发现错误，排除故障，保证仪器的可靠工作。排除故障，保证仪器的可靠工作。 抗干扰能力：克服仪器干扰，提高可靠性的手段。抗干扰能力
3、：克服仪器干扰，提高可靠性的手段。智能仪器智能仪器第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术 7.1.1 7.1.1 误差校准方法误差校准方法 7.1.2 7.1.2 仪器的内部自动校准仪器的内部自动校准（理解）（理解） 7.1.3 7.1.3 仪器的外部自动校准仪器的外部自动校准（了解）（了解）7.1 7.1 仪器的自动校准技术仪器的自动校准技术本节主要内容本节主要内容智能仪器智能仪器第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术7.1.1 7.1.1 误差校准方法误差校准方法仪器的误差包括偶然误差和系统误差仪器的误差包括偶然误差和系统
4、误差l减小偶然误差，除去稳定测量环境外，在规定条件下减小偶然误差，除去稳定测量环境外，在规定条件下对被测量进行多次测量，再利用统计方法对测量数据对被测量进行多次测量，再利用统计方法对测量数据进行平均和滤波。进行平均和滤波。l减小系统误差，利用校准的方法来实现减小系统误差，利用校准的方法来实现。 根据系统误差的变化规律，采用一定的测量方法根据系统误差的变化规律，采用一定的测量方法或计算方法，从仪器的测量结果中扣除。或计算方法，从仪器的测量结果中扣除。 准确度等级高的仪器其系统误差小，可用准确度高的准确度等级高的仪器其系统误差小，可用准确度高的标准仪器去修正准确度低的被测仪器。标准仪器去修正准确度
5、低的被测仪器。智能仪器智能仪器第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术外部校准外部校准内部校准内部校准 采用同类型的准确度高的标准仪器采用同类型的准确度高的标准仪器。 采用准确度高的可步进调节输出值的标准信号源。采用准确度高的可步进调节输出值的标准信号源。智能仪器的校准分为智能仪器的校准分为智能仪器智能仪器第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术7.1.2 7.1.2 仪器内部自动校准仪器内部自动校准 智能仪器的系统误差主要产生智能仪器的系统误差主要产生模拟通道模拟通道中，造成这种误中，造成这种误差的原因是它的衰减器、滤波器、差的
6、原因是它的衰减器、滤波器、A/DA/D转换器、转换器、D/AD/A转换器和转换器和内部基准源等部件的电路状态和参数偏离标准值，随温度和内部基准源等部件的电路状态和参数偏离标准值，随温度和时间产生漂移。这种偏离和漂移集中反映在时间产生漂移。这种偏离和漂移集中反映在零点漂移零点漂移和和倍率倍率变化变化上。上。问题问题1 1：智能仪器的系统误差怎么产生的？：智能仪器的系统误差怎么产生的？问题问题2 2：模拟量测量通道的零点漂移和倍率变化？：模拟量测量通道的零点漂移和倍率变化？等效零点漂移电压倍率系数变化智能仪器智能仪器第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术e eos
7、os- -输入失调电压；输入失调电压；I Ib1b1、I Ib2b2- -输入偏置电输入偏置电流；流；R R1 1、R R2 2- -倍率电阻；倍率电阻；R R- -输入平衡电阻；输入平衡电阻；R Ri i- -放大器的等效内阻；放大器的等效内阻；V Vi i- -放大器的输入；放大器的输入；VoVo- -放大器的输出；放大器的输出；I I、I Ii i I I1 1、I I2 2、I I3-3-支路电流；支路电流；V Va a、V Vb-b-节点电压。节点电压。2121RRRRR平衡电阻平衡电阻R R的值通常等于的值通常等于R1R1和和R2R2的并联值的并联值 同相输人方式运算放大器的等效图
8、同相输人方式运算放大器的等效图 智能仪器智能仪器第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术11osRIRIeIRViii由于由于1bIIIiiiiARVRVVIoba1boIARVIi222b21o1231o122o11b1111RIRIRIVRRIIVRRIVRRVIi12ob2121o1211RARRVIRRRVRRIi所以所以（7.1.27.1.2）b222oo2111IRARRVVRRIi（7.1.37.1.3）（7.1.17.1.1）智能仪器智能仪器第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术osI用式（用式（7.1.27.1
9、.2）和式（）和式（7.1.37.1.3）代入式（）代入式（7.1.17.1.1），并考虑到），并考虑到，b1b2osIII2121RRRRRAVRIiio和和（其中，（其中，称为失调电流），得称为失调电流），得ososo222osb222oo211o1bo12eRIVARRARRRReIRARRVVRRRAVRIARVViiiiosososeRIViARRARRd22211令令和和，则，则os2oVVdRRVi令令12RRk ，则有，则有 osos12o11VVdkVVdRRVii智能仪器智能仪器第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术osos12o11VVd
10、kVVdRRVii2RRi1.1.该放大器的放大倍数为该放大器的放大倍数为dk1 ，系数，系数iARRAkd22111 当放大器的开环放大倍数当放大器的开环放大倍数 kA 1，时，系数时，系数, 1d此时实际运算放大器的放大倍数接近理想运算放大器的放大倍数：此时实际运算放大器的放大倍数接近理想运算放大器的放大倍数：121RR2.2.输入失调电压输入失调电压e eosos和失调电流和失调电流I Iosos对放大器输出的影响相当于在对放大器输出的影响相当于在输入信号上加了一个零漂电压输入信号上加了一个零漂电压 V Vosos。由。由 VosVoseoseosRIosRIos知，失知，失调电压调电压
11、 eoseos直接影响直接影响 VosVos的大小。而失调电流的大小。而失调电流IosIos是通过电阻是通过电阻R R形成电压后才对形成电压后才对VosVos起作用。起作用。eoseos、IosIos和和R1R1和和R2R2均是温度的函均是温度的函数，因此，温度变化时，等效的零漂电压数，因此，温度变化时，等效的零漂电压VosVos也会随着变化。也会随着变化。 说明：说明：智能仪器智能仪器第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术模拟测量通道的部件是前后级串联的。此时，怎样计算模拟测量通道的部件是前后级串联的。此时，怎样计算总的零漂电压和倍率呢？总的零漂电压和倍率呢
12、？思考：思考：1os11oVVkVi1os2os121os2o122okVVVkkVVkVi等效部件：等效部件：1os2os1os21,kVVVkkk智能仪器智能仪器第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术问题问题3 3：如何实现零点漂移的内部自动校准？：如何实现零点漂移的内部自动校准？模拟通道的内部自校准原理图模拟通道的内部自校准原理图现在分二种情况来讨论对现在分二种情况来讨论对VosVos的校准方法：的校准方法： （1 1）零点漂移电压）零点漂移电压VosVos恒定不变时恒定不变时 （2 2）零点漂移电压）零点漂移电压VosVos变化时变化时线性插值线性插值
13、智能仪器智能仪器第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术问题问题4 4：如何实现倍率漂移的内部自动校准？：如何实现倍率漂移的内部自动校准？模拟通道的内部自校准原理图模拟通道的内部自校准原理图 在微机控制下，切断在微机控制下，切断S1S1、S3S3，闭合，闭合S2S2。标准源。标准源VrefVref被接被接入。设输出为入。设输出为DrefDref，则，则 方法：方法：D Drefref = =kVkVrefref假设零漂电压假设零漂电压VosVos为零为零 稳定性好，准稳定性好，准确数值已知。确数值已知。一直保持不变一直保持不变智能仪器智能仪器第七章智能仪器的自动
14、校准与抗干扰技术第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术模拟通道的内部自校准原理图模拟通道的内部自校准原理图 在微机控制下，切断在微机控制下，切断S S1 1、S S2 2，闭合，闭合S S3 3，被测量，被测量V Vi i被接入，被接入，设输出为设输出为D D1 1，则，则refref1VVDDDiD1D1 = =kVkVi i 微机将测试数据进行下列计算微机将测试数据进行下列计算智能仪器智能仪器第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术问题问题5. 5. 综合考虑零点漂移和倍率偏离的情况下，进行内部综合考虑零点漂移和倍率偏离的情况下，进行内部自动校准？自动校准？模
15、拟通道的内部自校准原理图模拟通道的内部自校准原理图微机控制微机控制S1S1接通，断开接通，断开S2S2、S3S3，设输出，设输出DosDos，DosDos= =kVoskVosK,VosK,Vos均不变均不变微机控制微机控制S2S2接通，断开接通，断开S1S1、S3S3，设输出，设输出DrefDref，则，则osrefrefVVkD稳定性好，数值稳定性好，数值已知已知智能仪器智能仪器第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术微机控制微机控制S3S3接通，断开接通，断开S1S1、S2S2，设输出，设输出DxDx，则，则osxVVkDi微机进行下列计算微机进行下列计算
16、refosref1kVDDDikVDDDosx2ref12VVDDDirefosrefosxrefVDDDDDVVi所以所以消除了消除了V V0 S 0 S 和和K K智能仪器智能仪器第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术7.1.3 7.1.3 仪器外部自动校准仪器外部自动校准( (了解了解) )自动校准系统的组成自动校准系统的组成指挥整个系统指挥整个系统的校准工作的校准工作准确度较高的准确度较高的标准源标准源智能仪器智能仪器第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术 7.2.1 7.2.1 仪器的故障诊断仪器的故障诊断（了解）（
17、了解） 7.2.2 7.2.2 仪器的自检仪器的自检（掌握）（掌握）7.2 7.2 仪器的故障诊断与自检仪器的故障诊断与自检本节主要内容本节主要内容智能仪器智能仪器第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术7.2.1 7.2.1 仪器的故障诊断仪器的故障诊断问题问题1 1：产生仪器故障的原因有哪些？：产生仪器故障的原因有哪些？硬件原因：硬件原因：内部因素：内部因素：仪器使用仪器使用环境因素环境因素外部因素：外部因素：元器件及电路板的老化元器件及电路板的老化软件原因软件原因智能仪器特有的原因智能仪器特有的原因智能仪器智能仪器第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术第七章
18、智能仪器的自动校准与抗干扰技术问题问题2 2：对待故障的策略是什么？：对待故障的策略是什么？（1 1）冗余技术：故障产生时，设法避开故障的作用，屏）冗余技术：故障产生时，设法避开故障的作用，屏蔽它的影响。蔽它的影响。（2 2）测试故障：在故障产生时，及时发现，及时排除，从）测试故障：在故障产生时，及时发现，及时排除，从而使仪器可靠地工作。而使仪器可靠地工作。问题问题3 3：故障诊断原理是什么？：故障诊断原理是什么？电路有无故障，其检测的响应信号是不同的，因此，被测电路有无故障，其检测的响应信号是不同的，因此，被测对象施加一定的检测信号，根据其输出信号的正常与否，对象施加一定的检测信号，根据其输
19、出信号的正常与否，判断仪器是否出现故障。判断仪器是否出现故障。智能仪器智能仪器第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术1.故障检测与诊断的基本方法故障检测与诊断的基本方法（1 1）传统的故障诊断方法）传统的故障诊断方法 首先是利用各种物理的和化学的原理和手段，通过首先是利用各种物理的和化学的原理和手段，通过伴随故障出现的各种物理和化学现象，直接检测故伴随故障出现的各种物理和化学现象，直接检测故障。障。 其次，利用故障所对应的征兆来诊断故障是最常用其次，利用故障所对应的征兆来诊断故障是最常用、最成熟的方法。、最成熟的方法。（2 2） 故障的智能诊断方法故障的智能诊
20、断方法 人工智能（人工智能（Artificial IntelligenceArtificial Intelligence）的理论和方）的理论和方法用于故障诊断，已经成为智能仪器故障诊断的主法用于故障诊断，已经成为智能仪器故障诊断的主要方向。要方向。 专家系统（专家系统（Expert SystemExpert System）是实现人工智能的重要）是实现人工智能的重要形式，目前已广泛用于诊断、解释、设计、规划、形式，目前已广泛用于诊断、解释、设计、规划、决策等各个领域。决策等各个领域。智能仪器智能仪器第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术1.故障检测与诊断的基本方
21、法故障检测与诊断的基本方法（1 1）传统的故障诊断方法）传统的故障诊断方法 首先是利用各种物理的和化学的原理和手段，通过首先是利用各种物理的和化学的原理和手段，通过伴随故障出现的各种物理和化学现象，直接检测故伴随故障出现的各种物理和化学现象，直接检测故障。障。 其次，利用故障所对应的征兆来诊断故障是最常用其次，利用故障所对应的征兆来诊断故障是最常用、最成熟的方法。、最成熟的方法。（2 2） 故障的智能诊断方法故障的智能诊断方法 人工智能（人工智能（Artificial IntelligenceArtificial Intelligence）的理论和方）的理论和方法用于故障诊断，已经成为智能仪器
22、故障诊断的主法用于故障诊断，已经成为智能仪器故障诊断的主要方向。要方向。 专家系统（专家系统（Expert SystemExpert System）是实现人工智能的重要）是实现人工智能的重要形式，目前已广泛用于诊断、解释、设计、规划、形式，目前已广泛用于诊断、解释、设计、规划、决策等各个领域。决策等各个领域。智能仪器智能仪器第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术1.故障检测与诊断的基本方法故障检测与诊断的基本方法（3 3）故障诊断的数学方法）故障诊断的数学方法 可用于故障诊断的各种数学方法很多，包括基可用于故障诊断的各种数学方法很多，包括基于模型的诊断方法，基
23、于模式识别的诊断方法，基于模型的诊断方法，基于模式识别的诊断方法，基于概率统计的诊断方法，基于模糊数学的诊断方法于概率统计的诊断方法，基于模糊数学的诊断方法，基于可靠性分析和故障树分析的诊断方法，以及，基于可靠性分析和故障树分析的诊断方法，以及神经网络。小波变换、分形几何等新发展的数学分神经网络。小波变换、分形几何等新发展的数学分支在故障诊断中的应用等等。支在故障诊断中的应用等等。智能仪器智能仪器第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术7.2.2 7.2.2 故障检测与诊断原理故障检测与诊断原理1. 1. 故障分类故障分类（1 1）按故障存在的程度分类：）按故障
24、存在的程度分类： 暂时性故障；暂时性故障； 永永久性故障。久性故障。（2 2）按故障发生、发展进程分类：）按故障发生、发展进程分类： 突发性故障；突发性故障； 渐发性故障。渐发性故障。（3 3）按故障严重程度分类）按故障严重程度分类: :破坏性故障破坏性故障; ; 非破坏非破坏性故障。性故障。（4 4）按故障发生的原因分类：）按故障发生的原因分类： 外因故障；外因故障； 内因内因故障；故障；（5 5）按故障相关性分类：相关故障；）按故障相关性分类：相关故障； 非相关故非相关故障障智能仪器智能仪器第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术 2 2 故障模型故障模型（
25、1 1）逻辑级的故障模型）逻辑级的故障模型 固定型故障模型；固定型故障模型； 元件短路或开路故障模型；元件短路或开路故障模型；线间桥接故障模型线间桥接故障模型（2 2）数据结构级的故障模型）数据结构级的故障模型独立差错；算术差错；单向差错；独立差错；算术差错；单向差错；b b邻接差邻接差（3 3）软件故障和软件差错）软件故障和软件差错非法转换；误转移死循环空间溢出数据执非法转换；误转移死循环空间溢出数据执行无理数据行无理数据（4 4）系统级的故障模型）系统级的故障模型 故障在系统级上表现为功能错误，即系统输出与系故障在系统级上表现为功能错误，即系统输出与系统设计说明（例如，真值表）的不一致。统
26、设计说明（例如，真值表）的不一致。智能仪器智能仪器第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术3 3故障的基本特性故障的基本特性（1 1）层次性；（）层次性；（2 2）传播性；（）传播性；（3 3）放射性；（）放射性；（4 4）相）相关性；（关性；（5 5）延时性；（）延时性；（6 6）不确定性。）不确定性。4 4故障诊断方法故障诊断方法（1 1）基于数学模型的方法）基于数学模型的方法（2 2）基于信号处理的方法）基于信号处理的方法（3 3）基于知识的方法）基于知识的方法5 5故障诊断技术故障诊断技术具体实施过程可以归纳为信号采集、信号处理、状具体实施过程可以归纳为
27、信号采集、信号处理、状态识别和诊断决策。态识别和诊断决策。智能仪器智能仪器第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术7.2.3 7.2.3 故障检测与诊断的数学方法故障检测与诊断的数学方法1. 1. 模式识别诊断方法模式识别诊断方法基于统计模式识别的故障诊断系统主要由五部分构成基于统计模式识别的故障诊断系统主要由五部分构成（1）数据获取；（）数据获取；（2）预处理；（预处理；（3 3）特征提取和选择；）特征提取和选择；（4 4）分类和识别；（）分类和识别；（5 5）分析决策与维护管理）分析决策与维护管理智能仪器智能仪器第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术第七章智能
28、仪器的自动校准与抗干扰技术2 2故障树分析与诊断故障树分析与诊断 故障树（故障树（Fault TreeFault Tree）分析是针对某个特定的不希）分析是针对某个特定的不希望事件的演绎推理分析，将系统故障形成的原因进望事件的演绎推理分析，将系统故障形成的原因进行由总体至部分按树枝状逐级细化的分析方法。基行由总体至部分按树枝状逐级细化的分析方法。基于故障的层次特性，其故障成因和后果的关系往往于故障的层次特性，其故障成因和后果的关系往往具有很多层次并形成一连串的因果链，加之一因多具有很多层次并形成一连串的因果链，加之一因多果或一果多因的情况就构成了果或一果多因的情况就构成了“树树”或或“网网”，
29、这，这就是故障树产生的背景。就是故障树产生的背景。智能仪器智能仪器第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术3 3基于专家系统的故障诊断基于专家系统的故障诊断（1）系统的结构）系统的结构 基于STD智能检测的实时在线监测与故障诊断专家系统原理图 系统由专用接口电路。系统由专用接口电路。STD前端数据采集设备、微机、前端数据采集设备、微机、专家系统几大部分组成。专家系统包括知识库、推理机、动专家系统几大部分组成。专家系统包括知识库、推理机、动态数据库、知识编辑器、解释模块、人机界面，操作指导知态数据库、知识编辑器、解释模块、人机界面，操作指导知识等几部分组成。识等几
30、部分组成。智能仪器智能仪器第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术7.2.2 7.2.2 仪器的自检仪器的自检 自检就是利用事先编制好的检测程序对仪器的主要部件自检就是利用事先编制好的检测程序对仪器的主要部件进行自动检测，并对故障进行定位。自检功能给智能仪器进行自动检测，并对故障进行定位。自检功能给智能仪器的使用和维修带来很大的方便。的使用和维修带来很大的方便。问题问题1 1 ：什么是智能仪器的自检？：什么是智能仪器的自检？问题问题2 2 ：智能仪器的自检部件有哪些？：智能仪器的自检部件有哪些？（1 1）仪器的数字电路部分）仪器的数字电路部分（2 2）仪器的模拟
31、电路部分）仪器的模拟电路部分（3 3）仪器的软件部分）仪器的软件部分智能仪器智能仪器第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术问题问题3 3 ：智能仪器的自检方式有哪些？：智能仪器的自检方式有哪些？（1 1） 开机自检：是对仪器正式投入运行之前所进行的全开机自检：是对仪器正式投入运行之前所进行的全面检查。面检查。（2 2） 周期性自检周期性自检（3 3） 键控自检键控自检问题问题4 4 ：智能仪器的数字电路自检方法？：智能仪器的数字电路自检方法？（4 4） 连续自检连续自检1. RAM1. RAM自检自检 RAM RAM自检思想：只需要一个存储单元写入一个数据，再
32、从该自检思想：只需要一个存储单元写入一个数据，再从该单元读出数据进行比较就可以判断单元读出数据进行比较就可以判断RAMRAM的故障。的故障。智能仪器智能仪器第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术RAMRAM自检分两种情况：自检分两种情况：破坏性检测破坏性检测方法：选择两个特征字方法：选择两个特征字55H55H和和AAHAAH，这样可以发现最容易出现，这样可以发现最容易出现的相邻相位关系故障。的相邻相位关系故障。常用于开机自检常用于开机自检思考一下：思考一下：为为什什么选择么选择55H55H和和AAHAAH？非坏性检测非坏性检测方法：反码校验法。方法：反码校验法
33、。举例：某个单元写入内容为举例：某个单元写入内容为D=bD=b7 7b b6 6b b5 5b b4 4b b3 3b b2 2b b1 1b b0 0 =10011000B=10011000B由于某种影响，这个单元的由于某种影响，这个单元的b b2 2位发生固定位发生固定“1 1” ”故障。当从这个故障。当从这个单元读取数据时，由于出错影响，读出的内容为：单元读取数据时，由于出错影响，读出的内容为：D Dr r =10011100B=10011100B智能仪器智能仪器第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术将读出的内容将读出的内容DrDr求反得：求反得：,01
34、100011rDBDrr01100111)(rrrDD)(和写入该写入该rD再将再将单元，再读出可得：单元，再读出可得：将将异或后再取反，得：异或后再取反，得：BDDFrrr00000100)( 显然字显然字F F中，出现中，出现“1 1”的位就是故障位，所以的位就是故障位，所以F F为故障定位字。为故障定位字。如果没有出错，则如果没有出错，则F=00000000BF=00000000B，此时可将单元内容读出并取反，此时可将单元内容读出并取反后写入该单元，即可恢复原来的内容。后写入该单元，即可恢复原来的内容。智能仪器智能仪器第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技
35、术2. ROM2. ROM自检自检 由于由于ROMROM中存在着仪器的控制软件，因而对中存在着仪器的控制软件，因而对ROMROM的检测是的检测是至关重要的。自检方法很多如至关重要的。自检方法很多如“校验和校验和”法、单字节累加法、法、单字节累加法、双字节累加法。双字节累加法。“校验和校验和”方法方法 在将程序机器码写入在将程序机器码写入ROMROM的时候，保留一个单元（一般是的时候，保留一个单元（一般是最后一个单元），此单元不写程序机器码而是写最后一个单元），此单元不写程序机器码而是写“校验字校验字”，“校验字校验字”应能满足应能满足ROMROM中所有单元的每一列都具有奇数个。中所有单元的每一
36、列都具有奇数个。 对每一列数进行异或运算，如果对每一列数进行异或运算，如果ROMROM无故障，各列的运无故障，各列的运算结果应都为算结果应都为“”，即校验和等于，即校验和等于FFHFFH。自检程序的内容自检程序的内容智能仪器智能仪器第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术ROM 地址 ROM 中的内容 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 2 0 0 1 1 1 1 0 0 3 1 1 1 1 0 0 1 1 4 1 0 0 0 0 0 0 1 5 0 0 0 1 1 1 1 0 6 1 0 1 0 1 0 1 0 7 (校验字
37、) 1 1 1 1 1 1 1 1 (校验和) “校验和校验和”方法方法事先设计事先设计好并固化好并固化异或和，全为异或和，全为1 1就就正确正确0 01 10 00 01 11 11 10 0智能仪器智能仪器第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术3.3.总线的自检总线的自检 由于总线没有记忆能力，因此需要设置了两组锁存触发器，由于总线没有记忆能力，因此需要设置了两组锁存触发器，分别记忆地址总线和数据总线上的信息。这样只要执行一条对分别记忆地址总线和数据总线上的信息。这样只要执行一条对存储器或存储器或I/OI/O设备的写操作指令，地址线和数据线上的信息便设备的
38、写操作指令，地址线和数据线上的信息便能分别锁存到这两组触发器中，我们通过对这两组锁存触发器能分别锁存到这两组触发器中，我们通过对这两组锁存触发器分别进行读操作，便可判知总线是否存在故障。分别进行读操作，便可判知总线是否存在故障。所谓总线的自检是指对经过缓冲器的总线进行检测。所谓总线的自检是指对经过缓冲器的总线进行检测。具体做法具体做法 使被检测的每根总线依次为使被检测的每根总线依次为1 1态，其余总线为态，其余总线为0 0态。如果态。如果某总线停留在某总线停留在0 0态或态或1 1态，说明有故障存在。态，说明有故障存在。智能仪器智能仪器第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术第七章智能仪器的自动校
39、准与抗干扰技术实现原理如图所示：实现原理如图所示：智能仪器智能仪器第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术智能仪器显示器、键盘的检测往往采用与操作者合作的方式智能仪器显示器、键盘的检测往往采用与操作者合作的方式进行。检测程序的内容为：先进行一系列预定进行。检测程序的内容为：先进行一系列预定I/OI/O的操作，的操作，然后操作者对这些然后操作者对这些I/OI/O操作的结果进行验收，如果结果与预操作的结果进行验收，如果结果与预先的设定一致，就认为功能正常，否则，应对有关通道进行先的设定一致，就认为功能正常，否则，应对有关通道进行检修。检修。 4.4.键盘和显示器的自
40、检键盘和显示器的自检键盘检测的方法键盘检测的方法 CPU CPU每取得一个按键闭合的信号，就反馈一个信息。如每取得一个按键闭合的信号，就反馈一个信息。如果按下某单个按键后无反馈信息，往往是该键接触不良，如果按下某单个按键后无反馈信息，往往是该键接触不良，如果按某一排键均无反馈信号，则一定与对应的电路或扫描信果按某一排键均无反馈信号，则一定与对应的电路或扫描信号有关号有关。智能仪器智能仪器第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术显示器的检测显示器的检测第一种方式是：让显示器全部发亮，即显示出第一种方式是：让显示器全部发亮，即显示出888 888 ，当显示表明显示器
41、各发光段均能正常发光时，操作人员只当显示表明显示器各发光段均能正常发光时，操作人员只要按任意键，显示器应全部熄灭片刻，然后脱离自检方式要按任意键，显示器应全部熄灭片刻，然后脱离自检方式进入其他操作。进入其他操作。第二种方式是：让显示器显示某些特征字，几秒钟后自动第二种方式是：让显示器显示某些特征字，几秒钟后自动进入其他操作。进入其他操作。 智能仪器智能仪器第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术 上述各自检项目一般应分别编成子程序，以便需要时上述各自检项目一般应分别编成子程序，以便需要时调用。调用。 设各段子程序的入口地址为设各段子程序的入口地址为TSTiTST
42、i（I = 0,1,2I = 0,1,2），）， 对应的故障代号为对应的故障代号为TNUMTNUM（0 0，1 1，2 2）。编程时，）。编程时， 由序号由序号通过表所示的测试指针表（通过表所示的测试指针表（TSTPTTSTPT）来寻找某一项自检子程）来寻找某一项自检子程序入口，若检测有故障发生，便显示其故障代号序入口，若检测有故障发生，便显示其故障代号TNUMTNUM。问题问题5 5：自检软件如何实现？：自检软件如何实现？测试指针测试指针 入口地址入口地址 故障代号故障代号 偏移量偏移量 TST0 0 TST1 1 TSTPT TST2 2 偏移偏移=TNUM TST3 3 智能仪器智能仪器
43、第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术含有自检的仪器操作流程含有自检的仪器操作流程周期性自检子程序流程周期性自检子程序流程智能仪器智能仪器第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术7.3 7.3 智能仪器的抗干扰技术智能仪器的抗干扰技术本节主要内容本节主要内容7.3.1 7.3.1 干扰的来源及分类干扰的来源及分类7.3.2 7.3.2 电源抗干扰技术电源抗干扰技术7.3.3 7.3.3 串模干扰及其抑制串模干扰及其抑制7.3.4 7.3.4 共模干扰及其抑制共模干扰及其抑制7.3.5 7.3.5 模拟电路和数字电路的隔离模拟电路
44、和数字电路的隔离7.3.6 7.3.6 接方法接方法智能仪器智能仪器第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术形成电磁干扰的要素形成电磁干扰的要素 向外发送干扰的源向外发送干扰的源噪声源噪声源 传播电磁干扰的途径传播电磁干扰的途径噪声的耦合和辐射噪声的耦合和辐射 承受电磁干扰的受体承受电磁干扰的受体受扰设备受扰设备噪声源噪声源 各种放电现象的放电噪声源各种放电现象的放电噪声源 电气设备噪声源电气设备噪声源 固有噪声源固有噪声源7.3.1 7.3.1 干扰的分类及来源干扰的分类及来源智能仪器智能仪器第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术第七章智能仪器的自动校准与抗干扰
45、技术智能仪器中常见的电磁干扰的来源智能仪器中常见的电磁干扰的来源 干扰窜入智能仪器的主要渠道干扰窜入智能仪器的主要渠道智能仪器智能仪器第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术 空间电磁场空间电磁场 通过电磁波辐射窜入仪器，如雷电、无线电波等。通过电磁波辐射窜入仪器，如雷电、无线电波等。 传输通道传输通道 各种干扰通过仪器的输入输出通道窜入，特别是长传输各种干扰通过仪器的输入输出通道窜入，特别是长传输线受到的干扰更严重。线受到的干扰更严重。 配电系统配电系统 如来自市电的工频干扰，各种开关、可控硅的启闭，元如来自市电的工频干扰，各种开关、可控硅的启闭，元器件的机械
46、振动等都会对测试过程引起不同程度的干扰。器件的机械振动等都会对测试过程引起不同程度的干扰。智能仪器智能仪器第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术干扰与噪声的耦合方式干扰与噪声的耦合方式 干扰与噪声的耦合方式一般包括干扰与噪声的耦合方式一般包括静电耦合、互感耦合、静电耦合、互感耦合、共阻抗耦合和漏电流耦合共阻抗耦合和漏电流耦合等，如图所示等，如图所示智能仪器智能仪器第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术1.1.静电耦合静电耦合 静电耦合是由电路间的寄生电容造成的，又称电容性耦合静电耦合是由电路间的寄生电容造成的，又称电容性耦合U
47、 U1 1为为a a、b b间体现的干扰源电动势，间体现的干扰源电动势，Z Z2 2为为c c、d d间受扰电路的等效输入间受扰电路的等效输入阻抗，阻抗，C C为干扰源电路与受扰电为干扰源电路与受扰电路之间的等效寄生电容。受扰电路之间的等效寄生电容。受扰电路在路在c c、d d间所接收到的干扰信号间所接收到的干扰信号为为122j111UCZU 干扰源信号的频率干扰源信号的频率越大，等效寄生电容的阻抗就越小，受越大，等效寄生电容的阻抗就越小，受扰电路接收到的干扰信号就越大。因此，扰电路接收到的干扰信号就越大。因此，减少寄生电容减少寄生电容C C和受扰和受扰电路的等效输入阻抗电路的等效输入阻抗Z
48、Z2 2, ,可以降低静电耦合的干扰与噪声。可以降低静电耦合的干扰与噪声。 智能仪器智能仪器第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术2.2.互感耦合互感耦合 互感耦合是由电路间的寄生互感造成的，又称电感性耦合。互感耦合是由电路间的寄生互感造成的，又称电感性耦合。I I1 1为为a a、b b间干扰源的电流源，间干扰源的电流源，Z Z2 2为为c c、d d间受扰电路的等效输入阻抗，间受扰电路的等效输入阻抗，M M为干为干扰源与受扰电路之间的等效互感。受扰源与受扰电路之间的等效互感。受扰电路在扰电路在c c、d d间所接收到的干扰信号间所接收到的干扰信号为为12j
49、 MIUU2U2随随I1I1、M M和干扰信号的频率和干扰信号的频率的增大而增大。的增大而增大。减小电路减小电路的寄生互感，可以降低互感耦合的干扰与噪声。的寄生互感，可以降低互感耦合的干扰与噪声。 智能仪器智能仪器第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术3.3.共阻抗耦合共阻抗耦合共阻抗耦合是由电路的公共阻抗造成的共阻抗耦合是由电路的公共阻抗造成的图中，图中，I I1 1为为a a、b b间干扰源的间干扰源的电流源，电流源，Z2Z2为为c c、d d间受扰电间受扰电路的等效输入阻抗，路的等效输入阻抗，Z1Z1为干为干扰源电路与受扰电路间的公扰源电路与受扰电路间的
50、公共阻抗。受扰电路在共阻抗。受扰电路在c c、d d间间所接收到的干扰信号为所接收到的干扰信号为 212112ZZZZIUU U2 2随随I I1 1、Z Z1 1的增大而增大。的增大而增大。减减小公共阻抗小公共阻抗Z Z1 1 ，可降低公共，可降低公共阻抗耦合的干扰与噪声。阻抗耦合的干扰与噪声。智能仪器智能仪器第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术第七章智能仪器的自动校准与抗干扰技术4.4.漏电流耦合漏电流耦合漏电流耦合是由电路间的漏电流造成的漏电流耦合是由电路间的漏电流造成的R R为干扰源电路与受扰电路间的为干扰源电路与受扰电路间的漏电电阻，漏电电阻，U U1 1、Z2Z2与图与图(a)(a
