课题六 学习可靠性和抗干扰技术,学习任务一 认识可靠性 学习任务二 认识抗干扰技术,返回,学习任务一 认识可靠性,. 什么是可靠性 一般所说的“可靠性” 指的是“可信赖的” 或“可信任的”。对产品而言， 可靠性越高就越好。可靠性高的产品， 可以长时间正常工作（这正是所有消费者需要得到的）； 从专业术语上来说， 就是产品的可靠性越高， 产品可以无故障工作的时间就越长。 为了对产品可靠性做出具体和定量的判断， 可将产品可靠性定义为在规定的条件下和规定的时间内， 元器件（产品）、设备或者系统稳定完成功能的程度或性质。 因此， 可靠性是指产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。,下一页,返回,学习任务一 认识可靠性,产品可靠性定义的要素是三个“规定”： “规定条件” “规定时间” “规定功能”。 （） 规定条件 “规定条件” 包括使用时的环境条件和工作条件； 例如同一型号的汽车在高速公路和在崎岖的山路上行驶， 其可靠性的表现就大不一样， 要谈论产品的可靠性必须指明规定的条件是什么。 （） 规定时间 “规定时间” 是指产品规定了的任务时间； 随着产品任务时间的增加， 产品出现故障的概率将增加， 而产品的可靠性将是下降的。因此， 谈论产品的可靠性离不开规定的任务时间。,上一页,下一页,返回,学习任务一 认识可靠性,（） 规定功能 “规定功能” 是指产品规定了的必须具备的功能及其技术指标。所要求产品功能的多少和其技术指标的高低， 直接影响到产品可靠性指标的高低。 产品在设计、应用过程中， 不断经受自身、外界气候环境及机械环境的影响， 为了能够正常工作， 这就需要以试验设备对其进行验证， 这个验证基本分为研发试验、试产试验、量产抽检 个部分。 产品实际使用的可靠性叫做工作可靠性。工作可靠性又可分为固有可靠性和使用可靠性。,上一页,下一页,返回,学习任务一 认识可靠性,固有可靠性是产品设计制造者必须确立的可靠性， 即按照可靠性规划， 从原材料和零部件的选用， 经过设计、制造、试验， 直到产品出产的各个阶段所确立的可靠性。使用可靠性是指已生产的产品， 经过包装、运输、储存、安装、使用、维修等因素影响的可靠性。 . 增强可靠性的主要措施 机电设备的可靠性可用可靠度 来表示， 见式（）。 由此可见， 为了提高整个机电一体化设备的可靠性， 必须对其各组成部分进行分析， 提高各组成部分的可靠性， 找出薄弱环节， 改善设计方法， 合理配置结构， 必要时对重要部分可以采用冗余设计。,上一页,下一页,返回,学习任务一 认识可靠性,提高可靠性的措施可以有： 对元器件加强筛选； 使用容错法设计（使用冗余技术）； 重要系统或器件备份； 使用故障诊断技术等。 机电一体化设备的可靠性还可通过提高机械运行精度、提高部件的加工精度、提高系统的控制精度等来获得提高。可采用精密机械改造传统机械， 电路控制部分可用 （可编程控制） 代替传统的继电器接触控制， 或采用先进的 （数字控制）， （计算机控制）代替传统控制方法等。 . 可靠性要素 可靠性包含了耐久性、可维修性、设计可靠性三大要素。,上一页,下一页,返回,学习任务一 认识可靠性,（） 耐久性 产品使用无故障性或使用寿命长就是耐久性。 （） 可维修性 当产品发生故障后， 能够很快很容易地通过维护或维修排除故障， 就是可维修性。像自行车、电脑等都是容易维修的， 而且维修成本也不高， 能够很快地排除故障， 这些都是事后维护或者维修。而像飞机、汽车都是价格很高， 而且非常注重安全可靠性的要求， 一般通过日常的维护和保养， 来大大延长它的使用寿命， 这是预防维修。产品的可维修性与产品的结构有很大的关系， 即与设计可靠性有关。,上一页,下一页,返回,学习任务一 认识可靠性,（） 设计可靠性 这是决定产品质量的关键， 由于人机系统的复杂性， 以及人在操作中可能存在的差错和操作使用环境的这种因素影响， 发生错误的可能性依然存在， 所以设计的时候必须充分考虑产品的易使用性和易操作性， 这就是设计可靠性。一般来说， 产品越容易操作， 发生人为失误或其他问题造成的故障和安全问题的可能性就越小； 从另一个角度来说， 如果发生了故障或者安全性问题， 采取必要的措施和预防措施就非常重要。例如汽车发生了碰撞后， 有气囊保护。 . 可靠性评价,上一页,下一页,返回,学习任务一 认识可靠性,可靠性评价可以使用概率指标或时间指标， 这些指标有： 可靠度、失效率、平均无故障工作时间、平均失效前时间、有效度等。 典型的失效率变化曲线， 形似浴盆， 常称浴盆曲线（ ）， 如图所示。其分为三个阶段： 早期故障区、偶然故障区、耗损故障区。早期故障区的失效率为递减形式， 即新产品失效率很高， 但经过磨合期， 失效率会迅速下降。偶然故障区的失效率为一个平稳值， 意味着产品进入了一个稳定的使用期。耗损故障区的失效率为递增形式，即产品进入老年期， 失效率呈递增状态， 产品需要更新。,上一页,下一页,返回,学习任务一 认识可靠性,. 机电一体化系统电子装置可靠性 首先是电子产品的复杂程度在不断增加， 导致可靠性问题的日显重要。有资料显示， 机电一体化产品的可靠性问题， 超过是出在电子装备或系统上。电子设备复杂程度的显著标志是所需元器件数量的多少。而电子设备的可靠性决定于所用元器件的可靠性， 因为电子设备中的任何一个元器件、任何一个焊点发生故障都将导致系统发生故障。一般说来， 电子设备所用的元器件数量越多， 其可靠性问题就越严重， 为保证设备或系统能可靠地工作，对元器件可靠性的要求就非常高、非常苛刻。,上一页,下一页,返回,学习任务一 认识可靠性,其次， 电子设备的使用环境日益严酷， 现已从实验室到野外， 从热带到寒带， 从陆地到深海， 从高空到宇宙空间， 经受着不同的环境条件。除温度、湿度影响外， 海水、盐雾、冲击、振动、宇宙粒子、各种辐射等对电子元器件的影响， 导致产品失效的可能性增大。 最后， 电子设备的装置密度不断增加。从第一代电子管产品进入第二代晶体管， 现已从小、中规模集成电路进入到大规模和超大规模集成电路， 电子产品正朝小型化、微型化方向发展， 其结果导致装置密度的不断增加， 从而使内部温升增高， 散热条件恶化。而电子元器件将随环境温度的增高， 降低其可靠性， 因而元器件的可靠性引起人们的极大重视。,上一页,下一页,返回,学习任务一 认识可靠性,可靠性已经列为产品的重要质量指标加以考核和检验。产品的技术性能指标仅仅能够作为衡量产品质量好坏的标志之一， 还不能反映产品质量的全貌。必须同时将可靠性指标一并列入质量指标才是完整的。因为， 如果产品不可靠， 即使其技术性能再好也得不到发挥。从某种意义上说， 可靠性可以综合反映产品的质量。,上一页,返回,学习任务二 认识抗干扰技术,干扰是指对系统的正常工作产生不良影响的内部或外部因素。 机电一体化系统的干扰因素包括电磁干扰、温度干扰、湿度干扰、声波干扰和振动干扰等。在众多干扰中， 电磁干扰最为普遍， 且对控制系统影响最大， 而其他干扰因素往往可以通过一些物理的方法较容易地解决。 电磁干扰是指在工作过程中受环境因素的影响， 出现的一些与有用信号无关的， 并且对系统性能或信号传输有害的电气变化现象。这些有害的电气变化现象使得信号的数据发生瞬态变化， 增大误差， 出现假象， 甚至使整个系统出现异常信号而引起故障。,下一页,返回,学习任务二 认识抗干扰技术,. 形成干扰的三个要素 （） 干扰源 产生干扰信号的设备被称为干扰源， 如变压器、继电器、微波设备、电动机、无绳电话和高压电线等都可以产生空中电磁信号。当然， 雷电、太阳和宇宙射线属于干扰源。 （） 传播途径 传播途径是指干扰信号的传播路径。电磁信号在空中直线传播， 并具有穿透性的传播叫做辐射方式传播； 电磁信号借助导线传入设备的传播被称为传导方式传播。传播途径是干扰扩散和无所不在的主要原因。,上一页,下一页,返回,学习任务二 认识抗干扰技术,（） 接收载体 接收载体是指受影响的设备的某个环节， 该环节吸收了干扰信号， 并转化为对系统造成影响的电器参数。接收载体不能感应干扰信号或弱化干扰信号使其不被干扰影响就提高了抗干扰的能力。接收载体的接收过程又称为耦合， 耦合分为两类， 传导耦合和辐射耦合。传导耦合是指电磁能量以电压或电流的形式通过金属导线或集总元件（如电容器、变压器等）耦合至接收载体。辐射耦合指电磁干扰能量通过空间以电磁场形式耦合至接收载体。 根据干扰的定义可以看出， 信号之所以是干扰是因为它对系统会造成不良影响， 反之，不能称其为干扰。,上一页,下一页,返回,学习任务二 认识抗干扰技术,从形成干扰的要素可知， 消除三个要素中的任何一个， 都可以避免干扰。抗干扰技术就是针对三个要素的研究和处理。 . 电磁干扰的种类 按干扰的耦合模式分类， 电磁干扰分为以下 种类型。 （） 静电干扰 大量物体表面都有静电电荷的存在， 特别是含电气控制的设备， 静电电荷会在系统中形成静电电场。静电电场会引起电路的电位发生变化； 会通过电容耦合产生干扰。静电干扰还包括电路周围物件上积聚的电荷对电路的泄放， 大载流导体（输电线路） 产生的电场通过寄生电容对机电一体化装置传输的耦合干扰等。,上一页,下一页,返回,学习任务二 认识抗干扰技术,（） 磁场耦合干扰 大电流周围磁场对机电一体化设备回路耦合形成的干扰。动力线、电动机、发电机、电源变压器和继电器等都会产生这种磁场。产生磁场干扰的设备往往同时伴随着电场的干扰，因此又统一称为电磁干扰。 （） 漏电耦合干扰 漏电耦合干扰是因绝缘电阻降低而由漏电流引起的干扰， 多发生于工作条件比较恶劣的环境或器件性能退化、器件本身老化的情况下。 （） 共阻抗干扰 共阻抗干扰是指电路各部分公共导线阻抗、地阻抗和电源内阻压降相互耦合形成的干扰， 这是机电一体化系统普遍存在的一种干扰。,上一页,下一页,返回,学习任务二 认识抗干扰技术,如图 所示的串连接地方式， 由于接地电阻的存在， 三个电路的接地电位明显不同。当 （或、） 发生变化时， 、 点的电位随之发生变化， 导致各电路的不稳定。 如图 所示的串连接地， 由于共有一根接地线， 当接地点、接地方式选择不当， 导致接地电阻较大， 加上、 电流变化较大时， 同样会导致、 点电位的不相等，产生接地干扰。 （） 电磁辐射干扰,上一页,下一页,返回,学习任务二 认识抗干扰技术,由各种大功率高频、中频发生装置， 各种电火花以及电台、电视台等产生的高频电磁波向周围空间辐射， 形成电磁辐射干扰。雷电和宇宙空间也会有电磁波干扰信号。 . 干扰存在的形式 在电路中， 干扰信号通常以串模干扰和共模干扰形式与有用信号一同传输。 （） 串模信号 串模干扰是叠加在被测信号上的干扰信号， 也称横向干扰。产生串模干扰的原因有分布电容的静电耦合、长线传输的互感、空间电磁场引起的磁场耦合以及 的工频干扰等。,上一页,下一页,返回,学习任务二 认识抗干扰技术,在机电一体化系统中， 被测信号是直流（或变化比较缓慢的） 信号， 而干扰信号经常是一些杂乱的波形并含有尖峰脉冲， 如图 （） 所示。图 中 表示理想测试信号， 表示实际传输信号， 表示不规则干扰信号。干扰可能来自信号源内部图 （） ， 也可能来自于导线的感应图 （） 。 （） 共模干扰 共模干扰往往是指同时加载在各个输入信号接口端的共有的信号干扰。图所示的电路中， 检测信号输入 转换器， 转换器的两个输入端上即存在公共的电压干扰。,上一页,下一页,返回,学习任务二 认识抗干扰技术,由于输入信号源与主机有较长的距离， 输入信号 的参考接地点和计算机控制系统输入端参考接地点之间存在电位差。这个电位差就在转换器的两个输入