杂散测试

杂散测试（精选6篇）

杂散测试 篇1

1 引言

不确定度的是指由于测量误差的存在, 对被测量值的不能肯定的程度。反过来, 也表明该结果的可信赖程度。它是测量结果质量的指标。不确定度愈小, 所述结果与被测量的真值愈接近, 质量越高, 水平越高, 其使用价值越高;不确定度越大, 测量结果的质量越低, 水平越低, 其使用价值也越低。在报告物理量测量的结果时, 必须给出相应的不确定度, 一方面便于使用它的人评定其可靠性, 另一方面也增强了测量结果之间的可比性。

2 WCDMA手机测试系统不确定度分析

测试系统连接图

被测件参数假设如下:

移动台使用专用接头:反射系数0.7

测试控制箱的参考指标

WCDMA频段:

控制箱端口驻波比:SWR=1.16

控制箱到E5515C输入端口衰减值:8.9dB

2.1 发射机传导杂散不确定度

2.1.1 20Hz-2.2GHz不确定度分析

不确定度分析:

(1) 校准引起的不确定度 (△P)

——根据附件中校准不确定度的计算可得不确定度为0.234dB

(2) 失配引起的不确定度 (δPM)

——根据资料, 被测件发射机反射系数Γ=0.60

——控制箱的驻波比为VSWR=1.1, Γ=0.048, 控制箱的衰减值为11.5d B, 则S12=S21=0.266

——频谱仪的驻波比为VSWR=1.20, Γ=0.091

因此, 发射机到控制箱的不确定度为

发射机到频谱仪的不确定度为

控制箱到综测仪的不确定度为

失配引起的合成不确定度为

(3) 频谱仪测试不确定度

频谱分析仪E4440A在前置衰减器设置为10d B值时相应的频率响应精度为±0.38dB (d) (r) , 因此

频谱分析仪E4440A在1MHz以上的分辨带宽转换不确定度为±0.03d B, 因此

频谱分析仪在0d B至-70dB的线性显示刻度精度为0.3d B, 因此

频谱分析仪在非10d B的内置衰减器切换的精度为0.3d B, 因此

综合可得在衰减器为10d B时的不确定度:

综合可得在衰减器不为10d B时的不确定度:

(4) 电压稳定性δPV

根据参考资料和实验统计分析, 电压变化带来的不确定度影响大概在0.026d B。

即u (δPV) =0.026d B

(5) 环境温度的变化对不确定度的影响 (δPT)

环境温度的影响为0.001d B/度, 可以忽略不计。

综合功率测量不确定如下:

通带外:

通带内:

扩展不确定度:

通带外:

通带内:

2.1.2 2.2GHz-7GHz不确定度分析:

不确定度分析:

(1) 校准引起的不确定度 (△P)

根据附件中校准不确定度的计算可得不确定度为0.234dB

(2) 失配引起的不确定度 (δPM)

——根据资料, 被测件发射机反射系数Γ=0.70

——控制箱的驻波比为VSWR=1.25, Γ=0.111, 控制箱的衰减值为11.5d B, 则S12=S21=0.085

——频谱仪的驻波比为VSWR=2.0, Γ=0.333

因此, 同2.1.1计算公式

发射机到控制箱的不确定度U=0.478dB;

发射机到频谱仪的不确定度U=0.012dB;

控制箱到综测仪的不确定度U=0.228;

失配引起的合成不确定度UC Power=0.530dB。

(3) 频谱仪测试不确定度

同2.1.1计算公式

频谱分析仪E4440A在前置衰减器设置为10dB值时相应的频率响应精度为±1d B (d) (r) , 因此

频谱分析仪E4440A在1MHz以上的分辨带宽转换不确定度为±0.3d B, 因此U=0.172 d B;

频谱分析仪在0dB至-70dB的线性显示刻度精度为0.3d B, 因此U=0.172 d B

精度为0.3d B, 因此U=0.172 d B综合可得在衰减器为10dB时的不确定度:

(4) 电压稳定性δPV

根据参考资料和实验统计分析, 电压变化带来的不确定度影响大概在0.026dB。

即u (δPV) =0.026dB

(5) 环境温度的变化对不确定度的影响 (δPV)

环境温度的影响为0.001dB/度, 可以忽略不计。

综合功率测量不确定如下:UC=0.822dB

扩展不确定度:

U=K×Uc=1.96×0.822=1.61dB

2.1.3 7GHz-12.75GHz不确定度分析

不确定度分析:

(1) 校准引起的不确定度 (△Ρ)

根据附件中校准不确定度的计算可得不确定度为0.049 d B

(2) 失配引起的不确定度 (δPM)

——根据资料, 被测件发射机反射系数Γ=0.70

——控制箱的驻波比为VSWR=1.25, Γ=0.111, 控制箱的衰减值为11.5d B, 则S12=S21=0.085

——频谱仪的驻波比为VSWR=3.0, Γ=0.5

因此, 同2.1.1计算公式

发射机到控制箱的不确定度U=0.478dB;

发射机到频谱仪的不确定度U=0.017dB;

控制箱到综测仪的不确定度U=0.342dB;

失配引起的合成不确定度UC Power=0.588dB。

(3) 频谱仪测试不确定度

频谱分析仪E4440A在前置衰减器设置为10dB值时相应的频率响应精度为±2d B (d) (r) , 因此

频谱分析仪E4440A在1MHz以上的分辨带宽转换不确定度为±0.3d B, 因此U=0.172 d B;

频谱分析仪在0dB至-70dB的线性显示刻度精度为0.3d B, 因此U=0.172 d B

综合可得在衰减器为10dB时的不确定度:

(4) 电压稳定性δPV

根据参考资料和实验统计分析, 电压变化带来的不确定度影响大概在0.026dB。

即u (δPV) =0.026dB

(5) 环境温度的变化对不确定度的影响 (δPT)

环境温度的影响为0.001dB/度, 可以忽略不计。

综合功率测量不确定如下:

扩展不确定度:

U=K×Uc=1.96×1.320=2.59dB

2.1.4 发射机传导杂散不确定度

综合以上计算数据可得发射机传导杂散不确定度如下:

扩展不确定度:

通带内:

附:校准不确定度计算

(1) 校准模型

上图是校准的示意图, 其中射频控制箱包含了衰减器、功分器、射频电缆等器件。但可以作为一个衰减器来考虑, 因此可将第二个图形简化为:

(2) 校准不确定度分析

a.功率计参考源的不确定度

功率计测量精度按2年23±3度计算, 其精度为±0.5% (p) (d) (r) , 因此功率计测量值的不确定度为

功率计参考源输出的精度为±0.4% (p) (d) (因此功率计参考源的不确定度U=0.010Db;

最后得到UC=0.016 d

b.失配分析

——信号源输出端口驻波比为1.14, 其相应的反射系数为0.065

——控制箱端口驻波比为1.17, 其相应的反射系数为0.078, 控制箱衰减值为10dB, 则S12=S21=0.316

——功率计输入端口驻波比为1.06, 其相应的反射系数为0.029

失配计算公式:

因此

信号源到控制箱的不确定度U=0.312dB;

信号源到功率计的不确定度U=0.0012dB

控制箱到功率计的不确定度U=0.00139dB;

最终失配引起的不确定度为:UC Power=0.034d B。

c.环境温度的变化对不确定度的影响

环境温度的影响为0.001dB/度, 按实验室3度变化范围计算。

d电压的变化对不确定度的影响

根据资料, 电压变化引起的不确定度

(3) 综合校准测量不确

参考文献

[1]国家认证认可监督管理委员会编.实验室资质认定工作指南 (第二版) [M].北京:中国计量出版社, 2007.

杂散测试 篇2

萨北油田北部过渡带地区电泵井基本情况调查如下:

(1)套管外漏电泵井:萨北油田北部过渡带地区电泵井腐蚀外漏频繁,不但造成部分油井关停、无法生产,平均日影响产量近百吨,而且外冒的产出液严重污染环境。目前外漏井的治理措施是大修取套,成本投入很大(浅表层取套单井约30万元)。现场调查表明,萨北油田电泵井外漏在平面上成片出现,具有外漏位置纵向向上集中分布的特点,外漏深度一般小于100 m。

(2)现场土壤测试:土壤电阻率是评价土壤腐蚀的主要参数。其大小与土壤颗粒大小、含水量、含盐量有直接的关系。土壤电阻率越小,金属的腐蚀速率越大。

根据土壤电阻率测试曲线,萨北油田北部过渡带地区浅表层100 m内存在多段低电阻率层(10 Ω·m以下),证明该地区土壤具有强腐蚀性[1]。

(3)现场取样腐蚀孔状态:自1998年以来,大庆油田北部过渡带区域的电泵井套管腐蚀严重,78口电泵井中已有28口发生腐蚀外漏,比例达到了36%。而这些腐蚀外漏井的腐蚀形貌与土壤的电化学腐蚀情况不完全相同。从取套井套管上可见杂散电流腐蚀(又称电蚀[2])痕迹,腐蚀坑呈外喇叭状,创面光滑圆亮,坑内发黑,无黄锈无腐蚀产物或很少,坑直径为5～10 mm,坑深在2～4 mm,说明这不是常规的土壤电化学腐蚀,而与电蚀形态相近。从电泵井现场来看,有接地体存在,这一点为“电击说”提供了有力证据。

1 杂散电流腐蚀的判断方法

1.1 外观判别法(见表1)

1.2 电气判别法

一般来说,地磁变化周期较小,自然存在的地电流的大小随地形和季节变化很小,约为2 μA/m2,对腐蚀的作用可以忽略。若大地中存在大量杂散电流,必然会引起大地电位梯度的变化,利用此点,可判断土壤是否存在杂散电流以及其严重程度,并推断管道受到干扰的可能性,见表2。

1.3 管地电位波动判别法

管地电位随着电器负荷的变化而变化,所以判断电器周围的管道是否受到干扰的另一个指标就是管地电位波动值,见表3。

根据SY/T 0087-95《钢质管道及储罐腐蚀与防护调查方法标准》第6.1.2条,管道附近的土壤中电位梯度大于0.50 mV/m时认为有干扰的可能,当电位梯度大于2.50 mV/m时,应考虑采取防护措施。根据标准,管地电位正向波动大于100 mV时,也应采取防护措施。

2 电泵井杂散电流现场监测

杂散电流产生的原因很多,如电气化铁路、各种用电设备(如变压器、地下电缆)等散布的电流都可视为杂散电流,雷电、高压线等也能产生。杂散电流按一定路线在土壤中形成回路,回路小到几毫米大到上千米,如土壤中有埋地金属体存在(金属的电阻比土壤低),杂散电流将从埋地金属体流过,进入大地或水中,杂散电流流出部位将成为阳极,此部位会发生剧烈的腐蚀,通常将此种腐蚀称为杂散电流干扰腐蚀[2]。为了验证现场是否存在杂散电流并判断其强度而进行了测试。

2.1 管地电位的测量

(1)闭路测量法(移动参比电极法)

此方法测量管地电位分布,任意长的测量点间隔布置,无须增加测定点,是一种经济有效的方法。

(2)双参比电极法

与闭路测量法相同,但避免了无限延长测量导线带来的麻烦。

2.2 杂散电流方向及地电位梯度测量

应用正交的四参比电极组成直角坐标系,求出矢量和,则该矢量和的方向即代表该点的杂散电流方向。通过所测的参比电极中两点电压与距离的比值,分别得出直角坐标系中的横向和纵向的电位梯度,其矢量和的大小就是该点的地电位梯度。

2.3 测试方案

在距电泵井(曾发生套漏腐蚀)3 m处,钻一直径400 mm、深度100 mm的深井,配置不同深度(100,75,50,25 m)的长效参比电极,通过定长、连续性的电势差测量,直接反映出所处电场中不同2点间的电位变化,通过测量的电势差判断杂散电流的存在及其强弱。针对北部过渡带腐蚀严重的情况,选择了2口电泵井进行杂散电流测试,其中北4 - 9 - 丙69井距北五联1 km(内有2×8 000 kVA变电所一座),北4 - 8 - 丙61井距北十九联0.2 km(内有2×8 000 kVA变电所一座)。2口井周围均有35 kV和6 kV高压线。

2.4 现场测试

应用SCM - 200a智能型杂散电流测量仪进行测试。测量方式为地表固定距离的电位测量、地下不同深度与地表电位测量及管/地电位测量,测量频率包括长时间固定间隔连续测量和短时间无间隔大数据量及随机采样测量[3,4],电位波动范围均采取固定频率波动方式,测量结果见表4。

虽然杂散电流不是时时存在,但通过仪器的随机采样发现,高压线下有杂散电流存在,而且围绕某一固定值波动,高压线平行方向电位12.50～15.00 mV/m存在较强的杂散电流,沿高压线垂直方向为1.30～10.00 mV/m。

根据2口井地下不同深度测试结果可知,北4 - 9 - 丙69井地下50 m处有中等强度的杂散电流,其对地表电位为2.50 mV/m左右(2.34～2.6 mV/m);地下100 m处有弱的杂散电流存在,其电位梯度为0.66 mV/m,其他深度电位梯度小于0.50 mV/m,没有捕捉到杂散电流。对北4 - 8 - 丙61井的测试结果表明,地下75 m处电位梯度为1.00 mV/m,证实有弱的杂散电流存在,其他深度没有捕捉到杂散电流,电位梯度均小于0.50 mV/m。

另外,北4 - 9 - 丙69井的管/地电位波动范围为124 mV,高于国家标准规定的应采取防护的标准值100 mV。

3 结 论

(1)萨北油田电泵井周围及地下存在杂散电流,并高出国家行业标准规定值。

(2)萨北油田电泵井套管的腐蚀是土壤腐蚀及杂散电流腐蚀综合作用的结果。

(3)从套管外漏喇叭孔形貌分析,可能出现过强的大杂散电流波动,有电击穿成分。

摘要：针对萨北油田北部过渡带地区电泵井套管腐蚀外漏频繁的现象,对套管腐蚀坑形态进行了分析。结果表明:腐蚀坑呈外喇叭状,创面光滑圆亮,坑内发黑,无腐蚀产物或很少,为杂散电流腐蚀痕迹。对该区电泵井进行地下土壤电阻率测试及现场连续监测发现,地下不同深度存在杂散电流,电泵井套管腐蚀是土壤腐蚀及杂散电流腐蚀综合作用的结果。

关键词：电泵井套管,土壤腐蚀,杂散电流腐蚀,土壤电阻率

参考文献

[1]王光雍,王海江,李光濂,等.自然环境的腐蚀与防护:大气、海水、土壤[M].北京:化学工业出版社,1997:34~56.

[2]胡士信.阴极保护工程[M].北京:化学工业出版社,1999:268~273.

[3]刘凯,马丽敏,陈志东,等.埋地管道的腐蚀与防护综述[J].管道技术与设备,2007(4):36~38,42.

浅谈杂散电流的危害及其防护 篇3

目前城市轨道交通均采用走行轨回流的直流牵引供电系统, 接触网与牵引所的正母线连接, 回流走行轨与负母线连接。在经走行轨回流的途中, 由于轨道有电阻, 在靠近车辆的地方, 电位较高一些, 形成轨道阳极区, 就存在正相泄露电流流入大地。存在隧道混凝土结构钢筋中的电流会产生向走行轨回流的可能性。

2 杂散电流的危害

1) 钢轨及其附件的腐蚀。列车进入阳极区下部很有可能会产生电蚀, 同时电流腐蚀还可能会集中出现在道钉的钉入部位, 这部位腐蚀比较隐蔽。2) 钢筋混凝土金属结构物的腐蚀。在杂散电流由混凝土进入钢筋和由钢筋返回混凝土的部位, 钢筋都会受到电化学腐蚀, 其腐蚀产物与周围环境有很大联系。3) 埋地管线的腐蚀。在地铁线路上, 沿着线路都埋有许多管道, 这些管道有铸铁管和钢管之分, 电导通良好, 及其容易被杂散电流腐蚀, 据调查, 这些管线不同程度地受到电化学腐蚀。

3 杂散电流电化学腐蚀原理

金属电化学腐蚀的过程类似原电池的工作过程, 当电池接通外电路时, 两电极与电解质之间的反应如下:

锌壳发生氧化反应, 使锌原子离子化:

随着反应的进行, 锌壳不断地被离子化, 并给出电子, 在外电路中形成电流。离子化的结果使金属被腐蚀。

在地铁系统中, 杂散电流腐蚀原理图如下:

假设经过道床的泄露电流最后流回负极, 杂散电流流经途径:

1) 轨道 (阳极区) →道床, 大地→地网 (阴极区)

2) 地网 (阳极区) →大地, 道床→轨道 (阴极区)

由于这两个阳极区部有杂散电流经过, 进而导致这部分的金属铁在阳极过程中, 和周围的电解质电解产生腐蚀。腐蚀包括酸性的电解质产生析氢腐蚀的氧化还原反应和碱性的电解质产生吸氧腐蚀的氧化还原反应:

析氢腐蚀:

吸氧腐蚀:

上述两种腐蚀反应通常生成Fe (OH) 2, 而在钢筋表面或介质中析出, 部分还可以进一步被氧化形成Fe (OH) 3。生成的Fe (OH) 2继续被介质中的氧化成棕色的Fe2O3·2H2O (红锈的主要成分) , 而Fe (OH) 3可进一步生成Fe3O4 (黑锈的主要成份) 。

杂散电流腐蚀一般具有以下特点:程度剧烈;腐蚀集中局限在某一部位;如果存在防腐层, 则通常在防腐层存在缺陷处高度集中。

4 地铁系统中杂散电流的防护办法

1) 就车辆段和停车场而言, 必须以实际的工程条件为基础, 利用多个回流点的布设, 引导电流回流至最近的地方, 排除电阻阻碍回流通路, 使杂散电流总量控制在一定范围内。2) 增大钢轨泄漏电阻措施。解决轨道交通防护杂散电流的根本办法可以通过较高的泄漏电阻来完成。影响钢轨泄漏电阻的原因包括两方面:一方面是钢轨绝缘安装点的绝缘电阻, 另一方面, 钢轨与道床表面的空隙距离及道床环境条件。3) 杂散电流的流通路径控制措施。金属结构受到杂散电流的影响, 在其钢轨、道床结构钢筋、隧道结构钢筋、地网及地铁外部其他公共设施四个方面可能会产生腐蚀。杂散电流先经由钢轨, 泄漏到床结构中, 接着经过道床结构继续流向隧道、车站结构等其他结构中。通过整体道床内结构钢筋的纵向联通, 进而促进电气连续的杂散电流主收集网的形成和产生, 杂散电流通过这个电气通路流至牵引变电所, 从收集网流出来最终达到钢轨, 防止杂散电流在从道床流向其他结构过程中泄漏。除此之外, 如果工程条件允许, 增加素混凝土层在地下区段道床与隧道 (或其他结构间) 之间, 以此使道床与其他结构间泄漏电阻增加, 防止杂散电流流向其他结构的过程中泄漏。4) 排流柜设置方案。腐蚀钢筋一般也只有杂散电流流出钢筋时产生, 然而, 一般在在阴极区才会大量的积聚杂散电流, 如果当金属结构受到结构钢筋或其他可能受到杂散电流腐蚀时, 在牵引变电所处连接于钢轨或牵引变电所负母排, 因为杂散电流向牵引变电所直接流入通常经由的通路路径最短, 在阳极区范围内, 杂散电流的范围几乎不会经过钢筋扩大到混凝土, 电化学反应产生可能性也降低, 因此将其命名为排流法。5) 盾构区间防护杂散电流方案。联通管片内的所有钢筋, 利用铁垫圈有效的引出电气连接点, 接着利用铁螺栓和螺母联通所有隧道管片中钢筋的电气完成拼装隧道管片, 进而促进等电位的法拉第网的产生, 以此电气屏蔽掉地铁的杂散电流, 有效的减少地铁杂散电流向地铁基础结构和其他结构的泄漏。可是, 在具体实践中, 由于都是在各螺栓之间进行混凝土灌浆, 只是通过单纯机械的连接螺栓和螺母, 难以彻底导通连接电气, 相比之下远远不及管片采用绝缘隔离措施。

5 结束语

伴随着飞速发展的交通系统, 城市出现了地铁和轻轨等便利的交通工具, 人们也加强了防护地铁杂散电流的意识, 但是, 作为一个系统工程的地铁杂散电流防护必须依靠协调设计、施工以及运营的专业配合工作, 不仅能够有效的进行防护, 还能在预防方案上做出更大的研究。

参考文献

[1]马洪儒.北京地下铁道的杂散电流腐蚀与防护[J].城市轨道交通, 1990.

[2]易友祥.一种积极有效的地铁杂散电流防护方案[J].天津理工学院学报, 1995.

分光光度计杂散辐射率 篇4

1杂散辐射率的产生原因

杂散辐射率是指在单色光波长一定间隔 (一般为五个光谱带宽) 范围之外, 通过单色器所得到的全部辐射能, 杂散辐射率的大小, 反映了出射光束的光谱纯度。

对于分光光度计而言, 杂散辐射率包含了三方面的辐射能, 一是波长与测量波长相同, 但由于种种原因偏离正常光路, 在不通过样品的情况下, 直接射到光电接收器上的辐射能;二是虽然经过了样品, 但是由于光学系统色散原件及反射透射镜的缺陷, 如不必要的反射面、狭缝的缺陷、灰尘的散射、光学件 (如光栅、透镜、反射镜等) 表面的损伤、霉斑、准直系统内部或有关隔板边缘的反射、光学系统的像差、热辐射或荧光引起的二次电子发射、单色器内壁黑化处理不妥、不均匀色散等产生的进入光电接收器的非测量波长辐射能;三是暗盒和样品室未盖严从外部漏入的光线。

2杂散辐射率对测量的影响

杂散辐射率的存在会使朗伯-比尔 (Lambert-Beer) 定律产生偏移。杂散辐射率是分光光度计的关键性技术指标, 是分析误差的主要来源, 它决定了仪器分析样品的浓度范围, 特别是浓度的上限, 当一台分光光度计的杂散辐射率一定时, 被分析的试样浓度越大, 其分析误差就越大, 它能使建立的标准曲线弯曲。过大的杂散辐射率不但会淹没小吸收峰, 造成光谱图线条的连续不光滑, 还会降低仪器的测量准确度, 笔者曾经检过杂散辐射率高达30%T的分光光度计。根据朗伯-比尔定律:

如果存在杂散辐射率, 则A=-lg (T0+Ts)

T0为样品引起的透射比值, Ts为杂散辐射率引起的透射比值, 从式中可以看出Ts越大, T0越小, 杂散辐射率对测量的影响越大。

3减小和消除杂散辐射率的方法

3.1选择购买具有优良光学系统的分光光度计, 这些仪器制作精良, 能够将固有的杂散辐射率降到最小, 例如好的单色器杂散辐射率就比较小, 光栅式单色器一般比棱镜式好。

3.2仪器应放置在无振动的工作台上, 振动会使准直系统的零件松动, 光路位置偏移, 狭缝变大变小, 从而引起杂散辐射率变大。

3.3仪器应放置在粉尘小的场所, 粉尘会附着在光学元件的表面, 也会通过狭缝等缝隙进入光接收器及单色器的暗盒, 降低单色光的能量、增加光的散射, 引起杂散辐射率变大。

3.4仪器应放置在干燥的场所, 潮湿会使光学元件表面发霉受腐蚀, 引起杂散辐射率变大。

3.5确保暗盒和样品盒的密封性, 防止不必要的光线进入光电接收器。

DDS中的杂散分析与抑制技术 篇5

1 DDS基本原理

DDS实质上是把一个周期的模拟波形信号通过采样、量化、编码,形成一个正弦函数表存储在ROM中,通过顺序的提供周而复始的地址,从ROM中读出该量化后的数字波形信号,再通过D/A还原,这种ROM+D/A模式的波形合成技术就是DDS技术的雏形。现在的DDS系统主要是有相位累加器、波形ROM、D/A转换器及低通滤波器四个部分构成。其基本构成原理图如图1所示。

相位累加器是由一个N位加法器和一个N位寄存器构成,通过把上一时钟的累加结果反馈到加法器的输入端而实现累加功能,从而使输出结果每一时钟周期递增Fr。其中,Fr称为频率控制字,它唯一的确定了输出信号的频率。当Fr=1时,DDS输出最低频率fc/2N,即DDS的频率分辨率。根据奈奎斯特准则,DDS输出的最高频率为fc/2,即Fr=2N-1,但实际中受LPF影响,一般输出频率不超过0.4fc。

2 DDS杂散来源模型

实际DDS中,由于相位累加器的位数N很大,一般不等于波形ROM地址线的位数,且波形ROM存储数据量化位数有限,因此在这个过程中会引入相位截断误差ξp(n)和幅度量化误差ξM(n),同时DAC的非线性也会产生转换误差ξDA(n)。正是这些误差在信号频谱中引入了杂散成分,并且是DDS中杂散的主要来源,杂散模型[2]如图2所示。

3 DDS杂散分析及抑制方法

首先,为了使DDS具有很高的频率分辨率,一般相位累加器的位数N都取的很大,如N=32,48等,若这N位都用于寻址,那么它所需的ROM存储量将为2N,此容量太大,实际并不可用,故通常将N位中的高M位用来寻址,其余舍去,这样就引入了相位截断误差。其次,在理论上任意模拟幅度值都需要用无限长的二进制数才能精确表示,而在实际DDS中,从相位到幅度的转换是通过查找波形存储表ROM来实现的,ROM要对模拟信号幅度值进行量化后才能输出,而ROM的输出位数为D,是有限的,从而引入了幅度量化误差,又称作背景噪声。

DDS中的这些误差严重影响了DDS性能,因此,国内外学者在深入研究DDS的杂散成因及分布规律的基础上,提出了不少抑制DDS杂散的有效方法。文献[3]中提出了一种改进相位累加器从而改善杂散的方法。由于相位截断误差ξp(n)是以2B/(2B,Fr)(B为截断位数)为周期,如果能够打破该周期性,那么就可以减少DDS中由于相位截断引入的误差。为此,文献[4]中提出了抖动注入技术。Wheatley又在此基础上提出了在每次相位累加器溢出时,产生一个0～Fr-1的随机整数加到相位累加器的寄存器上,使相位累加器的溢出不总是比理想的推后,而是随机地提前,从而打破了周期性的新方法,我们把它称为Wheatley相位抖动注入法[5]。文献[6]中提出了压缩ROM数据容量,因为相位寻址每增加一位,杂散大约改善6dB。因此在保证ROM容量不变情况下,压缩存储数据等效于增加相位寻址位数,以改善DDS杂散。常用的压缩ROM存储数据的方法有正弦值-相位差法[7],Sunderland提出的粗细ROM结构及其修正[8],Nicolas提出一种基于数字的优化方法[9]。此外,文献[7]中还介绍了两种通过计算的方法来实现相幅转换,即Taylor级数逼近法和CORDIC算法,文献[10]中提出了两种DDS+PLL的抑制杂散方法等等,这些方法都在一定程度上有效的改善了DDS的杂散并在实际制造过程中得到了应用,使得一些公司生产出了一系列性能优良的DDS器件。

4 D/A非理想特性对DDS输出的影响及改善的实现结构

DAC的动态非线性、静态非线性、有限分辨率、瞬间毛刺、数字噪声馈通及内部闪烁噪声等非理想特性都是导致DDS输出信号频谱劣化的因素。DAC的非理想特性难以建模,不同的器件性能各异,只能根据具体的器件参数分别考虑。由于DAC对输出频谱的影响跟相位截断误差和幅度量化误差比起来是很小的。因此,在DDS技术发展的二三十年中,对DAC非理想特性引起的误差问题研究不是很多。

在现代VLSI技术条件下,通过加大ROM容量及数据位数,DDS由相位截断和数据量化引起的杂散噪声已经可以很容易做到-70dB以下的理论值,但是工作在1GHz的高速DDS输出谱中总是存在-40dB左右的少数杂散谱线,这是由DAC的非理想特性引起的,因此DAC才是目前影响DDS频谱质量的决定因素。

近年来,随着集成电路制作工艺和电路结构的不断完善,DAC的非理想特性得到了很大的改善,然而这并不能彻底解决DAC的瞬态毛刺和非线性这些固有的缺陷,因此,设法改善DAC的固有噪声成为了必须。这里给出两种改善DAC固有噪声的结构。

1.平衡DAC结构法

这种结构是在电路中用两个完全相同的DAC,其中一个DAC前端增加一个反相器,然后使的两个DAC的输出相减,从而将同相的干扰相抵消。这种结构很容易就获得10dB以上的杂散改善。其原理图[2]如图3所示。

2.延时叠加法

延时叠加法可以抑制主谱中的边带杂散,提高DDS输出信号的信噪比,减轻DAC后低通滤波器的压力,从而使低通滤波器更容易设计。延时叠加法的实现方案[11]如图4所示。

本方案中采用了两片DAC,分别用相位相反的时钟进行触发,这样两个DAC的触发时间相差Tc/2。

设:DDS的输出信号为:

延时输出信号为:

所以叠加后输出信号为:

其中:

叠加前的信噪比:

叠加后的信噪比:

由(4)式可见,在叠加输出后,信噪比有一增量,这说明对频谱中的边带(主谱中的杂散)有一定的抑制作用。另外,它对量化噪声及其它杂散也有抑制效果。

5 结语

本文在介绍DDS基本原理和杂散来源的基础上,总结了近年来抑制杂散的一些有效方法。通过对DDS杂散的全面分析可以看出,目前制约DDS谱质性能的关键是DAC。除了工艺上的改进外,对DA C进行较完善的理论分析,并在此基础上修正或设计出更好DAC,正成为DDS技术发展的迫切需要。同时,像平衡DAC法,延时叠加法这样的DDS结构,也为提高DDS性能开创了另一种途径。总之,随着现代科技的不断发展,DDS的性能会不断地完善,应用领域也会不断地拓展。

摘要：本文简要说明了DDS的基本原理,给出了DDS杂散来源模型,分析总结了DDS中的杂散和杂散抑制的有效方法,介绍了当前研究很少的由于D/A转换器的非理想特性引起的误差及其改善的实现结构。

关键词：DDS,杂散分析,杂散抑制,D/A转换器

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杂散测试 篇6

1 杂散电流的危害与原因

1.1 杂散电流的危害

1.1.1 出现瓦斯煤尘的爆炸。

因为瓦斯等气体会出现在煤矿井下, 与此同时, 也存在着煤尘, 如果矿井的通风性比较差, 从而使得煤尘和瓦斯等积聚, 这就会导致爆炸事故的出现。这样, 混合气体当中会引进电火花, 从而出现瓦斯煤尘的爆炸。

1.1.2 馈电开关和漏电保护设施的误动作

在矿井作业的时候, 倘若电机车离采区比较远, 通过绝缘电阻的杂散电流就会到达低压电网, 且经过零序电抗线圈和三相抗电器流到继电器, 最后流到接地网, 且通过电点回流向负母线回流。这样, 在当电流通过继电器的过程中, 会在瞬间加大继电器线圈的电流, 进而出现馈电开关和漏电保护设施的误动作。

1.1.3 金属的腐蚀

因为在大地流入杂散电流之后, 电缆外皮与金属管道的电阻值比较小, 所以在电缆与金属管道的外皮当中会流入电流, 倘若在回电点的位置流出电流, 然后通过电缆外皮与金属管道到达大地, 再到达轨道, 此时, 阴极区 (电流流入) 在电缆与管道的一侧形成, 而阳极区 (电流流出) 在电缆与管道的另外一侧形成, 这样, 电解槽就在轨道与管道大地形成, 从而导致金属的腐蚀。

1.1.4 误引爆

当矿井雷管的电流在300m A以上或者是雷管两脚线之间的电压在1-1.5V之间, 就会导致引爆现象的出现。在架线式电机车运输轨道连接炮采炮掘工作面的时候, 当轨端绝缘设施达不到有关技术标准的前提下, 因为存在杂散电流, 这就使得地电位出现在工作面道轨, 在放炮员把雷管的一根脚线接触大地, 而另外一根接触道轨, 大地和道轨之间有足够大的电位的前提条件下, 就出现雷管的误引爆。

1.2 出现杂散电流的原因

1.2.1 出现交流杂散电流的原因

有关的矿井安全规定是不允许配电变压器的中性点跟大地直接进行连接的, 并且不允许从地面中性点直接跟大地相连接的发电机或者是变压器往矿井供电, 这样在电容不等的前提下, 零序电流出现, 且通过接地线或者是大地往电网当中回流。

1.2.2 出现直流杂散电流的原因

在矿井架线电机车运输的当中, 应用的是直流牵引供电, 因为大地与回流轨道间并非完全绝缘的, 再者, 轨道当中的连接技术水平低或者是轨端连接丢失, 这使得一部分回流电流需要经过沿线金属管路, 从而使得电缆金属铠装电阻最小的路径到达变流所, 这就使得直流杂散电流出现

2 有效控制煤井杂散电流的方法策略

2.1 屏蔽电缆的应用

目前形势下, 我国矿井生产所应用的橡胶电缆往往会出现三相导线对地电容不相同的情况, 而应用屏蔽电缆能够使得电容的电流经过屏蔽层向电网当中回流, 这不再外泄零序电流, 从源头上阻止了杂散电流。

2.2 改变两个电阻值

(1) 减少轨道接头电阻值"加强轨道接头的维护, 保持良好的电气连接, 确保接头电阻符合《煤矿安全规程》 (2013年版) 第354条明文的规定:焊接长轨, 是减少轨道接头电阻极为有效的措施。

(2) 增大轨道与大地间的接触电阻。

保持轨道清洁、干燥是增大接触电阻的主要措施"对沿线管路和金属铠装电缆铺设支点施加绝缘, 也是增加杂散电流过渡电阻、减少杂散电流的重要措施。

2.3 电网电压极性的改变

电网电压极性的改变, 指的是负极架线相连, 而正极连接钢轨, 这样尽管不能够减少杂散电流, 可是能够减少电缆外皮的腐蚀。将电网的电压极性改变之后, 就会从牵引变流所旁边的轨道当中流出杂散电流, 这个时候轨道变成了回路阳极, 因此变流所旁边的钢轨会有比较严重的腐蚀, 然而能够对轨道实施定期地更换, 从而减少轨道的腐蚀性, 在牵引变流所旁边的杂散电流会向电缆外皮流, 因为改变了极性, 电缆变成了电解池的阴极, 进而有效地减少了电缆外皮的腐蚀。

2.4 使加载轨道负荷电流减少

2.4.1 敷设回流线的策略

可以将废旧钢丝绳顺着巷道敷设, 以此充当回流线将杂散的电流收集起来, 从而屏蔽金属管线及电缆, 且能够有效地减少牵引网络回路的电阻值, 改善架线电机车的技术水平。

2.4.2 双线供电接正负极的策略

在运输系统双线供电的过程中, 可以将一架线接负极, 而另外的一架线接正极, 在它的正负极间接轨道, 如果重车道上的负荷相同的过程中, 电流是不经过轨道的, 这就不会出现杂散电流。

2.5 轨道绝缘点的设置

一定要将两个绝缘点加在架线电机车回电与不回电轨道间, 在两种轨道的连接点设置第一个绝缘点, 在不回电轨道上设置第二个绝缘点, 并且确保绝缘点的干燥和清洁, 电阻值大于50KΩ。轨道绝缘点设置, 有效地隔开了架线电机车和采掘面的轨道, 从而防止了杂散电流的进入。

2.6 增加变流所, 使供电的半径缩短

在缩短供电半径后, 牵引网络电压就会下降, 从而也使得轨道电压下降, 有效地减少杂散电流。

2.7 两个电阻值的改变

2.7.1 增大大地和轨道之间的接触电阻

确保轨道的干燥和清洁, 对金属铠装电缆与沿线的管路铺设支点加绝缘, 从而保障杂散电流尽可能少的出现。

2.7.2

维护好轨道接头, 减少轨道接头的电阻值, 确保电气连接的优良, 保障接头电阻跟相关的标准符合。

3 结论

对于杂散电流, 实施一系列的策略进行控制, 可以减少杂散电流, 减轻对矿井安全所导致的危害, 确保矿井的安全生产。在以后不断进步的技术的影响下, 结合矿井安全生产的要求, 对容量比较大的自动化在线监测系统, 已在防治和监测杂散电流当中应用人工神经网络、通信技术、计算机技术、电子技术的最前沿研究成果, 最终主动地防止杂散电流, 减少成本, 确保人身的安全。

摘要：对于矿井轨道运输系统来说, 主体结构钢筋、电气设备以及井下大巷轨道附近埋地的管线经常遭受矿井杂散电流的电化学腐蚀, 对煤矿安全构成了严重威胁, 本文重点分析杂散电流产生的原因, 并详细介绍了杂散电流在煤矿生产中所造成的危害, 结合矿井的实际, 探析有效控制煤矿井下杂散电流的方法, 为煤矿的安全生产提供重要的理论支持, 并促进了矿井的和谐稳定、健康发展。

关键词：煤矿,井下,杂散电流,方法

参考文献

[1]王甲全.煤矿井下杂散电流的产生原因及防治[J].山东煤炭科技, 2013, 06.