2023年水文电子仪器及设备的干扰和抑制分析.docx

水文电子仪器及设备的干扰和抑制分析 余有书 摘  要：随着科学技术的逐渐完善，人们开始意识到水环境对生活的影响，水文电子仪器在水文工作中表现出良好的效果。本文简要分析水文电子仪器及设备常见的干扰来源，并提出了接地、屏蔽和避让三方面抑制水文电子仪器及设备干扰的措施。 关键词：水文电子仪器  强电干扰  电磁干扰 中图分类号：U28    文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2022）02（a）-0075-02 水文是指自然界中水的变化、运动等各种现象，我国近几年建设了很多水位站、雨量站等水文站，这些水文站利用水文电子仪器采集水文信息，有效促进了水文工作的开展。但是由于水文信息采集和传输的环境相对恶劣，影响测量数据的精准度，下文详细分析抑制干扰的手段。 1  水文电子仪器及设备干扰的来源 建国70年来，水文事业随着国民经济和社会的开展而不断开展，取得了巨大成就。截止目前，我國已建成各类水文站点4万多处，水文站中的电子仪器常常会受外界干扰，影响测量数据的准确性。 1.1 分布电容 当输入的有效信号为零，由于分布电容导致水文电子仪器输入端的干扰电压超过0.7V时，就会影响仪器的正常工作。电线长度、空气湿度等环境干扰都会产生分布电容，而且分布电容带来的影响不可控制。 1.2 强电干扰 在采集水文信息时，除了必要的水文电子仪器及设备，还需要一些通讯设备。通讯设备中包含了很多集成模块，这些集成模块在工作过程中的电压比较小，所以导致在集成模块的管脚和地面间产生的分布电容经常受到强电干扰。与此同时，信息传输线、反响线与其他信号导线间也会存在大小不同的分布电容，这些电容受到强电干扰影响仪器的正常使用。大多短波电台的天线都是由两根平行的反响线组成，通讯设备的信号传感线根本上是由屏蔽线组成，所以很多强电干扰都可以从这些线路进入水文电子仪器的输入端，影响分布电容，甚至会损坏集成模块。 1.3 电磁干扰 电磁干扰是水文电子仪器常见的干扰来源，水文报汛站和上游的水电站需要通过电台进行通话，由于电磁干扰影响短波通讯的效果。在水电站内的高压输电线、发电机和变压器等电力设备的周围都会产生较强的电磁场，磁场电动势的变化生成了感应电流。这种杂乱无序的感应电流由分布电容引起，通过电线进入电台中，再从电台扬声器中传出电流噪音，影响电台正常的收听。 2  抑制水文电子仪器及设备干扰的主要措施 为了防止干扰，保障水文电子仪器的正常运行，水文站会采用对应抗干扰措施来抑制干扰。在测量水流流速时经常会使用水文流速仪，这种流速仪常常因为接触丝抖动产生错误信号。所以根据这一情况可以在水文流速仪的输入电路中安装抗干扰延时电路，以此防止产生错误信号。在水文自动测报系统中，需要安装信号线、设备和电源线等接口的避雷设备[1]。 2.1 接地 将水文电子仪器及设备接地的目的主要有两个，一方面可以将强电干扰和雷电干扰产生的电荷通过接地线引入大地，防止仪器中积累过多电荷影响正常使用。另一方面可以将电测、通讯设备、水位传感设备等水文电子设备的信号传输线和反响线的屏蔽层接地，可以有效抑制电磁辐射和强电干扰。接地线电阻的大小决定了接地系统的效果，电阻越小，抑制干扰能力越强，但是无法彻底消除接地电阻。 水文电子仪器中的通讯设备在使用接地电线后，信号发射效率明显提高，通讯距离也明显增加，由此看来接地对水文电子仪器有着积极的影响。目前水文电子通讯设备有一点接地和多点接地两种接地方式，根据信号频率划分。一点接地方式适用于频率在10MHz以下的长波信号传输中，而多点接地方式适用于10MHz以上的短涉及超短波信号传输中，与此同时选用粗铜线或铜带作为接地导线。此外还要根据电台发射信号的波长确定接地导线的长度，尽可能缩短接地导线的长度。一般水文电子通信设备的信号发射频率为5MHz，它的四分之一波长为15m。当接地线的长度恰好为信号波长的奇数倍时，就会在接地线上产生驻波，这种高驻波会降低水温电子通讯设备的信号发射功率，导致靠地端的另一侧产生对地电压，影响设备正常的使用，甚至引发人身事故。对于车载电台来说，需要连接电台地端口和车辆金属底盘，以便形成一条低电阻的接地线。为了防止雷电干扰还可以采用电阻小于10Ω的均衡地网，并与避雷针牢靠焊接。 因为缆道信号传输回路是由一个复杂的传输网络构成，所以在设计水文缆道时，需要采取相应的措施来较小对地电阻，抑制信号干扰，提高抗干扰能力。对于常见的水文缆道，要求接地电阻应该小于50Ω，接地电阻包括地极电阻、导线电阻和大地电阻。在缆道接地后，缆道上各节点和信号线的感应干扰可以通过回路释放，以此减小对缆道信号的影响。常见水文仪器缆道有串并联一点接地和多点接地的接地方式，因为水文信息测量中的雨量和水位量信号变化不明显，所以单点接地是目前主流的缆道接地方式。 信号线、电源线是水文自动测报设备中的主要线路，这些线路也需要接地。在接地之前需要做好屏蔽工作，一般会将屏蔽层连接到设备附近的接地线上。当信号线过长时，应该在外层套一根金属管。对于电源保护接地线和设备接地线，应该将它们引到中心接地体，接地线的截面面积应该大于3mm2。对于水文电子仪器及设备的保护接地、工作接地、防雷接地和交流供电系统接地都应该采用联合接地方式，根据不同的工作环境选择不同大小的接地电阻。 2.2 屏蔽 由于水文电子仪器及设备的分布电容主要受电磁能干扰影响，所以根据这一特点可以利用电场屏蔽阻止或衰减干扰信号。在安装信号引入前，可以使用屏蔽层屏蔽传输信号，一般方法是将信号线埋在地下再引入站房。此外，天线和电台间的信号传输线和反响线需要屏蔽同轴电缆，屏蔽体内的导线长度越短越好。运用同轴电缆是目前磁场屏蔽中效果最好的抗干扰手段，如果不使用屏蔽线也可以使用双绞线，既能防止磁性耦合的干扰，又能提高设备的运行效率[2]。 2.3 避让 接地和屏蔽的方式可能对一些强干扰的效果不好，所以还可以采用避让的方式，尽量避让强干扰环境。在水文电子仪器的天线架设时，应该尽量远离干扰线和高压线，如果环境条件不允许，可以架设定向天线，与此同时还可以更换频率或者架高天线，以此提高接收信号的强度。此外当短波通讯电台在计算机旁边工作时，计算机屏幕发出的电磁脉冲也会干扰电台，尤其影响4～7MHz的波段，为了防止计算机的影响，电台需要“避让〞，增大它们的距离。 由于水文电子仪器和设备往往会设有天线，所以应该做好避雷工作。当发生雷击时，瞬间电压可以到达数十万伏，不仅会使仪器损坏或者引起错误动作，而且还会严重威胁人身平安，因此水文电子仪器及设备除了接地和屏蔽之外，还应该安装避雷装置。一般雷电可能会从信号传输反响线、电源线和信号线引入，所以可以串联同轴避雷器和电源避雷器降低雷电的干扰。 3  结语 近几年我国自然灾害越来越多，水文工作因此得到各级政府高度重视，行业管理逐步加强。在水文工作中使用水文电子仪器可以实现对水文信息的精准测量，但是由于各种干扰，严重影响仪器的正常工作。上文详细提出了干扰抑制措施，为未来专家学者对水文电子仪器的研究提供经验参考。 参考文献 [1] 马雨秋.水文电子仪器及设备的干扰和抑制[J].水利技术监督，2022，17（1）：31-32，38. [2] 陈在成，李军.水文测站电子仪器的研制及应用[J].中国水利，2022（S1）：130-131.