复杂电磁环境下电子计量器具校准的干扰抑制技术

1 复杂电磁环境下的干扰特性分析

1.1 电磁干扰源分类与特性

工频磁场属于低频高幅值干扰，频率集中在 50/60 Hz，主要源于变压器、输电线路及大型电机等设备，其磁通变化在空间中形成稳定但幅值较大的干扰场，对低频段测量回路敏感。射频辐射覆盖几十 kHz 至 GHz频段，来源包括无线通信设备、开关电源、雷达发射系统等，具有高频率、宽带宽和辐射范围广的特点，易在空中形成复杂叠加波场 [1]。瞬态脉冲干扰宽度在纳秒至微秒量级，典型来源为静电放电、开关浪涌和雷击感应，脉冲前沿陡峭、峰值高、能量集中，能瞬间干扰电子计量器具的输入回路和内部存储单元。

1.2 干扰对电子计量器具校准的影响机理

复杂电磁干扰通过传导耦合与辐射耦合两条路径进入计量系统，传导耦合多经由供电线路、信号线和接地系统实现，辐射耦合则直接作用具内部敏感电路 [2]。在采样系统中，干扰会导致采样信号畸变、幅值波动和相位偏移，影响模数转换器的量化精度与稳定性，进而引发零点漂移与非线性误差。在数字处理单元中，高频辐射与脉冲干扰会改变运算时序、引入误码并增加处理延迟，对实时校准算法的稳定性产生冲击。

1.3 干扰强度定量评估

干扰场强与测量误差呈非线性关系，不同频段和幅值的量精度的影响程度差异明显。场强在低频段超过一定阈值会显著增大采样漂移，而高频段过强辐接导致数据丢失或异常跳变。实际场景中，干扰频谱呈现多峰分布，幅值随空间位置、时间及负载状态变化而波动，测量需在全频段记录干扰能量分布与瞬态峰值，以便为后续抑制策略提供定量依据。

2 干扰抑制技术方法

2.1 硬件隔离与屏蔽技术

在复杂电磁环境下，屏蔽罩设计选用导电性能高、磁导率合适的金属材料，如镀镍铜板或坡莫合金，以应对电场与磁场的不同衰减需求。导电垫片或镀银网带，减少高频泄漏。对于校准工位中存在强辐射源并在接缝处施加焊接或压接处理，确保高频屏蔽效能达到80 dB 以上，图1 反映了金属屏蔽结构、门缝导电处理及独立接地端的配置方式。

接地端

图1 屏蔽室与屏蔽罩结构示意图

低阻抗布置可通过增加接地铜排截面积、缩短接地路径、减少转折点来实现，并结合单点接地与多点接地的混合方式，应对不同频段的干扰特性。在高频段，多点接地有利于抑制共模电压的积累，而在低频段单点接地可避免接地环路产生工频干扰。对于屏蔽室和屏蔽罩，独立设置接地端并采用粗截面导体与主接地网连接，以减少高频感抗对屏蔽效果的削弱。

2.2 滤波与抑制电路设计

RC 滤波网络适用于低频干扰抑制，通过选择合适的电阻 R 和电容 C 值形成所需的截止频率，在不影响信号有效频段的前提下，衰减干扰分量。LC 滤波网络适合高频噪声抑制，电感与电容的组合可形成较窄带的阻带，对频率特定的干扰提供高衰减率。结合图2 RC、LC 滤波网络及共模扼流圈电路拓扑图，可以清晰看到滤波器的结构布局及安装位置，以及共模扼流圈的绕组方式与信号线布置。

图2 RC、LC 滤波网络及共模扼流圈电路拓扑图

共模扼流圈针对供电线和信号线上的共模干扰，其磁芯材料宜选用高磁导率铁氧体，在数百 kHz 到数MHz 频段保持高阻抗。安装时保证线缆在磁芯上的绕组匝数一致，以平衡阻抗并减少漏感影响。带阻滤波器用于特定频段干扰的抑制，例如针对射频辐射的集中频率，可通过设计中心频率的带阻滤波器进行衰减，其品质因数Q 的调节可在抑制效率与信号失真之间取得平衡。

2.3 信号处理与软件补偿

信号处理技术能在硬件措施不足时对干扰进行二次抑制，自适应滤波算法通过实时调整滤波器系数，跟踪干扰信号的变化，实现动态抑制。LMS（最小均方）算法结构简单，适合处理宽带随机干扰；RLS（递归最小二乘）算法收敛速度快，适用于频谱特性稳定的窄带干扰。在频域处理方面，可对采集信号进行快速傅里叶变换（FFT），分离出干扰频段，并利用陷波滤波器将其剔除。

对于校准数据的动态修正，建立干扰补偿模型，将实时监测到的干扰参数引入校准计算公式中，在电压测量校准中，若干扰引起的误差项为 ΔU(f,t)，则修正值为：

U_cal=U_means-ΔU(f,t)

其中， U_cal 为修正后的校准值， ΔU_reas 为测得值，ΔU(f,t) 由干扰频率 f 和作用时间 t 的函数模型给出。模型参数可通过实验标定获得，并在校准过程中实时更新，提升抗干扰能力。

2.4 校准过程的环境控制

环境控制措施旨在从校准工艺环节降低干扰暴露，时间隔离策略是将校准作业安排在干扰源活动低峰期，如避开大功率无线发射设备运行时间段，减少瞬态干扰的触发概率隔离则通过调整校准工位与干扰源的相对位置、增加物理隔离屏障来降低辐射强度，在布局上可将敏感仪与高干扰设备分置不同区域，并采用吸波材料墙体减少反射波叠加。

校准工位的电磁兼容优化包括控制布线方式、优化供电系统和屏蔽信号通道。供电线与信号线应分开布设，并保持最小平行长度，必要时交叉走线以减少耦合面积。在供电端加入隔离变压器或有源电源滤波模块，可提升抗传导干扰能力。信号接口处应用金属屏蔽壳和屏蔽连接器，确保接触面清洁、紧固，以避免高频泄漏点。

3 干扰抑制效果验证

3.1 实验平台与测试方案

为了验证所提出的干扰抑制技术在复杂电磁环境下对电子计量器具校准精度的提升效果，搭建了集成干扰模拟与校准测量的实验平台。平台由屏蔽室、可编程干扰源、信号注入系统、标准计量器具及数据采集系统构成。屏蔽室内预设独立接地系统，并布置可调节位置的天线与传导耦合夹具，用于分别模拟辐射与传导路径的干扰耦合。干扰源可输出工频磁场（50 Hz/60 Hz）、宽带射频信号（10 kHz–3 GHz）以及纳秒至微秒级的高压瞬态脉冲，幅值与频谱特性可按测试需求精准设定。

信号注入采用两种方式：对于传导干扰，使用线路阻抗稳定网络（LISN）将干扰信号叠加到被测器具供电线或信号线中；对于辐射干扰，通过定向天线在屏蔽室内定点发射，调整天线极化与位置以实现不同入射角的场强分布。校准条件按照国家计量检定规程设定标准值与环境要求，并在干扰开启与关闭两种状态下分别执行校准过程，形成对照组数据。对照设计中，未用任何抑制措施的基准组用于评估干扰对校准结果的影响程度，采用硬件隔离、滤波电路与软件补偿联合方案的实验组用于验证抑制效果。

3.2 数据分析与抑制效果评估

实验数据经多轮采集与统计分析，覆盖不同干扰类型、干扰强度和工作频段下的校准结果。对比分析显示，未经抑制措施的基准组在工频磁场场强 10 A/m 条件下，校准零点漂移可达 0.12 %FS，射频辐射场强 3 V/m 条件下的非线性误差上升 0.09 %FS，高压瞬态脉冲作用后短期重复性偏差增大 35 %。在应用硬件隔离与屏蔽措施后，零点漂移降至 0.03 %FS，射频辐射下的非线性误差控制在 0.02 %FS ；引入RC/LC 滤波与共模扼流圈后，传导干扰引起的均方根误差下降幅度超过 80 % ；结合自适应滤波与频域陷波处理，脉冲干扰下的重复性误差降低至基准组的 18 %。统计结果表明（表1），多层次抑制策略在复杂电磁环境中对校准精度和稳定性均有显著提升，验证了硬件、滤波与软件补偿协同作用的有效性。

表1 干扰抑制前后校准误差对比