УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ К ВОЗДЕЙСТВИЮ ВНЕШНИХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ Российский патент 1998 года по МПК G12B17/02 G01R31/00 

Изобретение относится к области создания технических средств - электротехнических, электронных и радиоэлектронных изделий, оборудования, аппаратуры и их составных частей, а именно - к направлению обеспечения электромагнитной совместимости, и может быть использовано при испытаниях по определению их устойчивости к воздействию электрических и магнитных полей в изделиях бытовой техники, корабельной, авиационной, ракетной техники, автомобильной промышленности, а также атомной энергетики и др.

Известны устройства для определения устойчивости технических средств при испытаниях различных изделий корабельной, авиационной и другой техники к воздействию внешних электромагнитных полей (ЭМП), где применяются мощные излучающие средства для создания высоких ЭМП с нормированными величинами электрической составляющей (в военном стандарте MIL - STD - 462D 1993, США, ERA Technology Report 94-0049 "Automative Electromagnetic Compatibility", с. 104-113; Хабигер Э. Электромагнитная совместимость. Основы ее обеспечения в технике. - М.: Энергоатомиздат, 1995, с.200-202). Эти поля воздействуют на электрические цепи подвергаемых испытаниям изделий, а наведенный в элементах цепей ток определяется различными измерительными средствами. Испытания проводятся как на открытых полигонах, так и в закрытых экранированных и безэховых камерах с дорогостоящим оборудованием.

В качестве источников ЭМП обычно применяются штатные образцы - радиолокационные станции, радиостанции и специальные генераторы.

Проведение таких испытаний связано с созданием мощных ЭМП с напряженностью до 1500 В/м и гигагерцовым диапазоном частот, которые создают опасность для здоровья людей и окружающей среды.

Создание полигонов, зданий, камер, привлечение дорогостоящего оборудования требуют значительных капитальных вложений, процессы подготовки и проведения испытаний являются весьма трудоемкими, длительными и дорогостоящими.

При этом обеспечивается лишь разовая реализация с констатацией факта и без возможного анализа.

Известен также экологичный способ определения защищенности электрических цепей приборов и агрегатов объектов от воздействия внешних электромагнитных полей (см. патент РФ N 2096839, кл. G 12 B 17/02, 1997), и реализует его "Экологичный измерительный комплекс для определения защищенности радиоэлектронных технических средств от воздействия внешних электромагнитных полей" (см. патент РФ N 2104593, кл. G 12 В 17/02, 1997), который выбран в качестве наиболее близкого устройства того же назначения к предлагаемому изобретению.

На фиг. 1 представлено это устройство.

Оно включает в себя объект испытаний 1, генератор испытательных помех 2; приемную антенну 3, располагаемую в непосредственной близости к объекту испытаний; измерительно-вычислительное устройство 4; испытательную линию связи 5.

Для проверки приборов на помехоустойчивость устройство работает следующим образом.

Генератор испытательных помех 2 через испытательную линию связи 5 соединен с испытуемой цепью объекта испытаний 1.

Для обеспечения гальванической развязки и устранения влияния подводящих кабелей на результаты испытаний испытательная линия связи 5 выполнена в виде оптического кабеля с соответствующими электронно-оптическими и оптоэлектронными преобразователями и необходимыми согласующими, преобразующими и другими устройствами, необходимыми для возбуждения цепи.

Генератор испытательных помех 2 может быть выполнен либо в виде источника электрического тока, модулированного по амплитуде с частотой внешнего ЭМП с нормативной электрической составляющей напряженности Ен, либо в виде источника света с соответствующей модуляцией светового потока. Вырабатываемые им сигналы по испытательной линии связи 5 подаются в испытуемую цепь объекта и с частотой модуляции возбуждают исследуемую электрическую цепь, которая создает в свободном пространстве напряженность ЭМП с электрической составляющей Ео. Величина Ео измеряется с помощью приемной антенны 3 и измерительно-вычислительного устройства 4.

Измеренные параметры ЭМП в свободном пространстве позволяют расчетным путем определить степень устойчивости электрической цепи. Например, при испытаниях на высокочастотные ЭМП степень устойчивости к их воздействию М может быть определена как
М = Е_н•U/(I_н•Е_о•R_вх) ≤ 1,
где Е_н - нормативная величина напряженности ЭМП;
U - измеряемое напряжение на входе измерительно-вычислительного устройства 4;
I_н - нормативная величина допустимого значения тока электрической цепи;
Е_о - измеряемая величина напряженности ЭМП, излучаемой электрической цепью в свободное пространство;
R_вх- входное сопротивление измерительно-вычислительного устройства 4.

Измерительно-вычислительное устройство 4 содержит вычислительный комплекс, который производит необходимые вычисления, анализ получаемой информации и формирует частотно-пространственную картину ЭМП в свободном пространстве.

Электронные промышленные устройства обычно подвергаются воздействию длительных и кратковременных ЭМП с частотой сети, обусловленных рабочими режимами электроэнергетического оборудования, аварийными режимами; высокочастотных затухающих полей (при работе разъединителей); высокочастотных ЭМП, излучаемых радио- и телепередатчиками, радиопереговорными устройствами, средствами радиоуправления, электротехническими устройствами и другими источниками.

При проверке приборов на указанные воздействия данное устройство обеспечивает экологическую безопасность, экономичность и мобильность испытаний, однако для проведения одного из важнейших видов испытаний, которым являются испытания на воздействие импульсных электромагнитных полей (ИЭМП), оно не может быть использовано, что является его недостатком.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Изобретение направлено на устранение вышеотмеченного недостатка известного устройства с получением при использовании следующего технического результата: экологическая безопасность, повышение экономичности и обеспечение мобильности при проведении испытаний на воздействие всех видов внешних ЭМП, включая ИЭМП.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается за счет того, что генератор испытательных нормированных помех выходом через дополнительную линию связи соединен со входом измерительно-вычислительного устройства.

Сущность изобретения иллюстрируется на фиг.2, где представлены объект испытаний 1; генератор испытательных помех 2; приемная антенна 3, располагаемая в непосредственной близости к объекту испытаний; измерительно-вычислительное устройство 4; испытательная линия связи 5; дополнительная линия связи 6; линия обратной связи 7.

По сравнению с известным устройством в предлагаемом устройстве введена дополнительная линия связи 6, через которую генератор испытательных помех 2 выходом соединен со входом измерительно-вычислительного устройства 4.

Устройство работает следующим образом.

Вырабатываемые генератором испытательных помех 2 сигналы подаются по испытательной линии связи 5 в объект испытаний 1 и одновременно по дополнительной линии связи 6 - в измерительно-вычислительное устройство 4, где производится совместная обработка этого сигнала и сигнала с приемной антенны 3, что позволяет расчетным путем определить степень устойчивости электрической цепи к воздействию внешних ЭМП всех видов, включая внешние ИЭМП. При испытаниях на внешние ИЭМП сигнал с генератора испытательных помех 2 меняется в широком диапазоне частот, а совместная обработка этого сигнала и сигнала с приемной антенны 3 позволяет определить сдвиг фазы гармоники, излучаемой в свободное пространство, относительно начальной и определить амплитудно-частотную и фазочастотную характеристики электрической составляющей ИЭМП, что позволяет определить отклик тока Iэ (t) через элемент, например, по формуле

где ω_o - начальная круговая частота;
ω_n - конечная круговая частота;
- спектральная плотность напряженности внешнего ЭМП в свободном пространстве;
ψ_ω - начальная фаза гармоники из спектра разложения заданного импульса;
φ_ω - сдвиг фазы гармоники, излученной в свободное пространство относительно начальной;
- модуль коэффициента воздействия как отношение заданной амплитуды гармоники к измеренной в свободном пространстве.

Диапазон исследуемых частот может быть определен, исходя из разложения заданного воздействующего импульса в гармонический ряд.

В измерительно-вычислительном устройстве 4 производятся необходимые расчеты, обработка, анализ получаемой информации; осуществляется управление режимами работы генератора испытательных помех 2 по линии обратной связи 7, формируется частотно-пространственная картина ЭМП в свободном пространстве и по анализу получаемых результатов с учетом нормативной величины допустимого значения тока Iн вырабатывается заключение о степени устойчивости цепи.

Линия обратной связи 7 содержит оптические связующие кабели и необходимые согласующие и преобразующие устройства для передачи информации и управления режимами работы генератора испытательных помех 2.

Особенностью устройства является то, что дополнительная линия связи 6 выполнена аналогично испытательной линии связи 5. Это позволяет без проведения дополнительных исследований исключить вносимые ими погрешности в определение отклика Iэ (t), упрощает анализ и повышает точность результатов.

Таким образом, при использовании предлагаемого изобретения обеспечиваются экологическая безопасность, экономичность и мобильность при всех видах испытаний на устойчивость к воздействию ЭМП, в том числе и к ИЭМП.

Изложенные сведения свидетельствуют о том, что предлагаемое устройство при его осуществлении предназначено для использования в промышленности, в частности в судостроительной, авиационной, ракетной, автомобильной и в атомной энергетике; для предлагаемого устройства подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных выше или известных до даты приоритета средств и методов.

Изобретение относится к обеспечению электромагнитной совместимости радиоэлектронных и электротехнических средств. В экологичном измерительном комплексе для определения устойчивости технических средств к воздействию внешних электромагнитных полей (ЭМП) в качестве излучателя используется исследуемая цепь испытуемого изделия. В измерительном комплексе используются два раздельных канала - канал возбуждения и измерительный канал. Наведенный ток в цепи изделия определяется измерением излучаемого исследуемой цепью ЭМП в свободном пространстве и сравнением его с заданной нормативной напряженностью внешнего ЭМП. Отличительной особенностью комплекса является наличие связи между каналами, что позволяет определить устойчивость электрической цепи к воздействию всех видов внешних ЭМП, включая импульсные ЭМП. Электромагнитные поля, возбуждаемые комплексом, экологически безопасны для обслуживающего персонала. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

\\\1 1. Универсальный экологичный измерительный комплекс для определения устойчивости технических средств к воздействию внешних электромагнитных полей, содержащий генератор испытательных помех, соединенный выходом через испытательную линию связи с входом контролируемого объекта, располагаемую в непосредственной близости от контролируемого объекта приемную антенну, связанную с измерительно-вычислительным устройством, отличающийся тем, что введена дополнительная линия связи, соединяющая выход генератора с другим входом измерительно-вычислительного устройства. \\\2 2. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что снабжен линией обратной связи измерительно-вычислительного устройства с генератором испытательных помех. \\\2 3. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что дополнительная линия связи выполнена аналогично испытательной линии связи.