АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ЭКОЛОГИЧНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ К ВОЗДЕЙСТВИЮ ВНЕШНИХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ Российский патент 2003 года по МПК G01R31/00 G12B17/02 

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 (ЭМС), и может быть использовано при испытаниях по определению устойчивости к воздействию электромагнитных полей (ЭМП) изделий 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 (см. стандарт MIL-STD-462D 1993 г. , США, ERA Technology Report 94-0049 "Automative Electromagnetic Compatibility", стр. 104-113; Хабигер Э. Электромагнитная совместимость. Основы ее обеспечения в технике, М.: Энергоатомиздат, 1995 г., с. 202-220), где применяются мощные излучающие средства для создания высоких ЭПМ с нормированными величинами электрической составляющей. Эти поля воздействуют на электрические цепи подвергаемых испытаниям изделий, а результаты испытаний оцениваются по сохранению их работоспособности и при необходимости дополнительно определяется наведенный в элементах цепей ток различными измерительными средствами. Испытания проводятся как на специальных открытых измерительных площадках полигонов, так и в закрытых экранированных и безэховых камерах с дорогостоящим оборудованием.

В качестве источников ЭМП обычно применяются штатные образцы радиостанций, радиолокационных установок и специальные генераторы с усилительным и облучающим оборудованием.

На фиг.1 представлена схема подобного устройства, содержащая объект испытаний РО, генератор испытательных помех G, излучающую антенну А, приемную антенну FS, расположенную в испытательной зоне или в непосредственной близости от объекта испытаний, измеритель напряженности поля ME, преобразующее устройство SP, измерительную линию связи с испытуемым объектом W, прибор контроля U и экранированное помещение или полигонную измерительную площадку SW.

С помощью генератора G и излучающей антенны А, установленной на расстоянии L от объекта РО, создается ЭМП с напряженностью, заданной величины Е_н, которая контролируется с помощью приемной антенны FS, соединенной с измерителем напряженности поля ME. В исследуемую электрическую цепь объекта на место штатного элемента, подверженного воздействию ЭМП, устанавливается преобразующее устройство SP, оттарированное по току. С его выхода ЭДС, пропорциональная наведенному току, по измерительной линии связи W поступает на прибор контроля U, где фиксируется и сравнивается с допустимым током штатного элемента.

При отсутствии цепи измерения SP - W - U результаты испытаний оцениваются по сохранению объектом качества функционирования в диапазоне режимов работы при облучении его ЭМП с напряженностью Е_н.

Данному устройству присущи следующие недостатки:
- проведение испытаний связано с созданием мощных ЭМП с напряженностью до 1500 В/м в частотном диапазоне до 10 ГГц, которые создают опасность для здоровья людей и окружающей среды;
- создание и использование полигонов, зданий и камер, привлечение дорогостоящего оборудования требуют значительных капитальных вложений и эксплуатационных расходов;
- процессы подготовки и проведения испытаний являются весьма трудоемкими, длительными и дорогостоящими;
- при проведении испытаний обеспечивается лишь итоговое разовое получение результатов испытаний на уже созданном образце, в основном, с констатацией факта его нормального или ненормального функционирования при воздействии заданного ЭМП без возможности анализа количественных значений параметров, характеризующих устойчивость, и без определения конкретной области на поверхности объекта или конструктивного узла, требующего дополнительной защиты или доработки;
- невозможность проведения испытаний объектов в условиях эксплуатации, при работе в составе комплекса, в реальной электромагнитной обстановке, с учетом процессов естественного старения и при модернизации.

Известно также устройство "Универсальный экологический измерительный комплекс для определения устойчивости технических средств к воздействию внешних электромагнитных полей"(см. патент РФ 2118475 С1, кл. G 12 В 17/02, G 01 R 31/00, 1998), которое принято в качестве прототипа заявленного объекта изобретения.

Данное устройство содержит генератор испытательных помех, один из выходов которого соединен испытательной линией связи со входом объекта испытаний, а другой посредством линии связи с одним из входов измерительно-вычислительного устройства, а также приемную антенну, соединенную измерительной линией связи с другим входом измерительно-вычислительного устройства, соединенного в свою очередь посредством линии обратной связи с генератором испытательных помех, при этом испытательная линия связи выполнена в виде оптического кабеля и снабжена электронно-оптическим преобразователем и оптоэлектронным преобразователем в составе согласующе-преобразующего устройства.

В известном устройстве исследуемая электрическая цепь возбуждается нормированными сигналами генератора испытательных помех с частотой заданного внешнего ЭМП и создает в свободном пространстве вокруг объекта испытаний поле напряженностью с электрической составляющей, которая во всех режимах испытаний не превышает уровень 0,2 В/м, чем обеспечивается гарантированная экологическая безопасность при проведении испытаний. Величина электрической составляющей измеряется с помощью приемной антенны и измерительно-вычислительного устройства.

Измеренные параметры ЭМП в свободном пространстве позволяют получить пространственно-частотную характеристику, расчетным путем определить степень устойчивости исследуемой электрической цепи к воздействию заданных высокочастотных, а также импульсных ЭМП, используя при этом информацию, передаваемую по линии связи с выхода генератора испытательных помех на вход измерительно-вычислительного устройства и по линии обратной связи между ними.

Указанное устройство устраняет недостатки традиционно применяемых средств, обеспечивая экологическую безопасность испытаний, повышение их экономичности и мобильности, возможность многоразовых испытаний объектов в обычных лабораторных и производственных условиях, в том числе на ранних стадиях разработки объекта, получение количественных значений параметров, характеризующих электромагнитную устойчивость, для анализа и выработки решений по устранению обнаруженных дефектов функционирования объекта.

Однако при всех приведенных положительных качествах данного устройства в нем не предусмотрены меры по гарантированной помехозащищенности измерений в условиях интенсивных внешних электромагнитных помех, что характерно для большинства условий эксплуатации; не решены в полном объеме вопросы проведения испытаний объектов, находящихся в "горячем" состоянии, т.е. функционирующих в заданных режимах работы; не полностью решена задача автоматизации процесса испытаний в виде единой комплексной системы, что особенно важно для объектов, имеющих протяженные габариты, сложную конфигурацию поверхностей и большое количество цепей, чувствительных к воздействию ЭМП; это является ограничением для практического применения устройства и недостатком последнего.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является создание устройства, способного обеспечить при использовании технический результат, связанный с автоматизацией процесса испытаний при повышении помехозащищенности, объективной достоверности и оперативности измерений, а также с возможностью проведения испытаний объектов в работающем состоянии в заданных режимах и в условиях эксплуатации при сохранении экологической безопасности, экономичности и мобильности испытаний, возможности проведения многоразовых испытаний объектов в обычных лабораторных и производственных условиях и анализа их устойчивости к воздействию высокочастотных и импульсных внешних ЭМП по получаемым количественным значениям характерных параметров.

Указанная задача в предлагаемом устройстве решена за счет того, что в известном устройстве, принятом за прототип заявленного объекта изобретения, испытательная линия связи дополнительно снабжена кодовым модулятором в составе согласующе-преобразующего устройства, подключенным к выходу генератора испытательных помех, а измерительная линия связи выполнена аналогично испытательной линии связи и снабжена декодером, подключенным к входу измерительно-вычислительного устройства, при этом кодовый модулятор соединен с измерительно-вычислительным устройством.

Кроме того, указанная задача в предлагаемом изобретении решена за счет того, что приемная антенна установлена на сканирующем устройстве, соединенном линией управления с измерительно-вычислительным устройством.

Сущность изобретения поясняется чертежом на фиг.2, где представлена принципиальная схема предлагаемого устройства.

Автоматизированный экологичный измерительный комплекс для определения устойчивости технических средств к воздействию внешних электромагнитных полей содержит генератор испытательных помех 1, один из выходов которого соединен испытательной линией связи 2 со входом объекта испытаний 3, а другой посредством линии связи 4 со входом измерительного вычислительного устройства 5.

Испытательная линия связи 2 выполнена в виде оптического кабеля и снабжена электронно-оптическим преобразователем 6 и оптоэлектронным преобразователем 7 в составе согласующе-преобразующего устройства 8. На испытательной линии связи 2 в составе согласующе-преобразующего устройства 8 установлен кодовый модулятор 9, подключенный к выходу генератора испытательных помех 1. Кодовый модулятор 9 соединен линией связи 10 с измерительно-вычислительным устройством 5, которое в свою очередь соединено линией обратной связи 11 с генератором испытательных помех 1. Приемная антенна 12 установлена на сканирующем устройстве 13 и соединена измерительной линией связи 14 с измерительно-вычислительным устройством 5. Измерительная линия связи 14 выполнена аналогично испытательной линии связи 2 в виде оптического кабеля и снабжена декодером 15, подключенным к входу измерительно-вычислительного устройства 5. Сканирующее устройство 13 соединено линией управления 16 с измерительно-вычислительным устройством 5.

Устройство работает следующим образом.

Вначале в заданном частотном диапазоне при выключенном генераторе испытательных помех 1 по программе измеряется с помощью приемной антенны 12 и измерительной линии связи 14 ЭМП окружающей среды и внешнее пространственное поле работающего объекта испытаний 3 Е. Эта информация, накопленная в измерительно-вычислительном устройстве 5, снабженным единым программно-математическим обеспечением, учитывается при последующих испытаниях и может учитываться самостоятельно для оценки ЭМС.

Генератор испытательных помех 1 может быть выполнен либо в виде источника электрического тока, модулированного по амплитуде с частотой внешнего ЭМП с нормативной электрической составляющей напряженности, либо в виде источника света с соответствующей модуляцией светового потока.

При включении генератора испытательных помех 1 вырабатываемые им стимул-сигналы в диапазоне частот заданного внешнего ЭМП по испытательной линии связи 2 подаются в исследуемые цепи объекта испытаний 3 и одновременно по линии связи 4 в измерительно-вычислительное устройство 5.

Для обеспечения гальванической развязки и устранения влияния подводящих кабелей на результаты испытаний испытательная линия связи 2 выполнена в виде оптического кабеля с соответствующими электронно-оптическим 6 и оптоэлектронным 7 преобразователями в составе согласующе-преобразующего устройства 8.

Электрические стимул-сигналы, вырабатываемые генератором испытательных помех 1, преобразуются в кодовом модуляторе 9, установленном на выходе последнего и входящем в состав согласующего-преобразующего устройства 8, в кодированные модулированные сигналы, которые по линии связи 10 поступают в измерительно-вычислительное устройство 5, а по испытательной линии связи 2 с помощью электронно-оптического преобразователя 6 преобразуются в оптические модулированные сигналы, а затем с помощью оптоэлектронного преобразователя 7 производится обратное преобразование сигналов. Указанные сигналы возбуждают каждую из исследуемых электрических цепей объекта испытаний 3, которая создает в свободном пространстве вокруг объекта испытаний ЭМП с соответствующей напряженностью Е, воспринимаемой и преобразуемой в электрический кодированный сигнал приемной антенной 12. Так как приемная антенна 12 установлена на программно-управляемом от измерительно-вычислительного устройства 5 сканирующем устройстве 13, обеспечивается получение пространственно-частотной характеристики объекта испытаний 3 при возбуждении каждой его цепи, из числа выбранных для исследования.

Электрический кодированный сигнал с приемной антенны 12 по измерительной линии связи 14 поступает в измерительно-вычислительное устройство 5. Измерительная линия связи 14 выполнена аналогично испытательной линии связи 2 и при прохождении по ней электрического кодированного сигнала он преобразуется в оптический и после обратного преобразования поступает на декодер 16, где декодируется с выделением сигнала, воспринимаемого измерительно-вычислительным устройством 5.

В измерительно-вычислительном устройстве 5 на основании полученной совокупности информации производятся необходимые расчеты, обработка и анализ информации, осуществляется управлением режимами работы генератора испытательных помех 1 по линии обратной связи 11, определяется наиболее чувствительная цепь объекта испытаний, его полная пространственно-частотная характеристика и дается оценка устойчивости объекта испытаний 3 по отношению к заданным внешним радиочастотным и импульсным полям с отображением и документированием результатов испытаний, а также с общим заключением и рекомендациями.

Заявленное устройство обеспечивает автоматизацию процесса испытаний при повышенной помехозащищенности, достоверности и оперативности измерений с документированным представлением результатов испытаний. Кроме того, устройство обеспечивает возможность проведения испытаний объектов в рабочих режимах функционирования и в условиях эксплуатации при сохранении экологической безопасности, экономичности и мобильности испытаний, а также возможность проведения многоразовых испытаний объектов в обычных лабораторных и производственных условиях с комплексной оценкой устойчивости объекта к воздействию внешних радиочастотных и импульсных ЭМП.

Использование: при испытаниях по определению устойчивости к воздействию электромагнитных полей изделий бытовой техники, корабельной, авиационной, ракетной техники, автомобильной промышленности и атомной энергетики. Технический результат заключается в автоматизации процесса испытаний при повышении помехозащищенности, объективной достоверности и оперативности измерений, а также возможности проведения испытаний объектов в рабочих режимах и в условиях эксплуатации. В автоматизированном измерительном комплексе, содержащем связанные между собой генератор испытательных помех, объект испытаний и измерительно-вычислительное устройство, а также приемную антенну, соединенную с измерительно-вычислительным устройством, испытательная линия связи снабжена кодовым модулятором, подключенным к выходу генератора испытательных помех и соединенным последовательно с электронно-оптическим преобразователем, волоконно-оптической линией и оптико-электронным преобразователем, а измерительная линия связи выполнена в виде последовательно соединенных электронно-оптического преобразователя, волоконно-оптической линии, оптико-электронного преобразователя и декодера, подключенного к входу измерительно-вычислительного устройства, при этом кодовый модулятор соединен с измерительно-вычислительным устройством, а приемная антенна установлена на сканирующем устройстве, соединенном линией управления с измерительно-вычислительным устройством. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Автоматизированный экологичный измерительный комплекс для определения устойчивости технических средств к воздействию внешних электромагнитных полей, содержащий генератор испытательных помех, один из выходов которого соединен испытательной линией связи со входом объекта испытаний, а другой посредством линии связи с одним из входов измерительно-вычислительного устройства, а также приемную антенну, соединенную измерительной линией связи - с другим входом измерительно-вычислительного устройства, соединенного, в свою очередь, посредством линии обратной связи с генератором испытательных помех, отличающийся тем, что испытательная линия связи выполнена в виде согласующе-преобразующего устройства, содержащего последовательно соединенные кодовый модулятор, электронно-оптический преобразователь и оптико-электронный преобразователь, а при прохождении электрического кодированного сигнала с приемной антенны он преобразуется в оптический и после обратного преобразования поступает на декодер, установленный на входе измерительно-вычислительного устройства, при этом кодовый модулятор соединен с измерительно-вычислительным устройством. 2. Автоматизированный экологичный измерительный комплекс по п.1, отличающийся тем, что приемная антенна установлена на сканирующем устройстве, соединенном линией управления с измерительно-вычислительным устройством.