Введение
С усложнением структуры информационно-измерительных и управляющих систем повышенную актуальность приобрела проблема электромагнитной совместимости (ЭМС) отдельных элементов, входящих в такие системы. Способствуют этому, в частности, повышение степени интеграции и миниатюризация элементов аппаратуры, приводящие к более тесному взаимному расположению потенциальных источников и приемников помех в конструктивных единицах (блоках, панелях и т. д.).
В смысле помехоустойчивости наиболее критичными элементами систем, безусловно, можно считать датчики как источник всей первичной информации о состоянии и функционировании объектов управления или контроля. Действительно, внешние электрические и магнитные поля разнообразного происхождения, превышающие определенную величину, воздействуя на первичный преобразователь, вызывают искажение выходных сигналов датчиков и нарушают процессы усиления и обработки сигналов, что приводит к неработоспособности системы (в этом, в частности, состоит один из аспектов радиоэлектронного противодействия). Однако, хотя указанные помеховые воздействия по отношению к тому или иному элементу могут рассматриваться как внешние, для системы они являются внутренними, поскольку в большинстве случаев генерируются внутри нее. Вопросы помехоустойчивости электронных элементов достаточно широко освещены в литературе, но датчики обычно рассматриваются только как объект воздействия электромагнитных полей. Цель данной статьи — привлечь внимание к обнаружению генерируемых самими датчиками помех и их воздействию на другие высокочувствительные элементы системы.
Современное состояние контроля электромагнитной совместимости электронных элементов
Принятие ряда нормативных актов, среди которых ГОСТ Р 51317.3.3—2008, утвержденный приказом Ростехрегулирования № 659-с от 25 декабря 2008 года и введенный в действие с 1 июля 2009 года, подразумевает, в том числе, контроль кондуктивных помех, наводимых в электронной аппаратуре радиочастотными электромагнитными полями от различных источников. Данный ГОСТ модифицирован по отношению к международному стандарту МЭК 61000-3-3: 2005 «Электромагнитная совместимость», а его введение предусматривает учет кондуктивных помех, наводимых в аппаратуре радиочастотными электромагнитными полями.
Согласно определениям, принятым в перечисленных нормативных документах, электромагнитные помехи (ЭМП) в зависимости от проводимости среды распространения могут быть индуктивными или кондуктивными. Индуктивные ЭМП распространяются в виде электромагнитных полей в непроводящих средах. Кондуктивные ЭМП представляют собой токи, текущие по проводящим конструкциям и цепям заземления. В ходе распространения помехи могут превращаться из индуктивных в кондуктивные и наоборот. Так, индуцированные в проводниках токи далее распространяются в виде кондуктивных помех и наоборот, токи в проводниках и заземляющих цепях сами создают электромагнитные поля, т. е. индуктивные помехи.
Конструкция индуктивного датчика
Контроль чувствительности к воздействию ЭМП, внешних по отношению к целевой системе или ее блокам, составляет значительную долю испытаний при отработке изделий, содержащих электронные узлы. Для такого контроля созданы имитаторы различных видов помех, обеспечивающих достаточную интенсивность генерируемых сигналов. Например, генератор наведенных кондуктивных радиопомех типа CWS-500C компании EM TEST [1], предназначенный для проведения испытаний согласно требованиям перечисленных выше и смежных стандартов, обеспечивает уровень выходного сигнала 130 В на частотах от 9 кГц до 250 МГц. В [2] описано применение такого генератора для оценки ЭМС датчиков, выпускаемых российским приборостроительным объединением Метран.
С целью обеспечения устойчивости к воздействию радиочастотных ЭМП в электронной аппаратуре используются различные меры экранирования и развязки цепей, а при испытаниях чувствительную к внешним помехам аппаратуру или отдельные функциональные блоки помещают для измерений в специальные экранированные камеры. Однако повышение чувствительности функциональных блоков, подверженных воздействию ЭМП, заставляет обратиться к анализу узкополосных помех от источников внутри целевой системы, создающих радиочастотные поля в процессе штатного функционирования.
В работе [3] в качестве источника узкополосного сигнала, нарушающего помехоустойчивость системы, рассматривается процесс коммутации силовых транзисторов в импульсном источнике питания. Кардинально расширить спектр помехи предлагается подмешиванием хаотического сигнала дополнительного генератора к тактовому сигналу фиксированной частоты.
Индукционные датчики как источник помех
Одними из многочисленных источников узкополосной помехи в составе комплексных электронно-электромеханических систем обнаружения может стать ряд датчиков, в частности, металлочувствительные индукционные датчики приближения (иногда называемые датчиками положения). В их состав входят один или два генератора немодулированного радиочастотного сигнала, обычно, частоты (0,5...0,7) МГц, соответствующей российскому радиодиапазону СВ. Функционирование таких датчиков основано на возбуждении в близко расположенных металлических предметах кондуктивных токов, которые, в свою очередь, создают магнитное поле, взаимодействующее с чувствительным элементом датчика — колебательным контуром. Очевидно, подобные датчики полностью подходят под определение источника ЭМП.
Типичной для индуктивных датчиков приближения можно считать конструкцию PRDL18-14D компании Autonics (см. рисунок). Магнитопровод чувствительного элемента датчика, примыкающий к передней стенке корпуса, служит излучателем магнитного поля, воздействующим на окружающие предметы. Номинально дальность срабатывания датчика — 25 мм, однако для предотвращения взаимного влияния рекомендуется размещать соседний датчик не ближе 80 мм. На практике такое влияние обнаруживалось на расстояниях до 60 мм.
Создаваемое магнитопроводом чувствительного элемента датчика поле является достаточно сильным, так как его удается обнаружить пассивным приемным элементом на расстояниях до 70 см. Измерения проводились с помощью приемной катушки диаметром 20 мм, содержащей 140 витков провода 0,2 мм и резонансной частотой 650 кГц при емкости контура 200 пФ.
Заключение
Выполненные эксперименты показывают, что продолжение исследований влияния поля, излучаемого датчиками приближения, на другие элементы электронных систем, и разработка соответствующей методики являются целесообразными.
Литература
- URL: http://www.emtest.com/bindata/bindata/brochures/ KAT-CWS500C-E-V0.00-251105.pdf.
- Лучко В. Е., Давыдов А. Р., Грудцинов Г. М. и др. К вопросу об ЭМС датчиков // Датчики и системы. — 2012. — № 8. — С. 52—56. [Lutchko V. E., Davydov A. R., Grudcinov G. M. et al. To the question about sensors EMC // Sensors & Systems. — 2012. — № 8. — P. 52—56. (In Russian)]
- Певзнер Л. Д., Костиков В. Г. и др. Исследование генераторов динамического хаоса для систем управления преобразователей напряжения: Препринт. — М.: МГГУ, 2005. — 33 с. [Pevzner L. D., Kostikov V. G., et al. Investigation of the dynamic chaos generators for voltage converters control systems: Preprint. — Moscow: MSMU, 2005. — 33 p. (In Russian)]
- Индуктивные датчики положения Autonics. URL: www.ki psens.ru/proximity-switches/a-inductive-s... href="http://www.ki psens.ru/proximity-switches/a-inductive-sensor.">www.ki psens.ru/proximity-switches/a-inductive-s... [Autonics inductive proximity sensors. URL: www.ki psens.ru/proximity-switches/a-inductive-s... kipsens.ru/proximity-switches/a-inductive-sensor. (In Russian)]
