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是指电磁波与电子元件作用后而产生的干扰现象

2019-09-17 07:14

随着船舶行业的不断发展,船载航行数据记录仪、安保报警装置等船用仪表也不断快速增长。船用仪表与其它仪表不同,有着自身的特殊性,包括使用空间狭小,工作时间上,种类多,信号复杂,安全可靠性要求高等。为了确保安全, 各仪器设备间、各导线间的干扰等都必须考虑,因此船用仪表的电磁兼容成了一个重要的强制性试验。

EMC(Electro MagneTIc CompaTIbility)——电磁兼容,是指电子、电气设备或系统在预期的电磁环境中,按设计要求正常工作的能力,也是电子、电气设各或系统的一项重要的技术性能。就世界范围来说,电磁兼容性问题已经形成一门新的学科,也是一门以电磁场理论为基础,包括信息、电工、电子、通信、材料、结构等学科的边缘科学,同时也是一门实践性比较强的学科,需要产品工程师具有丰富的实践知识。电磁兼容的中心课题是研究如何控制和消除电磁干扰,使电子设备或系统与其他设备联系在一起工作时,不导致设备或系统的任何部分的工作性能的恶化或降低。一个设计理想的电子设备或系统应该既不发射任何不希望的能量,又应该不受任何不希望有的能量的影响。当然,在电子设备或系统出厂前,衡量其EMC J眭能好坏的主要依据就是FMC测试结果。这些测试,就是模拟产品在实际工作环境中发生的一些骚扰和干扰,如图所示。目前,衡量一个产品的EMC跬能主要从以下两个方面来考虑。 EMI(Electro MagneTIc Interference)——电磁干扰性能。即处在一定环境中的设备或系统正常运行时,不应产生超过相应标准所要求的电磁能量于扰。这样的电磁干扰有: ●从电源线传导出来的电磁骚扰; ●从信号线、控制线传导出来的骚扰; ●从产品壳体(包括产品中的所有电缆)辐射出来的骚扰; ●从电源端口传导出来的谐波电流; ●电源端口产生的电压波动和闪烁(FluctuaTIon and Flicker)。 EMS(Electro Magnetic Susceptibility)——电磁抗扰度性能。即处在一定环境中的设各或系统正常运行时,设各或系统能承受各种类型的电磁能量干扰。这种电磁能量干扰主要有: ●静电放电; ●电源端口的电快速瞬变脉冲群; ●信号线、控制线端口的电快速瞬变脉冲群; ●电源端口的浪涌和雷击; ●信号线、控制线端口的浪涌和雷击; ●从空间传递给产品壳体的电磁辐射; ●电源端口传入的传导干扰; ●电源端口的电压跌落与中断。 EMC设计则是在产品设计过程中,利用一定的设计技巧和额外的技术手段提高产品的EMC性能(包括产品的抗干扰能力和产品的抗骚扰水平),并能在一定环境中按照产品的设计期望正常运行。为了衡量到达实际应用环境前产品的EMC性能,则需要进行EMC测试。对应于以上产品各项FMC指标,EMC测试通常也有如下两个方面。 EMI电磁干扰测试 ●电源线传导骚扰测试; ●信号、控制线传导骚扰测试; ●辐射骚扰则试; ●谐波电流呗刂试; ●电压波动和闪烁(Fluctuation and Flicker)测试。 EMS电磁抗扰度测试 ●静电放电抗扰度测试; ●电源端口的电快速瞬变脉冲群抗扰度测试; ●信号线、控制线的电快速瞬变脉冲群抗扰度测试; ●电源端口的浪涌和雷击测试; ●信号线、控制线的浪涌和雷击测试; ●壳体辐射抗扰度坝刂逑; ●电源端口的传导抗扰度测试; ●信号线、控制线的传导抗扰度测试; ●电源端口的电压跌落与中断测试。 对于汽车及车载电子设备,由于其电磁环境与供电环境相对特殊,其EMC测试也相对特殊,但也可分为EMI测试和EMS测试两大类。它更加突出ISO、CISPR和SAEJ标准的重要性,具体的FMC测试项目有两个。 EMI测试 ●符合CISPR25(对应国标为GB18655)、CISPR12(对应国标为GB14023)、SAEJ551/5(对应国标为GB18387)标准的辐射骚扰测试; ●符合CISPR25(对应国标为GB18655)标准的传导耦合/瞬态发射骚扰测试。 EMS测试 ●符合1507637-1/2标准规定的电源线传导耦合/瞬态抗扰度测试; ●符合1507637-3标准规定的传感器电缆与控制电缆传导耦合/瞬态抗扰度测试; ●符合150114527(对应国标为GB17619)标准规定的射频传导抗扰度测试; ●符合15011452-2(对应国标为GB17619)标准规定的辐射场抗扰度测试; ●符合15011452-3(对应国标为GB17619)标准规定的横电磁波小室的辐射场抗扰度测试; ●符合15011452-4(对应国标为GB17619)标准规定的大电流注入抗扰度测试; ●符合15011452-5(对应国标为GB17619)标准规定的带状线抗扰度测试; ●符合15011452-6(对应囟标为GB17619)标准规定的三平板抗扰度测试; ●符合15010605标准的静电放电抗扰度测试。 EMC设计不能像硬件电路设计、结构设计、软件设计等设计活动可以单独存在,它依附于产品的其他设计活动中。如果一定要对EMC设计活动进行分类,那么主要包括: 产品的EMC标准和需求分析; 产品机械结构构架的FMC设计,包括产品中的电缆部分的设计; 电路原理图的FMC设计; PCB的EMC设计; EMC测试过程中出现问题的改进。

EMI——Electro Magnetic Interference 电磁干扰

定义:是指电磁波与电子元件作用后而产生的干扰现象。

分类:有传导干扰和辐射干扰两种。

   传导干扰:

    是指通过导电介质把一个电网络上的信号耦合(干扰)到另一个电网络。

   辐射干扰:

    是指干扰源通过空间把其信号耦合(干扰)到另一个电网络。

来源:在高速PCB及系统设计中,高频信号线、集成电路的引脚、各类接插件等都可能成为具有天线特性的辐射干扰源,能发射电磁波并影响其他系统或系统内其他子系统的正常工   作。

电磁干扰要素:理论和实践的研究表明,不管复杂系统还是简单装置,任何一个电磁干扰的发生必须具备三个基本条件:首先应具有干扰源;其次有传播干扰能量的途径和通道;第       三必须还有被干扰对象的响应。在电磁兼容性理论中把被干扰对象统称为敏感设备(或敏感器)。

       因此,电磁骚扰源、骚扰传播途径(或传输通道)和敏感设备称为电磁干扰三要素。

EMC包括EMI和EMS两个方面的要求:**一方面要求电子设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值,即EMI;另一方面要求电子设备对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗干扰能力,即EMS。**

船用仪表的电磁兼容试验项目涉及很多,包括测试干扰能力的如传导骚扰,外壳端口辐射骚扰,电快速瞬变脉冲群抗扰度,静电放电抗扰度等。测试抗干扰能力的能源波动,电快速瞬变脉冲群抗扰度,射频场感应的传导抗扰度等。一般国内外船用仪表在这方面也有很大区别,国内样品抗干扰能力非常强,而国外样品干扰能力好。

  1、电磁骚扰源分类

  电磁骚扰源的分类方法很多。

  1.1、一般说来电磁干扰源分为两大类:自然干扰源与人为干扰源。

      自然干扰源主要来源于大气层的天电噪声、地球外层空间的宇宙噪声。他们既是地球电磁环境的基本要素组成部分,同时又是对无线电通讯和空间技术造成干扰的干扰      源。自然噪声会对人造卫星和宇宙飞船的运行产生干扰,也会对弹道导弹运载火箭的发射产生干扰。

      人为干扰源是有机电或其他人工装置产生电磁能量干扰,其中一部分是专门用来发射电磁能量的装置,如广播、电视、通信、雷达和导航等无线电设备,称为有意发 射      干扰源。另一部分是在完成自身功能的同时附带产生电磁能量的发射,如交通车辆、架空输电线、照明器具、电动机械、家用电器以及工业、医用射频设备等等。 因此      这部分又成为无意发射干扰源。

  1.2、从电磁干扰属性来分,可以分为功能型干扰源和非功能新干扰源。

      功能性干扰源系指设备实现功能过程中造成对其他设备的直接干扰;

      非功能性干扰源是指用电装置在实现自身功能的同时伴随产生或附加产生的副作用,如开关闭合或切断产生的电弧放电干扰。

  1.3、从电磁干扰信号频谱宽度,可以分为宽带干扰源和窄带干扰源。

      他们是相对于指定感受器的带宽大或小来加以区别的。

      干扰信号的带宽大于指定感受器带宽的成为宽带干扰,反之称为窄带干扰源。

  1.4、从干扰信号的频率范围来分

      可以把干扰源分为工频与音频干扰源(50Hz及其谐波)、甚低频干扰源(30Hz以下)、载频干扰源(10kHz~300kHz)、射频及视频干扰源(300kHz)、微波干      扰源(300MHz~100GHz)。

一、电磁兼容

罗经安全距离也是船用仪表的电磁兼容试验项目之一,由于罗经决定着船舶航行的方向、速度、时间等,有着特殊地位,因此要杜绝其他船用一般对其的干扰以确保安全。罗经最小安全距离测试,可以利用地球磁场强度与角度的关系,将对角度的测量转化为对磁场强度。罗经安全距离越小,则表明样品抗干扰能力越强。

  2、电磁骚扰传播途径

  电磁干扰传播途径一般也分为两种:即传导耦合方式和辐射耦合方式。

  传导传输必须在干扰源和敏感器之间有完整的电路连接,干扰信号沿着这个连接电路传递到敏感器,发生干扰现象。这个传输电路可包括导线,设备的导电构件、供电电源、公  共阻抗、接地平板、电阻、电感、电容和互感元件等。

  辐射传输是通过介质以电磁波的形式传播,干扰能量按电磁场的规律向周围空间发射。常见的辐射耦合由三种:

  1. 甲天线发射的电磁波被乙天线意外接受,称为天线对天线耦合;

  2. 空间电磁场经导线感应而耦合,称为场对线的耦合;

  3.两根平行导线之间的高频信号感应,称为线对线的感应耦合。

  在实际工程中,两个设备之间发生干扰通常包含着许多种途径的耦合。正因为多种途径的耦合同时存在,反复交叉耦合,共同产生干扰,才使电磁干扰变得难以控制。

为了描述电磁骚扰与电磁兼容性,需要引入许多名称术语。如:

船用仪表的EMC,可以综合考虑各个环节,比如供电电源将一、二级电路分离,印制线路板数字电路和模拟电路分开,接地线构成闭环以缩小电位差,机箱考虑磁屏蔽和电屏蔽,接地线尽量加粗,选用合适的电缆等。

  3、敏感设备

  敏感设备是对干扰对象的总称,他可以是一个很小的元件或一个电路板组件,也可以是一个单独的用电设备甚至可以是一个大型系统。

EMI的检验项目有:

  1. 传导(CE)(150kHz~108MHz);
  2. 断续干扰电压(喀呖声)(150kHz、500kHz、1.4MHz和30MHz);
  3. 干扰功率(30MHz~300MHz)
  4. 谐波电流(2~40次谐波)
  5. 辐射发射(RE)(100k~2.7G)

电磁兼容性(EMC——Electromagnetic Compatibility)

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EMS——Electro Magnetic Susceptibility 电磁敏感性(抗干扰能力)

定义:是指在一定环境中机器设备和系统具有对所在环境中存在的电磁干扰有一定程度的抗扰度的能力,即电磁敏感性。

   EMS又包括静电抗干扰ESD,射频抗扰度RS,电快速瞬变脉冲群抗扰度EFT,浪涌抗扰度Surge,电压暂降抗扰度Voltage DIP and Interrupt,等等相关项目。

EMS的检验项目有:

  1. 静电放电抗扰度;
  2. 辐射电磁场(80MHz~1000 MHz)抗扰度;.
  3. 电快速瞬变/脉冲群抗扰度;
  4. 浪涌(雷击)抗扰度;
  5. 注入电流(150kHz~230MHz)抗扰度;
  6. 电压暂降和短时中断抗扰度

 

设备在共同的电磁环境中能一起执行各自功能的共存状态,即不会由于受到处于同一电磁环境中其他设备的电磁发射导致不允许的降级,也不会使同一电磁环境中其他设备因受到其电磁发射而导致不允许的降级。

标签: 船用仪表

EMC——Electro Magnetic Compatibility 电磁兼容性

定义:是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。

   因此,EMC包括两个方面的要求: 一方面是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值;

                   另一方面是指器件对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度。

电磁兼容设计:

  要使产品具有良好的电磁兼容性,需要专门考虑与电磁兼容相关的设计内容:

  地线设计

  许多电磁干扰问题是由地线产生的,因为地线电位是整个电路工作的基准电位,如果地线设计不当,地线电位就会不稳,就会导致电路故障。地线设计的目的是要保证地线电位  尽量稳定,从而消除干扰现象

  线路板设计

  无论设备产生电磁干扰发射还是受到外界干扰的影响,或者电路之间产生互相干扰,线路板都是问题的核心。因此,设计好线路板对于保证设备的电磁兼容性具有重要意义。线  路板设计的目的就是减小线路板上的电路产生的电磁辐射和对外界干扰的敏感性,减小线路板上电路之间的互相影响。

  滤波设计

  对于任何设计而言,滤波都是解决电磁干扰的关键技术之一。因为设备中得到现实效率很高的接收和辐射天线。因此,设备产生的大部分辐射发射都是通过各种导线实现的,而  外界干扰往往也是首先被导线接收到,然后传入设备的。滤波的目的就是消除导线上的这些干扰信号,防止电路中的干扰信号传导导线上,借助导线辐射,也防止导线接收到的  干扰信号传入电路。

  屏蔽与搭接设计

  对于大部分设备而言,屏蔽都是必要的。特别是随着电路工作的频率日益提高,单纯依靠线路板设计往往不能满足电磁兼容标准的要求。机箱的屏蔽设计与传统的结构设计有许  多不同之处,一般如果在结构设计时没有考虑电磁屏蔽的要求,很难将屏蔽效果加到机箱上。所以,对于现代电子产品设计,必须从开始就考虑屏蔽问题。

  

电磁干扰(EMI——Electronmagnetic Interference)

区别

EMI(Electro Magnetic Interference)直译是“电磁干扰”。

EMS(Electro Magnetic Susceptibility)直译是“电磁敏感度”。其意是指由于电磁能量造成性能下降的容易程度。

EMC(Electro Magnetic Compatibility)直译是“电磁兼容性”。意指设备所产生的电磁能量既不对其它设备产生干扰,也不受其他设备的电磁能量干扰的能力。

因为有了EMI,才有了EMC,因为EMS达标,才能实现EMC。

 

电磁骚扰导致电子设备互相影响,并引起不良后果的一种电磁现象。

辐射发射(RE——Radiated Emission)

通过空间传播的、有用的或不希望有的电磁能量

传导发射(CE——Conducted Emission)

沿电源或信号线传输的电磁发射

电磁敏感性(EMS——Electromagnetic Susciptibility)

设备对周围电磁敏感程度的度量。

辐射敏感度(RS——Radiated Susceptibility)

对造成设备性能降级的辐射骚扰场的度量

传导敏感度(CS——Conducted Susceptibility)

对从传导方式引入的骚扰信号电流或电压的度量

二、电磁兼容测试技术

电子设备受电磁骚扰的影响而出现故障或性能降级,称为设备对电磁骚扰敏感。如何在设备与电磁环境之间寻求一种协调的关系和共存的条件,这就是电磁兼容性技术。

电磁兼容性测试主要分为两大类:电磁干扰EMI(Electromagnetic Interference)测试、电磁抗干扰性EMS(Electromagnetic Susceptibility)测试

电磁发射:

1、辐射发射(RE——Radiated Emission):测试通过空间传播的电磁能量

2、传导发射(CE——Conducted Emission):测试沿电源线、控制线或信号线传播的电  磁能量 

抗扰性EMS:

1、辐射敏感度试验(RS——Radiated Susceptibility):测试被试设备对空间电磁骚扰的抗扰性

2、工频 磁场辐射敏感度试验(PMS——Power frequency magnetic susceptibility):检验电子电气产品对工频磁场的抗扰性

3、射频场感应的传导敏感度(CS——Conducted Susceptibility):测试被试设备对沿电源线、控制线或信号线传输的电磁能量的敏感度、

4、电快速瞬态脉冲群抗扰度(EFT/B——Electrical fast transient burst):模拟对电感性负载的切换(如继电器、接触器)、高压开关的切换(如真空开关、六氟化硫)设备的干扰

5、浪涌抗扰度(Surge):模拟电网中的故障,雷击(直接或间接)对设备的干扰,电网中的开关操作

6、电压跌落与中断抗扰度(DIP/interruption):模拟由低压、中压或高压网络中的故障(短路或接地故障)所造成电压瞬时跌落和中断;以及由连接到电网的负荷连续变化引起的电压变化

7、电力线感应/接触(Power Induction/contact):模拟室外信号线与电力线距离过近或接触故障

8、静电放电抗扰度(ESD——Elecrostatic discharge):模拟操作人员或物体在接触设备时的放电

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