jomddecae

[jomddecae]

Оборудование для тестов на ЭМС: как грамотно обустроить лабораторию

Зачем нужно тестирование на ЭМС?

Тестирование электронной продукции на электромагнитную совместимость (ЭМС) – обязательный этап для вывода товара на рынок. Устройство, которое не сможет сосуществовать рядом с другими устройствами, бесполезно, а иногда даже опасно.

Тестирование на ЭМС нужно для того, чтобы понять, как прибор, содержащий радиоэлектронные компоненты, «ведет себя» в условиях различных электромагнитных помех, и не создает ли излишние колебания сам. Современный человек окружен бытовой техникой и гаджетами со всех сторон: от помех никуда нельзя спрятаться. Именно поэтому каждый образец техники создается с учетом его ЭМС.

Еще острее проблема электромагнитной совместимости стоит в сфере производства радиоэлектроники для военных нужд, авиастроения, атомной промышленности, транспорта.

В России, как и в странах Евросоюза, существуют правила и стандарты, которые жестко регламентируют требования к каждому конкретному прибору. Стандартов достаточно много: в них описаны все возможные типы оборудования и места, где они могут функционировать.

Чтобы провести качественное тестирование, нужна современная лаборатория, оснащенная оборудованием высокой точности. Любая уважающая себя компания, аккредитованная для оказания услуг по сертификации, должна следить за состоянием и ассортиментом лабораторного оборудования, вовремя заменять изношенную и устаревшую технику.

Помещение для испытаний

Главное требование к помещению лаборатории – это чтобы любые помехи и воздействия в нем сводились к нулю.  Помещение, где будет располагаться лаборатория (особенно если она создается для тестирования крупных по размеру образцов) в идеале должно быть заложено в проекте здания.

В зависимости от технических требований, это могут быть:

экранированные камеры (их стены внутри обшиваются металлическими листами, которые отделяют внутреннюю электромагнитную обстановку от внешней);

реверберационные камеры (облицованы внутри материалом, хорошо отражающим звук);

Безэховые камеры (экранированные камеры, которые изнутри облицованы радиопоглощающими материалами);

Полубезэховые камеры (обычно на полу у них стелется металлический заземляющий щит)

GTEM-ячейки (автономные и компактные камеры для работы в гигагерцовом диапазоне).

Безэховые, полубезэховые камеры и GTEM-ячейки часто оборудуются радиочастотными поглотителями. Дело в том, что в экранированном помещении можно обнаружить помехи и узнать, на какой частоте они возникают, однако измерить их уровень не представляется возможным из-за отражения сигналов от пол, стен и потолка. Чтобы измерить уровень помех, нужно ослабить их отражаемость. Для этого помещение покрываются плитами со специальными материалами. Поглотитель не должен ни проводить волну, ни блокировать ее. Задача материала – впустить сигнал внутрь и заставить его затухнуть.

Для каждого стандарта существуют свои поглотители. Изготавливаются они, в основном, из пенополиуретана. Бывает, что к этому материалу добавляется углерод, специальные диэлектрические и огнеупорные пропитки. Плиты могут состоять из пирамид или усеченных пирамид, хотя есть и плоские варианты. В виде плоских плит часто выпускают ферритовые поглотители. Можно встретить и пирамидальные пенополиуретановые поглотители с ферритовым основанием – разные модели дают при испытаниях разный эффект.

Безэховая камера всегда строится под конкретное помещение. Проектировка и реализация такого проекта занимает около года. Это всегда комплексное решение: в БЭК все продумано до мелочей. Специалист должны создать необходимый уровень экранирования, подобрать поглотители, спроектировать систему вентиляции, подачи электропитания.  Оснащение камеры обязательно предусматривает управляемый поворотный стол, антенную мачту для управления антеннами, пандус для перемещения тестовых образцов, удобные экранированные двери и т.д.

Ни один грамотный производитель не предложит готовое оборудование для испытаний на ЭМС: инженеры выезжают на место еще на этапе постройки здания, создают чертежи, планируют подведение всех коммуникаций.

[jomddecae]

Испытательное оборудование по электромагнитной совместимости

Наша компания по выгодным ценам реализует качественное оборудование для испытаний на ЭМС, занимающихся про��еркой электромагнитной совместимости. Мы обеспечиваем поставку, наладку, полное гарантийное и послегарантийное обслуживание на протяжении всего срока эксплуатации оборудования.

В большинстве развитых стран мира, в том числе и России, продажа радиоэлектронных средств разрешена только после проверки на электромагнитную совместимость. Решить эту задачу поможет оборудование для ЭМС от научно-производственного предприятия.  Мы обеспечиваем поставку, наладку, полное гарантийное (3 года) и послегарантийное обслуживание на протяжении всего срока эксплуатации оборудования.

Оборудование для испытаний на ЭМС предполагает способность радиоэлектронных средств корректно работать в условиях электромагнитных помех. При этом она также не должна создавать недопустимых помех работе другой аппаратуры. Электромагнитная совместимость является важной характеристикой оборудования, особенно в потенциально опасных отраслях, например в электроэнергетике. Ведь неустойчивые к помехам радиоэлектронные средства могут выдавать ложные команды в системах управления, что приведет к серьезным последствиям.

Согласно требованиям нормативных документов, сертификационные испытания на электромагнитную совместимость технических средств производятся в специализированной лаборатории. Она должна иметь соответствующий аккредитационный аттестат и быть внесена в Государственный реестр.

[jomddecae]

Генераторы импульсных и шумовых сигналов

Генераторы импульсных помех формируют импульсные сигналы для настройки и ремонта различной радио технической аппаратуры, работающей в импульсном режиме.

Наибольшее распространение получили генераторы прямоугольных импульсов.

Задающий генератор вырабатывает импульсы с регулируемой частотой следования от 40 до 100000Гц, которые запускают схему задержки и поступают на блок формирования (БФ). Эти же импульсы с задающего генератора выведены на отдельное гнездо, называются импульсами синхронизации и используются для синхронизации внешних устройств. Блок внешнего и однократного запуска предназначен для запуска задающего генератора внешними импульсами, при этом пусковой импульс формируется в специальном устройстве. При дополнительном запуске пусковой импульс формируется при нажатии кнопки на передней панели генератора.

Схема задержки позволяет задержать основные импульсы относительно импульсов синхронизации. Блок формирования обеспечивает формирование прямоугольных импульсов с регулируемой длительностью от 0,1 до 10 мкс.

Усилитель мощности увеличивает амплитуду ИС (выход 1:1).

С помощью аттенюатора можно получить импульсы малой амплитуды.

Шумовым сигналом называется совокупность одновременно существующих электрических колебаний, частоты и амплитуды которых носят случайный характер.

Генераторы шумовых сигналов применяются в качестве источника помех при исследовании чувствительности радиоприёмных устройств и усилительных устройств, в качестве калибровочных источников мощности при измерении напряженности поля или шумов внеземного происхождения.

Основным требованием к генераторам шумовых сигналов является равномерность спектрального состава шумового сигнала в возможно большей полосе частот, желательно от 0

до ∞ Гц. Такой шум (пот аналогии с белым светом) называется белым шумом.

Практически шумовые сигналы получают от 1Гц до десятков ГГЦ. В реальных условиях белый шум получить невозможно, но в некотором диапазоне частот шум можно считать белым.

Генераторы импульсных помех подразделяются на НЧ 20Гц – 20кГц; 15Гц – 6,5МГц; ВЧ от 1 до 600МГц; СВЧ 500МГц – 12ГГЦ.

В качестве первичного источника шума применяются резисторы, вакуумные и полупроводниковые диоды, тиратроны, газоразрядные трубки и т.д. действие первичных источников шума базируется на физических явлениях, связанных с неравномерным движением носителей электрических зарядов в элементах электрических цепей. Резисторы создают шумы за счёт хаотического движения электронов.

[jomddecae]

Электромагнитный импульсный генератор

Этот серьезный проект показывает, как получить импульс электромагнитной энергии в несколько мегаватт, который может нанести непоправимый вред электронному компьютеризированному и чувствительному к электромагнитным помехам коммуникационному оборудованию. Ядерный взрыв вызывает подобный импульс, для защиты от него электронных устройств необходимо принимать специальные меры. Этот проект требует накопления смертельного количества энергии, и его не следует пытаться реализовать вне специализированной лаборатории. Подобное устройство можно использовать для вывода из строя компьютерных систем управления автомобилем с целью остановки автомобиля в неординарных случаях угона или если за рулем находится пьяный и опасный для окружающих автомобилистов водитель. Электронное оборудование можно протестировать с помощью электронного импульсного генератора на чувствительность к мощным импульсным помехам – к молниям и потенциальному ядерному взрыву (это актуально для военного электронного оборудования).

Проект описан здесь без указания всех деталей, указаны только основные компоненты. Используется дешевый открытый искровой разрядник, но он даст только ограниченные результаты. Для достижения оптимальных результатов необходим газовый или радиоизотопный разрядник, который эффективен для создания помех как при потенциальном ядерном взрыве.

Общее описание устройство

Генераторы импульсных помех способны вырабатывать сфокусированную акустическую или электромагнитную энергию, которая может разрушать предметы, применяться в медицинских целях, например, для разрушения камней во внутренних органах человека (почках, мочевом пузыре и т.д.). Генератор электромагнитных импульсов может вырабатывать электромагнитную энергию, которая может разрушать чувствительную электронику в компьютерах и микропроцессорном оборудовании. Нестабилизированные индуктивно-емкостные цепи LC могут вырабатывать импульсы в несколько гигаватт за счет использования устройств взрывания провода. Эти импульсы высокой энергии – электромагнитные импульсы (в иностранной технической литературе ЕМР – ElectroMagnetic Pulses) можно использовать для тестирования твердости металла параболических и эллиптических антенн, гудков и других направленных дистанционных воздействий на предметы.

Например, в настоящее время ведутся исследования по разработке системы, которая будет выводить автомобиль из строя во время опасной погони на высоких скоростях за человеком, совершившим противоправное действие, например, угонщиком или пьяным водителем. Секрет заключается в генерации обладающего достаточной энергией импульса для сжигания электронных управляющих процессорных модулей автомобиля. Это гораздо проще выполнить, когда автомобиль покрыт пластиком или оптоволокном, чем когда он покрыт металлом. Экранирование металлом создает дополнительные проблемы исследователю, разрабатывающему практически применимую систему. Можно построить устройство и для этого тяжелого случая, но оно может быть дорогостоящим и оказать вредное воздействие на дружественные устройства, заодно выводя их из строя. Поэтому исследователи находятся в поиске оптимальных решений для мирных и военных целей применения электромагнитных импульсов (ЕМР).

Цель проекта

Цель проекта заключается в генерации пикового импульса энергии для тестирования на прочность электронного оборудования. В частности, испытательные системы исследуют использование подобных устройств для выведения из строя транспортных средств за счет разрушения микросхем компьютера. Мы проведем эксперименты по разрушению цепей электронных устройств с помощью направленной ударной волны.

Риск

Внимание! Донный проект использует смертельно опасную электрическую энергию, которая при неправильном контакте может убить человека мгновенно.

Система высокой энергии, которая будет собрана, использует взрывающийся провод, который может создать эффекты, подобные шрапнели. Разряд системы может серьезно повредить электронику близко расположенных компьютеров и другого ��налогичного оборудования.

[jomddecae]

Имитатор наносекундных импульсных помех

Одной из важнейших проблем электромагнитной совместимости технических средств является обеспечение их помехоустойчивости, т. е. способности функционировать при воздействии внешних помех искусственного и естественного происхождения. В ближайшее время вся аппаратура промышленного, офисного и бытового назначения должна будет сертифицироваться на устойчивость к воздействию самых разнообразных помех. Особенностям построения имитаторов наносекундных импульсных помех и посвящена эта статья.

В реальных условиях эксплуатации любое электротехническое, электронное и радиоэлектронное устройство подвергается воздействию внешних электромагнитных помех. При этом помехи в зависимости от места их появления делятся на кондуктивные и индуктивные.

Кондуктивные помехи разделяются на следующие виды:

*наносекундные импульсные помехи (Генераторы импульсных помех)

*микросекундные импульсные помехи большой энергии;

* динамические изменения напряжения электропитания (провалы, прерывания, выбросы напряжения сети);

*колебательные затухающие помехи (одиночные и повторяющиеся);

*наведенные радиочастотным электромагнитным полем (150 кГц…80 МГц);

*контрактные электростатические разряды.

К индуктивным помехам относятся:

*воздушные электростатические разряды;

*радиочастотные электромагнитные поля (80…1000МГц);

*магнитные поля промышленной частоты;

*импульсные магнитные поля.

Для оценки качества функционирования устройства необходимо испытательные системы для проверки на его устойчивость к воздействию помех заданного уровня и спектра. Экспериментально подтверждение помехоустойчивости электронного оборудования проводится при помехах, ожидаемых в месте его использования. Последние считаются известными из производственного опыта или на основе проведенных измерений уровня излучений на месте применения электронной аппаратуры.

Для создания помеховой обстановки, приближенной к ситуации на месте эксплуатации аппаратуры, при испытании используют имитаторы помех. Методы испытания аппаратуры на помехоустойчивость оговорены соответствующими стандартами. Так для доказательства помехоустойчивости электронного оборудования к воздействию наносекундных импульсных помех согласно ГОСТ Р 51317.4.4-99 (МЭК 6100D-1-4-95) (1) испытательное оборудование должно обеспечить имитацию широкополосных низкоэнергетических помех в виде пачек импульсов, которыми необходимо проверять сетевые и сигнальные провода, а также линии передачи данных.

Длительность пачек импульсов – 15 мс, перид повторения – 300 мс, частота повторения импульсов в пачке и их амплитуда зависит от степени жесткости испытаний (табл.1).

Отдельные импульсы в пачке имеют вид.

К сожалению, отечественная промышленность серийно не выпускает имитаторы наносекундных импульсных помех с амплитудой выходных импульсов 4…6 кВ, которые необходимы для проверки аппаратуры специального назначения. Зарубежные приборы такого класса очень дороги. Это связано с причинами, на которых мы остановимся ниже.

Генератор пачек импульсов формирует временные ворота, разрешающие работу управляемого генератора заполняющих импульсов. Усилитель-формирователь осуществляет преобразование этих импульсов к виду, необходимому для запуска высоковольтного формирователя. Так как по ГОСТу необходима проверка аппаратуры на устойчивость к импульсам положительной и отрицательной полярности, в состав имитатора введен фазоимвертор.

Наибольшие проблемы возникают при работе высоковольтного формирователя импульсов. Это связано с тем, что коммутирующие приборы, которые используются в этом блоке, должны быть одновременно высоковольтными (Umin ≥ 4 кВ), сильнопоточными (I k max ≥ 80 А) и быстродействующими (t окр ≥5 мс, f ≥ 2,5кГц ).

Авторами был пр��веден сравнительный анализ мощных полевых транзисторов с изолированным затвором, биполярных транзисторов с полевым управлением (IGBT), импульсных тиристоров, а также водородных тиратронов и экспериментально исследованы высоковольтные формирователи на их основе.

Наибольшим быстродействием среди силовых твердотельных приборов обладают МДП-транзисторы (2). Однако МДП-приборы, способные переключаться за время t окр ≥ 5 мс, имеют допустимое напряжение Umin, которое не превышает 400…500 В. Поэтому приходится использовать их последовательное включение.

Управление последовательно включенными МДП-транзисторами осуществляется с помощью импульсных трансформаторов на ферритовых кольцах с одним общим проводом первичной обмотки, который проходит через все сердечники. Однако здесь возникает проблема, связанная с необходимостью обеспечения одновременного включения всех приборов. Так как серийные МДП-транзисторы имеют разброс характеристик, обусловленный технологическими причинами, необходимо подбирать приборы с одинаковыми параметрами, что при их большом числе ( N ≥ 10 является непростой задачей, а также использовать сложные цепи выравнивания. Это усложняет промышленное производство таких коммуникаторов и определяет их высокую цену.

Высоковольтные IGBT транзисторы, способные коммутировать необходимое напряжение и ток, не обладают достаточным быстродействием. Были предприняты попытки увеличить крутизну полученных с их помощью высоковольтных импульсов при помощи магнитных цепей сжатия, состоящих из конденсаторов и нелинейных дросселей. Известно, что фронт импульса на выходе такой цепи нарастает со значительно большей скоростью, чем на выходе. Такие цепи обладают дисперсией, связанной зависимостью параметров отдельных звеньев от частоты и с периодических характером изменения свойств системы вдоль направления распространения. Для обеспечения необходимых динамических характеристик формирователя на IGBT транзисторах требуются многозвенные цепочки (3-5 звеньев). Расчет таких цепей является достаточно сложной задачей, а настройка формирователей требует высокой квалификации разработчиков.

Исследование импульсных тиристоров показало, что они способны коммутировать необходимый ток, но имеют недостаточный уровень коммутируемого напряжения (менее 1 кВ) и не обеспечивают требуемого быстродействия. Высоковольтные импульсы напряжения могут быть получены путем последовательного включения тиристоров, либо с использованием схем Аркадьева-Маркса (2). Однако такой подход не позволяет полностью реализовать потенциальные возможности тиристоров по быстродействию. Это связано с неизбежным увеличением паразитной индуктивности и отсутствием условия форсированного переключения приборов.

Более предпочтительным является построение формирователей импульсов с бегущей волной перенапряжения и тока. По мере распространения волны происходит либо обострение фронта, либо сжатие импульса. В таких формирователях были получены импульсы напряжения с амплитудой в несколько киловольт и временем переключения одиночного тиристора. Однако проблемы с быстрым выключением приборов не позволяют устойчиво обеспечить требуемую частоту повторения высоковольтных импульсов. Также не удалось обеспечить повторяемость параметров разработанных формирователей.

Достаточно просто решить поставленную задачу в полной мере удалось с помощью импульсных водородных тиратронов. Современные тиратроны в металлокерамических корпусах имеют небольшие габариты и высокую надежность. Принципиальная схема имитатора импульсных помех, высоковольтный формирователь которого выполнен на водородном тиратроне.