bigpo.ru
добавить свой файл
1 2 ... 8 9
9. ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПОМЕХ


9.1. Средства измерения в области электромагнитной совместимости

При проведении испытаний технических средств на соответствие требованиям по электромагнитной совместимости, при определении помеховой обстановки на объекте, проверке эффективности средств подавления и защиты от помех, при калибровке имитаторов помех необходимы соответствующие средства измерения (таблица 9.1).

Таблица 9.1.

Основные средства измерения, необходимые при проведении испытаний и работ

в области электромагнитной совместимости.



Работы и испытания

Диапазон измеряемых величин

Средства измерения

и испытания

1

Испытания ТС на соответствие требованиям по эмиссии кондуктивных помех и калибровка имитаторов кондуктивных радиочастотных помех

0 -140 дБмкВ

9 кГц-30 МГц

Измерительный приемник

или анализатор спектра

Эквивалент сети

Измерительные клещи Пробник напряжения

2

Испытания ТС на соответствие требование по эмиссии помех излучения и калибровка имитаторов электромагнитного поля

20 -140 дБмкВ/м

30 МГц-2000 МГц

Измерительный приемник

или анализатор спектра с

комплектом антенн

Измерительная площадка

3

Испытания ТС на соответствие требованиям по эмиссии токов гармоник и фликера и проверка коэффициента несинусоидальности напряжения электропитания

10 мА-16 А

0-400 В

0-9 кГц

Аналого-цифровой преобразователь тока и напряжения или специализированные измерители

Источник питания

4

Проверка эффективности средств защиты от импульсных помех и калибровка имитаторов помех

0-4000 В

0-2000 А

1 нс - 10 с

Осциллограф

Вольтметр

Делитель напряжения

Токосъемник


Целью измерения радиочастотной эмиссии (строки 1, 2 таблицы 9.1) является определение уровня радиопомех, создаваемых испытуемым оборудованием при стандартных условиях в определенном диапазоне частот, и сравнение этих уровней с нормами, регламентированными в стандартах. Первые нормы на индустриальные радиопомехи и соответствующие им виды измерений разработаны еще в тридцатые годы 20 века и были призваны обеспечить защиту радиоприема от помех. Современные методы измерений уровней радиопомех во многом используют исторически сложившиеся понятия и подходы.

Измерения напряжения U, тока I, мощности P кондуктивных помех, напряженности E электрического и напряженности H магнитного поля выполняются с помощью измерительного приемника ИП и различных дополнительных устройств, преобразующих измеряемые параметры в напряжение, величина которого может быть измерена приемником ИП (рисунок 9.1). В частности, эквивалент сети ЭС требуется при измерении напряжения помех в сети электропитания, измерительные клещи ПК и ТК нужны для измерения мощности и тока помех, а антенны РА, ДА, ЛПА позволяют измерить напряженность магнитного, электрического поля в ближней зоне и напряженность электромагнитного поля в дальней зоне. Измеритель ИП должен градуироваться в децибелах относительно 1 мкВ среднего квадратического значения синусоидального напряжения. Измерительный приемник ИП совместно с дополнительными устройствами должен обеспечивать измерение помех в децибелах относительно 1 мкВ, 1пВт, 1 мкА, 1 мкА/м, 1 мкВ/м. Калибровка должна производиться таким образом, чтобы измеряемые значения определялись по формуле

M = U + K,

где M – любое из значений U, P, I, H, E дБ относительно указанных выше значений;

U – показание измерителя ИП, дБ; К – коэффициент калибровки измерительного устройства, дБ.




Рисунок 9.1. Средства измерения эмиссии радиочастотных помех: ЭС - эквивалент сети; ПК - поглощающие измерительные клещи; ТК - токовые измерительные клещи; О - испытуемый объект; РА, ДА, ЛПА - соответственно рамочная, дипольная и логопериодическая антенны; ИП - измерительный приемник.


Измерительный приемник ИП (измеритель радиопомех, селективный микровольтметр) является основой измерительного комплекта и призван определять уровень помех с точки зрения их влияния на радиоприем. Он представляет из себя высококачественный гетеродинный радиоприемник с определенной полосой пропускания, с требуемым детектором и выходным вольтметром, показывающим напряжение измеряемой помехи [9.10].

Входной усилитель УВЧ (рисунок 9.2) содержит аттенюатор с переключаемым коэффициентом А1. Гетеродин Г (перестраиваемый высокочастотный генератор) обеспечивает настройку на частоту измеряемого сигнала f. Смеситель С преобразует частоту сигнала с высокой до промежуточной, сохраняя форму сигнала. Фильтр Ф и усилитель промежуточной частоты УПЧ осуществляют выделение и усиление сигнала в заданной частотной полосе f. В тракте промежуточной частоты также имеется аттенюатор с регулируемым затухание сигнала А2. Полосы пропускания частот измерителя помех выбирают такими же, как в типовых радиоприемниках и составляют на уровне 6 дБ в диапазоне от 0,009 до 0,15 МГц - 0,2 кГц; от 0,15 до 30 МГц - 9 кГц и от 30 до 2000 МГц -120 кГц. Детектор Д выделяет огибающую измеряемого сигнала и усредняет ее с определенной постоянной времени. Вольтметр В измеряет усредненное значение напряжение - показание А3. Значение измеренного напряжения определяется как сумма коэффициентов затухания и показания вольтметра, выраженных в дБмкВ:

U[дБ]=А1[дБ]+ А2[дБ]+ А3[дБ]

Значение измеряемой частоты определяют исходя из частоты, на которую настраивается гетеродин Г. Высокая точность отсчета значений уровня напряжения и частоты помехи обеспечивается предварительной градуировкой с помощью калибровочных частот (частотных меток) и уровней. Погрешность измерения напряжения не должна превышать 4 дБ, а погрешность измерения частоты составляет десятые доли процента. С учетом рекомендаций CISPR устанавливаются требования к прибору в части частотной избирательности, амплитудного соотношения, импульсной характеристики, вида отсчета уровня и индикатора.

Прибор позволяет устанавливать различные виды детектирования, обеспечивающие получение следующих значений измеряемого сигнала: Р-пиковое, QP-квазипиковое, AV - среднее, EF - действующее (среднеквадратическое) значение. Упрощенная схема детектора (рисунок 9.3) состоит из резистора R1, диода VD и конденсатора С. Резистор R2 представляет собой нагрузочное сопротивление детектора. При одном и том же входном напряжении ток заряда конденсатор С, может быть разной формы, в зависимости от характеристики диода, что влияет на значение напряжения uД. При u > uД, начнется заряд С и увеличение uД. Постоянная времени заряда определяется емкостью конденсатора и сопротивлением резисторов. При u < uД, диод VD закроется и конденсатор С разряжается через резистор R2. Постоянная разряда определяется емкостью конденсатора и сопротивлением R2. Таким образом, напряжение uД и показания вольтметра В зависят от постоянных времени заряда и разряда конденсатора С, характеристики диода и длительности входного сигнала. В реальном измерителе (селективном микровольтметре) применяют сложные зарядно-разрядные цепи, состоящие из комбинаций элементов со специально подобранными вольт-амперными характеристиками. Это позволяет получать (при соответствующем переключении схемы детектора) разные зависимости uД(u) и, следовательно, разные виды детектирования.





Рисунок 9.2. Структурная схема измерительного приемника:

УВЧ - усилитель высокой частоты; С - смеситель; Г -гетеродин; Ф - фильтр; УПЧ - усилитель промежуточной частоты; Д -детектор; В -вольтметр.


В режиме пикового детектирования Р устанавливается минимальная постоянная времени заряда конденсатора и максимальная постоянная разряда, что достигается уменьшением сопротивления R1 и увеличением R2. При этом напряжение на выходе детектора будет близко к амплитудному значению входного сигнала (рисунки 9.4, 9.5). Это значение помехи используется в качестве меры влияния помехи на электронные устройства, но не регламентируется стандартами CISPR.





Рисунок 9.3. Упрощенная схема детектора Д.


При использовании детектора среднего значения AV выходное напряжение детектора приближается к среднему значению входного сигнала, что достигается использованием больших постоянных времени заряда и разряда конденсатора С. Одиночные или редкоповторяющиеся помехи не дают существенного выходного напряжения (рисунок 9.4). При увеличении частоты следования импульсных помех выходное напряжение возрастает (рисунок 9.5). Значение нормируется для периодических помех.




Рисунок 9.4. Сравнение работы детекторов Р -пикового, QP -квазипикового и

AV-средних значений при одиночном импульсном сигнале.


Квазипиковый детектор QP имеет постоянные времени, обеспечивающие усреднение сигнала в соответствии с характеристиками человеческого слуха. Квазипиковое значение используется в качестве меры влияния помех на прием радиопередач. Одиночная импульсная помеха может быть зафиксирована при этом виде детектирования (рисунок 9.4) с учетом ее различимости на слух. При периодических импульсных помехах квазипиковое значение превышает среднее значение, но лежит ниже пикового значения (рисунок 9.5). Наибольшее количество стандартов нормирует именно квазипиковое значение напряжения.





Рисунок 9.5. Сравнение работы детекторов Р -пикового, QP -квазипикового и

AV-средних значений при периодическом импульсном сигнале.


Среднеквадратическое (действующее, эффективное) значение EF характеризует мощность, тепловое действие напряжения помехи. В настоящее время не регламентируется.

С появлением многообразных радиоэлектронных средств, аппаратуры автоматики, вычислительной и информационной техники, а также заменой человеческого уха как рецептора полезного сигнала на различные электронные устройства использование квазипикового детектора становится строго не обоснованным. В зависимости от того, на какое значение полезного сигнала реагирует аппаратура, теоретически правильней измерять помеху вольтметрами среднеквадратичного или пикового значения напряжения. Между тем, в основных документах CISPR сохраняются разработанные ранее нормы на квазипиковое значение напряжения.

При непрерывном синусоидальном сигнале все виды детекторов должны обеспечить одинаковое показание выходного вольтметра. Амплитудное соотношение показывает, во сколько раз действующее значение напряжения помехи синусоидальной формы должно превышать спектральную плотность импульсного напряжения, чтобы обе помехи вызвали одинаковое показание измерителя. При напряжении помехи синусоидальной формы показания индикатора не зависят от ширины полосы пропускания измерителя, а при импульсном напряжении зависят от нее и частоты следования импульсов F=1/T. Для обеспечения сопоставимости измерений стандарты CISPR 16-1, ГОСТ Р 50319 нормируют избирательность прибора, импульсную характеристику детекторов, входное сопротивление, допустимую погрешность измерения, устойчивость самого измерителя к внешним помехам.

Селективные микровольтметры позволяют измерять радиопомехи с высокой точностью, но требуют достаточно много времени для проведения измерений во всей полосе частот (несколько часов при измерении кондуктивных помех от 9 кГц до 30 МГц и помех излучения от 30 МГц до 1000 МГц). Ожидаемое расширение полосы измеряемых частот до 40 ГГц значительно увеличивает время измерения.

Анализаторы спектра позволяют получить панораму помех в частотной области за одно сканирование. Дешевые анализаторы не обладают достаточной чувствительностью для измерения уровней помех, близких к нормам, и не имеют квазипикового детектора, что приводит к большой погрешности при измерении широкополосных импульсных помех. Однако, они могут использоваться при диагностике и предсертификационных испытаниях. Дорогие приборы приближаются по своим характеристикам к измерительным приемникам. При использовании анализаторов следует принимать во внимание необходимость применения внешних ограничителей напряжения на входе прибора для защиты от переходных процессов в исследуемых цепях и возможность ошибочных измерений из-за перегрузки входных цепей широкополосным шумом, действующим вне полосы измеряемых частот.

В России наиболее доступны селективные микровольтметры SMV11 (9 кГц-30 МГц), SMV8.5 (30-1000 МГц), приемник П5-4А (1,2-2 ГГц). Зарубежные лаборатории используют измерительные приемники фирмы Роде и Шварц ESCS 30 (9 кГц-2,75 ГГц), фирмы Хьюлет-Паккард HP8542E (9 кГц - 2,9 ГГц), HP8546A (9 кГц-6,5 ГГц) и анализаторы спектра HP8568B (100 Гц-1500 МГц), HP8566B (100 Гц-12,5 ГГц).

Измерения несинусоидальности напряжения, тока, определение фликера требуют применения специализированных приборов. Для контроля качества электроэнергии могут быть использованы отечественный прибор «Энергомонитор 3.3», приборы серии «ЭРИС-КЭ», измерительно-вычислительный комплекс “Омск”, измеритель Ресурс-UF, приборы фирмы "ПАРМА", приборы фирмы Dranetz [8.1, 9.1-9.10]. Указанные приборы предназначены для регистрации и анализа процессов с частотой до 10 кГц и не регистрируют высокочастотные помехи. Для измерения только коэффициента несинусоидальности удобно использовать измеритель нелинейных искажений С6-11. Для оценки гармоник в диапазоне 10 Гц-20 кГц возможно применение анализаторов спектра СК4-56, СК4-83, СК4-84. Для точного измерения напряжения и тока гармоник в сертификационных целях необходимы приборы, внесенные в Государственный Реестр средств измерения. Фликер может быть определен с помощью фликерметра или описанным далее альтернативным методом [9.16]. В последнее время наблюдается тенденция замены аналоговых измерителей гармоник на цифровые приборы, основанные на быстром преобразовании Фурье. В перспективе этот метод измерений станет основным в стандартах, нормирующих гармоники напряжения и тока.

Проверка эффективности средств защиты от импульсных помех и калибровка имитаторов помех требует использования осциллографов с соответствующей полосой пропускания. Для измерения микросекундных импульсных помех достаточно полосы 10 МГц. Измерения наносекундных импульсных помех требует полосы пропускания не менее 200 МГц, а при проверке фронта помехи 400 МГц. Характеристики некоторых отечественных осциллографов приведены в таблице 9.2. Для осциллографирования однократных процессов предпочтительны цифровые осциллографы. При цифровых измерениях следует учитывать возможность ошибочных результатов из-за недостаточной частоты дискретизации или неправильной настройки синхронизации.

Таблица 9.2.

Отечественные осциллографы

Тип

Полоса пропускания,

МГц

Кол-во каналов (лучей)

Масса, кг.

Особенности

С1-96

10

2 луча

13

Большой экран

С1-97

350

2

18

Большой экран

С1-103

10

4 (2 луча)

18

2 развертки, ЭЛТ 96х114 мм

С1-104

500

2

16


следующая страница >>