专用系统数据采集装置电磁兼容性优化方案研究

　　摘 要：电气设备的多样性使专用系统试验现场存在复杂的电磁环境，而保证数据采集装置采集信号的可靠性是对整个系统的关键要求，作为专用系统中的敏感设备，数据采集装置的抗扰度指标应达到标准要求。现首先依据GJB 151B—2013完成数据采集装置的电磁兼容性试验，给出各项测试结果;然后针对测试项CS114 10 kHz～400 MHz電缆束注入传导敏感度进行分析整改;最后采取增加共模、差模电感以及滤波电解电容等措施，使其通过测试。

　　关键词：数据采集装置;电磁环境;敏感设备;CS114

　　0 引言

　　数据采集装置作为专用系统保护装置的一部分，其可靠性直接影响着整个系统试验的顺利实施，这种可能受电磁干扰影响的设备被称为敏感类设备。在专用系统试验现场，多种电气设备形成的电磁环境中存在各式各样的传导干扰和辐射干扰，干扰以传导和辐射的方式进入EUT内部电路，会使模拟信号的输入/输出与预期偏离，造成数字电路的控制失效或误动作，甚至引起微处理电路的程序出错、存储和读取数据错误。通过系统电磁环境试验，得到了系统中存在的干扰类型及干扰强度。但干扰源的非理想化及宽频率范围的特点[1]，导致现场存在的干扰源无法直接模拟，因此，依据《军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求与测量》(GJB 151B—2013)标准，选取接近的干扰波型及干扰等级对数据采集装置进行EMC摸底试验，给出试验结果。其中，在CS114 10 kHz～400 MHz电缆束注入传导敏感度项目中，在低频段出现了监测电流值超出合理范围的情况，通过对内部结构进行分析，找出整改方案，并验证其有效性。

　　1 数据采集装置

　　信号采集作为状态监测与诊断系统的前端，其主要功能是通过传感器将现场物理信号转换为模拟信号，再经过调理、采样、量化、编码等步骤转化为数字信号，并由计算机进行处理、存储、发送[2]。信号采集的准确性和可靠性直接影响监测系统的整体性能，因此对于信号采集的要求非常高。

　　1.1 装置组成及原理

　　数据采集装置由电源模块、信号采集及处理模块、信号转换模块、预置显示模块和故障输出模块组成。信号采集及处理模块采集电信号，再通过信号转换模块，将其转换为4～20 mA标准信号，发送至安全监控单元;故障信号输出至电控装置，实现相应的保护功能。数据采集装置原理框图如图1所示。

　　1.2 装置EMC测试及结果

　　依据专用系统现场存在的电磁干扰类型及强度，参照《军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求与测量》(GJB 151B—2013)标准，选取了10个测试项目，开展数据采集装置电磁兼容性摸底试验。试验要求及结果如表1所示。

　　本次测试首先开展的是CS114 10 kHz～400 MHz电缆束注入传导敏感度项目的测试，优化整改通过测试后，其他项目在此基础上均通过测试。

　　2 CS114试验过程及结果

　　CS114 10 kHz～400 MHz电缆束注入传导敏感度试验的目的是确保采集装置受到内外天线发射电磁场在其线缆上形成的电流的影响下，性能不下降。干扰采用对地共模方式施加到EUT各个被测接口电缆上[3]。依据标准确定的测试频段为10 kHz～400 MHz，电流注入，正弦波，1 kHz，占空比50%的脉冲调制;试验等级根据GJB 151B—2013中陆军限值的规定，10 kHz～2 MHz按照曲线3规定的校验限值，2～400 MHz按照曲线4规定的校验限值的试验信号(陆军地面标准)进行试验，限值曲线如图2所示。

　　2.1 试验布置

　　数据采集装置安装在金属接地平板上，模拟实际安装情况。将检测探头置于距数据采集装置5 cm处，将注入探头置于距检测探头5 cm处，干扰信号通过电流钳感性耦合注入到被测电缆上。试验布置如图3所示。

　　2.2 敏感度判据

　　在整个试验过程中，输出端串接电流表进行测试，要求数据采集装置的输出电流范围为：干扰未施加时的输出值±20 mA×1%F.S.，判定合格。

　　2.3 试验结果

　　2.3.1 完整的电源电缆

　　干扰注入电源线缆(正负两根)。干扰未施加时，输出电流值为4.002 mA。干扰信号施加过程中的电流值范围如表2所示。

　　2.3.2 电源线正极

　　在电源线正极单独施加干扰信号：全频段正常。

　　2.3.3 输入信号线(正常4.112 mA)

　　输入信号线上施加干扰时的电流值范围如表3所示。

　　2.3.4 输出信号线(正常4.09 mA)

　　输出信号线上施加干扰时的电流值范围如表4所示。

　　试验分别对输入、输出信号线及电源线进行了电缆束注入传导敏感度项目的测试。电源线单线不受注入干扰的影响;双线及信号线均有影响，其中在2～100 MHz干扰最强，最强频点为37 MHz。

　　3 优化改进及结果

　　3.1 原因分析

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