АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ
ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЙ НА УСТОЙЧИВОСТЬ К КОНДУКТИВНЫМ
ПОМЕХАМ, НАВЕДЕННЫМ РАДИОЧАСТОТНЫМИ
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМИ ПОЛЯМИ
Муравьев О.А.
Научно-производственное республиканское унитарное предприятие
«Белорусский государственный институт стандартизации и сертификации»,
Республика Беларусь, 220113, г. Минск, ул. Мележа 3, тел. +375172621511,
email: olegmur@yandex.ru
1. Постановка задачи
В настоящее время проблема электромагнитной совместимости является одной из наиболее
сложных для решения. Прежде всего, это обусловлено сложностью моделирования процессов,
которые могут происходить в радиоэлектронной продукции при воздействии на нее электромагнитных
волн, «загрязняющих» окружающую среду.
Актуальность проблемы электромагнитной совместимости технических средств вызвана тем,
что конфликты в работе токопроводящих элементов, приборов, оборудования и сетей все чаще
возникают в результате взаимодействия электромагнитных полей, которые они создают.
Началом решения вопроса ЭМС явилось внедрение в Европейском Экономическом
Сообществе Директивы ЭМС, включающей обширный набор стандартов и норм, разработанных для
сведения к минимуму проблем электромагнитной совместимости.
Директива призвана поставить в достаточно жесткие рамки проблемы, связанные с одним из
явлений, которое не дано нам в ощущениях, но играет все более заметную роль в жизни современной
цивилизации. Это явление — окружающее нас электромагнитное поле, а проблема — его негативное
воздействие на различные устройства.
Практически это означает, что требованиям стандартов по ЭМС должны отвечать активное
оборудование и системы, не говоря уже об устройствах, которые излучают энергию.
Поставленная задача: Разработать автоматизированный измерительный комплекс для
проведения испытаний на устойчивость к кондуктивным помехам, наведенным радиочастотными
электромагнитными полями, соответствующий требованиям стандарта IEC 61000-4-6. «Immunity to
conducted disturbances, induced by radio-frequency fields». Обеспечить автоматизацию процессов
калибровки, измерения и контроля.
2. Используемое оборудование
 Генератор аналоговых сигналов Agilent N5181A;
 Усилитель мощности Amplifier Research 10 кГц – 400 МГц;
 Устройства связи-развязки;
 Вольтметр В3-71;
 Ноутбук Fujitsu Siemens;
 Преобразователь USB – IEEE 488.2 (GPIB);
 Программное обеспечение LabVIEW 8.5.
3. Описание решения
Обобщенная структурная схема комплекса для проведения испытаний на устойчивость к
кондуктивным помехам, наведенным радиочастотными электромагнитными полями, приведена на
рисунке 1.
В измерительный комплекс входит ПЭВМ, управляющий работой всех составляющих узлов и
обеспечивающий автоматизацию процесса измерений. Для создания стандартных испытательных
сигналов указанных в IEC 61000-4-6 используется измерительный генератор Agilent N5181A, который
обладает следующими параметрами:
 Частотный диапазон от 250 кГц до 3 ГГц;
 Разрешение по частоте 0.01 Гц;
 Амплитуда от -110 дБмВт до +13 дБмВт;
 Разрешение по амплитуде 0.02 дБ;
 Режим ГКЧ со скоростью перестройки от 1 мс;
 Опции аналоговой модуляции: АМ, ЧМ, ФМ, ИМ;
 Интерфейсы USB, GPIB, LAN.
Он перекрывает требуемый частотный диапазон 150 кГц – 230 МГц и позволяет осуществлять
амплитудную модуляцию испытательного сигнала сигналом частотой 1 кГц и глубиной модуляции
80 %, что соответствует требованиям IEC 61000-4-6. Благодаря наличию интерфейса GPIB и
доступности драйверов данного генератора под LabView задача управления генератором и создания
требуемых испытательных сигналов решается довольно просто.
Усилитель мощности позволяет усиливать сигналы генератора, как до уровней стандартных
испытательных сигналов амплитудой 1 В, 3 В и 10 В, так и до специальных уровней тестовых
сигналов, указанных в технических условия на тестируемое оборудование. Вольтметр В3-71
используется при проведении калибровки измерительной системы. Данный вольтметр имеет
встроенный интерфейс «СТЫК С2», функционально эквивалентный интерфейсу RS-232, что
позволило подключить его к ПЭВМ без использования специальных преобразователей. Наличие
встроенных в LabView драйверов интерфейса RS-232 позволило обеспечить обмен информацией
между вольтметром и ПЭВМ. Использование различных устройств связи-развязки позволяет
испытывать изделия на устойчивость к помехам, как на портах питания, так и на
телекоммуникационных портах.
От В3-71
ПЭВМ с
установленным
LabView 8.5
RS-232
IEEE 488.2
(GPIB)
Генератор
Agilent N5181A
RF OUT
Режим «Измерение»
RF IN
Усилитель
100 кГц – 400 мГц
Устройство
связи-развязки
RF OUT
К ПЭВМ RF IN
RS-232
Вольтметр
В3-71
Испытуемый
образец
Режим «Калибровка»
Рисунок 1 – Обобщенная структурная схема измерительного стенда
Измерительный комплекс имеет два основных режима функционирования. Режим
«Калибровка», алгоритм которого представлен на рисунке 2 и режим «Измерение», алгоритм
приведен на рисунке 3. Для проведения испытаний изделий в режиме измерений необходимо
осуществить калибровку системы на заданные уровни воздействий.
Программное обеспечение LabView 8.5
Аппаратная часть
Установка параметров измерения
(Частотный диапазон, шаг, режим,
требуемый уровень испытательного
сигнала)
Расчет частоты текущей точки,
установка начального уровня
сигнала, формирование команд
настроек генератора
Установка на генераторе расчетной
частотной точки
Подстройка генератора по уровню
Пересчет уровня сигнала генератора
Усиление сигнала усилителем
Нет
Уровень сигнала равен
требуемому?
Считывание показаний вольтметра
В3-71
Да
Запись значений частоты и
установленного уровня сигнала в
калибровочный файл
Нет
Последняя частотная точка?
Да
Сохранение калибровочного файла
Рисунок 2 – Алгоритм функционирования комплекса в режиме
«Калибровка»
Программное обеспечение LabView 8.5
Установка параметров измерения
(Частотный диапазон, шаг, режим,
требуемый уровень испытательного
сигнала)
Расчет частоты текущей точки,
считывание из калибровочного файла
уровня сигнала, формирование команд
настроек генератора
Нет
Последняя
частотная точка?
Да
Аппаратная часть
Установка на генераторе
расчетной частотной точки
Подстройка генератора по
уровню
Усиление сигнала
усилителем
Визуальный контроль
функционирования
испытуемого изделия
Индикация окончания измерений
Рисунок 3 – Алгоритм функционирования комплекса в режиме
«Измерение»
При работе системы в
режиме
«Калибровка»
в
соответствии
с
алгоритмом
калибровки
осуществляется
последовательная
установка
частоты и начального уровня
сигнала
(заданное
значение
уровня
сигнала
заведомо
меньшее
требуемого),
подстройка
уровня
сигнала
генератора
до
достижения
показаниями
вольтметра
требуемого уровня воздействия,
фиксация полученных значений
частоты
и
соответствующих
значений уровня. В результате
калибровки
формируется
калибровочный
файл,
содержащий
амплитудночастотную характеристику, на
основании
которой
осуществляется формирование
стабилизированных
по
амплитуде
стандартных
или
специальных
испытательных
сигналов.
Для
проверки
результатов калибровки система
должна быть запущена в режиме
«Измерение»,
при
схеме
подключения устройств, которая
применяется при калибровке.
В
режиме
измерения
происходит качание генератора в
заданном диапазоне частот, с
заданным частотным шагом. При
этом
в
соответствии
со
стандартом
IEC
61000-4-6
испытательный
сигнал
модулируется сигналом 1 кГц с
глубиной модуляции 80 %.
Амплитуда сигнала в каждой
частотной точке считывается из
калибровочного
файла.
Для
возможности
визуального
контроля
влияния
воздействующего сигнала на
техническое средство может
быть установлена временная
задержка для каждой частотной
точки, благодаря чему оператор
может зафиксировать частоты, к
которым
чувствителен
испытуемый
образец,
и
определить критерий качества
функционирования. Каждая из
критических точек может быть
записана в файл путем нажатия
клавиши
«Зарегистрировать
частоту».
По окончании испытаний в автоматическом режиме оператор получает файл, содержащий
информацию о критических для изделия частотах и уровнях испытательного сигнала. После чего
существует возможность провести испытания в ручном режиме путем последовательной установки
зарегистрированных частот и визуального контроля результата влияния.
Виртуальная панель измерительного комплекса в режиме калибровки приведена на рисунке 4.
Калибровка проводилась для амплитуды испытатеного сигнала равной 3 В. Как видно из рисунка,
благодаря точной подстройке генератора, нестабильность амплитуды во всем частотном диапазоне
составляет сотые доли вольта.
Внешний вид системы при проведении испытаний игрового автомата представлен на рисунке 5.
Рисунок 4 – Вид виртуальной панели измерительного комплекса в режиме «Калибровка»
Рисунок 5 – Внешний вид измерительного комплекса
4. Внедрение и его перспективы
Автоматизированный измерительный комплекс для проведения испытаний на устойчивость к
кондуктивным помехам, наведенным радиочастотными электромагнитными полями, может
применяться при проведении исследовательских, приемочных, квалификационных, периодических,
типовых, эксплуатационных, сертификационных испытаний. Автоматизация процессов позволяет
существенно сократить затрачиваемые человеческие ресурсы, обеспечить проведение высокоточных
испытаний в более краткие сроки. Благодаря возможности удаленного управления системой
исключается вредное влияние усилителя мощности на организм человека.
5. Список литературы
[1]. СТБ IEC 61000-4-6-2009. Электромагнитная совместимость. Часть 4-6. Методы испытаний и
измерений. Испытания на устойчивость к кондуктивным помехам, наведенным радиочастотными
электромагнитными полями.
[2]. А.Я. Суранов. LabView 8.20: справочник по функциям. – М.: ДМК Пресс, 2007. – 536 с.