船用儀表EMC與羅經(jīng)安全距離

從國(guó)家船舶工業(yè)經(jīng)濟(jì)研究巾心獲悉，去年我國(guó)造船總?cè)萘考s9×106t.新船汀單超過(guò)17×106t，占全球市場(chǎng)17%。另外，國(guó)內(nèi)船廠已手持船舶訂單37×106t，足夠未來(lái)3年建造。近兩年來(lái)，船用儀表每年以20%～30%高速增長(zhǎng)，個(gè)別新興領(lǐng)域如船載航行數(shù)據(jù)記錄儀(500t以上的船舶均要安裝)，安保報(bào)警裝置(“9.11”后在公海行駛的船舶均要安裝)更是超速發(fā)展。

電磁兼容(EMC)即設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對(duì)該環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能承受的電磁干擾。它包含著干擾和抗干擾的雙重性。

船用儀表由于特殊的使用場(chǎng)合決定了其空間狹小(船艙位置有限)，連續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)(一個(gè)航程有幾個(gè)月，甚至一年)，安全性、可靠性要求高，儀表種類多(有操作、控制、圖像、聲音、報(bào)警、存儲(chǔ)、接收、回放等)，信號(hào)種類復(fù)雜(有數(shù)字信號(hào)、模擬信號(hào)、干擾信號(hào))，頻率從高頻到低頻(50Hz～2GHz)。因此，防止各系統(tǒng)間的干擾，防止各儀器設(shè)備間的干擾，防止各導(dǎo)線間的干擾等上述的抗干擾形成了船用儀表的EMC，就成為迫切需要解決的問(wèn)題。

船用儀表的EMC與羅經(jīng)安全距離
船用儀表由于其特殊性和國(guó)際慣例(所有船上使用的系統(tǒng)、儀器設(shè)備、管線均要得到船舶所有國(guó)的船級(jí)社的認(rèn)可)成為最早和國(guó)際接軌的行業(yè)之一。船用儀表的電磁兼容成為強(qiáng)制性試驗(yàn)，主要的試驗(yàn)項(xiàng)目有：能源波動(dòng);傳導(dǎo)騷擾;外殼端口輻射騷擾;靜電放電抗擾度;射頻電磁場(chǎng)輻射抗擾度;電快速瞬變脈沖群抗擾度;浪涌抗擾度;低頻傳導(dǎo)抗擾度;射頻場(chǎng)感應(yīng)的傳導(dǎo)抗擾度：羅j經(jīng)安全距離等。

羅經(jīng)，分為標(biāo)準(zhǔn)羅經(jīng)和舵羅經(jīng)，安裝在駕駛艙內(nèi)，作為船舶航行的最重要關(guān)鍵件，決定著船舶航行的方向、速度、時(shí)間，直接關(guān)系到船舶的安全。因此保證羅經(jīng)的安全，排除一切系統(tǒng)、儀器設(shè)備、管線的對(duì)它的干擾就成為船用儀表的關(guān)鍵技術(shù)?，F(xiàn)在，越來(lái)越多的駕駛艙內(nèi)的儀表被要求提供與羅經(jīng)的最小安全距離，從而來(lái)決定該產(chǎn)品在駕駛艙內(nèi)的安裝位置。相關(guān)的國(guó)際國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)也正不斷地被制訂和強(qiáng)制執(zhí)行(如IEC60945)。

樣品與羅經(jīng)的安全距離定義為被測(cè)試設(shè)備單元的最近點(diǎn)距羅經(jīng)中心點(diǎn)或磁力計(jì)的距離，這個(gè)距離是保證標(biāo)準(zhǔn)羅經(jīng)不產(chǎn)生超過(guò)5.4°/m的偏差。(H是水平方向在測(cè)試位置的磁通量密度)對(duì)舵羅經(jīng)、備用舵羅經(jīng)和緊急羅經(jīng)，要求偏差是18°/H。

羅經(jīng)最小安全距離的測(cè)試方法是利用地球磁場(chǎng)強(qiáng)度與角度的關(guān)系，將對(duì)角度的測(cè)量轉(zhuǎn)化為對(duì)磁場(chǎng)強(qiáng)度的測(cè)最。在上海地區(qū)的測(cè)試方法如表1所示。
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(1)測(cè)試取得上海本地的磁場(chǎng)強(qiáng)度的水平分量;
(2)在一個(gè)除了地磁場(chǎng)外無(wú)其他磁干擾的空曠地方，將磁力計(jì)距地面80cm水平放置，調(diào)整磁力計(jì)的方向，使之讀數(shù)為零;
(3)將被測(cè)設(shè)備各部件也置于相同高度，移動(dòng)被測(cè)設(shè)備組件，找到使磁力計(jì)讀數(shù)為表1中最后兩項(xiàng)的最長(zhǎng)距離;
(4)將被測(cè)設(shè)備的各個(gè)部件分別置放在直流場(chǎng)(103/4πA/m)、交流場(chǎng)(18x103/4πA/m，50Hz，)中進(jìn)行磁化，重復(fù)以上試驗(yàn)。
在系統(tǒng)上電、不上電，磁化、不磁化狀態(tài)下重復(fù)上述試驗(yàn)，找出最大值，即為與羅經(jīng)的最小安全距離。越小的羅經(jīng)安全距離反映樣品對(duì)羅經(jīng)的干擾越小，樣品的抗干擾能力越好。
測(cè)試與羅經(jīng)的最小安全距離，對(duì)特定的儀表來(lái)說(shuō)，是一項(xiàng)綜合項(xiàng)目，是在完成并通過(guò)能源波動(dòng);傳導(dǎo)騷擾(CE);外殼端口輻射騷擾(RE);靜電放電抗擾度(ESD);射頻電磁場(chǎng)輻射抗擾度(RS);電快速瞬變脈沖群抗擾度(EFT);浪涌抗擾度(Surge);低頻傳導(dǎo)抗擾度;射頻場(chǎng)感應(yīng)的傳導(dǎo)抗擾度(CS)等試驗(yàn)的基礎(chǔ)上最后實(shí)施的試驗(yàn)。羅經(jīng)最小安全距離是一項(xiàng)產(chǎn)品綜合EMC能力的反應(yīng)。

常見(jiàn)船用儀表的EMC問(wèn)題
綜合比較近兩年國(guó)內(nèi)和國(guó)際船用儀表的EMC問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)一個(gè)非常有趣的現(xiàn)象，即國(guó)內(nèi)樣品抗干擾能力非常強(qiáng)，如能源波動(dòng)，低頻傳導(dǎo)抗擾度幾乎沒(méi)有不合格的;而傳導(dǎo)騷擾，外殼端口輻射騷擾，電快速瞬變脈沖群抗擾度，靜電放電抗擾度等常常會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。而國(guó)外樣品干擾能力好，如傳導(dǎo)騷擾，外殼端口輻射騷擾一般都能通過(guò);抗干擾能力卻很差，如能源波動(dòng)，電快速瞬變脈沖群抗擾度，射頻場(chǎng)感應(yīng)的傳導(dǎo)抗擾度等往往較難通過(guò)。

下面選取了48個(gè)樣品，生產(chǎn)地有中同(35個(gè))、法同(1個(gè))、德國(guó)(3個(gè))、美國(guó)(3個(gè))、新加坡(2個(gè))、日本(1個(gè))、瑞典(3個(gè))，樣品有船載航行數(shù)據(jù)記錄儀、數(shù)據(jù)保護(hù)容器、安保報(bào)警裝置、船艙液位擋制系統(tǒng)、液位報(bào)警裝置、火災(zāi)報(bào)警裝置、航海雷達(dá)系統(tǒng)、便攜式計(jì)算機(jī)等。第一次試驗(yàn)不合格統(tǒng)計(jì)如表2所列。

幾點(diǎn)建議
船用儀表的EMC是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，必須從設(shè)計(jì)開(kāi)始統(tǒng)籌兼顧，一般可以從供電電源設(shè)計(jì)、印制線路板設(shè)計(jì)、機(jī)箱屏蔽、連接件選擇、電源線/控制信號(hào)線濾波、接地線和電纜選擇等方面加以考慮。

a 供電電源
(1)盡可能將一、二級(jí)電路分離(減少干擾對(duì)后期信號(hào)的沖擊);
(2)額定電壓優(yōu)先選用220V(在EFT和Surge試驗(yàn)中，電源承受的沖擊電壓是相同的，但24V和220V相對(duì)沖擊電壓的倍率是不同的);
(3)工作電流超過(guò)5A最好單獨(dú)使用一根電源線。

b 印制線路板
(1)數(shù)字電路和模擬電路分開(kāi)(減少干擾);
(2)盡量加大線性電路地線的面積(干擾可以迅速?gòu)牡鼐€走);
(3)接地線構(gòu)成閉環(huán)(縮小電位差);
(4)關(guān)鍵零部件選用通過(guò)EMC試驗(yàn)的。

C 機(jī)箱
(1)機(jī)箱考慮磁屏蔽和電屏蔽(輻射發(fā)射有磁場(chǎng)和電場(chǎng)二種);
(2)機(jī)箱連接處要用密封墊圈、導(dǎo)電橡膠(防止縫隙處的電磁泄漏)，開(kāi)孔處絕緣漆一定要處理干凈(防止干擾聚集在機(jī)箱上);
(3)布線盡量遠(yuǎn)離干擾源(防止電路干擾和導(dǎo)線偶合干擾，信號(hào)線應(yīng)遠(yuǎn)離電源線)。

d 接地線
(1)柜體盡量單獨(dú)接地(接地阻抗應(yīng)≤4Ω);
(2)接地線盡量加粗(最好≥3mm，因接地電位隨電流變化而變化)。

e 電源線/控制信號(hào)
線濾波
(1)在空間足夠的情況下，選用額定電壓高的濾波器(能承受足夠高的的沖擊電壓);
(2)鐵氧體磁環(huán)選用：
①選用和需抑制干擾頻段相同的頻段磁環(huán);
②如原來(lái)共模同路阻抗較高，產(chǎn)生扼流圈所增加阻抗很小，則磁環(huán)作用不明顯，可考慮電源端的旁路電容或更換合適的濾波器;
③排除系統(tǒng)中其他干擾源。

f ?電纜
既是干擾發(fā)生器，也是干擾接收器，直接關(guān)系到數(shù)據(jù)傳輸可靠性、誤碼率、圖象變形、控制信號(hào)等，選用合適的電纜是非常重要的。(可從電纜的屏蔽、材料、結(jié)構(gòu)等考慮)

結(jié)語(yǔ)
從國(guó)家船舶工業(yè)經(jīng)濟(jì)研究巾心獲悉，去年我國(guó)造船總?cè)萘考s9×106t.新船汀單超過(guò)17×106t，占全球市場(chǎng)17%。另外，國(guó)內(nèi)船廠已手持船舶訂單37×106t，足夠未來(lái)3年建造。