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從國家船舶工業(yè)經(jīng)濟研究巾心獲悉，去年我國造船總容量約9×106t．新船汀單超過(guò)17×106t，占全球市場(chǎng)17％。另外，國內船廠(chǎng)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(cháng)，個(gè)別新興領(lǐng)域如船載航行數據記錄儀(500t以上的船舶均要安裝)，安保報警裝置(“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)即設備或系統在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對該環(huán)境中任何事物構成不能承受的電磁干擾。它包含著(zhù)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)，連續工作時(shí)間長(cháng)(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(lèi)多(有操作、控制、圖像、聲音、報警、存儲、接收、回放等)，信號種類(lèi)復雜(有數字信號、模擬信號、干擾信號)，頻率從高頻到低頻(50Hz～2GHz)。因此，防止各系統間的干擾，防止各儀器設備間的干擾，防止各導線(xiàn)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。 1 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際慣例(所有船上使用的系統、儀器設備、管線(xiàn)均要得到船舶所有國的船級社的認可)成為最早和國際接軌的行業(yè)之一。船用儀表的電磁兼容成為強制性試驗，主要的試驗項目有：能源波動(dòng)；傳導騷擾；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；低頻傳導抗擾度；射頻場(chǎng)感應的傳導抗擾度：羅經(jīng)安全距離等。 羅經(jīng)，分為標準羅經(jīng)和舵羅經(jīng)，安裝在駕駛艙內，作為船舶航行的最重要關(guān)鍵件，決定著(zhù)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、儀器設備、管線(xiàn)的對它的干擾就成為船用儀表的關(guān)鍵技術(shù)�，F在，越來(lái)越多的駕駛艙內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)品在駕駛艙內的安裝位置。相關(guān)的國際國內標準也正不斷地被制訂和強制執行(如IEC60945)。 樣品與羅經(jīng)的安全距離定義為被測試設備單元的最近點(diǎn)距羅經(jīng)中心點(diǎn)或磁力計的距離，這個(gè)距離是保證標準羅經(jīng)不產(chǎn)生超過(guò)5．4°/m的偏差。(H是水平方向在測試位置的磁通量密度)對舵羅經(jīng)、備用舵羅經(jīng)和緊急羅經(jīng)，要求偏差是18°/H。 羅經(jīng)最小安全距離的測試方法是利用地球磁場(chǎng)強度與角度的關(guān)系，將對角度的測量轉化為對磁場(chǎng)強度的測最。 在上海地區的測試方法如表1所示。 (1)測試取得上海本地的磁場(chǎng)強度的水平分量； (2)在一個(gè)除了地磁場(chǎng)外無(wú)其他磁干擾的空曠地方，將磁力計距地面80cm水平放置，調整磁力計的方向，使之讀數為零； (3)將被測設備各部件也置于相同高度，移動(dòng)被測設備組件，找到使磁力計讀數為表1中最后兩項的最長(cháng)距離； (4)將被測設備的各個(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，重復以上試驗。 在系統上電、不上電，磁化、不磁化狀態(tài)下重復上述試驗，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羅經(jīng)的干擾越小，樣品的抗干擾能力越好。 測試與羅經(jīng)的最小安全距離，對特定的儀表來(lái)說(shuō)，是一項綜合項目，是在完成并通過(guò)能源波動(dòng)；傳導騷擾(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)；低頻傳導抗擾度；射頻場(chǎng)感應的傳導抗擾度(CS)等試驗的基礎上最后實(shí)施的試驗。 羅經(jīng)最小安全距離是一項產(chǎn)品綜合EMC能力的反應。 2 常見(jiàn)船用儀表的EMC問(wèn)題 綜合比較近兩年國內和國際船用儀表的EMC問(wèn)題，發(fā)現一個(gè)非常有趣的現象，即國內樣品抗干擾能力非常強，如能源波動(dòng)，低頻傳導抗擾度幾乎沒(méi)有不合格的；而傳導騷擾，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 )出現問(wèn)題。而國外樣品干擾能力好，如傳導騷擾，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)感應的傳導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(3個(gè))、美國(3個(gè))、新加坡(2個(gè))、日本(1個(gè))、瑞典(3個(gè))，樣品有船載航行數據記錄儀、數據保護容器、安保報警裝置、船艙液位擋制系統、液位報警裝置、火災報警裝置、航海雷達系統、便攜式計算機等。第一次試驗不合格統計如表2所列。 3 幾點(diǎn)建議 船用儀表的EMC是一項系統工程，必須從設計開(kāi)始統籌兼顧，一般可以從供電電源設計、印制線(xiàn)路板設計、機箱屏蔽、連接件選擇、電源線(xiàn)/控制信號線(xiàn)濾波、接地線(xiàn)和電纜選擇等方面加以考慮。 3．1 供電電源 (1)盡可能將一、二級電路分離(減少干擾對后期信號的沖擊)； (2)額定電壓優(yōu)先選用220V(在EFT和Surge試驗中，電源承受的沖擊電壓是相同的，但24V和220V相對沖擊電壓的倍率是不同的)； (3)工作電流超過(guò)5A最好單獨使用一根電源線(xiàn)。 3．2 印制線(xiàn)路板 (1)數字電路和模擬電路分開(kāi)(減少干擾)； (2)盡量加大線(xiàn)性電路地線(xiàn)的面積(干擾可以迅速從地線(xiàn)走)； (3)接地線(xiàn)構成閉環(huán)(縮小電位差)； (4)關(guān)鍵零部件選用通過(guò)EMC試驗的。 3．3 機箱 (1)機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)機箱連接處要用密封墊圈、導電橡膠(防止縫隙處的電磁泄漏)，開(kāi)孔處絕緣漆一定要處理干凈(防止干擾聚集在機箱上)； (3)布線(xiàn)盡量遠離干擾源(防止電路干擾和導線(xiàn)偶合干擾，信號線(xiàn)應遠離電源線(xiàn))。 3.4 接地線(xiàn) (1)柜體盡量單獨接地(接地阻抗應≤4Ω)； (2)接地線(xiàn)盡量加粗(最好≥3mm，因接地電位隨電流變化而變化)。 3．5 電源線(xiàn)／控制信號線(xiàn)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排除系統中其他干擾源。 3．6 電纜 既是干擾發(fā)生器，也是干擾接收器，直接關(guān)系到數據傳輸可靠性、誤碼率、圖象變形、控制信號等，選用合適的電纜是非常重要的。(可從電纜的屏蔽、材料、結構等考慮) 4 結語(yǔ) 上海工業(yè)自動(dòng)化儀表研究所是中國首家開(kāi)展羅經(jīng)安全距離測試的檢測機構，在首次測試過(guò)程中，得到了美國同行的大力支持，測試程序和測試數據已得到中國船級社和FCC(美國)、GL(德國)、NK(日本)、BV(法國)、BSE(德國)、Lloyd’s Register(英國)的認可。 |
