顏東升，王一飛，朱宜生

（船舶重工集團(tuán)公司723所，揚(yáng)州225001）

0 引 言

羅經(jīng)安全距離測試是船用航行或無線電通信設(shè)備必須要做的測試項(xiàng)目之一，目前國內(nèi)有能力完成羅經(jīng)安全距離測試的單位比較少。筆者通過對測試原理及測試標(biāo)準(zhǔn)要求的研究，在羅經(jīng)安全距離測試上取得了一定進(jìn)展。本文主要論述了羅經(jīng)安全距離測試的方法以及設(shè)備配置。

1 羅經(jīng)安全距離的概念

羅經(jīng)包括標(biāo)準(zhǔn)羅經(jīng)和陀羅經(jīng)（又稱電羅經(jīng)），作為船舶航行的可靠導(dǎo)航設(shè)備，直接關(guān)系到船舶的航行安全，在船舶航行方向的顯示、指引方面起著重要作用。一般來說，羅經(jīng)安裝在駕駛室內(nèi)，同時，駕駛室內(nèi)還有其它導(dǎo)航、通信及控制設(shè)備。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，各種導(dǎo)航、通信及控制設(shè)備越來越多地使用電子元器件，帶來的一個問題是：如果該設(shè)備的電磁兼容性能不佳，就會對羅經(jīng)產(chǎn)生干擾，從而危及船舶的航行。為了保證羅經(jīng)指向的正確性，就需要將其它設(shè)備對羅經(jīng)的干擾限定在一定范圍內(nèi)，而設(shè)備的干擾隨著其與羅經(jīng)的距離增加而減小，所以對于特定的電子導(dǎo)航、通信及控制設(shè)備，如果該設(shè)備和羅經(jīng)相距一定距離且對羅經(jīng)產(chǎn)生的干擾在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍內(nèi)，那么該設(shè)備即可在此距離外安全使用，這一距離即為羅經(jīng)安全距離。羅經(jīng)安全距離越小表明該設(shè)備對羅經(jīng)的干擾越小，其抗干擾能力越強(qiáng)，該設(shè)備只能在羅經(jīng)安全距離之外的范圍內(nèi)安裝。

2 標(biāo)準(zhǔn)對羅經(jīng)安全距離測試的要求

依據(jù)IEC 60945標(biāo)準(zhǔn)和ISO694標(biāo)準(zhǔn)，羅經(jīng)安全距離為被測試的電子設(shè)備（包括設(shè)備組成的任一部件、單元的最近點(diǎn)）距離羅經(jīng)中心點(diǎn)的距離，這個距離保證標(biāo)準(zhǔn)羅經(jīng)的最大受影響角度為5.4°／H，陀羅經(jīng)、備用羅經(jīng)和應(yīng)急羅經(jīng)的最大受影響角度為18°／H［1－2］。H 為實(shí)際測試地點(diǎn)地磁場密度的水平分量，單位為μT。

3 測試原理

地磁場的磁場強(qiáng)度為矢量，具有大小和方向，其在垂直面上的投影為地磁場垂直分量，它對羅經(jīng)磁針的指向和偏轉(zhuǎn)沒有影響，可以不考慮；地磁場在水平面上的投影為地磁場水平分量，水平分量所指的方向就是羅經(jīng)磁針北極所指的方向，所以水平分量是影響羅經(jīng)偏轉(zhuǎn)的主要因素?？梢栽谒矫嫔辖⒆鴺?biāo)對水平分量和羅經(jīng)偏轉(zhuǎn)角展開研究。

如圖1所示，a表示地磁場水平分量，也就是未受任何外磁場干擾影響時羅經(jīng)磁針的指向，b表示設(shè)備所在平臺環(huán)境所產(chǎn)生的干擾磁場，c表示受到干擾磁場影響后羅經(jīng)磁針的指向。

圖1 系統(tǒng)框圖

根據(jù)平行四邊形法則及三角函數(shù)定義，可得到如下公式：

如果規(guī)定了羅經(jīng)最大允許偏轉(zhuǎn)角度α2max，根據(jù)上述公式，可求出最大允許干擾磁場，也就是將測量羅經(jīng)磁針偏轉(zhuǎn)角度的問題轉(zhuǎn)化為測量干擾磁場的問題，從而能較為準(zhǔn)確地開展測量［3］。

4 測試方法

測試步驟為：

（1）H 值獲取

首先從權(quán)威部門如氣象部門獲取測試地地磁場強(qiáng)度的水平分量。

（2）羅經(jīng)最大允許偏轉(zhuǎn)角計算

已知測試地的地磁場強(qiáng)度水平分量后，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)計算出標(biāo)準(zhǔn)羅經(jīng)在測試地的最大允許偏轉(zhuǎn)角要求，以及陀羅經(jīng)、備用羅經(jīng)和應(yīng)急羅經(jīng)在測試地的最大允許偏轉(zhuǎn)角要求。

（3）羅經(jīng)最大允許干擾磁場強(qiáng)度計算

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)羅經(jīng)和陀羅經(jīng)在測試地的最大允許偏轉(zhuǎn)角度，計算出標(biāo)準(zhǔn)羅經(jīng)和陀羅經(jīng)在測試地的最大允許干擾磁場強(qiáng)度，分別計為Bb和Bt，計算公式如下：

（4）磁力計調(diào)零

在一個除了地磁場外無其它干擾的空曠地方，將磁力計距地面80cm水平放置，磁力計探頭接收面對準(zhǔn)樣品（即與地面垂直），調(diào)整磁力計的方向使之讀數(shù)為零。

（5）樣品不加電測距離

將樣品按船上實(shí)際安裝方式置于與磁力計相同的高度，轉(zhuǎn)動樣品，找出對磁力計影響最大的方位，然后移動樣品或磁力計，分別找出使磁力計讀數(shù)為Bb和Bt值的最長距離（指樣品最近點(diǎn)與磁力計中心的距離），計為Lb1和Lt1。

（6）樣品加電測距離

樣品加電工作，重復(fù)步驟（5）得到距離Lb2和Lt2。

（7）樣品磁化后不加電測距離

將樣品放置在直流場（103／4πA／m）中進(jìn)行磁化，樣品不加電，重復(fù)步驟（5）得到距離Lb3和Lt3。

將樣品放置在交流場（18×103／4πA／m）中進(jìn)行磁化，樣品不加電，重復(fù)步驟（5）得到距離Lb4和Lt4。

如果磁化對樣品有較大損傷，此過程可略去。

（8）樣品磁化后加電測距離

將樣品放置在直流場（103／4πA／m）中進(jìn)行磁化，樣品加電工作，重復(fù)步驟（5）得到距離Lb5和Lt5。

將樣品放置在交流場（18×103／4πA／m）中進(jìn)行磁化，樣品加電工作，重復(fù)步驟（5）得到距離Lb6和Lt6。

（9）計算最小安全距離并圓整

比較Lb1～Lb6，其中最大值即為標(biāo)準(zhǔn)羅經(jīng)的最小安全距離（需要圓整到50mm或100mm）；比較Lt1～Lt6，其中最大值即為陀羅經(jīng)的最小安全距離需要圓整到50mm或100mm）。

如果樣品由不同的部件組成，應(yīng)對所有部件重復(fù)以上步驟。

如果樣品在船上可能有不同的安裝方式，應(yīng)對每種安裝方式重復(fù)以上步驟。

5 測試設(shè)備配置

根據(jù)測試原理和測試方法，為完成船載電子設(shè)備羅經(jīng)安全距離的測試，需要如下設(shè)備：磁力計，用于測量干擾磁場強(qiáng)度；交直流磁場發(fā)生器，用于對樣品進(jìn)行磁化處理；移動推車，方便尋找干擾臨界距離；直尺，用于測量安全距離值。以下就其中對測量結(jié)果影響較大的設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行敘述。

5.1 磁力計

根據(jù)最大允許干擾磁場強(qiáng)度的計算結(jié)果及不確定要求得出磁力計應(yīng)具有如下技術(shù)指標(biāo)：

測量范圍：0～20μT～200μT兩檔。

分辨力：1nT。

基本誤差：±1.5% 。

被測磁場：直流磁場（靜態(tài)磁場）、交流磁場（動態(tài)磁場）。

交流測量：真有效值RMS測量，避免高波峰因數(shù)造成的平均值測量誤差。

顯示單位：nT。

取樣時間：0.4s以下。

測量探頭：免校準(zhǔn)數(shù)字化霍爾探頭，具有高互換性，單軸測量，多點(diǎn)線性校正；具有高線性度，全溫范圍內(nèi)溫度漂移誤差小于0.5%；具有方便的探頭自動校零功能；具有5m長的軟連接線。

5.2 交直流磁場發(fā)生器

交直流磁場發(fā)生器的主要作用是產(chǎn)生具有規(guī)定強(qiáng)度及均勻性的磁感區(qū)，從而將磁場施加于放置在裝置中部的試驗(yàn)樣品上。為保證磁場均勻性，建議采用雙重線圈（亥姆霍茲線圈）制作感應(yīng)線圈，應(yīng)采用銅、鋁或其它導(dǎo)電的非磁性材料制成。具體技術(shù)指標(biāo)如下：

磁場強(qiáng)度：0A／m～1 500A／m連續(xù)可調(diào)（直流或交流有效值）。

磁場類型：直流磁場、交流磁場。

感應(yīng)線圈：采用雙重線圈（即亥姆霍茲線圈），采用銅、鋁或其它導(dǎo)電的非磁性材料制成，綜合考慮合適通流容量及要求的磁場強(qiáng)度大小確定線圈匝數(shù)；綜合考慮雙重線圈的距離、單個線圈的形狀、結(jié)構(gòu)、尺寸，使線圈內(nèi)部產(chǎn)生盡量大的均勻磁場；要求線圈內(nèi)部均勻磁場的中心高度距地800mm。

內(nèi)部磁場不均勻性：≤±3dB。

樣品臺架：試驗(yàn)裝置內(nèi)部具有工作臺面，用于放置試驗(yàn)樣品；臺面高度可調(diào)節(jié)，從而能保證樣品中心距地高為800mm；臺面材料要求為非磁性材料。

電流源：輸出電流應(yīng)與磁場類型一致，可輸出直流或50Hz／60Hz正弦波；容量大小應(yīng)能保證為線圈提供所需的電流，滿足磁場強(qiáng)度的要求；輸出電流畸變率＜5%；輸入端接調(diào)壓器以調(diào)節(jié)輸出電流，從而保證磁場強(qiáng)度可調(diào)；具有電流測量儀表顯示輸出電流；低壓輸出端具有接地端子，用來與安全地相連。

控制方式：配置磁力計、傳感器等附件，形成閉環(huán)控制。

安全和環(huán)境保護(hù)要求：系統(tǒng)應(yīng)滿足有關(guān)安全、環(huán)保強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)要求；電氣部分布線應(yīng)規(guī)范，各接線端口應(yīng)明確標(biāo)記，系統(tǒng)各部分應(yīng)有明確標(biāo)識；電氣設(shè)備應(yīng)符合有關(guān)電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)的要求；應(yīng)具有安全可靠的接地保護(hù)裝置。

6 結(jié)束語

本文在簡單分析測試原理的基礎(chǔ)上，給出了羅經(jīng)安全距離的具體測試方法及程序，提出了設(shè)備配置的建議，為進(jìn)一步開展羅經(jīng)安全距離測試工作奠定了基礎(chǔ)。

［1］IEC60945－2002，Maritime Navigation and Radiocommunication Equipment and Systems General Requirements Methods of Testing and Required Test Results［S］.

［2］ISO694－2000，Ships and Marine Technology Positioning of Magnetic Compasses in Ships［S］.

［3］任洪斌.磁羅經(jīng)安全距離測試的理論分析與船級社認(rèn)可、測試細(xì)則［J］.艦船論證參考，2012（2）：66－69.