邢春超 張洪明 徐先春
(重慶市華馳交通科技有限公司,重慶 400067)
基于模擬小信號的稱重系統(tǒng)電磁兼容研究
邢春超張洪明徐先春
(重慶市華馳交通科技有限公司,重慶400067)
目前的稱重設(shè)備中所用的傳感器多是采用模擬信號的傳感器,且輸出電壓在幾十毫伏,在電磁兼容試驗中極易受到干擾,進(jìn)而影響稱重的準(zhǔn)度。本文從電磁兼容的角度出發(fā),依據(jù)試驗基礎(chǔ)從理論和實(shí)踐兩個方面論述了模擬小信號稱重系統(tǒng)的電磁兼容解決方案,為同類設(shè)備設(shè)計提供可靠的經(jīng)驗。
模擬小信號電磁兼容稱重系統(tǒng)
電磁兼容性(EMC)是指設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中符合要求運(yùn)行并不對其環(huán)境中的任何設(shè)備產(chǎn)生無法忍受的電磁干擾的能力。因此,EMC包括兩個方面的要求:一方面是指設(shè)備在正常運(yùn)行過程中對所在環(huán)境產(chǎn)生的電磁干擾不能超過一定的限值;另一方面是指設(shè)備對所在環(huán)境中存在的電磁干擾具有一定程度的抗擾度,即電磁敏感性[1-2]。
公路用稱重設(shè)備所使用的電磁環(huán)境較為復(fù)雜。一方面,設(shè)備工作在公路旁要承受各種車輛發(fā)出電磁干擾;另一方面,隨著車輛的增多車載通訊設(shè)備(車載電臺、對講機(jī))日益增多也對稱重設(shè)備的電磁兼容提出了較高的要求。因此,國家相關(guān)管理部門對稱重設(shè)備也作出了相應(yīng)的國標(biāo)要求,即中華人民共和國國家計量檢定規(guī)程JJG907-2006《動態(tài)公路車輛自動衡器》中作出了明確的要求[3],所有銷售設(shè)備須滿足IEC 61000-4中的電磁兼容要求。
稱重設(shè)備要通過國標(biāo)的電磁兼容,須從設(shè)備的組成入手,了解設(shè)備的工作原理、信號傳輸及易受電磁影響的電路,故須先了解分析各種稱重設(shè)備的工作原理。
目前市場上在售的公路動態(tài)稱重設(shè)備主要有寬彎板動態(tài)秤、窄彎板動態(tài)秤、石英動態(tài)秤、單臺面動態(tài)秤、整車式動態(tài)秤、雙臺面動態(tài)秤、軸組式動態(tài)秤等,雖然各種秤的外觀不同,但其稱重原理框相同,稱重設(shè)備的原理框圖如圖1所示:
從電壓信號傳輸?shù)慕嵌葋矸治?,壓力傳感器由電壓激勵輸出電壓,最大輸出電壓值在幾十毫伏,且?shí)際應(yīng)用中壓力傳感器到信號放大器的距離較遠(yuǎn)(10米以上),之后經(jīng)放大傳輸至AD數(shù)字轉(zhuǎn)換器、CPU、顯示輸出。
依據(jù)國標(biāo)JJG907-2006要求稱重設(shè)備的電磁兼容檢測包含短時電源電壓降低、電快速瞬變脈沖群、浪涌電壓、靜電放電、抗電磁場輻射、直流供電的抗干擾 兩項檢測內(nèi)容,其中抗電磁場輻射是最難通過的,其余檢測項在選擇有EC、FC認(rèn)證的電源基本就可以通過。
抗電磁場輻射試驗須在微波暗室進(jìn)行。微波暗室可隔離外界紛雜的電磁信號,同時可提供單一源的、指定頻率的電磁輻射。微波暗室,為了檢測產(chǎn)品的電磁兼容性,產(chǎn)品必須在規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境中進(jìn)行測試。理想的輻射場地是無限大的良好的導(dǎo)電地平面構(gòu)成的,這是因為金屬網(wǎng)(板)對電波產(chǎn)生全反射。在一定條件下,即反射角較小時,反射系數(shù)|R|≈1 ,不同介質(zhì)平面的反射系數(shù)值也不同,故用金屬地平面可使測量數(shù)據(jù)可靠,也使不同地區(qū)測量的數(shù)據(jù)具有可比性。國際上是以開闊測試場作為電磁輻射的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗場地,但是,由于現(xiàn)代生活環(huán)境中很難找到理想的開闊場,因此,微波暗室,就成為一種非常普及的代替環(huán)境。隨著微波技術(shù)的發(fā)展,為了進(jìn)行各種微波測量,要求模擬電磁波在自由空間傳播的環(huán)境條件,微波無反射室即微波暗室也正是針對這一需要而研制的。電波暗室主要用于輻射無線電騷擾(EMI)和輻射敏感度(EMS)測量,電波暗室的尺寸和射頻吸波材料的選用主要由受試設(shè)備(EUT)的外形尺寸和測試要求確定,分3m法或10m法。微波暗室可以用于天線、電磁兼容、雷達(dá)截面測量、無線電控制設(shè)備的對接試驗,以及各種類型的電磁模擬試驗等[4-5]。
圖1 稱重原理框圖
試驗前須準(zhǔn)備場地及調(diào)試測試區(qū)域的場強(qiáng)符合IEC 61000-4-3要求,試驗時稱重設(shè)備距離輻射天線3m處放置,第一次測試稱重的結(jié)果受電磁輻射的影響很大,分析其主要原因是壓力傳感器、信號放大器、AD轉(zhuǎn)換器、、數(shù)據(jù)處理模塊都是通過一根線連接,造成單端接地的現(xiàn)象,且設(shè)備外殼和大地沒有嚴(yán)格的隔離開。所以在以下幾個方面進(jìn)行了改進(jìn):①放大器與AD轉(zhuǎn)換器的屏蔽外殼與電源地嚴(yán)格分開;②壓力傳感器電纜外加金屬屏蔽網(wǎng),并與其他設(shè)備的屏蔽外殼相連;③所有的模擬、數(shù)字模塊共地,并用同一屏蔽殼屏蔽;④模擬模塊和數(shù)字模塊電源分開獨(dú)立供電;⑤放大器模塊前端加RC、LC濾波電路。經(jīng)過上述改進(jìn)后,再次測試設(shè)備的電磁兼容性,經(jīng)試驗滿足國標(biāo)要求。
稱重設(shè)備中存在模擬小信號極易受到干擾,其抗電磁輻射干擾是個難點(diǎn);但只要做到有與電壓負(fù)極隔離的封閉嚴(yán)密屏蔽外殼;減小或消除模擬與數(shù)字信號的串?dāng)_以及嚴(yán)密的濾波電路;與大地的良好接觸、選擇較好的認(rèn)證電源等措施,稱重的電磁兼容也是可以做到的。
[1]錢振宇.3C認(rèn)證中的電磁兼容測試和對策[M].北京:電子工業(yè)出版社,2004.
[2]劉培國,侯冬云.電磁兼容基礎(chǔ)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2008.
[3]陳淑鳳,馬曉慶,等.電磁兼容試驗技術(shù)[M].北京:北京郵電大學(xué)出版社,2001.
[4]徐勁拓.車載通信系統(tǒng)電磁環(huán)境效應(yīng)自動測試系統(tǒng)設(shè)計[D].西安:西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文,2010.
[5]劉易勇,郭恩全,等.電磁干擾預(yù)測試系統(tǒng)研制[J].測控技術(shù),2003;22(11):
張洪明(1979—),男,漢族,重慶市人,本科生,畢業(yè)于哈爾濱理工大學(xué)測控技術(shù)與通信工程學(xué)院,就職于重慶市華馳交通科技有限公司,研究方向:智能交通相關(guān)領(lǐng)域方面的研究。邢春超(1981—),男,漢族,山東省聊城人,碩士,畢業(yè)于電子科技大學(xué)物理電子學(xué)院,就職于重慶市華馳交通科技有限公司,從事智能交通領(lǐng)域研究。