船用儀表EMC與羅經安全距離介紹

從國家船舶工業(yè)經濟研究巾心獲悉，去年我國造船總容量約9×106t.新船汀單超過17×106t，占全球市場17%。另外，國內船廠已手持船舶訂單37×106t，足夠未來3年建造。近兩年來，船用儀表每年以20%～30%高速增長，個別新興領域如船載航行數(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(tǒng)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。它包含著干擾和抗干擾的雙重性。

船用儀表由于特殊的使用場合決定了其空間狹小(船艙位置有限)，連續(xù)工作時間長(一個航程有幾個月，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、報警、存儲、接收、回放等)，信號種類復雜(有數(shù)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(tǒng)間的干擾，防止各儀器設備間的干擾，防止各導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題。

船用儀表的EMC與羅經安全距離
船用儀表由于其特殊性和國際慣例(所有船上使用的系統(tǒng)、儀器設備、管線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;傳導騷擾;外殼端口輻射騷擾;靜電放電抗擾度;射頻電磁場輻射抗擾度;電快速瞬變脈沖群抗擾度;浪涌抗擾度;低頻傳導抗擾度;射頻場感應的傳導抗擾度：羅j經安全距離等。

羅經，分為標準羅經和舵羅經，安裝在駕駛艙內，作為船舶航行的最重要關鍵件，決定著船舶航行的方向、速度、時間，直接關系到船舶的安全。因此保證羅經的安全，排除一切系統(tǒng)、儀器設備、管線的對它的干擾就成為船用儀表的關鍵技術?，F(xiàn)在，越來越多的駕駛艙內的儀表被要求提供與羅經的最小安全距離，從而來決定該產品在駕駛艙內的安裝位置。相關的國際國內標準也正不斷地被制訂和強制執(zhí)行(如IEC60945)。

樣品與羅經的安全距離定義為被測試設備單元的最近點距羅經中心點或磁力計的距離，這個距離是保證標準羅經不產生超過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、備用舵羅經和緊急羅經，要求偏差是18°/H。

羅經最小安全距離的測試方法是利用地球磁場強度與角度的關系，將對角度的測量轉化為對磁場強度的測最。在上海地區(qū)的測試方法如表1所示。
　　
(1)測試取得上海本地的磁場強度的水平分量;
(2)在一個除了地磁場外無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(shù)為零;
(3)將被測設備各部件也置于相同高度，移動被測設備組件，找到使磁力計讀數(shù)為表1中最后兩項的最長距離;
(4)將被測設備的各個部件分別置放在直流場(103/4πA/m)、交流場(18x103/4πA/m，50Hz，)中進行磁化，重復以上試驗。
在系統(tǒng)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，即為與羅經的最小安全距離。越小的羅經安全距離反映樣品對羅經的干擾越小，樣品的抗干擾能力越好。
測試與羅經的最小安全距離，對特定的儀表來說，是一項綜合項目，是在完成并通過能源波動;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;射頻場感應的傳導抗擾度(CS)等試驗的基礎上最后實施的試驗。羅經最小安全距離是一項產品綜合EMC能力的反應。

常見船用儀表的EMC問題
綜合比較近兩年國內和國際船用儀表的EMC問題，發(fā)現(xiàn)一個非常有趣的現(xiàn)象，即國內樣品抗干擾能力非常強，如能源波動，低頻傳導抗擾度幾乎沒有不合格的;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出現(xiàn)問題。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;抗干擾能力卻很差，如能源波動，電快速瞬變脈沖群抗擾度，射頻場感應的傳導抗擾度等往往較難通過。

下面選取了48個樣品，生產地有中同(35個)、法同(1個)、德國(3個)、美國(3個)、新加坡(2個)、日本(1個)、瑞典(3個)，樣品有船載航行數(shù)據(jù)記錄儀、數(shù)據(jù)保護容器、安保報警裝置、船艙液位擋制系統(tǒng)、液位報警裝置、火災報警裝置、航海雷達系統(tǒng)、便攜式計算機等。第一次試驗不合格統(tǒng)計如表2所列。

幾點建議
船用儀表的EMC是一項系統(tǒng)工程，必須從設計開始統(tǒng)籌兼顧，一般可以從供電電源設計、印制線路板設計、機箱屏蔽、連接件選擇、電源線/控制信號線濾波、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5A最好單獨使用一根電源線。

b 印制線路板
(1)數(shù)字電路和模擬電路分開(減少干擾);
(2)盡量加大線性電路地線的面積(干擾可以迅速從地線走);
(3)接地線構成閉環(huán)(縮小電位差);
(4)關鍵零部件選用通過EMC試驗的。

C 機箱
(1)機箱考慮磁屏蔽和電屏蔽(輻射發(fā)射有磁場和電場二種);
(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)布線盡量遠離干擾源(防止電路干擾和導線偶合干擾，信號線應遠離電源線)。

d 接地線
(1)柜體盡量單獨接地(接地阻抗應≤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
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如原來共模同路阻抗較高，產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，直接關系到數(shù)據(jù)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)

結語
從國家船舶工業(yè)經濟研究巾心獲悉，去年我國造船總容量約9×106t.新船汀單超過17×106t，占全球市場17%。另外，國內船廠已手持船舶訂單37×106t，足夠未來3年建造。