某探測(cè)系統(tǒng)的電磁兼容性分析

3.1.3.2 空間的電磁場(chǎng)輻射耦合

各種通信，廣播和電視發(fā)射；高壓電力線路，各種運(yùn)行的工業(yè)電氣設(shè)備和家用電器使空間雜散電磁場(chǎng)日益增多，其頻譜范圍和幅度日益增大。它們通過(guò)空間耦合到探測(cè)系統(tǒng)中，形成電磁干擾。

3.2 改進(jìn)措施

3.2.1 對(duì)脈寬調(diào)制式開關(guān)逆變正弦交流電源的電磁兼容性措施

1）加裝功率因數(shù)校正環(huán)節(jié)，抑制由于工頻電流波形的畸變而產(chǎn)生大量的諧波在電源線上傳導(dǎo)發(fā)射。

2）加裝開關(guān)電源濾波器，即在供電進(jìn)線處裝設(shè)抑制傳導(dǎo)干擾的開關(guān)電源濾波器。圖6為開關(guān)電源濾波器的線路圖。

圖6 開關(guān)電源濾波器線路圖

由于電源線中往往同時(shí)存在共模與差模兩種干擾，因此開關(guān)電源濾波器由共模濾波電路（L₁，L₂和C_y）和差模濾波電路（L₃，L₄與C_x）綜合構(gòu)成。其中L₁和L₂為繞在同一磁環(huán)上的兩個(gè)匝數(shù)相等，繞向相同的獨(dú)立線圈，當(dāng)工作頻率分量經(jīng)過(guò)時(shí)，由于磁通抵消，電感很小，易于通過(guò)。當(dāng)共模干擾頻率分量經(jīng)過(guò)時(shí)，由于磁通相加，電感很大，不易通過(guò)而被抑制。

共模電感L₁和L₂一般在幾mH至幾十mH，共模電容C_y要在漏電流小于幾mA前提下取較大值。差模電感一般在幾十μH至幾百μH,差模電容C_x要選擇耐壓足夠高的陶瓷或聚酯電容器。市場(chǎng)上賣的一般電源濾波器主要是對(duì)共模干擾設(shè)計(jì)的，如果要對(duì)差模干擾起作用，應(yīng)該另外增加兩個(gè)獨(dú)立的差模抑制電感。共模電感的磁性材料以金屬磁性材料(1J851/0.02mm)或非晶、超微晶磁性材料效果較好。差模電感的磁性材料以金屬軟磁粉末經(jīng)絕緣包裹壓制退火的磁性材料(國(guó)產(chǎn)ZW-1)效果較好，而不用開口鐵氧體材料。

開關(guān)電源濾波器與信號(hào)濾波器的不同之處在于阻抗搭配。應(yīng)用信號(hào)濾波器時(shí)，為使傳輸?shù)男盘?hào)損耗小，應(yīng)盡量使電源阻抗，濾波器阻抗和負(fù)載阻抗匹配。相反，應(yīng)用開關(guān)電源濾波器時(shí)，為抑制傳輸?shù)母蓴_信號(hào)，應(yīng)盡量使電源阻抗、濾波器阻抗和負(fù)載阻抗不匹配。

設(shè)計(jì)和選用開關(guān)電源濾波器一定要根據(jù)電路的實(shí)際情況而定。首先測(cè)量傳導(dǎo)干擾的電平，再與電磁兼容的標(biāo)準(zhǔn)或?qū)嶋H應(yīng)用需要的信號(hào)電平進(jìn)行比較，選擇對(duì)超標(biāo)信號(hào)或超過(guò)實(shí)際應(yīng)用需要的信號(hào)的幅值和頻帶有抑制作用的開關(guān)電源濾波器。

3.2.2 對(duì)直流斬波式方波交流電源的電磁兼容性措施

1）加裝功率因數(shù)校正環(huán)節(jié)，抑制由于工頻電流波形的畸變而產(chǎn)生大量的諧波在電源線上傳導(dǎo)發(fā)射。

2）從上述分析可知：該探測(cè)系統(tǒng)輔助部分的驅(qū)動(dòng)電源采用的直流斬波式方波交流電源是導(dǎo)致產(chǎn)生嚴(yán)重的電磁干擾的根本原因。為此應(yīng)當(dāng)采用電流過(guò)零時(shí)變化率較小的電源，比如線性純正弦波電源更為合適。這種電源是將純正弦波信號(hào)經(jīng)過(guò)多級(jí)放大后，供電給輔助部分驅(qū)動(dòng)的。在探測(cè)元件無(wú)輸入信號(hào)時(shí)，測(cè)量放大器的輸出信號(hào)，如圖7所示，此時(shí)在放大器輸出端最大信號(hào)電壓峰峰值為4.4mV。說(shuō)明原來(lái)的干擾信號(hào)已被極大地消除。

圖7 采用線性純正弦波電源驅(qū)動(dòng)時(shí)放大器的輸出信號(hào)示波圖

3.2.3 對(duì)輻射耦合產(chǎn)生干擾的電磁兼容性措施

對(duì)上述兩種電磁場(chǎng)輻射耦合，應(yīng)加強(qiáng)該探測(cè)系統(tǒng)的電磁屏蔽，并注意屏蔽的完整性和良好的接地措施。

1）屏蔽的設(shè)計(jì)和選用 電磁屏蔽設(shè)計(jì)時(shí)，一般采用導(dǎo)電率高的材料作屏蔽體，并將屏蔽體接地。它是利用屏蔽體在高頻磁場(chǎng)的作用下產(chǎn)生反方向的渦流磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)抵消而削弱高頻磁場(chǎng)的干擾，又因屏蔽體接地而實(shí)現(xiàn)電場(chǎng)屏蔽。屏蔽體的厚度不必過(guò)大，而以趨膚深度和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度為主要考慮因素。

2）注意屏蔽的完整性 如果屏蔽體不完整，將導(dǎo)致電磁場(chǎng)泄漏，特別是電磁場(chǎng)屏蔽，如果屏蔽體不完整，將使產(chǎn)生渦流的效果降低，則屏蔽的效果將大打折扣。為此，要注意下述幾個(gè)問(wèn)題。

（1）接縫處理 接縫處理不好將使屏蔽體的屏蔽效果降低。對(duì)固定的接縫最好采用連續(xù)焊接。焊接前，應(yīng)將要焊接表面的非導(dǎo)電物質(zhì)清除干凈。要盡可能對(duì)全部外殼間斷處進(jìn)行搭接。對(duì)非固定的接縫應(yīng)采用導(dǎo)電襯墊，并將其壓緊,以提高接縫的電磁密封效果。常用的導(dǎo)電襯墊材料有金屬編織物，含有金屬絲的橡膠等。對(duì)活動(dòng)的接縫，采用彈性指簧以提高接縫的電磁屏蔽效果。

（2）孔眼屏蔽 對(duì)通風(fēng)和測(cè)量需要的孔眼，為提高設(shè)備的電磁屏蔽效果，應(yīng)采用孔眼屏蔽?？籽燮帘蔚男Чc電磁波的頻率，孔眼的尺寸和數(shù)量等參數(shù)有關(guān)。

（3）電連接器屏蔽 選擇的屏蔽式電連接器應(yīng)有足夠的插針供電纜內(nèi)各個(gè)屏蔽層在電連接器端頭接。為保證屏蔽的完整性，要沿著電纜一周，將電纜的外屏蔽層和電連接器整個(gè)地連接，最好是焊接；電連接器座應(yīng)與設(shè)備的金屬外殼保持良好的電氣連接；電連接器頭也應(yīng)與電連接器座保持良好的電氣連接。

3.2.4 地線耦合

接地設(shè)計(jì)的好壞對(duì)探測(cè)系統(tǒng)的正常工作是非常重要的。為此，對(duì)該探測(cè)系統(tǒng)的接地進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，設(shè)置了三種接地。

1）安全地 即將金屬機(jī)殼接地，當(dāng)機(jī)殼帶電時(shí)，保護(hù)動(dòng)作切斷電源，以保護(hù)工作人員和設(shè)備的安全。同時(shí)安全地可以作為各種屏蔽的接地。

2）功率地 為防止高電壓或大電流的強(qiáng)功率電路（如電源，繼電器，電機(jī)）對(duì)低電平電路（如高頻電路，數(shù)字電路，模擬電路等）的干擾，而將它們的接地分開。前者為功率地（強(qiáng)電地），后者為信號(hào)地（弱電地）。

3）信號(hào)地 分為數(shù)字地和模擬地，主要目的是為了抑制電磁干擾，因此，應(yīng)當(dāng)特別注意低電平電路、信號(hào)檢測(cè)電路、傳感器輸入電路和前級(jí)放大電路的接地。

不正確的接地不僅不會(huì)降低干擾反而會(huì)增加干擾，比如共地線干擾、地環(huán)路干擾等等。接地可以按工作頻率采用不同的接地方式。由于該探測(cè)系統(tǒng)的工作頻率較低（小于1MHz）而采用單點(diǎn)接地式（即把整個(gè)電路系統(tǒng)中的一個(gè)結(jié)構(gòu)點(diǎn)看作接地參考點(diǎn)，所有對(duì)地連接都接到這一點(diǎn)上）。

該探測(cè)系統(tǒng)的傳感器輸入電路和前級(jí)放大電路的接地應(yīng)該只設(shè)一個(gè)接地點(diǎn)，因?yàn)?，多個(gè)接地點(diǎn)會(huì)引入共地阻抗的干擾。而這個(gè)接地點(diǎn)的位置應(yīng)當(dāng)選擇在保證地線中的電流流向?yàn)閺男⌒盘?hào)電路流向大信號(hào)電路，從而避免大信號(hào)電路的地線電流對(duì)小信號(hào)電路產(chǎn)生干擾。

接地電阻的要求是越小越好。因?yàn)楫?dāng)有電流流過(guò)接地電阻時(shí)，其上將產(chǎn)生電壓。除產(chǎn)生共地阻抗的電磁干擾外。該電壓一方面使設(shè)備受到反擊過(guò)電壓的影響，另一方面使人員受到電擊傷害的威脅。因此一般要求接地電阻小于4Ω。

接地電阻由接地線電阻、接觸電阻和地電阻組成。為此降低接地電阻的方法有以下3種：

一是降低接地線電阻，為此要用總截面大和長(zhǎng)度小的多股細(xì)導(dǎo)線。因?yàn)殡娮韬涂偨孛娉煞幢?，和長(zhǎng)度成正比，又與頻率的趨膚效應(yīng)有關(guān)。

二是降低接觸電阻，為此要將接地線與接地螺栓和接地極緊密又牢靠地連接，并要增加接地極和土壤之間的面積與接觸的緊密度。

三是降低地電阻，為此要增加接地極的表面積和增加土壤的導(dǎo)電率（如在土壤中注入鹽水）。