船用儀表EMC與羅經(jīng)安全距離

從國家船舶工業(yè)經(jīng)濟研究巾心獲悉，去年我國造船總?cè)萘考s9×106t.新船汀單超過17×106t，占全球市場17%。另外，國內(nèi)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(lǐng)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(shè)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(gòu)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(fù)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(shè)備間的干擾，防止各導(dǎo)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(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(tǒng)、儀器設(shè)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(dǎo)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(dǎo)抗擾度;射頻場感應(yīng)的傳導(dǎo)抗擾度：羅j經(jīng)安全距離等。

羅經(jīng)，分為標(biāo)準(zhǔn)羅經(jīng)和舵羅經(jīng)，安裝在駕駛艙內(nèi)，作為船舶航行的最重要關(guān)鍵件，決定著船舶航行的方向、速度、時間，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(tǒng)、儀器設(shè)備、管線的對它的干擾就成為船用儀表的關(guān)鍵技術(shù)。現(xiàn)在，越來越多的駕駛艙內(nèi)的儀表被要求提供與羅經(jīng)的最小安全距離，從而來決定該產(chǎn)品在駕駛艙內(nèi)的安裝位置。相關(guān)的國際國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)也正不斷地被制訂和強制執(zhí)行(如IEC60945)。

樣品與羅經(jīng)的安全距離定義為被測試設(shè)備單元的最近點距羅經(jīng)中心點或磁力計的距離，這個距離是保證標(biāo)準(zhǔn)羅經(jīng)不產(chǎn)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(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強度與角度的關(guān)系，將對角度的測量轉(zhuǎn)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(diào)整磁力計的方向，使之讀數(shù)為零;
(3)將被測設(shè)備各部件也置于相同高度，移動被測設(shè)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(shè)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(fù)以上試驗。
在系統(tǒng)上電、不上電，磁化、不磁化狀態(tài)下重復(fù)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，對特定的儀表來說，是一項綜合項目，是在完成并通過能源波動;傳導(dǎo)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(dǎo)抗擾度;射頻場感應(yīng)的傳導(dǎo)抗擾度(CS)等試驗的基礎(chǔ)上最后實施的試驗。羅經(jīng)最小安全距離是一項產(chǎn)品綜合EMC能力的反應(yīng)。

常見船用儀表的EMC問題
綜合比較近兩年國內(nèi)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(nèi)樣品抗干擾能力非常強，如能源波動，低頻傳導(dǎo)抗擾度幾乎沒有不合格的;而傳導(dǎo)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(dǎo)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(yīng)的傳導(dǎo)抗擾度等往往較難通過。

下面選取了48個樣品，生產(chǎn)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(zāi)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(shè)計開始統(tǒng)籌兼顧，一般可以從供電電源設(shè)計、印制線路板設(shè)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(gòu)成閉環(huán)(縮小電位差);
(4)關(guān)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(dǎo)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(dǎo)線偶合干擾，信號線應(yīng)遠離電源線)。

d 接地線
(1)柜體盡量單獨接地(接地阻抗應(yīng)≤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(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(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(guān)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(jié)構(gòu)等考慮)

結(jié)語
從國家船舶工業(yè)經(jīng)濟研究巾心獲悉，去年我國造船總?cè)萘考s9×106t.新船汀單超過17×106t，占全球市場17%。另外，國內(nèi)船廠已手持船舶訂單37×106t，足夠未來3年建造。