基于模擬小信號的稱重系統電磁兼容研究

邢春超 張洪明 徐先春

【摘 要】目前的稱重設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，進而影響稱重的準度。本文從電磁兼容的角度出發，依據試驗基礎從理論和實踐兩個方面論述了模擬小信號稱重系統的電磁兼容解決方案，為同類設備設計提供可靠的經驗。

【關鍵詞】模擬小信號 電磁兼容 稱重系統

電磁兼容性（EMC）是指設備或系統在其電磁環境中符合要求運行并不對其環境中的任何設備產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：一方面是指設備在正常運行過程中對所在環境產生的電磁干擾不能超過一定的限值；另一方面是指設備對所在環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]。

公路用稱重設備所使用的電磁環境較為復雜。一方面，設備工作在公路旁要承受各種車輛發出電磁干擾；另一方面，隨著車輛的增多車載通訊設備（車載電臺、對講機）日益增多也對稱重設備的電磁兼容提出了較高的要求。因此，國家相關管理部門對稱重設備也作出了相應的國標要求，即中華人民共和國國家計量檢定規程JJG907-2006《動態公路車輛自動衡器》中作出了明確的要求[3]，所有銷售設備須滿足IEC 61000-4中的電磁兼容要求。

1 稱重設備原理

稱重設備要通過國標的電磁兼容，須從設備的組成入手，了解設備的工作原理、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備的工作原理。

目前市場上在售的公路動態稱重設備主要有寬彎板動態秤、窄彎板動態秤、石英動態秤、單臺面動態秤、整車式動態秤、雙臺面動態秤、軸組式動態秤等，雖然各種秤的外觀不同，但其稱重原理框相同，稱重設備的原理框圖如圖1所示：

圖1 稱重原理框圖

從電壓信號傳輸的角度來分析，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，且實際應用中壓力傳感器到信號放大器的距離較遠（10米以上），之后經放大傳輸至AD數字轉換器、CPU、顯示輸出。

2 電磁兼容檢測

依據國標JJG907-2006要求稱重設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，為了檢測產品的電磁兼容性，產品必須在規定的標準環境中進行測試。理想的輻射場地是無限大的良好的導電地平面構成的，這是因為金屬網（板）對電波產生全反射。在一定條件下，即反射角較小時，反射系數|R|≈1 ，不同介質平面的反射系數值也不同，故用金屬地平面可使測量數據可靠，也使不同地區測量的數據具有可比性。國際上是以開闊測試場作為電磁輻射的標準實驗場地，但是，由于現代生活環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境。隨著微波技術的發展，為了進行各種微波測量，要求模擬電磁波在自由空間傳播的環境條件，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、雷達截面測量、無線電控制設備的對接試驗，以及各種類型的電磁模擬試驗等[4-5]。

3 電磁兼容試驗及分析

試驗前須準備場地及調試測試區域的場強符合IEC 61000-4-3要求，試驗時稱重設備距離輻射天線3m處放置，第一次測試稱重的結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轉換器、、數據處理模塊都是通過一根線連接，造成單端接地的現象，且設備外殼和大地沒有嚴格的隔離開。所以在以下幾個方面進行了改進：①放大器與AD轉換器的屏蔽外殼與電源地嚴格分開；②壓力傳感器電纜外加金屬屏蔽網，并與其他設備的屏蔽外殼相連；③所有的模擬、數字模塊共地，并用同一屏蔽殼屏蔽；④模擬模塊和數字模塊電源分開獨立供電；⑤放大器模塊前端加RC、LC濾波電路。經過上述改進后，再次測試設備的電磁兼容性，經試驗滿足國標要求。

4 結語

稱重設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；但只要做到有與電壓負極隔離的封閉嚴密屏蔽外殼；減小或消除模擬與數字信號的串擾以及嚴密的濾波電路；與大地的良好接觸、選擇較好的認證電源等措施，稱重的電磁兼容也是可以做到的。

參考文獻：

[1]錢振宇.3C認證中的電磁兼容測試和對策[M].北京：電子工業出版社，2004.

[2]劉培國，侯冬云.電磁兼容基礎[M].北京：電子工業出版社，2008.

[3]陳淑鳳，馬曉慶 等.電磁兼容試驗技術[M].北京：北京郵電大學出版社，2001.

[4]徐勁拓.車載通信系統電磁環境效應自動測試系統設計[D].西安：西安電子科技大學碩士學位論文，2010.

[5]劉易勇，郭恩全 等.電磁干擾預測試系統研制[J].測控技術，2003；22（11）：