電磁兼容現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中的干擾源辨識(shí)技術(shù)

夏圣

（柳州汽車(chē)檢測(cè)有限公司，廣西柳州，545000）

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，電磁設(shè)備愈發(fā)先進(jìn)，為滿足生產(chǎn)的需求，電磁設(shè)備系統(tǒng)愈發(fā)復(fù)雜，但由于空間有限，在一個(gè)狹小的空間中，通常會(huì)安裝上大量設(shè)備，極易發(fā)生電磁兼容問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試是解決電磁兼容問(wèn)題主要舉措。但我國(guó)對(duì)此項(xiàng)技術(shù)研究的起步比較晚，很多及時(shí)還不夠成熟，對(duì)干擾源辨識(shí)的研究也比較少，致使很多設(shè)備在運(yùn)行中存在一定的安全隱患。基于此，開(kāi)展電磁兼容現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中的干擾源辨識(shí)技術(shù)的分析就顯得尤為必要。

1 電磁兼容現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試的區(qū)別

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試，都是解決電磁兼容問(wèn)題的常用舉措，二者存在一定的區(qū)別。主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

第一，測(cè)試環(huán)境。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試主要是在任務(wù)系統(tǒng)調(diào)試現(xiàn)場(chǎng)完成的，而標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試需要在符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的屏蔽室或者暗室中完成。第二，測(cè)試供電。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試供電可以是交流供電，也可以是蓄電池供電；但標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試只能通過(guò)LISN供電。第三，被測(cè)設(shè)備。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試既可以對(duì)單個(gè)設(shè)備進(jìn)行測(cè)試，也可以對(duì)組成的設(shè)備或者整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試；標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試只能對(duì)單個(gè)設(shè)備進(jìn)行測(cè)試。第四，測(cè)試設(shè)備。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試需要用到的設(shè)備有頻譜儀、示波器、電流探頭、標(biāo)準(zhǔn)天線等；標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試需要用到符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的接收機(jī)、信號(hào)源、天線等。第五，測(cè)試目的。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的主要目的是反映任務(wù)系統(tǒng)的電磁兼容性能，并為任務(wù)系統(tǒng)性能的評(píng)估提供依據(jù)；而標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試只能用于設(shè)備和產(chǎn)品的選型或者鑒定。

■1.1 電磁兼容現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的必要性

電磁兼容性指的是設(shè)備或者系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中，能夠正常工作且不會(huì)對(duì)周環(huán)境中任何事物構(gòu)成電磁騷擾的能力。主要包括：電磁干擾和電磁敏感度兩個(gè)方面。通過(guò)電磁兼容現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，是驗(yàn)證電子設(shè)備電磁兼容設(shè)計(jì)的合理性以及最終評(píng)價(jià)，解決電子設(shè)備電磁兼容問(wèn)題的主要手段。通過(guò)電磁兼容現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，能夠有效鑒別出產(chǎn)品是否符合EMC 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，并找到在EMC 方面存在的薄弱環(huán)節(jié)，為調(diào)整產(chǎn)品方案，提升產(chǎn)品性能提供參考和依據(jù)。一旦收到干擾源的影響，會(huì)影響工作效率，如果情況嚴(yán)重，會(huì)發(fā)生失效問(wèn)題，造成嚴(yán)重的安全隱患。要想控制干擾源，就必須采取先進(jìn)的干擾源辨識(shí)技術(shù)，來(lái)分辨每項(xiàng)干擾源的種類(lèi)、特性，為整治干擾源提供參考和指導(dǎo)。

2 電磁兼容現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中的干擾源辨識(shí)技術(shù)

■2.1 小波消噪技術(shù)

小波消噪技術(shù)是目前電磁兼容現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中常用的干擾源辨識(shí)技術(shù)之一，主要是通過(guò)頻譜儀在電磁兼容現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中，會(huì)收集到三種信號(hào)數(shù)據(jù)，包括：有用的信號(hào)、設(shè)備儀器內(nèi)部噪聲、外界環(huán)境噪聲。通過(guò)小波消噪技術(shù)能夠消除噪聲的影響，從而提升干擾源的檢測(cè)能力和辨識(shí)的準(zhǔn)確性[1]。主要機(jī)理是信號(hào)和噪聲的小波系數(shù)在尺度上體現(xiàn)的性質(zhì)不同，通過(guò)相應(yīng)的規(guī)則，對(duì)含有噪聲信號(hào)的小波系數(shù)進(jìn)行取舍和提取處理，從而達(dá)到去除噪聲影響電磁兼容現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果的效果。

如果從信號(hào)處理的角度來(lái)看，小波消噪技術(shù)屬于一個(gè)信號(hào)濾波問(wèn)題，雖然小波消噪可當(dāng)做低通濾波，但消噪之后，仍然可以保留各信號(hào)的特征，在電磁兼容現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中干擾源辨識(shí)中，使用小波消噪技術(shù)取得的效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于低通濾波器，具體的應(yīng)用流程圖如圖1 所示。

圖1 小波消噪技術(shù)在電磁兼容現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試干擾源辨識(shí)中的應(yīng)用過(guò)程

■2.2 包絡(luò)和延拓?cái)?shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)

設(shè)備種類(lèi)不同，用途不同，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試環(huán)境也不相同，因此，在電磁兼容現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中得到的輻射特性曲線也不相同，通過(guò)小波消噪技術(shù)處理之后測(cè)試曲線雖然看似比較光滑，但在峰值兩側(cè)區(qū)間內(nèi)信號(hào)的分布比較復(fù)雜，會(huì)影響干擾源辨識(shí)的精度，難以從測(cè)試結(jié)果中取得關(guān)鍵特征。所以，還需要進(jìn)行包絡(luò)計(jì)算，以促使電磁兼容現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試曲線更加平滑，提升干擾源辨識(shí)的準(zhǔn)確性，此種處理方法就是包絡(luò)處理。

電磁兼容現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)小波消噪技術(shù)和包絡(luò)技術(shù)處理之后，存在底部噪聲大于原始噪聲的問(wèn)題，為解決這一問(wèn)題，提升干擾源辨識(shí)的精度，需要對(duì)包絡(luò)處理的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行再處理，以便將噪聲處理成需要的大小，此種處理方法稱(chēng)之為延拓處理。

■2.3 峰值特征提取

在電磁兼容現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中峰值信號(hào)是非常重要的信號(hào)，峰值信號(hào)的頻率、幅值是發(fā)現(xiàn)干擾源、解決干擾源的主要依據(jù)。在判斷峰值時(shí)主要通過(guò)測(cè)試數(shù)據(jù)的單調(diào)性來(lái)確定。對(duì)電磁兼容現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試點(diǎn)的左右兩側(cè)分別進(jìn)行單調(diào)性判斷[2]。如果判斷結(jié)果表明，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試點(diǎn)左側(cè)為單調(diào)遞增，而右側(cè)為單調(diào)遞減，則表為峰值點(diǎn)。否則不是峰值點(diǎn)。但在電磁兼容現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中，環(huán)境信號(hào)的測(cè)試結(jié)果中絕大部分都不是有用的信號(hào)，而是頻譜儀底部噪聲信號(hào)。此種信號(hào)是在一定范圍內(nèi)波動(dòng)的隨機(jī)數(shù)。如果僅僅按照單調(diào)性來(lái)提取峰值，會(huì)提取出很多底部噪聲數(shù)據(jù)，無(wú)法達(dá)到提取干擾信號(hào)峰值的結(jié)果，所以，為更加精確的辨識(shí)干擾源，再進(jìn)行峰值提取之前，還需要進(jìn)行噪聲閾值判斷，只有那些大于閾值的信號(hào)才能進(jìn)行峰值提取。峰值提取流程圖如圖2 所示。

圖2 峰值提取流程圖

從圖2 中可以看出，在判斷電磁兼容現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的單調(diào)性之前，需要先確定噪聲閾值，通過(guò)最小值來(lái)確定，頻譜儀底部噪聲必然在測(cè)試曲線最下方的一個(gè)范圍中。當(dāng)達(dá)到最小值之后，就能確定一定的范圍，作為一起底部噪聲的范圍。對(duì)此值在加上一個(gè)定量，就能得到噪聲閾值[3]。此種方法多應(yīng)用于分辨率帶寬不變的測(cè)試中。而對(duì)那些比較寬的頻帶測(cè)試，若調(diào)整分辨率帶寬，會(huì)導(dǎo)致底部噪聲發(fā)生突變，此時(shí)就需要通過(guò)最大出現(xiàn)概率法來(lái)確定噪聲閾值。這是因?yàn)樵陔姶偶嫒莠F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試曲線中，底部噪聲的占比比較多，出現(xiàn)的次數(shù)最高，將找到的底部噪聲值加上一個(gè)定量，就能得到噪聲閾值。這兩種方法得到的測(cè)試值，取得平均值，就可以作為判斷噪聲的閾值。

■2.4 相似度評(píng)價(jià)指標(biāo)

在電磁兼容現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試干擾源辨識(shí)中，相關(guān)系數(shù)是在相關(guān)分析中對(duì)某種關(guān)系給與定量的描述，所以，通過(guò)相關(guān)分析研究，就能辨識(shí)出兩個(gè)變量之間是否存在相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)也被稱(chēng)之為相關(guān)量，用于表示各變量之間相關(guān)程度的數(shù)字特征量，在干擾源辨識(shí)中，通過(guò)電磁兼容現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試所得到的二維數(shù)據(jù)結(jié)果，通常用以表示相似程度[4]。而通過(guò)原始相關(guān)系數(shù)，則可以反映出整個(gè)頻段測(cè)試曲線的相似程度。但通常情況下，在電磁兼容現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中比較重視峰值信號(hào)的相似度，為保證干擾源辨識(shí)的精度，需要以峰值相關(guān)系數(shù)，作為干擾源辨識(shí)的另一個(gè)依據(jù)，二者相互結(jié)合，就能獲得最精確的干擾源，為電磁兼容問(wèn)題的整治提供數(shù)據(jù)支撐和理論指導(dǎo)。

3 電磁兼容整改措施

■3.1 合理確定電磁兼容的調(diào)整方向

為更加科學(xué)合理的糾正電磁兼容性，需要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)措施，明確每個(gè)設(shè)備之間干擾源的出處及造成的影響。多數(shù)情況下，干擾電磁兼容的電磁，主要來(lái)源有兩個(gè)方面，其一是電磁干擾源，其二是耦合路徑。因此，在電磁兼容整改時(shí)，要立足電磁兼容的相關(guān)理論，對(duì)干擾源進(jìn)行整治處理，在整治過(guò)程中，要結(jié)合實(shí)際情況，進(jìn)行合理的改進(jìn)和處理，借鑒同行業(yè)研究成果和經(jīng)驗(yàn)，提升整治效果，保證電磁設(shè)備能夠安全、持續(xù)、穩(wěn)定的運(yùn)行。

■3.2 選擇合理的整改方法

在電磁兼容整改前，需要先對(duì)設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面檢查，以便了解產(chǎn)品的基本模塊、零部件等，保證各項(xiàng)結(jié)構(gòu)符合設(shè)備運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)規(guī)范的要求。再考慮其他設(shè)備引起的電磁干擾，包括：設(shè)備運(yùn)行環(huán)境、電機(jī)設(shè)備、整流器、電氣設(shè)備、轉(zhuǎn)換器等造成的電磁干擾。而對(duì)于需要連接到天線上的設(shè)備，在電磁兼容性診斷過(guò)程是否在電磁兼容校正期間。尤其是靈敏度高的信號(hào)線、電源線等，需要看作是重要的干擾源，需要加強(qiáng)控制，否則會(huì)影響寬帶、非線性工件的工作質(zhì)量和使用性能[5]。可通過(guò)斷電方式進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，各項(xiàng)設(shè)備切斷電源之后逐個(gè)判斷，當(dāng)確定好功率干擾問(wèn)題之后，要及時(shí)采取相應(yīng)的措施來(lái)控制和解決干擾問(wèn)題，但需要注意對(duì)干擾電線電纜進(jìn)行合理分類(lèi)，并保證接地系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行。

■3.3 選擇金屬外殼

在解決電磁兼容問(wèn)題時(shí)，普遍存在一個(gè)誤區(qū)，很多人認(rèn)為塑料外殼能夠更好的降低電磁兼容的影響。其實(shí)不然，相比于塑料外殼，金屬外殼在降低電磁兼容影響方面起到的效果更佳。尤其鑄鋁材質(zhì)的金屬外殼，對(duì)電磁兼容性的造成的影響最小。能夠更好的屏蔽外界電磁波對(duì)造成的影響。但成本比較高。在實(shí)踐運(yùn)行中，通常將金屬外殼直接連接到過(guò)濾電容上，也可以起到和軟鋁外殼相同的防護(hù)效果。

■3.4 高度重視PCB 板引起的電磁干擾

在設(shè)備運(yùn)行日常檢測(cè)中，很多檢查人員都會(huì)選擇性的忽略掉PCB 板引起的電磁干擾問(wèn)題，也是電磁兼容現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中比較常見(jiàn)的干擾源，對(duì)電磁兼容現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的精度有一定影響。所以，為保證電磁兼容現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試精度，促使電氣設(shè)備能夠安全、穩(wěn)定運(yùn)行，就必須高度重視PCB 板引起的電磁干擾，并采取有效的處理措施，從而提升電磁兼容性[6]。具體的處治方法，需要等電磁兼容現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)束之后，進(jìn)行有針對(duì)性的處理，以保證設(shè)備運(yùn)行質(zhì)量，避免發(fā)生不必要的安全性隱患。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本文采用理論結(jié)合實(shí)踐的方法，分析了電磁兼容現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中的干擾源辨識(shí)技術(shù)，分析結(jié)果表明，電磁兼容是很多電磁設(shè)備中普遍存在的問(wèn)題，對(duì)設(shè)備運(yùn)行質(zhì)量、運(yùn)行的安全性有較大影響。通過(guò)小波消噪技術(shù)、包絡(luò)和延拓?cái)?shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)、峰值特征提取、相似度評(píng)價(jià)指標(biāo)等技術(shù)能夠準(zhǔn)確識(shí)別出存在干擾源，為后期電磁兼容整改提供必要的數(shù)據(jù)參考和理論指導(dǎo)。通過(guò)控制干擾源，能夠?yàn)樵O(shè)備安全穩(wěn)定的運(yùn)行營(yíng)造一個(gè)良好大環(huán)境，值得高度重視。