数字式重力计量设备电磁兼容性

　　数字式重力计量设备应用广泛,其电磁兼容性必须符合国家标准GB9254[1]的要求。目前,对于数字式重力计量设备的电磁兼容研究包括传导和辐射电磁干扰(Electromagnetic interference,EMI)两个方面。在传导EMI研究方面,传导噪声测量需要使用线性阻抗稳定网络(Line impedance stabilizationnetwork, LISN),传导噪声抑制多采用EMI滤波器[2-4],对于EMI滤波器的输入输出阻抗匹配问题,通常采用基于双电流探头及S参数的噪声源阻抗建模方法[5-6]解决。辐射EMI噪声诊断分为近场诊断[7-9]和远场诊断,近场诊断需要使用近场探头,而远场诊断则要在3米法电波暗室中测量,辐射噪声抑制大多采用屏蔽和涂刷导电漆等措施[10]。

　　尽管在上述EMI研究方面已取得了一些进展[11-12],但仍存在一些问题,譬如在传导方面由于缺乏有效的噪声诊断方法,设计EMI滤波器时不区分共模滤波器和差模滤波器,而是根据工程经验盲目地选择滤波器参数,抑制效果不明显;在辐射方面,由于电波暗室的造价昂贵,只有少数的专业检测部门才能进行远场测试,测试成本高,同时,辐射噪声抑制中常用的屏蔽、涂刷导电漆等抑制措施,增加了产品的制造成本。针对上述问题,本文在已有的研究基础之上[8-9],对数字式重力计量设备的EMI进行了研究,提出了基于传导EMI噪声抑制的分离网络优化结构和电感电容优化的滤波器设计,以及基于辐射噪声抑制的传输线共模电流分析方法,并进行了详细的分析。

　　1　EMI问题描述

　　本文研究的数字式重力计量设备型号为ASC-30,如图1所示,该设备硬件基于8951单片机控制。对该设备的数字电路分析可以发现,单片机的振荡频率由一个12 MHz的晶振提供,该晶振是引起数字式重力计量设备噪声超标的主要原因。

　　图1　数字式重力计量设备的硬件电路

　　数字式重力计量设备的EMI检测在江苏省计量科学研究院进行,传导与辐射EMI检测报告如图2所示。其中,传导测试频率范围为150 kHz至30MHz,噪声测试设备包括R&S公司的线性阻抗稳定网络(型号ESH3-Z5)和噪声接收机(型号:ESU26),数字式重力计量设备的传导EMI噪声峰值电压与平均值电压测量结果分别如图2(a)所示。辐射EMI检测在电波暗室中进行,测量距离为3 m,频率范围为30 MHz至1 GHz,测试设备包括R&S公司天线(型号3142c)、天线支架、转台和噪声接收机(型号ESU26),辐射EMI噪声峰值如图2(b)所示。

　　根据GB9254标准,数字式重力计量设备的传导和辐射EMI噪声超标点如表1所示。由此可见,数字式重力计量设备的超标点以晶振频率12MHz的倍频为主,应当针对12 MHz及其倍频设计EMI滤波器。

　　2　传导EMI噪声诊断与抑制