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天府哈工大 >> 情系母校 >> 消失的浪花(14)电磁兼容测试场地设计、建设与检测
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艾明<离线 >
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标题: 消失的浪花(14)电磁兼容测试场地设计、建设与检测

    艾 明 2011年 10月5日   微信:18980760738   [email protected]   028-83287527  
    我们根据国际电工委员会电磁干扰专业委员会发布的CISPR公报及相关电磁兼容标准的要求,参考国内各电磁兼容检测中心的实例,设计了适用于电子测量仪器、通讯广播电视设备、计算机数据处理设备、及中小型工科医设备的电磁兼容测试场地。 
    我们的场地包括用于辐射干扰(EMI)测试的半电波暗室(模拟开扩场)、用于辐射抗扰度(EMS)测试的电波暗室、用于传导干扰测试的电磁屏蔽室、用于传导抗扰度测试的电磁屏蔽室。 
    场地主体结构是三套间的大型电磁屏蔽室,分别称为暗室(测试室)、接收室、发射室。暗室用于辐射测试。辐射干扰测试时,暗室内壁除地板外的五个面均被电磁波吸收材料所覆盖,形成模拟开扩场的半电波暗室。室内安置被测设备和接收天线。辐射抗扰度测试时,在半电波暗室的基础上,地板的主反射面(3M×3M)再覆盖吸波材料,成为电波暗室。室内安置被测设备、大功率发射天线及测定功率的接收天线。接收室主要安置电磁兼容测试接收机(频谱分析仪),兼作传导干扰测试场地。发射室主要安置大功率信号发生器,兼作传导抗扰度测试场地。 
    暗室屏蔽空间是场地设计的关键参数。它决定场地性能与工程造价,需要权衡利弊,综合考虑。原则是满足使用要求的前提下,尽量降低成本。暗室屏蔽空间首先取决于被测对象的大小。例如132厂的测量对象是飞机的机舱,因此暗室巨大。十所测量电子设备,与电子仪器相当,可作为主要参考。暗室屏蔽空间与测量方法关系密切。电磁兼容标准规定了3M、10M、30M法。我们选用3M法,即天线与被测设备的距离为3M。被测设备可作360度旋转,天线可上下移动。电磁波吸收材料占据暗室很大屏蔽空间。吸波材料越长,低频性能越好,但占用空间越大。上海电器科学研究所用了两米多长的尖劈,10所用500㎜,我们在主反射面选用700㎜,边角处选用500㎜尖劈。我们暗室屏蔽空间设计为9.2M×5.2M×4.9M,大于10所原用暗室,与10所新暗室相当。10所新的发射室、暗室、接收室等高,并行排列。为降低成本,我们降低了发射室和接收室的高度,空间均为4.6M×2.5M×2.9M。并采用套间排列。只有发射室一扇屏蔽门对外,由发射室经屏蔽门分别进入暗室与接收室。于是暗室与接收室对外有双重屏蔽门,大大提高了屏蔽效能。 
    电磁屏蔽室有两种结构:螺栓连接的可拆装屏蔽室和用钢板焊接的全封闭屏蔽室。10所选用可拆装屏蔽室。我们认为这种大型屏蔽室不存在更换地点的问题,因而选择了焊接结构。焊接屏蔽室称为高性能屏蔽室,其屏蔽效能远远高于可拆装屏蔽室。 
    大型屏蔽室都建有独立厂房。132厂大型屏蔽室用了数百万元建楼房。十所两屏蔽室都建了厂房。为节约费用,我们用现有厂房改建。厂房高度不够,就向地下扩展。 
    电磁屏蔽室建设公开招标。工厂掌握招标权的是总工程师林春勋和基建副厂长严以火。常州计算机厂向林春勋攻关,被林拒绝。厂评审会要求我们提供详细调查报告和决策建议。我们对国内电磁屏蔽室主要生产厂家的设计、制造、结构、工艺、材料、设备进行了全面考查。对全国大型电磁屏蔽室主要用户的使用运行情况进行了详细调研。常州电子计算机厂(地方国营)生产各种类型、各种规格的电磁屏蔽室,是名牌产品,结构工艺先进,质量可靠,占有全国市场的百分之六十几,被十所两次选中。北方交通大学通讯国家重点实验室所属电磁兼容检测中心的电磁屏蔽室,造价七十多万,也是常州承建。北方设计院(兵器工业部第六设计院)只生产焊接电磁屏蔽室,生产工艺较落后,但产品质量可靠,占有百分之二十几的市场份额,132厂的大屏蔽室就是样品。余下百分之十几的市场则是被无锡阳山屏蔽室厂等私营企业分享。私营企业报价低,回扣高,但质量差。在上海参观时,看见阳山厂为海军军标所承建的大型屏蔽室,屏蔽效能不合格,正在反复修理屏蔽门。于是,我们排除了私营企业竞标。需要综合权衡常州计算机厂和北方设计院两家。常州计算机厂经营灵活,明确表示给我们感谢费。开始报价四十多万,经多次协商,给予最优价:33万元。这是10所新屏蔽室的签约价。两年内物价已上涨很多,且10所产品是螺栓连接,我们产品要求焊接结构,又高了一个档次,确实降到了最优价。北方设计院为了在电子工业部打开缺口,希望在我厂建立样板工程,将利润压到最低,报出25万元(当时高级工程师的年工资6千多元)。他们是部属单位,财会制度严格,无回扣。深入分析对比两家产品发现:常州产品的结构先进,在于节省原材料;工艺先进在于减少工时,提高劳动生产率;与产品质量无关。北方院产品显得傻大黑粗,但非常坚固耐用,例如用矩型锰钢焊接的屏蔽室骨架,即便房屋塌下,也难压垮。从产品质量和用户实用效果而言,两家产品无差异。北方设计院产品既经济又适用,最符合本厂需求。厂评审会采纳了此建议,与北方设计院签约。           
    电磁屏蔽室建设完工后,请航空航天工业部西南电磁兼容测试站(132厂)进行检测鉴定,技术指标完全符合合同要求。屏蔽效能远远高于10所屏蔽室。 
    电磁屏蔽室内安装了电磁波吸收材料才能形成电波暗室。吸波材料的文字资料非常少,很多知识都是从国内外的供货商和用户处学习的。我们所知的吸波材料一类是铁氧体陶瓷片,一类是塑料基尖劈。前者体积小,价格昂贵,多用于隐形武器。后者是尖劈状的泡沫塑料,渗入碳黑,经阻燃处理后制成的。电波暗室多用后者。国内只有两处生产吸波材料:中科院大连物理化学研究所的关联企业,及中科院南京紫金山天文台的关联企业。紫金山天文台吸波材料项目负责人来到成都,在仪表处处长办公室与候东升和我见面,并请我们去他们住的招待所谈判,晚饭是他们招待的。后来胡正勇、乔宝祥处长责问我们,为什么要离开处长办公室谈判?为什么要接受对方招待?我们严正声明:我们是清白的,既然不信任我们,就另请高明。后来林春勋总工表态,对我们完全信任、大力支持,希望我们大胆工作。我们考察发现南京的生产稳定性较差,29所对南京尖劈进行剖切检查,亦发现渗碳深度不足。大连的材料质量较稳定,是市场主导产品。我们选择了大连的吸波材料。造价11万元。 
    大连对吸波材料采用电波反射法检验,可以定量测定尖劈的吸波性能。但检测方法复杂,只能取样抽查。我们吸收29所根据导电性查看渗碳深度的经验,用两根粗漆包线,制成一对20㎝长的探针,插入尖劈内部,测量导电率,从而观察渗碳量。这是简易的相对测量法,便于对成品进行100%检验。我们带着探针到大连去验收产品,确实查出了一些导电率低的成品。从而使大连厂认识到抽检法有漏洞。立即将探针法列入产品检验程序。将反射抽检与探针普检相结合,彻底解决了吸波材料的检验问题。 
    我们的电波暗室建成后,与十所的电波暗室进行了对比测试。二者的系统相对误差在4 db内,差别不太大。我们暗室的测试数据离散性较小,多次测量的重复性较好。10所暗室的测试数据离散性较大,重复性较差。表明我们的电波暗室优于十所电波暗室。 
    国内同行参观了我们的场地,都非常赞赏,认为是国内性价比最好的电磁兼容测试场地。30所将我们的电磁屏蔽室选为建设样板,电子工业部第十一设计院到现场进行测绘,依此设计30所的电磁屏蔽室。 
    美国HP公司、德国R/S 公司等世界仪器巨头,对于仅用他们十分之一的资金,就建起了这样好的电磁兼容测试场地,表示惊奇。 
    对用于微波测量的全电波暗室,有“静区”检测法。但用于辐射干扰测试的半电波暗室,没有电波静区,不能用静区检测。 
    此前,国内已建有若干个造价数百万至上千万的大型电磁兼容测试室。但建成后,均未对场地进行总体性能检测,只要检验吸波材料合格,装备的暗室就认为可用。 
    1995年12月,我到上海参加电磁兼容学术会议,得知上海电器科学研究所总工程师刚从国际会议上,得到一份美国最新的标准资料ANSI C63.4-1992。此资料对模拟开扩场半电波暗室的电波传输特性,规定了“归一化场地衰减(NSA)”检测方法。  
    由于我有长期从事电子测量工作的经历,所以能较快地学习和掌握ANSI C63.4-1992的内容。并于1996年春按“归一化场地衰减(NSA)”检测的要求,组建了测试系统,对我们新建的半电波暗室的电波传输特性,进行了“NSA”检测。检测数据证明我们的场地在所用频带内符合美国标准的要求。这是国内首次“NSA”测量。 
    用于辐射抗扰度测试的电波暗室,是在半电波暗室地板的主反射面覆盖吸波材料形成的。欧盟的电磁兼容标准IEC1000-4-3(EN50140),对辐射抗扰度测试电波暗室的电波传输特性,规定了“场强均匀性”检定方法。并要求从1996年1月1日开始执行。我们于1996年春,对辐射抗扰度测试暗室的电波传输特性,按照欧盟的电磁兼容标准IEC1000-4-3(EN50140),进行了“场强均匀性”检定。检测结果完全符合欧盟标准。这是国内首次进行“场强均匀性”检测。也是与欧盟同步执行IEC1000-4-3(EN50140)标准。 
    我将辐射干扰测试场地,按ANSI C63.4-1992标准进行的“归一化场地衰减(NSA)”检测,和辐射抗扰度测试场地,按IEC1000-4-3(EN50140)标准进行的“场强均匀性”检测,写成论文,名为《电磁兼容测试场地的检测》,提交给“第四届全国电磁兼容学术交流大会”。大会学术委员会回信称:辐射干扰测试场地的“归一化场地衰减(NSA)”检测已有文章发表,建议取消,只保留辐射抗扰度测试场地检测部分。我遵照回信建议修改,并将论文名称改为《辐射抗扰度(EMS)测试场地的检测》。此文发表在《第四届全国电磁兼容学术交流大会论文集》上。(中国铁道出版社1996年7月出版) 
    事后得知,辐射干扰测试场地的“归一化场地衰减(NSA)”检测,是北方交通大学正在进行中的科研项目。北方交通大学是中国铁道学会的重要成员,本届学术交流大会由中国铁道学会承办,自然会受到关照。大学比较重视理论研究。其实,场地检测属于实践工程,我们搞电子测量的人员更具优势。 
    1996年秋,我到北京参加大学同学聚会。在中国计量科学院《计量技术》编辑部谈起了论文修改一事,他们立即进行科技资料检索,证明国内无人发表按ANSI C63.4-1992标准进行“归一化场地衰减(NSA)”检测的论文。《计量技术》希望刊登这篇文章,要求我把原稿寄给编辑部。《计量技术》1997年第6期刊登了《电磁兼容测试场地的检测》一文。论文内容只含辐射干扰测试场地的“归一化场地衰减(NSA)”检测部分,关于辐射抗扰度测试场地检测部分,注明参阅《第四届全国电磁兼容学术交流大会论文集》的《辐射抗扰度(EMS)测试场地的检测》。 
    中国电子学会天线及电磁兼容分会认为我的论文很有参考价值,但分散在两处发表,不便阅读。于是在《第七届天线及电磁兼容测量年会论文集》(1996.10扬州)上,全文刊登了《电磁兼容测试场地的检测》一文。此论文集不是公开出版物,无版权之争。这就出现了一篇论文三处发表的现象。 
    上述事实表明,在国内电磁兼容测试场地的检测方面,我们最先采用国际最新技术,进行“归一化场地衰减(NSA)”检测和“场强均匀性”检测。我们的经验深受同仁重视。 
               

    结束语:  
                     少年追梦哈工大, 
                     奉命出征战西华;  
                     锦江波涛东逝去, 
                     沙河信步渡晚霞。

     本文转移自本网站原《校友交流》栏目。发表时间2017-5-11   阅读人次  111


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编辑 发贴时间: 2017/7/29 11:34:41 117.34.13.90
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