Защита от помех: Защита от помех в системах промышленной и лабораторной автоматизации

Содержание

Защита от помех в линиях связи. Практика проектирования и монтажа ИСБ

В рубрику «Комплексные решения. Интегрированные системы» | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций

В интегрированных системах значительно чаще возникают помехи в линиях связи. Просто по причине величины системы – чем больше соединено разного оборудования, тем больше вероятность где-то споткнуться о проблемы в линиях связи

A.M. Омельянчук
Начальник КБ компании «Сигма ИС»

Каково происхождение помех в линиях связи? Некоторые из них вызваны внешними причинами, но чаще встречаются перекрестные помехи с соседних линий связи или между линиями питания и линиями передачи данных.

Источник № 1 – земляные петли

Наиболее распространенная причина помех в системах, созданных не очень опытными проектировщиками, – земляные петли. Если кто забыл, вкратце напомню – земляная петля возникает при соединении двух «земляных» проводов в двух местах. В частности, при фактическом заземлении (соединении с землей) земляного провода в двух местах. Проблема в том, что обратные токи от различных устройств (систем) смешиваются и начинают течь по чужим проводам. В результате созданные этими токами перепады напряжения, по сути, добавляются к сигналу в чужой системе. Особенно хорошо известно влияние земляных петель в аналоговых видеосистемах – там даже незначительное проникновение соседнего канала в видеосигнал бросается в глаза.

Как бороться с земляными петлями? Исключать заземления, кроме самых необходимых. Заземлять всю систему только в одной точке. При подключении нескольких разнесенных устройств к одному блоку питания использовать подключение «звездой» и без необходимости не дублировать обратный провод питания и обратный провод сигнала.

Если это неизбежно, применять гальваническую развязку в цепях связи и цепях питания.

Источник № 2 – нет общего провода

Кстати, нередко источником проблем является обратная ситуация – полное отсутствие выравнивающего общего провода между двумя устройствами. Данные (тот же RS-485) и даже аналоговые видеосигналы нередко передаются по симметричной линии (витой паре). Если каждое устройство имеет собственный блок питания от 220 В, то больше никаких проводов между устройствами вроде бы и не нужно. Однако следует помнить, что, хотя полезный сигнал в симметричной линии дифференциальный (между проводами), существуют весьма жесткие ограничения на синфазную составляющую (между любым проводом и общим проводом питания). А если «опорные потенциалы» ваших устройств не соединены между собой, разность потенциалов между этими точками (и соответственно напряжение между сигнальной линией и «общим») будет непредсказуемо определяться утечками, паразитными связями и др.

Помехи и витая пара
Высококачественная витая пара помогает избежать существенных помех «между проводами», однако она вовсе не помогает избежать помех «относительно земли». Дифференциальные сигналы не очень чувствительны к таким помехам, но если синфазная помеха превышает допустимый порог (между прочим, всего 7 В для RS-485), линия связи резко перестает работать.

Решение для симметричной линии связи
Поэтому все устройства, работающие по симметричной линии связи, таки должны быть соединены между собой одним, но возможно более толстым проводом. Нередко таким проводом является общий провод общего блока питания. Если блоки питания разные, таким проводом может являться экран кабеля, состоящий из множества проволочек и потому имеющий приличное суммарное сечение. В таком случае (если экран является единственным проводом, соединяющим клемму «общий» у двух устройств) экран должен подключаться с двух сторон линии (то есть на всех устройствах системы).

Источник № 3 – линии связи

Использование нескольких пар в многопарном кабеле для разных целей иногда допустимо, но чаще приводит к проблемам. Переходная емкость между проводами на длине 100 м составляет несколько нанофарад. Даже при низ-коомных нагрузках сигнальных линий (как в случае с видеосигналом и популярным RS-485) перекрестная помеха составит около 10% сигнала, что совершенно недопустимо на аналоговых линиях типа НЧ-видео. А на длине 1 км – сравнится с сигналом по амплитуде, то есть полностью нарушит работоспособность даже цифровых линий связи.

Источник № 4 – линии питания

Помимо помех от линий связи, значительное число помех возникает от линий питания. Помеха частотой 50 Гц настолько распространена, что большинство сигнальных линий специально рассчитаны, чтобы данная помеха оказывала малое влияние. Недаром стандартный видеосигнал имеет 50 кадр/с и обычно засин-хронизирован с питающим напряжением. Это именно для того, чтобы сделать практически непобедимую помеху синхронной с сигналом, неподвижной и потому не бросающейся в глаза.

Большинство прочих аналоговых сигнальных линий предполагают усреднение за время, кратное 20 мс, – также для борьбы с этой всепроникающей помехой. Однако современные устройства, питающиеся от сети, как правило, имеют высокочастотные электронные преобразователи, работающие на частоте от единиц килогерц до десятков мегагерц. И нередко некачественное заземление корпусов таких приборов, неисправный блок питания (неисправный фильтр помех) или просто некачественный супердешевый блок питания приводят к появлению на линиях связи помех с непредсказуемыми характеристиками.

Как бороться с помехами от питания?
Во-первых, питать разные устройства от разных линий 220 В. Ни в коем случае не допускать питания ваших «нежных» устройств систем безопасности от обычной розетки, куда включены и электрочайники, и компьютеры. И ведите эти линии по разным лоткам и отдельно от осветительной и бытовой сети.

Разные устройства в пределах одной подсистемы, особенно одного производителя, скорее всего легко смогут работать при питании от одной розетки. Однако, несмотря на проводимую сертифицирующими органами жесткую проверку всех электропотребителей на создание помех (это шутка), устройства одного производителя могут создать помехи, слишком большие для устройств другого производителя. Особенно это относится к устройствам совершенно разных категорий из разных подсистем. Высокочувствительная видеокамера вряд ли будет хорошо работать бок о бок с мощным блоком управления вентиляторами и кондиционерами. Питайте их от разных линий и разделяйте между собой фильтрами по цепи питания. Кстати, самый лучший фильтр – это online UPS. Двойное преобразование энергии практически полностью очищает линию питания от посторонних помех (правда, может добавить свои помехи).

Как влияет кабель
Кстати, низкокачественные кабели сами по себе не приводят к возникновению помех, но могут сильно ухудшить ситуацию. Во-первых, витая пара с редким повивом не обеспечивает симметричного влияния помех на оба провода и тем самым увеличивает амплитуду помех. Кабели со слишком высоким сопротивлением и погонной емкостью ослабляют полезный сигнал, что обуславливает повышенную чувствительность к помехам, даже небольшим. Это, между прочим и является самой распространенной проблемой с линиями RS-485. Неопытные проектировщики полагают, что для них самым лучшим кабелем будет витая пара 6-й категории, забывая, что она очень тонкая, и на такой линии длиной 1 км чисто омические потери ослабят сигнал в несколько раз.

Не экономьте на кабеле!
Не экономьте на кабеле – чем сложнее система, тем сложнее могут оказаться поиски источников помех. Кстати, экранированный кабель может заметно снизить уровень внешних помех, но его необходимо правильно подключать:

  1. экраны всех отрезков одной линии следует соединять между собой;
  2. не подключать к другим линиям;
  3. желательно заземлить или подключить к общему проводу блока питания в одной точке вблизи центрального блока системы.

На гальванической развязке в линии связи экраны соединять не следует. Участки слева и справа от устройства гальванической развязки мы должны считать разными линиями и независимо заземлить на корпус самого важного прибора на каждом участке.

Обратите внимание, экранированный кабель имеет повышенную погонную емкость. Убедитесь, что его применение допустимо для конкретной системы на конкретной длине линии.

Аналоговые и цифровые линии

Влияние помех различно на аналоговых и цифровых линиях. В случае цифровой линии помеха должна лишь не быть сопоставимой с разницей уровней разных цифровых сигналов, и тогда ее можно игнорировать. В случае же аналоговой линии, в которой значение напряжения или тока может изменяться непрерывно, даже небольшая помеха может существенно нарушить работу системы (или недопустимо снизить точность работы системы). Конечно, наиболее очевидно влияние помех на НЧ-видеосигнал. Помехи на экране, даже небольшие, сильно раздражают оператора.

Второй пример аналоговых сигналов – датчики температуры и т.д. в системах кондиционирования и вентиляции. Помехи приведут не только к низкой точности стабилизации температуры, но и к повышенной частоте включений/отключений мощных устройств (моторов), что отрицательно скажется на их сроке службы.

Как классифицировать?
К аналоговым цепям относятся многие пери-метровые кабельные датчики вибрации. Сложно сказать, как следует классифицировать неадресные шлейфы сигнализации, предназначенные для подключения «сухих» контактов. Если на шлейфе есть всего один «сухой» контакт – это, безусловно, цифровая (дискретная) линия. Однако в большинстве случаев шлейф также контролируется на обрыв и короткое замыкание, а если в шлейфе различается более одной тревоги (например, в двухпороговых пожарных ППК различаются пожар-1 и пожар-2, а в некоторых охранных ППК реализовано «удвоение шлейфа», то есть различение извещателей с разными балластными резисторами), то в результате в шлейфе необходимо выделять почти 10 разных уровней сигнала, причем некоторые пороги довольно близки между собой и даже небольшая помеха может сильно сказаться на достоверности данных.

Проблема неадресных шлейфов
Особенно подвержены помехам двухпроводные шлейфы с питаемыми по шлейфу извеща-телями (а это почти все традиционные неадресные пожарные извещатели). Смешение в одном кабеле тока питания и измерительного сигнального тока при простейшем алгоритме определения наличия сигнала означает высокую чувствительность к помехам, особенно если имеется нестабильность токов питания извещате-лей, а нередко встречается еще и превышение допустимого суммарного тока питания.

В целом классические неадресные шлейфы не следует делать очень длинными. По возможности следует разносить по зданию устройства, связанные цифровыми линиями (типа RS-485 или адресным шлейфом), а по сути своей аналоговые неадресные шлейфы лучше тянуть на минимально необходимое расстояние.

Нюансы адресных шлейфов
Цифровые линии не столь подвержены влиянию помех, хотя двухпроводный адресный шлейф, по которому подается питание адресных устройств и передаются данные, конечно, более чувствителен к помехам, чем 4-провод-ный, с раздельными линиями данных и питания. С другой стороны, существенно, какова амплитуда полезного сигнала и каково эффективное сопротивление линии. Чем больше сопротивление, тем больше будет амплитуда помех. Но если в двухпроводном адресном шлейфе амплитуда полезного сигнала составляет 20–30 В – это намного надежнее, чем 1–2 В на линиях RS-485.

Меньше скорость – выше помехоустойчивость
В целом чем проще (медленнее) линия передачи данных, тем менее она чувствительна к помехам, но только в случае, если оборудование предназначено для такой скорости. Обратите внимание, если оборудование одного производителя, предназначенное для совместной работы, может иметь специальные приемопередатчики RS-485, предназначенные для надежной низкоскоростной работы (ориентированные на 100–200 кбит), то применение, скажем, конвертора-усилителя общего назначения (на стандартные 5 мегабит) сразу же резко снижает помехоустойчивость всей системы.

Перегрузка

Многие системы стабильно работают в дежурном режиме, но крайне болезненно относятся к нестандартным ситуациям. Одной из таких ситуаций является включение питания.

На старте
Перегрузка блоков питания на старте – обычное дело. При этом некоторые устройства могут опять уйти в сброс, и такая последовательность будет продолжаться некоторое время, пока постепенно все не успокоится. Особенно опасна ситуация, складывающаяся в системе постепенно.

Разные устройства по мере монтажа постепенно включаются в работу, и все идет замечательно. Но если в уже работающей системе кратковременно отключить питание, при одновременном старте всех устройств сразу она может не включиться обратно или даже сжечь предохранители.

Еще хуже тот факт, что перегрузка при старте может быть не только по питанию, но и по линиям данных. Одновременный старт и инициализация множества устройств, особенно разных подсистем разных производителей, вполне в состоянии существенно перегрузить линии связи, что в некоторых случаях приведет к самоблокировке системы – она никогда не сможет заработать без вмешательства оператора. Общая рекомендация – проектировать сеть Ethernet как минимум на порядок более производительной, чем кажется необходимым по расчетам. Вторая рекомендация – по возможности вручную настраивать задержки инициализации различных систем после включения питания.

При тревоге
Самая неприятная ситуация – перегрузка при тревоге. Даже если не рассматривать параноидальные модели поведения противника (такие как сознательное создание тысяч ложных тревог на одном фланге с целью замаскировать проникновение на другом фланге), все равно в случае реальной тревоги (а особенно пожара или аварии) лавинообразно возникают сотни событий, видеоподсистемы начинают старательно передавать и записывать на файлсервера огромные потоки данных, и перегрузка сети передачи данных весьма возможна.

Особенно тяжелые ситуации происходят при обрыве магистральных линий связи или выходе из строя некоторых элементов центрального оборудования. Система одновременно фиксирует потерю связи со множеством устройств, подключенных к поврежденным участкам сети. Одновременно множество алгоритмов переходят на аварийный режим и нередко «на всякий случай» еще и начинают резервировать свои данные. Такие ситуации довольно легко смоделировать и потому следует проверять при завершении пусконаладки системы.

3 рекомендации для крупной ИСБ

В целом чем больше размер интегрированной системы, тем труднее предсказать особенности ее поведения, тем опаснее даже небольшие отклонения от проектного функционирования. Потому в больших системах особенно важно:

  1. тщательно выбирать качественные кабели;
  2. корректно заземлять устройства;
  3. делать большой запас по мощности питания и производительности устройств связи.

Однако можно дать и общую рекомендацию: чем ниже (глубже) уровень интеграции, тем меньше будет проблем. Если на объекте пожарная сигнализация, охранная, контроль доступа, инженерные системы, видеонаблюдение – все имеет собственную сеть RS-485 управления, собственную кабельную сеть и объединено только на самом верхнем уровне с помощью взаимосвязей между несколькими программами разных производителей – проблем будет много. Если же все периферийные устройства подключены к одному адресному шлейфу, контроллеры связаны между собой одной линией RS-485 или Ethernet и программа управления также одна – взаимные помехи между подсистемами если и возникнут, то будут легко прогнозируемыми и учитываемыми. Интегрированная система, состоящая из 10 узкоспециализированных систем – головная боль. Сходная система, собранная из 2–3 систем высокой интеграции, ведет себя намного более предсказуемо.

Опубликовано: Журнал «Системы безопасности» #3, 2011
Посещений: 17816

В рубрику «Комплексные решения. Интегрированные системы» | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций

экранирование стеклом с ITO-покрытием и сетками

Что такое защита от электромагнитных помех?

Электронное оборудование излучает электромагнитные волны. Для предотвращения их воздействия на электронное оборудование часто применяется экранирование электромагнитных помех. Разные экранирующие материалы защищают от помех на разных частотах. Приведенный ниже рисунок демонстрирует экранирующие свойства некоторых широко применяемых материалов.


Рис. 1. Экранирующие свойства разных материалов

Типы экранирования электромагнитных помех

Существует два типа экранирования электромагнитных помех:

  • Прозрачные проводящие покрытия часто используются в продукции, в которой необходим высокий коэффициент пропускания.
  • Мелкоячеистые металлические сетки лучше экранируют от помех.

Таблица 1. Сравнение типов экранирования электромагнитных помех

  Прозрачное проводящее покрытие Металлическая сетка
Поверхностное сопротивление 5~10 Ом/м² <1 Ом/м²
Коэффициент пропускания 80%-90% 70%-80%
Затухание 20~40 дБ 30~60 дБ
Диапазон затухания (МГц) 20-1000 10-10000
Отличные оптические свойства Стандартные оптические свойства
Низкое или среднее экранирование электромагнитных помех Высокое экранирование электромагнитных помех

Прозрачные проводящие покрытия

Одной из наиболее широко применяемых прозрачных проводящих пленок является оксид индия-олова (ITO-сплав). Это идеальный выбор, если требуется дисплей с хорошими оптическими свойствами. Пропускание света может составлять до 80-90%. Наиболее часто используются стекла или пленки с покрытием. При покрытии стекла ITO-сплав наносится непосредственно на дисплей или сенсорный экран, при покрытии пленки ITO-сплав наносится на ПЭТ пленку, которая клеится на устройство.


Стекло с ITO-покрытием

Стекло с ITO-покрытием

Высококачественное проводящее покрытие стекла для экранирования электромагнитных и инфракрасных помех.

Характеристики

  • Оптические константы напыленного в вакууме ITO-покрытия (оксид индия-олова) соответствуют требуемым техническим характеристикам.
  • Покрытие стекла оксидом индия и олова обеспечивает высокие оптические свойства и эффективное экранирование.
  • ITO-покрытие доступно для многослойных и однослойных стекол.
  • Возможны дополнительные покрытия, например, антибликовое или противоотражающее.
  • Поверхностное сопротивление стекла с ITO-покрытием ≥ 5 Ом/м².

Пленки ITO-покрытием (прозрачные проводящие пленки)

Многослойные прозрачные проводящие пленки на универсальных пленках ПЭТ.

Характеристики

  • Пленка высокой видимости с низким сопротивлением.
  • Уменьшение электромагнитных помех и ИК-излучения от поверхности дисплея.
  • Пленкой можно покрывать сенсорные экраны, стекло или акрил.
  • Поверхностное сопротивление экранирующей пленки ≥ 8-10 Ом/м².

Мелкоячеистые металлические сетки

Мелкоячеистые металлические сетки обеспечивают превосходное экранирование электромагнитных помех. Обычно электромагнитные сетки изготавливают из стальной или медной проволоки. Плотность сетки измеряется в единицах OPI (Openings per inch или отверстия на дюйм). Например, 60 OPI означает, что на дюйм приходится 60 отверстий. Чем меньше значение OPI, тем лучше сетка экранирует электромагнитные помехи.

Экранирование электромагнитных помех проволочными сетками

Проволочные сетки для экранирования электромагнитных помех используются в электронных дисплеях.

Характеристики

  • Поверхностное сопротивление сетки ≥ 1 Ом/м².
  • 80 или 100 OPI (отверстий на дюйм).
  • Основа из нержавеющей стали или меди.
  • Диаметр провода из нержавеющей стали — 0.0012” (31 мк).
  • Диаметр медного провода — 0.0022” (56 мк).
  • Сетку можно поместить между оптическими подложками или на заднюю поверхность сенсорного экрана.
  • Сетку можно установить на металлическую рамку и закрепить уплотнительным материалом.

Применение экранирования электромагнитных помех

Компания Winmate устанавливает экранирование электромагнитных помех по запросу. Оно наиболее широко применяется в линейке продукции для силовых структур.

Материалы по теме:

Товары из статьи

Защита от электромагнитных помех в сервостистемах

Правильный выбор экранированных кабелей является одним из самых важных шагов при создании надежных и точных сервосистем

Кабели выпускаются с различной экранировкой и типами проводов

Экранировка кабелей защищает сигналы в жилах от внешних источников электромагнитных помех, а также уменьшает излучение самого кабеля, которое может оказывать влияние на оборудование и проводку рядом с кабелем.

 

Типы электромагнитных помех

Чтобы понять принципы экранирования, необходимо сначала понять принципы передачи электромагнитных помех через соединения, так как экранировка, предназначенная для одних типов соединений, может оказаться совершенно неэффективной для других. Более того, неправильная привязка (заземление) экрана может привести даже к худшим результатам, чем отсутствие самой экранировки. Четыре типа помех в цепях могут привести к ухудшению качества сигнала:

  • емкостные помехи;
  • индуктивные (магнитные) помехи;
  • внутренние помехи;
  • излучательные помехи.

Емкостные помехи обычно доставляют меньше всего проблем и легче всего подавляются. Тем не менее, они могут приводить к искажению высокочастотных сигналов в проводниках с большим выходным сопротивлением. Характеристики: высокочастотные флуктуации напряжения, не связанные с изменением тока. Их можно заметить на осциллографе с обыкновенным заземлением. С точки зрения математических формул эти помехи можно отделить от излучательных помех. Способы подавления: использовать кабели с заземленной экранировкой. Заземление особенно важно, поскольку кабель находится в емкостной связи с экраном.

Индуктивные (магнитные) помехи возникают в результате воздействия сильного магнитного поля, действующего по принципу генератора. Это может привести к возникновению тока в проводнике с относительно низким импедансом и нарушить процесс передачи сигнала. Электромагнитные помехи данного типа и вызванные ими реакции в системе могут оказаться достаточно мощными для включения или отключения приборов. Характеристики: в индуктивных (магнитных) помехах отсутствует постоянная составляющая, частоты могут варьироваться от самых низких до самых высоких в пределах измерения (> 500 МГц). С математической точки зрения индукционные помехи описываются так же, как и емкостные. Способы подавления: как правило, эффективной оказывается витая пара с заземленной экранирующей оплеткой. Экранировка такого типа подавляет помехи от источников и приемников, снижая как излучение, так и поглощение индуктивных помех благодаря непосредственной близости проводников к заземленной оплетке. Индуктивные помехи пойдут по пути наименьшего индуктивного сопротивления, так что оплетка поглотит их до того, как они смогут достигнуть кабелей. Экранировка фольгой не столь эффективна из-за магнитных вихревых токов.

Внутренние помехи — помехи, возникающие при непосредственном подключении источника шума к системе, например, когда источник питания создает импульсные помехи на линии переменного тока. Характеристики: внутренние помехи могут иметь ненулевую постоянную составляющую. Сдвиг постоянной составляющей — один из признаков типа соединения. Помехи могут оказаться низкочастотным (например, шум 50 Гц) и не будут описываться законами импеданса (кроме ограничения по мощности). Способы подавления: от внутренних помех нужно избавляться при помощи изоляции, фильтрации или других методов согласования импедансов. Экранировка неэффективна при подавлении, но, по крайней мере, поможет не допустить выход помехи за пределы системы. Сильные внутренние импульсные помехи в неэкранированной системе могут стать индуктивными.

Стандарт NEC (National Electrical Code)

Национальная ассоциация по противопожарной защите опубликовала стандарт NEC (National Electrical Code), по которому все кабели разделяются на две группы. К группе кабелей для проводки в зданиях относятся кабели, используемые в стационарных сооружениях, где они не подвержены деформации и обычно укладываются в каналах за стенами или в других местах, недоступных для визуального осмотра.

Ко второй группе относятся гибкие шнуры и кабели. Эти кабели предназначены для соединения электроприборов, которые могут перемещаться друг относительно друга. В область их применения входит промышленное и транспортно-загрузочное оборудование, станки и другие системы, содержащие движущиеся части с электрическими кабелями.

Неотъемлемые части кабеля — проводник, изоляция, экранировка и оболочка — должны быть качественно изготовлены, чтобы соответствовать заявленному сроку службы в наихудших с точки зрения изгибов и деформаций условиях. Однако относящиеся ко второму типу кабели обычно не рекомендуют применять в стационарных системах, поскольку они не предназначены для укладки в каналах и в других изолированных местах и не проходили соответствующего тестирования. Эти кабели, как правило, находятся в прямой видимости — поврежденный кабель легко обнаружить и заменить.

Излучательные помехи — наиболее сложный тип помех, имеющий ряд важных для понимания специфических ограничений, связанных с частотами. Характеристики: как правило, прибор должен находиться на расстоянии 1/2 (длина волны) от источника излучения и иметь «антенну» длиной, как минимум, /20. В этом случае источник помех будет располагаться вне прибора. Способы подавления: экранировки фольгой недостаточно. Экранировка оплеткой может быть эффективной, хотя ее применение в случае излучательных помех сопряжено с дополнительными требованиями. Во-первых, экран не должен прерываться внутри экранируемых цепей. Обязательна полная экранировка со всех направлений. В случае очень высоких частот небольшие отверстия или дорожки, которые обычно допустимы, могут давать существенный вклад в импеданс. Даже безобидное отверстие, через которое проходит кабель, может стать местом проникновения излучательных помех. Тот, кто знаком со стерео-радиоприемниками, знает правильный способ экранировки и может указать контуры и конденсаторы, подверженные влиянию излучательных помех.

При изгибе и скручивании кабелей сильно сокращается срок их службы. При необходимости сделайте крепление, обеспечивающее продольное смещение кабеля

 

Выбор типа кабеля

Выбор подходящего типа экранированного кабеля под конкретную задачу и частотную область — основной пункт в обеспечении сохранности низкоуровневых сигналов в цепях управления, точного и надежного позиционирования сервосистемы. Кроме того, применяемые в контурах управления высокой мощности экранированные кабели гарантируют, что приводная система не влияет на окружающее оборудование. Например, правильно подключенный экран может предотвратить шумовой ток через заземление (его иногда называют помехой общего вида). Экранировка при помощи оплетки, спиральной обмотки и фольги обеспечивает путь с наименьшим импедансом для низко- и высокочастотного шумового тока, возвращая его обратно на двигатель. Основное назначение экранировки состоит в подавлении радиоизлучения. Часть энергии помех, достигающая экрана кабеля, отражается, часть перенаправляется по экрану с низким импедансом, но оставшаяся часть энергии шума проникает за экран и искажает низкоуровневые сигналы в близлежащих цепях. Задача состоит в выборе наиболее эффективной экранировки, сводящей к минимуму проникновение помех. Силовые кабели серводвигателей и линии обратной связи подвержены влиянию как собственного радиоизлучения, так и влиянию внешних электромагнитных помех. В дополнение к помехам, создаваемым расположенным рядом оборудованием и кабелями приводной сервосистемы, сами двигатели генерируют основную часть электрического шума. Чтобы свести его к минимуму, кабели контуров обратной связи, аналоговые, цифровые и другие низковольтные цепи экранируются, чтобы подавить как поглощаемые, так и излучаемые электромагнитные помехи. Витые пары также часто экранируются, что позволяет снизить перекрестные помехи. Скрутка сигнального и заземляющего провода снижает излучение, а экранировка полученной витой пары создает еще один уровень защиты и подавляет перекрестные помехи между внешними цепями и жилами в кабеле. Наружная экранировка защищает цепь от внешних электромагнитных помех и снижает излучение самого кабеля. Силовые кабели сервосистем создают мощное электромагнитное излучение из-за очень быстрого включения и выключения тока двигателя. Из-за резкого изменения тока возникают существенные высокочастотные помехи емкостного и индуктивного типа, излучаемые силовым кабелем. Экранировка силовых кабелей снижает уровень излучения, а также защищает контуры обратной связи и оборудование системы. При выборе правильной экранировки необходимо учитывать множество факторов, включая экранирующий материал. Среди них:

  • некоторые кабели имеют общую экранировку, заключающую в себе все проводники одновременно,
  • в других кабелях экранируются отдельные проводники или пары,
  • кабели, предназначенные для неблагоприятных внешних условий, содержат как индивидуальную, так и общую экранировку.

Двойная экранировка, разделенная слоем изолятора, улучшает защиту от помех, но снижает гибкость кабеля. Например, первый слой экранировки из алюминиевой фольги дает 100% покрытия и защиту от высокочастотных помех. Второй слой из медной оплетки (поверх изоляционного слоя) повышает защиту от низкочастотных помех, существенно добавляет прочности и увеличивает срок службы при изгибе.

 

Три типа экранировки

Кабели с экранировкой из оплетки, спиральной обмотки и фольги подходят для всего диапазона напряжений стандартных сервосистем.

Рекомендации по уменьшению электромагнитных помех в кабельных соединениях

Приведем несколько общих рекомендаций по увеличению устойчивости сервосистемы к электромагнитным шумам:

  1. Кабели, особенно в контурах обратной связи, не должны быть слишком короткими во избежание сильных изгибов и слишком длинными, так как это приведет к повышению уровня шума, искажающего сигнал. Если кабели двигателей и приводов длиннее, чем необходимо, они излучают больше помех. Кабели должны быть короткими насколько это возможно.
  2. Использование отдельных силовых кабелей и кабелей обратной связи снижает перекрестный шум между соединяющими двигатели с приводами сильноточными линиями, цепями с низковольтными сигналами обратной связи и другими аналоговыми и цифровыми линиями. Силовые и сигнальные кабели должны прокладываться, если это возможно, в разных каналах или находиться на расстоянии как минимум 10 см для токов до 20 А, 15 см для токов до 40 А и 20 см для токов до 80 А. Если силовые и сигнальные кабели скрещиваются, их нужно расположить строго перпендикулярно друг к другу.
  3. Композитные кабели (силовые линии/обратная связь) позволяют сэкономить место и упростить разводку, но существенно увеличивают вероятность влияния электромагнитных помех от силовых линий на цепь обратной связи. Сигнальные линии качественных композитных кабелей объединены в витые пары с двойной экранировкой.
  4. Многие производители серводвигателей поставляют готовые кабели вместе с системой. Эти кабели позволяют сэкономить время и обычно дают гораздо лучший результат по сравнению с кабелями собственного изготовления.
  5. При длине кабелей более 25 метров рекомендуется использование общих фильтров на двигателях.
  6. Когда применяются фильтры переменного тока питания, входы и выходы должны располагаться отдельно.
  7. В аналоговых цепях дифференциальные входы гораздо менее восприимчивы к шуму по сравнению с одноконтактными. Сигналы должны передаваться по экранированным кабелям с заземленной на обоих концах оплеткой. Экраны силовых кабелей также должны быть заземлены со стороны двигателя и привода, чтобы не допустить проникновения помех от обмоток двигателя в цепи.
  8. Экранировка кабелей в местах соединения должна быть полной. Не стоит оставлять «хвосты» оплетки для заземления, так как часть проводника остается открытой для электромагнитных помех. Не следует разделять кабели перед колодкой с терминалами. Все металлические части корпусов должны соединяться проводящими шнурами. Чтобы обеспечить хороший контакт, в местах крепления привода на панели следует удалить краску.

Оплетка обычно состоит из сплетенных в сеть медных нитей, покрывающих отдельные проводники, витые пары или все жилы в кабеле одновременно. Доля покрытия определяется плотностью расположения нитей в оплетке и обычно составляет 60-95%. Больший процент покрытия означает лучшую защиту от электромагнитных помех и пониженное радиоизлучение. От диаметра нитей, обычно равного 32 и 40 AWG (прим.: American Wire Gauge (AWG) — используемая в США система стандартов маркировки толщины провода. Чем меньше номер AWG, тем толще провод и ниже его сопротивление), напрямую зависит гибкость оплетки, срок службы при изгибе и степень покрытия. Луженые нити более устойчивы к коррозии, обеспечивают лучший электрический контакт и удобнее при пайке, но не столь гибки, как неизолированные нити того же размера. Гибкие кабели для сервосистем обычно имеют оплетку из очень качественных неизолированных нитей. Сигнальные кабели должны состоять из заключенных в экран из фольги витых пар в общей оплетке.

Спиральная обмотка обеспечивает большую гибкость и время жизни при изгибе, чем оплетка. Она состоит из оголенной или луженой проволоки, закрученной по спирали вокруг проводника. 

Существует оптимальное сочетание механической прочности и степени экранировки кабеля для приложений

Спиральная обмотка лучше всего подходит для низких частот и часто обеспечивает покрытие более 95%. Она применяется в самых гибких и устойчивых к деформациям, например к скручиванию, кабелях, когда экранировка из оплетки и, особенно, из фольги может быть повреждена при скручивании кабеля. Заземление спиральной обмотки усложняется в случае ее замкнутости. Экран из фольги обычно делается из алюминиевой фольги на полиэфирной подложке. Подложка необходима для механической прочности. Алюминий обеспечивает эффективную защиту от высокочастотных помех емкостного типа. Медная проволока используется не так часто и покрывает низший частотный диапазон. Экран из фольги может накладываться на проводник одним из трех способов: фольгой к проводнику, фольгой наружу или с загнутыми в форме буквы Z краями наматываемой полоски фольги. Два первых способа допускают некоторую утечку шума, поскольку в местах наложения фольги и подложки нет прямого проводящего контакта. В то время как изгиб краев в форме буквы Z позволяет добиться полного покрытия проводника, так как при наложении фольга непосредственно соприкасается с фольгой. Дополнительный провод вдоль экрана из фольги обеспечивает надежность заземления.

 

Требования стандартов UL, CSA, CE

Кроме уменьшения или полного подавления помех при работе сервосистем и окружающего оборудования, экранировка может оказаться необходимой для обеспечения соответствия определенным регулирующим стандартам, например CE (стандарты качества и безопасности Европейского союза). Диаметр проводника, тип изоляции и знак качества (если есть) обычно нанесены на изоляцию кабеля вместе с классом по напряжению и температуре. Знаки Лаборатории по технике безопасности США (UL) и Канадского агентства по стандартизации (CSA) подтверждают, что кабель проверен одной или обеими организациями на предмет безопасности использования в соответствии с техническими условиями производителя. Однако это не означает, что кабель отлично экранирован. Стандарт CE устанавливает пределы уровня возникающего в линии шума, но только лишь использование сертифицированного на стандарт CE кабеля не гарантирует, что вся система соответствует стандарту CE. Соответствие стандарту также определяется тем, как используется кабель, так что без тщательного изучения технических характеристик и тестирования на реальной установке не обойтись.

 

Требования к гибкости

Кабели для задач, где главным фактором является гибкость, обычно имеют:

  • качественные проводники из медных нитей;
  • гибкую изоляцию;
  • нескользящие изоляционные компоненты на каждом слое проводника;
  • равномерную обмотку связки проводников;
  • внутреннюю оболочку между связкой проводников и экраном;
  • очень качественную медную экранирующую оплетку;
  • экран из фольги со шнуром вокруг линии для обратной связи;
  • гибкую внешнюю оболочку.

Экраны гибких кабелей делаются из качественных неизолированных медных нитей, которые очень легко принимают форму связки проводников. Когда кабель сгибается, экран должен скользить вдоль связки проводников с низким трением и не застревать на неодно-родностях, формируемых отдельными проводниками или промежутками между ними. Отсутствие гладкой цилиндрической поверхности под экраном может привести к безвозвратной деформации (скручиванию) кабеля. Между экраном и связкой проводников помещается тонкая внутренняя оболочка, чтобы заполнить промежутки между проводниками и тем самым сформировать гладкую цилиндрическую поверхность, по которой будет хорошо скользить экран. Хорошим способом создания гладкой поверхности под экраном является добавление наполнителей и обмотки из текстильных волокон. Особенность другого процесса изготовления кабелей — штампованная внутренняя оболочка, которая, благодаря своей структуре, поддерживает практически идеальную цилиндрическую форму связки проводников даже во время изгиба. Данный метод требует больше затрат, чем технология с наполнителем и обмоткой, но обеспечивает большую надежность. Экран оплетается или наматывается на внутреннюю оболочку, затем покрывается наружной оболочкой. Относительное смещение составляющих кабеля во время сгиба создает трибоэлектрический шум, что приводит к возникновению статических и пьезоэлектрических помех. В тщательно сконструированных кабелях это явление сведено к минимуму, однако его нужно всегда принимать во внимание. Различные типы деформаций влияют на выбор составляющих кабеля, включая экран. К обычным типам деформации кабелей относятся продольный изгиб, поперечный изгиб и скручивание. В технических характеристиках указывается тип деформации, которая не нанесет кабелю повреждений. Поперечный изгиб — это изгиб или вращение свободного конца закрепленного на шарнире кабеля в разные стороны. Продольный изгиб возникает при фиксации одного конца кабеля и перемещении другого конца вперед и назад. Кабели, предназначенные только для линейных изгибов не должны подвергаться скручиванию. Например, скручивание имеет место в робототехнике, когда рука робота, внутри которой находятся кабели, вращается против и по часовой стрелке. Для таких задач лучше всего подходит экран из спиральной обмотки.


Смотрите также сборник «Электромагнитная совместимость в электронике».

Facebook

Twitter

Вконтакте

Google+

Защита от электромагнитных помех

  1. Статьи
  2. Обслуживание и ремонт систем безопасности
  3. Защита от электромагнитных помех

Д. Каткин тех. директор MATAEL LTD

Примечание: в данной статье приведены примеры с объекта в Москве, который недавно был оборудован системами безопасности.

История из жизни. Новое административное здание оборудуется комплексом систем безопасности. Системы запускаются, проверяются и стабильно работают месяц, другой, третий. Но в один прекрасный день начинается кошмарный сон для фирмы, обслуживающей комплекс систем безопасности. Системы в буквальном смысле начинают сходить с ума. Пропадают контроллеры, рушатся базы данных, СКУД отказывается загружаться, пожарные системы показывают появляющиеся и пропадающие неисправности, которых просто не существует. Техники бегают, клиент в гневе. Проверки, проверки и еще раз проверки. Пока кто-то не догадывается проверить электромагнитные поля в здании. И, как говорится, ларчик просто открывался. Оказалось, что недавно установили и запустили в эксплуатацию почти мегаваттный источник бесперебойного питания с двойным преобразованием частоты. Питание от этого ИБП распределено по всему зданию и обеспечивает напряжением 220 В все, что должно работать 24 часа в сутки 365 дней в году. Казалось бы, чего такого? Ничего особенного, кроме сильнейших наводок на все линии связи и шлейфы систем безопасности, о которых не подумали при выборе ИБП и проектировании цепей его нагрузки, ставших огромной излучающей антенной. По практическим итогам борьбы с таким проявлением технического прогресса и написана эта статья.

Любой объект, будь то офисное, больничное, производственное или жилое здание, должен быть спроектирован в соответствии со следующими стандартами, правилами и нормами, принятыми в Российской Федерации:

— ГОСТ 13109-97 Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения.

— ГОСТ Р 50571.1-93 Электроустановки зданий. Основные положения.

— ГОСТ Р 50571.2-94 Электроустановки зданий. Основные характеристики.

— ГОСТ Р 50571.21-2000 Электроустановки зданий. Выбор и монтаж электрооборудования.

— ГОСТ Р 50571.24-2000 (МЭК 60364-551-97) Электроустановки зданий.

— ГОСТ Р 51317.2.5-2000 Совместимость

технических средств электромагнитная. Электромагнитная обстановка.

— Правила устройства электроустановок (ПУЭ).

Что делать, если вы получили в руки объект, который необходимо снабдить системами безопасности? Во-первых, убедиться в наличии документации, удостоверяющей соблюдение приведенных правил и стандартов. Во-вторых, в любом случае использовать аппаратуру, в которой предусмотрена помехозащищенность большая, нежели предусматривается стандартами.

Борьба с помехами высокой интенсивности требует следующих мер, которые рекомендуется учесть в случае проектирования систем безопасности на объектах, уровень электромагнитных помех в которых выше, чем разрешено стандартами:

— Приведение уровня разности потенциалов между «нулевым» проводом питания от сети 220 В и заземлением к нулю.

— Приведение контура заземления к соответствию стандартам.

— Шунтирование любых развязок между цепями заземления.

— Подключение адресных и безадресных шлейфов радиально с нагрузкой в конце линий для снижения уровня помех, так как при соединении кольцевым способом в шлейфе возникают паразитные токи наводок. Номинал нагрузки указывается в технической документации. Таким образом, помеха станет почти симметричной на жилах шлейфа и гораздо слабее будет влиять на уровень «нуля» постоянной составляющей адресного шлейфа. Ограничение минимума сопротивления нагрузки в случае адресного шлейфа зависит лишь от мощности источника питания адресного шлейфа.

— Использование экранированного провода для адресных и безадресных шлейфов, а также для сигнальных цепей, подключаемых к адресным меткам и выходным устройствам. Экран проводки должен быть подключен непрерывно и присоединяться только к модулям системы, к которым подключены данные шлейфы. Соответственно, туда же необходимо подключать заземление самих модулей. В случае, если экран будет подключен в нескольких точках, то эффект будет обратный — в замкнутом кольцом на контур заземления экране возникнут паразитные токи, наведенные помехами, и он сам станет источником помех. Таким образом, будет достигнуто дополнительное снижение помехи в сигнальных жилах шлейфа.

— Использование экранированного провода для линий связи между модулями системы. Учитывая то, что данная линия связи чаще всего отвечает требованиям стандарта EIA485, экран подключается к специальной клемме, которая предусмотрена на центральном устройстве и является средней точкой данной линии связи. Сама линия связи выполняется радиальным способом, и в конце линии ставится нагрузка 120 Ом. Например, в системах производства MATAEL LTD данная нагрузка предусмотрена на модулях и включается на последнем модуле на линии связи с помощью специального переключателя. Экран кабеля ни в коем случае не должен соприкасаться с заземлением во избежание создания несимметричности передающей цепи.

— При выборе между радиоканальной и проводной системой следует обязательно убедиться, что на объекте не используются средства радиосвязи (в том числе переносные рации охраны, внутренней связи и т.п.), радиоуправляемые игрушки, шлагбаумы и другие технические средства, использующие радиосвязь. Дело в том, что используемые для радиоканальных систем пожарной сигнализации частоты 433 и 868 МГц являются не-лицензируемыми и используются перечисленными техническими средствами. В случае присутствия перечисленных технических средств на объекте следует ставить проводные системы пожарной сигнализации, так как они не подвержены влиянию радиопомех.

Эти методы были успешно применены на одном из объектов в Москве, который нам довелось оборудовать. На заземляющем контуре объекта присутствуют наводки от источника бесперебойного питания в диапазоне 0,1 Гц — 22 МГц напряжением до 20 В в силу конструктивной особенности ИБП — элементов развязки между «землей», приходящей к ИБП, и «землей», выходящей из ИБП внутрь объекта. Задача заземления систем безопасности состоит не только в том, чтобы обезопасить обслуживающий персонал. Надежное заземление должно обеспечивать нулевой потенциал, как по переменному, так и по постоянному току в любой точке подключения к нему на объекте. Только в этом случае возможно избежать влияния мощных помех на сигнальные линии систем безопасности. Максимальная интенсивность помех наблюдалась в частотном диапазоне 2-16 КГц. Учитывая то, что в линиях связи систем безопасности часто используются частоты данного диапазона, то их влияние вызывало кратковременные сбои в работе систем безопасности (пожарная, СКУД, видеонаблюдение, охранная система, система оповещения). Напряжение было замерено относительно специально созданного отдельного заземляющего контура. Учитывая то, что металлические кабель-каналы, в которых проложена проводка систем безопасности, подключены к такой «шумящей» земле, наводки на сигнальных цепях систем безопасности были от 3 до 20 В, что недопустимо ни по каким стандартам. В некоторых местах объекта металлические кабель-каналы были вообще не подключены к заземлению. Учитывая то, что в них были уложены также кабели «шумящего» источника бесперебойного питания, на «нулевом» проводе которого присутствует напряжение помех до 40 В, данные кабель-каналы сами по себе становились источниками кондуктивно-индуктивных помех. Далее приведена амплитудно-частотная характеристика замеренных помех:

На рисунке 1 вы видите амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) помех, снятую на заземляющем контуре оборудуемого объекта (уровень помех на данной картинке не является истинным, так как замерялся через дополнительные делители с целью получения вида АЧХ). Размах данных помех, замеренный осциллографом, доходит до 20 В.

Рис. 1. АЧХ шумов, находящихся на проводе заземления на объекте в Москве

Для сравнения на рисунке 2 привожу АЧХ, снятую на заземляющем проводе на объекте компании Amdocs в Израиле. Единственная ярко выраженная помеха находится на частоте 50 Гц, и размах ее всего 50 милливольт в точке подключения к шасси пожарной системы. Несмотря на то, что объект очень насыщен цифровой, электромеханической и прочей аппаратурой, нет ни одной системы безопасности, которая бы страдала от помех. Несмотря на использование обычных неэкранированных проводов. (Уровень помех на данной картинке не является истинным, так как замерялся через дополнительные делители с целью получения вида АЧХ)

Рис.2. АЧХ шумов, находящихся на проводе заземления на объекте в Израиле

Несмотря на то, что на данном объекте источник помех так и не устранен, нам удалось избежать влияния данных помех на работу системы пожарной сигнализации, снизив их до технически допустимых уровней в цепях системы пожарной сигнализации. На данный момент, учитывая некачественный контур заземления объекта и то, что источник бесперебойного питания продолжает шуметь, наводки, замеренные на сигнальных цепях пожарной сигнализации, составляют 2,5-3 В, что в 50-60 раз больше разрешенного по стандарту ГОСТ Р 51317.2.5-2000, и при этом система работает стабильно.

Рис.3. Шина выравнивания потенциалов контура заземления

Рис. 4. Крепление провода заземления к кабель-каналу

Отдельно хотелось бы отметить, что органам, занимающимся внедрением стандартов, следует учитывать особенности построения систем пожарной сигнализации. Ввиду того, что гальванической развязки между заземлением и цепями системы не существует, хотелось бы видеть стандарты, устанавливающие реальные допустимые уровни помех и разграничение применения проводных и беспроводных систем по уровню собственной безопасности. Принимаем во внимание следующее:

1. Система пожарной сигнализации всегда включает цепь проверки утечки на землю. Это делается в целях безопасности системы, а не для избавления от помех. Подобная утечка может спровоцировать возгорания в насыщенных горючими газами помещениях и других подобных ситуациях, а посему должна контролироваться и устраняться.

2. Проводная система более пожаробезопасна в силу присутствия данного контроля. Присутствие изоляторов короткого замыкания и места утечки на землю — это явное преимущество перед беспроводными системами, в которых нет контроля цепи питания в пожарном извещателе. Беспроводной пожарный извещатель либо другой беспроводной прибор со встроенным источником питания, находящийся в пожароопасной среде, при перегреве или самовозгорании в случае внутреннего короткого замыкания становится сам причиной пожара.

3. Стандартный уровень питающей составляющей в шлейфах пожарной сигнализации установлен как 24 В. Уровень протокола связи у разных производителей колеблется от 1 до 6 В. Безопасным напряжением для человека считается напряжение 42 В в нормальных условиях и 12 В в условиях повышенной опасности (сырость, высокая температура, металлические полы и др). Большим он быть не может в силу соображений безопасности для людей. Соответственно, недопустимо присутствие электромагнитных наводок, соизмеримых или больших по уровню, чем уровень протокола связи.

4. Мощные импульсные преобразователи и другие мощные генерирующие приборы должны быть снабжены средствами автоматического отключения в случае отклонения выдаваемых частот от нормативных и в случае генераций паразитных частот больше допустимых уровней. Поэтому уровень паразитных частот и их диапазон должны быть выражены в абсолютных цифрах и соответствовать среднему процентному соотношению к уровню используемых протоколов связи. То есть для примера ИБП, на выходе которого присутствуют, помимо 220 В, помехи, не должен выдавать этих помех больше 1,5 В на «фазном» проводе. И полный нуль на «земляном» и «нулевом». Почему? Потому что 25% от 6 В протокола связи системы безопасности — это именно 1,5 В, а не проценты от напряжения, выдаваемого в питающую сеть ИБП. Опять же, почему 25%? Потому что колебания уровня протокола в плюс-минус 25% от его размаха не вызовут сбоя передачи данных. Конечно же, есть и более нетерпимые к помехам системы передачи данных, чем пожарные. В частности, аналоговые системы передачи звука и изображения. Следовательно, и уровень помех должен быть соизмерим. 5. В правилах построения электроустановок следует учесть, что проводка силовых питающих цепей от ИБП и прочих генерирующих помехи источников зачастую многие метры, а то и километры находится вблизи сигнальных линий систем безопасности, что вызывает присутствие на сигнальных линиях помех того же уровня, что выдается упомянутыми генераторами помех. Следовательно, выходные силовые цепи подобных ИБП и генераторов должны быть надежно экранированы, если их уровень генераций превышает допустимый, полученный с помощью приведенного выше анализа.

Далее приводятся несколько фотопримеров правильного построения цепей заземления и других подключений.

На данном примере (рис. 3) с другого объекта (в Израиле) показано, как перед каждым распределительным шкафом установлена шина для выравнивания потенциала проводов контура заземления. Данные провода в Израиле всегда устанавливаются без изоляции, так как на них всегда нулевой потенциал.

Каждый металлический кабель-канал обязательно жестко подключается к контуру заземления специальным крепежом, как показано на рисунке 4. На данном примере -хомутом с гайками и подошвой. Данные кабели также соединены с арматурой здания.

На рисунке 5 показано подключение контура заземления к шасси прибора прием-но-контрольного пожарного. Заземление подключено к шасси, а потом распределяется от данной точки к остальным цепям, требующим заземления.

Рис. 5. Подключение заземления к шасси прибора приемно-контрольного

Экран провода связи линии RS485 подключается в точке, обозначенной «shd» (рис. 6), но не к заземлению. Также виден переключатель SW2, который переводится в положение END REM в случае, если модуль является последним на радиальном шлейфе связи.

Рис. 6. Точка подключения экранировки линии RS485 (shd)

На рисунке 7 желто-зеленым цветом обозначены провода заземления, черным -экранировка кабелей связи между модулями системы, красным — провода адресных и безадресных шлейфов, к которым подключены пожарные извещатели.

Рис. 7. Подключение заземления и экранировки линии RS485 к системе

В заключение хотелось бы сказать, что только четкое соблюдение стандартов проектировщиками, монтажниками и покупателями всех систем, установленных на объекте, избавляет от непредвиденных проблем, борьба с которыми отнимает ино-

гда больше времени и средств, нежели проектирование и установка. И только от органов стандартизации зависит, насколько данные стандарты учитывают наличие на защищаемых объектах оборудования, о котором еще и не мечтали в 70-90-х годах, а то и на пороге тысячелетий.

Источник: «Алгоритм Безопасности» № 3, 2010 год.

Воздействие электромагнитных помех — Решение проблем питания, заземления, молниезащиты, ЭМС

Автор: Виктор Денисенко, Александр Халявко, Research Laboratory of Design Automation (RLDA).

Источник: «Современные технологии автоматизации
№ 1, 2001, с. 68-75 . www.cta.ru

 

ВВЕДЕНИЕ

Подключение датчиков к измерительной системе является очень непростым делом и часто выявляет неожиданные проблемы, причины которых скрыты от проектировщика: об их местонахождении можно только догадываться, их по явление трудно предсказать, а устранить можно только в процессе эксперимента. Тем не менее ряд типовых условий возникновения помех и методов их устранения достаточно хорошо изучен. О них и пойдет речь в настоящей статье.

Понимание причин возникновения помех при проектировании систем автоматизации позволяет избежать ряда ошибок в выборе оборудования, его размещении, экранировании и кабельной разводке, а также ускорить процесс внедрения системы.

Паразитные воздействия на процесс передачи сигнала можно разделить на следующие группы:

  • воздействия через кондуктивные связи;
  • влияние неэквипотенциальности «земли «;
  • наводки через взаимную индуктивность;
  • наводки через ёмкостные связи;
  • высокочастотные электромагнитные наводки.

Типы источников и приемников сигнала

Источники сигнала (датчики температуры, давления, веса, влажности и др.)могут быть заземленными или незаземленными (рис.1). Примерами незаземленных (плавающих) источников сигнала являются батарейки, источники сигнала с батарейным питанием, термопары, изолированные операционные усилители, пьезоэлектрические датчики. Сигналом в этих случаях является разность потенциалов между выводами источника (V1). Потенциал выводов источника относительно «земли » (Vc )является паразитным (синфазная помеха) и не должен влиять на результат измерений.

У заземленного источника сигнала один из выводов заземлен и напряжение второго вывода измеряется относительно «земли». Заземленный источник можно получить из плавающего, если один из его выводов заземлить. Однако обратную операцию выполнить достаточно сложно, поскольку сам принцип построения датчика или схемы преобразования измеряемой физической величины в напряжение часто не позволяет сделать это. Поэтому плавающие источники, как правило, конструктивно и схемотехнически сложнее, чем заземленные.

 

Источники сигнала могут быть не только источниками напряжения, но и источниками тока. Источники тока также могут быть заземленными или плавающими. Приемник сигнала (например, система сбора данных) может принимать (измерять) сигнал относительно «земли»или относительно второго входа. В первом случае приемник сигналов называется приемником с одиночным (недифференциальным) входом (рис. 2 а), во втором случае -дифференциальным приемником сигнала (рис. 2 б).

Дифференциальный приемник сигнала измеряет разность потенциалов между двумя проводниками. Потенциалы отсчитываются относительно общего провода приемника (относительно «земли» приемника). Таким образом, дифференциальный приемник сигналов имеет три входа: два сигнальных и один общий («земля»). Важно отметить, что, с точки зрения помех, «земля» источника и приемника сигнала имеет разные потенциалы, то есть это фактически разные «земли», и в дальнейшем на схемах они будут иметь разные условные обозначения.

Дифференциальные приемники могут быть двух типов: построенные на основе изолированного (плавающего) источника питания или на основе схемы вычитателя, позволяющего определить разность потенциалов между двумя узлами электрической цепи (дифференциальный сигнал). Примерами приемников первого типа являются тестеры, система сбора данных с компьютером типа «ноутбук» или малогабаритный осциллограф с батарейным питанием. Примерами дифференциальных приемников на основе вычитателя являются схемы, построенные на базе инструментального дифференциального усилителя с большим коэффициентом подавления синфазного сигнала.

Неидеальность дифференциальных приемников заключается в том, что на ряду с дифференциальным сигналом на выход приемника попадает и ослабленный синфазный сигнал. Коэффициент передачи синфазного сигнала меньше, чем дифференциального, в некоторое число раз, которое называется коэффициентом ослабления синфазного сигнала KCMRR . Коэффициент ослабления синфазного сигнала за висит от частоты. Наибольший интерес для систем промышленной автоматизации представляет коэффициент подавления синфазного сигнала с частотой 50 Гц, который появляется как электромагнитная наводка от электрической сети 220/380 В.

Напряжение на выходе дифференциального приемника сигнала (рис. 2б) можно записать в виде:

V0 = K0 (V1 — V2 )+KCMRR Vc (1)

Здесь Vc = (V1 + V2 ) / 2 -синфазное напряжение, K0 -дифференциальный коэффициент усиления.

Следует отметить, что дифференциальный приемник не может быть получен с помощью двух одиночных приемников сигнала путем простого вычитания сигналов на их выходах (рис. 3). Предположим, что мы используем два усилителя с одиночным входом, например, два канала из многоканальной платы ввода с одиночными входами, и хотим выделить дифференциальный сигнал путем вычитания двух напряжений V1 и V2 .Описанная ситуация схематично изображена на рис. 3. Для этой схемы можно записать:

В идеальном случае, когда K1 = K2 = K0 , действительно получим дифференциальный приемник сигнала:

V0 = K0 (V1 — V2 )

Однако на самом деле коэффициенты усиления приемников отличаются от идеального значения K0 на величину относительной погрешности g:

g1 = (K1 — K0 ) /K0 , g2 = (K0 — K2 ) /K0 (3)

Эта погрешность включает в себя инструментальную погрешность приемников, напряжение смещения нуля, шумы электронных приборов и т.д.

Примем по методу «наихудшего случая» (здесь -случай максимальной погрешности на выходе), что эти погрешности равны между собой, но противоположны по знаку и обе равны g по абсолютной величине. Тогда, переписывая выражения (3) в виде

K1 = (1 + g ) K0 , K2 = (1 — g ) K0

и подставляя эти значения в (2), получим:

V0 = K0 (V1 — V2 ) + 2 g  K0 Vc (4)

Здесь Vc = (V1 + V2 ) / 2 — величина синфазного сигнала (по определению).

Следовательно, относительная погрешность приведенной к выходу усилителя измеряемой величины К0 (V1 — V2 ), обусловленная влиянием синфазного сигнала, будет равна

gc = 2 g  Vc / (V1 — V2 ) (5)

Таким образом, в схеме на рис. 3 сумма погрешностей усилителей с одиночным входом (2 g ) умножается на отношение величины синфазного сигнала к дифференциальному. При измерении сигналов термопар и других датчиков это отношение может достигать нескольких порядков. Поэтому погрешность измерения дифференциального сигнала таким методом будет также на несколько порядков больше. Рассмотрим пример. Предположим, что требуется получить дифференциальный сигнал с разрешающей способностью 12 бит, то есть с отношением сигнала к погрешности, равным 4096 (полагаем допустимую погрешность равной 1 младшему значащему разряду — МЗР). Предположим также, что погрешность полностью определяется синфазной помехой, то есть равна gc , и gc =1/4096. Если при этом синфазная помеха в 10 раз больше дифференциального сигнала, то есть Vc / (V1 — V2) = 10, то из формулы (5) следует, что погрешность усилителей должна быть равна

g  = (gc / 2) / 10 = 1/81920,

что требует иметь разрешающую способность не менее 17 бит. Иными словами, при синфазном сигнале, превышающем в 10 раз дифференциальный сигнал, для получения разрешающей способности 12 бит каждый из сигналов должен быть усилен усилителем с разрешающей способностью 17 бит. Поэтому во всех случаях, когда измеряется разность двух напряжений, нужно усиливать потенциал V1 , измеренный относительно V2 , а не относительно «земли». Эта идея положена в основу построения большинства прецизионных усилителей с дифференциальным входом.

 

ИЗМЕРЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ ЗАЗЕМЛЕННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Рассмотрим, что происходит, когда напряжение заземленного источника сигнала e1 (рис. 4) измеряется с помощью заземленного приемника. Поскольку «земли» источника и приемника сигнала пространственно разнесены, они имеют разный потенциал и обозначены на схеме по разному. Разность потенциалов между ними равна Vg .

По теореме об эквивалентном генераторе эта разность потенциалов может быть представлена на схеме источником напряжения Vg = Rg Ig , где Rg и Ig — соответственно сопротивление «земли» и ток через это сопротивление (рис. 5), причем напряжение, приложенное ко входу приемника Vin , оказывается равным сумме напряжений источника сигнала и разности потенциалов между двумя «землями». Таким образом, результат измерения, выполненного по описанной схеме, будет содержать погрешность величиной Vg . Эта погрешность может находиться в допустимых пределах, если источник сигнала и приемник расположены недалеко друг от друга или если напряжение сигнала имеет большую величину (например, предварительно усилено).

Ситуация может быть существенно улучшена, если провод «земля» источника и приемника сигнала соединить медным проводником с низким сопротивлением (рис. 6). Однако это не устраняет паразитное напряжение Vg полностью, поскольку ток, возникающий вследствие разности потенциалов «земель», теперь будет течь по соединяющему их проводнику. Как правило, основным компонентом тока является помеха с частотой 50 Гц, но большое значение имеет и э.д.с., наведенная высокочастотными электромагнитными полями. В этом случае значительную роль играет индуктивность проводника, и устранить ее без применения дифференциального приемника практически невозможно.

 

Схема, обеспечивающая наибольшую точность измерения сигнала заземленного источника, показана на рис. 7. Она содержит дифференциальный приемник, который ослабляет синфазное напряжение помехи Vg в KCMRR раз.

Следует отметить, что в схеме на рис. 7 нельзя соединять один из входов с «землёй» приемника, поскольку при этом фактически получается схема с одиночным входом (рис. 6) со всеми ее недостатками.

 

 

ИЗМЕРЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ НЕЗАЗЕМЛЕННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Напряжение незаземленных (плавающих) источников сигнала может быть достаточно точно измерено приемником как с одиночным, так и с дифференциальным входом. Однако при использовании дифференциального входа нужно следить за тем, чтобы величина синфазного сигнала не вышла за границы диапазона работоспособности приемника. Сопротивление между любым из дифференциальных входов и «землёй» очень велико, поэтому даже маленький ток помехи может создать на нем падение напряжения более 10 В, что переведет приемник сигнала в режим насыщения. Ток помехи в этом случае может состоять из входных токов смещения самого дифференциального приемника и тока паразитной ёмкостной связи с источником помехи.

Для уменьшения этого эффекта входы дифференциального приемника можно соединить с «землёй» через резисторы (рис. 8). Если внутреннее сопротивление источника сигнала велико, то резисторы выбирают с одинаковым сопротивлением. При низком сопротивлении источника (как, например, у термопар) разница сопротивлений не играет роли, и можно использовать одно из них вместо двух. Если источник сигнала соединен с приемником через развязывающие конденсаторы, то величины резисторов должны быть строго одинаковы. В измерениях с высокой точностью эти резисторы улучшают симметрию дифференциальной пары проводов и улучшают эффект компенсации синфазной помехи.

Сопротивление резисторов выбирается как можно меньшим, чтобы снизить величину синфазного сигнала, однако оно должно быть много больше внутреннего сопротивления источника сигнала, чтобы не вносить погрешность в результат измерения. При использовании термопар типовая величина сопротивлений лежит в диапазоне 10…100 кОм.

Дифференциальные приемники сигнала всегда обеспечивают более высокую помехозащищенность по сравнению с приемниками с одиночным входом, однако они требуют больше соединительных проводов и технически сложнее. Поэтому выбор между дифференциальным или одиночным входом может быть сделан только при рассмотрении конкретных условий применения и требований к системе.

Авторами статьи было проведено экспериментальное сравнение величины помех для приемников с одиночным и дифференциальным входом. В качестве источника сигнала был выбран терморезистор сопротивлением 20 кОм, соединенный витой парой длиной 5 метров с приемником. В качестве дифференциального приемника был использован инструментальный усилитель RL 4DA200 и система сбора данных RealLab! фирмы RLDA. Переход от одиночного включения к дифференциальному в данном случае уменьшает среднеквадратическое значение напряжения помехи в 136 раз. Это объясняется тем, что усилитель с одиночным входом воспринимает без ослабления помеху, которая в дифференциальном усилителе ослабляется в KCMRR (коэффициент подавления синфазного сигнала) раз.

В первом приближении можно сказать, что приемники с одиночным входом могут быть использованы, если источник и приемник сигналов разнесены на небольшое расстояние (до единиц метров),если сигнал источника предварительно усилен или имеет большую величину (около 1 В) и если выводы «земля» источника и приемника соединены коротким низкоомным проводником в одной точке. Если хотя бы одно из этих условий не выполняется, следует использовать приемники с дифференциальным входом.

ПОГРЕШНОСТИ, ВЫЗВАННЫЕ КОНДУКТИВНЫМИ СВЯЗЯМИ

Источником погрешности при передаче сигнала может быть падение напряжения Vg на участке провода, общем для сигнала и некоторой нагрузки (рис. 9). Такая паразитная связь называется кондуктивной (резистивной). Нагрузкой в данном случае может быть, например, некоторая вспомогательная цифровая схема, заземляющий провод компьютера или случайный проводник, замкнувший провод «земля» с корпусом энергетического оборудования, через который протекает ток INN от эквивалентного источника eNN .Даже схема, состоящая из нескольких операционных усилителей, может создать на проводе длиной в 20 см падение напряжения более 1 мВ, что сравнимо с величиной МЗР 12-разрядного приемника сигнала. Особенно большие проблемы может создать цифровая схема, работающая в момент передачи аналогового сигнала. В результате входное напряжение Vin будет складываться из напряжения источника сигнала e1 и напряжения помехи Vg .

Решением описанной проблемы является подсоединение «земли» источника сигнала к приемнику отдельным изолированным проводом, который не используется ни для каких иных целей (рис. 10).

В общем случае, чтобы заранее предотвратить возникновение данной проблемы, следует различать понятия «сигнальная земля», «аналоговая земля», «цифровая земля». Все эти «земли» должны быть выполнены разными проводами, и их можно соединять только в одной общей точке. Сигнальные цепи нельзя использовать для питания даже маломощной аппаратуры.

ИНДУКТИВНЫЕ И ЁМКОСТНЫЕ СВЯЗИ

Предположим, что рядом с сигнальным проводом проходит некоторый провод, по которому протекает ток амплитудой IN (рис. 11).Тогда вследствие эффекта электромагнитной индукции на сигнальном проводе будет наводиться напряжение помехи VM . В случае синусоидальной формы тока амплитуда напряжения помехи, наводимого на сигнальном проводе, будет равна

Здесь M -взаимная индуктивность между проводами; L -индуктивность сигнального провода;w  = 2p  f , f — частота тока помехи; Ri -выходное сопротивление источника сигнала; Rin — входное сопротивление приемника.

Величина взаимной индуктивности пропорциональна площади витка, который пересекается магнитным полем, созданным током IN . «Витком» в данном случае является контур, по которому протекает ток, вызванный э.д.с. помехи.

На рис. 11 этот контур образован сигнальным проводом, входным сопротивлением приемника, проводом «земли» и выходным сопротивлением источника сигнала. Для уменьшения взаимной индуктивности площадь данного контура должна быть минимальной, то есть сигнальный провод должен быть проложен максимально близко к «земле». Эффективную площадь «витка»можно уменьшить, если расположить его в плоскости, перпендикулярной плоскости контура с током, наводящим помехи.

Из формулы (6) следует, что индуктивная наводка увеличивается с ростом частоты и отсутствует на постоянном токе. Напряжение помехи на рис. 11 включено последовательно с источником сигнала, то есть вносит аддитивную погрешность в результат измерения. При бесконечно большом сопротивлении Rin напряжение на входе приемника имеет вид:

Vin = e1 + w× M× IN

и не зависит от сопротивления источника сигнала.

Ёмкостная наводка через паразитную ёмкость между проводниками Cc , наоборот, полностью определяется величиной внутреннего сопротивления источника сигнала Ri , поскольку оно входит в делитель напряжения помехи, состоящий из сопротивления Ri, включенного параллельно Rin , и ёмкости Cс :

Как следует из (7) , при RI = 0 ёмкостная помеха полностью отсутствует. В действительности сигнальный проводник имеет некоторое индуктивное и резистивное сопротивление, падение напряжения помехи на котором не позволяет полностью устранить ёмкостную наводку с помощью источника с низким внутренним сопротивлением. Особенно важно учитывать индуктивность сигнального провода в случае высокочастотных помех.

Порядок величин сопротивлений типовых источников сигнала приведен в табл. 1.

Датчики, имеющие большое внутреннее сопротивление или малое напряжение сигнала, нужно использовать совместно с усилителем, расположенным в непосредственной близости к датчику, а к приемнику следует передавать уже усиленный сигнал.

С другой стороны, для устранения индуктивной наводки носителем сигнала должен быть ток, а не напряжение, то есть источником сигнала должен быть идеальный источник тока (рис. 12). Ток источника тока не зависит от характера нагрузки (по определению), в том числе от величины наведенной э.д.с.

 

 

Таким образом, для снижения ёмкостной наводки сигнал нужно передавать с помощью идеального источника напряжения, а для снижения индуктивной наводки — с помощью идеального источника тока.

Выбор носителя информации (ток или напряжение) в каждом конкретном случае зависит от того, какая помеха преобладает: индуктивная или ёмкостная. Как правило, ёмкостные наводки преобладают над индуктивными, если источник помехи имеет большое напряжение. Индуктивные же помехи создаются током, поэтому они велики в случае, когда источником помехи является мощное оборудование, потребляющее большой ток. Отметим, что экранирование магнитной наводки технически гораздо сложнее, чем ёмкостной.

Стремление совместить преимущества передачи сигнала в форме тока и в форме напряжения приводит к передаче информации сигналом большой мощности. Отношение мощности сигнала к мощности помехи определяет величину погрешности, вносимую по мехами в результат измерения. Этот же вывод следует непосредственно из формулы (6): при сопротивлениях нагрузки и источника, стремящихся к нулю, напряжение помехи также стремится к нулю (а передаваемая мощность — к бесконечности).

ПАРАЗИТНЫЕ СВЯЗИ В ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ ЛИНИЯХ ПЕРЕДАЧИ СИГНАЛА

Кардинальным средством устранения индуктивных и ёмкостных связей является применение источников сигнала с дифференциальным токовым выходом и приемников с низкоомным (токовым) дифференциальным входом (рис.13). В них индуктивная наводка мала, поскольку информация передается в форме тока, а ёмкостная наводка мала, поскольку при хорошей симметрии линии передачи она является синфазной и подавляется входным дифференциальным приемником. Дополнительной защитой линии является ее экранирование. Токи источников тока на рис. 13 строго равны между собой и противоположно направлены.

Для получения высокого качества передачи сигнальные провода должны быть экранированы и выполнены в виде витой пары, чтобы обеспечить лучшую согласованность их продольных импедансов и импеданса на «землю». Разница в длине проводов и в частотных характеристиках их импедансов может быть причиной появления синфазной помехи на высоких частотах.

Для повышения степени согласованности линий в витой паре лучше использовать провода, специально изготовленные и аттестованные для инструментальных индустриальных применений (например, фирмы Belden). Использование двух витых, соединенных параллельно, пар вместо одной позволяет снизить продольный импеданс проводов и повысить точность передачи сигнала.

Примером реализации дифференциального способа передачи сигнала может служить пара дифференциального токового передатчика SSM2142 и дифференциального приемника SSM2141 (Analog Devices), которая имеет коэффициент ослабления синфазного сигнала 100 дБ на частоте 60 Гц и работает на нагрузку 600 Ом, создавая на ней максимальное падение напряжения 10 В.

Для предотвращения насыщения выходных каскадов источников тока разностью токов (I1 -I2 ) можно использовать способ, аналогичный представленному на рис.8, однако резисторы в данном случае должны быть соединены с «землёй» источника сигнала.

Недостатком токовых каналов передачи информации является то, что в соответствии с выражением (7) при бесконечно большом сопротивлении источника и приемника сигнала относительно «земли» напряжение ёмкостной наводки является максимальным. Применение резисторов для отвода тока помехи на землю (рис. 8) улучшает ситуацию, однако эти резисторы не могут быть выбраны очень малыми, поскольку при этом увеличивается влияние их рассогласования на погрешность передачи тока.

ЭКРАНИРОВАНИЕ СИГНАЛЬНЫХ ПРОВОДОВ

Методы экранирования сигнального провода выбираются в зависимости от путей прохождения помехи. Для устранения паразитной ёмкостной связи используют электростатический экран в виде проводящей трубки (чулка), охватывающей экранируемые провода, а для защиты от магнитного поля используют экран из материала с высокой магнитной проницаемостью.

Нельзя соединять электростатический экран с «землёй » источника и приемника одновременно (рис. 14), поскольку при этом через экран течет ток, обусловленный неравенством потенциалов этих «земель» и достигающий в цеховых условиях нескольких ампер, а разность потенциалов «земель» может достигать нескольких вольт. Ток, протекающий по экрану, является источником индуктивных наводок на соседних проводах и проводах, находящихся внутри экрана. Наводка на провода внутри экрана может иметь значительную величину при неточном их центрировании вследствие технологического разброса. Поэтому экран нужно заземлять только с одной стороны, причем со стороны источника сигнала. В общем случае при передаче широкополосного сигнала от удаленного источника с высоким сопротивлением рекомендуется использовать популярную схему гибридного заземления (рис. 15). В данной схеме ёмкость CHF позволяет ослабить высокочастотную составляющую помехи. Таким образом низкочастотный ток, создающий индуктивную наводку, остается малым, а высокочастотные наводки заземляются через ёмкость.

Экран, защищающий от паразитных индуктивных связей, сделать гораздо сложнее, чем электростатический экран. Для этого нужно использовать материал с высокой магнитной проницаемостью и, как правило, гораздо большей толщины, чем толщина электростатических экранов. Для частот ниже 100 кГц можно использовать экран из стали или пермаллоя. На более высоких частотах используются алюминий и медь.

В связи со сложностью экранирования магнитной составляющей помехи особое внимание следует уделить уменьшению индуктивности сигнального провода и выбору подходящей схемы приемника и передатчика.


Если источник сигнала не заземлен, как, например, в случае большинства температурных датчиков, то экран применяют в сочетании с дифференциальным усилителем и резисторами на входе, назначение которых обсуждалось ранее. При этом экран заземляют, как показано на рис. 16 а.

Авторами статьи было проведено экспериментальное сравнение различных способов подключения источника сигнала (терморезистор сопротивлением 20 кОм) через экранированную витую пару (0,5 витка на сантиметр) длиной 3,5 м. Был использован инструментальный усилитель RL 4DA200 с системой сбора данных RL 40AI фирмы RLDA. Вид помехи для схемы на рис. 16а представлен на рис. 17.

Как следует из рис. 16, отказ от экранирования увеличивает амплитуду помехи в 4 раза (рис. 16 б), переход к одиночному включению вместо дифференциального (рис. 16 в) увеличивает её в 5 раз, а если еще и отказаться от экрана, то амплитуда помехи увеличивается в 230 раз (рис. 16 г). На рисунках приведены среднеквадратические значения амплитуды напряжения помех в полосе частот 0,01 …5 Гц, полученные на выходе приемника сигнала и приведенные к его входу.

ВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ И ДРУГИЕ ТИПЫ ПОМЕХ

Высокочастотные электромагнитные помехи наводятся от таких источников, как радио и телевизионные передатчики, мобильные и радиотелефоны, тиристорные преобразователи, коллекторные электродвигатели, электросварочное оборудование, дисплеи компьютеров и сами компьютеры. Помехи с частотой выше 100 кГц обычно находятся за границей частотного диапазона измерительных систем, однако высокочастотные помехи могут быть нежелательным образом выпрямлены или перенесены в область более низких частот по причине нелинейности характеристик диодов и транзисторов, расположенных на измерительной плате и внутри микросхем.

В системах с очень высокой чувствительностью могут наблюдаться паразитные напряжения, вызванные термоэлектрическим эффектом в контактах разнородных металлов, трибоэлектричеством, возникающим при трении диэлектриков друг о друга, пьезоэлектрическим эффектом и эффектом электростатического или электромагнитного микрофона. Эти источники помех опасны тем, что встречаются редко, поэтому о них зачастую забывают.

С ЧЕГО НАЧАТЬ

На практике решение проблемы помех следует начинать с поиска их источника. Для этого, в первую очередь, следует измерять уровень помех отдельно в приемнике сигнала, в источнике и в соединительном кабеле.

Для проверки приемника следует максимально коротким проводом со единить его вход (или входы для дифференциального приемника) с выводом «земля» системы. Нельзя оставлять часть входов многоканальной системы незаземленной. На выходе при этом будут видны собственные шумы приемника сигнала. Нужно убедиться, что уровень шумов соответствует спецификации на изделие. Если имеются расхождения, то вероятной причиной могут быть источники помех, воздействующие непосредственно на плату измерительной части системы, или неправильное подключение цепей питания и заземления. Для их обнаружения можно попробовать изменить местоположение измерительной части.

Для измерения уровня помех, наведенных в кабеле, нужно подключить его к системе сбора данных и закоротить кабель со стороны источника сигнала, то есть имитировать нулевое внутреннее сопротивление источника. Если уровень помехи будет сильно отличаться от её уровня в случае, когда источник сигнала подключен, то причина может быть в недостаточно низком сопротивлении источника, и для его уменьшения следует использовать подходящий согласующий усилитель или выбрать более помехоустойчивый способ передачи сигнала.

Для оценки уровня помех источника его нужно соединить максимально коротким проводом со входом приемника.

Если источник помех заранее неизвестен, его поиску может помочь спектральный анализ помехи.

Для увеличения точности передачи каждый сигнал должен передаваться витой парой в индивидуальном экране. При изготовлении витых пар для индустриальных применений особое значение уделяется симметрии импедансов проводов в паре и равномерности их частотных характеристик в полосе рабочих частот. Равномерность характеристики позволяет выполнять компенсацию асимметрии линий и тем самым уменьшать влияние паразитных наводок. Для уменьшения паразитных наводок, создаваемых на кабеле магнитной составляющей электромагнитного излучения, необходимо обеспечить минимально возможный шаг скрутки проводников в витой паре и минимальную площадь петель, образующихся при подключении витой пары к источнику и приемнику сигнала.

При невысоких требованиях к точности могут быть использованы витые или невитые сигнальные провода в общем экране. Однако в этом случае появляются индуктивные и ёмкостные взаимовлияния проводников в кабеле, а также кондуктивные связи через общий провод заземления экрана.

Если полоса частот сигнала меньше, чем полоса приемника, или если некоторые параметры сигнала известны заранее, для уменьшения помех можно использовать аналоговые фильтры на входе системы. Для ослабления помехи с частотой 50 или 60 Гц обычно используют фильтры третьего порядка, имеющие наклон АЧХ в полосе заграждения — 60 дБ на декаду. Если измерения производятся на частотах, близких к граничной частоте фильтра, следует учитывать погрешность коэффициента передачи фильтра в полосе пропускания.

Дальнейшее ослабление помех возможно путем цифровой фильтрации. Однако она не может полностью заменить аналоговую в связи с тем, что ее возможности ограничены быстродействием системы сбора данных, требуемым временем измерения и разрядностью аналого-цифрового преобразователя.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

К проблеме помехозащищенности систем индустриальной автоматизации следует относиться с максимальным вниманием, поскольку неправильный выбор схемы подключения, разводки кабелей, системы заземления и экранирования могут свести на нет достоинства дорогой и, казалось бы, крайне надежной электронной части системы. В то же время правильное понимание описанных проблем позволит в ряде случаев достичь хороших результатов с применением относительно недорогого оборудования.

 

Вернуться на страницу ЭМП

Сфера безопасности | Защита от помех на базе оптического преобразователя «СФ-ЕТ6010.4П»

Защита от помех на базе оптического преобразователя «СФ-ЕТ6010.4П»

Одна из технических проблем, которую приходится решать в системах сигнализации — это воздействие мощных электромагнитных помех на линии связи. Особенно остро эта проблема встает, когда часть линии связи проходит вне здания по открытому пространству. В этом случае импульс, наведенный от разряда молнии, может вывести из строя все устройства, подключенные к линии связи.

Свод правил 5.13130 «УСТАНОВКИ ПОЖАРНОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ И ПОЖАРОТУШЕНИЯ АВТОМАТИЧЕСКИЕ» предписывает следующие методы борьбы с помехами:

При необходимости защиты шлейфов и соединительных линий пожарной сигнализации от электромагнитных наводок следует применять «витую пару», экранированные или неэкранированные провода и кабели, прокладываемые в металлических трубах, коробах и т. д. При этом экранирующие элементы должны быть заземлены.

Практика показывает, что при передаче  сигнала на большое расстояние, даже при правильном заземлении, на длинном кабеле помеха все равно проходит через экран.

А для защиты от магнитного поля молнии сигнальные кабели систем сигнализации, проходящие по открытой местности, необходимо прокладыват в металлических трубах из ферромагнитного материала, например, стали. Трубы играют роль магнитного экрана. Нержавеющую сталь использовать нельзя, поскольку этот материал не является ферромагнитным. Трубы прокладывают под землей, а при наземном расположении они должны быть заземлены примерно через каждые 3 метра. Кабель должен быть экранирован и экран заземлен. Заземление экрана должно быть произведено очень качественно с минимальным сопротивлением на землю.

Тем не менее существует более дешёвый и действенный метод защиты от электромагнитных помех и разрядов молний. Радикальным решением проблем  является применение волоконно-оптического кабеля, который стоит уже достаточно дешево и легко подключается к интерфейсу S2 прибора «Сфера-8500» через преобразователь интерфейсов «СФ-ЕТ6010.4П».

Основное назанчение преобразователя — это сопряжение сегментов линии связи, построенных на основе медного кабеля, с линией связи на базе волоконно-оптического кабеля.

Поскольку оптическое волокно изготовлено из диэлектрического материала, оно невосприимчиво к электромагнитным помехам со стороны окружающих медных кабельных систем и электрического оборудования, а так же к наведенным импульсным напряжениям вызванным разрядами молний.

Все разъёмы приемно-контрольного прибора предназначены для подключения  к медному кабелю. Отсюда следует, что любой переход на оптоволокно должен сопровождаться обратным переходом на медный кабель. Поэтому преобразователи «СФ-ЕТ6010.4П» всегда используются парами – основной и вспомогательный.

Преобразователь рассчитан на использование многомодового волоконно-оптического кабеля 50/125 μм со стандартным разъемом ST. Максимальная протяженность  волоконно-оптического кабеля составляет 1000 м.

Защита от помех технических средств автоматизации систем управления Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

ЗАЩИТА ОТ ПОМЕХ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ Жумаев О.А.1, Шермурадова М.Ф.2, Бабаев А.А.3 Email: [email protected]

1Жумаев Одил Абдужалилович — доцент; 2Шермурадова Малика Фуркатовна — ассистент; 3Бабаев Азизжон Азимжонович — ассистент, направление: автоматизация и управление технологическими процессами и производствами, кафедра автоматизации и управления, Навоийский государственный горный институт, г. Навои, Республика Узбекистан

Аннотация: в работе проанализированы основные причины появления помех при конструировании промышленных систем автоматизации. Систематизированы основные характеристики и свойства помех, определяемые режимами работ, родом токов и напряжения, спектром частоты функционирования используемых аппаратур, методы их локализации и устранения паразитных влияний на функционирование элементов и устройств автоматики.

Ключевые слова: измерительные модули, системы управления, помехи, диапазон частот, системы заземления, статический заряд, источники сигнала, приёмники сигнала, операционные усилители, дифференциальные приемники сигнала, схемы защиты, паразитные связи.

PROTECTION FROM INTERFERENCE OF TECHNICAL MEANS OF AUTOMATION OF CONTROL SYSTEMS

1 2 3

Jumaev O.A.1, Shermuradova M.F.2, Babayev A.A.3

Jumaev Odil Abdujalilovich — Associate Professor; 2Shermuradova Malika Furkatovna — Assistant; 3Babayev Azizjon Azimjonovich — Assistant, DIRECTION: AUTOMATION AND MANAGEMENT OF TECHNOLOGICAL PROCESSES

AND PRODUCTIONS, DEPARTMENT AUTOMATION AND MANAGEMENT, NAVOIY STATE MINING INSTITUTE, NAVOI, REPUBLIC OF UZBEKISTAN

Abstract: the paper analyzes the main causes of interference in the design of industrial automation systems and the effects of errors, interference and noise, alignment with the impedance of elements and automation devices that determine the quality of control and management systems. The main characteristics and properties of interference are determined, determined by the operation modes, the genus of currents and voltage, the frequency spectrum of the functioning of the instruments are used, the methods of their localization and the elimination ofparasitic influences on the functioning of the elements and devices of automation.

Keywords: measuring modules, control systems, interference, frequency range, grounding systems, static charge, signal sources, signal receivers, operational amplifiers, differential signal receivers, protection circuits, and parasitic links.

УДК 681.586.7.068

При разработке систем управления технологическим или техническим процессами, чтобы достичь требуемой точности и надежности систем управления необходимо исходить из требований, предъявляемых ко всей технической системе и средствам управления. Основные требования к системам управления заключаются в том, что все ее ресурсы должны соответствовать условиям и параметрам управляемой технической системы [1].

36

Данные, полученные с измерительных модулей, должны с требуемой точностью отвечать динамике управляемого объекта, причем необходимо соблюдать оптимальную периодичность выборки.

Основными правилами при конструировании системы управления с наименьшими помехами являются использование микромощной элементной базы с необходимым быстродействием, уменьшение длины проводников и экранирование.

Определяющими характеристиками помех являются зависимости спектральной плотности мощности от частоты соответствующих характеристик используемых аппаратур в общей сети систем управления.

Характеристики и свойства помех определяются режимами работ, родом токов и напряжения, спектром частоты функционирования используемых аппаратур в системе.

В цепях, содержащих первичные измерительные модули, и цепях заземления систем автоматизации можно наблюдать весь спектр возможных помех. Однако паразитное влияние при этом оказывают только помехи, частоты которых лежат в рабочем диапазоне частот функционирования элементов и устройств автоматики.

Среднеквадратическое значение напряжения или тока помехи определяется шириной ее спектра [2]:

где е2 -спектральная плоскость мощности помех; /ни/е — нижняя и верхняя границы спектра помехи.

В частном случае, когда е2ф слабо зависит от частоты, приведенное соотношение упрощается:

Таким образом, для уменьшения влияния помех на систему автоматизации, нужно сужать ширину полосу пропускания и — /н) аналоговых модулей ввода-вывода. Например, если известно, что постоянная времени датчика тока т составляет 0,3 с, что приблизительно соответствует полосе пропускания модуля величиной 0,5 Гц, то это позволяет уменьшить уровень помехи и тем самым повышает точность измерений, снижает требования к заземлению, экранированию и монтажу системы.

В системах автоматизации наиболее сильные помехи наблюдаются при частоте питающей сети 50 Гц. Для подавления этих помех используются узкополосные фильтры, настроенные на частоту 50 Гц.

В общем случае, все помехи, отрицательно влияющие на качество работы системы автоматизации, можно разделить на следующие разновидности:

— помехи, возникающие из сети электроснабжения;

— молния и атмосферное электричество;

— влияние статического электричества;

— помехи, возникающие через индуктивные связи;

— электромагнитные помехи;

— помехи, возникающие от неправильно проведенных заземлений.

Наибольшее влияние на систему промышленной автоматики проявляют помехи от сети электроснабжения:

— с фоном частотой 50 Гц;

— выбросы напряжения от вспышки молнии;

-кратковременные затухающие колебания при переключении индуктивной нагрузки.

Статическое электричество, возникающее на диэлектрических материалах, величина заряда которых зависит от скорости движения трущихся тел, их материала и величины поверхности соприкосновения, является разновидностью проявления помех.

Е

Епомех Ч е 2(/в — /и ) . (2)

Статические электрические заряды как помехи возникают при пробоях входных каскадов измерительных систем, при пробоях изоляции гальванически изолированных цепей, при пульсациях электромагнитных импульсов, а также могут возникать как кондуктивные помехи от импульса тока во времени разряда конденсаторов измерительных модулей.

В целях защиты систем автоматики от помех в виде статических электрических зарядов используются электростатические экраны, соединенные с экранным заземлением, преобразователями интерфейсов с защитой от статического электричества.

В измерительных системах, кроме динамических погрешностей измерительных модулей, особенно часто находящейся в движении, возникает трибоэлектричество в результате трения различных тел и материалов, а также пьезоэлектричество и эффект электростатического или электромагнитного микрофона. Для защиты средств автоматики от таких помех применяется закрепление и механическое демпфирование движущихся частей электрической схемы.

В настоящее время весьма актуальным является изучение влияния помех, связанных с неправильным заземлением. На основе составления модулей и исследования свойств передачи сигналов системе, который, в свою очередь, состоит из источников передачи сигнала, связи и приемника, можно правильно определить свойство системы управления..

Коэффициент ослабления синфазного сигнала зависит от частоты. Для систем промышленной автоматизации актуальным остается изучение свойств коэффициента подавления синфазного сигнала с частотой 50 Гц, который определяет характеристику по чувствительности приемника к электромагнитной наводке из электрической сети 220/380 В.

Напряжение на выходе дифференциального приёмника сигнала можно записать в виде

Уа = ЗД + V) + КоссУс, (3)

Где V = (V + У2)12 — синфазное напряжение; К0 -дифференциальный коэффициент усиления.

Поскольку дифференциальный приёмник имеет два канала передачи, то для наилучшей компенсации помех приёмник должен иметь строго одинаковые коэффициенты передачи по общим каналам и высокую точность операции вычитания.

По общей сети системы управления помехи могут передаваться через паразитные связи: кондуктивные, емкостные и индуктивные связи.

Для устранения и подавления помех, естественно, надо правильно определить источники и приемники помех, которые часто сложно выделить в составе измерительных модулей, в цепях преобразования и усиления контроллеров многочисленных линий связей и кабелей, либо токовыми, либо сигналами напряжения или частоты.

Кондуктивной помехой называется помеха, которая передается из соседних цепей путем электрического тока по общим цепям проводника для источника и приемника сигнала через общие участки цепей заземления или питания.

Кроме вышеперечисленных помех и наводок существуют еще индуктивные и емкостные, которые появляются вследствие эффекта электромагнитной индукции и в виде напряжения помехи V, наводящегося на сигнальном проводе.

В случае синусоидальной формы тока амплитуда напряжения помехи, наводимого на сигнальном проводе, будет равна [3]

_ Ш (К, + ЯВх) , (4)

где М — взаимная индуктивность между проводами; L — индуктивность сигнального ю _ 2л[;

провода; ‘ I — частота тока помехи.

Рис. 1. Пути прохождения емкостной и индуктивной помехи от источника еп

Из формулы (4) можно сделать вывод, что индуктивная наводка увеличивается с ростом частоты и отсутствует при постоянном токе.

Напряжение помехи на рис. 1 включено последовательно с источником сигнала, т.е. внесена аддитивная погрешность в результате измерения. При бесконечно большом сопротивлении Ш напряжение на входе приемника примет вид

¥Вх _ е + аМп (5)

и не будет зависеть от сопротивления источника сигнала. _ е +

ю( К + Квх )С

Ф + (ю( К, + ЯВх )Сс )2 (6)

Из формулы (6) следует, что при Ri=0 емкостная помеха полностью отсутствует. В самом деле, сигнальный проводник имеет некоторое индуктивное и резистивное сопротивление, падение напряжение на котором не позволяет полностью устранить емкостную наводку с помощью источника с низким внутренним сопротивлением. Особенно важно учитывать индуктивность сигнального провода в случае высокочастотных помех.

Таким образом, к вопросам организации помехозащищенности систем автоматизации следует относиться с особым вниманием, поскольку неправильный выбор схемы защиты, неправильная оценка свойств и возникновения помех, неправильный выбор схемы подключения или разводок кабелей, неправильный выбор методики проведения систем заземления и экранирования могут обесценить достоинства интеллектуальной системы управления автоматизации. Здесь следует в особенности обратить внимание на поиски определения источника и уровня помех. Радикальными методами решения проблемы защиты от помех являются:

— использование модули ввода-вывода только с гальванической развязкой с определенными входными и выходными импедансами;

— входные модули надо монтировать в непосредственной близости от измерительных датчиков;

— для аналоговых датчиков нельзя использовать длинные соединительные провода;

— для подключения датчиков в систему управления необходимо использовать цифровые интерфейсы;

— для аналоговых модулей необходимо использовать только дифференциальные модули ввода.

Список литературы /References

1. Low level measurements.Keithley. 5-th edition.

2. БарнсД. Электронное конструирование: методы борбы спомехами. М.: Мир, 1990. 239 с.

3. Денисенко В.В. Компьютерное управление технологическим процессом, экспериментом, оборудованием. М.: «Горячая линия — Телеком», 2009. 593 с.

МЕТРОЛОГИЯ НАНОТЕХНОЛОГИЙ И ОРГАНИЗАЦИЯ ОПТИМАЛЬНЫХ СХЕМ ПРОВЕДЕНИЯ КОМПЛЕКСНЫХ ИСПЫТАНИЙ В ЦЕЛЯХ СЕРТИФИКАЦИИ Стрельников Д.В. Email: [email protected]

Стрельников Данила Владимирович — студент магистратуры, кафедра информационной измерительной и биомедицинской техники, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Рязанский государственный радиотехнический университет, г. Рязань

Аннотация: в данной статье представлены основополагающие сведения о метрологии в области нанотехнологий, её экономические обоснования. Проблема, поднятая в данной статье актуальна и на сегодняшний день, так как метрология и сертификация в наноиндустрии будет развиваться и совершенствоваться на протяжении многих десятилетий. Также были представлены основные и наиболее оптимально-достаточные методы и схемы испытаний, проводимых в целях сертификации различной продукции наноиндустрии. Представленные схемы и методы оптимизированы под все виды продукции наноиндустрии и несут минимальные искажения свойств и морфологии наночастиц в процессе проведения этих испытаний подтверждения соответствия типа. Ключевые слова: метрология, наноиндустрия, испытания, нанометрология, сертификация, нанотехнологии.

METROLOGY OF NANOTECHNOLOGIES AND ORGANIZATION OF OPTIMAL SCHEMES FOR CONDUCTING COMPLEX TESTS FOR CERTIFICATION PURPOSES Strelnikov D.V.

Strelnikov Danila Vladimirovich — Student Master’s Degree DEPARTMENT OF INFORMATION-MEASURING AND BIOMEDICAL ENGINEERING, RYAZAN STATE RADIO ENGINEERING UNIVERSITY, RYAZAN

Abstract: this article presents the basic information about metrology in the field of nanotechnologies, its economic justifications. The problem raised in this article is actual and for today, since metrology and certification in the nanoindustry will develop and improve over many decades. Also, the basic and most optimal-sufficient methods and test schemes for the certification of different nanoindustry products were presented. The presented schemes and methods are optimized for all types of nanoindustry products and bear minimal distortion of the properties and morphology of nanoparticles in the course of carrying out these tests of type approval. Keywords: metrology, nanoindustry, tests, nanometrology, certification, nanotechnology.

Защита от помех – обзор

При изучении использования спектра для CR следует учитывать следующие четыре ситуации с плотностью использования спектра (SD).

Прежде чем обсуждать процесс когнитивного спектра, рассмотрим классический случай управления спектром и назначения. Как только радиоприемники вышли за рамки методов искрового разрядника (первоначальное импульсное сверхширокополосное радио), использование спектра было устранено, чтобы избежать помех. Менеджеры по использованию спектра и частот присваивают отдельным радиостанциям или сетям дискретные частоты и пытаются гарантировать, что излучение одного не оказывает неблагоприятного воздействия на другие.Вокруг этого простого принципа выросло немалое юридическое (и, казалось бы, меньшее техническое) сообщество.

Важно признать, что это консервативное ручное планирование не является неотъемлемой частью работы радиолиний; статистически это значимо только потому, что представляет собой набор случаев, в которых радиосистема не сможет работать, поскольку без адаптации, даже если она распознает наличие помех, она не может в одностороннем порядке реализовать и скоординировать стратегию перехода к чистой канал.В этой главе мы в основном рассматриваем стратегии использования спектра, которые используют осведомленность для обнаружения пробелов в спектре, которые сами по себе часто являются результатом существенного консервативного характера процесса планирования. Однако не менее важным аргументом в пользу их включения в реальные системы является возможность локального устранения помех с использованием того же поведения, которое используется для обнаружения нового и незаблокированного спектра. Эта особенность адаптивных к помехам радиостанций дает всем пользователям спектра возможность отказаться от консервативных в настоящее время допущений, лежащих в основе планирования использования спектра.

Специалисты по планированию спектра и частот изначально находятся в невыгодном положении из-за ряда факторов. Во-первых, они должны исходить из того, что: мешающие сигналы будут распространяться на максимально возможный диапазон; и полезные сигналы должны быть получены без неприемлемого ухудшения запаса канала в наихудших условиях распространения.

Большая часть этого пессимизма не присуща работе радиоприемников; это строго следствие необходимости планировать «крайние случаи» до того, как станут известны фактические условия.Статическое планирование спектра должно исходить из того, что каналы работают в условиях максимальной нагрузки, в то время как помехи будут возникать, когда каналы максимально сконфигурированы для создания помех.

Таким образом, развертывание CR принесет два дополнительных преимущества: первое, когда CR более эффективно делят спектр с не-CR, и второе, когда CR могут предположить, что другие радиостанции являются когнитивными и, таким образом, могут смягчить любые (надеюсь, редкие) ситуации помехи, которые они могли вызвать. Это последнее допущение позволяет радиостанции уменьшить свой запас защиты, поскольку сеть в целом может выдерживать случайные помехи без разрушительных последствий.

5.6.1 Неустойчивая к помехам работа

Как указано, метрика мобильности определяется требованием устранения конфликтов спектра во всем диапазоне, в котором может находиться устройство, и за пределами диапазона помех, расширяя диапазон помех устройства. устройство, как показано на рисунке 5.27.

Рисунок 5.27. Определение коэффициента мобильности при управлении использованием спектра.

На этом рисунке диспетчер спектра знает обо всех путях (или рабочих местах), по которым может работать устройство, а также о радиусе помех, в котором оно должно устранять конфликты.Это создает зарезервированную область (на самом деле объем, но третье измерение редко используется, поэтому игнорируется в данном обсуждении), спектр которого нельзя использовать для каких-либо других целей без риска взаимных помех. Если предварительная информация о мобильности отсутствует, спектр должен быть зарезервирован на всей территории, для которой разрешена работа, до требуемого уровня оперативной доступности ( A 0 ). Обратите внимание, что радиус интерференции должен быть двусторонним; он должен включать влияние спектральной плотности мощности обоих устройств.При рассмотрении вопроса об определении радиуса интерференции он должен отражать большее из двух направлений; то есть больший из диапазонов, в котором A может мешать B или B может мешать A .

Управление питанием позволяет каналу работать с мощностью, соответствующей фактическим условиям канала, а не наихудшим условиям и запасу на затухание. Описанные здесь условия достаточно редки, чтобы не влиять на среднее или медианное значение работающей сети, но достаточно значительны, чтобы существенно повлиять на ее надежность.Во многих сетях нецелесообразно обеспечивать управление питанием. Аппаратное обеспечение, используемое в сети, часто не может обеспечить значительные диапазоны выходной мощности; механизмы обратной связи не могут быть реализованы в симплексном устройстве; существует значительное количество приемников, которые должны принимать трансляцию; или некоторые из приемников не имеют механизма обратной связи (например, терминал только для приема). Хотя управление мощностью может присутствовать, процесс планирования спектра должен исходить из того, что он не снижает максимальную излучаемую мощность.

Рабочий цикл — это количество времени, на которое должен быть зарезервирован спектр, по сравнению с фактическим временем, в течение которого он фактически используется. Определение термина , используемого , не обязательно означает только время, в течение которого передается энергия. Его оценка несколько более тонкая из-за двух эффектов. Во-первых, время, в течение которого приемник чувствителен к помехам, безусловно, является использованием спектра и должно считаться «использованным». Кроме того, периоды времени, которые слишком короткие, чтобы их могли использовать другие пользователи, по сути, «используются».Чередование независимых (не взаимодействующих) пользователей в интервалах уровня управления доступом к среде (MAC) обычно нецелесообразно, и, таким образом, можно считать, что все время работы используется.

Мы постулируем, что CR дает возможность более эффективно справляться с этой ситуацией, используя способность определять фактические условия распространения, которые возникают, и динамически настраивать радио, чтобы наилучшим образом соответствовать этим условиям. Для этого выделим его работу с двумя целями. В первом случае он пытается свести к минимуму собственный спектральный «след» в соответствии с окружающей средой и потребностями сетей, которые он поддерживает.Во-вторых, он адаптируется к любому доступному спектру на основе местного наблюдения. Собрав вместе, мы можем представить себе радиоприемник, который может находить дыры и трансформировать свои излучения, чтобы они соответствовали одной или нескольким дырам. Такие радиостанции могут предлагать услуги радиосвязи без какого-либо явного распределения спектра и при этом быть способными предоставлять услуги с высокой степенью достоверности.

Этот автор предложил структуру для разделения этих двух операционных политик в 2004 году и предложил ее МСЭ в качестве отправной точки для нормативного рассмотрения CR, как показано на рисунке 5.1. Это разделение позже было принято в качестве основы для демонстраций DARPA XG. В модели анализатор спектра DSA может свободно находить решения, которые максимизируют производительность беспроводного устройства.

Одно фундаментальное различие в производительности между когнитивными и не-CR заключается в том, как они получают и получают доступ к спектру. Не-CR обычно получают спектр одним из двух способов:

Assigned . Присвоенный спектр обычно назначается определенному пользователю или использованию регулирующим органом (или путем делегирования от одного из них) и обычно предполагается исключительное или преимущественное использование.Обычно существует гарантия невмешательства в этот класс спектра. Услуги вещания, сотовая связь, спутниковая связь и общественная безопасность являются примерами этого класса.

Община . Общий спектр предоставляется для использования рядом пользователей, как правило, с некоторыми техническими или эксплуатационными ограничениями. Нет гарантии доступности или невмешательства. Примеры этого класса включают промышленные, научные и производственные (ISM) диапазоны, обычно называемые нелицензируемыми.

Влияние рабочего цикла несколько тонкое. Если скважность 25 процентов, то значит ли это, что есть возможность загрузить вчетверо больше радиостанций? Это возможно при среднем значении, если предположить, что система может использовать спектр всякий раз, когда он доступен. Это, безусловно, подходящая модель для системы, которая изначально устойчива к задержкам доступа, такой как сеть, устойчивая к задержкам (DTN) [29], но для большинства приложений она неприемлема. Степень использования рабочего цикла зависит от размера пула спектра.Например, 10 каналов, совместно используемых 40 пользователями, статистически сильно отличаются от 100 каналов, совместно используемых 400 пользователями, с точки зрения надежности, которую они могут обеспечить. Поэтому мы вводим два дополнительных параметра, чтобы полностью указать среду: требуемая доступность ( A 0 ) и размер пула (pool).

Доступность заданного количества каналов (необходимых) при заданном рабочем цикле и размере пула является биномиальным распределением, где успех означает, что канал доступен, вероятность успеха равна 1 — коэффициент заполнения.

(5.15)A0=∑k=neededNpool(Npoolk)(1−duty)kdutyNpool-kforneeded≤Npool

Для больших размеров пула это становится нормальным распределением, и более удобное описание CDF использует регуляризованное неполное бета-функция ( I x ):

(5.16)A0=1−Px(X≤needed-1)=1-I1-duty(pool-need-1needed).

Преимущества статистически большого пула спектра очевидны в значениях A 0 для различных значений относительной доступности спектра, которые показаны на рисунке 5.28. По горизонтальной оси отложена степень предоставленного «избыточного» спектра. Превышение — это спектр, выходящий за пределы ожидаемого значения произведения количества узлов и рабочего цикла.

Рисунок 5.28. Репрезентативные значения вероятности доступности спектра ( A 0 ) для 20-процентного рабочего цикла.

Без достаточно большого количества радиостанций, совместно использующих спектр, размер пула статистически слишком мал, чтобы обеспечить доступ к спектру с достаточно высокой достоверностью для поддержки надежных операций.Например, в приведенном выше случае с 25-процентной радиостанцией для работы с высокой достоверностью ( A 0 > 98 процентов) по существу требуется спектр для каждой радиостанции в пуле из 10 радиостанций, что по крайней мере вдвое превышает среднее значение для пула. из 20 радиостанций, но всего на 25 процентов выше среднего значения для группы из 160 радиостанций, совместно использующих спектр. Все пользователи получают выгоду от крупномасштабного объединения спектра.

Показателем, по которому они будут оцениваться, является SpectralDensity . Этот показатель очень чувствителен к индивидуальным проектам, средам и моделям использования, но будет показано, что его производная (удерживая эти предположения постоянными) дает представление о способности CR достигать более высокой плотности использования в фиксированных частях спектра.

(5.17) Spectraldensity = σi = 1ndutyCyclei · Bandusageibandwidth0 · Profert0

, где:

N =

N = Количество пользователей в Spectrum

DUNCYCYCLE I = Дежурный цикл пользователя I

Bandusage I = мгновенная спектральная пропускная способность, используемая пользователем i

пропускной способности 0 = Общая пропускная способность, доступная для набора пользователей

Area 0 = географическая зона, в которой используется спектр

Ясно, что оптимальной ситуацией является наличие спектра, доступного для использования и распределения во всех местах, не входящих в радиус помех от потенциального источника излучения.Таким образом, эта плотность составляет одно устройство на зону помех. Плотность деконфликтного мобильного устройства — это рабочая зона плюс область, окружающая периметр рабочей зоны за пределами радиуса помех. Наша мера — это отношение максимально возможной плотности устройств к достижимой плотности устройств.

(5.18) ПлощадьеeЭффективность = interferenceAreadeConflickenClickedAreva + rinterferferefenecteConflickerea + rinterferference 2DeConFlickencerimeter

, где

R Интерференция = интерференционный радиус наихудшего чехла сопряжения

Deconflict площадь = зона мобильности после устранения конфликтов

периметр = периметр мобильности после устранения конфликтов

Первый случай представляет собой простую двустороннюю связь между двумя транспортными средствами, которые будут перемещаться по континентальной части США.Дальность связи устройства составляет 7 километров, поэтому разумная оценка радиуса его помех составляет 22 километра. (оценивается при дифракционном распространении в среде r 4 и отношении сигнал-шум 20 дБ на границе рабочего диапазона). Поскольку Соединенные Штаты имеют приблизительную площадь 9,6 миллиона квадратных километров, эффективность использования спектра составляет 1,5 × 10 −4 . Это еще ниже, если учесть влияние рабочего цикла. Если мы предположим, что транспортные средства работают по 8 часов в день и разговаривают не более 10 процентов времени, фактическое использование упадет до 5.2 × 10 −6 ! Это очень веская причина полагать, что технология CR имеет богатую целевую среду для улучшения этих практик.

Более разумным подходом может быть выделение части спектра только одному городу. Лос-Анджелес имеет площадь 12 000 квадратных километров. С учетом периметра, который также должен быть защищен от использования, общее резервирование увеличивается до 22 000 квадратных километров. Используя те же операционные допущения, что и раньше, эффективность составляет приблизительно 2.3 × 10 −3 .

Преимущества более широкого использования спектра могут быть выражены либо в дополнительных возможностях беспроводной связи, либо в уменьшении порядка созвездия, либо в виде расширения спектра. Их можно линейно приравнять к пропускной способности (при условии, что использование спектра сокращается) или к снижению энергии (с использованием того же спектра, но с более низким порядком модуляции) с помощью анализа пределов Шеннона.

Следует отметить, что многие системы беспроводных устройств уже реализуют более совершенные технологии, чем базовые.Например, беспроводные концентраторы могут искать открытые каналы, сотовые устройства могут иметь открытые слоты или назначенные частоты, а DFS 802.11a. Эти примеры не опровергают эту базовую линию; они представляют собой первые (хотя и простые) реализации систем динамического спектра и, следовательно, когнитивного радио.

5.6.2 Помехоустойчивая работа DSA

В предыдущем разделе мы рассмотрели начальный случай, когда радиостанции DSA делят спектр с устройствами, которые не допускали каких-либо помех в их работе, поскольку предполагалось, что они не имеют возможности DSA, и поэтому любая энергия в их коммуникационном канале считалась шумом, который снижал запас их канала связи.В этом разделе вместо этого мы рассматриваем случай, когда действующие радиостанции имеют возможность DSA и используем эту возможность не только для обнаружения открытого спектра, но и для смягчения последствий помех в их собственной сети. Эффект от этого изменения огромен: вместо того, чтобы создавать практически нулевые помехи, им разрешается создавать возможность помех, при этом уровень помех должен быть достаточно низким, чтобы совокупные сетевые затраты на перераспределение частот не увеличивались. превышают дополнительные возможности, создаваемые этими более агрессивными методами использования спектра.

Подход вероятности перебоев в использовании спектра (SOP) обеспечивает модель для определения вероятности того, что совокупный уровень сигнала от набора однородных источников излучения превысит установленную маску излучений в фиксированном месте в сети [30, 31]. Мы учитываем разницу в плотности узлов, разрешенную в средах спектра, которые должны обеспечивать действующим пользователям уверенность в невмешательстве, например, в совместно используемом спектре, и максимальную плотность узлов в спектре, в которой узлы должны допускать вероятность наличия определенного уровня помех. сигналы.В этом последнем случае предполагается, что устройство может перемещаться в спектре после определения наличия помех. В целях анализа мы рассматриваем это как набор дискретных вариантов, но на практике устройство может выбирать несколько смежных или несмежных возможностей.

Пинто и Вин [30] показывают, что СОП полной среды бесконечной плоскости поля узлов с пуассоновским распределением в общем случае задается альфа-устойчивым распределением. Хотя в формулировке SOP рассматривается диапазон частот и интерференционных масок, в этом анализе нам необходимо учитывать только основную частоту и, как для простоты, так и для общности, предположить плоское распределение энергии в пределах полосы передачи.Нас интересует относительная плотность CR и не-CR, и результаты масштабируются с различными значениями порога помех. Мы также рассматриваем ситуацию с точки зрения решений источника помех, поэтому мы рассмотрим только эффекты одного источника помех.

Отличие этого анализа от аналогичного намерения Гупта-Кумара состоит в том, что в Гупта-Кумаре предполагалось, что интерференция вызвала потерю пропускной способности из-за сбоя передачи информации.В этом анализе мы будем предполагать, что последствием события помех является принудительный переход на новую частоту, а цена этого перехода — не сбой, а временная потеря способности во время выполнения перехода. Среднее влияние на пропускную способность в статистически независимой среде является:

(5.19) Емкость = TsensingSensing + SOP · TrendezVous

, где:

SOP = Вероятность отключения спектра

T Ощущение = интервал между интервалами зондирования

T рандеву = время до повторного рандеву физического уровня

Эта мера пропускной способности равна 1, если нет случаев отключения спектра.На самом деле, для коротких интервалов времени ( T зондирования ) предположение о независимости очень консервативно, так как движение узлов обычно намного медленнее, чем скорость зондирования. Таким образом, это значение является верхней границей скорости разрушения и, следовательно, нижней границей пропускной способности. Безразмерное обобщение этого отношения может быть построено путем замены отношения времени встречи к интервалу зондирования, называемого индексом DSA.

(5.20) Емкость=11+SOP×IDSA, где IDSA=TrendezvousTsensing

Рисунок 5.29 иллюстрирует взаимосвязь пропускной способности, SOP и индекса DSA для некоторых репрезентативных значений каждого из них (интервал обнаружения 100 мс и время повторного рандеву 186 мс или I DSA , равный 1,86). Этот диапазон значений I DSA может работать даже при SOP , равном 10 −1 , с ухудшением качества доступа к каналу всего на 15 процентов.

Рисунок 5.29. Емкость для типичного набора скорости обнаружения и времени встречи.

Хотя 10 −1 вероятность возникновения помех неприемлема для радиостанции без DSA, совместно использующей полосу, это не является существенным препятствием для работы радиостанции DSA, использующей тот же диапазон. Возможность, предоставляемая совместным использованием спектра DSA-DSA, заключается в значительном увеличении плотности узлов, максимизируя совокупную пропускную способность. Произведение плотности узлов на доступ к каналу дает общую плотность трафика на единицу площади и выделение спектра.

Защита от помех

К.1

[Снято] Заземление аудиочастотной телефонной линии в кабеле
Удалено после того, как его содержание стало технически устаревшим

К.2

[Снято] Защита систем питания ретрансляторов от помех от соседних линий электропередач
Удалено после того, как его содержание стало технически устаревшим

К.3

[Отозвано] Помехи, вызванные сигналами звуковой частоты, введенными в сеть распределения электроэнергии.
Удалено после того, как его содержание стало технически устаревшим

К.4

[Отозвано] Нарушение сигнализации
Удалено после того, как его содержание стало технически устаревшим

К.5

Совместное использование опор для распределения электроэнергии и телекоммуникаций

К.6

Меры предосторожности на переходах

К.7

Защита от акустического удара

К.8

Разделение в земле между кабелями связи и системой заземления энергетических объектов

К.9

Защита телекоммуникационного персонала и оборудования от высокого потенциала земли из-за соседней линии электропередачи

К.10

Низкочастотные помехи из-за дисбаланса относительно земли телекоммуникационного оборудования

К.11

Принципы защиты от перенапряжений и сверхтоков

К.12

Характеристики газоразрядных трубок для защиты телекоммуникационных установок

К.13

Наведенные напряжения в кабелях с жилами с пластмассовой изоляцией

К.14

Установка металлического экрана в кабелях с пластмассовой оболочкой

К.15

[Снято] Защита систем удаленного питания и повторителей линий от молний и помех от соседних линий электропередач

К.16

[Отозвано] Упрощенный метод расчета для оценки влияния магнитной индукции от линий электропередач на ретрансляторы с дистанционным питанием в телекоммуникационных системах с коаксиальной парой.
Рек.K.16 был отозван, поскольку он касается только методов расчета, содержащихся в «Директивах — Том II: Расчет наведенных напряжений и токов в практических случаях», без каких-либо ограничений.

К.17

[Отозвано] Испытания ретрансляторов с питанием с использованием полупроводниковых устройств для проверки механизмов защиты от внешних помех.

К.18

Расчет напряжения, наводимого в линиях электросвязи от передач радиостанций, и методы снижения помех

К.19

Совместное использование траншей и туннелей для прокладки телекоммуникационных и силовых кабелей

К.20

Устойчивость телекоммуникационного оборудования, установленного в телекоммуникационном центре, к перенапряжениям и сверхтокам

К.21

Стойкость телекоммуникационного оборудования, установленного в помещениях потребителей, к перенапряжениям и сверхтокам

К.22

[Изъято] Устойчивость к перенапряжению оборудования, подключенного к шине ISDN T/S

К.23

Типы наведенного шума и описание параметров шумового напряжения для базовых пользовательских сетей ISDN

К.24

Метод измерения наведенного радиочастотного шума в телекоммуникационных парах

К.25

[Снято] Защита волоконно-оптических кабелей
Эта Рекомендация была удалена 25 января 2013 г., поскольку ее требования были включены в пересмотренную Рек. МСЭ-T K.47 (05/2012).

К.26

Защита линий электросвязи от вредного воздействия электроэнергии и электрифицированных железнодорожных линий

К.27

Конфигурации соединения и заземления внутри телекоммуникационного здания

К.28

Параметры устройств защиты от перенапряжений на тиристорах для защиты телекоммуникационных установок

К.29

Согласованные схемы защиты телекоммуникационных кабелей под землей

К.30

[Снято] Самовосстанавливающиеся устройства защиты от перегрузки по току

К.31

[Изъято] Конфигурации соединения и заземления телекоммуникационных установок внутри здания абонента
МСЭ-Т К.31 был удален 9 августа 2008 г. после включения соответствующей части этой Рекомендации в ITU-T K.73 (2008 г.)

К.32

[Отозвано] Требования к помехоустойчивости и методы испытаний электростатического разряда на телекоммуникационное оборудование — Общая рекомендация по электромагнитной совместимости
Содержание данной Рекомендации было заменено ITU-T K.43 (1998 г.) и K.48 (2000 г.)

К.33

[Изъято] Ограничения по безопасности людей, связанные с подключением к телекоммуникационной системе от сети переменного тока. электроэнергия и переменный ток электрифицированные железнодорожные сооружения в неисправном состоянии
ITU-T K.33 был удален 09 августа 2008 г. после включения соответствующей информации, содержащейся в настоящей Рекомендации, в пересмотренный Том VI Директив (2008 г.)

К.34

Классификация электромагнитных условий окружающей среды для телекоммуникационного оборудования — Основные рекомендации по электромагнитной совместимости

К.35

Конфигурации соединения и заземления на удаленных узлах электроники

К.36

Выбор защитных устройств

К.37

Методы ослабления низкочастотной и высокочастотной электромагнитной совместимости для телекоммуникационных установок и систем — Основные рекомендации по электромагнитной совместимости

К.38

Процедура испытаний на излучение для физически больших систем

К.39

Оценка риска повреждения объектов электросвязи из-за грозовых разрядов

К.40

Защита от грозовых электромагнитных импульсов в центрах телекоммуникаций

К.41

[Изъято] Стойкость внутренних интерфейсов телекоммуникационных узлов к импульсным перенапряжениям

К.42

Подготовка требований к излучению и помехоустойчивости для телекоммуникационного оборудования. Общие принципы

К.43

Требования к помехоустойчивости для оборудования телекоммуникационных сетей

К.44

Испытания на стойкость телекоммуникационного оборудования, подвергающегося воздействию перенапряжений и сверхтоков. Основная рекомендация

К.Имп44

Руководство по реализации Рекомендации МСЭ-T K.44

К.45

Стойкость оборудования электросвязи, установленного в подъездных и магистральных сетях, к перенапряжениям и сверхтокам

К.46

Защита линий электросвязи с использованием металлических симметричных проводников от грозовых перенапряжений

К.47

Защита линий электросвязи от прямых ударов молнии

К.48

Требования по электромагнитной совместимости для телекоммуникационного оборудования. Рекомендация по семейству продуктов

К.49

Требования к испытаниям и критерии качества работы телефонных терминалов голосовой связи, подверженных помехам от цифровых систем мобильной связи

К.50

Безопасные пределы рабочих напряжений и токов телекоммуникационных систем с питанием от сети

К.51

Критерии безопасности для телекоммуникационного оборудования

К.52

Руководство по соблюдению пределов воздействия электромагнитных полей на человека

К.53

[Изъято] Значения наведенного напряжения на телекоммуникационных установках для установления телекоммуникаций и a.в. Обязанности операторов электроэнергетики и железных дорог
ITU-T K.53 был удален 09 августа 2008 г. после включения соответствующей информации этой Рекомендации в ITU-T K.68 (2008 г.)

К.54

Метод и уровень испытаний на устойчивость к кондуктивным помехам на основных частотах мощности
El ttulo espaol fue cambiado por un erratum el 09/08/2002

К.55

Требования к перенапряжению и перегрузке по току для разъемов с прорезями изоляции (IDC)

К.56

Защита базовых радиостанций от грозовых разрядов

К.57

Меры защиты базовых радиостанций, расположенных на опорах линий электропередач

К.58

Электромагнитная совместимость, требования по устойчивости и безопасности и руководство по определению ответственности при совместном размещении установок информационных и коммуникационных технологий

К.59

Электромагнитная совместимость, сопротивление и требования безопасности и процедуры для подключения к несвязанным кабелям

К.60

Уровни излучения и методы испытаний проводных телекоммуникационных сетей для минимизации электромагнитных помех радиослужб

К.61

Руководство по измерению и численному прогнозированию электромагнитных полей для соблюдения пределов воздействия на человека для телекоммуникационных установок

К.62

Соответствие излучаемым помехам на уровне системы с использованием математического моделирования

К.63

Поддержание пригодности производственного телекоммуникационного оборудования для предполагаемой электромагнитной среды

К.64

Методы безопасной работы с внешним оборудованием, установленным в определенных условиях

К.65

Требования к перенапряжению и перегрузке по току для оконечных модулей с контактами для тестовых портов или устройств защиты от перенапряжения

К.66

Защита помещений потребителей от перенапряжений

К.67

Ожидаемые перенапряжения в телекоммуникационных и сигнальных сетях из-за гроз

К.68

Обязанности оператора по управлению электромагнитными помехами от энергосистем в телекоммуникационных системах

К.69

Поддержание защитных мер

К.70

Методы смягчения воздействия ЭМП на человека вблизи станций радиосвязи

К.71

Защита антенных установок клиентов

К.72

Защита линий электросвязи с использованием металлических проводников от молнии. Управление рисками

К.73

Экранирование и соединение кабелей между зданиями

К.74

Требования к электромагнитной совместимости, устойчивости и безопасности для устройств домашней сети

К.75

Классификация интерфейса для применения стандартов по устойчивости и безопасности телекоммуникационного оборудования

К.76

Требования по электромагнитной совместимости для сетевого оборудования электросвязи (9–150 кГц)

К.77

Характеристики металлооксидных варисторов для защиты телекоммуникационных установок

К.78

Руководство по устойчивости к электромагнитным импульсам на большой высоте для телекоммуникационных центров

К.79

Электромагнитная характеристика излучаемой среды в 2.Диапазон ISM 4 ГГц

К.80

Требования по электромагнитной совместимости для телекоммуникационного сетевого оборудования (1–6 ГГц)

К.81

Руководство по устойчивости к электромагнитным помехам большой мощности для телекоммуникационных систем

К.82

Характеристики и параметры полупроводниковых самовосстанавливающихся устройств защиты от перегрузки по току для защиты телекоммуникационных установок

К.83

Мониторинг уровней электромагнитного поля

К.84

Методы испытаний и руководство по предотвращению утечки информации из-за непреднамеренных электромагнитных излучений

К.85

Требования по смягчению воздействия молнии на домашние сети, установленные в помещениях клиентов

К.86

Метод измерения потерь продольного преобразования (9 кГц — 30 МГц)

К.87

Руководство по применению требований электромагнитной безопасности. Обзор

К.88

Требования по электромагнитной совместимости для сетевого оборудования следующего поколения

К.89

Защита людей внутри конструкции, использующей услуги электросвязи, обеспечиваемые металлическими проводниками, от молнии. Управление рисками

К.90

Методы оценки и рабочие процедуры для соблюдения пределов воздействия на персонал сетевых операторов электромагнитных полей промышленной частоты

К.91

Руководство по оценке, анализу и мониторингу воздействия на человека радиочастотных электромагнитных полей

К.92

Кондуктивная и излучаемая электромагнитная среда в домашней сети

К.93

Устойчивость устройств домашней сети к электромагнитным помехам

К.94

Метод испытаний на взаимные помехи для оценки снижения производительности конвергентных оконечных устройств

К.95

Параметры перенапряжения изолирующих трансформаторов, используемых в телекоммуникационных устройствах и оборудовании

К.96

Компоненты защиты от перенапряжения: обзор функций и технологий снижения перенапряжения

К.97

Молниезащита распределенных базовых станций

К.98

Руководство по защите от перенапряжения для телекоммуникационного оборудования, установленного в помещениях заказчика

К.99

Руководство по применению компонентов защиты от перенапряжения – газоразрядные трубки

К.100

Измерение радиочастотных электромагнитных полей для определения соответствия пределам воздействия на человека при вводе в эксплуатацию базовой станции

К.101

Коэффициенты экранирования для молниезащиты

К.102

Параметры компонентов тиристорной защиты от перенапряжения постоянного напряжения, используемых для защиты телекоммуникационных установок

К.103

Руководство по применению компонентов защиты от перенапряжения — компоненты соединения Silicon PN

К.104

Метод определения передаточного потенциала повышения потенциала земли от сетей высокого или среднего напряжения к системе заземления или нейтрали сетей низкого напряжения

К.105

Молниезащита фотоэлектрических систем электроснабжения, питающих базовые радиостанции

К.106

Методы уменьшения помех между радиоустройствами и кабелем или оборудованием, подключенным к проводным широкополосным сетям и сетям кабельного телевидения

К.107

Метод определения полного сопротивления относительно земли систем заземления

К.108

Совместное использование опор для телекоммуникационных и глухозаземленных линий электропередач

К.109

Установка телекоммуникационного оборудования на опорах электропередач

К.110

Молниезащита специального трансформатора для базовых радиостанций

К.111

Защита окружающих конструкций телекоммуникационных вышек от молнии

К.112

Молниезащита, заземление и соединение: практические процедуры для базовых радиостанций

К.113

Составление карт уровней радиочастотного электромагнитного поля

К.114

Требования к электромагнитной совместимости и методы измерения для оборудования базовых станций цифровой сотовой подвижной связи

К.115

Методы смягчения электромагнитных угроз безопасности

К.116

Требования к электромагнитной совместимости и методы испытаний оконечного радиотелекоммуникационного оборудования

К.117

Параметры первичной защиты для защиты от перенапряжения портов Ethernet оборудования

К.118

Требования к молниезащите оптоволокна к оборудованию точки распределения

К.119

Оценка соответствия базовых радиостанций в отношении молниезащиты и заземления

К.120

Молниезащита и заземление миниатюрной базовой станции

К.121

Руководство по рациональному использованию окружающей среды для соблюдения ограничений радиочастотного ЭМП для базовых станций радиосвязи

К.122

Уровни воздействия в непосредственной близости от антенн радиосвязи

К.123

Требования к электромагнитной совместимости для электрооборудования средств телекоммуникаций

К.124

Обзор воздействия излучения частиц на телекоммуникационные системы

К.125

Опасные воздействия и меры защиты от электромагнитных помех при размещении интернет-центра обработки данных рядом с высоковольтной подстанцией

К.126

Руководство по применению компонентов защиты от перенапряжения — изолирующие трансформаторы высокочастотных сигналов

К.127

Требования к помехоустойчивости телекоммуникационного оборудования при использовании беспроводных устройств в непосредственной близости

К.128

Руководство по применению компонентов защиты от перенапряжения — компоненты металлооксидного варистора (MOV)

К.129

Характеристики и номинальные характеристики кремниевых компонентов фиксации напряжения с PN-переходами, используемых для защиты телекоммуникационных установок

К.131

Методологии проектирования телекоммуникационных систем с применением мягких мер погрешности

К.130

Методы испытаний телекоммуникационного оборудования нейтронным облучением

К.132

Требования к электромагнитной совместимости электромагнитных помех от осветительного оборудования, расположенного на объектах телекоммуникаций

К.133

Электромагнитное окружение нательного оборудования в промышленном, научном и медицинском диапазоне 2,4 ГГц и 13,56 МГц

К.134

Защита небольших телекоммуникационных установок с плохими условиями заземления

К.135

Технические параметры устройств защиты от токов утечки с функцией автоматического повторного включения для телекоммуникационных приложений

К.136

Требования к электромагнитной совместимости для радиотелекоммуникационного оборудования

К.137

Требования к электромагнитной совместимости и методы измерения оборудования проводных сетей электросвязи

К.138

Методы оценки качества и рекомендации по применению мер по смягчению последствий на основе испытаний излучения частиц

К.139

Требования надежности для телекоммуникационных систем, подверженных воздействию излучения частиц

К.140

Руководство по применению компонентов защиты от перенапряжения — предохранители

К.141

Требования электромагнитной совместимости к оборудованию для восприятия информации

К.142

Молниезащита и заземление систем видеонаблюдения

К.143

Руководство по технике безопасности при использовании устройств защиты от перенапряжения и компонентов защиты от перенапряжения в оконечном телекоммуникационном оборудовании

К.144

Руководство по применению компонентов защиты от перенапряжения — Самовосстанавливающиеся устройства защиты от перегрузки по току с термоактивацией

К.145

Оценка и управление соблюдением пределов воздействия радиочастотного электромагнитного поля на работников объектов и объектов радиосвязи

К.146

Управление помехами для телекоммуникационных передач по медным линиям для сигналов, отличных от речи

К.147

Защита сетевого оборудования информационных технологий

К.148

Руководство по применению многофункционального устройства защиты от перенапряжения

К.149

Методы испытаний на пассивную интермодуляцию антенных решеток в системах мобильной связи

К.150

Информация о полупроводниковых устройствах, необходимая для проектирования телекоммуникационного оборудования с применением мягких мер по уменьшению ошибок

К.151

Электробезопасность и молниезащита систем ввода среднего напряжения и выходного напряжения до 400 В постоянного тока в центрах обработки данных ИКТ и телекоммуникационных центрах

К.Доп1

ITU-T K.91 — Руководство по электромагнитным полям и здоровью

К.Суп2

ITU-T K.52 — Калькулятор эквивалентной изотропной излучаемой мощности, как описано в Рекомендации ITU-T K.52

К.Суп3

ITU-T K.20, K.21, K.45, K.82 — Дополнительные критерии защиты телекоммуникационных кабелей во время перепада напряжения

К.Sup4

ITU-T K.91 — Вопросы электромагнитного поля в «умных» устойчивых городах

К.Суп5

ITU-T K.81 — Примеры оценки мощной электромагнитной угрозы и уязвимости для систем электросвязи

К.Суп6

МСЭ-Т К.115 — Измерение эффективности экранирования с использованием нормализованного затухания места в свободном пространстве

К.Суп7

ITU-T K.44 — Конфигурации питания переменного тока

К.Суп8

Анализ устойчивости систем 5G

К.Суп9

Технология 5G и воздействие на человека радиочастотных электромагнитных полей

К.Суп10

Анализ аспектов электромагнитной совместимости и определение требований к мобильным системам 5G

К.Суп11

ITU-T K.131 — Мягкие меры ошибок для программируемых пользователем вентильных матриц

К.Суп12

ITU-T K.51 — Потенциальные опасности узкого расстояния между контактами в разъемах

К.Sup13

Уровни воздействия радиочастотного электромагнитного поля (RF-EMF) от мобильных и портативных устройств при различных условиях использования

К.Суп14

Воздействие РЧ-ЭМП ограничивает более строго, чем рекомендации ICNIRP или IEEE по развертыванию мобильных сетей 4G и 5G.

К.Sup15

ITU-T K.20, K.21 и K.44 — Коэффициенты испытаний на перенапряжение внутреннего интерфейса питания постоянного тока

К.Суп16

Оценка соответствия электромагнитным полям для беспроводных сетей 5G

К.Суп17

ITU-T K.44 — Информация об условиях и методах испытаний

К.Суп18

ITU-T K.44 — Причины условий перенапряжения и перегрузки по току в системе электросвязи и их ожидаемые уровни

К.Суп19

Напряженность электромагнитного поля (ЭМП) внутри поездов метрополитена

К.Суп20

ITU-T K.91 — Дополнение по оценке радиочастотного воздействия вокруг подземных базовых станций

К.Суп21

ITU-T K.21 — Обоснование установления требований по устойчивости телекоммуникационного оборудования, установленного в помещениях клиентов, против молнии

К.Суп22

ITU-T K.45 — Обоснование установления требований по устойчивости телекоммуникационного оборудования, установленного в сетях доступа и магистральных сетях, против молнии

К.Суп23

Импульсные напряжения и токи порта Ethernet

К.Суп24

ITU-T K.20 — Обоснование установления требований по устойчивости оборудования электросвязи, установленного в центре электросвязи, к грозовым разрядам

К.Суп25

МСЭ-Т К.117 — Тестирование устойчивости одиночной витой пары Ethernet с большой досягаемостью

К.Суп26

ITU-T K.114 — Анализ требований к электромагнитной совместимости и методы испытаний базовых станций активной антенной системы 5G

Оценка помех и разработка критериев защиты от помех для защиты операций общественной безопасности и обеспечения совместного использования спектра с вещанием NTSC и DTV на телеканалах 60–69 (746–806 МГц)

Содержание

Управляющее резюме

Отправлено по адресу:
Industry Canada
Jean Edmonds Tower N, 19 th этаж
300 Slater Street, Room 1912A
Ottawa, ON
K1A 0C8

Lapp-Hancock Associates Limited
280 Albert Street, Suite 900
Оттава, Онтарио, Канада K1P 5G8
Телефон: 613-238-2483
Факс: 613-238-1734
Электронная почта: [email protected]около

Точки зрения или мнения, выраженные в этом документе принадлежат авторам и не обязательно представляют мнение Министерства промышленности Канады.

Резюме

Целью исследования является оценка возможных помех от телевизионных передач мобильным радиосистемам общественной безопасности, работающим в спектре, перераспределенном из TV .

Фон

В Canada Gazette Notice DGTP -004-01 Министерство промышленности Канады предложило ввести подвижную службу на равной первичной основе с радиовещательной службой в полосе частот 746–806 МГц .В этом предложении также указывалось, что, хотя План выделения переходного периода требует использования выделений для DTV на каналах 60–69, для удовлетворения насущных потребностей общественной безопасности все же может быть выделено небольшое количество спектра.

Впоследствии была завершена инженерная оценка того, какие части телевизионных каналов 63–64 и 68–69 могут использоваться для общественной безопасности, и каналы 63 и 68 были выбраны как каналы, на которые в наименьшей степени повлиял План перехода.В настоящее время требуется оценка того, как такое использование может быть эффективно реализовано, чтобы позволить подвижным службам общественной безопасности совместно использовать спектр с радиовещательными службами, не получая вредных помех от радиовещательных средств NTSC (аналоговый) и DTV .

Сценарии помех

После того, как Министерство промышленности Канады определило, что каналы 63 и 68 будут выбраны для перераспределения на наземную мобильную связь, необходимо изучить ряд сценариев:

  • Помехи в совмещенном канале
    • Аналог NTSC для узкополосной общественной безопасности
    • Аналог NTSC для широкополосной общественной безопасности
    • DTV для узкополосной общественной безопасности
    • DTV для широкополосной общественной безопасности
  • Помехи в соседнем канале
    • Аналог NTSC для мобильного приема
    • Аналог NTSC для базового приема
    • DTV на мобильный прием
    • DTV на базовый прием

Параметры наземной мобильной связи и телевидения

Параметры системы наземной подвижной связи были получены из параметров ближайших полос (800 МГц ) в соглашениях о совместном использовании границ между Канадой и США и из стандартных планов радиосистем Канады, а также из сводки по телекоммуникациям (Report.001/03): Промышленность Канады: стандарты отраслевой ассоциации Lapp-Hancock Associates Limited по оценке помех. Точно так же телевизионные параметры были получены из Канады / США пограничных соглашений, процедур и правил вещания и документации Комитета по передовым телевизионным системам. Для исследования были выбраны три конкретных телевизионных класса:

.
  • NTSC класс C, ERP 1 мегаватт
  • ДТВ Класс ВЛ, ERP 250 кВт
  • DTV Класс C, ERP 15  кВт .

Совместное использование одной частоты

Можно сделать вывод, что совместная работа телевидения и сухопутной мобильной связи общественной безопасности потребует значительного расстояния между TV и сухопутной мобильной связью. Эти расстояния будут порядка 200–260 92 553 км 92 456 для 92 471 базовых станций NTSC 92 456, однако следует избегать назначения частот наземной подвижной связи рядом с несущими изображения и звука. Для DTV сопоставимые расстояния между базовыми станциями будут порядка 300 км для класса VL и 230 км для класса C.Поскольку предполагается очистить выделенные каналы 63 и 68 из Плана выделения переходных каналов TV , представляется ненужным предусматривать защиту совмещенных каналов, кроме как в пограничной зоне.

Не рекомендуется включать положения о защите совмещенного канала во внутренние правила.

Смежный канал

Для работы по соседнему каналу достаточная защита для мобильных станций может быть обеспечена за счет совместного размещения базовых станций либо для NTSC , либо для DTV .Кроме того, мобильная работа в любом месте зоны обслуживания телевидения не будет проблемой для приема базовой станцией в пределах зоны обслуживания TV . Однако передачи базовой станции потенциально могут создавать помехи для приема соседних телевизионных каналов в радиусе расположения базовой станции.

Рекомендуется рассмотреть возможность совместного размещения базовых станций с передатчиками TV в городах, имеющих каналы 62 или 64, чтобы свести к минимуму потенциальные помехи приему наземной подвижной связи (мобильных станций) или приему TV .

Если совместное размещение невозможно, работа общественной безопасности по-прежнему возможна в контуре обслуживания станции TV класса B. Защитное расстояние будет составлять примерно 56 92 553 км 92 456 относительно станции 92 471 NTSC 92 456 92 455 TV 92 456 и 71 92 553 км 92 456 и 47 92 553 км 92 456 для 92 467 DTV 92 456 классов VL и C. уменьшить расстояние разноса с увеличением разноса частот.Опять же, передачи базовой станции могут создавать помехи для приема соседнего телевизионного канала.

Рекомендуется обязательное использование плотной маски FCC .

Дата изменения:

Помехи сигналам и экранирование кабеля

Хорошо спроектированный кабель состоит из множества важных независимых элементов. В последнее время экранирование стало столь же важным, как и любой другой элемент дизайна.Растущая сложность современных систем связи и управления в сочетании с увеличением расстояний, на которые необходимо передавать сигналы и средства управления, привела к экспоненциальному увеличению отказов, связанных с электрическими помехами (шумом). В зависимости от применения на кабели могут отрицательно воздействовать EMI/RFI/ESI (электромагнитные помехи, радиочастотные помехи, электростатические помехи), также известные как «сигнальные помехи». помехи сигнала, надлежащее экранирование жизненно важно.

Помехи сигналам

Согласно отраслевым техническим данным существует четыре основных источника помех сигнала.

  • Статический шум: Возникает, когда электрическое поле искажает сигнал, и его можно уменьшить с помощью непрерывных экранов из фольги, обеспечивающих 100%-ную эффективность экранирования, и соответствующих методов заземления.
  • Магнитный шум: Возникает от больших двигателей переменного тока, трансформаторов и рубильников и может создавать потоки тока, противодействующие прибору.Самый простой и лучший способ устранения магнитных помех — использование сигнальной проводки по витой паре.
  • Синфазный шум: Возникает в результате протекания тока между различными потенциальными заземлениями, расположенными в различных точках системы. Для решения этой проблемы требуется тщательно спроектированная и правильно установленная система питания и заземления.
  • Перекрёстные помехи: Относится к наложению импульсных сигналов постоянного или стандартного переменного тока между двумя или более близлежащими проводами или кабелями.Наиболее эффективным средством ослабления помех являются индивидуально экранированные витые пары.

Если вы обнаружите, что шум будет представлять проблему, необходимо определить, является ли шум низким, средним или высоким уровнем.

В таблице ниже приведены общие уровни шума:

Уровень шума Источники шума Типичные местоположения
Высокий Электротехнические процессы, большие двигатели, генераторы, трансформаторы, индукционный нагрев, релейное управление, линии электропередач Заводы тяжелой обработки, такие как сталелитейные и литейные заводы
Средний Двигатели-генераторы, трансформаторы средней мощности Релейное управление Средние заводы-изготовители
Низкий Малые двигатели, генераторы, трансформаторы Складские помещения, лаборатории, офисы и легкие сборочные операции

После определения типа/уровня шума можно лучше выбрать наиболее подходящий тип экранирования.

Экран кабеля

Экранирование окружает силовые жилы кабеля и защищает их за счет (1) отражения помех сигнала, а также (2) улавливания помех и их передачи на землю. Multi/Cable предлагает различные варианты экранирования и разную степень эффективности экранирования. При принятии решения о требуемом типе/количестве экранирования учитывайте следующие факторы:

  • Тип помех сигнала – EMI, RFI или ESI
  • Уровень шума
  • Конфигурация системы
  • Стоимость кабеля – нужно ли дополнительное экранирование?
  • Диаметр кабеля, вес и гибкость

Multi/Cable обычно использует либо фольгу, либо оплетку, либо и фольгу, и оплетку для экранирования кабелей.

Экран из фольги:

Хороший

  • Защита на частотах выше 15 кГц
  • 100%-ное покрытие основных проводников
  • Легкий
  • Низкая стоимость

В экранировании из фольги используется экран из алюминиевой/полиэфирной или алюминиевой/каптоновой фольги (обращенной внутрь) со 100% покрытием и непрерывным контактом со спирально расположенным луженым медным заземляющим проводом (на один размер AWG меньше, чем у изолированных проводников). Заземляющий провод используется для создания электрического соединения между экраном и заземлением цепи.Экранирование фольгой может быть применено к отдельным проводникам, витым парам или тройкам, или как общий экран из фольги.

Плетеный экран:

Better

  • Защита по низким частотам (до 15 кГц)
  • Сопротивление электромагнитным и радиопомехам в приложениях питания, управления и передачи данных
  • Высокая физическая сила

Экранирующая оплетка представляет собой плетеную сетку из голых, луженых, посеребренных или никелированных медных проволок. Экранирующая оплетка Multi/Cable обеспечивает не менее 85% покрытия.Плетеные экраны обеспечивают путь к земле с низким сопротивлением, и их гораздо легче заделывать при подключении к разъему. Поскольку медь имеет более высокую проводимость, чем алюминий, а плетение обеспечивает большую массу для проведения шума, оплетка более эффективна в качестве экрана.

MultiShield (фольга и оплетка):

Best

  • Защита во всем диапазоне частот
  • Высокая физическая сила
  • Простота завершения

Для очень шумных сред и там, где важна физическая прочность, рекомендуется использовать несколько экранирующих слоев (фольга/оплетка).Экран Multi/Cable MultiShield «фольга и оплетка» использует фольгу из тройного ламината (алюминий/полиэстер/алюминий) с дренажным отверстием на один размер AWG меньше, чем у изолированных проводников, плюс общую луженую медную оплетку для повышения физической прочности и превосходного экранирования от помех сигнала. В многожильных кабелях отдельные пары иногда экранируются фольгой, чтобы обеспечить защиту от перекрестных помех между парами.

Для получения более точной информации об экранировании кабеля обратитесь к своему знакомому специалисту по продажам Multi/Cable или инженеру.

Защита сигнальных линий от электромагнитных помех

В современной динамичной промышленной среде электронные устройства, сигналы и силовая проводка и другое электротехническое/технологическое оборудование часто взаимодействуют с создавать проблемы с шумом или электромагнитными помехами (EMI), которые могут ухудшают критически важные измерительные и управляющие сигналы. Правильное заземление и методы экранирования могут помочь уменьшить или устранить эти проблемы и сохранить целостность сигнала.

Для существования проблемы шума необходимы три основных элемента; 1.) а источник шума для создания шума, 2.) приемное устройство, на которое воздействует шум и 3.) канал связи между источником и приемником. цель электромагнитной совместимости состоит в том, чтобы свести к минимуму, отвлечь или устранить из трех элементов, необходимых для решения проблемы шума.

Емкостная связь

Любая часть заводского оборудования или электропроводки может создавать электрический заряд, или потенциал, который может быть выражен как напряжение. Если этот заряд изменится, то генерируется изменяющееся электрическое поле, которое может емкостно взаимодействовать с другими оборудования или проводки.Емкостно-связанный шум может быть смоделирован как ток как показано на рисунке 1. Этот тип шума является доминирующим, когда цепь или терминатор имеет высокий импеданс, потому что шумовое напряжение, генерируемое в приемнике, шумовой ток, i n , умноженный на импеданс приемника, Z в .

Простой и эффективный способ минимизировать емкостно-связанные помехи — использовать экранирование кабеля. Экран представляет собой гауссову или эквипотенциальную поверхность, на которой электрические поля могут заканчиваться и возвращаться на землю, не затрагивая внутренние проводники.

Экранирование эффективно против электрических полей только в том случае, если оно обеспечивает низкий импеданс путь к земле. Плавающий экран не обеспечивает защиты от помех. Между источником шума и проводником все еще остается небольшая емкость из-за к несовершенствам экрана, дырам в плетеном экране и, самое главное, из-за длины проводника, выходящего за пределы экрана. Внимание должно быть платили этим оставшимся паразитам, чтобы избежать «протекающих» щитов.

Правильным местом для подключения электростатического экрана является опорный потенциал схемы, содержащейся в щите.Этот момент будет варьироваться в зависимости от заземлены ли источник и приемник, или один или другой плавает. Важно заземлить экран только в одной точке, чтобы обеспечить токи заземления не проходят через экран. В большинстве случаев экран «земля» не должна находиться под напряжением относительно опорного потенциала схема. Если это так, то это напряжение может быть связано с экранированным проводником. Исключением является использование защитных щитов, когда щит намеренно удерживается в потенциал для предотвращения протекания тока в несбалансированном импедансе источника.Сторожить Экраны обычно используются только в чрезвычайно чувствительных приложениях или при высоких требуется подавление синфазного сигнала.

Емкость между двумя проводниками обратно пропорциональна расстояние между ними. Поэтому еще один простой способ уменьшить емкостную соединение заключается в увеличении расстояния между кабелем-жертвой и источником кабель. Всегда рекомендуется прокладывать «шумящие» кабели, такие как проводка ввода питания, проводка управления двигателем и проводка управления реле отделены от «тихих» кабелей, таких как как аналоговые линии ввода-вывода, цифровые линии ввода-вывода или соединения LAN.

Индуктивная муфта

Когда по кабелю течет ток, создается магнитное поле. Направление этого магнитное поле для тока, протекающего по длинному прямому проводу, можно визуализировать с помощью правило правой руки. Направив большой палец правой руки в сторону течет ток, пальцы покажут направление силовых линий магнитного поля. Представить сложные магнитные поля, которые существуют вблизи тяжелых электрических машин или где много кабелей проложено в общем лотке. Закон Ленца гласит, что токи можно заставить течь в проводниках, перемещая их через магнитное поле.Точно так же изменяющееся магнитное поле будет индуцировать токи в неподвижном проводнике. что в поле. Поскольку большая часть проводки закреплена на месте, переменные токи являются обычная причина магнитной связи.

На рис. 2 показана модель магнитно-связанного шума, аналогичная модели представленный ранее для шума с емкостной связью. Рассмотрение двух моделей показывает, что основное средство связи шума может быть определено путем изменения импеданс источника сигнала, R signal . Если R сигнал уменьшен, емкостная связь шум уменьшится, а шум магнитной связи увеличится.

Магнитную связь гораздо труднее уменьшить, чем емкостную связь потому что магнитные поля могут проникать через проводящие экраны. Два вида потерь, отражение и поглощение характеризуют работу щита. Потери на отражение связано с соотношением между импедансом электромагнитной волны и экраном импеданс. Потери поглощения прямо пропорциональны толщине экрана и обратно пропорциональна толщине скин-слоя защитного материала. Он самый высокий на высоте частотах и ​​быстро падает на низких частотах.

К счастью, есть другие способы уменьшить помехи от магнитной связи. помимо экранирования. Напряжение, индуцируемое магнитным полем в одном витке провода линии поля, которые разрезают петлю, могут быть получены из закона Фарадея.

Сделав общее предположение, что плотность потока (B) является синусоидальной изменяется, как это было бы для токов линии электропередач переменного тока, и что B постоянна в течение площади (А) петли получается следующее выражение;

Здесь B — значение плотности потока в Гауссах, A — площадь контура, пересекаемого линии магнитного поля в см 2 , а θ — угол между ними (рис. 3).

Все эти три параметра находятся под контролем проектировщика системы. магнитное поле можно уменьшить, отделив источник поля от приемная петля или путем скручивания исходных проводов. Площадь петли может быть уменьшена на прокладывая проводники, образующие петлю, ближе друг к другу или уменьшая длина проводников.

Витые пары

Самый простой способ уменьшить магнитно-индуцированные помехи — использовать скрученные парные провода. Это относится как к экранированным, так и к неэкранированным кабелям, а также к помехи, вызванные токами экрана или другими источниками.Скручивание проводов заставляет их сближаться, уменьшая площадь петли и, следовательно, индуцированный Напряжение. Поскольку токи протекают по минимальным площадям контура, магнитное поле генерация тоже снижается. Эффективность витой пары увеличивается с количество витков на единицу длины.

Экранирование

Многие потенциально эффективные щиты могут быть разрушены неправильным завершением экраны на землю. Путь к земле с низким импедансом необходим для реализовать максимальные преимущества экранирования.Соединения «косичкой» от экрана к земле имеют индуктивность, что приводит к увеличению импеданса с частотой. Этот тип соединения будет работать на частотах ниже 10 кГц, но вызовет проблемы с высокими частотами. Использование коротких соединений с большим поперечным сечением площадь минимизирует индуктивность косички, но наилучшее соединение контакт на 360° между экраном и разъемом или шасси.

Сплошные экраны обеспечивают наилучшие теоретические решения по шумоподавлению, но они сложнее в изготовлении и применении.Вместо этого большинство кабелей экранированы оплетка для повышения гибкости, прочности и простоты заделки. Плетеные щиты менее эффективны, чем сплошные щиты, потому что они обеспечивают только 60% и 98% покрытия кабеля. Снижение эффективности более характерно для высокие частоты, где отверстия в оплетке большие по сравнению с длина волны. Для максимального экранирования, надежности и простоты использования кабели с Доступны комбинированные экраны, в которых используется как сплошной, так и плетеный слой.

Заземление

В промышленных условиях наземные системы обеспечивают возврат сигнала и питания. токи, эталоны формы для аналоговых и цифровых цепей, сброс накопления заряда, и защитить людей и оборудование от неисправностей и молнии. Любой ток в система заземления может вызвать разность потенциалов. Удары молнии или другие переходные процессы могут генерировать разность потенциалов от сотен до тысяч вольт. Система заземления должна быть рассмотрена с самого начала, чтобы для схемы или системы, чтобы работать в предполагаемой среде и пройти помехи, излучения и требования безопасности.

Надлежащее заземление зависит от многих факторов, таких как частота и задействованные импедансы, требуемая длина кабелей и вопросы безопасности. Когда проектирование заземления или устранение проблем с заземлением, в первую очередь необходимо определить, куда течет ток. Когда несколько видов оснований сосуществовать, ток не может вернуться по предполагаемому пути.

Наиболее желательным типом заземления для низкочастотных приложений является одноточечное земля. Два примера показаны на рисунке 4.Последовательное соединение, или гирляндной цепи, следует избегать, когда задействованы чувствительные схемы или кабели потому что обратные токи от трех цепей протекают через общую землю импедансы, соединяющие цепи. Потенциал «земли» цепи 1 не только определяется его обратным током через импеданс Z 1 но и по возвращению токи от цепей 2 и 3 через одинаковое сопротивление. Этот эффект называется связь с общим импедансом и является основным средством шумовой связи.

Предпочтительным заземлением является параллельное соединение. Обычно это сложнее и дороже в реализации из-за большого количества проводов. Определять сначала схема с общим сопротивлением связана помехозащищенность при выборе между этими наземными конфигурациями. Большинство систем используют комбинацию обоих топологии.

Контуры заземления

Контуры заземления существуют в системе, когда есть несколько текущих обратных путей или несколько соединений с «землей». Ток, протекающий в контуре заземления создает шумовое напряжение в цепи.Самый очевидный способ избавиться от петля должна разорвать соединение между преобразователем и землей или между приемник и земля. Если это невозможно, изоляция двух цепей универсальный способ разорвать петлю. Изоляция предотвращает токи контура заземления от протекания и отклоняет перепады напряжения земли.

Популярный метод изоляции включает использование преобразователей сигналов на основе трансформаторы или оптопары. В любом случае напряжение синфазного шума появляется на развязывающем устройстве внутри преобразователя сигнала.Шум связь теперь сводится к паразитной емкости через изолирующий барьер. Типичная емкость связи в оптопаре составляет 2 пФ или 0,5 пФ для экранированного. устройства. Связь может быть дополнительно уменьшена с использованием светодиодов, фотодиодов, и волоконно-оптические кабели. Экранирование Фарадея также может быть использовано в трансформаторах для уменьшить сцепление. Оптические ответвители в основном используются для цифровых сигналов, потому что их линейность не всегда подходит для использования в аналоговых схемах.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности.Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка браузера на прием файлов cookie

Существует множество причин, по которым файл cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее распространенные причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки браузера, чтобы принять файлы cookie, или спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файл cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Попробуйте другой браузер, если вы подозреваете это.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы это исправить, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Предоставить доступ без файлов cookie потребует от сайта создания нового сеанса для каждой посещаемой вами страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в файле cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только та информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, если вы не решите ввести его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступ к остальной части вашего компьютера, и только сайт, создавший файл cookie, может его прочитать.

Защита авиационных частот от помех

Описание

Наиболее важной концепцией управления авиационными частотами является «назначенная рабочая зона действия», сокращенно DOC.DOC частотного присвоения – это объем воздушного пространства, в котором использование этой частоты защищено от помех со стороны других частотных присвоений.

DOC выражаются в виде круга или многоугольника с максимальным и минимальным эшелонами полета, поэтому их геометрические формы представляют собой цилиндры или призмы.

Типовые установленные рабочие объемы покрытия.

Правила частотного планирования, используемые для планирования новых частотных присвоений, предписывают минимальное расстояние между DOC двух частотных присвоений, использующих одну и ту же частоту.Это расстояние необходимо для обеспечения защиты от помех.

Последствия близких присвоений

Из-за постоянного спроса на новые частотные присвоения в Европе, частоты повторно используются, насколько это возможно. Поэтому вероятность повторного использования одной и той же частоты на минимальном расстоянии в настоящее время очень высока. В тех случаях, если частота используется за пределами DOC присвоения, могут возникать помехи в соседних DOC, использующих ту же частоту.

Воздействие радиопомех на обеспечение ОВД и полеты воздушных судов более подробно описано в разделе «Радиопомехи».

Типичные сценарии

На приведенной ниже схеме показаны два DOC, использующие одну и ту же частоту и расположенные на минимальном расстоянии. Когда воздушное судно A ведет передачу за пределы DOC, воздушному судну B будут создаваться помехи (т. е. оно будет слышать передачи от воздушного судна A), даже если воздушное судно B находится внутри своего DOC. Самолет A также сможет слышать передачи с самолета B.

Воздушное судно A, создающее помехи воздушному судну B.

В приведенном выше случае диспетчер, ответственный за воздушное судно A, по-прежнему сможет поддерживать связь с воздушным судном и не будет знать, что воздушному судну B создаются вредные помехи. случаях диспетчер, ответственный за воздушное судно B, не будет знать о помехах от воздушного судна A, поскольку помехи принимаются только в воздухе. Следовательно, воздушное судно B могло одновременно получать указания от диспетчера и помехи от воздушного судна A, что могло привести к неправильному толкованию указаний.

Еще одним распространенным сценарием вредных помех является неправильное использование частот при схлопывании секторов и частот сопряжения. Например, в ситуации, изображенной ниже, частоты TWR и APP могут быть сброшены ночью. Если DOC частоты TWR охватывает только сектор TWR, а ночью эта частота связана с частотой APP, уходящий трафик может использовать частоту TWR далеко за пределами своего DOC, и это может вызвать вредные помехи другим частотным присвоениям, использующим ту же самую частоту.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.