船載電子設備羅經(jīng)安全距離測試方法及設備配置研究

顏東升，王一飛，朱宜生

（船舶重工集團公司723所，揚州225001）

0 引 言

羅經(jīng)安全距離測試是船用航行或無線電通信設備必須要做的測試項目之一，目前國內(nèi)有能力完成羅經(jīng)安全距離測試的單位比較少。筆者通過對測試原理及測試標準要求的研究，在羅經(jīng)安全距離測試上取得了一定進展。本文主要論述了羅經(jīng)安全距離測試的方法以及設備配置。

1 羅經(jīng)安全距離的概念

羅經(jīng)包括標準羅經(jīng)和陀羅經(jīng)（又稱電羅經(jīng)），作為船舶航行的可靠導航設備，直接關(guān)系到船舶的航行安全，在船舶航行方向的顯示、指引方面起著重要作用。一般來說，羅經(jīng)安裝在駕駛室內(nèi)，同時，駕駛室內(nèi)還有其它導航、通信及控制設備。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，各種導航、通信及控制設備越來越多地使用電子元器件，帶來的一個問題是：如果該設備的電磁兼容性能不佳，就會對羅經(jīng)產(chǎn)生干擾，從而危及船舶的航行。為了保證羅經(jīng)指向的正確性，就需要將其它設備對羅經(jīng)的干擾限定在一定范圍內(nèi)，而設備的干擾隨著其與羅經(jīng)的距離增加而減小，所以對于特定的電子導航、通信及控制設備，如果該設備和羅經(jīng)相距一定距離且對羅經(jīng)產(chǎn)生的干擾在標準規(guī)定的范圍內(nèi)，那么該設備即可在此距離外安全使用，這一距離即為羅經(jīng)安全距離。羅經(jīng)安全距離越小表明該設備對羅經(jīng)的干擾越小，其抗干擾能力越強，該設備只能在羅經(jīng)安全距離之外的范圍內(nèi)安裝。

2 標準對羅經(jīng)安全距離測試的要求

依據(jù)IEC 60945標準和ISO694標準，羅經(jīng)安全距離為被測試的電子設備（包括設備組成的任一部件、單元的最近點）距離羅經(jīng)中心點的距離，這個距離保證標準羅經(jīng)的最大受影響角度為5.4°／H，陀羅經(jīng)、備用羅經(jīng)和應急羅經(jīng)的最大受影響角度為18°／H［1－2］。H 為實際測試地點地磁場密度的水平分量，單位為μT。

3 測試原理

地磁場的磁場強度為矢量，具有大小和方向，其在垂直面上的投影為地磁場垂直分量，它對羅經(jīng)磁針的指向和偏轉(zhuǎn)沒有影響，可以不考慮；地磁場在水平面上的投影為地磁場水平分量，水平分量所指的方向就是羅經(jīng)磁針北極所指的方向，所以水平分量是影響羅經(jīng)偏轉(zhuǎn)的主要因素?？梢栽谒矫嫔辖⒆鴺藢λ椒至亢土_經(jīng)偏轉(zhuǎn)角展開研究。

如圖1所示，a表示地磁場水平分量，也就是未受任何外磁場干擾影響時羅經(jīng)磁針的指向，b表示設備所在平臺環(huán)境所產(chǎn)生的干擾磁場，c表示受到干擾磁場影響后羅經(jīng)磁針的指向。

圖1 系統(tǒng)框圖

根據(jù)平行四邊形法則及三角函數(shù)定義，可得到如下公式：

如果規(guī)定了羅經(jīng)最大允許偏轉(zhuǎn)角度α2max，根據(jù)上述公式，可求出最大允許干擾磁場，也就是將測量羅經(jīng)磁針偏轉(zhuǎn)角度的問題轉(zhuǎn)化為測量干擾磁場的問題，從而能較為準確地開展測量［3］。

4 測試方法

測試步驟為：

（1）H 值獲取

首先從權(quán)威部門如氣象部門獲取測試地地磁場強度的水平分量。

（2）羅經(jīng)最大允許偏轉(zhuǎn)角計算

已知測試地的地磁場強度水平分量后，根據(jù)標準計算出標準羅經(jīng)在測試地的最大允許偏轉(zhuǎn)角要求，以及陀羅經(jīng)、備用羅經(jīng)和應急羅經(jīng)在測試地的最大允許偏轉(zhuǎn)角要求。

（3）羅經(jīng)最大允許干擾磁場強度計算

根據(jù)標準羅經(jīng)和陀羅經(jīng)在測試地的最大允許偏轉(zhuǎn)角度，計算出標準羅經(jīng)和陀羅經(jīng)在測試地的最大允許干擾磁場強度，分別計為Bb和Bt，計算公式如下：

（4）磁力計調(diào)零

在一個除了地磁場外無其它干擾的空曠地方，將磁力計距地面80cm水平放置，磁力計探頭接收面對準樣品（即與地面垂直），調(diào)整磁力計的方向使之讀數(shù)為零。

（5）樣品不加電測距離

將樣品按船上實際安裝方式置于與磁力計相同的高度，轉(zhuǎn)動樣品，找出對磁力計影響最大的方位，然后移動樣品或磁力計，分別找出使磁力計讀數(shù)為Bb和Bt值的最長距離（指樣品最近點與磁力計中心的距離），計為Lb1和Lt1。

（6）樣品加電測距離

樣品加電工作，重復步驟（5）得到距離Lb2和Lt2。

（7）樣品磁化后不加電測距離

將樣品放置在直流場（103／4πA／m）中進行磁化，樣品不加電，重復步驟（5）得到距離Lb3和Lt3。

將樣品放置在交流場（18×103／4πA／m）中進行磁化，樣品不加電，重復步驟（5）得到距離Lb4和Lt4。

如果磁化對樣品有較大損傷，此過程可略去。

（8）樣品磁化后加電測距離

將樣品放置在直流場（103／4πA／m）中進行磁化，樣品加電工作，重復步驟（5）得到距離Lb5和Lt5。

將樣品放置在交流場（18×103／4πA／m）中進行磁化，樣品加電工作，重復步驟（5）得到距離Lb6和Lt6。

（9）計算最小安全距離并圓整

比較Lb1～Lb6，其中最大值即為標準羅經(jīng)的最小安全距離（需要圓整到50mm或100mm）；比較Lt1～Lt6，其中最大值即為陀羅經(jīng)的最小安全距離需要圓整到50mm或100mm）。

如果樣品由不同的部件組成，應對所有部件重復以上步驟。

如果樣品在船上可能有不同的安裝方式，應對每種安裝方式重復以上步驟。

5 測試設備配置

根據(jù)測試原理和測試方法，為完成船載電子設備羅經(jīng)安全距離的測試，需要如下設備：磁力計，用于測量干擾磁場強度；交直流磁場發(fā)生器，用于對樣品進行磁化處理；移動推車，方便尋找干擾臨界距離；直尺，用于測量安全距離值。以下就其中對測量結(jié)果影響較大的設備的技術(shù)指標進行敘述。

5.1 磁力計

根據(jù)最大允許干擾磁場強度的計算結(jié)果及不確定要求得出磁力計應具有如下技術(shù)指標：

測量范圍：0～20μT～200μT兩檔。

分辨力：1nT。

基本誤差：±1.5% 。

被測磁場：直流磁場（靜態(tài)磁場）、交流磁場（動態(tài)磁場）。

交流測量：真有效值RMS測量，避免高波峰因數(shù)造成的平均值測量誤差。

顯示單位：nT。

取樣時間：0.4s以下。

測量探頭：免校準數(shù)字化霍爾探頭，具有高互換性，單軸測量，多點線性校正；具有高線性度，全溫范圍內(nèi)溫度漂移誤差小于0.5%；具有方便的探頭自動校零功能；具有5m長的軟連接線。

5.2 交直流磁場發(fā)生器

交直流磁場發(fā)生器的主要作用是產(chǎn)生具有規(guī)定強度及均勻性的磁感區(qū)，從而將磁場施加于放置在裝置中部的試驗樣品上。為保證磁場均勻性，建議采用雙重線圈（亥姆霍茲線圈）制作感應線圈，應采用銅、鋁或其它導電的非磁性材料制成。具體技術(shù)指標如下：

磁場強度：0A／m～1 500A／m連續(xù)可調(diào)（直流或交流有效值）。

磁場類型：直流磁場、交流磁場。

感應線圈：采用雙重線圈（即亥姆霍茲線圈），采用銅、鋁或其它導電的非磁性材料制成，綜合考慮合適通流容量及要求的磁場強度大小確定線圈匝數(shù)；綜合考慮雙重線圈的距離、單個線圈的形狀、結(jié)構(gòu)、尺寸，使線圈內(nèi)部產(chǎn)生盡量大的均勻磁場；要求線圈內(nèi)部均勻磁場的中心高度距地800mm。

內(nèi)部磁場不均勻性：≤±3dB。

樣品臺架：試驗裝置內(nèi)部具有工作臺面，用于放置試驗樣品；臺面高度可調(diào)節(jié)，從而能保證樣品中心距地高為800mm；臺面材料要求為非磁性材料。

電流源：輸出電流應與磁場類型一致，可輸出直流或50Hz／60Hz正弦波；容量大小應能保證為線圈提供所需的電流，滿足磁場強度的要求；輸出電流畸變率＜5%；輸入端接調(diào)壓器以調(diào)節(jié)輸出電流，從而保證磁場強度可調(diào)；具有電流測量儀表顯示輸出電流；低壓輸出端具有接地端子，用來與安全地相連。

控制方式：配置磁力計、傳感器等附件，形成閉環(huán)控制。

安全和環(huán)境保護要求：系統(tǒng)應滿足有關(guān)安全、環(huán)保強制性標準要求；電氣部分布線應規(guī)范，各接線端口應明確標記，系統(tǒng)各部分應有明確標識；電氣設備應符合有關(guān)電磁兼容性標準的要求；應具有安全可靠的接地保護裝置。

6 結(jié)束語

本文在簡單分析測試原理的基礎(chǔ)上，給出了羅經(jīng)安全距離的具體測試方法及程序，提出了設備配置的建議，為進一步開展羅經(jīng)安全距離測試工作奠定了基礎(chǔ)。

［1］IEC60945－2002，Maritime Navigation and Radiocommunication Equipment and Systems General Requirements Methods of Testing and Required Test Results［S］.

［2］ISO694－2000，Ships and Marine Technology Positioning of Magnetic Compasses in Ships［S］.

［3］任洪斌.磁羅經(jīng)安全距離測試的理論分析與船級社認可、測試細則［J］.艦船論證參考，2012（2）：66－69.