基于模擬小信號的稱重系統(tǒng)電磁兼容研究

邢春超　張洪明　徐先春

（重慶市華馳交通科技有限公司，重慶　400067）

基于模擬小信號的稱重系統(tǒng)電磁兼容研究

邢春超張洪明徐先春

（重慶市華馳交通科技有限公司，重慶400067）

目前的稱重設(shè)備中所用的傳感器多是采用模擬信號的傳感器，且輸出電壓在幾十毫伏，在電磁兼容試驗中極易受到干擾，進而影響稱重的準(zhǔn)度。本文從電磁兼容的角度出發(fā)，依據(jù)試驗基礎(chǔ)從理論和實踐兩個方面論述了模擬小信號稱重系統(tǒng)的電磁兼容解決方案，為同類設(shè)備設(shè)計提供可靠的經(jīng)驗。

模擬小信號電磁兼容稱重系統(tǒng)

電磁兼容性（EMC）是指設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中符合要求運行并不對其環(huán)境中的任何設(shè)備產(chǎn)生無法忍受的電磁干擾的能力。因此，EMC包括兩個方面的要求：一方面是指設(shè)備在正常運行過程中對所在環(huán)境產(chǎn)生的電磁干擾不能超過一定的限值；另一方面是指設(shè)備對所在環(huán)境中存在的電磁干擾具有一定程度的抗擾度，即電磁敏感性［1-2］。

公路用稱重設(shè)備所使用的電磁環(huán)境較為復(fù)雜。一方面，設(shè)備工作在公路旁要承受各種車輛發(fā)出電磁干擾；另一方面，隨著車輛的增多車載通訊設(shè)備（車載電臺、對講機）日益增多也對稱重設(shè)備的電磁兼容提出了較高的要求。因此，國家相關(guān)管理部門對稱重設(shè)備也作出了相應(yīng)的國標(biāo)要求，即中華人民共和國國家計量檢定規(guī)程JJG907-2006《動態(tài)公路車輛自動衡器》中作出了明確的要求［3］，所有銷售設(shè)備須滿足IEC 61000-4中的電磁兼容要求。

1　稱重設(shè)備原理

稱重設(shè)備要通過國標(biāo)的電磁兼容，須從設(shè)備的組成入手，了解設(shè)備的工作原理、信號傳輸及易受電磁影響的電路，故須先了解分析各種稱重設(shè)備的工作原理。

目前市場上在售的公路動態(tài)稱重設(shè)備主要有寬彎板動態(tài)秤、窄彎板動態(tài)秤、石英動態(tài)秤、單臺面動態(tài)秤、整車式動態(tài)秤、雙臺面動態(tài)秤、軸組式動態(tài)秤等，雖然各種秤的外觀不同，但其稱重原理框相同，稱重設(shè)備的原理框圖如圖1所示：

從電壓信號傳輸?shù)慕嵌葋矸治?，壓力傳感器由電壓激勵輸出電壓，最大輸出電壓值在幾十毫伏，且實際應(yīng)用中壓力傳感器到信號放大器的距離較遠(yuǎn)（10米以上），之后經(jīng)放大傳輸至AD數(shù)字轉(zhuǎn)換器、CPU、顯示輸出。

2　電磁兼容檢測

依據(jù)國標(biāo)JJG907-2006要求稱重設(shè)備的電磁兼容檢測包含短時電源電壓降低、電快速瞬變脈沖群、浪涌電壓、靜電放電、抗電磁場輻射、直流供電的抗干擾 兩項檢測內(nèi)容，其中抗電磁場輻射是最難通過的，其余檢測項在選擇有EC、FC認(rèn)證的電源基本就可以通過。

抗電磁場輻射試驗須在微波暗室進行。微波暗室可隔離外界紛雜的電磁信號，同時可提供單一源的、指定頻率的電磁輻射。微波暗室，為了檢測產(chǎn)品的電磁兼容性，產(chǎn)品必須在規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境中進行測試。理想的輻射場地是無限大的良好的導(dǎo)電地平面構(gòu)成的，這是因為金屬網(wǎng)（板）對電波產(chǎn)生全反射。在一定條件下，即反射角較小時，反射系數(shù)|R|≈1 ，不同介質(zhì)平面的反射系數(shù)值也不同，故用金屬地平面可使測量數(shù)據(jù)可靠，也使不同地區(qū)測量的數(shù)據(jù)具有可比性。國際上是以開闊測試場作為電磁輻射的標(biāo)準(zhǔn)實驗場地，但是，由于現(xiàn)代生活環(huán)境中很難找到理想的開闊場，因此，微波暗室，就成為一種非常普及的代替環(huán)境。隨著微波技術(shù)的發(fā)展，為了進行各種微波測量，要求模擬電磁波在自由空間傳播的環(huán)境條件，微波無反射室即微波暗室也正是針對這一需要而研制的。電波暗室主要用于輻射無線電騷擾（EMI）和輻射敏感度（EMS）測量，電波暗室的尺寸和射頻吸波材料的選用主要由受試設(shè)備（EUT）的外形尺寸和測試要求確定，分3m法或10m法。微波暗室可以用于天線、電磁兼容、雷達截面測量、無線電控制設(shè)備的對接試驗，以及各種類型的電磁模擬試驗等［4-5］。

圖1　稱重原理框圖

3　電磁兼容試驗及分析

試驗前須準(zhǔn)備場地及調(diào)試測試區(qū)域的場強符合IEC 61000-4-3要求，試驗時稱重設(shè)備距離輻射天線3m處放置，第一次測試稱重的結(jié)果受電磁輻射的影響很大，分析其主要原因是壓力傳感器、信號放大器、AD轉(zhuǎn)換器、、數(shù)據(jù)處理模塊都是通過一根線連接，造成單端接地的現(xiàn)象，且設(shè)備外殼和大地沒有嚴(yán)格的隔離開。所以在以下幾個方面進行了改進：①放大器與AD轉(zhuǎn)換器的屏蔽外殼與電源地嚴(yán)格分開；②壓力傳感器電纜外加金屬屏蔽網(wǎng)，并與其他設(shè)備的屏蔽外殼相連；③所有的模擬、數(shù)字模塊共地，并用同一屏蔽殼屏蔽；④模擬模塊和數(shù)字模塊電源分開獨立供電；⑤放大器模塊前端加RC、LC濾波電路。經(jīng)過上述改進后，再次測試設(shè)備的電磁兼容性，經(jīng)試驗滿足國標(biāo)要求。

4　結(jié)語

稱重設(shè)備中存在模擬小信號極易受到干擾，其抗電磁輻射干擾是個難點；但只要做到有與電壓負(fù)極隔離的封閉嚴(yán)密屏蔽外殼；減小或消除模擬與數(shù)字信號的串?dāng)_以及嚴(yán)密的濾波電路；與大地的良好接觸、選擇較好的認(rèn)證電源等措施，稱重的電磁兼容也是可以做到的。

［1］錢振宇.3C認(rèn)證中的電磁兼容測試和對策［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2004.

［2］劉培國，侯冬云.電磁兼容基礎(chǔ)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2008.

［3］陳淑鳳，馬曉慶，等.電磁兼容試驗技術(shù)［M］.北京：北京郵電大學(xué)出版社，2001.

［4］徐勁拓.車載通信系統(tǒng)電磁環(huán)境效應(yīng)自動測試系統(tǒng)設(shè)計［D］.西安：西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文，2010.

［5］劉易勇，郭恩全，等.電磁干擾預(yù)測試系統(tǒng)研制［J］.測控技術(shù)，2003；22（11）：

張洪明（1979—），男，漢族，重慶市人，本科生，畢業(yè)于哈爾濱理工大學(xué)測控技術(shù)與通信工程學(xué)院，就職于重慶市華馳交通科技有限公司，研究方向：智能交通相關(guān)領(lǐng)域方面的研究。邢春超（1981—），男，漢族，山東省聊城人，碩士，畢業(yè)于電子科技大學(xué)物理電子學(xué)院，就職于重慶市華馳交通科技有限公司，從事智能交通領(lǐng)域研究。