電子信息系統(tǒng)防磁保護裝置

遼寧工業(yè)大學 寧 武 朱小波 劉 寬

?

電子信息系統(tǒng)防磁保護裝置

遼寧工業(yè)大學 寧 武 朱小波 劉 寬

【摘要】介紹了基于STC15F104E單片機的電子信息系統(tǒng)防磁保護裝置，可解決傳統(tǒng)裝置只能采用被動方式以及安全性能不高等問題。通過磁傳感器監(jiān)測磁干擾位置，并由單片機控制傳動電機進行主動防磁。

【關鍵詞】STC15F104E單片機；主動防磁；監(jiān)測；控制

0 引言

隨著電子信息技術的發(fā)展，電子信息系統(tǒng)在各個行業(yè)得到了廣泛的應用，與此同時，人們對電子信息系統(tǒng)的依賴程度也日益增加。但隨著對電子技術的使用，電磁干擾問題也越來越嚴重。磁性對電子信息設備的危害很大，特別容易導致其數(shù)據(jù)丟失甚至損壞，因此在一些精密測量領域?qū)﹄娮釉O備與測試儀器抗電磁干擾能力的要求極高，例如地質(zhì)勘探和航空航天等。而目前的電子信息系統(tǒng)設備只能采用被動防磁裝置，這會大大降低設備的散熱性能，導致安全程度不高等問題。為了解決上述技術背景中存在的問題，提供一種改進的電子信息系統(tǒng)防磁保護裝置，解決普通電子信息系統(tǒng)防磁效果差，只能采用被動防磁裝置以及設備的散熱性能差等導致安全程度不高的問題。

1 電磁干擾對電子電路的影響

電磁對電子電路設備干擾的形式主要為EMP干擾。當在設備的輸入端由EMP干擾產(chǎn)生的電流或電壓增高到一定數(shù)值時，將導致電路輸出端的結(jié)果與預期的相差特別大。當出現(xiàn)超寬帶短脈沖EMP干擾時，這必將會導致下級電路功能紊亂。EMP對電子電路的影響大體可以概括為以下四個方面：熱效應、干擾和電涌效應 、強電場效應、磁效應。電磁脈沖的熱效是絕熱過程，產(chǎn)生的一般在納秒或微秒時間內(nèi)完成。干擾和電涌效應可以使電子電路產(chǎn)生誤動作甚至損壞。強電場效應會影響敏感器件工作的可靠性等其他危害。磁效應會使電磁能量直接耦合到系統(tǒng)內(nèi)部，干擾其正常工作。

2 磁防護裝置簡要原理

2.1 磁屏蔽的基本原理

將電磁干擾源到電子設備的傳輸途徑阻斷即所謂的電磁屏蔽，電磁屏蔽可以分為兩大類：一是靜磁場屏蔽；二是高頻磁場屏蔽。靜磁場由永久磁體產(chǎn)生的磁場或穩(wěn)恒電流產(chǎn)生。它是利用高磁導率的鐵磁材料做成盒體以屏蔽外磁場。原理圖如圖2.1所示。

圖2.1 靜磁場屏蔽原理

圖2.2為高頻磁場屏蔽原理結(jié)構(gòu)圖,設在線圈的外側(cè)有圓筒形的屏蔽導體，在屏蔽導體中所流過的電流與線圈電流的方向相反，其所產(chǎn)生的磁力線和原線圈的磁力線之間相互作用從而起到屏蔽作用。

圖2.2 高頻磁場屏蔽原理

磁屏蔽通常用磁屏蔽效能和剩磁兩種方式來衡量其屏蔽的效果。磁屏蔽效能計算公式為：

單位為分貝；而剩磁指的是屏蔽后的剩余磁場。

2.2 裝置的基本構(gòu)成

本裝置主要由磁傳感器、控制器、電機驅(qū)動器、傳動電機、溫度檢測器和散熱裝置構(gòu)成。總體包括盒體，盒體外側(cè)壁上開設有若干個用于提升盒體內(nèi)部散熱性能的散熱槽，盒體內(nèi)部接近左上頂角的位置，固定著傳動電機，左上傳動輥設置安裝在傳動電機的轉(zhuǎn)軸上，為了使傳動電機與左上傳動輥連接，左上傳動輥的軸心套在了傳動電機的轉(zhuǎn)軸上，盒體內(nèi)部接近右上頂角的位置，安裝有右上傳動輥，右上傳動輥兩端的滾軸與盒體內(nèi)側(cè)壁活動連接，盒體內(nèi)部接近左下底角的位置，安裝有左下傳動輥，左下傳動輥兩端的滾軸與盒體內(nèi)側(cè)壁活動連接，盒體內(nèi)部接近右下底角的位置，安裝有右下傳動輥，右下傳動輥兩端的滾軸與盒體內(nèi)側(cè)壁活動連接。通過傳送帶連接左上傳動輥、右上傳動輥、左下傳動輥和右下傳動輥，在傳送帶外側(cè)盒體內(nèi)側(cè)之間，設置安裝四個用來檢測外部磁性的磁傳感器，軟質(zhì)磁粉芯隔離層，在傳感器內(nèi)側(cè)面固定，傳動電機的輸入端與磁傳感器的輸出端電連接。防磁裝置總體框圖如圖2.3所示：

圖2.3 防磁裝置總體框圖

圖2.4 防磁保護裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖2.5 防磁保護裝置外部結(jié)構(gòu)

3 STC15F104E單片機控制器

本裝置的主控器部分由STC15F104E單片機組成，步進電機驅(qū)動器采用TB6560AHQ芯片。TB6560AHQ可以使電機震動小，抗干擾性能好，外圍電路簡單可以保證信號的高速傳輸。硬件電路如圖3.1所示。P3.0連接驅(qū)動器的En使能端，P3.1連接驅(qū)動器CW端口，P3.2連接驅(qū)動器的CLK時鐘。采用STC15F104E電路簡單，功耗低不會因接口過多導致浪費。

圖3.1 控制電路

4 軟件設計

軟件具有的功能：可以全方位的監(jiān)測電子電路裝置周圍的電磁脈沖，分析電磁脈沖的強度大小，將電磁信號轉(zhuǎn)化成電信號，控制電機驅(qū)動器及時的驅(qū)動傳動電機進行主動防磁。系統(tǒng)要求準確，快速安全性能高，良好的散熱性能等。在沒有監(jiān)測到電磁信號時處于休眠狀態(tài)以達到節(jié)省電的目的。系統(tǒng)休眠狀態(tài)可以通過定時中斷來喚醒。軟件系統(tǒng)流程如圖4.1所示。

5 系統(tǒng)測試

將易受磁脈沖干擾的電子設備放在本裝置外側(cè)，從不同的方向?qū)υ撾娮釉O備施加磁干擾，記錄此時該設備是否可以正常使用。之后將此電子設備放入本防磁裝置中，從不同方向給干擾磁脈沖，測量系統(tǒng)是否可以正常使用。

電子信息系統(tǒng)防磁裝置的典型測試參數(shù)如下：

頻率范圍：＜200KHz；屏蔽效能：≥40dB；

頻率范圍：450KHz-50MHz；屏蔽效能：≥60dB；

頻率范圍：50MHz-100MHz；屏蔽效能：≥40dB；

參考文獻

[1]董雅順.電子儀器儀表中電磁干擾的抑制方法[J].數(shù)字技術與應用,2013(08).

[2]趙明.電磁干擾的產(chǎn)生及簡單抑制方法[J].科技信息,2010(09).

[3]梅修竹.電子儀器儀表中電磁干擾的抑制方法[J].文體用品與科技,2011(09).

[4]余彥胤.半導體保護器件的 EMP 響應技術研究[A].第11屆全國核電子學與核探測技術學術年會論文集[C].

[5]錢宗峰,張德興,曹學軍.現(xiàn)代戰(zhàn)爭中電磁脈沖武器的戰(zhàn)場運用及防護[J].國防技術基礎,2006,7.

[6]龔亮亮.軍用電子裝備對于強電磁脈沖的防護[J].艦船電子工程,2004,24.