Электромагнитные помехи
Э-м помехи создаются проводниками, по которым течет переменный электрический ток или между которыми имеется переменное напряжение. Помеха может существовать в виде э-м волны, когда расстояние от источника помехи до приемника превышает длину волны λ, или в виде преобладающего электрического или магнитного поля около источника. Если расстояние до излучаемого элемента (антенны) существенно превышает λ /2π, такое э-м поле называют полем дальней зоны, в противоположном случае - полем ближней зоны.
В ближней зоне моделью передачи помехи является емкостная или индуктивная связь, в дальней зоне - модель распространения радиоволн от передающей к приемной антенне. Излученная мощность пропорциональна квадрату частоты. Поэтому, например, на частоте 50Гц излучения практически нет и помеха передается через емкостную или индуктивную связь.
Источником э-м поля помехи может быть радиомодем, радио- или сотовый телефон, радиоретранслятор, сотовый передатчик на крыше здания, двигатель с искрящими щетками, электросварочный аппарат, трамвай, люминесцентные лампы, тиристорный регулятор, компьютер, теле- и радиостанции, цифровая часть измерительной системы, реле регулятора, космическое коротковолновое излучение, удар молнии и др.
Источником э-м помехи может быть и сама СА, содержащая компьютер, реле, тиристоры, мощные выходы дискретных модулей. Сильным источником э-м помех являются оптоволоконные передатчики, поскольку они потребляют большой ток и работают на высоких частотах. Излучаются такие помехи с помощью случайных проводников, образующих дипольную или рамочную антенну. Дипольная антенна - источник преимущественно электрического поля в ее окрестности, рамочная - источником магнитного поля. Вдали от таких источников доминирующего поля нет, есть поперечная э-м волна. Реальные системы образуют множество излучающих антенн, состоящих из проводов, кабелей и различных металлических поверхностей.
Помехи с частотой выше 100 кГц находятся обычно за границей частотного диапазона измерительных систем, однако высокочастотные помехи могут быть нежелательным образом выпрямлены или перенесены в область более низких частот с помощью нелинейных характеристик диодов и транзисторов, расположенных на измерительной плате и внутри микросхем.
Наводятся э-м помехи на всех проводящих предметах, которые в рассматриваемом случае играют роль антенн. Мощность наведенной помехи зависит от площади контура, охваченного проводником и его сопротивления. Помеха, наведенная в антенне, кондуктивным путем может передаваться в сигнальные цепи или цепи заземления, вызывая поток ошибок в цифровых схемах или погрешность передачи сигнала в аналоговых.
Наиболее распространенным приемником э-м помех являются длинные провода: цепи заземления, промышленные сети (полевые шины), кабели, соединяющие датчики и модули аналогового ввода, кабели информационных коммуникаций. Замаскированными приемниками э-м помех являются металлические конструкции в зданиях: металлические стеллажи, окна с металлической рамой, трубы водоснабжения и отопления здания, защитное контурное заземление здания.
Основным методом борьбы с э-м наводками является уменьшение площади контура, принимающего помеху, и применение дифференциального способа передачи сигнала в сочетании с витыми парами проводов. Однако даже в контуре с маленькой площадью может наводиться большая помеха, если при монтаже допущена ошибка, показная на рис.ххх 1.11: в железной раме стеллажа (стола или другой конструкции), выполняющей роль магнитопровода, от источника тока I1 наводится магнитное поле помехи Нпом, которое наводит напряжение Vпом во 2-м витке провода. Два витка и сердечник в этом примере образуют трансформатор с ферромагнитным сердечником.
Рис.1.11. Наведение электромагнитной помехи через взаимную индуктивность и магнитопровод |
Рис.1.12. Изменение направления магнитного поля через промежуточный короткозамкнутый виток |
Второй аналогичный эффект иллюстрируется рис. 1.12: ток взаимной индукции, протекая через к.з. виток, создает магнитное поле, которое наводит э.д.с. Vпом в соседнем контуре. В данном примере к.з. виток изменяет направление магнитного поля, поэтому помеха может наводиться и в плоскости, перпендикулярной плоскости контура тока молнии Iм. Множество к.з. витков существует в металлической решетке железобетонной конструкции здания.