安徽广播电视台 30071
摘要：对强电磁场的应对是现场数据采集工作的重要组成部分，研究其相关课题有着重要意义。本文首先对相关内容做了概述，分析了强电磁场环境下采集系统总体设计方案，研究了电磁干扰的一些防护技术，并结合相关实践经验，分别从多个角度与方面就现场数据采集系统的硬件电路设计展开了研究，阐述了个人对此的几点看法与认识，望有助于相关工作的实践。
关键词：强电磁场；现场数据；采集；系统
1前言
强电磁场环境下的现场数据采集是一项实践性较强的综合性工作，其具体实施方法的特殊性不言而喻。该项课题的研究，将会更好地提升对现场数据采集系统的分析与掌控力度，从而通过合理化的措施与途径，进一步优化该项工作的最终整体效果。
2概述
以电容基为储能装置的脉冲功率源，在进行电磁电热发射过程中瞬间形成了强大的电流，会产生多类型、全频谱、高密度的电磁辐射信号，导致正常的数据信号在频域上拥挤重叠、时域上突发多变、空域上纵横交错，严重影响了采集数据的准确性。而且，高功率的电磁辐射对测试仪器的正常工作也会带来很大的影响，特别是瞬间使电源的地电位抬得很高，由于供电系统的原因，严重时会对系统造成永久性损坏。对于电磁干扰屏蔽的材料和方法很多领域都在研究；在数据采集方面，目前市场上有不少应用在不同领域的数据采集系统，开发人员也采取了一些抗干扰措施来提高采集系统的精确性，但是，应用在一些特殊环境下，如脉冲功率源强电磁场环境下的数据采集系统目前并不多见。因此，如何克服这种强电磁场恶劣环境的干扰，保证采集数据的有效性，并且消除对周围数据采集电子设备带来的危害，是一个亟需解决的问题。
3强电磁场环境下采集系统总体设计方案
在强电磁场环境下进行数据采集，首先要解决的问题就是如何屏蔽强电磁场带来的干扰，为此，设计了采集系统。系统主要分为现场采集装置和远端上位机２个部分。发射现场的信号首先进入现场数据采集装置，然后对采集信号进行放大、调理、压缩并存储。现场采集装置通过光纤以太网由远端上位机进行控制，并在采集结束后读取采集到的数据做进一步分析处理。其中采集装置放置在发射现场，并采取抗干扰措施，远端上位机放置在控制室内以达到与发射现场隔离的目的。
4电磁干扰的一些防护技术
4．１ 仪器前端防护
对于处在干扰源附近的采集系统，一般采取电磁屏蔽的措施，所谓电磁屏蔽就是以某种导电或导磁材料制成的屏蔽壳体，将需要屏蔽的区域封闭起来，形成电磁隔离，其原理是利用电磁感应现象在壳体表面所产生涡流产生的反向磁场来达到屏蔽的目的。影响电磁屏蔽性能的一个关键因素是整个屏蔽体是否连续导电的，所以必须确保屏蔽体的导电连续性。然而，一个实际的电磁屏蔽盒上会有许多致使导电不连续的因素，如通风口、导线孔等，使得实际的屏蔽体的屏蔽效能大打折扣，增加了屏蔽体的设计难度。在进行电磁屏蔽设计时，可以从以下几个方面入手确保屏蔽体导电的连续性：１）在缝隙处安装电磁密封衬垫；２）金属表面使用导电胶，增加金属表面的电气连续性；３）增加紧固件的密度，合理设计导线孔的位置和大小，对于通风口，一般设计成蜂窝状。
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4．２ 数据传输路径防护
数据传输采用光纤以太网络，由于光纤的主要成分是石英，信号在光纤内部以光信号的形式传播，电信号无法传播，因为光信号不易受电磁场的干扰，所以光纤传输对电磁干扰有很强的抵御能力。另外，运用光纤以太网组件的网络，在与上位机的通信上，可以更加精确地实现远端上位机对实验现场的远距离的控制，所以选用光纤以太网进行采集装置的数据传输，可以有效保证采集信号和控制信号传输的完整性与纯洁性。
4．３ 采集装置内部防护
在强电磁场环境下，一方面要对外部电磁干扰进行屏蔽，另一方面，也必须考虑系统内部的相互干扰导致自身性能的下降。在系统内部电路的设计上，为了提升整个系统的稳定性，在设计初始阶段，就要对整个系统结构要充分考虑，并且运用软件进行模拟实验以达到最佳效果；在电路设计中，需要不断优化电路设计、选择性能良好的元器件，来提高系统抗电磁干扰的能力。
采集装置在供电方面，采用锂电池独立供电，减少与外界的接触；在模拟信号采集过程中，采用差分输入，分离共模涡流；在电路板的布局上，靠近板边尽量不放元器件，板边割出一圈接地平面，并且参照２０－Ｈ 规则来降低层间的边缘效应；在走线上，信号线尽量短而粗，多根信号线要保证长度尽量一致，以防止信号反射，减少信号延时；在接地方面，模拟地和数字地要分开，最后通过磁珠单点相连；最后，要选择量值准确的电阻、电容、电感等来进行滤波处理，抑制高频噪声，这样可以有效的提高电路的抗干扰能力。
5现场数据采集系统的硬件电路设计
硬件电路主要采用ＦＰＧＡ＋ＤＳＰ为主控芯片进行设计，强电磁场环境下数据采集系统的硬件主要由电源模块、信号调理电路、ＡＤ转换电路、数据缓冲存储模块ＦＩＦＯ（由ＦＰＧＡ 生成）、数据处理电路（ＤＳＰ实现）、光纤网络模块和控制电路（ＦＰＧＡ实现）组成，所采集数据经过ＤＳＰ压缩之后，经光纤电路传输最终送入上位机进行实时的数据读取与显示。主控芯片ＦＰＧＡ 可以有效的进行程控放大倍数的选择、时钟的同步、数据的存储分配、数据的读写逻辑等，提高了外围控制系统的集成度和系统的抗干扰能力，保证了系统可靠性。对于ＡＤＣ芯片，采用了ＡＤＳ５５５３芯片，它具有１４位精度，采样率最高能达到６５ＭＳＰＳ，保证了采集数据的精度。数据传送过程中，采用ＦＩＦＯ（先进先出）缓存数据，保证高速下数据采集的完整性。利用ＤＳＰ对数据进行压缩，后续经过以太网控制芯片实现信号处理并通过ＳＦＰ光电转换模块，实现以太网光纤传输。电磁干扰问题一直伴随各种电子设备存在，文中提到的运用电磁屏蔽体、使用光纤传输以及在硬件设计上运用ＦＰＧＡ＋ＤＳＰ等方法，使数据采集系统可以在强电磁干扰下正常工作，且提高了数据采集的精度。
6结束语
综上所述，加强对强电磁场环境下的现场数据采集系统的研究，对于其良好实践效果的取得有着十分重要的意义，因此在今后的现场数据采集过程中，应该加强对其关键环节与重点要素的重视程度，并注重其具体实施措施与方法的科学性。
参考文献：
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［３］ 祝铭一．电磁屏蔽体设计与工艺研究［Ｊ］．中国科技纵横，２０１０（７）：２８７－２８７．
论文作者:袁长斌
论文发表刊物:《防护工程》2018年第9期
论文发表时间:2018/9/5
标签：屏蔽论文; 数据论文; 磁场论文; 现场论文; 光纤论文; 采集系统论文; 信号论文; 《防护工程》2018年第9期论文;