CC BY
7X Международная научно-практическая конференция УДК: 658.51
Алёшкин Никита Андреевич Aleshkin Nikita Andreevich
К.т.н., доцент кафедры инноватики и интегрированных систем качества Ph. D., Associate Professor of the Department of Innovation and Integrated Quality
Systems
ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный университет
аэрокосмического приборостроения» Saint-Petersburg State University of Aerospace Instrumentation
Зидерер Юрий Дмитриевич Ziderer Yuri Dmitrievich Студент
ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный университет
аэрокосмического приборостроения» Saint-Petersburg State University of Aerospace Instrumentation
МЕТОДИКА ОБЕСПЕЧЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТИВНОСТИ ПРОЦЕССА ИСПЫТАНИЙ НА ЭМС
PROCEDURE FOR ENSURING EMC TEST PROCESS
Аннотация : На сегодняшний день наметилась устойчивая тенденция, когда радиоэлектронная аппаратура (РЭА) всех типов, в том числе сложные системы, становятся наименее защищенными к внешним получаемым помехам. Увеличение числа многоканальной РЭА, участвующей практически в любых областях современной жизни, и модернизация технического оборудования подчеркивают актуальность задачи по обеспечению электромагнитной совместимости (ЭМС). Степень проницаемости радиоэлектронных излучений в современных реалиях является одной из основных проблем РЭА. Электромагнитные помехи разных типов могут привести к нарушению технического функционирования РЭА, делать невозможным использования радиочастот, приводить к возгоранию и потенциальным взрывам, и отрицательно влиять на живые ткани. Если брать в расчет, что использование РЭА с каждым днем становится все шире в сферах повседневной человеческой жизни, то можно сделать вывод о том, что воздействие ЭМП и количество потенциально возможных рисков, будут непрерывно возрастать. Таким образом задача развития методов обеспечения результативности процесса испытаний на ЭМС является актуальной.
Abstract. To date, there has been a steady trend when radio-electronic equipment (REA) of all types, including complex systems, become the least protected against external received interference. The increase in the number of multi-channel REA involved in almost any area of modern life, and the modernization of technical equipment emphasize the urgency of the task of ensuring electromagnetic compatibility (EMC). The degree of permeability of radio-electronic radiation in modern realities is one of the main problems of REA. Electromagnetic interference of various types can lead to disruption of the technical functioning of the REA, make it impossible to use radio frequencies, lead to fire and potential explosions, and negatively affect living tissues. If we take into account that the use of REA is becoming more widespread every day in the spheres of everyday human life, then we can conclude that the impact of EMF and the number of potentially possible risks will continuously increase. Thus, the task of developing methods to ensure the effectiveness of the EMC testing process is relevant.
Ключевые слова, технологический процесс, обеспечения результативности, испытания на электромагнитную совместимость.
Key words. technological process, ensuring efficiency, testing for electromagnetic compatibility.
В условиях постоянного повышения требований к радиоэлектронным средствам и процессам, обеспечивающим качество при производстве РЭС, актуальной является задача обеспечения результативности процесса испытаний на ЭМС РЭС. Данный вид испытаний позволяет обеспечить качество выпускаемой радиоэлектронной продукции. Сертифицированные испытания проводятся в безэховой экранированной камере (БЭК), основным элементом которой является радиопоглощающий материал (РПМ).
Современные методики обеспечения результативности не дают позитивных результатов. Если производить оценку результативности методик, то большинство не отвечают текущим требованиям, предъявляемым к современной радиоэлектронной аппаратуре. Для сравнения результативности различных методов обеспечения ЭМС есть смысл использовать логарифмический декремент затухания:
Т
в = рт = - (1)
т
Где Т - время работы системы; Р - коэффициент затухания системы; т - время, в течение которого амплитуда, вызванная ЭМП уменьшается в х раз.
Качество процесса испытаний на ЭМС характеризуется качеством переходных процессов. Качество переходных процессов зависит от показателей результативности процесса испытаний: оперативность восстановления испытательной базы и плавность восстановления параметром системы [1]. Декремент затухания, в свою очередь, иллюстрирует дынные показатели результативности линейных непрерывных систем. Показатели могут подразделяться на две группы:
Показатели, характеризующие динамику переходного процесса. Ими могут являться показатели устойчивости РЭС и быстродействие.
Показатели, определяющие, точность системы. Они характеризуют ошибки, возникающие во время работы системы. Ошибки могут подразделяться на случайные и регулярные.
Переходная характеристика процесса показывает реакцию радиоэлектронных средств (РЭС) на единичный скачок электромагнитных помех (ЭМП). Также данная характеристика определяет качество системы.
Рассмотрим, как выглядит логарифмический декремент затухания испытательной базы, использующей в качестве основного компонента РПМ модели SA-300 на рисунке 1. РПМ представляет собой специальные покрытия, различные по составу и структуре, которые способны обеспечить эффективное поглощение электромагнитной энергии.
В условиях постоянного повышения требований к радиоэлектронным средствам и процессам, обеспечивающим качество
«Научные исследования и инновации» при производстве РЭС, актуальной является задача обеспечения результативности процесса испытаний на ЭМС РЭС. Данный вид испытаний позволяет обеспечить качество выпускаемой продукции. Испытания проводятся в безэховой экранированной камере (БЭК), основным элементом которой является радиопоглощающий материал (РПМ) [2].
Для повышения результативности процесса испытаний на ЭМС РЭС автором было предложно внедрить инновационный РПМ, как основной компонент БЭК. Рассматриваемой модели присвоено название ИР-300.
Автором проанализированы различные виды РПМ со схожими характеристиками, представленными аналогом производства.
В качестве наиболее схожих по техническим характеристикам можно выделить следующие модели РПМ:
- ЕИР-12РСЬ - производитель США;
- БЛ-300 - производитель КНР;
ТОРА-39 - производитель республика Беларусь.
Рис. 1 - Декремент затухания; ось Т (время процесса), ось (состояние системы в зависимости от времени)
Популярность конкурента из Китая (SEATTLE ELECTRONICS MANUFACTURING GROUP (HK) CO., LTD.) на отечественном рынке обусловлена невысокой стоимостью продукции и ее доставки, однако, данный аналог имеет сравнительно небольшой срок службы.
Вместе с тем аналог из США (ETS-Lindgren Inc.) обладает высокими качественными характеристиками и надежностью эксплуатации, но отличается при этом значительными затратами, связанными с обеспечением доставки заказчику [3].
Доля рынка РПМ в РФ
Др. производства, 5.00%
Америка, 21.00%
Белоруссия, 29.00%
Китай, 45.00%
Рис. 2 иллюстрирует распределение в процентном соотношении уровня применимости отечественными предприятиями РПМ для оснащения испытательных лабораторий или БЭК.
100
Рис. 2 - Рынок РПМ в 2021 г.
Белорусский аналог (Научно-исследовательское учреждение Институт прикладных физических проблем имени А.Н. Севченко Белорусского государственного университета) имеет удовлетворительные качественные характеристики, но цена приобретения выше среднерыночной.
Сравнительная характеристика различных моделей РПМ, активно применяемых в технологическом процессе проведения испытаний на ЭМС представлена в таблице 1.
Таблица 1. Сравнительная характеристика РПМ
Размер Количес Вес Обща я Высота Высота Ширин а пирами ды, мм
Модель основан тво кг/ высо основан пирами
ия, мм пирамид м2 та, мм ия, мм ды, мм
Рассматрива емая (ИР- 450x450 6x6 8,5 300 60 240 90
300)
EHP-12PCL, США 610x610 6x6 9,5 311 57 254 102
SA-300, КНР 500x500 5x5 9 300 60 240 100
TOPA-39, р. Беларусь 470x470 4x4 9,2 390 80 310 117,5
Рассматриваемая инновационная модель, проиллюстрирована на рисунке 3 представляет собой РПМ нерезонансного объёмного типа, как наиболее перспективного и дающего большие возможности для улучшения параметров поглощения электромагнитного излучения. Модель отличается оптимальной концентрацией углеродного наполнителя коллоидного типа в изначальном растворе, а также отлажен процесс пропитки материла. Дополнительно для повышения огнестойкости в состав наполнителя были включены антипирены, что сделало РПМ трудногорючим (не поддерживает горение) [4].
Рис. 3 - Пример исполнения исследуемой модели ИР-300 (15x15)
В таблице 2 приведена сравнительная характеристика по показателю «степень поглощения» исследуемой в рамках работы модели и зарубежных аналогов в зависимости от длины поглощённой волны.
Таблица 2. Характеристика поглощения на определенных
устройствах
Модель 1-2 ГГц 2-4 ГГц 4-8 ГГц 8-12 ГГц 12- 18ГГц 18- 40ГГц
Исследуемая модель (ИР-300) -35Дб -40Дб -53Дб -55Дб -55Дб -55Дб
БНР-12РСЬ, США -34Дб -39Дб -45Дб -50Дб -50Дб -50Дб
БА-300, КНР -30Дб -38Дб -45Дб -48Дб -50Дб -50Дб
ТОРА-39, р. Беларусь -33Дб -39Дб -45Дб -50Дб -50Дб -50Дб
Исходя из данных характеристик исследуемой модели были рассчитаны фактические значения показателей результативности:
3
' 0,75 = 2,25
¿=1
3
дф = ^ 0,75 = 2,2
Отсюда можно рассчитать оценку результативности процесса испытаний на ЭМС с использованием модели инновационного РПМ отечественного производства:
2,25 * = —0'9
Опираясь на таблицу шкалы оценки результативности можно сделать вывод о том, что при внедрении инновационного РПМ достигается высокий уровень результативности процесса испытаний на ЭМС РЭС. Испытания протекают бесперебойно, процесс испытаний максимально устойчив. График декремента затухания процесса испытаний после внедрения РПМ представлен на рисунке 4.
Рис. 4 - Декремент затухания; ось Т (время процесса), ось (состояние системы в зависимости от времени)
На сегодняшний день невозможно повысить качество технологического процесса проведения испытаний на ЭМС, внедряя инновационные программно-аппаратные комплексы без оснащения БЭК современными и качественными материалами, в то же время установка различных зарубежных РПМ приводит не только к высоким финансовым затратам, но и зависимости от иностранных поставщиков в случае необходимости ремонта или замены. В этой связи особенно актуальным является разработка отечественного продукта,
X Международная научно-практическая конференция соответствующего требованиям ГОСТ, а также превышающем по качественным характеристикам иностранные аналоги.
Проанализировав графики 1 и 4 можно сделать вывод о повышении результативности процесса испытаний на ЭМС, поскольку после внедрения инновационного РПМ и создания ЭМП система реагирует сокращением амплитуды, частоты и числа колебаний. Для оценки возможностей повышения результативности в производственные процессы предприятий промышленности, в первую очередь, необходимо оценить техническое и программное оснащение этих предприятий и понять, что из необходимого оборудования, оснащения и программного обеспечения отечественная промышленность способна производить самостоятельно, в ближайшей перспективе. [5].
Библиографический список:
1. Газизов Т.Р. Преднамеренные электромагнитные помехи и авионика. - Успехи современной радиоэлектроники. - 2004. - № 2. - С. 37-51.
2. Балюк Н.В., Кечиев Л.Н., Степанов П.В. Мощный электромагнитный импульс: воздействие на электронные средства и методы защиты. - М.: ООО Группа ИДТ», 2008. - 478 с.
3. МЭК 61000-5-6. Электромагнитная совместимость (ЭМС). "Устойчивость к электромагнитному импульсу высотного ядерного взрыва (ЭМИ ВЯВ). Уменьшение уровней внешних электромагнитных воздействий", 2002.
4. ГОСТ Р МЭК 61508-7-2007. Функциональная безопасность систем электрических, электронных, программируемых электронных, связанных с безопасностью. Часть 7. Методы и средства. - М.: Стандартинформ, 2008. - 73 с.
5. Алешкин Н. А., Терещенко В. Ю., Балашов В. М. Математическая модель автоматического управления вектором состояния недоопределенной динамической системы на основе принципов нечеткого регулирования // Вопросы радиоэлектроники. 2015. № 4. С. 160-172.
© Н.А. Алёшкин, Ю.Д. Зидерер, 2021
