Устройство трехмерного сканирования электромагнитных излучений в ближнем поле электронных средств



Устройство трехмерного сканирования электромагнитных излучений в ближнем поле электронных средств
Устройство трехмерного сканирования электромагнитных излучений в ближнем поле электронных средств
Устройство трехмерного сканирования электромагнитных излучений в ближнем поле электронных средств

 


Владельцы патента RU 2529673:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" (RU)

Изобретение относится к измерительной технике, представляет собой устройство трехмерного сканирования электромагнитных излучений в ближнем поле электронных средств и может быть использовано для измерения напряженности электромагнитного поля при проведении испытаний, диагностики и тестирования электронных устройств и приборов на выполнение требований по электромагнитной совместимости в части помехоэмиссии. Устройство состоит из измерительного модуля, закрепленного над приборным столом на кронштейне с возможностью перемещения по высоте. Измерительный модуль состоит из массива датчиков поля, каждый из которых реализован на двух взаимно перпендикулярных индуктивностях поверхностного монтажа, выводы которых подсоединены к входам мультиплексоров строк и столбцов; с помощью мультиплексоров выбирается требуемый датчик поля. Таким образом, измерение поля в горизонтальной плоскости производится без применения механических перемещающих систем, а с помощью системы вертикального перемещения производятся измерения на различной высоте от испытуемого устройства. Техническим результатом является упрощение конструкции и ускорение процесса измерения при трехмерном сканировании излучаемого компонентами и проводниками печатной платы электронного устройства электромагнитного поля. 3 ил.

 

Изобретение относится к технике радиоизмерений и может быть использовано для измерения напряженности электромагнитного поля при проведении испытаний, диагностики и тестирования электронных устройств и приборов на выполнение требований по электромагнитной совместимости в части помехоэмиссии.

В области измерения электромагнитных излучений появились требования к необходимой сертификации электронных средств на помехоэмиссию. Многие сертификационные испытания выполняются быстрее и точнее при помощи систем измерения электромагнитных излучений с компьютерным управлением. Однако для обеспечения эффективного и оптимального выполнения требований по электромагнитной совместимости, измерения электромагнитных полей начинаются с самых ранних стадий разработки изделия. При выполнении таких измерений необходимы простые в управлении, быстрые и недорогие устройства. Для комплексного анализа распределения электромагнитных полей необходим процесс визуализации результатов измерения, т.е. представление результатов в виде графиков или в виде цветовой карты распределения интенсивности электромагнитных излучений. Изображения могут быть сформированы не только в виде двумерных цветовых карт, но и в трехмерном виде.

Уровень техники

Известно устройство «Сканер электромагнитной совместимости RS-серии» корпорации Detectus, описанное в источниках [1,2]. Данное устройство состоит из корпуса, верхней частью которого является приборный стол, вдоль корпуса расположена система горизонтального перемещения по оси X, вертикальными стойками соединенная с горизонтальными направляющими рейками и горизонтальной системой перемещения по оси Y, образующие П-образную форму. На ней расположена вертикальная направляющая, имеющая П-образный профиль, в которой размещается вертикальная система перемещения по оси Z, соединенная с кронштейном крепления датчика поля и фотокамеры. Данные три системы перемещения позволяют механически перемещать датчик поля в трех направлениях, по осям XYZ соответственно. Датчик поля установлен на кронштейне и соединен кабелем с анализатором спектра, рядом с датчиком поля закреплена фотокамера.

Недостатком данной системы является громоздкость систем перемещения датчика поля, П-образная конструкция которого определяет максимальные размеры не только ширины, но и высоты испытуемого устройства, что не позволяет датчику переместиться по высоте ниже горизонтальной планки кронштейна. Таким образом, измерения могут проводиться только на определенной высоте от измеряемого устройства, не позволяя приблизиться датчику на максимально близкое расстояние к элементам устройства, а следовательно, не позволяет измерить ближнее электромагнитное поле с наибольшей чувствительностью и точностью. Датчик поля для измерения в каждой точке координатной сетки перемещается механическим путем, что замедляет процесс сканирования.

Известна «Система для прецизионного сканирования электромагнитных излучений EPS3000» фирмы Noiseken [3,4], состоящая из корпуса, часть верхней крышки корпуса выполнена из стекла, эта область является приборным столом, внутри корпуса расположены системы горизонтального перемещения датчика поля по осям XY и датчик поля. Сверху корпуса установлен кронштейн, на котором расположена фотокамера. На приборный стол для измерения помещается испытуемое устройство, датчик поля, находящийся снизу данного устройства, перемещается по заданной координатной сетке. Снятые характеристики поля передаются на обработку в анализатор спектра и в ПК. Плата управления двигателями установлена в ПК, фотокамера производит фотоснимок, который в ПК совмещается с картой распределения интенсивности электромагнитных излучений.

Недостатком данной системы является измерение напряженности электромагнитного поля с обратной стороны платы, т.е. с противоположной стороны от компонентов, что может препятствовать верному обнаружению излучающего компонента. Отсутствие возможности перемещения датчика по вертикали также является недостатком данного устройства, так как не позволяет проводить трехмерное сканирование электромагнитных излучений диагностируемого устройства. Датчик поля для измерения в каждой точке координатной сетки перемещается механическим путем, что замедляет процесс сканирования.

Из известных устройств наиболее близким является устройство «Сканер печатных плат» корпорации EMSCAN [1,5,6,7,8]. Устройство представляет собой корпус, верхняя часть которого является приборным столом, на котором устанавливается испытуемое устройство, внутри корпуса размещен массив датчиков поля, сконструированных в виде сетки на основе многослойной печатной платы, выход каждого из датчика подключен к мультиплексору столбцов и мультиплексору строк, производящих выбор определенного датчика. Выходы мультиплексоров подключаются к анализатору спектра, показания которого в свою очередь обрабатываются в ПК.

Недостатком данного устройства является отсутствие возможности измерения с изменением высоты от датчика поля до диагностируемого устройства, т.е. невозможность проведения трехмерного сканирования. Еще одним недостатком является измерение электромагнитного поля с обратной стороны от радиоэлементов печатной платы, вследствие чего усложняется задача определения излучающего элемента, а в некоторых случаях даже отсутствует возможность его определения.

Сущность изобретения

Решаемой технической задачей изобретения является увеличение скорости измерения при трехмерном сканировании электромагнитного поля излучаемого компонентами и проводниками печатной платы электронного устройства при одновременном упрощении конструкции.

Это достигается тем, что на печатной плате формируется массив датчиков поля, все датчики поля подсоединены к мультиплексорам, первые выводы всех датчиков подсоединены к входам мультиплексора строк, вторые выводы датчиков поля подсоединены к входам мультиплексора столбцов, таким образом при подаче управляющего сигнала на мультиплексоры производится выбор одного из датчиков, после чего анализатором спектра с него снимаются характеристики электромагнитного поля и измерения передаются на обработку в ПК. Соответственно, чтобы измерить поле в плоскости XY не требуется механических перемещающих систем, а измерение всей горизонтальной плоскости производится переключением входов мультиплексора и выбором нужного датчика поля, что позволяет значительно сократить время измерений. Измерительный модуль закреплен на кронштейне, который в свою очередь установлен на системе вертикального перемещения, позволяющей перемещать измерительный модуль по вертикали. Сигнал с датчиков поля измеряется анализатором спектра, данные о измерениях передаются в ПК, где заносятся в соответствующую ячейку на хранение с последующей обработкой. Программное обеспечение ПК формирует управляющий сигнал и передает в блок управления и синхронизации, который управляет мультиплексорами и вертикальной перемещающей системой.

Сущность изобретения поясняется приведенными далее чертежами. На Фиг.1 представлена структурная схема сканирующего устройства, на Фиг.2 схематически представлена реализация измерительного устройства, на Фиг.3 представлен участок из измерительных датчиков. Предлагаемое устройство (Фиг.1) содержит измерительный модуль 1 на основе многослойной печатной платы, состоящий из массива датчиков поля 2, обращение к определенному датчику осуществляется с помощью двух мультиплексоров: мультиплексора строк 3 и мультиплексора столбцов 4, управляемых с блока управления и синхронизации 5. Сигнал от датчика через блок управления и синхронизации поступает на измерительное устройство 7, в качестве измерительного устройства может использоваться анализатор спектра или измерительный приемник. Блок управления и синхронизации состоит из микроконтроллера, управляемого с помощью программного обеспечения персонального компьютера. В памяти ПК сформирован массив, в который вносятся координаты измеряемой точки и ее измеренная электромагнитная эмиссия. Данные о координатах поступают от ПК в блок управления и синхронизации, микроконтроллер выдает команду мультиплексорам, которые в свою очередь переключают выходы на соответствующий датчик поля, сигнал с датчика поля поступает на измерительное устройство, где измеряется, и оцифрованное значение передается в ПК, заносится в ячейку памяти. В каждой точке координатной сетки производится перебор измеряемых частот в заданном диапазоне. Таким образом производится обращение к каждому датчику, и в итоге получаем массив координат с измеренными характеристиками поля в заданном диапазоне частот, что позволяет, используя цветовую шкалу, воспроизвести уровни электромагнитной эмиссии на дисплее. Для создания трехмерной картины распределения электромагнитной эмиссии необходимо с помощью блока вертикального перемещения 6 переместить измеритель на требуемый шаг и произвести заново измерение, таким образом, пошагово перемещая измерительный модуль, получим трехмерную картину распределения напряженности электромагнитных полей на различных частотах.

Реализация измерительного устройства схематически представлена на Фиг.2. Устройство состоит из приборного стола 9, на котором в процессе измерения размещается измеряемое устройство. На координатном столе закреплена стойка 10, в которой размещен винт 11, позволяющий перемещать измерительный модуль 12 по вертикали. Измерительный модуль сопряжен со стойкой и винтом с помощью кронштейна 13, винт вращается двигателем 15. Управление двигателем и выбор измерительных зондов, а также передача сигнала с датчика поля производится через разъем 14.

В качестве датчика поля могут быть использованы две индуктивности поверхностного монтажа поз.16, 17 (Фиг.3), расположенных перпендикулярно друг к другу, или диод с микрополосковыми линиями, расположенными перпендикулярно друг другу [7], что позволит обнаружить электромагнитные поля по X и по Y направлению. Индуктивности располагают на первом слое многослойной печатной платы, вторым слоем является слой заземления, предотвращающий наведение полей на третий слой, образованный проводниками соединяющих контакт горизонтально расположенной индуктивности с мультиплексором строк, четвертым слоем является слой заземления, экранирующий слой проводников третьего слоя от проводников пятого слоя, которые соединяют контакт вертикально расположенной индуктивности с мультиплексором столбцов. Шестой слой является слоем заземления, на последнем седьмом слое расположены мультиплексоры, дешифраторы и согласующие компоненты. Печатные проводники третьего слоя печатной платы требуется располагать перпендикулярно проводникам пятого слоя, а также уровнять волновое сопротивление каждого проводника третьего и пятого слоя согласующими элементами.

Таким образом, предлагаемое устройство трехмерного сканирования электромагнитных излучений в ближнем поле электронных средств может быть применено в качестве измерителя ближнего электромагнитного поля электронных средств, позволяющее создать картину распределения напряженности электромагнитных полей на различных частотах, а также трехмерную картину распределения напряженности электромагнитных полей, которая может быть использована для анализа электромагнитной совместимости измеряемого устройства, а также для определения излучающих компонентов ЭС. Что позволяет принять необходимые меры для улучшения электромагнитной обстановки электронного средства при ее разработке.

Литература

1. М.I. Montrose, Testing for EMC compliance approaches and techniques / Montrose M.I., Nakauchi E.M. USA: Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc. p.462, 2004, p.341-345.

2. URL: http://www.detectus.com/products_emc.html

3. URL: http://www.noiseken.com/uploads/photos0/148.pdf

4. URL: http://www.intrasoft-spb.ru/sistemy-ispytanii-elektronnogo-oborudova/izmeritelnyi-kompleks-dlya-pretsizionnog.php

5. URL: http://www.emscan.com/emxpert/index.cfm

6. Уильяме Т. ЭМС для разработчиков продукции / Т.Уильямс - М.: Издательский дом «Технологии», 2004 г., - 540 с., стр.163-164.

7. Патент США №4829238, МПК G01R 21/04; G01R 31/02, опубл. 1989.

8. Патент США №6268738, МПК G01R 31/28, опубл. 2001.

Устройство трехмерного сканирования электромагнитных излучений в ближнем поле электронных средств состоит из измерительного модуля, состоящего из массива датчиков поля, подсоединенных к мультиплексорам, отличающееся тем, что датчик поля реализован на двух перпендикулярно расположенных друг относительно друга индуктивностях поверхностного монтажа, а сам измерительный модуль закреплен на кронштейне и размещен над приборным столом с возможностью перемещения по высоте.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области измерительной техники и представляет собой способ калибровки трехкомпонентного магнитометра с помощью меры магнитной индукции через определение корректирующей матрицы и уходов нулей магнитометра с исключением влияния внешних неоднородных (индустриальных) помех в процессе калибровки.

Изобретение относится к информационно-измерительной технике, в частности к магнитометрии, и может быть использовано для неразрушающей регистрации в местах недоступных для механического проникновения мгновенных объемных состояний распределения магнитного поля, неоднородного в пространстве и периодически изменяющегося во времени.

Изобретение относится к технике спектроскопии магнитного резонанса, а именно оптического детектирования магнитного резонанса (ОДМР), включающего оптическое детектирование электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), и может найти применение при исследованиях конденсированных материалов и наноструктур методом ОДМР в физике, химии, биологии и др.

Изобретение относится к судовым средствам магнитной защиты надводного (подводного) объекта, в частности к регуляторам магнитного поля объекта. .

Изобретение относится к испытаниям и диагностике двигателей внутреннего сгорания (ДВС). .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для прецизионного измерения магнитных полей. .

Изобретение относится к области магнитных измерений, а именно к измерению магнитных параметров наноматериалов, содержащих ферромагнитные наночастицы. .

Изобретение относится к области охранной сигнализации, более конкретно к магнитометрическим устройствам (средствам, извещателям) обнаружения объектов, основанным на пассивном способе регистрации изменений магнитного поля, вызванных перемещением объектов обнаружения, и может быть использовано для скрытного сигнализационного блокирования троп и дорог.

Изобретение относится к магнитным измерениям и предназначено для измерения динамической петли гистерезиса и основной кривой намагничивания изделий из листовой электротехнической стали (ИЛЭТС) на частотах от 1 до 10000 Гц.

Изобретение относится к поиску скрытых ферромагнитных объектов с помощью переносной штанги с датчиками для измерения приращений индукции магнитного поля. .

Изобретение относится к измерительной технике, представляет собой способ автономной регистрации амплитуды напряженности двухполярного импульса магнитного поля и может применяться к импульсам магнитного поля в динамическом диапазоне напряженностей в сотни килоампер на метр при длительностях импульсов в десятки микросекунд в моноцикличных электромагнитных процессах. При реализации способа используют два чувствительных элемента с прямоугольной петлей гистерезиса, изготовленных из магнитного материала, имеющего коэрцитивную силу, соответствующую середине динамического диапазона измерения амплитуды. В исходном состоянии первый и второй чувствительные элементы намагничивают до насыщения, затем помещают их в исследуемую точку пространства и ориентируют противоположно. Первый элемент размагничивается первой полярностью определяемого импульса магнитного поля, а второй - второй полярностью. После прохождения определяемого импульса сначала по остаточной намагниченности второго чувствительного элемента и его калибровочному графику, полученному для однополярного импульса, находят величину второй полярности определяемого импульса магнитного поля, затем по величине второй полярности, остаточной намагниченности первого чувствительного элемента и его семейства калибровочных графиков, полученных для одно- и двухполярных импульсов, находят амплитуду определяемого импульса магнитного поля. 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, представляет собой устройство воспроизведения магнитного поля и предназначено для калибровки и поверки рабочих средств измерений магнитной индукции переменного магнитного поля. Устройство включает катушки Гельмгольца, выполненные в виде двух расположенных соосно плоскопараллельных металлических рамок, контуры которых имеют вид многоугольника. В середине каждой стороны многоугольника выполнен разрез, в который последовательно включен согласующий резистор, а точки разрезов сторон рамок являются входами сигнала возбуждения катушки Гельмгольца. Техническим результатом является расширение частотного диапазона устройства в сторону верхней частоты при приемлемых габаритах катушки Гельмгольца. 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, представляет собой многоканальное устройство измерения пространственно неоднородного магнитного поля и может быть использовано при регистрации исходных данных, необходимых для построения диаграммы распределения магнитного поля. Устройство состоит из однотипных независимых интеллектуальных модулей измерительных каналов (ИМИК), имеющих беспроводную оптическую связь с блоком управления, регистрации и обработки (БУРО). Количество и пространственное местоположение ИМИК задаются исходя из условий конкретной задачи измерения и регистрации распределения магнитного поля. Техническим результатом является снижение влияния помех при измерении магнитного поля за счет использования оптической связи и применения автономных источников питания, а также повышение функциональности измерительного устройства за счет возможности наращивания количества измерительных каналов до заданного исходя из условий конкретной задачи с возможностью размещения измерительных каналов и задания индивидуальных значений параметров опроса магнитного поля в конкретных точках пространства, где требуется проводить измерение магнитного поля. 1 ил.

Изобретение относится к области магнитных измерений, в частности к феррозондовым приборам, осуществляющим неразрушающий контроль качества различных металлоконструкций и изделий. Магнитометр содержит датчики напряженности магнитного поля, связанные через мультиплексор с измерительным устройством, в цепи, связывающей мультиплексор с измерительным устройством, установлен ключ, снабженный управляющей связью с блоком детектирования помех, включающим в себя соединенные последовательно дифференциатор коммутационных помех, компаратор, логический элемент И с устройством управления, при этом дополнительно введен датчик скорости, снабженный управляющей связью с компаратором, при этом датчик скорости механически скреплен с датчиками напряженности магнитного поля. Технический результат - повышение точности измерения. 1 ил.

Изобретение относится к модульной системе возбуждения для испытаний сердечника статора. Устройство возбуждения для высокоэнергетических испытаний сердечников (5) статоров электрогенераторов или двигателей, содержащее один или несколько модулей возбуждения, при этом каждый модуль возбуждения содержит обмотку (1-4) возбуждения и источник (10-13) питания и выполнен с возможностью проведения тока возбуждения через обмотку (1-4) возбуждения, при этом ток возбуждения через каждую обмотку (1-4) возбуждения способствует общему возбуждению сердечника (5) статора, при этом модуль возбуждения дополнительно содержит конденсатор (6-9), и источник (10-13) питания модуля возбуждения действует как источник тока на своем выходе. Технический результат заключается в уменьшении реактивной составляющей тока возбуждения. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 4 ил.
Наверх