Спосіб діагностики електромагнітної герметичності електромагнітних екранів

1. Спосіб діагностики електромагнітної герметичності електромагнітних екранів, що включає активацію щонайменше одного випромінювача зондуючого електромагнітного випромінювання, реєстрацію сигналу, наведеного зондуючим електромагнітним випромінюванням, що пройшло через електромагнітний екран, інтерпретацію отриманого сигналу для визначення параметрів електромагнітної герметичності екрана, при цьому випромінювач розміщають зовні електромагнітного екрана, а наведений сигнал реєструють за допомогою приймача, розміщеного всередині екрана, який відрізняється тим, що частоти зондуючого випромінювання вибирають у діапазоні від 1 МГц до 18 ГГц, а приймач настроюють перед його розміщенням всередині екрана щонайменше на одну вибрану частоту зондуючого випромінювання. U 2 (19) 1 3 також вивчення проблем, пов'язаних зі старінням елементів електричних і електронних систем. Причиною виникнення корозії електричних з'єднувачів і з'єднань є наявність у повітрі вологи і солей. Перепади тиску в широких межах при зміні висоти в сполученні зі зміною температури призводять до потрапляння розчину електроліту в електричні з'єднувачі і з'єднання. Наявність невеликого обсягу повітря, що залишається в хвостовиках з'єднувачів призводить до конденсування вологи, навіть якщо хвостовики є цілком герметичними. Перепад між температурою в районі аеропорту (25°С) і температурою на ешелоні 11км (-50°С) також призводить до зміни обсягу повітря в хвостовику, що у свою чергу призводить до циклічного всмоктування і витискування розчину електроліту, що міститься в навколишньому повітрі. Дане явище відбувається як у негерметичних зонах, так і в герметичних відсіках літака. Вібраційні і ударні навантаження, що виникають при посадках і польоті в турбулентних умовах, можуть призводити до послаблення затягування вузлів кріплення і з'єднувачів, створюючи додаткові шляхи проникнення вологи. Корозія також виникає при зіткненні металу з агресивними речовинами, наприклад, з гідравлічною рідиною Скайдрол. Застосування захисного екранування електричної проводки передбачає забезпечення контакту в місцях з'єднання металевих елементів екранування. Неминуча присутність електроліту призводить до виникнення оксидів між дотичними елементами електричних з'єднань. Наростання оксидної плівки, що є ізолятором, поступово підвищує перехідний опір електричного з'єднання і через визначений час призводить до повного розриву електричного ланцюга. Подібна деградація призводить до зниження захисних властивостей електромагнітного екрана і дозволяє наведеним напругам, що виникають при впливу HIRF або блискавки, проникати в електричні лінії, що захищаються, і потрапляти на входи критичного електронного устаткування. Небезпекою подібної деградації є те, що вона відноситься до схованих ушкоджень, оскільки її ознаки не виявляються візуальним оглядом. Однак, у будь-якому випадку при створенні захисного екрануванні необхідно враховувати, що наявність вологи і електролітів є неминучим, тому необхідним є застосування корозійностійких матеріалів і технологій герметизації. Авіаційні електричні з'єднувачі виготовляють з алюмінієвих сплавів. Для уповільнення інтенсивної корозії алюмінієвих сплавів корпуси з'єднувачів покриваються нікелем або кадмієм. Однак, незважаючи на наявність захисних покриттів, з'єднувачі піддаються корозії. Усе сказане вище повною мірою відноситься і до корпусів апаратури, що виконує функцію електромагнітних екранів. Також електромагнітна герметичність електромагнітних екранів знижується в процесі експлуатації внаслідок впливу вібрацій аж до повного її зникнення на визначених резонансних частотах. Тому актуальною є задача проведення періодичного контролю якості електромагнітної герметичності електромагнітних екранів у процесі їхньої експлуатації без необхідності зняття устаткування з борта повітряного судна і без необ 61344 4 хідності демонтажу елементів електромагнітного екрана, а також визначення місця порушення гальванічних контактів між елементами електромагнітного екрана. Відомий спосіб і прилад для вимірювання опору замкнутого ланцюга, описаний у патенті США №6225810. У режимі вимірювання зазначений прилад за допомогою кільцеподібного індуктора на екрануюче обплетення наводиться напруга, а за допомогою індуктивного датчика вимірюється виникаючий струм. Далі прилад чисельно демодулює форму кривих напруги і тока, що виникають у контурі для представлення їх у комплексному вигляді шляхом множення на синус і косинус і наступного додавання. Відношення комплексної напруги до струму дозволяє визначити імпеданс контуру, дійсна складова якого і є шуканим опором контуру. Основним недоліком описаного способу діагностики електромагнітних екранів є те, що він застосовний тільки для діагностики стану гальванічного з'єднання захисного екрана (обплетення) кабелю з корпусом апаратури і не може бути використаний для діагностики електромагнітної герметичності самого корпуса апаратури. Також до недоліків можна віднести вузький діапазон індукуємих приладом частот (від 200Гц до 1кГц), що у свою чергу не дозволяє забезпечити достатню вірогідність виміру електромагнітної герметичності електромагнітних екранів у всьому необхідному діапазоні частот (до 18ГГц). Відомий спосіб електромагнітної дефектоскопії, описаний у патенті РФ №2146047, що полягає в тому, що контрольований виріб опромінюють електромагнітними сигналами під кутом до його поверхні, приймають відбиті електромагнітні сигнали, вимірюють параметри відбитих електромагнітних сигналів і за результатами вимірів визначають наявність дефектів. До недоліків описаного способу можна віднести неможливість його використання для апаратури, змонтованої в стійки на борті літака, оскільки доступу до всіх сторін корпуса апаратури, як правило, немає. Тому, не представляється можливим встановити діелектричну пластину, у якій розміщені передавальна і приймальна антени. Крім того, близькість сусідніх корпусів істотно змінює параметри прийомних антен, отже, і вірогідність їхніх показань. Відомий спосіб пошуку порушень цілісності металевих оболонок, регламентований стандартом IEEE Std 299-1991. Зазначений спосіб полягає в тому, що прийомна антена розташовується всередині оболонки, а випромінююча антена - зовні оболонки. Антени синхронно переміщаються вздовж поверхні оболонки зі збереженням відстані між антенами і між кожною антеною і оболонкою при збереженні обраної орієнтації (поляризації) антен. До недоліків описаного способу можна віднести необхідність розміщення прийомної антени всередині корпуса електромагнітного екрана і переміщення антени по об'єму корпуса, що унеможливлює реалізацію даного способу для готового виробу уже встановленого на борті повітряного судна. 5 Найбільш близьким аналогом корисної моделі, що заявляється, є спосіб діагностики електромагнітної герметичності електромагнітних екранів, описаний у патенті України № 50968, що включає активацію, щонайменше, одного випромінювача зондуючого електромагнітного випромінювання, реєстрацію сигналу, наведеного зондуючим електромагнітним випромінюванням, що пройшло через електромагнітний екран, інтерпретацію отриманого сигналу для визначення параметрів електромагнітної герметичності екрана, при цьому випромінювач розміщають зовні електромагнітного екрана, а наведений сигнал реєструють за допомогою приймача, розміщеного всередині екрана. Відповідний сигнал перетворюють у цифрову форму і передають на обробку через лінію бездротового зв'язку. Недоліком описаного способу є необхідність перетворення сигналу відповіді в цифровий сигнал і передачу його на обробку. Це істотно ускладнює схему прийомного пристрою і його систему електроживлення, у результаті чого його габаритні розміри не можуть задовольнити вимоги поставленої задачі. Крім того, оскільки цифровий сигнал не містить ідентифікаційного коду корпуса, спосіб придатний тільки для діагностики одиничного об'єкта. В основу корисної моделі поставлена задача розробити спосіб діагностики електромагнітної герметичності електромагнітного екрана, що завдяки оптимально підібраній послідовності здійснюваних операцій, а також режимів здійснення зазначених операцій дозволить забезпечити можливість здійснення високоефективної і достовірної діагностики електромагнітної герметичності електромагнітного екрана, можливість автоматизації зазначеної діагностики, а також можливість реалізації способу без необхідності демонтажу і/або роз'єднання елементів електромагнітних екранів і в широкому діапазоні частот зондуючого електромагнітного випромінювання. Поставлена задача вирішується завдяки тому, що розроблено спосіб діагностики електромагнітної герметичності, що включає активацію щонайменше одного випромінювача зондуючого електромагнітного випромінювання, реєстрацію сигналу, наведеного зондуючим електромагнітним випромінюванням, що пройшло через електромагнітний екран, інтерпретацію отриманого сигналу для визначення параметрів електромагнітної герметичності екрана, при цьому випромінювач розміщають зовні електромагнітного екрана, а наведений сигнал реєструють за допомогою приймача, розміщеного всередині екрана, частоти зондуючого випромінювання вибирають у діапазоні від 1МГц до 18ГГц, а приймач настроюють перед його розміщенням всередині екрана щонайменше на одну обрану частоту зондуючого випромінювання. Таким чином, параметри зондуючого електромагнітного випромінювання обирають в залежності від фізичного явища, що моделюється, а частоту (частоти) настроювання приймача погоджують з однієї (декількома) із власних резонансних частот екрана в діапазоні від 1МГц до 18ГГц. Також вибір частот зондуючого випромінювання здійснюють у 61344 6 залежності від геометричних розмірів електромагнітного екрана. Описана реалізація способу, що заявляється, дозволяє забезпечити можливість здійснення високоефективної і достовірної діагностики електромагнітної герметичності електромагнітного екрана. Виконання приймача автономним дозволяє забезпечити реалізацію способу без необхідності демонтажу і/або роз'єднання елементів електромагнітних екранів, що уможливлює діагностику вже змонтованого на борті повітряного судна устаткування, що забезпечує захист від електромагнітного випромінювання різної інтенсивності. Переважно приймач виконують із установленим порогом спрацьовування. Визначення цього порога здійснюється шляхом чисельного моделювання відповідної задачі проникнення зондуючого випромінювання через існуючі неоднорідності корпуса електромагнітного екрана. Активують приймач і виключають його шляхом подачі акустичного сигналу або шляхом впливу низькочастотним магнітним полем. Можливість настроювання приймача на одну або кілька частот зондуючого випромінювання дозволяє розширити діапазон можливостей способу, що заявляється, оскільки зазначений діапазон резонансних частот включає максимально високі частоти для таких негативних явищ як блискавка або HIRF. Фіксовані місця розташування використовуваного при реалізації способу випромінювача і його поляризацію встановлюють для кожного конкретного варіанта корпуса електромагнітного екрана. Доцільним є таке виконання способу, при якому факт перевищення наведеного сигналу заданого граничного рівня ідентифікується шляхом його перетворення в кодований сигнал, здатний проникати через екран. Це дозволяє забезпечити ефективну взаємодію пари приймач - випромінювач при здійсненні діагностики електромагнітного екрана. Кодованим сигналом, що генерується приймачем у випадку порушення герметичності електромагнітного екрана, може бути електромагнітне випромінювання або ж акустичний сигнал. Кодованим сигналом може бути світловий сигнал, що є електромагнітним випромінюванням в оптичному діапазоні. Наявність або відсутність світлового сигналу є найбільш простим варіантом кодування. Це дозволяє забезпечити достатню простоту реалізації способу, оскільки в якості елементів конструкції при реалізації способу можливо використовувати відомі і достатньо розповсюджені технічні рішення, що не вимагає великих фінансових вкладень у розробку спеціальної технічної бази. Доцільним є здійснення інтерпретації отриманого сигналу вимірювальним пристроєм, виконаним з можливістю передачі інформації на персональний комп'ютер, за допомогою якого здійснюється ідентифікація екрана, що втратив електромагнітну герметичність. Також можливою є інтерпретація отриманого сигналу шляхом візуальної реєстрації, що спрацьовує при втраті електромагнітним екраном герметичності світлового індикатора, розміщеного на поверхні екрана. Зазначені варіанти інтерпретації отриманих від приймача сигналів дозволяють здійснити одержання достовірних ре 7 61344 зультатів діагностики електромагнітної герметичності без необхідності спеціальної підготовки обслуговуючого персоналу, що у свою чергу сприяє підвищенню економічної ефективності впровадження способу, що заявляється, при здійсненні періодичного контролю електромагнітної герметичності як окремих елементів конструкції екранів, так і якості гальванічних сполук корпусів і електричної проводки. Перелік графічних матеріалів Фіг.1 - Екран з отвором у полі однорідної плоскої хвилі Фіг.2 - Залежність коефіцієнта загасання екрана від частоти і кута падіння плоскої електромагнітної хвилі для випадку TEZ - поляризації. На Фіг.1 представлений екран 1 у вигляді паралелепіпеда, ребра якого розміщені вздовжосей декартової системи координат 2, отвір 3, поле однорідної плоскої хвилі 4. На Фіг.2 представлений графік залежності коефіцієнта загасання екрана 1 від частоти і кута падіння плоскої електромагнітної хвилі для випадку TEZ - поляризації Спосіб діагностики електромагнітної герметичності електромагнітних екранів, що заявляється, реалізується в такий спосіб. Попередньо всередині електромагнітного екрана розміщають приймач, призначений для реєстрації сигналу, що наводиться. Розміщення приймача всередині екрана, як правило, здійснюватися ще на етапі виробництва апаратури. Діагностику електромагнітної герметичності екрана корпуса виробу здійснюють у виключеному стані виробу, оскільки, у процесі роботи виріб може збуджувати власні резонансні коливання електромагнітного поля всередині корпуса. При здійсненні діагностики електромагнітної герметичності екранів зовні конкретного екрана розміщають випромінювач з попередньо встановленою поляризацією. Варіант (варіанти) поляризації визначають конструкцією конкретного корпуса електромагнітного екрана, з врахуванням найбільш імовірних місць порушення його електромагнітної герметичності. У випадку відсутності такої апріорної інформації, по черзі встановлюють три ортогональних варіанти поляризації впливаючого електричного поля. Приймач активують шляхом подачі акустичного сигналу або шляхом впливу низькочастотним магнітним полем. Приймач перед установкою в корпус апаратури настрюють на конкретну (одну або декілька) частоту зондуючого випромінювання, що обумовлюється власними характеристиками екрана і є для екрана резонансною частотою. Для визначення набору резонансних частот екрана можна скористатися формулою (1), представленою в книзі [1] ("Electromagnetic Shielding" авторів S. Celozzi, R. Avaneo, G. Lovat, що вийшла у видавництві Wiley-Interscience у 2008 році). 2 fi, j,k  c 2 2 2  i   j  k       , l  l  l   x  y  z (1), де, с - швидкість світла, м/с; і, j, k - цілі позитивні числа, починаючи з 0. Одночасно всі рівними нулю не можуть бути; 8 1Х, 1у , lz - довжини ребер паралелепіпеда уздовж осей декартової системи координат, центр якої збігається з одним з його кутів (див. Фіг.1), м. Наприклад, для екрана 1 з габаритними розмірами 1Х=0,2м, 1У=0,4м і 1z=0,6м у частотному діапазоні від нуля до f=1ГГц, мається сім резонансних частот, зв'язаних з різними модами поля, представлені в таблиці 1. Припустимо, на екран 1, в одній з бічних поверхонь якого мається круглий отвір 3 радіусом R=1,5см, діє гармонічне електромагнітне поле 4, як показано на фігурі 1. Захисні властивості екрана характеризуються коефіцієнтом загасання SE, що визначається за формулою (2). SE=20 log (E0/Ei) (2), де: Е0 - напруженість електричної складової впливаючого електромагнітного поля; Ei - напруженість електричного поля всередині екрана. Таблица Тип моди Значення частоти, МГц f011 f012 f101 f013 f111 f102 f112 450,38 624,57 790,02 837,94 874,39 900,76 975,56 Для розглянутого випадку, значення коефіцієнта загасання в геометричному центрі екрана 1 у залежності від частоти і кута падіння  впливаючого поля представлені на Фіг.2 [1]. З представлених результатів видно, що незалежно від кута падіння, напруженість електричного поля всередині екрана має максимальні значення на резонансних частотах екрана, що при даній поляризації дорівнюють 450Мгц і 838Мгц. Значення частоти, на яку варто настроїти приймач, залежить від конструкції екрана 1 і може визначатися як розрахунковим, так і експериментальним методом. Це значення частоти записується у формуляр апаратури. Надалі, діагностика герметичності корпуса повинна здійснюватися на цій частоті. Можливе використання зондуючого електромагнітного випромінювання у вигляді широкополосного імпульсу, що містить у своєму спектрі резонансні частоти, на які настроєні приймачі, розміщені всередині екранів, електромагнітна герметичність яких перевіряється. Це дозволить здійснювати діагностику відразу всієї апаратурної стійки. Для здійснення діагностики випромінювач активізують. У випадку порушення електромагнітної герметичності екрана, що діагностується, наведений випромінювачем сигнал перевищить поріг спрацьовування приймача. Зареєстрований приймачем наведений сигнал активує схему генерації кодованого сигналу, здатного проникати через екран. Зокрема, це може бути акустичний сигнал, світловий сигнал або електромагнітне випромінювання. Даний вихідний сигнал інтерпретують з ме 9 61344 тою ідентифікації електромагнітного екрана, який цілком або частково втратив здатність забезпечувати екранування. Інтерпретацію сигналу здійснюють або вимірювальним пристроєм, виконаним з можливістю передачі інформації на персональний комп'ютер, або шляхом візуальної реєстрації спрацьовуючого при наявності світлового сигналу світлового індикатора, розміщеного на поверхні електромагнітного екрана. Таким чином, корисна модель являє собою спосіб діагностики електромагнітної герметичності електромагнітного екрана, що завдяки оптимально Комп’ютерна верстка Н. Лиcенко 10 підібраній послідовності здійснюваних операцій, а також режимів здійснення зазначених операцій забезпечує можливість здійснення високоефективної і достовірної діагностики електромагнітної герметичності електромагнітного екрана, можливість автоматизації зазначеної діагностики, а також можливість реалізації способу без необхідності демонтажу і/або роз'єднання елементів електромагнітних екранів і в широкому діапазоні частот зондуючого електромагнітного випромінювання. Підписне Тираж 24 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601