Спосіб вимірювання захищеності електричних ланцюгів систем ракети від дії зовнішніх електромагнітних полів

Реферат: Спосіб визначення захищеності електричних ланцюгів систем ракети від дії зовнішніх електромагнітних полів (ЕМП) ґрунтується на вимірюванні параметрів електричних ланцюгів і порівнянні їх з нормованими значеннями. В досліджуваному електричному ланцюгу збуджують електричний струм з частотою зовнішнього електромагнітного поля, за допомогою приймального пристрою вимірюють величину електричної складової напруженості електромагнітного поля, котра випромінюється збудженим електричним ланцюгом у вільний простір, вимірюють напругу на вході приймального пристрою і визначають ступінь захищеності від дії зовнішніх електромагнітних полів за співвідношенням M  Eн  U / Iн  Eo  R вх  1 . UA 96494 U (12) UA 96494 U UA 96494 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до ракетно-космічної галузі, а саме - до наземного обладнання і може використовуватися для забезпечення електромагнітної сумісності (ЕМС) електричних систем ракети. Відомим є спосіб визначення захищеності електричних ланцюгів систем ракети від дії зовнішніх електромагнітних полів, де за допомогою потужних випромінюючих засобів створюються високі електромагнітні поля (ЕМП) з нормованими величинами електричних складових. Ці поля діють на електричні ланцюги систем ракети, котрі підлягають випробуванням, а наведений у елементах ланцюгів струм визначається різними вимірювальними засобами. Випробування проводяться як на відкритих полігонах, так і у замкнених екранованих камерах без луни з дорогим обладнанням (див. книгу Хабигер Э. "Электромагнитная совместимость. Основы ее обеспечения в технике", М., "Энергоатомиздат", 1995, с. 200-202). Як джерело ЕМП зазвичай застосовують штатні зразки - радіолокаційні станції, радіостанції і спеціальні генератори. Недоліком цього способу є його низькі експлуатаційні характеристики, такі як: - проведення випробувань пов'язане зі створенням потужних ЕМП з напруженістю до 1500 В/м у частотному діапазоні до 10 ГГц, які створюють небезпеку для здоров'я людей і навколишнього середовища; - створення і використання полігонів, споруд і камер, залучення дорогого обладнання потребують значних капітальних вкладень і експлуатаційних витрат; - процеси підготовки і проведення випробувань є досить трудомісткі і тривалі; - під час проведення випробувань забезпечується лише підсумкове разове отримання результатів випробувань на вже створенному зразку, в основному з констатацією факта його нормального або ненормального функціонування при дії заданного ЕМП без можливості аналізу кількісних значень параметрів, що характеризують стійкість, і без визначення конкретної області на поверхні об'єкта або конструктивного вузла, що потребує додаткового захисту або доробки; - неможливість проведення випробувань об'єктів в умовах експлуатації, під час роботи у складі комплексу, у реальній електромагнітній обстановці, з урахуванням процесів природного старіння і під час модернізації. Найближчим до запропонованого по технічному рішенню є вибраний як прототип спосіб визначення захищеності електричних ланцюгів систем ракети від дії зовнішніх електромагнітних полів (див. стандарт MIL-STD-462D 1993, США, ERA Technology Report 94-0049 "Automative Electromagnetic Compatibility", с. 104-113). На фіг. 1 наведена схема випробувань для визначення захищеності електричного ланцюга за відомим способом. У цьому способі за допомогою генератора 1 з внутрішнім опором R вн і випромінюючою антеною 2, встановленою на відстані L від системи 3 ракети, створюється ЕМП заданої величини Eн . Опроміненню підлягає система 3, в якій в електричний ланцюг, що досліджують, на місце штатного елемента, що підлягає дії ЕМП, встановлений перетворювач 5, відтарований щодо струму. З термопари перетворювача 5 величина електричної рушійної сили (ЕРС) вздовж вимірювального ланцюга 6 надходить на вимірювальний прилад 7, де фіксується і порівнюється з допустимим струмом штатного елемента. Відомий спосіб забезпечує екологічну безпечність випробувань, підвищення їх економічності і мобільності, можливість багаторазових випробувань об'єктів у звичайних лабораторних і виробничих умовах, у тому числі на ранніх стадіях розробки об'єктів, отримання кількісних значень параметрів, що характеризують електромагнітну стійкість, для аналізу і прийняття рішення щодо усунення знайдених дефектів функціонування об'єктів. Недоліком цього способу виготовлення є його невисокі експлуатаційні характеристики, такі як: - не передбачені заходи по гарантованій перешкодозахищеності вимірювань в умовах інтенсивних зовнішніх перешкод, що характерно для більшості умов експлуатації; - не вирішені у повному обсязі питання проведення випробувань об'єктів, які знаходяться у "гарячому" стані, тобто які функціонують у заданих режимах роботи; - не повністю вирішена задача автоматизації процессу випробувань у вигляді єдиної комплексної системи, що особливо важливо для об'єктів, які мають протяг, складну конфігурацію поверхонь і велику кількість ланцюгів, чутливих до дії ЕМП. В основу корисної моделі поставлена задача створення удосконаленого способу електричних перевірок КА, який би дозволяв підвищити його експлуатаційні характеристики шляхом уведення в нього нових операцій, таких як: - в досліджуваному електричному ланцюгу збуджується електричний струм з частотою зовнішнього електромагнітного поля, за допомогою приймального пристрою вимірюється 1 UA 96494 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 величина електричної складової напруженості електромагнітного поля, котра випромінюється збудженим електричним ланцюгом у вільний простір, вимірюється напруга на вході приймального пристрою і визначається ступінь захищеності від дії зовнішніх електромагнітних полів за співвідношенням M  Eн  U / Iн  Eo  R вх  1 , де M - ступінь захищеності від дії зовнішніх ЕМП; Eн - нормована величина напруженості зовнішнього ЕМП; U - напруга, що вимірюють на вході приймального пристрою; Iн - нормована величина допустимого значення струму електричного ланцюга; Eo - величина напруженості ЕМП, котру вимірюють і котру випромінює електричний ланцюг у вільний простір; R вх - вхідний опір вимірювального пристрою, що дозволяє проводити вимірювання на діючих системах і забезпечити обробку результатів вимірювань у автоматичному режимі; - у вільному просторі формується світловий потік, модулюється його інтенсивність з частотою зовнішнього електромагнітного поля, підводиться до досліджуваного електричного ланцюга, перетворюється у електричну напругу, котра прикладається до досліджуваного електричного ланцюга, що дозволяє електрично розв'язати досліджувану систему з вимірювальною апаратурою і, таким чином, забезпечити перешкодозахищеність вимірювань. Поставлена задача вирішується таким чином, що у запропонованому способі визначення захищеності електричних ланцюгів систем ракети від дії зовнішніх електромагнітних полів, що ґрунтується на вимірюванні параметрів електричних ланцюгів і порівнянні їх з нормованими значеннями, в ньому в досліджуваному електричному ланцюгу збуджують електричний струм з частотою зовнішнього електромагнітного поля, за допомогою приймального пристрою вимірюють величину електричної складової напруженості електромагнітного поля, котра випромінюється збудженим електричним ланцюгом у вільний простір, вимірюють напругу на вході приймального пристрою і визначають ступінь захищеності від дії зовнішніх електромагнітних полів за співвідношенням M  Eн  U / Iн  Eo  R вх  1 , де M - ступінь захищеності від дії зовнішніх ЕМП; Eн - нормована величина напруженості зовнішнього ЕМП; U - напруга, що вимірюють на вході приймального пристрою; Iн - нормована величина допустимого значення струму електричного ланцюга; Eo - величина напруженості ЕМП, котру вимірюють і котру випромінює електричний ланцюг у вільний простір; R вх - вхідний опір вимірювального пристрою. При цьому у вільному просторі формують світловий потік, модулюють його інтенсивність з частотою зовнішнього електромагнітного поля, підводять до досліджуваного електричного ланцюга, перетворюють у електричну напругу, котру прикладають до досліджуваного електричного ланцюга. Для пояснення способу додаються креслення (фіг. 2), на яких зображена принципова схема вимірювального комплексу, у якій втілюється даний спосіб, та його детальний опис. Вимірювальний комплекс містить джерело 8 синусоїдального сигналу, кабель 9, перетворювач 10, електричний ланцюг 11 системи 12, приймальна антена 13 і приймальний пристрій 14. Вимірювання проводять таким чином. У цій схемі джерело 8 синусоїдального сигналу для збудження електричного ланцюга виробляє електричний струм, модульований щодо амплітуди з частотою зовнішнього ЕМП з нормованою електричною складовою напруженості Eн , котрий по кабелю 9 подають у перетворювач 10 з вихідним опором R вих , що дорівнює опору досліджуваного елемента електричного ланцюга 11 системи 12 ракети. Напруга на вихідному опору з частотою модуляції збуджує досліджуваний електричний ланцюг 11, котрий створює у вільному просторі напруженість ЕМП з електричною складовою Eo . Величину Eo вимірюють за допомогою приймальної антени 13 і приймального пристрою 14, за який використовують стандартну вимірювальну апаратуру. Електрична складова Eo створює на опорі входу R вх приймального пристрою струм Io  U / R вх , де U - напруга, котру виміряли на вході приймального пристрою 14. Використовуючи властивість взаємності для лінійного електричного ланцюга при відомому допустимому значенні електричного струму Iн для досліджуваного елемента електричного 2 UA 96494 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ланцюга 11, визначаємо максимально допустиме значення електричної складової E мак напруженості ЕМП для досліджуваного ланцюга E мак  Iн  Eo  R вх / U . При умові, що E н / E мак  1 , ступінь захищеності M досліджуваного електричного ланцюга визначають за співвідношенням M  Eн  U / Iн  Eo  R вх  1 . Як джерело синусоїдальних сигналів 8 (фіг. 2) можна використовувати світловий потік, який створює лазерний модулятор і модулює щодо амплітуди з частотою зовнішнього ЕМП з нормованою електричною складовою напруженістю Eн . Світловий потік по оптичному кабелю 9 (ВОЛЗ - волоконно-оптична лінія зв'язку) подають у перетворювач 10. Подавання у систему 12 електричного струму зв'язане з рішенням питання по усуненню впливу поля підвідного кабелю 9, тому для збудження досліджуваного електричного ланцюга 11 в якості перетворювача 10 застосовують оптоелектронний перетворювач. Сигнал на виході оптоелектронного перетворювача 10 незначний щодо потужності. Напруженість Eo , яку збуджує він, не перевищує значення 0,02 В/м і не має шкідливого впливу на людину і навколишнє середовище. Приймальну антену 13 можна встановлювати на відстані L=0,05 м від системи 12, що випробують. В якості приймального пристрою 7 використовують селективний мікровольтметр з вбудованим генератором. У процесі випробувань здійснюють зміну частоти світлового потоку на всьому необхідному діапазоні різних видів випромінювання, при цьому протягом часу дії кожного з видів випромінювань шляхом переміщення приймального пристрою вздовж визначеної траєкторії у вільному просторі формують частотно-просторову характеристику електричної складової, що випромінюється електричним ланцюгом 4. Отримана інформація про інтенсивність ЕМП, що випромінюється з різних елементів системи, дозволяє визначити канали проникнення ЕМП у систему, що досліджують, і виробити рекомендації щодо захисту електричних ланцюгів. Запропонований спосіб може застосовуватися: - на плавучому стартовому комплексі за патентом України № 90137u, МПК B64G5/00, В63В1/00, 2013 р.; - на башті обслуговування за патентом України № 84263u, МПК B64G5/00, F41F3/00, 2013 р.; - на башті обслуговування за патентом України № 89486u, МПК B64G5/00, F41F3/00, 2013 р. Таким чином, запропонований спосіб забезпечує об'єктивну достовірність і оперативність вимірювань. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 1. Спосіб визначення захищеності електричних ланцюгів систем ракети від дії зовнішніх електромагнітних полів (ЕМП), що ґрунтується на вимірюванні параметрів електричних ланцюгів і порівнянні їх з нормованими значеннями, який відрізняється тим, що в досліджуваному електричному ланцюгу збуджують електричний струм з частотою зовнішнього електромагнітного поля, за допомогою приймального пристрою вимірюють величину електричної складової напруженості електромагнітного поля, котра випромінюється збудженим електричним ланцюгом у вільний простір, вимірюють напругу на вході приймального пристрою і визначають ступінь захищеності від дії зовнішніх електромагнітних полів за співвідношенням M  Eн  U / Iн  Eo  R вх  1 , де M - ступінь захищеності від дії зовнішніх ЕМП; Eн - нормована величина напруженості зовнішнього ЕМП; U - напруга, що вимірюють на вході приймального пристрою; Iн - нормована величина допустимого значення струму електричного ланцюга; Eo - величина напруженості ЕМП, котру вимірюють і котру випромінює електричний ланцюг у вільний простір; R вх - вхідний опір вимірювального пристрою. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що у вільному просторі формують світловий потік, модулюють його інтенсивність з частотою зовнішнього електромагнітного поля, підводять до досліджуваного електричного ланцюга, перетворюють у електричну напругу, котру прикладають до досліджуваного електричного ланцюга. 3 UA 96494 U Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4