Система диагностики устойчивости комплекса радиоэлектронных приборов к преднамеренным силовым электромагнитным воздействиям
Владельцы патента RU 2541722:
Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (RU)
Изобретение относится к электроизмерительной области техники и может быть использовано для диагностики устойчивости оборудования к воздействию преднамеренных силовых электромагнитных воздействий (ПД ЭМВ). В систему диагностики, содержащую генератор испытательных помех с полеобразующей системой и датчик электромагнитного поля с регистрирующим устройством, введен дополнительный датчик электромагнитного поля. Регистрирующее устройство снабжено двумя пороговыми схемами. Датчики электромагнитного поля, пороговые схемы и регистрирующее устройство установлены в полости одного из приборов, с выходом на наружный индикатор. Датчики выполнены в виде проводящих обкладок, охватывающих изоляцию неэкранированного участка пары проводников межприборной кабельной электрической линии. Одна из пороговых схем снабжена буферным каскадом с несимметричным входом, согласующим ее входное сопротивление относительно корпуса прибора с реактивным сопротивлением емкости одной обкладки относительно проводника кабельной электрической линии. Еще одна из пороговых схем снабжена буферным каскадом с симметричным входом, согласующим ее входное сопротивление с реактивным сопротивлением последовательно соединенных емкостей пары обкладок относительно проводника токоведущей жилы кабельной электрической линии. Технический результат заключается в возможности диагностики устойчивости радиоэлектронных комплексов к ПД ЭМВ непосредственно на корабле во время проведения регламентных работ, обеспечиваемой встроенными в диагностируемые приборы средствами штатных компонентов их конструктивно-монтажных узлов. 2 ил.
Изобретение относится к области создания технических средств электротехнических, электронных и радиоэлектронных изделий, оборудования, аппаратуры и их составных частей, а именно к направлению обеспечения электромагнитной совместимости, и может быть использовано при эксплуатации комплексов корабельных радиоэлектронных приборов для диагностики их устойчивости к воздействию преднамеренных силовых электромагнитных воздействий (ПД ЭМВ).
Воздействию ПД ЭМВ потенциально подвержены корабельные радиоэлектронные комплексы, у которых приборы и кабельные электрические линии связи, по меньшей мере, частично размещены на верхней палубе, надстройках, а также в корабельных помещениях с корпусными конструкциями, радиопроницаемыми относительно внешней среды (например, через иллюминаторы, коридоры, а также надстройки, выполненные с применением углепластиковых композиционных материалов и т.п.). Уровень этого воздействия в значительной степени определяется качеством монтажа кабельных электрических линий радиоэлектронных комплексов и конструктивно-монтажными узлами их приборов, а именно - экранирующих оболочек кабелей, узлов их заземления, в том числе, при вводе в приборы, узлов металлизации корпусов разъемных электрических соединителей. Поэтому требуемая защищенность радиоэлектронных комплексов от воздействия ПД ЭМВ реализуется не только путем качественного изготовления комплектующих их приборов, но и путем тщательного контроля выполнения правил монтажа непосредственно на корабле, а также тщательным выполнением правил их эксплуатации. За счет эксплуатационных воздействий на конструктивно-монтажные компоненты кабельных электрических линий и их подсоединений к приборам поражающее влияние ПД ЭМВ может возрасти. Причиной этому может быть, например, образование несплошностей в экранирующих оболочках кабелей при их перегибах или коррозионных повреждениях, появление электромагнитной неплотности сочленения съемных крышек с корпусами экранированных приборов. Такие дефекты, приводящие к снижению качества электромагнитной защиты, обычно возникают при недостаточно квалифицированных действиях личного состава, эксплуатирующего корабельные системы. Отрицательно сказывается на защищенности радиоэлектронных систем от ПД ЭМВ также постепенное повышение переходного сопротивления электрических контактов в узлах заземления (металлизации) радиоэлектронной аппаратуры или снижение сопротивления изоляции из-за воздействия климатических факторов окружающей среды.
По этой причине, при эксплуатации корабельных радиоэлектронных систем (систем связи и радиоэлектронного вооружения), потенциально подверженных ПД ЭМВ, возникает необходимость периодического диагностирования уровня их защищенности от этого воздействия.
ГОСТ Р 51317.1.5-2009, регламентирующий деятельность, связанную с защитой систем гражданского назначения от преднамеренного электромагнитного влияния, предусматривает возможность диагностики путем периодического мониторинга функционирования систем (автоматического или ручного).
Для оценки устойчивости комплекса радиоэлектронных приборов с межприборными кабельными электрическими линиями к ПД ЭМВ используется система, содержащая имитатор электромагнитного воздействия с генератором импульсных помех и полеобразующей системой, устанавливаемых на расстоянии, соответствующем дальней зоне и заданному уровню амплитуды импульса электромагнитного поля. В процессе имитации этой системой ПД ЭМВ и после завершения испытаний контролируют качество функционирования диагностируемых радиоэлектронных приборов (ГОСТ Р 52863-2007, таблица Г.4, рисунок Д.5 - аналог).
Однако и этой системе присущи недостатки, заключающиеся в их неприменимости к корабельным условиям. Уровень электромагнитных воздействий, регламентированных стандартами для гражданской техники, определяется условиями перезагрузки операционных систем аппаратуры, что недопустимо для систем вооружения и военной техники. Это обусловлено большой вероятностью выхода электронных компонентов оцениваемых систем из строя при наличии мелких, как правило, легко устранимых дефектов монтажа испытываемых приборов на корабле. Кроме того, при этом потенциальной опасности выхода из строя подвергается также аппаратура смежных корабельных комплексов радиоэлектронного вооружения и связи, так как облучение производится при уровне электромагнитного воздействия, потенциально вызывающего выход ее компонентов из строя. Восстановление компонентов аппаратуры в условиях корабля, в отличие от устранения монтажных дефектов, возникающих при переустановке съемных элементов приборов и при коррозионных повреждениях, в процессе эксплуатации кабельных электрических линий, как правило, практически невозможно.
Известна также система диагностики устойчивости к ПД ЭМВ комплекса радиоэлектронных приборов с межприборными кабельными электрическими линиями, содержащая генератор испытательных помех, один из выходов которого соединен испытательной линией связи с входом диагностируемых приборов, а также датчик, выполненный в виде приемной антенны, соединенной измерительной линией с декодером (патент РФ №2206100, МПК G01R 31/00, G12B 17/02).
Однако и этой системе присущи недостатки, заключающиеся в отсутствии возможности диагностики устойчивости к ПД ЭМВ смонтированных на корабле радиоэлектронных комплексов, включающих также их кабельные электрические линии. Эти недостатки обусловлены тем, что в известной системе источник испытательного сигнала связан непосредственно со схемными цепями приборов диагностируемых радиоэлектронных комплексов, минуя кабельные электрические линии. А именно эти линии в наибольшей степени и определяют подверженность радиоэлектронных комплексов к ПД ЭМВ.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому изобретению является система диагностики устойчивости к электромагнитному воздействию комплекса радиоэлектронных приборов с межприборными кабельными электрическими линиями, содержащая генератор испытательных помех с полеобразующей системой и датчик электромагнитного поля с регистрирующим устройством, приведенная в методике RS 103-1 военного стандарта США. В этой системе используются не входящие в ее состав датчики, которые расположены на удалении одного метра от приборов диагностируемого комплекса и установлены непосредственно напротив полеобразующей системы, на высоте минимум 30 см над землей. (MIL-STD 461E. Department of Defense, Interface Standard. Requirements for the control of electromagnetic interference of subsystems and equipment, 1999 г. Defense Standardization Program Office (DLSC-LM) 8725 John J. Kingman road, Suite 2533, Ft. Belvoir, VA 22060-2533, рис.103-2, а также пункты 5.19.4.2 Test equipment и 5.19.3.3 Setup; принята за прототип).
Однако эта система, предоставляя возможность оценивать параметры электромагнитной совместимости, не обеспечивает возможность оценки устойчивости корабельных радиоэлектронных систем к ПД ЭМВ в натурных условиях. Указанный недостаток обусловлен необходимостью удаления из зоны, где проводится диагностирование, всех не подлежащих испытанию радиоэлектронных систем, так как они, при воздействии мощных электромагнитных полей полеобразующей системы, потенциально подвержены выходу из строя и могут диагностироваться только при привлечении поставщиков, курирующих их эксплуатацию, и при принятии соответствующих защитных мер. Это обстоятельство исключает возможность диагностировать защищенность корабельных комплексов радиоэлектронного вооружения и связи от ПД ЭМВ непосредственно на кораблях, в том числе в объеме регламентных работ, проводимых в условиях базы. Кроме того, воздействие мощных электромагнитных полей при возникновении во время срока службы корабля дефектов в кабельных электрических линиях и конструктивно-монтажных элементах аппаратуры, к которой они подсоединены, является разрушающим. В тоже время эти дефекты, при их своевременном выявлении, как правило, легко устранимы силами личного состава корабля в объеме регламентных работ по обслуживанию систем радиоэлектронного вооружения и связи (например, восстановление нарушенного электрического контакта между съемными узлами приборов, восстановление поврежденных оплеток, зачистка корродированных контактов в цепях заземления и т.п.).
Заявляемое изобретение направлено на устранение выше отмеченных недостатков известной системы с получением при использовании следующего технического результата - возможности диагностики устойчивости радиоэлектронных комплексов к ПД ЭМВ непосредственно на корабле во время проведения регламентных работ, обеспечиваемой встроенными в диагностируемые приборы средствами штатных компонентов их конструктивно-монтажных узлов.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается за счет того, что в испытательном комплексе, принятом за прототип заявленного изобретения, в систему введен, по меньшей мере, один дополнительный датчик электромагнитного поля. Регистрирующее устройство снабжено, по меньшей мере, двумя пороговыми схемами. Датчики электромагнитного поля, пороговые схемы и регистрирующее устройство установлены в полости, по меньшей мере, одного из приборов, с выходом на наружный индикатор. Датчики выполнены в виде проводящих обкладок, охватывающих изоляцию неэкранированного участка, по меньшей мере, пары проводников, по меньшей мере, одной межприборной кабельной электрической линии. По меньшей мере, одна из пороговых схем снабжена буферным каскадом с несимметричным входом, согласующим ее входное сопротивление относительно корпуса прибора с реактивным сопротивлением емкости одной обкладки относительно охватываемого ею проводника кабельной электрической линии. По меньшей мере, еще одна из пороговых схем снабжена буферным каскадом с симметричным входом, согласующим ее входное сопротивление с реактивным сопротивлением последовательно соединенных емкостей пары обкладок относительно охватываемых ими проводников токоведущей жилы кабельной электрической линии.
Использование датчиков электромагнитного поля в комплекте с пороговыми схемами и регистрирующим устройством как штатных компонентов диагностируемой системы, взаимодействующими через емкостные связи непосредственно с функциональными компонентами, позволяет однозначно оценить характер влияния электромагнитных воздействий на эти функциональные компоненты без превышения уровня этих воздействий сверх порога, вызывающего деградацию функциональных компонентов диагностируемой системы. Благодаря этому сочетанию признаков в системе достигается возможность оценки устойчивости корабельных радиоэлектронных систем к ПД ЭМВ в натурных условиях без оказания недопустимых уровней электромагнитного воздействия на смежные радиоэлектронные системы и их кабельные трассы.
Сущность изобретения поясняется чертежами: на Фиг.1 изображена структурная схема предлагаемой системы, на Фиг.2 изображен узел подсоединения проводников к печатной плате.
Система диагностики устойчивости к ПД ЭМВ радиоэлектронного комплекса, включающего в себя, по меньшей мере, два радиоэлектронных прибора 1, соединенных, по меньшей мере, одной межприборной кабельной электрической линией 2, содержит генератор испытательных помех 3 с полеобразующей системой 4 (например, передающей антенной) и датчик электромагнитного поля 5 с регистрирующим устройством 6.
Межприборная кабельная электрическая линия 2, в свою очередь, включает в себя электрический кабель 7, электрические соединители 8, а также, по меньшей мере, два изолированных проводника 9 и 10 внутриприборного монтажа, подключенных к схемным компонентам 11, по меньшей мере, одного из приборов 1. Как вариант, в качестве изолированных проводников 9 и 10 при вводе электрического кабеля 7 непосредственно в полость корпуса прибора 1 через сальник могут быть использованы его штатные токоведущие жилы (на чертеже не показано).
В систему введен, по меньшей мере, один дополнительный датчик 12 электромагнитного поля. Регистрирующее устройство 6 снабжено, по меньшей мере, двумя пороговыми схемами 19 и 21. Датчики 5 и 12, пороговые схемы 19 и 21, а также регистрирующее устройство 6, размещенные в полости прибора 1, подключены к индикатору 15. Индикатор 15 может быть встроенным в прибор 1 или быть реализован штатными схемными компонентами комплекса приборов 1, например входить в состав системы диагностики функционирования комплекса. На чертеже показан вариант индикатора 15, встроенного в прибор 1, где он установлен на его корпусе. При этом для повышения защищенности от электромагнитных полей, он может быть выполнен, например, в виде открытого торца оптического волокна, подсоединенного противоположным концом к оптическому излучателю на выходе регистрирующего устройства 6.
Датчик 5 выполнен в виде проводящей обкладки 16, охватывающей изоляцию неэкранированного участка длины проводника 9 токоведущей жилы межприборной кабельной электрической линии 2 и заземляющей конструкции, выполненной в виде приварной бонки 17, на внутренней поверхности корпуса прибора 1.
Датчик 12 представляет собой пару проводящих обкладок - проводящая обкладка 16 и проводящая обкладка 18, охватывающие изоляцию неэкранированных участков изоляции проводников 9 и 10.
Проводящие обкладки 16 и 18 могут быть выполнены наложением фольги или плетенки на изоляцию проводников 9 и 10 или нанесением токопроводящей краски на неэкранированные участки их изоляции.
Датчик 5 подключен к пороговой схеме 19 через буферный каскад 20 с несимметричным входом, согласующим ее входное сопротивление относительно корпуса прибора 1 с реактивным сопротивлением емкости обкладки 16 относительно проводника 9.
Датчик 12 подключен к пороговой схеме 21 через буферный каскад 22 с симметричным входом, согласующим ее входное сопротивление с реактивным сопротивлением последовательно соединенных емкостей пары проводящих обкладок 16 и 18 относительно соответствующих проводников 9 и 10.
Датчики 5 и 12 размещены на печатной плате 23 с контактами 24 для подсоединения внутренних проводников 9 и 10 к схемным компонентам 11, которые также могут включать в себя средства защиты от перенапряжений, например варисторы (на чертеже не показаны).
Незначительная стоимость компонентов системы диагностики, размещаемых внутри корпуса прибора 1, и отсутствие их влияния на функционирование диагностируемого комплекса, а также их малые габариты позволяют после испытаний радиоэлектронного комплекса оставлять их внутри его приборов 1 на все время их эксплуатации. Это позволяет производить периодическую диагностику при регламентном обслуживании радиоэлектронного комплекса без необходимости вскрытия крышек и демонтажных работ приборов 1, потенциально влияющих, в свою очередь, на устойчивость к ПД ЭМВ.
Для иллюстрации работы комплекса на чертеже приведены типовые примеры дефектов: щель 25 в корпусной конструкции прибора 1, неплотность 26 в месте крепления разъемного электрического соединителя 8 и коррозионное повреждение 27 экранирующей оплетки электрического кабеля 7.
При диагностике устойчивости радиоэлектронного комплекса приборов 1 к ПД ЭМВ во время его сдачи заказчику на корабле или при регламентных работах, проводимых во время эксплуатации систем радиоэлектронного вооружения и связи, в том числе при нахождении корабля на базе, локально облучают приборы 1 и их межприборные кабельные линии 2 полеобразующей системой 4, запитываемой от генератора помех 3. Облучение осуществляют с уровнем электромагнитного поля, ослабленным относительно предельно допустимого до величины, гарантированно исключающей выход из строя схемных компонентов 11.
При воздействии электромагнитного поля, возбуждаемого полеобразующей системой 4 (показанного концентрическими дугами относительно полеобразующей системы 4), в зонах дефектов 25, 26 и 27 наводится вторичное электромагнитное поле (также показанное концентрическими дугами относительно этих дефектов 25, 26 и 27).
Вторичное электромагнитное поле возбуждает в проводниках 9 и 10 напряжения относительно корпуса прибора 1 формирующие, в свою очередь, два вида помех - помеха общего вида (common mode) и помеха нормального вида (differential mode).
Фиксируемая датчиком 5 помеха общего вида, представляющая собой напряжение на проводнике 9 относительно корпуса прибора 1, через буферный каскад 20 передается на пороговую схему 19.
Фиксируемая датчиком 12 помеха нормального вида, представляющая собой напряжение на проводнике 9 относительно проводника 10, через буферный каскад 21 передается на пороговую схему 22.
Чувствительность схемных компонентов 11 к помехам нормального вида, как правило, на 1-2 порядка превышает их чувствительности к помехам общего вида. Поэтому пороги срабатывания пороговых схем 19 и 21 различаются соответственно на эти же величины.
Пороговые схемы 19 и 21 при превышении величины помехи общего и/или нормального вида заданной величины передают управляющий сигнал на регистрирующее устройство 6. Индикатор 15 или встроенная система индикации радиоэлектронного комплекса показывает наличие дефекта, снижающего устойчивость диагностируемого радиоэлектронного комплекса к ПД ЭМВ.
В случае отсутствия дефектов в конструктивно-монтажных узлах приборов, кабельных линий и экранирующих конструкций помещений уровень напряжений помех на входе регистрирующего устройства 6 не превышает величину его пороговой уставки.
Попутно, во время диагностики устойчивости комплекса к ПД ЭМВ, также могут выявиться и некоторые потенциальные дефекты монтажа, влияющие на параметры электромагнитной совместимости диагностируемого комплекса и его кабельных электрических линий с помехоактивными техническими средствами корабля.
Предложение позволяет обеспечить стойкость корабельных радиоэлектронных комплексов к воздействию электромагнитного оружия и электромагнитного терроризма, так как оно непосредственно на корабле позволяет оценить величину разрушающего сигнала на входе потенциально разрушаемых электронных компонентов диагностируемых радиоэлектронных комплексов. Это обеспечивает возможность выполнения, в случае необходимости, оперативных мероприятий по устранению выявленных при диагностике дефектов монтажа и конструкции аппаратуры.
Система диагностики устойчивости к преднамеренным силовым электромагнитным воздействиям комплекса радиоэлектронных приборов с межприборными кабельными линиями, содержащая генератор испытательных помех с полеобразующей системой и датчик электромагнитного поля с регистрирующим устройством, отличающаяся тем, что в нее введен, по меньшей мере, один дополнительный датчик электромагнитного поля, регистрирующее устройство снабжено, по меньшей мере, двумя пороговыми схемами, а датчики электромагнитного поля, пороговые схемы и регистрирующее устройство установлены в полости, по меньшей мере, одного из приборов, с выходом на наружный индикатор, причем датчики электромагнитного поля выполнены в виде проводящих обкладок, охватывающих изоляцию неэкранированного участка, по меньшей мере, пары проводников, по меньшей мере, одной межприборной кабельной электрической линии, по меньшей мере, одна из пороговых схем снабжена буферным каскадом с несимметричным входом, согласующим ее входное сопротивление относительно корпуса прибора, в котором она установлена, с реактивным сопротивлением емкости одной обкладки относительно охватываемого ею проводника токоведущей жилы кабельной электрической линии и, по меньшей мере, одна из пороговых схем снабжена буферным каскадом с симметричным входом, согласующим ее входное сопротивление с реактивным сопротивлением последовательно соединенных емкостей пары обкладок относительно охватываемых ими проводников токоведущих жил кабельной электрической линии.
