Nghiên cứu xây dựng hệ thống kiểm tra thiết bị ổn định trở kháng đường dây nguồn sử dụng trong các phép thử nghiệm tương thích điện từ trường thuộc tiêu chuẩn quân sự MIL - STD 461

Nghiên cứu xây dựng hệ thống kiểm tra thiết bị ổn định trở kháng đường dây nguồn sử dụng trong các phép thử nghiệm tương thích điện từ trường thuộc tiêu chuẩn quân sự MIL-STD 461 Nguyễn Tất Nam∗ ∗Cục Tiêu chuẩn - Đo lường - Chất lượng/Bộ Tổng Tham mưu. Email: {namnguyentat}@gmail.com Tóm tắt—Để đảm bảo tính pháp lý của các trang bị đo lường trong quá trình sử dụng, giảm thiểu chi phí kiểm định/hiệu chuẩn do các đơn vị đo lường trong Quân đội chưa kiểm định được thiết bị/mạng ổn định tr

pdf10 trang | Chia sẻ: huong20 | Ngày: 20/01/2022 | Lượt xem: 166 | Lượt tải: 0download
Tóm tắt tài liệu Nghiên cứu xây dựng hệ thống kiểm tra thiết bị ổn định trở kháng đường dây nguồn sử dụng trong các phép thử nghiệm tương thích điện từ trường thuộc tiêu chuẩn quân sự MIL - STD 461, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
ở kháng đường dây nguồn (LISN: Line Impedance Stabilisation Network), tối thiểu hóa thời gian thực hiện, tác giả đề xuất giải pháp kiểm tra/kiểm định thiết bị LISN sử dụng trong các phép đo phát xạ từ trường, phát xạ nhiễu dẫn đường dây nguồn và các phép thử nghiệm miễn nhiễm nhiễu dẫn thuộc tiêu chuẩn quân sự MIL-STD 461 và tiêu chuẩn về tương thích điện từ trường dùng trong lĩnh vực thương mại. Kết quả nghiên cứu của bài báo đã đề xuất được hệ thống có khả năng kiểm tra một cách bán tự động thiết bị LISN có dải tần hoạt động từ 10 kHz đến 10 MHz. Ngoài ra, kết quả nghiên cứu đã đưa ra được các công thức đặc trưng về mối quan hệ giữa trở kháng, suy hao đặt vào và tần số của LISN, hỗ trợ việc tính toán lượng nhiễu vô tuyến xuất hiện trên dây trung tính (N:Neutral) và dây lửa (L:Line) trong quá trình thử nghiệm thiết bị của bài thử nghiệm phát xạ nhiễu dẫn đường dây nguồn. Từ khóa—LISN, tương thích điện từ trường, vô tuyến, Matlab. I. GIỚI THIỆU Các phép thử nghiệm tương thích điện từ trường (EMC: Electro-Magnetic Compatibility) thuộc tiêu chuẩn thương mại hay quân sự đều được chia thành 4 nhóm phép thử nghiệm: • Nhóm phép thử nghiệm phát xạ nhiễu dẫn; • Nhóm phép thử nghiệm miễn nhiễm nhiễu dẫn; • Nhóm phép thử nghiệm phát xạ bức xạ; • Nhóm phép thử nghiệm miễn nhiễm bức xạ. Trong đó các phép thử nghiệm liên quan đến nhiễu dẫn lại được chia theo các loại cáp liên quan: cáp nguồn AC, cáp nguồn DC, cáp truyền dữ liệu, cáp điều khiển và cáp truyền tín hiệu cân bằng và không cân bằng. Thiết bị ổn định trở kháng đường dây nguồn (LISN: Line Impedance Stabilisation Network) là thành phần chính trong các phép thử nghiệm phát xạ nhiễu dẫn (CE101, CE102) khi thiết bị cần kiểm tra sử dụng cáp nguồn AC. Ngoài ra, một số ứng dụng liên quan đến mạch nguồn DC và đóng vai trò như một mạng ghép tín hiệu nhiễu vào nguồn trong các phép thử miễn nhiễm nhiễu dẫn và miễn nhiễm bức xạ phát như CS101 (miễn nhiễm nhiễu dẫn đường dây nguồn, dải tần từ 30 Hz đến 150 kHz), CS114 (miễn nhiễm nhiễu dẫn chèn qua các loại cáp, dải tần từ 10 kHz đến 200 MHz), CS115 (miễn nhiễm nhiễu dần chèn qua cáp và dây nguồn với xung kích thích), CS116 (miễn nhiễm nhiễu dẫn đối với cáp và dây nguồn với tín hiệu nhiễu quá độ hình sin tắt dần, dải tần từ 10 kHz đến 100 MHz) và RS103 (miễn nhiễm bức xạ điện trường, dải tần từ 2 MHz đến 18 GHz) thuộc MIL-STD 461. Một số tính năng chính của LISN trong các phép thử nghiệm EMC như sau: • Truyền tải nguồn cho các thiết bị kiểm tra trong thử nghiệm EMC; • Cách ly nhiễu trên đường dây nguồn vào với phép thử nghiệm; • Dẫn tín hiệu nhiễu sinh ra từ thiết bị thử trong phép thử nghiệm đến máy phân tích phổ/máy thu đo; • Cung cấp một trở kháng xác định đối với tín hiệu nhiễu từ cổng nguồn ra (cổng nguồn cấp cho EUT) của LISN, trở kháng này độc lập với trở kháng của nguồn chính (nguồn đầu vào) của LISN. Để minh họa cho vai trò của LISN, có thể xem sơ đồ khối thực tế của phần thực hiện thử nghiệm trong phép thử nghiệm CS101 có sử dụng thiết bị LISN được mô tả như trong Hình 1. Hiện nay, Phòng đo EMC thuộc Trung tâm Giám định Chất lượng sử dụng 04 thiết bị ổn định trở kháng đường 58 !"#$%&'%(&()%*+%,-%./$ 01234%5667893 EUT LISN :;%$?%97%@A%01234% 5B9689754 1 2 !"#$%&'% (&()%*+ CD$E%FG()%')H %01234%I76989 C&+%')&.%.J$%)"K=% 3LM2NO:%PP6973 LISN C&+%)"K$%QR$E%3LM2NO:% S01TP7963 BRYSTON SST POWER Agilent !U%V)=#()%WD"%,-%./$%!4X0:1O% I!00:8Y41 !"#$ %&'()* +#(,*-./0 Hình 1. Sơ đồ khối thử nghiệm miễn nhiễm nhiễu dẫn trên đường dây nguồn AC theo MIL-STD 461. Bảng I THIẾT BỊ ỔN ĐỊNH TRỞ KHÁNG ĐƯỜNG DÂY NGUỒN HIỆN CÓ TẠI PHÒNG THỬ NGHIỆM EMC/TRUNG TÂM GIÁM ĐỊNH CHẤT LƯỢNG TT Tên thiết bị Kiểu Số hiệu 1 Thiết bị ổn định trở khángđường dây nguồn (LISN) EM-7825-3 106 2 Thiết bị ổn định trở khángđường dây nguồn (LISN) EM-7825-3 107 3 Thiết bị ổn định trở khángđường dây nguồn (LISN) EM-7825-3 108 4 Thiết bị ổn định trở khángđường dây nguồn (LISN) EM-7825-3 109 dây nguồn như thống kê trong Bảng I. Tuy nhiên theo khảo sát của tác giả, các cơ sở đo lường trong và ngoài Quân đội chưa kiểm định hoặc hiệu chuẩn được các thiết bị này. Để thực hiện việc kiểm định hoặc hiệu chuẩn phải đưa thiết bị sang nước ngoài, dẫn đến sẽ mất nhiều thời gian và ảnh hưởng đến công việc của Phòng thử nghiệm EMC, chưa kể tốn kém về mặt kinh phí. Từ 2015 đến nay, thiết bị được kiểm định/hiệu chuẩn 02 lần (năm 2015 do Liberty Labs và năm 2019 do Keysight thực hiện) ở nước ngoài, mỗi lần kiểm định có hiệu lực trong vòng 01 năm. Do vậy, để đảm bảo tính pháp lý của các trang bị đo lường trong quá trình sử dụng, giảm thiểu chi phí kiểm định/hiệu chuẩn, tối thiểu hóa thời gian thực hiện, chủ động trong việc thực hiện kiểm tra kỹ thuật đo lường, tác giả đề xuất nghiên cứu giải pháp kiểm tra, từ đó xây dựng hệ thống bán tự động kiểm tra các tham số kỹ thuật của thiết bị LISN. II. GIẢI PHÁP THỰC HIỆN Để thực hiện thành công nghiên cứu, tác giả thực hiện một số công việc sau: tìm hiểu nguyên lý hoạt động và ứng dụng của các LISN sử dụng trong tiêu chuẩn EMC thương mại và quân sự; các thủ tục kiểm tra của các Hãng sản xuất các thiết bị đo này. Trên cơ sở đó, căn cứ vào các trang thiết bị đo được trang bị tại Phòng thử nghiệm EMC để đề xuất xây dựng thủ tục kiểm tra phù hợp với các thiết bị LISN. Đồng thời xây dựng phần mềm điều khiển quá trình kiểm tra các thiết bị này một cách tự động nhằm rút ngắn thời gian thực hiện và giảm thiểu sai sót do người thực hiện gây ra. Tiếp theo, tác giả tiến hành kiểm tra, đánh giá kết quả đo được của 04 LISN trong Phòng Thử nghiệm EMC, sau đó so sánh kết quả đạt được với kết quả do Hãng Keysight và Hãng Liberty Labs công bố tương ứng vào các năm 2019 và 2015. Cuối cùng, từ số liệu về trở kháng và tần số, suy hao đặt vào và tần số của LISN đạt được bằng hệ thống đề xuất của bài báo, tác giả tiến hành xây dựng công thức kinh nghiệm về mối quan hệ giữa trở kháng và tần số, suy hao đặt vào và tần số hỗ trợ việc tính toán nhanh trở kháng hoặc suy hao đặt vào ở tần số bất kì trong dải tần hoạt động của LISN. A. Giới thiều về Thiết bị ổn định trở kháng đường dây nguồn Mạng ổn định trở kháng đường dây nguồn có nhiệm vụ cấp trở kháng đường dây chuẩn hóa đến EUT (EUT: Equipment Under Test), trở kháng này độc lập với trở kháng đường dây của nguồn bên ngoài, trong quá trình thực hiện phép thử nghiệm phát xạ nhiễu dẫn. Trở kháng chuẩn hóa cho phép đọc giá trị của phép đo nhiễu cao tần trên đường dây nguồn. Ngoài ra để tạo ra trở kháng chuẩn hóa, LISN là một mạch lọc thông thấp được đặt giữa thiết bị thử nghiệm (DUT: Device Under Test) và nguồn cấp (nguồn AC hoặc DC). LISN chặn nhiễu cao tần từ đường dây nguồn khỏi thiết bị thử nghiệm. Tuy nhiên, nguồn cấp đến thiết bị đi thẳng đến LISN với ảnh hưởng tối thiểu. Mạch lọc thông thấp là mạch lọc một tầng gồm có hai phần từ L và C. Điện cảm sử dụng trong mạch lọc thông thấp có thể là loại lõi không khí để ngăn chặn bão hòa và tạo ra sự ổn định của trở kháng. LISN cũng cấp một đường trở kháng thấp đối với nhiễu cao tần từ EUT đến thiết 59 bị đo để thuận lợi cho quá trình đo nhiễu cao tần. Suy hao đặt vào của phép đo nhiễu đặc biệt lớn ở các tần số thấp. Vì thế, ở tần số dưới 10 kHz, hệ số hiệu chỉnh suy hao đặt vào cần được bù để đảm bảo phép đo nhiễu đạt chính xác cao. !"#$%&'$()* !"#$%&'$()*$50 W +',-$."#$%&'$50$W -/0$123$456 +,#-.$%&'$ 789:$(;9$0 5W 1kW 50 mH 8 mF 0.25 mF Hình 2. Sơ đồ nguyên lý của thiết bị LISN sử dụng điện cảm 50 µH trong tiêu chuẩn quân sự [1], [2] . Cả tiêu chuẩn EMC về quân sự và thương mại đều quy định giới hạn trở kháng phải đáp ứng của các bộ LISN sử dụng trong phép thử nghiệm EMC. Đây sẽ là cơ sở để đánh giá kết quả kiểm tra trở kháng của LISN có thể sử dụng trong các phép thử nghiệm EMC hay không. Giới hạn trở kháng cụ thể của LISN được quy định trong Hình 3 của [1], [2]. Trong khi đó, các tiêu chuẩn EMC thương mại như [4] và [5] xác định giới hạn trở kháng trong hai trường hợp có sử dụng thêm cáp dẫn hoặc không từ Bảng 1 đến Bảng 4 của [4]. Giới hạn trở kháng của thiết bị LISN trong các tiêu chuẩn về tương thích điện từ trường minh họa trong Hình 3. B. Thủ tục kiểm tra các tham số kỹ thuật của LISN Trở kháng và suy hao đặt của LISN phải được kiểm định hoặc kiểm tra kỹ thuật đo lường ít nhất một lần mỗi năm. Theo tài liệu [3], [4], thủ tục kiểm tra tham số kỹ thuật của LISN gồm có kiểm tra trở kháng và suy hao đặt vào. Để thực hiện kiểm tra hai tham số này có thể sử dụng cầu đo RLC hoặc máy phân tích mạng vec-tơ. Trong đó, máy phân tích mạng đáp ứng tốt hơn do cầu đo RLC không bao phổ được toàn bộ dải tần đo cho trở kháng của LISN. 1) Thủ tục xác định trở kháng của LISN: Theo [4], các yêu cầu dưới đây phải được thực hiện để đo trở kháng của LISN: (a) Phép đo thực hiện với LISN sẽ được thiết lập với cấu hình sử dụng để thử nghiệm EUT; (b) Để tránh việc đưa nguồn điện xoay chiều từ nguồn cung cấp điện xoay chiều vào thiết bị đo, thực hiện ngắt kết nối các nguồn kết nối (bao gồm cả dây dẫn trung tính và nóng) với LISN ở phía nguồn cung cấp LISN. Nếu bộ lọc RF được sử dụng để 0.01 0.1 1 10 100 Frequency [MHz] 0 10 20 30 40 50 60 70 Im p e d a n c e [ ] Impedance specifications at LISN terminals Nominal in MIL-STD 461 F/G Upper Limit in MIL-STD 461 F/G Lower Limit in MIL-STD 461 F/G Nominal without extension cord in ANSI C63.4 Upper Limit without extension cord in ANSI C63.4 Lower Limit without extension cord in ANSI C63.4 Upper Limit with extension cord in ANSI C63.4 Hình 3. Giới hạn trở kháng của LISN trong tiêu chuẩn MIL-STD 461, ANSI C63.4 và CISPR. loại bỏ các tín hiệu có nhiễu dẫn xung quanh cao, thì nó vẫn được kết nối với LISN cho trong thử nghiệm này, trừ khi có thể chứng minh rằng trở kháng không có ảnh hưởng đến trở kháng LISN. Giải pháp này cần được thực hiện cho các bộ lọc RF di động (có thể tháo rời và/hoặc tùy chọn) cũng như các bộ lọc dòng điện có thể là một phần của môi trường thử nghiệm. Nếu bộ lọc RF được sử dụng, hãy ngắt kết nối đến nguồn (cả dây dẫn nóng và trung tính) với LISN ở phía cung cấp của bộ lọc RF; (c) Kết nối tải 50 Ω trên cổng tín hiệu của LISN; (d) Thiết bị ưa thích được dùng để đo trở kháng của LISN là máy phân tích mạng vô hướng, thiết bị có thể điều chỉnh liên tục dải tần số theo yêu cầu của phép thử nghiệm. Đồng hồ đo trở kháng vec-tơ hoặc máy phân tích mạng vec-tơ có thể sử dụng để xác định trở kháng của LISN; (e) Hiệu chuẩn hệ thống là bắt buộc để cải thiện độ chính xác của phép đo. Quá trình hiệu chuẩn được thực hiện bằng các chuẩn đo đã biết để xác định sai số đo hệ thống của thiết lập cấu hình đo.Trong trường hợp sử dụng máy phân tích mạng vô hướng, quá trình hở và ngắn mạch trung bình sẽ được thực hiện. Quá trình này gồm hai phép đo nên kết quả sẽ là trung bình và dữ liệu đo trở kháng sẽ được chuẩn hóa, dữ liệu này gọi là dữ liệu chuẩn hóa. Trong trường hợp sử dụng máy phân tích mạng vec- 60 tơ, tham số S11 trên một cổng sẽ được thực hiện hiệu chuẩn trong các trường hợp “Open”, “Short” và “Load” với tải chuẩn (thông thường là tải 50 Ω). Các giá trị như tính định hướng, phối hợp nguồn và phối hợp tải được xác định, kết quả trở kháng LISN được hiệu chuẩn theo công thức toán học. (f) Sử dụng bộ chuyển đổi trở kháng phù hợp, kết nối thiết bị đo trực tiếp với một đầu cực của ổ cắm nguồn điện xoay chiều ở phía tải của LISN thường được sử dụng để cung cấp nguồn điện cho EUT hoặc thiết bị ngoại vi. Bộ chuyển đổi này có tác động trực tiếp tới phép đo trở kháng và phải được hiệu chuẩn hệ thống trước khi thực hiện phép đo. Kết nối tải 50 Ω tại cổng đo của LISN. Đo trở kháng của LISN trong dải tần quan tâm để phát hiện bất kỳ trở kháng bất thường nào có thể gây ra bởi hiện tượng cộng hưởng hoặc các hỏng hóc không mong muốn; (g) Vẽ đường trở kháng đo được để so sánh với giá trị cho phép liệt kê trong Hình 3. Nếu giá trị đo được vượt giá trị sai số cho phép thì LISN cần được sửa chữa để giảm sai số nhằm đảm bảo trong giới hạn cho phép; (h) Lặp lại bước d) với thiết bị đo được kết nối với đầu cực khác của ổ cắm AC của LISN; (i) Nếu LISN có nhiều hơn hai khối, thì lặp lại bước d), bước g) và bước h) cho tất cả các khối bổ sung; (j) Nếu cuộn cảm của LISN có vật liệu từ tính trong cấu trúc, thực hiện các phép đo bổ sung với dòng điện xoay chiều được áp dụng thông qua LISN để có thể phát hiện các biến đổi nào do tác động của dòng điện xoay chiều. Thực hiện ngắn mạch các đầu nối tải của LISN và cấp dòng vào các đầu cực cung cấp của LISN từ máy biến áp điện áp thấp với dòng điện phù hợp có thể dễ dàng thực hiện điều này nhất. Một ampe kế xoay chiều nối tiếp với mạch có thể được sử dụng để đo dòng điện áp dụng, và một biến áp có thể được sử dụng để điều chỉnh dòng điện bằng cách thay đổi điện áp sơ cấp của máy biến áp. Mạch điện áp cao không nên nối đất. Lưu ý rằng các giá trị trở kháng được đo bằng kỹ thuật này phải bằng khoảng một nửa so với giá trị quan sát được ở bước g) và bước i). 2) Thủ tục xác định suy hao đặt vào của LISN: Các yêu cầu sau đây sẽ được áp dụng để đo suy hao đặt vào của LISN a) Thủ tục sau đây áp dụng khi sử dụng máy tạo tín hiệu và máy thu EMI: (i) Ngắn mạch đầu ra cổng đo tín hiệu từ tất cả các phần không sử dụng của LISN bằng tải 50 Ω; (ii) Thiết lập máy phát tín hiệu, LISN, máy thu tín hiệu, suy hao 10 dB, tải đầu cuối 50 , đầu nối T và cáp như trong Hình 4; !"#$%&"' !"#$'&(!"#$ )(#$&*+$,-$./ )(#$&*+$,-$./ 012$3-$4 56)7 78(9:$;+ 012$=>+$?"#$'&(012$=>+$ @A0 B<($CD'$:E2$ F&G$0H$'12$3-$4$ Hình 4. Sơ đồ hiệu chuẩn khi sử dụng máy phát và máy phân tích tín hiệu (iii) Đo điện áp tín hiệu thu được VD (đơn vị dBµV) trong dải tần số quan tâm. Nếu tần số của nguồn tín hiệu thay đổi theo các bước rời rạc thì kích thước của bước tần số phải nhỏ hơn hoặc bằng 50 % giá trị băng thông phân giải được thiết lập trên máy thu hoặc máy phân tích phổ; (iv) Không thay đổi thiết lập trên cả máy phát, máy thu, LISN, tải 50 Ω, suy hao 10 dB, đầu nối chữ T và cáp kết nối như trong Hình 5; (v) Đo điện áp tín hiệu thu được VLISN (đơn vị dBµV) trong dải tần số quan tâm; (vi) Suy hao đặt vào của LISN được tính bằng giá trị VLISN trừ đi giá trị VD; b) Thủ tục sau đây áp dụng khi sử dụng máy phân tích mạng: (i) Ngắn mạch đầu ra cổng đo tín hiệu từ tất cả các phần không sử dụng của LISN bằng tải 50 Ω; (ii) Thiết lập máy phân tích mạng, LISN, suy hao 10 dB, tải 50 Ω, kết nối chữ T và cáp như trong Hình 6; (iii) Thực hiện theo chỉ dẫn của Hãng sản xuất máy phân tích mạng để đo tín hiệu thu được trong dải tần số mong muốn; (iv) Thiết lập cấu hình phép đo gồm máy phân tích 61 !"#$%&"' !"#$'&( )(#$&*+$,-$./ )(#$&*+$,-$./ 012$ 3-$4 56)7 78(9:$;+ 012$=>+$?"#$'&(012$=>+$ @A0 B<($CD'$:E2$ F&G$0H$'12$3-$4$ Hình 5. Sơ đồ đo khi sử dụng máy phát và máy phân tích tín hiệu !"#$%&'($)*+&$,-(. /0#$&12$34$56 /0#$&12$34$56 789$:4$; >.0?($@A0$BC2 789$BC2$,"#$)&0789$BC2$ DE7 FA0$GH)$(I9$ +&J$7K$)89$:4$;$ ! " Hình 6. Sơ đồ hiệu chuẩn khi sử dụng máy phân tích mạng mạng, LISN, suy hao 10 dB, tải 50 Ω và cáp kết nối như trong Hình 7. Không làm thay đổi thiết lập trên máy phân tích mạng; (v) Thực hiện theo chỉ dẫn của Hãng sản xuất máy phân tích mạng để đo tín hiệu thu được trong dải tần số mong muốn; !"#$%&'($)*+&$,-(. /0#$&12$34$56 /0#$&12$34$56 789$ :4$; >.0?($@A0$BC2 789$BC2$,"#$)&0789$BC2$ DE7 FA0$GH)$(I9$ +&J$7K$)89$:4$;$ 3 L Hình 7. Sơ đồ thực hiện đo suy hao đặt vào khi sử dụng máy phân tích mạng (vi) Giá trị suy hao (dB) được tính bằng giá trị đo được ở bước (iii) trừ đi giá trị đạt được ở bước (v). C. Giải pháp xây dựng, thực hiện hệ thống tự động kiểm tra trở kháng và suy hao đặt vào của LISN Từ những nội dung đã trình bày ở trên đã cho chúng ta thấy đối với thiết bị LISN trên có 02 tham số cần kiểm tra: trở kháng và suy hao đặt vào. Do vậy trong phần này, tác giả sẽ tập trung vào việc đưa ra giải pháp kiểm tra hai tham số trên với những trang thiết bị đo lường hiện có ở Phòng thử nghiệm EMC/Trung tâm Giám định Chất lượng. Thiết bị LISN sử dụng tiêu chuẩn quân sự MIL-STD 461 có dải tần từ 10 kHz đến 10 MHz, đối với tiêu chuẩn EMC thương mại như ANSI C63.4 và CISPR 22 sử dụng LISN có dải tần từ 9 kHz đến 30 MHz nên sử dụng tổ hợp các thiết bị hiện có tại đơn vị: máy phân tích mạng N9927A có dải tần làm việc từ 30 kHz đến 18 GHz; máy phân tích tín hiệu N9030A có dải tần từ 3 Hz đến 26,5 GHz; máy phát tín hiệu tần thấp 33210A dải tần từ 1 mHz đến 10 MHz; thiết bị đo trở kháng chính xác cao E4980 dải tần làm việc từ 20 Hz đến 2 MHz để có thể thực hiện kiểm tra trở kháng và suy hao đặt vào của LISN trong dải tần từ 9 kHz đến 30 MHz. Kết quả đạt được của phần này là đưa ra 02 sơ đồ thực hiện đo trở kháng (sơ đồ thứ nhất sử dụng thiết bị đo trở kháng chính xác cao E4980 để đo trở kháng từ 9 62 kHz đến 1 MHz; dải tần từ 1 MHz đến 30 MHz được thực hiện trong sơ đồ thứ hai với thiết bị chính là máy phân tích mạng N9927A) và 02 sơ đồ kiểm tra suy hao đặt vào của thiết bị LISN (sơ đồ thứ nhất gồm có hai thiết bị chính: máy phân tích tín hiệu N9030A và máy phát tín hiệu tần thấp 33210A để kiểm tra suy hao đặt vào từ dải tần từ 9 kHz đến 1 MHz; sơ đồ thứ hai sử dụng máy phân tích mạng để kiểm tra suy hao đặt vào từ 1 MHz đến 30 MHz). Căn cứ vào các sơ đồ kiểm tra trở kháng và suy hao đặt vào được đề xuất trong phần II-B, tác giả tiến hành xây dựng thuật toán và chương trình thực thi tự động các quá trình kiểm tra kỹ thuật, kiểm định hai tham số trên. Chương trình phần mềm (phần mềm điều khiển hệ thống) gồm có 02 mô-đun: mô-đun kiểm tra trở kháng và mô-đun kiểm tra tham số suy hao đặt vào. Trong mỗi mô-đun có 02 mô-đun con: mô-đun hiệu chuẩn thiết bị trước khi kiểm tra và mô-đun thực hiện kiểm tra trở kháng hoặc suy hao đặt vào. III. THỬ NGHIỆM KIỂM TRA THIẾT BỊ LISN Trong phần này, tác giả tiến hành đánh giá kết quả đạt được bằng giải pháp thực hiện của bài báo đối với thiết bị LISN của Phòng đo EMC như đã liệt kê ở trong Bảng I. Từ kết quả khảo sát về mối quan hệ giữa hệ số hiệu chuẩn trở kháng chuyển đổi và tần số, tác giả sử dụng thuật toán bình phương tối thiểu (LS: Least Square) [6] để đưa ra công thức kinh nghiệm về mối quan hệ giữa trở kháng và tần số, suy hao đặt vào và tần số. A. Kiểm tra trở kháng 1) Sơ đồ thực hiện: • Sơ đồ khối để hiệu chuẩn hệ thống và kiểm tra tham số trở kháng được minh họa trong Hình 8. !"#$ %&'()*+, !"#$ %&$'() !"#$%& '()*+ ,"(-+"%& !"%+ !"#$%&'( *(+,$)-)$.#-/$ 0(#1,$(2$3(4,56789% :;30$ ?,@ABC;> :DDEF?!"#$%&'( *(+,$)-)$.#-/$ 0(#1,$(2$3(4,56789% :;30$ ?,@ABC;> :DDEF? G;BH#5(3 I%%JI?$K@A0#3 ./0 .10 Hình 8. Sơ đồ khối thực hiện việc hiệu chuẩn và kiểm tra trở kháng của LISN bằng giải pháp của bài báo: (a) Sơ đồ hiệu chuẩn; (b) Sơ đồ thực hiện phép kiểm tra trở kháng của LISN • Sơ đồ thực tế thực hiện việc hiệu chuẩn hệ thống và kiểm tra tham số trở kháng được minh họa trong các Hình 9 và Hình 10. Hình 9. Hình minh họa thực tế việc hiệu chuẩn hệ thống đo trở kháng Hình 10. Hình minh họa thực tế việc đo trở kháng của LISN. 2) Kết quả đạt được: Kết quả của 04 thiết bị LISN được thể hiện trong Hình 11, Hình 12, Hình 13 và Hình 14. Từ Hình 11 đến Hình 14 minh họa kết quả trở kháng đo được bằng giải pháp của bài báo và trở kháng được kiểm tra tại nước ngoài tương ứng ở các năm 2015 và năm 2019. Ngoài ra, giới hạn trên và giới hạn của trở kháng đối với thiết bị LISN sử dụng trong tiêu chuẩn EMC quân sự (MIL-STD 461) cần đạt được cũng được minh họa để thuận lợi cho việc so sánh, đánh giá kết quả kiểm tra. Tiếp theo, từ số liệu kiểm tra trở kháng của 04 bộ LISN có trong Bảng I, tác giả sử dụng thuật toán bình phương tối thiểu (LS: Least Square) [6] để đưa ra công thức đặc trưng chung cho cả 04 bộ LISN. Sở dĩ, tác giả thực hiện việc này vì từ kết quả trở kháng đạt được của 04 thiết bị LISN từ Hình 11 đến Hình 14 khá sát nhau nên tác giả cố gắng đưa ra công thức đặc trưng 63 0.01 0.1 1 10 Frequency [MHz] 0 10 20 30 40 50 60 Im p e d a n c e [ O h m ] My proposed 2015 Calibrated 2019 Calibrated Upper Limit Under Limit Hình 11. Kết quả kiểm tra trở kháng của thiết bị LISN có số hiệu: 106, trong dải tần từ 10 kHz đến 10 MHz. 0.01 0.1 1 10 Frequency [MHz] 0 10 20 30 40 50 60 Im p e d a n c e [ O h m ] My proposed 2015 Calibrated 2019 Calibrated Upper Limit Under Limit Hình 12. Kết quả kiểm tra trở kháng của thiết bị LISN có số hiệu: 107, trong dải tần từ 10 kHz đến 10 MHz. chung cho cả 04 bộ LISN để người dùng có thể dễ dàng ước lượng nhanh trở kháng của bộ LISN ở tần số bất kì trong dải tần từ 10 kHz đến 10 MHz. Kết quả đạt được về mối quan hệ giữa trở kháng và tần số minh họa ở trong công thức (1) và Hình 15 Z (f) = 47.15×exp (0.00536× f)−45.81×exp (−5.967× f) , (1) sai số ước lượng của công thức (1): ± 0.051 Ω. Trong đó, f là tần số trong dải tần từ (0.01÷10) MHz, có đơn vị tính MHz; Z(f) trở kháng của LISN ở tần số f . 0.01 0.1 1 10 Frequency [MHz] 0 10 20 30 40 50 60 Im p e d a n c e [ O h m ] My proposed 2015 Calibrated 2019 Calibrated Upper Limit Under Limit Hình 13. Kết quả kiểm tra trở kháng của thiết bị LISN có số hiệu: 108, trong dải tần từ 10 kHz đến 10 MHz. 0.01 0.1 1 10 Frequency [MHz] 0 10 20 30 40 50 60 Im p e d a n c e [ O h m ] 2015 Calibrated 2019 Calibrated My proposed Upper Limit Under Limit Hình 14. Kết quả kiểm tra trở kháng của thiết bị LISN có số hiệu: 109, trong dải tần từ 10 kHz đến 10 MHz. B. Kiểm tra tham số suy hao đặt vào 1) Sơ đồ thực hiện: • Dải tần từ 10 kHz đến 1 MHz: – Sơ đồ khối để hiệu chuẩn hệ thống và kiểm tra tham số suy hao đặt vào được minh họa trong Hình 16. – Sơ đồ thực tế thực hiện việc hiệu chuẩn hệ thống và kiểm tra tham số suy hao đặt vào được minh họa trong các Hình 17 và Hình 18. • Dải tần từ 1 MHz đến 10 MHz: – Sơ đồ khối để hiệu chuẩn hệ thống và kiểm tra 64 0.01 0.1 1 10 Frequency [MHz] 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Im p e d a n c e [ O h m ] Imp measured on Lisn 106 Imp measured on Lisn 107 Imp measured on Lisn 108 Imp measured on Lisn 109 Approx Function Hình 15. Công thức đặc trưng (công thức sắp xỉ) của 04 bộ LISN trong Bảng I về mối quan hệ giữa trở kháng và tần số. !"#$ %&'()*+, !"#$%& '()*+ ,"(-+"%& !"%+ !"#$%&'( !"#$%&'&%()'*% +"),$%"-%."/$0123 -./01234 .$($%/+"% 001234 5/6 45)% 678 -./01234 7-8(/9& 4(/9:;$% <=3034 9:;<6 !"#$ %&'()*+, !"#$%& '()*+ ,"(-+"%& !"%+ !"#$%&'( !"#$%&'&%()'*% +"),$%"-%."/$0123 -./01234 .$($%/+"% 001234 5>6 45)% 678 -./01234 7-8(/9& 4(/9:;$% <=3034 9:;<6 Hình 16. Sơ đồ khối thực hiện việc hiệu chuẩn và kiểm tra suy hao đặt vào của LISN ở dải tần từ 0.01 MHz đến 1 MHz bằng giải pháp của sáng kiến: (a) Sơ đồ hiệu chuẩn; (b) Sơ đồ thực hiện phép kiểm tra suy hao đặt vào của LISN tham số suy hao đặt vào được minh họa trong Hình 19. – Sơ đồ thực tế thực hiện việc hiệu chuẩn hệ thống và kiểm tra tham số suy hao đặt vào được minh họa trong các Hình 20 và Hình 21. a) Kết quả đạt được: Kết quả kiểm tra tham số suy hao đặt vào của 04 bộ LISN đang sử dụng tại Phòng Thử nghiệm EMC/Trung tâm Giám định Chất lượng như ở trong Bảng I bằng các sơ đồ kiểm tra trong Hình 20 và Hình 21. Kết quả kiểm tra suy hao đặt vào trong Hình 17. Hình minh họa thực tế việc hiệu chuẩn hệ thống đo suy hao đặt vào ở dải tần từ 0.01 MHz đến 1.0 MHz Hình 18. Hình minh họa thực tế việc đo suy hao đặt vào của LISN ở dải tần từ 0.01 MHz đến 1.0 MHz. toàn bộ dải tần từ 10 kHz đến 10 MHz được minh họa trong các Hình 22, Hình 23, Hình 24 và Hình 25. Từ Hình 22 đến Hình 25 minh họa kết quả suy hao đặt vào đo được bằng giải pháp của bài báo và suy hao đặt vào được kiểm tra tại nước ngoài tương ứng ở các năm 2015 và năm 2019. Tương tự, như trong phần kiểm tra trở kháng, nhận thấy kết quả đó suy hao đặt vào của 04 bộ LISN khá gần nhau. Tác giả tiến hành tìm công thức đặc trưng chung cho 04 bộ bằng thuật toán LS. Việc đưa ra được công thức chung cho cả 04 bộ LISN rất có ý nghĩa trong các bài thử nghiệm EMC có sử dụng suy hao đặt vào để tính toán mức nhiễu thực tế chạy trên hai dây nguồn của bộ LISN do EUT trong phép thử nghiệm tạo lên. Kết quả đạt được về mối quan hệ giữa trở kháng và 65 !"#$ %&'()*+, !"#$%& '()*+ ,"(-+"%& !"%+ !"#$%&'( !"#$%&'&%()'*% +"),$%"-%."/$012345 67.89:+% ;$?7: 6@@AB; ./0 !"#$ %&'()*+, !"#$%& '()*+ ,"(-+"%& !"%+ !"#$%&'( !"#$%&'&%()'*% +"),$%"-%."/$012345 67.89:+% ;$?7: 6@@AB; .10 CD)% 5EF CD)% 5EF Hình 19. Sơ đồ khối thực hiện việc hiệu chuẩn và kiểm tra suy hao đặt vào của LISN ở dải tần từ 1 MHz đến 10 MHz bằng giải pháp của sáng kiến: (a) Sơ đồ hiệu chuẩn; (b) Sơ đồ thực hiện phép kiểm tra suy hao đặt vào của LISN Hình 20. Hình minh họa thực tế việc hiệu chuẩn hệ thống đo suy hao đặt vào ở dải tần từ 1 MHz đến 10 MHz tần số minh họa ở trong công thức (2) và Hình 26 IL (f) = −11.44×exp (−83.89× f)−0.04822×exp (0.05726× f) , (2) sai số ước lượng của công thức (2): ± 0.0075 dB. Trong Hình 21. Hình minh họa thực tế việc đo suy hao đặt vào của LISN ở dải tần từ 1 MHz đến 10 MHz. 0.01 0.1 1 10 Frequency [MHz] -5 -4 -3 -2 -1 0 In s e rt io n L o s s [ d B ] Insertion Loss Measured 2019 Calibrated 2015 Calibrated Hình 22. Kết quả kiểm tra suy hao đặt vào của thiết bị LISN có số hiệu: 106, trong dải tần từ 10 kHz đến 10 MHz. 0.01 0.1 1 10 Frequency [MHz] -5 -4 -3 -2 -1 0 In s e rt io n L o s s [ d B ] My proposed 2019 Calibrated 2015 Calibrated Hình 23. Kết quả kiểm tra suy hao đặt vào của thiết bị LISN có số hiệu: 107, trong dải tần từ 10 kHz đến 10 MHz. 66 0.01 0.1 1 10 Frequency [MHz] -5 -4 -3 -2 -1 0 In s e rt io n L o s s [ d B ] LISN 7825-3 S/N: 108 My Proposed 2019 Calibrated 2015 Calibrated Hình 24. Kết quả kiểm tra suy hao đặt vào của thiết bị LISN có số hiệu: 108, trong dải tần từ 10 kHz đến 10 MHz. 0.01 0.1 1 10 Frequency [MHz] -5 -4 -3 -2 -1 0 In s e rt io n L o s s [ d B ] LISN 7825-3 S/N:109 My proposed 2019 Calibrated 2015 Calibrated Hình 25. Kết quả kiểm tra suy hao đặt vào của thiết bị LISN có số hiệu: 109, trong dải tần từ 10 kHz đến 10 MHz. đó, f là tần số trong dải tần từ (0.01÷10) MHz, có đơn vị tính MHz; IL(f) suy hao đặt vào tại tần số f . 0.01 0.1 1 10 -5 -4 -3 -2 -1 0.25 IL measured on Lisn 106 IL measured on Lisn 107 IL measured on Lisn 108 IL measured on Lisn 109 Approx Function Hình 26. Công thức đặc trưng (công thức sắp xỉ) của 04 bộ LISN trong Bảng I về mối quan hệ giữa suy hao đặt vào và tần số. IV. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO Bài báo đã thành công trong việc đưa ra và thực hiện giải pháp kiểm tra tham số trở kháng và hệ số suy hao đặt vào của Thiết bị ổn định trở kháng đường dây nguồn. Ngoài ra, tác giả cũng đã xây dựng chương trình tự động kiểm tra các tham số quan trọng trên, giúp rút ngắn thời gian thực hiện và hạn chế sai sót do người sử dụng. Từ đó, có thể chủ động trong việc thực hiện việc kiểm tra, kiểm định thiết bị LISN ngay tại Phòng Thử nghiệm EMC mà không phải đi kiểm định ở nước ngoài, giúp tiết kiệm chi phí cho ngân sách; Mặt khác, kết quả nghiên cứu cũng đưa ra được các công thức kinh nghiệm chung về mối quan hệ giữa trở kháng và tần số, suy hao đặt vào và tần số của 04 thiết bị LISN với sai số nhỏ giúp cho người sử dụng tính toán một cách nhanh chóng giá trị trở kháng chuyển đổi tại tần số bất kì trong dải tần từ 10 kHz đến 10 MHz mà không cần nhìn vào đồ thị. Ngoài ra, nhờ có các công thức kinh nghiệm cũng giúp đơn giản hóa các chương trình tự động đo, đọc giá trị phát xạ nhiễu dẫn đường dây nguồn đo được trong bài thử nghiệm CE101 mà không cần phải tải toàn bộ file dữ liệu đo của thiết bị LISN sử dụng; Hướng nghiên cứu tiếp theo: Trên cơ sở kết quả đạt được của bài báo sẽ tiến hành khảo sát đánh giá hệ số suy hao đặt vào và trở kháng của thiết bị LISN dùng cho các phép thử nghiệm thuộc tiêu chuẩn về EMC áp dụng cho thiết bị dân dụng. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] MIL-STD-461G (12/2015), “Requirements for the control of electromagnetic interference characteristics of subsystems and equipment”; [2] MIL-STD-461F (12/2007), “Requirements for the control of electromagnetic interference characteristics of subsystems and equipment”; [3] EMC Standards, “Calibration and use of artificial mains networks and absorbing clamps,” Schaffner Chase EMC”, National Physical Laboratory, 1999. [4] ANSI C63.4, “American National Standard for Methods of Mea- surement of Radio- Noise Emissions from Low-Voltage Electrical and Electronic Equipment in the Range of 9 kHz to 40 GHz”, 2014. [5] CISPR 16-1-2, “Specification for radio disturbance and immunity measuring apparatus and methods - Part 1-2: Radio disturbance and immunity measuring apparatus - Coupling devices for con- ducted disturbance measurements”, 2014. [6] Hastie T., Tibshirani R., and Friedman J. H. (2009), The elements of statistical learning : data mining, inference, and prediction, Springer, New York. 67

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfnghien_cuu_xay_dung_he_thong_kiem_tra_thiet_bi_on_dinh_tro_k.pdf