Высокочастотные токосъемники

Высокочастотные токосъемники



Датчики тока или токосъемники - это одни из самых ценных и часто используемых инструментов в арсенале инженера ЭМС. Они применяются при измерении помехоэмиссии в линиях связи, MIL-STD-461, синфазных токов, коэффициентов экранирования и т.д. Опыт показал, что кабели с плохими или плохо заземленными концами хорошо излучают радиопомехи и вызывают сбои технических средств при эксплуатации. Измеряя общие несимметричные токи на этих кабелях, можно устранить неисправности и учесть их еще на этапе разработки. Также с достаточной степенью можно предсказывать будет ли данный ток от кабеля причиной превышений норм помехоэмиссии в безэховой камере при испытаниях на ЭМС. Измерение токов экономит массу времени, если применять корректирующие действия по результатам измерений.


Из-за конечного импеданса в любой системе заземления, включая пластины заземления при испытаниях на электромагнитную совместимость или шины опорного потенциала, в контурах всегда будет иметь разность потенциалов между любыми двумя их точками (Vgnd на рисунке). Цифровой сигнал, передаваемый в нагрузку генерирует множество гармоник. Направления векторов токов на расстоянии 3м совпадают и усиливают помехоэмиссию, в отличие от дифференциальных токов. В этом случае стоит немного "замедлить" сигнал, снизить скорость передачи или фильтровать сигнал конденсатором, сглаживающим фронты импульсов, снижая при этом и содержание гармоник в сигнале. Также на излучение сильно влияет геометрия и различия в длинах и геометрии обратных токов.


Токосъемники представляют собой первичные магнитометрические преобразователи, работающие по принципу электромагнитной индукции. При определенных ограничениях, их можно представить в виде трансформатора радиочастотного тока, в котором датчик тока играет роль одной из обмоток, а измеряемый проводник - другой. При помощи размыкаемых токосъемников (с разрезом в кольцевом сердечнике) токи в линиях могут быть измерены без физического нарушения цепи, что часто является огромным преимуществом и единственной альтернативой.

Ток Ic в измеряемом проводнике определяется по показаниям выходного напряжения токосъемника, деленном на передаточное сопротивление. В логарифмических единицах:

I (dBuA) = V (dBuV) - ZT (дБΩ).


Типовой импеданс токосъемника обычно диапазоне определяется путем пропускания известного радиочастотного тока через калибровочный проводник и измерения напряжения на нагрузке 50 Ом. Ниже приведен пример сопротивления распространенного в ЭМС датчика тока F-55 фирмы Fischer Custom Communications. Причем, производитель говорит о том, что его ZT = 1 Ом в рабочей полосе частот откалибровано на сопротивлении 50Ω+j*0Ω. Точное определение метрологических характеристик радиочастотных токов и свч устройств является сложным процессом, зависящим от многих факторов, включая расположение токосъемника и метод измерения. На практике, это обычная ситуация, когда средство измерения поверено по одной методике, используется по другой и не калибровалось вовсе. А калиброванное испытательной лабораторией средство испытаний в нужных условиях и по стандарту, в соответствии с которым его будут применять, измеряет в разы точнее, чем поверенное СИ, которое дает потом неверные и ошибочные результаты. Производители токосъемников обычно продают и прибор для калибровки, либо калибровка описана в стандарте на метод испытаний. Калибровочные устройства для инжектирующих колец хорошо известны испытателям ЭМС, однако, мало кто догадывался, что с их помощью можно и будет правильней определять характеристики и измерительных колец тоже.

Итак, измерив калиброванным токосъемником ток в линии, зная его передаточное сопротивление Zt (дБΩ), можно вычислить напряженность электрического поля, которое будет излучать кабель длиной L из-за общих несимметричных токов на определенном испытательном расстоянии d = 3 или 10м на частотах гармоник цифрового сигнала f:



После определения конкретного излучающего провода или кабеля и величины тока, следует изучить разъем или место соединения кабеля с корпусом прибора или заземлением. Очень часто именно это место является источником проблем при испытаниях на эмиссию помех в пространство. Некоторые из предыдущих статей в новостях ЭМС помогут устранить эти проблемы. Плохо соединенные соединители позволяют токам, сгенерированным внутри кабеля или экрана протекать по наружным поверхностям и излучать. Если эти токи будут выведены из корпуса, то подключенные к оборудованию кабели будут выступать в качестве излучающих антенн - часто резонирующих на частотах, кратных их длинам. Более детальные методы прогнозирования излучений кабелей вы можете найти в статьях о переходном сопротивлении экранов и теории передаточного сопротивления Щелкунова в библиотеке ЭМС.

Некоторые советы по использованию токосъемников:

При измерении тока кольцом, при повороте датчика вокруг своей оси, линии магнитного поля, пересекающие витки датчика, не меняют направление. Если сигнал на осциллографе меняет полярность при повороте токосъемника - вы измеряете электрическую наводку, от которое необходимо избавиться или учитывать ее влияние.

Если при перемещении токосъемника по длине кабеля, гармонические составляющие спектра меняются - вы измеряете датчиком часть ближнего поля тока, которая распространяется быстрее, чем ток.


При измерении одинаковыми токосъемниками (или одним и тем же) на аналогичных проводах при одинаковом размещении, результаты измерений на отдельных частотах должны быть примерно одинаковыми. Если при измерении гармоник нескольких одинаковых проводов, амплитуда на одном из них превышает остальные - нужно устранять неисправности только на этом проводе.

Если есть подозрения, что проводники испытуемого изделия излучают как дипольная антенна - измерьте амплитуды тока на каждом из них (они должны быть примерно одинаковы), а также пропустив оба проводника через кольцо токосъемника. Результат должен быть значительно меньше. В этом случае стоит принять меры по недопущению дипольного излучения этими проводниками.

Если при перемещении токосъемника по кабелю изменяется амплитуда измеряемого сигнала, то можно предположить индуктивную связь этой цепи. Это можно проверить, сравнив фазы сигнала на источнике и нагрузке. Они должны быть смещены на 180°.

Применять датчики тока для измерения импульсных сигналов рекомендуется только в том случае, если их АЧХ или коэффициент преобразования постоянный в некоторых пределах, допустим +/-3дБ в заданной полосе частот. Обычно токосъемники для ЭМС имеют зависимость коэффициента от частоты и неприменимы для импульсных измерений или применимы в узкой полосе частот. Например, датчик тока F-55 10кГц-500МГц имеет постоянный коэфициент преобразования только начиная с 1МГц. Т.е. им можно измерять импульсы с временами нарастания более 1нс и спадом менее 1,6мкс. А токосъемником EZ-17 (модель 2), заявленным от 30Гц до 100МГц - только в полосе от 10 до 100МГц, т.е. импульсы с фронтом более 3,5нс и спадом менее 16нс.

Применение ВЧ датчиков тока имеет важное значение в процессе калибровок испытательных установок, поиска и устранения неполадок, детального анализа проводных линий и электромагнитных помех, однако, имеет и множественные правила и ограничения, которые приводят к неверным результатам.

Измеряйте быстро и качественно вместе с Emctestlab.


Просмотров: 416
  • Instagram - черный круг
  • Twitter - ЭМСТЕСТЛАБ
  • Facebook Icon - Emctestlab profile
  • YouTube - Emctestlab LLC
  • Vkontakte - ЭМС группа
  • Google+ - Лаборатория ЭМС инноваций

Полное или частичное копирование материалов запрещено. При согласованном использовании материалов сайта необходима ссылка на ресурс.

Вся представленная на сайте информация, касающаяся технических характеристик, наличия на складе, стоимости товаров, носит информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, определяемой положениями Статьи 437(2) Гражданского кодекса РФ.

© Компания Emctestlab llc 2017

ЭМСТЕСТЛАБ логотип