电子信息系统防磁保护装置研究论文

  【摘要】介绍了基于STC15F104E单片机的电子信息系统防磁保护装置,可解决传统装置只能采用被动方式以及安全性能不高等问题。通过磁传感器监测磁干扰位置,并由单片机控制传动电机进行主动防磁。

  【关键词】STC15F104E单片机;主动防磁;监测;控制

  0引言

  随着电子信息技术的发展,电子信息系统在各个行业得到了广泛的应用,与此同时,人们对电子信息系统的依赖程度也日益增加。但随着对电子技术的使用,电磁干扰问题也越来越严重。磁性对电子信息设备的危害很大,特别容易导致其数据丢失甚至损坏,因此在一些精密测量领域对电子设备与测试仪器抗电磁干扰能力的要求极高,例如地质勘探和航空航天等。而目前的电子信息系统设备只能采用被动防磁装置,这会大大降低设备的散热性能,导致安全程度不高等问题。为了解决上述技术背景中存在的问题,提供一种改进的电子信息系统防磁保护装置,解决普通电子信息系统防磁效果差,只能采用被动防磁装置以及设备的散热性能差等导致安全程度不高的问题。

  1电磁干扰对电子电路的影响

  电磁对电子电路设备干扰的形式主要为EMP干扰。当在设备的输入端由EMP干扰产生的电流或电压增高到一定数值时,将导致电路输出端的结果与预期的相差特别大。当出现超宽带短脉冲EMP干扰时,这必将会导致下级电路功能紊乱。EMP对电子电路的影响大体可以概括为以下四个方面:热效应、干扰和电涌效应、强电场效应、磁效应。电磁脉冲的热效是绝热过程,产生的一般在纳秒或微秒时间内完成。干扰和电涌效应可以使电子电路产生误动作甚至损坏。强电场效应会影响敏感器件工作的可靠性等其他危害。磁效应会使电磁能量直接耦合到系统内部,干扰其正常工作。

  2磁防护装置简要原理

  2.1磁屏蔽的基本原理

  将电磁干扰源到电子设备的传输途径阻断即所谓的电磁屏蔽,电磁屏蔽可以分为两大类:一是静磁场屏蔽;二是高频磁场屏蔽。静磁场由永久磁体产生的磁场或稳恒电流产生。它是利用高磁导率的铁磁材料做成盒体以屏蔽外磁场。高频磁场屏蔽原理结构图,设在线圈的外侧有圆筒形的屏蔽导体,在屏蔽导体中所流过的电流与线圈电流的方向相反,其所产生的磁力线和原线圈的磁力线之间相互作用从而起到屏蔽作用。磁屏蔽通常用磁屏蔽效能和剩磁两种方式来衡量其屏蔽的效果。

  2.2装置的基本构成

  本装置主要由磁传感器、控制器、电机驱动器、传动电机、温度检测器和散热装置构成。总体包括盒体,盒体外侧壁上开设有若干个用于提升盒体内部散热性能的散热槽,盒体内部接近左上顶角的位置,固定着传动电机,左上传动辊设置安装在传动电机的转轴上,为了使传动电机与左上传动辊连接,左上传动辊的轴心套在了传动电机的转轴上,盒体内部接近右上顶角的位置,安装有右上传动辊,右上传动辊两端的滚轴与盒体内侧壁活动连接,盒体内部接近左下底角的位置,安装有左下传动辊,左下传动辊两端的滚轴与盒体内侧壁活动连接,盒体内部接近右下底角的位置,安装有右下传动辊,右下传动辊两端的滚轴与盒体内侧壁活动连接。通过传送带连接左上传动辊、右上传动辊、左下传动辊和右下传动辊,在传送带外侧盒体内侧之间,设置安装四个用来检测外部磁性的磁传感器,软质磁粉芯隔离层,在传感器内侧面固定,传动电机的输入端与磁传感器的输出端电连接。

  2.3工作原理

  通过磁传感器感应盒体外部的磁场变化,当外部磁场变大,磁传感器将磁性转化为电信号,传输给以STC15F104E单片机为核心的控制器,通过控制器控制电机驱动器带动传动电机,与传动电机通过传送带相连的左上传动辊、右上传动辊、左下传动辊、和右下传动辊也会随之移动。传送带带着内侧的磁粉芯隔离层移动,当磁传感器感应不到磁场时,说明磁粉芯隔离层移动到对应外部磁场面,隔离了外部磁场,此时传感器停止向传动电机发送信号,传动电机停止工作,从而完成了一整套的主动防磁工作,并且保证了整体的散热性。为进一步地优化系统,一方面盒体外侧壁在对应传动电机的位置上设置了外接电源插孔给传动电机供电,方便了系统供电。另一方面,将左上传动辊、右上传动辊、左下传动辊和右下传动辊的大小设置相同,降低了生产成本。再一方面,盒体内部固定连接有内置安装盒,提升了内部安全性。

  3STC15F104E单片机控制器

  本装置的主控器部分由STC15F104E单片机组成,步进电机驱动器采用TB6560AHQ芯片。TB6560AHQ可以使电机震动小,抗干扰性能好,外围电路简单可以保证信号的高速传输。硬件电路如图3.1所示。P3.0连接驱动器的En使能端,P3.1连接驱动器CW端口,P3.2连接驱动器的CLK时钟。采用STC15F104E电路简单,功耗低不会因接口过多导致浪费。

  4软件设计

  软件具有的功能:可以全方位的监测电子电路装置周围的电磁脉冲,分析电磁脉冲的强度大小,将电磁信号转化成电信号,控制电机驱动器及时的驱动传动电机进行主动防磁。系统要求准确,快速安全性能高,良好的散热性能等。在没有监测到电磁信号时处于休眠状态以达到节省电的目的。系统休眠状态可以通过定时中断来唤醒。

  5系统测试

  将易受磁脉冲干扰的电子设备放在本装置外侧,从不同的方向对该电子设备施加磁干扰,记录此时该设备是否可以正常使用。之后将此电子设备放入本防磁装置中,从不同方向给干扰磁脉冲,测量系统是否可以正常使用。

  电子信息系统防磁装置的典型测试参数如下:

  频率范围:<200KHz;屏蔽效能:≥40dB;

  频率范围:450KHz-50MHz;屏蔽效能:≥60dB;

  频率范围:50MHz-100MHz;屏蔽效能:≥40dB;

  参考文献

  [1]董雅顺.电子仪器仪表中电磁干扰的抑制方法[J].数字技术与应用,2013(08).

  [2]赵明.电磁干扰的产生及简单抑制方法[J].科技信息,2010(09).

  [3]梅修竹.电子仪器仪表中电磁干扰的抑制方法[J].文体用品与科技,2011(09).

  [4]余彦胤.半导体保护器件的EMP响应技术研究[A].第11届全国核电子学与核探测技术学术年会论文集[C].

  [5]钱宗峰,张德兴,曹学军.现代战争中电磁脉冲武器的战场运用及防护[J].国防技术基础,2006,7.

  [6]龚亮亮.军用电子装备对于强电磁脉冲的防护[J].舰船电子工程,2004,24.

  

电子信息系统防磁保护装置研究论文相关推荐