Исследование ЭМ полей, генерируемых электрооборудованием и элементами ЭЭС часть 2. Мобильный экспериментальный комплекс для исследования ЭМ полей в широком диапазоне частот

Асадуллин Артур Ильдарович; Белашов Василий Юрьевич

УДК 621.31

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭМ ПОЛЕЙ, ГЕНЕРИРУЕМЫХ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕМ И ЭЛЕМЕНТАМИ ЭЭС ЧАСТЬ 2. МОБИЛЬНЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭМ ПОЛЕЙ В ШИРОКОМ

ДИАПАЗОНЕ ЧАСТОТ

А.И. АСАДУЛЛИН, В.Ю. БЕЛАШОВ

Казанский государственный энергетический университет

Приведено описание архитектуры и состава оборудования, рассмотрены функциональные возможности и даны основные технические характеристики созданного авторами мобильного экспериментального комплекса для исследования ЭМ полей, генерируемых электрооборудованием и элементами электроэнергетических систем, в диапазоне частот 5 кГц - 2600 МГц в контексте проблемы мониторинга ЭМ ситуации на объектах и решения задач электромагнитной совместимости.

Ключевые слова: электромагнитное поле, электрооборудование, электроэнергетические системы, электромагнитная совместимость, средства измерения, мобильный экспериментальный комплекс.

Введение

В первой части настоящей статьи были рассмотрены и классифицированы источники электромагнитных (ЭМ) полей и индуктивных помех, генерируемых электрооборудованием и элементами электроэнергетических систем (ЭЭС) в широком диапазоне частот, а также приведены результаты анализа существующих средств измерения ЭМ полей. При этом было показано, что ни в России, ни за рубежом на данный момент не имеется специализированного мобильного оборудования, позволяющего решать проблемы комплексного мониторинга ЭМ обстановки в широком диапазоне частот. Имеющиеся средства измерений, в основном, ориентированы на измерения ЭМ полей промышленной частоты. Кроме того, существующее измерительное оборудование не дает возможности исследования динамики спектра излучений в его временном развитии и корреляционных характеристик исследуемых процессов, что важно как для решения задачи прогнозирования развития ЭМ ситуации на объекте, так и с точки зрения идентификации источника помехового воздействия в плане решения задач электромагнитной совместимости (ЭМС). Между тем, исследования, направленные на изучение в реальном времени пространственно-временной структуры ЭМ полей в широком диапазоне частот на реальных объектах промышленности и энергетики, являются весьма востребованными как при решении вопросов обеспечения устойчивости функционирования систем и их элементов, оперативного реагирования на нештатные ситуации с целью предупреждения аварий, связанных с выходом из строя или аномальным режимом работы электрооборудования, так и в отношении

46

изучения воздействия ЭМ полей на биологические объекты, в частности проблемы безопасности персонала на объекте.

В связи с этим, создание мобильного экспериментального оборудования для исследования в реальном времени пространственно-временной структуры ЭМ полей в широком диапазоне частот (до 2600 МГц - в соответствии с результатами анализа диапазона частот характерных источников - см. часть 1 настоящей работы), способного решать поставленные задачи, является актуальной задачей, а соответствующие разработки обладают несомненной новизной.

Во второй части настоящей статьи описывается архитектура и состав оборудования, рассматриваются функциональные возможности и приводятся основные технические характеристики созданного нами мобильного экспериментального комплекса для исследования ЭМ полей, генерируемых электрооборудованием и элементами электроэнергетических систем в диапазоне частот 5 кГц - 2600 МГц, не имеющего в настоящее время прямых аналогов в данной научной области и удовлетворяющего по своим характеристикам актуальным задачам исследований ЭМ полей в плане ЭМС электрооборудования и элементов ЭЭС в плане мониторинга ЭМ ситуации на объектах и решения задач ЭМС.

Мобильный экспериментальный комплекс. Элементы структуры. Оборудование

В результате анализа имеющейся информации было выявлено, что существующие на данный момент средства измерения ЭМ поля не могут обеспечить комплексного подхода к исследованию ЭМ обстановки в широком диапазоне частот полей, генерируемых разными источниками, а, главным образом, ориентированы на одномоментную фиксацию значений напряженности ЭМ полей промышленной частоты. То же оборудование, которое предназначено для измерения ЭМ полей более высоких частот (зачастую достаточно дорогое), не может обеспечить, в частности, длительной цифровой записи процесса, вычисления в реальном времени и визуализации корреляционных и спектральных характеристик регистрируемых ЭМ процессов (включая временную динамику спектра), возможности управления экспериментом в процессе его выполнения посредством гибкого пользовательского интерфейса. Следовательно, исследования, проводимые с помощью существующих средств измерения ЭМ полей, не могут нести объективной оценки ЭМ ситуации, в целом.

На основе проведенного анализа, с учетом предыдущего опыта разработки близкого по своему функциональному назначению комплекса [1], нами были сформулированы основные требования к разрабатываемому оборудованию и проработана его архитектура, выполнена детальная проработка характеристик элементов структуры, алгоритмов их взаимодействия, выбор (на основе соответствующих маркетинговых исследований) конкретных составляющих и комплектация оборудования с согласованием функционирования его компонентов. С учетом целей и задач исследований был разработан состав программного обеспечения управления экспериментом по регистрации ЭМ полей и определена структура программной части обработки и анализа данных с визуализацией результатов эксперимента в реальном масштабе времени.

Основными функциональными требованиями к комплексу являлись:

1) мобильность, малогабаритность, независимое питание;

2) широкий диапазон частот;

3) возможность сканирования всего диапазона;

47

4) многоканальный режим записи;

5) направленность антенных систем для пеленгации источников;

6) возможность как автоматической работы по заранее заданной программе, так и оперативного, в реальном времени, управления экспериментом с консоли оператора;

7) запись длительных временных реализаций процесса;

8) возможность предварительной обработки (тестирование процесса на стационарность, сглаживание, цифровая фильтрация и т.п.) и корреляционно-спектрального анализа записываемых реализаций в реальном масштабе времени с графической визуализацией результатов;

9) невысокая стоимость в сравнении с другими измерительными системами.

Структурная схема мобильного экспериментального комплекса для исследования

ЭМ полей, генерируемых электрооборудованием и элементами ЭЭС, показана на рис. 1. В состав экспериментального комплекса входят:

■ система антенн, состоящая из электрической (электрический диполь-штырь) и магнитной (магнитная рамка) антенн;

■ широкополосный приемник типа ЛЯ-5000Л;

■ многоканальный быстродействующий модуль с АЦП и ЦАП Е14-440;

■ многоканальный быстродействующий модуль с АЦП и ЦАП Е20-10;

■ источник сигналов точного времени для временной синхронизации записываемых последовательностей данных;

■ компьютер с пакетами корреляционной и спектральной обработки информации, а также пакетом графической визуализации результатов регистрации и анализа, работающими под управлением диалоговой программы-супервизора;

■ система автономного питания.

Электрическая

Широкополосный АЦП приемник

Рис. 1. Структурная схема комплекса

В качестве приемника используется широкополосный (5 кГц - 3 ГГц) сканирующий приемник AR-5000A, поддерживающий регистрацию сигналов с различными видами модуляции (АМ, БМ, USB, LSB и CW) - основные технические характеристики приведены в табл. 1.

Таблица 1

Основные технические характеристики приемника AR5000A

Характеристики Значения

1 2

Диапазон частот 5 кГц - 3000 МГц

48

1 2

Настройка 1 Гц - 999,999 кГц

Режимы AM, FM, USB, LSB и CW

Промежуточные частоты 622,0 МГц; 10,7 МГц; 455 МГц

Стандартные фильтры 3 кГц, 6 кГц, 15 кГц, 30 кГц, 110 кГц, 220 кГц

Выход промежуточной частоты 107,0 МГц с шириной полосы ± 5 МГц

Входы антенн 50 Ом

Выход звукового сигнала (13,5 В) 1,7 Вт 8 Ом при искажении 10%

Процессор 8 бит ПЗУ 32,768 байт; ОЗУ 1,024 байт

Функциональные возможности приемника обеспечиваются наличием [2]:

■ большого жидкокристаллического дисплея (с подсветкой), обеспечивающего отображение частоты приема, режима и других параметров, включая алфавитно-цифровые сообщения от каждого из банков поиска и канала памяти;

■ большой памяти, содержащей до 1000 каналов (10 банков по 100 каналов) и 20 банков поиска. Каждый из банков поиска рассчитан на 100 пропускаемых частот плюс 100 частот для работы VFO. Отметим, что этот тип памяти не требует подачи внешнего питания или встроенной батареи для сохранения данных. Часы реального времени поддерживаются дополнительным суперконденсатором, который поддерживает правильное время в течение 50 часов при отсутствии подачи питания на приемник;

■ широкого диапазона частот (5-3000 МГц). Схема приемника обеспечивает высокую чувствительность и устойчивую обработку сигнала благодаря структуре, которая оптимизирована под каждый диапазон с электронной настройкой схем до частоты 1 ГГц. Приемник включает в себя возможность автоматического и ручного выбора соответствующих режимов и шага частоты;

■ набора полезных рабочих функций: высокоскоростное кибер-сканирование эфира; несколько режимов VFO; минимальный шаг настройки 1 Гц; программируемый автоматический выбор антенн; настройка шага для нестандартной сетки каналов; программируемый автоматический режим приемника (режим приема, величина шага, ширина полосы промежуточной частоты);

■ ряда дополнительных функций, например, наличия таймера включения и отключения; аналогового индикатора величины сигнала; выходных разъемов для внешнего декодера; автоматической памяти (отключаемой); возможности управления с компьютера через порт RS232; памяти EEPROM большого объема для хранения данных; настраиваемого шага частоты от 1 Гц до 999,999 кГц.

Отметим, что сигнал с приемника снимается как с низкочастотного аналогового выхода, так и через специальный демодулятор (выход одного из каналов промежуточной частоты) [3].

При выполнении измерений необходимо осуществлять временную привязку. В большинстве экспериментов, связанных с изучением ЭМ полей промышленных и энергетических объектов, достаточно для временной привязки использовать внутренние часы реального времени или GPS (или GPRS) системы. Однако в случаях, когда необходимо проводить фазовые или высокочастотные измерения, требуется более точная временная привязка. Для этого можно использовать рубидиевые или цезиевые стандарты частоты (при этом следует иметь в виду высокие ценовые характеристики данных стандартов).

Антенная часть комплекса состоит из двух систем (фирма-производитель AOR Ltd, Япония):

49

1. LA380 - компактной петлевой антенны (фирма-производитель AOR Ltd, Япония). Предусмотрена плавная подстройка резонансной частоты антенны с помощью конденсатора переменной емкости [4]. Основные технические характеристики LA380 приведены в табл. 2.

Таблица 2

Основные технические характеристики LA380

Диапазон частот 10 кГц - 500 МГц

Сопротивление 50 Ом

Диаметр магнитной рамки 30 см

Высота 40 см

Коаксиальный кабель Я058/и, 5 метров, разъем БЫС

Источник питания Сетевой адаптер 220В (выход 12В-16В)

Встроенный усилитель 10 кГц - 250 МГц

2. БЛ7000 — широкополосной антенной системы, основные технические характеристики которой приведены в табл. 3.

Таблица 3

Основные технические характеристики БЛ7000

Диапазон частот 30кГц - 2ГГц

Сопротивление 50 Ом

Допустимая ветровая нагрузка 50 м/сек

Диаметр мачты крепления 30-60 мм

Высота 1,8 м

Коаксиальный кабель RG58/U, 15 метров, разъем BNC

Допустимая мощность Не более 10Вт

Источник питания Не требуется

Каналы ввода информации обеспечиваются наличием двух систем:

1. Высокоскоростного многофункционального быстродействующего модуля LCard E-14-440, представляющего собой малогабаритную многофункциональную измерительную систему, подключаемую к компьютеру через USB-интерфейс, и предназначенного для построения многоканальных измерительных систем сбора аналоговых данных, цифрового управления и контроля состояния внешнего устройства - приемника [5]. Основные функции E14-440 в экспериментальном комплексе определяются следующими его возможностями:

■ многоканальный 14-разрядный АЦП модуль E14-440 позволяет работать с 16 дифференциальными или 32 каналами с общей землей;

■ каждый из аналоговых каналов подключается к АЦП через программно управляемый аттенюатор, позволяющий задавать один из четырех диапазонов измерения;

■ E14-440 обеспечивает непрерывный сбор аналоговых данных на частотах дискретизации АЦП от 0,122 до 200,0 кГц;

■ малые габариты модуля и использование широко распространенного интерфейса USB делают E14-440 удобным для организации полевых измерений, требующих высокой степени мобильности.

Технические характеристики АЦП модуля Е14-440 представлены в табл. 4.

50

Таблица 4

Основные технические характеристики АЦП модуля Е14-440

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

АЦП

Количество каналов 16 дифференциальных или 32 с общей «землей»

Разрядность АЦП 14 бит

Эффективная разрядность 13,3 бит (400 кГц, диапазон изм. 2,5 В)

Входное сопротивление (при одноканальном не менее 1 МОм

вводе)

Диапазон входного сигнала ± 10 В; ± 2,5 В; ± 0,625 В; ± 0,156 В

Максимальная частота преобразования 400 кГц

Синхронизация от синхросигнала, по уровню аналогового сигнала

Защита входов ±30 В (питание вкл.)

±10 В (питание выкл.)

Межканальное прохождение -78 дБ (синусоида 10 кГц)

Цифровые входы и выходы

Количество входов 16

Количество выходов 16

Тип логики КМОП

Выходной ток на 1 канал, не более 4 мА

Питание от шины USB

Потребляемый ток до 400 мА

Габариты 129x95x26 мм

2. Модуля быстродействующего аналого-цифрового преобразования E20-10 с USB 2.0 интерфейсом [6]. Технические характеристики АЦП модуля Е20-10 представлены в табл. 5.

Модуль обеспечивает:

■ непрерывный сбор 16-битных данных с частотой до 10 МГц по интерфейсу USB 2.0;

■ 4-канальную архитектуру с одним 14-разрядным АЦП, коммутатором, входными буферными усилителями, фильтрами в каждом канале. Благодаря входным буферным усилителям, эффект динамических коммутационных помех полностью исключён.

Каждый из 4 каналов АЦП имеет возможность программной установки следующих поддиапазонов входного сигнала независимо для каждого канала: ± 3,0 В, ± 1,0 В, ± 0,3 В. Каждый канал имеет фильтр низкой частоты (ФНЧ) 3-го порядка с частотой среза 1,25 МГц (оптимальная полоса пропускания для 4-канального режима и частоты преобразования АЦП 10 МГц), улучшающий соотношение сигнал-шум. Возможны и другие частоты среза ФНЧ.

Частота преобразования АЦП может быть задана в диапазоне от 1,00 до 10,0 МГц, при этом она может быть либо внутренней, установленной программно, сетка частот в мегагерцах определяется по формуле FADC = 30/к, где к = {3, 4, 5,..., 30}, либо внешней с любой частотой от 1,00 до 10,0 МГц (меньшая частота сбора данных может быть достигнута путем задания межкадровой задержки). Максимальная частота сбора данных по каждому каналу равна FADC/п, где п = {1, 2, 3, 4} - количество опрашиваемых каналов.

В управляющей таблице модуля может быть запрограммирован кадр -произвольная последовательность опроса каналов длиной от 1 до 256. Номера опрашиваемых каналов будут циклически выбираться из таблицы установленного размера, и порядок выходных отсчетов данных E20-10 будет соответствовать установленной последовательности опроса каналов. © Проблемы энергетики, 2012, № 1-2

51

Межкадровая задержка выборки АЦП может быть запрограммирована от 0 до 655353 периодов частоты преобразования АЦП. Это позволяет реализовать более низкие частоты выборок по каждому каналу.

Таблица 5

Основные технические характеристики АЦП модуля Е20-10

АЦП

Количество каналов 4

Разрядность АЦП 14 бит

Входные поддиапазоны ±3,0 В; ±1,0 В; ±0,3 В; независимая настройка для каждого канала

Входное сопротивление аналогового входа АЦП 10 Мом

Максимальная частота преобразования 10 МГц

Полоса пропускания сигнала каждого канала 1,2 МГц - фиксированная (для варианта исполнения Е20-10-1 полоса 5 МГц для каждого канала)

Типичное отношение сигнал-шум канала АЦП 73 дБ

FIFO буфер данных 8 МБ

Режимы синхронизации частоты АЦП старта-сбора данных (по цифровому и аналоговым сигналам)

Дополнительные возможности Сбор заданного количества кадров от синхросигнала, задержанный старт на заданное количество кадров и др.

Цифровые входы, выходы и линии синхронизации

Количество входов 16 (один из них может быть сконфигурирован под двунаправленную линию синхронизации "Старт")

Количество выходов 16

Двунаправленная линия "Синхронизация АЦП" 1

Режимы синхронизации старта сбора данных или запуска АЦП По каждой из 2-х двунаправленных линий "Синхронизация старта АЦП" и "Синхронизация частоты АЦП" может быть настроен режим синхронизации "внутренний", "внутренний с трансляцией на выход" или "внешний"

Тип логики ТТЬ 5 В

Питание

Внешний источник +9,5 В....+27 В

Потребляемая мощность 4,5 Вт

Габариты 140х 110x35 мм (без учета разъемов)

52

Имеются развитые режимы синхронизации старта сбора данных и/или частоты преобразования АЦП в многомодульной системе.

Модуль использует полностью загружаемую извне архитектуру: загружается ПЛИС и может быть обновлена прошивка контроллера. Это дает возможность пользователю самостоятельно обновлять прошивки последними версиями.

Система электропитания экспериментального комплекса реализуется в нескольких вариантах. Если исследования проводятся в лаборатории, комплекс может питаться от обычного сетевого адаптера 220 В (выход 12 В). В полевых условиях требуется автономное питание. Оно может осуществляться:

■ от бортовой сети (генератор автомобиля) или от дизельного генератора. Такая система имеет свои недостатки. В случае проведения достаточно тонких экспериментов, например регистрации флуктуаций полей на уровне мкВ, поле генератора может представлять существенную помеху, маскирующую полезный сигнал;

■ от аккумуляторной батареи большой емкости. Емкость батареи при этом определяется суммарным потреблением элементов комплекса (табл. 6).

Таблица 6

Мощность, потребляемая элементами комплекса

Наименование элемента Потребляемая мощность, Вт

Широкополосный приемник AR-5000A 20

Модуль E14-440 5

Модуль Е20-10 5

Антенна LA380 10

Антенна SA7000 10

Персональный компьютер на базе процессора Intel 20

Мобильный экспериментальный комплекс, в целом 70

Примечание: в случае использования в экспериментах для временной синхронизации измерений стандарта частоты (см. выше), при расчете суммарной потребляемой мощности необходимо учитывать и мощность, потребляемую стандартом.

Из табл. 6 следует, что, например, при выполнении 8-10-часовых серий наблюдений достаточно использовать автомобильный аккумулятор емкостью 90 А-ч. В случае проведения более длительных по времени (например, суточных и более) сеансов, потребуется дополнительная аккумуляторная батарея в комплекте с зарядным устройством (генератором) для подзарядки неиспользуемой в данный момент батареи.

Внешний вид мобильного экспериментального комплекса для исследования пространственно-временной структуры ЭМ полей, генерируемых электрооборудованием и элементами ЭЭС, показан на рис. 2.

Программное обеспечение комплекса

Для реализации поставленных задач была разработана алгоритмическая структура системы ввода, предварительной обработки и анализа в реальном времени данных при экспериментальных исследованиях пространственно-временных характеристик ЭМ полей естественных и искусственных источников в диапазоне частот 5 кГц - 3 ГГц, выполняемых на базе разработанного мобильного экспериментального комплекса [2]. Комплекс управляется, в целом, диалоговой программой-супервизором, обеспечивающим согласованное функционирование всех его элементов, предварительное задание необходимых параметров эксперимента и интеллектуальный автоматический или (по выбору оператора) диалоговый контроль за ходом его проведения и результатами анализа.

53

Рис. 2. Внешний вид мобильного экспериментального комплекса

Модули предварительной обработки включают операции: тестирования рядов на стационарность [7], фильтрации, сглаживания, вычисления статистических параметров выборок. Алгоритмическая структура системы анализа данных ориентирована на комплексную обработку экспериментальной информации. Анализ данных включает построение амплитудных, фазовых спектров и спектра мощности, вычисление авто- и кросскорреляционных функций (АКФ и ККФ), сверток и т.д., причем все процедуры реализованы как модули, выполняющие необходимые преобразования по алгоритмам БПФ. В целом последовательность сбора и обработки экспериментальных данных состоит из следующих шагов [2, 8]:

1) программная настройка приемника и АЦП под конкретную задачу; входные данные представляют собой покадровую последовательность бинарных отсчетов, каждый отсчет имеет размерность SHORT (16 бит), размер каждого кадра варьируется в эксперименте от 12 Кб до 512 Мб, что задается программно вместе с другими параметрами работы АЦП, такими как количество опрашиваемых каналов, последовательность их опроса, тип и источник синхронизации, источник тактовых импульсов АЦП, частота дискретизации, количество отсчетов, длительность сеанса, и т. п.;

2) обработка регистрируемых массивов данных с помощью специальных программных модулей и графическая интерпретация результатов.

В частности, вычисление АКФ и ККФ осуществляется в соответствии со схемой, показанной на рис. 3 [2].

Амплитудный и фазовый спектры представляют собой последовательности

С

У,

(к)| и фу, (к) = arctg {Iy. (к)/Ry, (к)} (I и R - мнимые и действительные части

коэффициентов Фурье соответственно), спектр мощности -

Су, (к)

Вычисление свертки выполняется аналогично, отсутствует лишь операция комплексного сопряжения первой последовательности, что показано на рис. 4.

Тестирование алгоритмов и программ обработки проводилось на специально созданном стенде как на сигналах, подаваемых с генератора (синусоидальные сигналы и сигналы, представляющие собой суперпозицию нескольких гармонических составляющих; некоторые примеры результатов тестирования показаны на рис. 5-7), © Проблемы энергетики, 2012, № 1-2

54

так и на искусственно (программно) генерируемых цифровых последовательностях вида X(к) = ехр(-гк), г = 0,1,... [2, 8].

{X (а)}-™*^ (к )}{ (к )}

в (т)}

т

{ (а)}-2^{сй (к)} / =

Рис. 3. Схема вычисления АКФ и ККФ с использованием БПФ (Сх (к), Су (к) - последовательности коэффициентов Фурье

л У у

соответствующих рядов): для АКФ г =1, У^Х, У1=х; для ККФ г =2,72 , У2 =У

{X (*)}- ^{Сх (к)}

в~{С2 (к * (т)}

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

т

(к)}

Рис. 4. Схема вычисления свертки с использованием БПФ (Сх (к), Су (к) - последовательности коэффициентов Фурье

соответствующих рядов)

Рис. 5. Тестирование программного комплекса (сигнал частотой 10 кГц и его амплитудный спектр, построенный без использования спектральных окон)

55

окна Блэкмана-Хэрриса)

Включенные в состав программного комплекса алгоритмы позволяют изучать корреляционные характеристики и спектральный состав ЭМ излучений, регистрируемых в экспериментах. Причем, детальная обработка и анализ записываемых сигналов могут осуществляться как в режиме реального времени (в процессе выполнения эксперимента), так и выполняться впоследствии (камерально) над временными последовательностями, автоматически сохраняющимися на жестком диске компьютера.

На рис. 8 показан пример графической интерпретации результатов измерения напряженности естественного ЭМ поля в диапазоне частот / = 10-45 кГц. Видно, что на приведенном временном интервале измерений регистрируется интенсивное ЭМ поле на частотах / ~ 13^14 кГц.

Заключение

Разработанный и представленный в настоящей работе мобильный экспериментальный комплекс для исследования пространственно-временной структуры ЭМ полей, генерируемых электрооборудованием и элементами ЭЭС в широком диапазоне частот, охватывающем область основных ЭМ помех, генерируемых электрооборудованием и элементами ЭЭС, позволяет эффективно решать задачи ЭМС и безопасности персонала в электроустановках и на объектах промышленности и энергетики.

56

Рис. 7. Тестирование программного комплекса (сигнал частотой 20 кГц с помехами в виде высших гармоник и его амплитудный спектр)

/, кГц

Рис. 8. Спектрограмма (динамический спектр) напряженности электрического поля в диапазоне частот / = 10-45 кГц

57

Комплекс имеет очевидные преимущества перед известными, используемыми на практике, средствами измерения ЭМ поля (см. часть 1 настоящей статьи):

■ обеспечивает перекрытие гораздо более широкого диапазона частот - до 3 ГГц (включает, в частности, диапазон ЭМ поля, генерируемого при коммутациях, возникновении и гашении электрической дуги и пр.);

■ имеет более высокую чувствительность приемника;

■ дает возможность длительной автоматической регистрации характеристик ЭМ поля по 16 каналам;

■ дает возможность программирования эксперимента (количества сканируемых каналов и регистрируемых частотных диапазонов, временного поканального расписания регистрации информации по полю, автоматического выбора методов обработки и пр.);

■ позволяет выполнять корреляционную и спектральную обработку регистрируемой информации в реальном масштабе времени in situ, что создает возможности оперативного анализа характеристик ЭМП, управления экспериментом и изменения его программы в диалоге;

■ обеспечивает визуализацию не только временной развертки измеряемого сигнала, но и временной динамики его корреляционных и спектральных характеристик;

■ стоимостные характеристики отличаются в выгодную сторону от средств измерений, используемых в близких диапазонах частот, при существенно более широком спектре возможностей.

Маркетинговые исследования показывают, что работы, направленные на разработку мобильной системы экспериментального исследования ЭМ полей, генерируемых электрооборудованием и элементами ЭЭС в широком диапазоне частот, являются весьма востребованными со стороны предприятий энергетической отрасли и высоко энергонасыщенных промышленных предприятий.

Summary

The description of architecture and composition of the equipment is given, functionalities are considered and the basic characteristics of the mobile experimental complex created by authors for research of the EM fields generated by the electrics and elements of electric power systems, in the frequency range 5 kHz - 2600 MHz in a context of a problem of monitoring of the EM situation on objects and solving of problems of electromagnetic compatibility are given.

Keywords: electromagnetic field, electrics, electric power systems (EPS), electromagnetic compatibility, means of measurement, mobile experimental complex.

Литература

1. Белашов В.Ю., Плеханов А.А. Мобильный аппаратно-программный комплекс для исследования генерируемых электрооборудованием ЭМ полей в широком диапазоне частот // Известия вузов. Проблемы энергетики, 2007. № 5-6. С. 63-68.

2. Асадуллин А.И. Исследования ЭМ полей, генерируемых электрооборудованием и элементами ЭЭС // VI Межд. научно-техн. конф. студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», 27-29 февраля 2010 г. М.: МЭИ(ТУ), 2010. С. 466-467.

3. AOR AR5000A. Профессиональный связной приемник. Руководство пользователя. Фирма «Сайком», 2003. 124 с.

4. HI-Q active loop aerial. LA380. Instruction Manual. E&OE AOR LTD, 2005. P. 4.

5. E14-440. Внешний модуль АЦП/ЦАП/ТТЛ общего назначения на шину USB 1.1. Руководство пользователя. М.: L-Card, 2008. 27 с.

58

7. Белашов В.Ю., Чернова Н.М. Эффективные алгоритмы и программы вычислительной математики. Магадан: СВКНИИ ДВО РАН, 1997. 160 с.

8. Асадуллин А.И. Алгоритмико-программная часть экспериментального комплекса по исследованию ЭМ полей, генерируемых электрооборудованием // Тр. Всеросс. научно-техн. конф. студентов, магистрантов, аспирантов «Энергоэффективность и энергобезопасность производственных процессов», 13-15 ноября 2007 г. Тольятти: ТГУ, 2007. С. 130-131.

Поступила в редакцию 22 августа 2011 г.

Белашов Василий Юрьевич - д-р физ.-мат. наук, профессор кафедры физики Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ). Тел.: 8 (843) 519-43-44. E-mail: [email protected].

Асадуллин Артур Ильдарович - аспирант кафедры физики Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ). Тел.: 8 (843) 519-43-44. E-mail: [email protected].

59

Study of EM fields generated by the electrics and the EPS elements. Part 2. Mobile experimental complex for investigation of the EM fields in the wide frequency range