Stanowisko do badań EMC DIY – jak zbudować i testować emisję oraz odporność urządzeń

Witam.
Mam takie pytanko - czy ktoś ma pomysł na stworzenie "stanowiska" we własnym zakresie do badań urządzeń pod względem kompatybilności elektromagnetycznej ? Nie musi być to pomiar precyzyjny, wystarczy, żebym wiedział czy urządzenie mieści się w normach najlepiej "podkręconych" na niekorzyść badanego urządzenia... interesuje mnie zarówno pomiar emitowanych zakłóceń jak również odporności na zakłócenia...

Pomiary tego typu wykonuje się w kabinach ekranowanych w celu oddzielenia się od panującego wokół smogu radioelektrycznego. Pomiar taki dzieli się na kilka części
1. Pomiar napięcia zaburzeń elektromagnetycznych wprowadzanych przez urządzenie do sieci zasilającej (zakres pomiarowy 9 kHz-30 MHz).

2. Pomiar mocy zaburzeń elektromagnetycznych promieniowanych (zakres pomiarowy w zależności od zastosowanej normy to 30 MHz-300MHz; 30MHz-1000 MHz; 30 MHz-6GHz) czasem zastępowany przez pomiar natężenia pola emitowanego przez badany obiekt.

3. Pomiar odporności na obce pola elektromagnetyczne (zakres zależny od typu urządzenia i zastosowanej dla niego normy)

4. Bezpieczeństwo użytkowania

Do punktu 1 niezbędna jest sztuczna sieć, odbiornik pomiarowy z precyzyjnym odczytem poziomu sygnału i częstotliwości oraz kabina ekranowana.

Do punktu 2 niezbędne są tzw cęgi ferrytowe, ława pomiarowa o długości minimum 5,5 m wykonana całkowicie z elementów niemetalowych po której przesuwają się podczas pomiaru cęgi, odbiornik pomiarowy z precyzyjnym odczytem poziomu sygnału i częstotliwości. Do natężenia pola niezbędne są kalibrowane anteny odbiorcze - najlepiej szerokopasmowe, obrotowy stół wykonany całkowicie z elementów niemetalowych i poligon antenowy o znanej charakterystyce zaburzeń elektromagnetycznych stałych, względnie kabina ekranowana umożliwiająca pomiary z odległości 3 lub 10 metrów.

Do punktu 3 niezbędny jest zespół generatorów o kalibrowanym wyjściu i zakresie częstotliwości pokrywającym interesujące nas pasmo. Niezbędna moc wyjściowa to kilka - kilkanaście Watt, oraz anteny generujące jednorodne pole elektromagnetyczne o znanym natężeniu.

Wszystkie parametry pomiarów są szczegółowo opisane w odpowiednich normach np. dla sprzętu komputerowego jest to norma PN-EN 55022:2006, a dla oświetleniowego PN-EN 55015.
Warto także dysponować wzorcowym źródłem zaburzeń w celu przetestowania stanowiska pomiarowego przed każdą serią pomiarową. Ponadto, aby wiedzieć, czy dane urządzenie mieści się w normie, czy też ją przekracza, musimy mieć sprzęt skalibrowany, lub wzorcowany, czyli porównany z innym miernikiem posiadającym ważne świadectwo kalibracji i znajdujące się w hierarchii dokładności pomiarowej co najmniej o klasę wyżej od naszego.

Jak widać z pobieżnego opisu sprawa nie jest prosta i warunkach domowych niezwykle trudno wykonalna. Ponadto do tego typu pomiarów trzeba długiej praktyki po to, by móc odróżnić problemy pomiarowe wynikające z błędu aparatury od rzeczywistych zaburzeń generowanych przez sprawdzane urządzenie.
Tak wygląda pomieszczenie, w którym wykonuje się tego typu pomiary:

Pozdrawiam

Chodzi mi o to, żeby ze spokojnym sumieniem wyprowadzać nowe urządzenia na rynek a przy małych seriach lub wręcz pojedynczych egzemplarzach nie opłaca się wykonywać badań w specjalistycznych laboratoriach, co zresztą nie jest wymagane. Wystarczy że oświadczę, że urządzenie spełnia wymogi (deklaracja zgodności) oraz umieszczę znak CE. Tylko jak bez precyzyjnych pomiarów sprawdzić czy urządzenie spełnia wymagania - nie potrzebuję specjalistycznych pomiarów z wykresami itd... wystarczy sprawdzić skarajne warunki najlepiej jeszcze zaostrzone.

prokopcio dawanie deklaracji zgodności bez miarodajnych badań, raczej nie ma kompletnego sensu. EMC jest bardzo trudnym zagadnieniem. Polecam książkę: Kompatybilność Elektromagnetyczna Alain Charoy wszystkie tomy.

Może to pomoże ?

i jeszcze tu można poczytać:
www.emc-info.eu

Kompatybilnością zajmuję sie juz kilka lat, zbudowalem taki lab i powiem Ci że to ogromne pieniądze.

Do badań emisji przewodzonej wystarczy analizator widma, sonda prądowa i LISN, sonde mozna zrobic ze rdzenia ferrytowego a lisn to prosty obwód z cewką i kondensatorami, publikowany w normach CISPR.

Do badań emisji wypromieniowanej (RE) trzeba juz komore, może to być komora GTEM którą można w domowych warunkach wykonać, do małych urządzeń powinna wystarczyć. No i oczywiście analizator widma pracujący jako odbiornik pomiarowy.

Do badań odporności to juz trzeba troszkę wiecej sprzętu bo trzeba to narażenie jakoś wygenerować, potrzebny bedzie generator i wzmacniacze a to juz spory wydatek - taki wzmacniacz szerokopasmowy o mocy 50W w paśmie 30MHz do 1GHz.

Jeśli jeszcze do tego chcesz robić zaburzenia przewodzone to trzeba by na to wszystko wydać pewnie z 500kzł na sam sprzęt a kolejny milion na komore...


zbieram sie do kompletowania takiego stanowiska, na początek analizator widma, sonda prądowa, LISN i GTEM, potem może uda sie kupić gdzieś używany wzmacniacz do badań odporności.

Nie wiem czy mogę Ci jakoś pomóc w tym momencie, nie wiem jakim sprzętem dysponujesz.
Najlepiej zacząć od dobrego przejrzenia projektu, schemat, płytka drukowana, tak aby wyeliminować problemy EMC wynikające z designu.
Potem to juz analizator widma i sondy pola bliskiego, sondy prądowe i LISN.

wtedy można sprawdzić co emitujemy.

do zaburzeń z sieci to mam zaprzyjaźniony lab w którym można by cos pomierzyć..


pozdrawiam

Pawel

pwegrzyn napisał:

Do badań emisji przewodzonej wystarczy analizator widma, sonda prądowa i LISN, sonde mozna zrobic ze rdzenia ferrytowego a lisn to prosty obwód z cewką i kondensatorami, publikowany w normach CISPR.

Cytat:

Jeśli jeszcze do tego chcesz robić zaburzenia przewodzone to trzeba by na to wszystko wydać pewnie z 500kzł na sam sprzęt a kolejny milion na komore...

Kolega tu chyba trochę się zagalopował? Czym się różni emisja przewodzona od zaburzeń przewodzonych?

Cytat:

Do badań emisji wypromieniowanej (RE) trzeba juz komore, może to być komora GTEM którą można w domowych warunkach wykonać, do małych urządzeń powinna wystarczyć.

Proszę uprzejmie o przepis na wykonanie takowej w warunkach domowych wraz z kalibrowanymi antenami, bo bez tego jest bezużyteczna!

Cytat:

lisn to prosty obwód z cewką i kondensatorami, publikowany w normach CISPR.

Wykonujemy ten prosty obwód i kalibrujemy w dziedzinie częstotliwości i napięcia zaburzeń również w warunkach domowych...Proszę o wskazówki jak to zrobić, by późniejsze pomiary były wiarygodne

Cytat:

Do badań emisji przewodzonej wystarczy analizator widma, sonda prądowa i LISN

Z tego wynika, że odbiorniki pomiarowe o ściśle określonych w normach parametrach dotyczących szerokości pasma, odpowiednich detektorów itd. wymyślono bez sensu, bo analizator załatwia wszystko?
Jeżeli chcesz się bawić w pomiary dla własnej satysfakcji, to OK, ale jaki to ma sens? Będziesz wiedział, że jest lepiej lub gorzej, ale nie będziesz miał pojęcia, czy notyfikowane laboratorium przepuści Twój sprawdzony produkt czy nie.
Takie laboratorium to mam w piwnicy, ale posiadam kalibrowane wzorce, według których mogę z całą pewnością określić, czy moje urządzenia są sprawne i czy "pokazują prawdę", ponadto LISN mam ze świadectwem GUM, a nie robione z cewek i kondensatorów w warunkach domowych.

kreslarz napisał:

Kolega tu chyba trochę się zagalopował? Czym się różni emisja przewodzona od zaburzeń przewodzonych?

może nie wyraziłem sie dość jasno: chodziło mi o odporność na zaburzenia przewodzone - czyli wszelkie pulsy (burst, surge, BCI, itp)
emisja to current clamp i LISN

Cytat:

Proszę uprzejmie o przepis na wykonanie takowej w warunkach domowych wraz z kalibrowanymi antenami, bo bez tego jest bezużyteczna!

Komora GTEM z definicji nie wymaga anten.
http://users.tkk.fi/~icheln/dip_icheln.pdf

Cytat:

Wykonujemy ten prosty obwód i kalibrujemy w dziedzinie częstotliwości i napięcia zaburzeń również w warunkach domowych...Proszę o wskazówki jak to zrobić, by późniejsze pomiary były wiarygodne

do kalibracji trzeba dysponować skalibrowanym urządzeniem względem którego bedziemy kalibrować - może to być generator RF. Pomiaru tez musimy dokonać urządzeniem kalibrowanym.
Samo tłumienie obwodu możemy latwo obliczyć, jeśli obwód przygotujemy zgodnie ze sztuką - dbając o niskie pasożyty elementów RLC to możemy założyć że tłumienie teoretyczne wynikające z obliczeń bedzie tutaj wystarczającym współczynnikiem kalibracyjnym.

Cytat:

Z tego wynika, że odbiorniki pomiarowe o ściśle określonych w normach parametrach dotyczących szerokości pasma, odpowiednich detektorów itd. wymyślono bez sensu, bo analizator załatwia wszystko?

I tak i nie, widzę że kolega nie za wiele wie o analizatorach widma,

Takie urządzenie ma możliwość ustawienia odpowiedniej szerokości pasma filtra pomiarowego oraz wyboru detektora, wiec nie widze problemów w uzyciu analizatora zamiast odbiornika pomiarowego.

Cytat:

Jeżeli chcesz się bawić w pomiary dla własnej satysfakcji, to OK, ale jaki to ma sens?

A ma taki sens ze tymi metodami możemy zdetekować potencjalne problemy EMC, poprawić je a dopiero na końcu zlecić pomiary w lab akredytowanym. Jest to tańsze rozwiązanie niż wielokrotne testy w lab akedytowanym.

Cytat:

Takie laboratorium to mam w piwnicy, ale posiadam kalibrowane wzorce, według których mogę z całą pewnością określić, czy moje urządzenia są sprawne i czy "pokazują prawdę", ponadto LISN mam ze świadectwem GUM, a nie robione z cewek i kondensatorów w warunkach domowych.

Pytanie było jak stworzyć lab EMC w warunkach domowych, wiadomo że takie rozwiązanie nie da Ci pomiarów z dokładnością 3-6dB ale jako wstępne poznanie własciwości EMC produktu wystarczy.

Certyfikowane laboratoria też nie zmierzą z dokładnością większą niż 6dB - z resztą takie jest wymaganie na równomierność pola w komorze bezechowej wynikające z norm. Inna sprawa że pomiędzy certyfikowanymi laboratoriami różnica w wynikach może być nawet rzędu 10dB a nawet pomiar wykonany na tym samym urządzeniu w tym samym labie może sie róznić nawet 6dB, wystarczy że inaczej ułożysz przewody lub minimalnie przesuniesz antenę.

A jeśli w swoim domowym laboratorium zrobisz margines do wymagań rzędu 10dB ( w przypadku emisji) to możesz być na 90% pewien że twój produkt przejdzie w lab akredytowanym.

Podbije nieco temat bo mam w planach coś takiego. Podstawowy sprzęt nie jest w sumie taki drogi, ale i tak trochę poza moim zasięgiem. Mam tu na myśli analizator, LISN i sondy pola. Taki zestaw to ok 20tyś

1. Analizator to ok 5tyś (Hameg/Instek). Często widzę że zakres mają 150kHz do 3Gz. Sprzedawcy twierdzą że spokojnie się nadaje, jednak z tego co ja pamiętam to np przewodzone robi się od 9kHz. Z drugiej strony emisja radiowa wystarczy do 1,5Ghz. Czyli te sprzęty się nadają czy nie?. O co chodzi z wyposażeniem analizatora w generator śledzący, ponoć jest to pożyteczna rzecz.

2. LISN, konstrukcyjnie wydaje się to bardzo prosta rzecz, w sieci mnóstwo schematów. Ori siec kosztuje kilka tysięcy, te z googli to kilkadziesiąt złotych. Czy te fabryczne sieci są odseparowane galwanicznie?. Na googlowych schematach czegoś takiego nie widzę i myślę że zamiana L i N na zasilaniu spowoduje efektowne wydymienie analizatora. Na komorze mierzyli mi kilka wariantów (L+N, do PE i takie tam), Jak to się ma do googlowych schematów.

3. Sondy pola, to chyba nie do przeskoczenia więc pozostanie zakup gotowych przystawek. Bardzo pomagają w zlokalizowaniu siejącego elementu

4. Komora GTEM, co trzeba pilnować chcąc ją wykonać samemu?, Jakieś konkretne gabaryty, wytłumienie, antena na jej czubku?.

Nie chodzi tutaj o sprzęt o profesjonalnych parametrach tylko o coś co pozwoli mi odwiedzić drogą komorę dwa razy. Raz aby mieć świadomość co się dzieje w układzie, drugi raz aby potwierdzić jego zgodność z normami.

1. Analizator nie zmierzy Ci zakłóceń QP, tak jak to robią odbiorniki pomiarowe. Nie wiem co konkretnie ma w sobie ten analizator, ale nawet jeśli mierzy zakłócenia szczytowe, to nie zrobi tego z normatywnym czasem, nawet do 15 sekund (jak to robią odbiorniki). Wyposażenie w generator śledzący, to pewnie złapanie najwyższych zakłóceń w czasie (nie jestem pewien).
2. Odseperowanie zaburzeń w sieci sztucznej oczywiście jest. Ale to możesz wykonać jakimś prostym filtrem z TME za kilkaset złotych (do 50 MHz). Musisz oczywiście wiedzieć, że zakłócenia powyżej tej wartości to koszt filtrów kilka tysięcy złotych. Twoja sieć oczywiście musi mierzyć L do PE (GRP - uziemiona blacha pod stanowiskiem pomiarowym), N do PE (GRP).
3. I tu jest chyba najprostszy element, który można tanio zastąpić. Wystarcza Ci pierwsza lepsza antena, którą oczywiście musisz wywzorcować (czy Twój analizator ma możliwość wprowadzania tłumienia, ewentualnie oprogramowanie do niego?).
4. Komorę można samemu zbudować. Klatka Faradaya, coś na ścianę do tłumienia od środka i gotowe.

Podciągam temat bo mnie to żywotnie interesuje...

Czy ma ktoś jakieś konkretne dane w w/w temacie?
Uważam za "mocno sensowne" wytworzenie własnej (czytaj dużo tańszej) aparatury którą można by zweryfikować czy jest szansa na pomyślne przejście badania zgodności. Może wspólnymi siłami praktyków (a nie bajdurzących teoretyków czy niezadowolonych z takiego obrotu sprawy sprzedawców drogich urządzeń) uda się osiągnąć coś na kształt opensourcowego stanowiska do badań....

Może można gdzieś dostać jakąś precyzyjną "końcówkę pomiarową" i zastosować ją w "domowej maszynie cnc" + soft wizualizacyjny i było by "już coś" (chętnie ze swej pomogę w oprogramowaniu i budowie "robota")? Taki rep-rap dla badania zgodności "EC"

Potrzeba by ludzi co dokładnie wiedzą nie tylko z googla (choć informacji poza "cenami badań" jest tam mało) jak takie badania się przeprowadza (metodologia) i wspólnymi siłami wykoncypujemy jak przetworzyć to na użyteczną maszynę która zaoszczędzi nam sporo kasy i nerwów. Liczę na odzew konkretnych ludzi, co nie marudzą że to się nie da albo że to będzie kosztować miliony (bo to że każde goofno można sprzedawać za miliony jeśli się ma monopol to każdy wie ....)

Co do komory ekranowanej za grube miliony to powiem tylko tyle że do zastosowania jak w temacie IMHO taka komora jest zbędna... Bo co najwyżej zawyży wyniki a nie je obniży, więc jak układ przejdzie badania bez komory to tym bardziej z z komorą przejdzie (jeśli tylko mierzy to samo). Z resztą taką "prawie dobrą " komorę mam w mojej piwnicy ... ściany żelbet a nad głową "podłogówka" na styropianie z folią... i komórka nie działa

Pozdrowionka dla tych co mimo wszystko chcą jeszcze coś produkować ....

Kolego. Podejrzewam, że jak już zbudujesz to laboratorium, to i tak nie będziesz tego oferował bezpłatnie. I pojawi Ci się też problem błędów pomiarowych - dość sporych. Ceny godziny badań inżynierskich w laboratoriach nie zawsze są wysokie (u mnie jest np tanio). A jak masz pojęcie, jakiekolwiek, o badaniach EMC, to jesteś w stanie tak je skrócić, że wyrobisz się spokojnie nawet w 3, 4 godzinach (jeśli wyrób będzie zgodny oczywiście). Za to zgadzam się co do tego, że każdy średni producent elektroniki powinien sobie jakieś laboratorium zorganizować. Większość badań można sprawdzić domowymi sposobami, bo przecież nawet w teorii badania EMC są po to by chronić przed zjawiskami występującymi na codzień.

Muszę się zabrać za zrobienie LISNa. Schemat ogólnie dostępny jest w normach CISN, zastanawiam się jednak czy by nie dodać jakieś zabezpieczenie napięciowe na wyjściu sygnału z LISNa, jakaś sugestia?

Jakiego rodzaju mają być cewki i kondensatory?. Jakieś ogólne uwagi?

Zastanawia mnie też po co w tym schemacie jest rezystor 50Ω na nie badanej linii. Niby jest podłączony do neutralnego ale gdyby takiego LISNa podłączyć do "odwróconego gniazdka" to zapewne skończy się dymem.

Jakoś tego nie widzę, żeby to kiedykolwiek zadymiło. Ten rezystor w każdym przypadku zamyka się przez kondensator.

Aktualnie stosowane LISN są nieco inne:

Stosowane indukcyjności to nie tylko jakieś tam 50uH czy 250 uH, ale ważna jest ich charakterystyka tłumieniowa w funkcji częstotliwości roboczej, czyli 150 kHz - 30 MHz. Ponadto LISN ma zachować swoje własności liniowo w zakresie prądów od dziesiątków mA do 10-16-25A w zależności od wykonania. To już jest wyzwanie dla konstruktora w zakresie zastosowanych materiałów jak i sposobu wykonania. Gdyby budowa LISN była banalnie prosta, to nie kosztowały by one po kilka tysięcy zł. Zachowanie parametrów w szerokim zakresie obciążeń i częstotliwości musi kosztować.

Przede wszystkim kosztuje wzorcowanie.

Cześć

W poniższym artykule można znaleźć opis jak za małe pieniądze domowym sposobem można przetestować urządzenia.
Nie mówię tutaj o certyfikacji ale wykonanie tych testów pozwala spokojniej myśleć o testach w laboratorium.

http://www.edn.com/electronics-blogs/the-emc-blog/

Fakt, ciekawy artykuł z dość nietuzinkowym (czytaj praktycznym) podejściem do tematu. Po dłuższym użytkowaniu i przy możliwości skonfrontowania wyników z profesjonalną aparaturą, można spokojnie określać sprzęt na zasadzie: przejdzie - nie przejdzie badań notyfikowanych. Tylko całość rozważań jest poświęcona zaburzeniom promieniowanym i odporności, a nie ma słowa o zaburzeniach przewodzonych, które na co dzień są zmorą projektantów i konstruktorów, szczególnie tak popularnych przetwornic w zasilaczach. Tutaj niestety bez LISN nie za bardzo można podziałać. Jak zauważył kolega wcześniej, skonstruowanie LISN jest oczywiście możliwe, ale problemem jest kalibracja, czyli określenie wielkości odchyłek od wzorca.
Pozdrawiam

Opis stanowiska do badań przewodzonych może wyglądać tak :
https://expower.pl/?p=1
Do badań przedwstępnych promieniowanych można użyć komór TEM .
Najtańsze ma chyba Tekbox.