Универсальная программная платформа R&S ELEKTRA для испытаний по ЭМС и ее функциональные особенности

Опубликовано в номере:
PDF версия
Статья посвящена обзору основных функций специального программного обеспечения (СПО) R&S ELEKTRA компании Rohde&Schwarz, предназначенного для автоматизации измерений по ЭМС, которое в настоящее время приходит на смену программному пакету R&S EMC32. Рассмотрено назначение модулей в составе СПО R&S ELEKTRA, его основные функциональные возможности, поддерживаемые средства измерений и вспомогательное оборудование.

Введение

В настоящее время одним из актуальных вопросов в области электромагнитной совместимости (ЭМС) является повышение эффективности измерений, выполняемых в рамках сертификационных испытаний технических средств. В классической трактовке понятие эффективности обычно рассматривают относительно финансовых и временных затрат, однако для области ЭМС этого оказывается недостаточно. Действительно, трудоемкость и значительный объем операций, например при измерениях эмиссии излучаемых радиопомех на открытых измерительных площадках [1–2], создают дополнительные условия для снижения качества результатов измерений. Это обусловлено следующими причинами:

  • повышением количества ошибок из-за неполного соблюдения предписанных стандартами методик измерений («человеческий фактор»), в результате чего неконтролируемые погрешности измерений могут достигать 15 дБ [3];
  • снижением воспроизводимости результатов измерений [4] вследствие различий в конфигурации измерительной установки, наблюдаемом и при частичной автоматизации измерений;
  • снижением повторяемости результатов измерений [5] при использовании разных измерительных установок за счет расхождений в оценках базовых составляющих неопределенности измерений, относящихся как к средствам измерений, так и к управлению ими и измерительной оснасткой.

Повышение эффективности работы испытательных центров и лабораторий, выполняющих измерения по ЭМС, и уменьшение, а в ряде случаев — и полное исключение влияния названных факторов — может быть достигнуто путем использования программных средств для комплексной автоматизации измерений, которые должны отличаться широкой функциональностью и значительными возможностями конфигурирования. При этом само построение комплексных решений по автоматизации измерений в области ЭМС должно подчиняться требованиям стандартов той или иной группы, включая предписания действующего в РФ Технического регламента Таможенного союза [2]. Объединяющим ядром автоматизированных систем, предназначенных для измерений по ЭМС, должно являться программное обеспечение, обладающее адаптивностью к имеющейся базе средств измерений и оснастки.

К настоящему времени методы измерений, используемые при сертификационных испытаниях по ЭМС, приобрели вполне завершенные очертания, а их совершенствование связано в основном с повышением достижимой точности средств измерений, а также с расширением охватываемой измерениями полосы частот. На текущий момент на рынке оборудования для испытаний по ЭМС имеется большое количество разнообразных решений, и потенциально любые из них, удовлетворяющие требованиям стандартов, могут использоваться в составе автоматизированных измерительных установок.

Программное обеспечение, предназначенное для автоматизации испытаний по ЭМС, должно реализовывать:

  • управление средствами измерений и вспомогательным оборудованием в объеме, достаточном для полной автоматизации измерений помехоэмиссии и помехоустойчивости;
  • синхронизацию функционирования средств измерений и вспомогательной оснастки в соответствии с логикой проведения измерений;
  • автоматическое сопоставление с нормами, установленными стандартами заданной группы для продукции конкретного вида;
  • документирование результатов измерений с выпуском отчетов о соответствии технических средств установленным требованиям.

В начале 2000-х гг. компания Rohde&Schwarz представила программное обеспечение R&S EMC32 для автоматизации испытаний на помехоэмиссию и помехоустойчивость технических средств, обеспечивающее выполнение перечисленных функций. За прошедшее время существенные изменения претерпела номенклатура средств измерений, появились их новые образцы, сменилось несколько поколений операционных систем, появились новые требования к архитектуре программных продуктов. С учетом этого компания Rohde&Schwarz разработала новую программную платформу – СПО R&S ELEKTRA, приходящее на смену R&S EMC32. Целью настоящей публикации является обзор функциональных возможностей СПО R&S ELEKTRA.

 

Назначение СПО R&S ELEKTRA и его программные модули

Программная платформа R&S ELEKTRA своей функциональностью охватывает испытания по помехоустойчивости и помехоэмиссии [6]. Достижимая с ее помощью полнота автоматизации измерений по ЭМС определяется наличием поддерживаемого оборудования у пользователей и типом установленных модулей СПО. Для измерения эмиссии кондуктивных и излучаемых помех она находится в диапазоне, начиная с управления только измерительным приемником либо анализатором спектра, и заканчивая выдачей команд контроллерам подъема мачты и вращения измерительных антенн для ориентации по поляризации, а для измерений устойчивости к воздействию радиочастотных полей — от считывания показаний датчика электромагнитного поля, расположенного в безэховой камере, до управления всеми элементами в составе установки формирования электромагнитных воздействий. СПО R&S ELEKTRA применимо для выполняемых вручную измерений, а также при их полной и частичной автоматизации. Для этого используются программные модули из состава СПО R&S ELEKTRA [7, 8], основные из которых перечислены в таблице.

Таблица. Модули СПО R&S ELEKTRA

Модуль

Область использования

Режим испытаний

R&S ELEMS-R

испытания по устойчивости к излучаемым помехам

полуавтоматический

R&S ELEMS-C

испытания по устойчивости к кондуктивным помехам

полуавтоматический

R&S ELEMI-E

базовый пакет СПО по измерению эмиссии излучаемых и кондуктивных помех

ручной

R&S ELEMI-A

автоматизация измерений эмиссии излучаемых и кондуктивных помех

полуавтоматический

R&S ELEMI-S

полная автоматизация измерений эмиссии излучаемых и кондуктивных помех

полностью автоматический

R&S ELEMS-S

полная автоматизация испытаний по устойчивости к излучаемым или кондуктивным помехам

полностью автоматический

Для стандартов разных групп измерения могут отличаться как алгоритмами проведения, настройками средств измерений, так и нормами, с которыми сопоставляются их результаты. Следуя принципу наибольшего охвата практических задач, СПО R&S ELEKTRA поддерживает испытания на основе стандартов CISPR групп 11, 12, 14, 15, 25, 32, 35, DO-160, IEC 61000–4-3, IEC 61000–4-6, MIL-STD-461 и некоторых других.

 

Оборудование, поддерживаемое СПО R&S ELEKTRA

В значительной части случаев испытательные лаборатории по ЭМС не создаются «с нуля», а проходят эволюционный путь развития, основанный на последовательной модернизации. В то же время большинство лабораторий имеет некоторую измерительную специализацию и соответствующее ей разное приборное оснащение. Очевидно, что лаборатория, созданная для поиска проблем с ЭМС на этапе отладки технических средств, едва ли будет иметь оборудование и степень автоматизации, свойственные крупным сертификационным центрам. В связи с этим СПО R&S ELEKTRA поддерживает управление широким спектром средств измерений, например, измерительных приемников типа R&S ESU, ESCI, ESPI, ESL, ESRP, ESR, ESW и анализаторов спектра R&S FSL, FPL1000, FSV, FSW, FPC, FSH, FPH, что охватывает как наиболее функциональные и дорогостоящие приборы, так и бюджетные, но применимые для целей измерений по ЭМС. Включение в перечень поддерживаемых анализаторов спектра портативных приборов типа R&S FSH и FPH повышает гибкость комплектации измерительных установок. Максимальная автоматизация измерений эмиссии излучаемых радиопомех на открытых измерительных площадках и в полубезэховых камерах достигается за счет использования контроллеров привода антенн и вращения испытуемого объекта, предусмотренного, например, стандартом [9]. СПО R&S ELEKTRA обеспечивает измерения эмиссии излучаемых радиопомех с использованием GTEM-камер как перспективной альтернативы измерительным площадкам разной конфигурации. В обеспечение измерений кондуктивных помех поддерживаются эквиваленты сети R&S ENVx.

Для измерений помехоустойчивости программное обеспечение поддерживает управление генераторами, например, серий R&S SMA100x, SMB100x, SMC100A, SME, SMF100A, SML, SMR, SMT и др. Контроль мощности, циркулирующей в радиотракте, может быть осуществлен с использованием измерителей мощности R&S NRP2/NRX, снабженных датчиками R&S NRP-Z11, 51, 56, 57, 58, 61, 81, 85, 86, 91, 92, 98, 6A, 18A, а также ряда других средств измерений. Для усиления сигналов, необходимого для формирования испытательного электромагнитного воздействия, при использовании СПО R&S ELEKTRA могут применяться усилители R&S BBA100, BBA130, BBA150 и BBL200, а также усилители других производителей (BONN Elektronik, AR, Prana, Milmega и др.). Коммутация оборудования может выполняться при помощи устройства коммутации типа R&S OSP, также имеющего функцию внешнего управления. При этом ряд приборов в измерительной системе может быть обнаружен и идентифицирован автоматически. Многие из названных приборов имеют функцию удаленного управления по интерфейсу GPIB, который наряду с Ethernet может использоваться для объединения элементов измерительной установки в единую, гармонично функционирующую систему.

При работе с оборудованием перечисленных типов СПО R&S ELEKTRA обеспечивает установку требуемой аппаратной конфигурации для выбранного соединения оборудования, позволяет осуществлять оперативный переход между автоматическим и ручным управлением средствами измерений, а также реализовывать калибровочные процедуры, необходимые для обеспечения точности, достижимой для измерительной системы текущей конфигурации.

Нельзя не упомянуть еще одно потенциально возможное и исключительно полезное для разработчиков электронных устройств применение СПО R&S ELEKTRA. Из опыта проектирования известно, что проблемы, связанные с ЭМС, подлежат решению на всех этапах проектирования. Но ранние этапы проектирования, когда проект изделия еще не воплощен в конкретных геометрических формах, характеризуются существенно большим выбором потенциально применимых решений для обеспечения ЭМС, чем стадия отладки, и — тем более — чем стадия сертификационных испытаний. Для выявления проблем ЭМС до этапа сертификации целесообразно проведение первичных измерений по ЭМС с использованием оборудования широкого назначения, например, анализаторов спектра R&S FSH, FPC и FPL1000, которые также поддерживаются СПО R&S ELEKTRA. Это сравнительно недорогое решение позволяет обнаружить потенциальные проблемы в части помехоэмиссии даже в отсутствие полноценного автоматизированного комплекса.

Результаты таких испытаний, называемых обычно предсертификационными, в некоторых случаях могут быть учтены аккредитованными испытательными центрами [3], а также оказываются полезными для определения наихудшей конфигурации технического средства в части помехоэмиссии и помехоустойчивости.

 

Концепция интерфейса программных модулей R&S ELEKTRA

Методология измерений показателей ЭМС строго регламентирована принятыми стандартами. Несмотря на наличие возможности ручного управления оборудованием, более удобным оказывается использование сформированных на их основе специальных шаблонов, которые позволяют осуществлять измерения с минимальной предварительной подготовкой. Для испытаний изделий специального назначения обычно применяются особые стандарты, поэтому модули СПО R&S ELEKTRA допускают создание пользовательских планов испытаний. При этом, конечно же, должны учитываться технические ограничения имеющейся приборной базы. Такой подход позволяет в кратчайшие сроки начать выполнение измерений, чему также способствует интуитивно понятный одностраничный пользовательский интерфейс (рис. 1), при помощи которого могут быть выбраны тестовые шаблоны, сконфигурирована процедура тестирования, выполнена настройка привлекаемых средств измерений и вспомогательных устройств, а также настроен формат и содержание отчета, автоматически формируемого по результатам измерений. Левая группа пиктограмм на рис. 1 относится к самим тестируемым устройствам — можно задавать стандартные наборы шаблонов испытаний, например, для тестирования технических средств одного и того же класса. При необходимости поиск элементов управления, используемых для установки настроек измерений, может быть выполнен с использованием строки поиска.

Интерфейс СПО R&S ELEKTRA

Рис. 1. Интерфейс СПО R&S ELEKTRA

Конфигурация узлов в составе измерительного комплекса осуществляется указанием их типов и основных характеристик (рис. 2), оказывающих определяющее влияние на результаты измерений. Некоторые модели средств измерений, выпускаемые компанией Rohde&Schwarz, имеют встроенную память, в которую могут быть заложены, например, калибровочные таблицы. Такие данные СПО R&S ELEKTRA может использовать для автоматической коррекции результатов измерений наряду с информацией из библиотек калибровки.

Конфигурирование элементов измерительной схемы при использовании СПО R&S ELEKTRA

Рис. 2. Конфигурирование элементов измерительной схемы при использовании СПО R&S ELEKTRA

При создании отчетов результаты измерений сопоставляются с нормами, установленными действующими стандартами (рис. 3). Такие отчеты, являясь конечным результатом тестирования по ЭМС, могут быть полезны и разработчикам технического средства как отправная точка в выборе направления их доработки, если результаты испытаний свидетельствуют о нарушении норм помехоэмиссии либо помехоустойчивости.

Результаты измерений электромагнитных помех и сравнение с нормами заданных стандартов по ЭМС с помощью СПО R&S ELEKTRA

Рис. 3. Результаты измерений электромагнитных помех и сравнение с нормами заданных стандартов по ЭМС с помощью СПО R&S ELEKTRA

Важно отметить, что при переходе с СПО R&S EMC32 на R&S ELEKTRA обеспечивается сохранение тестовых шаблонов, конфигурации схем измерений и других настроек, что исключает необходимость их повторного ввода после программной модернизации измерительных установок.

 

Выводы

Таким образом, функциональность СПО R&S ELEKTRA, совмещенная с разнообразием поддерживаемого оборудования, позволяет осуществлять измерения помехоэмиссии и помехоустойчивости. В простейших случаях модули СПО R&S ELEKTRA будут управлять средствами измерений по командам, определяемым действиями оператора; в случае максимальной автоматизации ему достаточно выбрать тип измерений, стандарт и далее ожидать результата в виде сформированного отчета. В конечном счете, высокий уровень автоматизации измерений по ЭМС способствует сокращению длительности проектирования электронных устройств, что весьма важно в современных рыночных условиях.

Измерительные комплексы на основе СПО R&S ELEKTRA могут быть легко модернизированы путем замены средств измерений и измерительной оснастки на новые их модели, поскольку следующие версии программных модулей будут поддерживать такие устройства. Гибкость модернизации измерительных систем является еще одним преимуществом рассмотренной программной платформы, если ориентироваться на долгосрочную перспективу.

Литература
  1. ГОСТ 51320–99 «Совместимость технических средств электромагнитная. Радиопомехи индустриальные. Методы испытаний технических средств – источников индустриальных помех». М. Издательство стандартов. 2000.
  2. Технический регламент таможенного союза ТР ТС 020/2011. Электромагнитная совместимость технических средств.
  3. Уильямс Т. ЭМС для разработчиков продукции. Пер. с англ. Кармашева В. С., Кечиева Л. Н. М. Издательский дом «Технологии». 2003.
  4. ГОСТ Р ИСО 5725–2-2002 «Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений. Часть 2. Основной метод определения повторяемости и воспроизводимости стандартного метода измерений. ИПК «Издательство стандартов». 2002.
  5. ГОСТ CISPR 16–4-2–2013 «Совместимость технических средств электромагнитная. Требования к аппаратуре для измерения параметров индустриальных радиопомех и помехоустойчивости и методы измерений. Часть 4–2. Неопределенности, статистика и моделирование норм. Неопределенность измерений, вызванная измерительной аппаратурой». М.: Стандартинформ. 2014.
  6. R&S ELEKTRA. Программное обеспечение для испытаний на ЭМС. Проведение испытаний на ЭМС от этапа разработки до сертификации. Брошюра изделия. Версия 01.
  7. rohde­schwarz.com.
  8. R&S®ELEKTRA EMC TEST SOFTWARE. Specifications. Data sheet. Version 02.00.
  9. ГОСТ 51320–99 «Совместимость технических средств электромагнитная. Радиопомехи индустриальные. Методы испытаний технических средств – источников индустриальных помех». М.: Издательство стандартов. 2000.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *