Меры по ослаблению помех на уровне проектирования измерительной системы космических аппаратов

При разработке интерфейсных модулей контроля температур (ИМКТ) для измерительных приборов, реализуемых по магистрально-модульному принципу построения на базе центрального приборного модуля (ЦПМ) с последовательным периферийным интерфейсом (ППИ) и используемых в составе измерительных систем на космических аппаратах (КА) различного назначения, возникает необходимость решения задач обеспечения помехоустойчивой работы ИМКТ [1].

Как показано в [1], на измерительную систему, включающую в себя термопреобразователи сопротивления (ТС), измерительные кабели, кабель

питания и функциональные узлы измерительного прибора – ИМКТ, ЦПМ, модуль питания (МП), в условиях сложившейся электромагнитной обстановки (ЭМО) на КА могут воздействовать следующие виды помех:

• •    электромагнитные помехи (ЭМП), вызванные работой энергоемкой бортовой аппаратуры (БА), непрерывно излучающей в пространство КА значительную часть своей энергии;

• •    радиочастотные помехи (РЧП), вызванные работой передающей радиосигналы БА, периодически излучающей в пространство КА значительную часть своей энергии;

• •    помехи, вызванные электростатическими разрядами (ЭСР) на электризуемых диэлектрических поверхностях КА, приводящими к кратковременному растеканию импульсных токов разряда по поверхностям корпуса КА, корпусов БА

и электростатических экранов и излучению в пространство КА мощных электромагнитных импульсов (ЭМИ) энергии;

• •    кондуктивные помехи на бортовых шинах системы электропитания (СЭП), вызванные изменением режимов работы СЭП в процессе эксплуатации КА, приводящим к пульсациям и скачкообразным изменениям напряжения питания;

• •    шумы на чувствительных элементах (ЧЭ) термопреобразователей сопротивления (ТС), вызванные флуктуациями протекающего через них измерительного тока, приводящими к хаотическо- ²⁸⁸ му изменению напряжения на выводах ТС.

Из проведенного в [1] анализа характери- стик воздействующей на измерительную систему в заданной области пространства КА совокупности различных видов помех и путей их проникновения в тракт преобразования измерительный системы следует, что для обеспечения помехоустойчивой работы ИМКТ необходимо предусмотреть комплекс обоснованных мер по ослаблению по- мех, которые должны реализовываться в совокупности на уровнях проектирования измерительный системы, измерительного прибора и ИМКТ.

Необходимость и достаточность принимаемых мер по ослаблению помех определяется на каждом уровне проектирования индивидуально, исходя из допустимых норм к уровням действующих помех, заданных в технических требованиях на КА и измерительные приборы.

Цель настоящей статьи – показать возможные меры по ослаблению действующих на измерительную систему и проникающих в измерительный прибор помех, которые могут быть приняты для обеспечения помехоустойчивой работы ИМКТ в составе измерительного прибора на уровне проектирования измерительной системы.

1.    Анализ общих мер по ослаблению действующих на измерительную систему помех

Типовыми требованиями к БА служебных систем КА по обеспечению электромагнитной совместимости (ЭМС) с ЭМО на КА являются:

• •    требования по сохранению работоспособности при возникновении статической разности потенциалов между шинами питания и корпусом КА;

• •    требования по кондуктивной ЭМС, включающие в себя требования по помехам в цепях питания, в цепях команд и в цепях контроля;

• •    требования ЭМС по полям;

• •    требования по воздействию поверхностных ЭСР.

Указанные требования к БА задают исходя из требований по обеспечению ЭМС, предъявляемых к служебным системам КА. При этом для обеспечения стойкости БА к воздействию различ-

Том 6

ных видов помех в заданном пространстве КА используют иерархическую комплексную систему защиты, включающую в себя [2]:

• •    конструкторский уровень защиты КА от ЭМП;

• •    схемотехнический уровень защиты электронных систем КА;

• •    функциональный уровень защиты КА.

При задании требований по обеспечению ЭМС к рассматриваемой измерительной системе изначально учитывают, что на КА в рамках комплексной системы защиты уже предусмотрены общие меры по ослаблению действующих на измерительную систему помех, в соответствии с которыми:

• •    во-первых, конструкция измерительного прибора включает в себя общий электростатический экран (корпус прибора), соединенный с корпусом КА, с возможностью его расширения вне прибора;

• •    во-вторых, отрицательная бортовая шина питания на выходе СЭП соединена с корпусом КА.

Для оценки эффективности предусмотренных общих мер по ослаблению помех и определения необходимости принятия дополнительных мер по их ослаблению на уровне проектирования измерительной системы используют аналитическую модель воздействия помех на измерительную систему, которая учитывает пространственное расположение всех составных частей измерительной системы в составе КА и распределение между ними энергии излучаемого в пространстве КА электромагнитного поля. Однако для определения возможных дополнительных мер по ослаблению помех на уровне проектирования измерительной системы рассмотрим упрощенную аналитическую модель воздействия на измерительную систему внешних помех (без учета пространственного расположения составных частей измерительной системы) на примере четырехпроводной схемы подключения ТС к ИМКТ, приведенную на рис. 1.

В первом случае предусмотренных общих мер по ослаблению помех возможность расширения общего электростатического экрана вне измерительного прибора (экранирование кабеля питания, N измерительных кабелей и ЧЭ ТС на N элементах КА) согласно ГОСТ Р 56530-2015 предполагается через соединители измерительного прибора [3]. Для кабеля питания и измерительных кабелей экранами служат металлические оплетки. Для ЧЭ ТС экранами служат локальные экраны на элементах КА, выполненные из фольги и соединенные с экранами измерительных кабелей. Экранируют также и другие кабели, используемые для связи с прибором (для упрощения анализа в статье не рассматриваются). Для выполнения требований по ЭМС учитывают, что экранированные кабели должны быть расположены по возможности ближе к поверхности элементов кон- обозначен как «Э») кабеля питания со стороны струкции, а длины кабелей должны быть мини- СЭП должен быть подключен через клемму непо-мальными. Также учитывают, что экран (на рис. 1 средственно к корпусу КА.

Корпус СЭП            Кабель питания            Измерительный прибор

Рис. 1. Упрощенная аналитическая модель воздействия на измерительную систему внешних помех на примере четырехпроводной схемы подключения ТС к ИМКТ

Соединение в измерительном приборе расширенного электростатического экрана с корпусом КА за счет создания эквипотенциальной поверхности, перехватывающей электрическое поле, обеспечивает защиту всех составных частей измерительной системы от электромагнитных полей внешних источников помех (ЭМП, РЧП и помех ЭСР), и исключает в процессе ЭСР растекание импульсных токов разряда непосредственно через защищаемые цепи. Однако наличие расширенного электростатического экрана в измерительной системе не препятствует протеканию переменных или постоянных токов помех между защищаемыми электрическими цепями и отдельными экранами, так как экраны становятся источниками вторичных электромагнитных полей, вызванных напряжениями наведенных на них помех.

В такой измерительной системе электромагнитная энергия Wп, излучаемая в пространство КА в виде электромагнитных волн от внешних источников помех, частично прикладывается к корпусу СЭП (Wп.ксэп), к корпусу измерительного прибора (Wп.кип), к экрану кабеля питания (Wп.экп), к экранам измерительных кабелей (Wп.эик) и локальным экранам на элементах КА (Wп.ээка). Вследствие электромагнитной индукции на импедансах этих экранов (Zксэп, Zкип, Zэкп, Zэик, Zээка) возникают от- носительно корпуса КА соответствующие напряжения наведенных помех (Uнп.ксэп, Uнп.кип, Uнп.экп, Uнп.эик, Uнп.ээка), которые и вызывают протекание токов помех. Растекание по экранам импульсных токов разряда в процессе ЭСР также приводит к возникновению этих напряжений.

Кроме того, часть энергии излучаемого внешнего электромагнитного поля за счет его проникновения через экраны измерительной системы непосредственно прикладывается к электрическим цепям экранируемых устройств. В результате в электрических цепях вследствие электромагнитной индукции возникают дополнительные составляющие переменных токов наведенных помех.

Для оценки опасности проникновения помех в измерительный прибор через электростатический экран, вызванных воздействием энергии внешнего электромагнитного поля, и определения необходимости принятия дополнительных мер по их ослаблению оценивают эффективность экранирования [4]. При этом учитывают, что степень защиты устройств от воздействия внешних помех зависит от ряда факторов: частоты излучаемого внешнего электромагнитного поля, типа проводящего материала и плотности покрытия экранов, а также от их месторасположения и размеров. Также учитывают, что внутри экранированных устройств могут возникать резонансные эффекты (например, практически любой корпус прибора с токопроводящими стенками в первом приближении можно рассматривать в качестве объемного резонатора).

Для обеспечения высокой эффективности экранирования в верхней части частотных диапазонов воздействия помех, в которых возможно проникновение электромагнитного поля через зазоры в экранах, используют конструктивные решения, позволяющие в измерительной системе закрывать весь измерительный прибор, весь кабель ²⁹⁰ питания и все измерительные кабели, а локальные экраны на элементах КА – всю рабочую поверхность ЧЭ ТС.

Как следует из [1], оценку эффективности экранирования необходимо проводить в диапазоне частот от 1 МГц до 18 ГГц для случая воздействия на экраны электромагнитных полей и от долей Гц до 1 ГГц для случая воздействия на экраны поверхностных ЭСР.

Наиболее общим параметром, определяющим эффективность экранирования, является коэффициент экранирования S , который можно рассчитать в заданном частотном диапазоне помех, используя соотношения для электрической ( E ) и магнитной ( H ) составляющих поля:

S E [дБ] = 20lg( S E ) = 20lg( E 1 / E 0 ),

S H [дБ] = 20lg( S H ) = 20lg( H 1 / H 0 ), где E ₀ и E ₁ – напряженности электрической составляющей поля до экрана и после него, H ₀ и H ₁ – напряженности магнитной составляющей поля до экрана и после него.

Однако в технике связи принято оценивать эффективность экранирования не через коэффициент экранирования S , а через затухание экранирования А _э , характеризующее величину затухания, вносимого экраном [5]:

А э [дБ] = - S [дБ] = 20lg(1/ S ).

Электромагнитное поведение экранов кабелей (несимметричных и симметричных) в широком диапазоне частот (от единиц до тысяч МГц) характеризуют в основном двумя параметрами: сопротивлением связи Z _T и затуханием экранирования А _э .

Бортовые шины +Б и -Б в экранированном кабеле питания и провода линий связи Л1–Л4 в экранированных измерительных кабелях образуют симметричные цепи передачи питания и сигналов, поэтому оценку эффективности экранирования этих кабелей на этапе проектирования проводят по расчетным соотношениям, используемым для симметричных кабелей.

Следует отметить, что на симметричные кабели для цифровых систем передачи распространяется ГОСТ Р 54429-2011 [6]. Указанный стандарт, опубликованный в 2012 году, установил новые понятия и уровни параметров экранирования для симметричных кабелей парной и четверной

Том 6

скрутки цифровых систем связи в рабочем диапазоне частот до 1000 МГц.

Сопротивление связи (transfer impedance) Z _T определяется согласно стандарту как «отношение напряжения, продольно наведенного во внутренней несимметричной цепи, образованной всеми жилами кабеля, соединенными вместе, и экраном, к току, протекающему по экрану – внешней цепи электрически короткого кабеля, или наоборот». Сопротивление связи является собственным параметром экрана, то есть зависит только от его конструкции.

Затухание экранирования (screening attenuation) А _э определяется согласно стандарту как «разность между уровнем по мощности сигнала в несимметричной цепи кабеля, образованной всеми жилами кабеля, соединенными вместе, и экраном, и уровнем наведенного сигнала во внешней цепи кабеля, или наоборот». Затухание экранирования зависит не только от конструкции кабеля в целом, но и от окружающей его среды.

Во втором случае предусмотренных общих мер по ослаблению помех предполагается, что соединение в измерительной системе бортовой шины питания -Б с корпусом КА выполнено через корпус СЭП, а для выполнения требований по ЭМС бортовые шины +Б и -Б с выхода СЭП разведены на различную БА через отдельные кабели питания лучевым способом.

Соединение бортовой шины -Б с корпусом КА исключает возникновение между ними опасного уровня статической разности потенциалов, при котором могут возникнуть ЭСР в электронных устройствах измерительного прибора. Однако такое соединение не исключает распространение кондуктивных помех по проводам бортовых шин +Б и -Б кабеля питания, наведенных и генерируемых на выходе СЭП и на проводах бортовых шин, и по проводам линий связи Л1–Л4 измерительных кабелей, наведенных и генерируемых на выходных цепях ЧЭ ТС.

В кабеле питания кондуктивные помехи, которые распространяются по проводам бортовых шин +Б и -Б, имеющим импеданс Z _+Б и Z _-Б , генерируются:

• •    в виде напряжения дифференциальной помехи U _гдп между бортовыми шинами +Б и -Б на выходе СЭП, вызванной работой ее энергопреобразующих устройств;

• •    в виде напряжения синфазной помехи U _гсп между бортовой шиной -Б на выходе СЭП и корпусом КА, вызванной протеканием токов эмиссии синфазных помех всей совокупности БА КА, подключенных к этой шине;

• •    в виде напряжения продольной помехи U _гпп на проводах бортовых шин +Б и -Б между выходом СЭП и входом МП, вызванной изменениями тока нагрузки в измерительном приборе.

В измерительных кабелях кондуктивные помехи, которые распространяются по проводам линий связи Л1–Л4, имеющими сопротивления связи Z _л1 –Z _л4 , генерируются:

• •    в виде напряжений шумов U _гш на ЧЭ ТС, вызванных протеканием через них импульсов измерительного тока I _и , формируемых в ИМКТ от источника тока (ИТ);

• •    в виде напряжений индуцированных помех на участках проводников r ₁ и r ₂ рабочей поверхности ЧЭ ТС, где r ₁ + r ₂ = R _чэ – общее сопротивление ЧЭ, вызванных распределением через эти участки токов помех, протекающих от источника напряжения наведенных помех U _{нп.ээка} на локальных экранах элементов КА через емкость изоляции С _из.чэ и сопротивление изоляции R _из.чэ между соответствующим локальным экраном и эквивалентной точкой приложения помехи к ЧЭ.

Для оценки опасности проникновения кон-дуктивных помех в измерительный прибор через провода бортовых шин кабеля питания и провода линий связи измерительных кабелей и определения необходимости принятия дополнительных мер по их ослаблению оценивают эффективность ослабления кондуктивных помех [7]. При этом учитывают, что для эффективного ослабления кондуктивных помех необходимо отдельно рассматривать дифференциальные и синфазные составляющие помех, поскольку методы решения проблем для каждого вида помех различаются. Реализованные решения для ослабления дифференциальных помех не исключают синфазные помехи и наоборот.

Для оценки эффективности ослабления кон-дуктивных помех, действующих на входе кабеля питания или измерительного кабеля, используют коэффициент затухания кабеля А _к , который рассчитывается по формуле:

А к [дБ] = 20lg( U 0 / U 1 ), где U ₀ и U ₁ – напряжения помех (дифференциальных или синфазных) соответственно на входе (на передающем конце) и выходе (на приемном конце) кабеля.

Как следует из [1], оценку эффективности ослабления кондуктивных помех необходимо проводить в диапазоне частот от 10 Гц до 100 МГц для случаев воздействия на провода бортовых шин пульсаций и переходных процессов напряжения питания, а по проводам линий связи измерительных кабелей от долей Гц до 1 ГГц для случаев воздействия на провода линий связи шумов ЧЭ ТС и наведенных помех на локальных экранах элементов КА при воздействии поверхностных ЭСР.

В обоих рассмотренных случаях общих мер по ослаблению помех в результате возникновения в измерительной системе перечисленной совокупности напряжений наведенных и генерируемых помех и проникновения их по проводам кабелей в измерительный прибор образуются:

• •    во входных цепях МП, используемых для подключения кабеля питания, напряжения дифференциальной помехи U_дп1между бортовыми шинами +Б и -Б и синфазной помехи U_сп1между бортовой шиной -Б и корпусом измерительного прибора;

• •    во входных цепях ИМКТ, используемых для подключения измерительных кабелей, напряжения дифференциальных помех U_дп2между сигнальными цепями U+ и U- в каждом канале многоканальной схемы измерения (МСИ) ИМКТ, синфазной помехи U_сп2между общей шиной 0V питания микросхем ИМКТ и корпусом измерительного прибора и синфазных помех U_сп3между сигнальной цепью U- в каждом канале МСИ ИМКТ и общей шиной 0V.

2.    Меры по ослаблению помех на уровне проектирования измерительной системы

Следует обратить внимание на то, что в образование напряжения синфазной помехи U _сп2 во входных цепях ИМКТ существенный вклад вносит образующееся напряжение синфазной помехи U _сп1 во входных цепях МП, которое проникает через элементы гальванической развязки в МП на общую шину 0V питания микросхем ИМКТ. Кроме того, МП в импульсном режиме работы генерирует напряжение внутренней помехи U _гвп , которое также проникает на общую шину 0V питания микросхем ИМКТ и создает дополнительный вклад в образование напряжения синфазной помехи U _сп2 .

По результатам оценки опасности проникновения во входные цепи ПМ и ИМКТ каждой из дифференциальных ( U _дп1 , U _дп2 ) и синфазных ( U _сп1 , U _сп2 , U _сп3 ) составляющих помех под воздействием всей совокупности наведенных и генерируемых помех в измерительной системе в заданных частотных и временных диапазонах принимается решение о необходимости принятия дополнительных мер по их ослаблению.

Следует отметить, что наличие синфазной помехи U _сп2 представляет собой наибольшую опасность для ИМКТ, так как она образуется при протекании тока помехи через емкость изоляции C _из.ош и сопротивление изоляции R _из.ош между общей шиной 0V и корпусом измерительного прибора и непосредственно воздействует на внутренние цепи МСИ ИМКТ через паразитные емкости C _п.мси этих цепей с корпусом измерительного прибора.

На уровне проектирования измерительной системы проводят обоснование необходимости принятия дополнительных мер по ослаблению в заданных частотных и временных диапазонах

Том 6

наведенных и генерируемых помех, которые распространяются по проводам бортовых шин экранированных кабелей питания и проводам линий связи экранированных измерительных кабелей и проникают в измерительный прибор во входные цепи ПМ и ИМКТ. В этом случае учитывают, что для ослабления помех в кабелях согласно ГОСТ Р 56530-2015 «экран необходимо заземлять в одной точке при f < 2 МГц и с двух сторон при f > 2 МГц; при этом если имеется опасность повышенного излучения помех самой цепью, то заземлять экран необходимо у источника, а если имеет- ²⁹² ся опасность влияния на сигнал внешних помех, то заземлять экран необходимо у приемника» [3].

Согласно стандарту из-за различий в ха- рактере и назначении передаваемых сигналов кабелю питания присваивают 3-й номер группы по ЭМС (предназначен для электропитания с током нагрузки до 1 А, провода бортовых шин которого имеет опасность повышенного излучения помех), а измерительным кабелям – 4-й номер группы по ЭМС (предназначены для передачи аналоговых сигналов, провода линий связи которых имеют повышенную восприимчивость к помехам). В соответствии с присвоенным номером группы по ЭМС задают требования к основным параметрам этих кабелей, проверяют реализуемость заданных требований для кабелей с изначально принятыми общими мерами по ослаблению помех и при необходимости принимают дополнительные меры по их ослаблению. При этом исходят из того, что уровни ослабленных помех, проникающих во входные цепи измерительного прибора, не должны превышать допустимых норм, оговоренных в технических требованиях на измерительный прибор.

В качестве дополнительных мер по ослаблению помех в рассматриваемых кабелях в зависимости от принадлежности к соответствующему номеру группы по ЭМС возможно использовать либо повив проводов, либо двойное экранирование проводов, либо их комбинацию. Рассмотрим более подробно, какие могут быть приняты дополнительные меры по ослаблению помех отдельно для кабеля питания и отдельно для измерительных кабелей.

• 2.1    Ослабление помех в кабеле питания

В кабеле питания (рис. 1) распространение помех по проводам бортовых шин +Б и -Б происходит под воздействием:

• •    напряжений наведенных помех на экране кабеля питания ( U _нп.экп ), на корпусе измерительного прибора ( U нп.кип ) и на корпусе СЭП ( U нп.ксэп );

• •    напряжений генерируемых помех на выходных шинах СЭП в виде дифференциальной U _гдп и синфазной U _гсп составляющих;

• •    напряжений генерируемых продольных помех U _гпп на проводах бортовых шин +Б и -Б.

Часть из перечисленной совокупности напряжений помех ( U _нп.кип , U _{нп.ксэп} , U _гсп , U _гдп , U _гпп ) являются одновременно источниками кондуктивных помех, так как непосредственно прикладываются к проводам бортовых шин +Б и -Б кабеля питания, и источниками индуцированных помех, так как в результате образования внутреннего вторичного электромагнитного поля, излучаемого от экрана кабеля питания, приводят дополнительно к образованию на проводах бортовых шин напряжений индуцированных продольных помех U _ипп (емкостная и индуктивная связь при ближнем поле).

Напряжение наведенной помехи U _нп.экп на экране кабеля питания является только источником индуцированных помех, так как помехи проникают на провода бортовых шин только в результате образования внутреннего вторичного электромагнитного поля, излучаемого экраном, и вносят дополнительный вклад в образование напряжений индуцированных продольных помех U _ипп .

Кроме того, проникающее через экран кабеля питания внешнее электромагнитное поле от удаленных источников помех также индуцирует на проводах бортовых шин напряжения продольных помех U _ипп (электромагнитная связь при дальнем поле).

Все перечисленные составляющие напряжения индуцированных продольных помех U _ипп действуют на проводах бортовых шин +Б и -Б синфазно и при условии Z _+Б = Z _-Б исключают возникновение между бортовыми шинами на входе МП напряжения дифференциальной составляющей помехи.

Напряжения генерируемых продольных помех U _гпп на проводах бортовых шин +Б и -Б являются источниками только кондуктивных помех, так как вызваны изменением тока нагрузки. Их действие в прямом и обратном проводе противо-фазно (в направлении протекания тока нагрузки), что приводит к возникновению между бортовыми шинами +Б и -Б на входе МП при условии Z _+Б = Z _-Б напряжения дифференциальной составляющей помехи, равного 2 U _гпп .

Результатом воздействия указанной совокупности напряжений помех является возникновение на бортовых шинах +Б и -Б на входе ПМ (рис. 1) напряжений дифференциальной ( U _дп1 ) и синфазной ( U _сп1 ) составляющих помех, уровень которых можно оценить по расчетным соотношениям (геометрические суммы независимых случайных величин):

идп1 = 4 UГдп + 4U™,

и 1 = 4и2 + и2 ,+ и2 + и2, сп1 гсп нп.ксэп нп.кип пп , где Um = 4U2п + UИпп — напряжение продольных помех на проводах бортовых шин, вызванное одновременным воздействием генерируемых и индуцированных продольных помех.

Уровни напряжений этих составляющих помех нормированы для измерительного прибора в заданных частотных и временных диапазонах и могут быть обеспечены в пределах требуемых норм путем оптимизации параметров выходных фильтров схемы стабилизации напряжения питания на бортовых шинах +Б и -Б в СЭП и входных фильтров ПМ в измерительном приборе и оптимизации электрических характеристик кабеля питания для всех источников наведенных и генерируемых помех, воздействующих на кабель.

В качестве дополнительных мер по ослаблению дифференциальной ( U _дп1 ) и синфазной ( U _сп1 ) составляющих помех, вызванных в кабеле питания источниками кондуктивных помех в СЭП ( U _{нп.ксэп} , U _гсп , U _гдп ) и измерительном приборе ( U _нп.кип ), обычно принимают меры по оптимизации параметров фильтров в соответствующих цепях приемников помех (нагрузки) на уровне проектирования измерительного прибора, основным принципом построения которых является добавление к импедансу проводов бортовых шин Z _+Б и Z _-Б высокого последовательного импеданса и низкого параллельного [8]. При этом необходимость принятия дополнительных мер по ослаблению помех в самом кабеле питания не рассматривается.

Однако повышенный импеданс проводов бортовых шин Z+Б и Z-Б может привести при скачкообразном изменении протекающего по ним тока (например, при переключении нагрузок) к недопустимому увеличению уровня кондуктивной составляющей продольной помехи Uгпп, а наличие источников индуцированных помех может привести в условиях сложной ЭМО на КА (например, при воздействии помех ЭСР) к недопустимому увеличению уровня наведенных помех на корпусе СЭП Uнп.ксэп, на корпусе измерительного прибора Uнп.кип, на экране кабеля питания Uнп.экп и, как следствие, к недопустимому увеличению уровня индуцированной составляющей продольной помехи Uипп. В этих случаях может потребоваться принятие дополнительных мер по ослаблению уровня дифференциальной (Uдп1) и синфазной (Uсп1) составляющих помех как в МП, так и в самом кабеле питания.

Кабель питания является не только приемником помех, но и источником помех, так как парал-   ²⁹³

лельно проложенные провода бортовых шин в кабеле питания образуют магнитную петлю большой площади, которая представляет собой магнитную антенну. Пульсации и переходные процессы протекающего в проводах такой антенны тока приводят к излучению через всю площадь петли магнитного поля и может вызывать высокочастотные помехи в экране кабеля питания и соседних проводах, поэтому дополнительные меры по ослаблению помех на входе МП должны также обеспечивать уменьшение магнитного излучения проводов.

В качестве дополнительных мер по ослаблению высокочастотных помех в кабеле питания, вызванных как воздействием на провода внешнего электромагнитного поля, так и излучением проводами электромагнитного поля при изменениях тока нагрузки, возможно использовать повив (скрутку) пар проводов разнополярных бортовых шин (рис. 2), выполняемый для достижения необходимого эффекта ослабления помех с определенным шагом.

Корпус СЭП

Кабель питания

Корпус прибора

Рис. 2. Скрутка проводов бортовых шин +Б и -Б в кабеле питания в виде витой пары

Однако следует учитывать, что эффект ослабления дифференциальной ( U _дп1 ) и синфазной ( U _сп1 ) составляющих помех на входе МП при скрутке проводов бортовых шин +Б и -Б в виде витой пары достигается за счет создания в проводах витой пары симметричных условий возбуждения помех, при которых возникает баланс, и проявляется в случаях дальнего и ближнего поля по-разному.

В случае дальнего поля (электромагнитная связь) эффект ослабления помех в проводах бор- товых шин достигается (как показано на рис. 2) путем уменьшения площади магнитных петель в витой паре, вследствие чего:

• • во-первых, снижается восприимчивость проводов витой пары к помехам, вызванных воздействием внешнего магнитного поля, поскольку в каждой петле витой пары провода меняются местами и внешнее магнитное поле (сплошные синие стрелки) индуцирует в проводах смежных петель витой пары токи помех в обратном направ-

• лении (сплошные красные стрелки), что приводит при равномерном шаге скрутки проводов к взаимной компенсации этих токов;

• •    во-вторых, уменьшается магнитное излучение проводов витой пары от протекающего по ним тока нагрузки, поскольку при его протекании (пунктирные синие стрелки) полярность излучаемых магнитных полей в смежных петлях витой пары меняется на противоположную (пунктирные красные стрелки), что приводит при равномерном шаге скрутки проводов к взаимной компенсации этих полей.

294        Следовательно, в сбалансированной ви той паре проводов бортовых шин кабеля питания в случае дальнего поля вклад в образование дифференциальной (Uдп1) и синфазной (Uсп1) составляющих помех на входе МП при воздействии магнитного поля будет стремиться к нулю (направление тока помехи в проводах смежных петель меняется на обратное), а при изменении тока нагрузки в проводах будет таким же, как и при отсутствии повива проводов (направление тока помехи в проводах смежных петель не меняется).

В случае ближнего поля (емкостная и индуктивная связь) эффект ослабления помех в проводах бортовых шин достигается путем выравнивания расстояний проводов в витой паре до экрана и близлежащих проводов, вследствие чего:

• •    во-первых, снижается уровень дифференциальных помех между проводами витой пары, вызванных наводками на экране и близлежащих проводах, поскольку расстояние до них на протяжении всей длины кабеля питания изменяется то в большую, то в меньшую сторону, и в смежных витках проводов витой пары индуцируются помехи соответственно то с меньшим, то с большим уровнем, что приводит при равномерном шаге скрутки проводов к выравниванию на каждом проводе витой пары уровней этих помех;

• •    во-вторых, уменьшается уровень индуцируемых помех на экране и близлежащих проводах от протекающего по проводам витой пары тока нагрузки, поскольку при его протекании (пунктирные синие стрелки), когда расстояние до проводов витой пары изменяется на протяжении всей длины кабеля питания то в большую, то в меньшую сторону, в смежных витках от каждого провода индуцируются противоположно направленные помехи соответственно то с меньшим, то с большим уровнем, что приводит при равномерном шаге скрутки проводов витой пары к взаимной компенсации этих помех.

Следовательно, в сбалансированной витой паре проводов бортовых шин в случае ближнего поля вклад в образование дифференциальной составляющей помехи U _дп1 на входе ПМ при воздействии помех, вызванных наводками в близлежащих проводах и в общем электростатическом

Том 6

экране, будет стремиться к нулю (на проводах витой пары уровни наведенных помех выравниваются), а вклад в образование синфазной составляющей помехи U _сп1 на входе ПМ также, как при изменении протекающего по проводам бортовых шин тока нагрузки, будет таким же, как и при отсутствии повива проводов (направление тока помехи в проводах смежных петель не меняется).

Таким образом, в случаях дальнего и ближнего поля применение скрутки проводов бортовых шин в кабеле питания в виде витой пары дает существенный эффект в ослаблении дифференциальной составляющей помехи U _дп1 на входе ПМ, но практически не приводит к ослаблению синфазной составляющей помехи U _сп1 .

Однако небольшой эффект ослабления синфазной составляющей помехи U _сп1 на входе ПМ может быть получен путем улучшения электрических характеристик кабеля питания:

• •    уменьшением импеданса экрана Z _экп кабеля питания (снижает уровень наведенных помех на экране кабеля);

• •    уменьшением импедансов проводов Z _+Б и Z _-Б бортовых шин (снижает уровень наведенных помех на проводах).

• 2.2 Ослабление помех в измерительных кабелях

В измерительных кабелях (см. пример четырехпроводной схемы подключения ТС к ИМКТ на рис. 1) распространение помех по проводам линий связи происходит под воздействием:

• •    напряжений генерируемых шумов на ЧЭ тс и • гш ;

• •    напряжений наведенных помех на корпусе измерительного прибора U _нп.кип , на экранах измерительных кабелей U _нп.эик и на локальных экранах элементов КА U _{нп.ээка} .

Напряжения генерируемых шумов на ЧЭ ТС U _гш являются источниками кондуктивных помех, так как непосредственно прикладываются к проводам линий связи измерительных кабелей, а напряжения наведенных помех на экранах измерительных кабелей U _нп.эик являются источниками индуцированных помех, так как приводят в результате образования внутренних вторичных электромагнитных полей, излучаемых экранами, к образованию на проводах токоведущих Л1 и Л2 и измерительных Л3 и Л4 линий связи соответствующих напряжений индуцированных продольных помех U _ипп.т и U _ипп.и (емкостная и индуктивная связь при ближнем поле).

Следует отметить, что при практической реализации измерительных кабелей в общий экран помещают несколько групп проводов линий связи отдельных каналов измерения, подключаемых к различным ЧЭ ТС через общий соединитель в ИМКТ. В таком случае помехи от близлежащих соседних групп проводов также индуцируют на проводах токоведущих и измерительных линий связи напряжения продольных помех Uипп.т и Uипп.и.

Кроме того, проникающее через экраны измерительных кабелей внешнее электромагнитное поле от удаленных источников помех также индуцирует на проводах токоведущих и измерительных линий связи напряжения продольных помех U _ипп.т и U _ипп.и (электромагнитная связь при дальнем поле).

Все перечисленные составляющие напряжения индуцированных продольных помех U _ипп.т и U _ипп.и действуют на проводах токоведущих и измерительных линий связи синфазно, но даже при условии Z _л1 = Z _л2 и Z _л3 = Z _л4 из-за различий импедансов цепей протекания тока от источников индуцированных помех не исключают на входах ИМКТ возникновение между соответствующими линиями связи напряжений дифференциальных составляющих помех.

Напряжения наведенных помех на локальных экранах элементов КА U _{нп.ээка} являются источниками индуцированных помех только для ЧЭ ТС, так как в результате образования внутренних вторичных электромагнитных полей, излучаемых локальными экранами, протекают через участки проводников r ₁ и r ₂ рабочих поверхностей ЧЭ ТС и провода токоведущих линий связи Л1 и Л2 токи помех, приводящие к возникновению на этих участках напряжений индуцированных синфазных помех U _{ип. r 1} и U _{ип. r 2} (связь при ближнем поле через емкость изоляции С _из.чэ и сопротивление изоляции R _из.чэ ), которые для проводов измерительных линий связи Л3 и Л4 являются уже источниками кондуктив-ных помех. В этом случае на входах ИМКТ из-за различий напряжений индуцированных помех U ип. r 1 и U ип. r 2 даже при условии Z л1 = Z л2 и Z л3 = Z л4 между соответствующими линиями связи будут возникать напряжения дифференциальных составляющих помех.

Особо следует отметить, что на распространение помех по проводам линий связи в измерительном кабеле также влияют синфазные помехи U _сп1 между бортовой шиной -Б и корпусом измерительного прибора, которые проникают из кабеля питания через МП на гальванически развязанную общую шину 0V питания микросхем ИМКТ, соединенную с проводом линии связи Л2 измерительного кабеля.

Результатом воздействия указанной совокупности помех является возникновение на линиях связи Л2–Л4 на входах отдельных каналов измерения ИМКТ (рис. 1) напряжений дифференциальной ( U _дп2 ) и синфазных ( U _сп2 и U _сп3 ) составляющих помех, уровень которых можно оценить по расчетным соотношениям (геометрические суммы независимых случайных величин):

U 7 = 4 U2 + UL + △ U2 , дп2 у гш      ип.чэ         ипп.и ,

и , =    2 £2 + 2 Л2 t/2 £2 ,

сп2    у нп.ик ик      сп1 кп      гвп мп ,

U , = 4U2 кг2,,, +А U2   , сп3 у гш гш         ипп.ти , где Uип.чэ – общее напряжение индуцированной помехи на ЧЭ ТС, образующееся при возникновении напряжений индуцированных помех Uип.r1 и Uип.r2 на участках проводников r1 и r2 рабочей поверхности ЧЭ ТС под воздействием наведенных помех на экране измерительного кабеля и на локальном экране элемента КА (Uнп.эик, Uнп.ээка); ∆Uипп.и = Uипп.ил3 - Uипп.ил4 – разность напряжений продольных помех между измерительными линиями связи Л3 и Л4, образующаяся из-за различий импедансов цепей протекания тока от источников индуцированных помех;

U =, U2 + U2 + U2 - общее напряже- нп.ик нп.эик нп.ээка ипп.т ние наведенной помехи в измерительном кабеле, вызванное одновременным воздействием напряжений наведенных помех Uнп.эик, Uнп.ээка на экране измерительного кабеля и локальном экране элемента КА и напряжения индуцированной помехи Uиип.т на токоведущей линии связи; kик, kкп, kмп – коэффициенты, определяющие долю напряжений воздействующих помех Uнп.ик, Uсп1, Uгвп соответственно в измерительном кабеле, в кабеле питания и в МП, проникающие на общую шину 0V относительно корпуса измерительного прибора, которые определяются по соответствующим эквивалентным схемам проникновения помех; kгш = Zл2/Rчэ – коэффициент, определяющий долю напряжения генератора шума Uгш, образующуюся на сопротивлении связи Zл2 токоведущей линии связи Л2 при протекании шумовой составляющей измерительного тока Iи через сопротивления Rчэ и Zл2; ∆Uипп.ти = Uипп.тл2 - Uипп.ил4 – разность напряжений продольных помех между токоведущей и измерительной линиями связи Л2 и Л4, образующаяся из-за различий импедансов цепей протекания тока от источников индуцированных помех.

Аналогичные расчетные соотношения напряжений дифференциальной ( U _дп2 ) и синфазных ( U _сп2 и U _сп3 ) составляющих помех могут быть получены для измерительных кабелей при трехпроводной схеме подключения ТС к ИМКТ. При этом для определения уровней помех на проводах линий связи измерительных кабелей необходимо учитывать, что в этом случае измерительные линии связи являются одновременно и токоведущими.

Уровни напряжений этих составляющих помех в заданном частотном диапазоне для измерительного прибора не нормируются, однако могут быть определены по результатам совместного проектирования измерительных кабелей и ИМКТ расчетным путем по основным параметрам измерительных кабелей (сопротивлениям связи, от ко- торых зависит затухание экранирования AS, и импедансу экрана Zэик) и импедансам цепей проникновения помех на ЧЭ ТС и входных цепей ИМКТ. Рассчитанные значения уровней напряжений помех могут быть использованы для оценки опасности воздействия составляющих помех на входные цепи ИМКТ и определения дополнительных мер по ослаблению помех.

В качестве дополнительных мер по ослаблению помех в измерительных кабелях, вызванных источниками кондуктивных помех (напряжениями генерируемых шумов U _гш на ЧЭ ТС), могут быть ²⁹⁶ приняты меры по повышению соотношения сиг-нал/шум на ЧЭ ТС путем выбора оптимального значения измерительного тока I _и при импульсном опросе ЧЭ ТС и по уменьшению фиксированного смещения напряжения в усилителе МСИ ИМКТ, вызванного присутствием на ЧЭ ТС в области низких частот фликкер-шума (1/ f -шума), путем применения метода стабилизации прерыванием [9]. В этом случае при проектировании измерительных кабелей принятие дополнительных мер по ослаблению помех не требуется.

Том 6

В качестве дополнительных мер по ослаблению помех в измерительных кабелях, вызванных воздействием электромагнитных полей (дальнее и ближнее поле), возможно использовать двойное экранирование и повив (скрутку) группы проводов разнополярных линий связи. В этом случае для выбора подходящего варианта принимаемых мер по ослаблению помех необходимо произвести оценку эффективности ослабления дифференциальной ( U _дп2 ) и синфазных ( U _сп2 , U _сп3 ) составляющих помех для обоих из указанных способов во всем частотном диапазоне их воздействия [10].

Эффективной мерой по ослаблению помех в широком диапазоне частот является двойное экранирование проводов линий связи измерительных кабелей. При таком способе ослабления помех в измерительном кабеле возможно включение внутрь общего электростатического экрана одной или нескольких групп проводов линий связи различных каналов измерения, помещенных в отдельные внутренние электростатические экраны (рис. 3).

Измерительные кабели (1-N)

Рис. 3. Пример двойного экранирования проводов линий связи измерительных кабелей при четырехпроводной ( а ) и трехпроводной ( б ) схемах подключения ТС к ИМКТ

Двойное экранирование может применяться как при четырехпроводной схеме подключения ТС к ИМКТ (рис. 3 а ), так и при трехпроводной схеме (рис. 3 б ). В обоих случаях отдельные экраны (экран 2 с импедансом Z _э2 ), размещаемые внутри общего экрана (экран 1 с импедансом Z _э1 ), должны быть изолированы (гальванически развязаны) от общего экрана. Поскольку ЧЭ ТС не имеют защитного заземления, а внутренние экраны, отдельные для каждой группы проводов линий связи, должны использоваться наряду с усилителем дифференциального типа (исключает влияние синфазной составляющей помехи U _сп3 на результаты измерения полезного сигнала), то их необходимо соединять с общей шиной 0V в ИМКТ.

При таком соединении электростатическое поле внутренних экранов препятствует воздействию электромагнитного поля от общего экрана на провода линий связи (Л1–Л4 при четырехпроводной схеме подключения – на рис. 3 а токоведущие цепи I _и , 0V и сигнальные цепи U+, U-, или Л1–Л3 при трехпроводной схеме подключения – на рис. 3 б одновременно токоведущие и сигнальные цепи I _и1 и I _и2 и общая цепь 0V) за счет создания эквипотенциальной поверхности, перехватывающей это поле, а использование отдельных внутренних экранов предотвращает взаимовлияние между группами проводов линий связи.

Со стороны источника сигнала отдельные внутренние экраны могут быть либо подключены к токоведущим выводам соответствующих ЧЭ ТС, либо не подключены (на рис. 3 а и 3 б цепь обведена красным цветом). Однако эффективность экранирования в случае подключения внутренних экранов к выводу ЧЭ ТС несколько выше (уменьшается уровень наведенных помех на эквивалентном импедансе цепи объединения внутреннего экрана с токоведущей линией связи), поэтому такой вариант экранирования предпочтительнее.

Дополнительный эффект ослабления помех в экранированных измерительных кабелях также может быть достигнут путем улучшения их электрических характеристик:

• •    уменьшением импедансов общего ( Z _э1 ) и внутренних ( Z _э2 ) экранов (снижает уровень напряжений наведенных на этих экранах помех);

• •    уменьшением сопротивлений связи ( Z _л1 – Z _л4 на рис. 3 а или Z _л1 – Z _л3 на рис. 3 б ) проводов линий связи (снижает уровень напряжений индуцированных помех на проводах).

Однако следует учитывать, что с увеличением частоты помехи эффективность экранирования уменьшается и на высоких частотах может оказаться недостаточной.

Кроме того, экранированный измерительный кабель является не только приемником помех, но и источником помех, так как параллельно проложенные провода токоведущих линий связи в из- мерительном кабеле образуют магнитные петли большой площади, которые представляет собой магнитные антенны. Протекание в проводах таких антенн импульсного измерительного тока приводит к излучению через всю площадь каждой петли магнитного поля и может вызывать на высоких частотах помехи в экране и соседних проводах, поэтому дополнительные меры по ослаблению помех на входе ИМКТ должны также обеспечивать уменьшение магнитного излучения проводов токоведущих линий связи.

В таких случаях для ослабления высокочастотных помех в измерительных кабелях дополнительно во внутренних экранах необходимо использовать повив (скрутку) одной или двух пар проводов разнополярных линий связи (рис. 4), выполняемый для достижения необходимого эффекта ослабления помех в отдельных парах с различным шагом [11].

При этом следует учитывать, что эффект ослабления дифференциальной ( U _дп2 ) и синфазных ( U _сп2 и U _сп3 ) составляющих помех на входах ИМКТ при скрутке проводов линий связи в виде отдельных витых пар (пары Л1–Л2 и Л3–Л4 на рис. 4 а или Л1–Л2 на рис. 4 б ) достигается за счет создания симметричных условий возбуждения помех в проводах каждой витой пары, при которых возникает баланс, и проявляется в случаях дальнего и ближнего поля по-разному.

В случае дальнего поля (электромагнитная связь) эффект ослабления помех в проводах линий связи достигается путем уменьшения площади магнитных петель в каждой витой паре, вследствие чего аналогично, как и в проводах бортовых шин в кабеле питания (рис. 2):

• •    во-первых, снижается восприимчивость проводов каждой витой пары линий связи к помехам, вызванных воздействием внешнего магнитного поля, так как в проводах смежных петель витой пары при равномерном шаге скрутки проводов происходит взаимная компенсация токов помех;

• •    во-вторых, уменьшается магнитное излучение проводов витой пары токоведущих линий связи от протекающего по ним импульсного измерительного тока, так как в смежных петлях витой пары при равномерном шаге скрутки проводов происходит взаимная компенсация излучаемых магнитных полей.

Следовательно, в сбалансированных витых парах проводов линий связи измерительных кабелей в случае дальнего поля вклад в образование дифференциальной ( U _дп2 ) и синфазных ( U _сп2 и U _сп3 ) составляющих помех на входах ИМКТ при воздействии магнитного поля аналогично будет стремиться к нулю, а при протекании в проводах импульсного измерительного тока будет таким же, как и при отсутствии повива проводов.

Том 6

Внутренний экран кабеля

Корпус прибора

б

Рис. 4. Пример скрутки проводов разнополярных линий связи в виде витых пар при четырехпроводной ( а ) и трехпроводной ( б ) схемах подключения ТС к ИМКТ

В случае ближнего поля (емкостная и индуктивная связь) эффект ослабления помех в проводах линий связи также достигается путем выравнивания в каждой витой паре расстояний проводов до экрана и близлежащих проводов, вследствие чего аналогично:

• •    во-первых, снижается уровень дифференциальных помех между проводами витой пары, вызванных наводками на экране и близлежащих проводах, так как на каждом проводе витой пары при равномерном шаге скрутки проводов происходит выравнивание уровней этих помех;

• •    во-вторых, уменьшается уровень индуцируемых помех на экране и близлежащих проводах от протекающего по проводам витой пары импульсного измерительного тока, так как в смежных витках при равномерном шаге скрутки проводов витой пары происходит взаимная компенсация этих помех.

В качестве примера рассмотрим возможные варианты парной скрутки проводов линий связи в измерительном кабеле более подробно.

Если повив проводов выполнен только сигнальных линий связи (цепи U+ и U- на рис. 4а или цепи Iи1 и Iи2 на рис. 4б), то в случае, когда источником помех для проводов витой пары являются экран или параллельно идущие провода токоведущих линий связи (сплошные синие стрелки), они индуцируют на смежных витках проводов сигнальных линий связи напряжения помех в одном направлении (сплошные красные стрелки) приблизительно одинакового уровня. В результате уровни напря- жений помех на проводах витой пары в пределах длины измерительного кабеля будут выравниваться. В случае же, когда источником помех для проводов витой пары является ЧЭ ТС, мгновенный ток помехи (рис. 4а) будет течь в отдельных проводах в противоположных направлениях (пунктирные синие стрелки). Поскольку параллельно идущий провод (токоведущая линия с сопротивлением связи Zл1) будет в пределах длины измерительного кабеля на некоторых участках ближе к одному проводу витой пары (линия с сопротивлением связи Zл3), на некоторых ближе к другому проводу (линия с сопротивлением связи Zл4), поэтому большее влияние на параллельный провод будет оказывать то один провод витой пары, то другой. В результате наведенные токи помех (пунктирные красные стрелки) на каждом участке параллельного провода будут иметь противоположные направления, то есть, сложившись, будут примерно равны нулю.

Для параллельно идущих проводов токоведущих линий связи так же, как и для сигнальных, при четырехпроводной схеме подключения ТС к ИМКТ источниками помех являются экран и ЧЭ ТС, под воздействием которых на этих проводах могут возникнуть дополнительные не участвующие в компенсации составляющие индуцированных помех, поэтому для их ослабления провода разнополярных токоведущих линий связи (цепи Iи и 0V на рис. 4а) также необходимо скручивать в виде витой пары. Однако, если провода отдельных витых пар будут иметь одинаковый шаг скрутки, то это приведет к возникновению взаи- мовлияния между витыми парами, так как расстояние между ними на протяжении всего витка сохраняется неизменным и эффекта выравнивания наведенных на них помех не произойдет. Поэтому для уменьшения взаимовлияния между витыми парами проводов скрутку для каждой пары следует выполнять с разным шагом, чтобы они на протяжении всего витка не оставались одинаково разнесенными к одному и тому же проводу. Кроме того, дополнительно для уменьшения взаимных и внешних влияний двух витых пар проводов может быть использована двойная парная скрутка, при которой отдельные витые пары скручивают между собой в четверку с шагом скрутки, отличным от шагов скрутки отдельных вытых пар [12].

При трехпроводной схеме подключения ТС к ИМКТ используется только один параллельно идущий провод токоведущей линии связи (общая цепь 0V на рис. 4 б ), являющийся источником помех для проводов витой пары сигнальных линий связи (цепи I _и1 и I _и2 рис. 4 б ), которые уже участвуют в выравнивании индуцированных помех на проводах витой пары, поэтому в принятии дополнительных мер по их ослаблению нет необходимости.

При наличии во внутреннем экране двух пар проводов разнополярных линий связи (использование одного ЧЭ ТС при четырехпроводной схеме подключения или двух ЧЭ ТС при трехпроводной схеме подключения) возможно также выполнять их повив (скрутку) звездной четверкой (рис. 5). Этот способ повива технологически более сложен и используется в основном из-за лучших частотных характеристик [13].

аб

Рис. 5. Пример повива (скрутки) двух пар проводов разнополярных линий связи звездной четверкой: а – вид расположения пар проводов внутри экрана с торца; б – иллюстрация наводки помех одной пары проводов на другую

При таком способе повива не требуется для каждой пары проводов шаг скрутки делать разным, так как пары проводов внутри экрана расположены по диагонали (рис. 5а), что обеспечивает равные расстояния проводов одной пары (пара 1 – выделена синим цветом) по отношению к другой (пара 2 – выделена красным цветом), при которых наводка от одного провода уравновешивается такой же наводкой от другого. Действительно, если к синей паре проводов подключить ЧЭ ТС, то при воздействующей от него помехи ток в ее проводах (рис. 5б) будет течь в разных направлениях (красный плюс и синяя точка). Протекающий ток по первому проводу пары (с красным плюсом) будет создавать вокруг себя поле и наведет помеху с определенным знаком на красные провода четверки (красные стрелки). Второй провод пары (с синей точкой) будет наводить точно такую же помеху, но с противоположным знаком (синие стрелки). Учитывая, что провода синей пары находятся на одинаковом расстоянии от проводов красной пары, а помехи, возникающие от разных проводов, равны по модулю и противоположны по знаку, то наводка на оба провода красной пары окажется равной нулю.

Следовательно, в сбалансированных витых ²⁹⁹ парах проводов линий связи в случае ближнего поля вклад в образование дифференциальной ( U _дп2 ) составляющей помех на входе ИМКТ при воздействии помех, вызванных наводками в экране и близлежащих проводах, будет стремиться к нулю (на проводах витой пары уровни наведенных помех выравниваются), а вклад в образование синфазных ( U _сп2 и U _сп3 ) составляющих помех на входах ИМКТ также, как при протекании по проводам линий связи импульсного измерительного тока, будет таким же, как и при отсутствии пови-ва проводов (направление тока помехи в проводах смежных петель не меняется).

Таким образом, в случаях дальнего и ближнего поля применение скрутки проводов токоведущих и сигнальных линий связи в измерительном кабеле в виде витых пар дает существенный эффект в ослаблении дифференциальной ( U _дп2 ) составляющей помехи на входе ИМКТ, но практически не приводит к ослаблению синфазных ( U _сп2 и U _сп3 ) составляющих помех.

Однако небольшой эффект ослабления синфазных ( U _сп2 и U _сп3 ) составляющих помех на входе ИМКТ может быть получен путем улучшения электрических характеристик измерительного кабеля:

• •    уменьшением импедансов внешнего и внутреннего экранов измерительного кабеля (снижает уровень наведенных помех на экранах кабеля);

• •    уменьшением импедансов проводов сигнальных и токоведущих линий связи (снижает уровень наведенных помех на проводах).

Заключение

Проведенный анализ общих мер по ослаблению действующих на измерительную систему в заданной области пространства КА совокупности различных помех показал, что принятие таких мер не исключает возникновение в измерительной системе наведенных и генерируемых помех и их распространение по проводам кабеля питания и измерительных кабелей. Результатом воздействия таких помех является образование на входных цепях МП и ИМКТ измерительного прибора синфазных и дифференциальных составляющих помех, ко- торые проникают в измерительный тракт ИМКТ и приводят к искажению результатов измерения.

На уровне проектирования измерительной системы возможно частичное ослабление этих помех в кабеле питания скруткой проводов бортовых шин в виде витой пары, а в измерительных кабелях введением дополнительных внутренних электростатических экранов, соединенных с общей аналоговой шиной в ИМКТ, и скруткой проводов разнополярных линий связи в виде витых пар или звездной четверкой. Также можно получить допол-

Том 6

нительный эффект ослабления этих помех уменьшением импедансов проводов и экранов в кабелях. Однако эти меры по ослаблению помех направлены, прежде всего, на ослабление дифференциальных составляющих помех и малоэффективны для ослабления синфазных составляющих помех. Поэтому проблема обеспечения помехоустойчивости ИМКТ может быть решена принятием дополнительных мер по ослаблению дифференциальных и синфазных составляющих помех на уровнях проектирования измерительного прибора и ИМКТ.