監控系統電磁干擾研究和檢測不確定度評定

文/錢鈺鈺 孫仲杰 劉 梅 李龍國（合肥通用機械研究院有限公司）

監控系統也稱閉路電視監控系統，經典的監控系統主要由前端的音視頻傳輸設備、音視頻采集設備，后端的控制、存儲及顯示設備五大部分組成，其中后端的控制部分可進一步分為分段控制設備與中心控制設備。前、后端設備又有多種構成方式，它們之間的傳輸可以通過光纖、雙絞線、微波、同軸電纜、無線等多種方式來實現。隨著監控系統的廣泛應用，監控系統的電磁干擾對環境和其他設備的影響越來越受到重視。本文依據國家標準《信息技術設備的無線電騷擾極值和測量方法》（GB 9254—2008）[1]，對監控系統的電源端子傳導騷擾檢測技術和監控系統的輻射騷擾檢測技術進行了研究；為了降低監控系統對環境的電磁干擾，對監控系統中電源模塊的缺陷進行了整改；依據國家計量技術規范《測量不確定度評定與表示》（JJF 1059.1—2012）[2]對監控系統電源模塊的傳導騷擾檢測的不確定度進行了分析評定。

一、監控系統

某監控系統主要由顯示器、控制器、視頻矩陣切換器、RGB 矩陣切換器和傳輸系統組成，如圖1 所示。其中控制器又由控制模塊、電源模塊和存儲模塊三部分組成，通過顯示屏展示信息地圖。

二、檢測過程

1.傳導騷擾檢測方法及結果

傳導騷擾檢測主要檢測監控系統內部的電壓或電流通過信號線、電源線或地線傳輸出去的電磁干擾。對該監控系統的顯示器、控制器、視頻矩陣切換器、RGB 矩陣切換器進行檢測發現，主要是控制器中的電源模塊影響傳導騷擾檢測數據。根據GB 9254—2008 中的方法，對監控系統的電源模塊進行檢測。

檢測結果表明，檢測相位為N 時，在頻率為0.425 MHz、0.47 MHz、0.58 MHz、0.69 MHz、2.08 MHz 的檢測結果準峰值均超出對應的傳導騷擾Class A 的極限值[1]（見表1），檢測不合格。

2.輻射騷擾檢測方法和結果

輻射騷擾檢測主要檢測監控系統通過空氣傳播出去的電磁干擾，對該監控系統的顯示器、控制器、視頻矩陣切換器、RGB 矩陣切換器進行檢測，發現主要是控制器中的電源模塊影響輻射騷擾檢測數據。根據GB 9254—2008 中輻射騷擾檢測方法，對監控系統的電源模塊進行輻射騷擾測試。以準峰值為參考值，測量垂直極化與水平極化方向的輻射干擾量。

檢測結果表明，天線極性為垂直的情況下，在頻率為100 MHz、132 MHz、164 MHz、192 MHz、246 MHz的檢測結果均超出對應Class A 的極限值[1]（見表2），檢測不合格。

三、整改方法

1.傳導騷擾檢測整改

方法一。電源模塊中的噪聲源也可以通過變壓器傳播。變壓器的初級線圈和次級線圈之間的雜散電容對噪聲源有影響，嘗試在變壓器的初級線圈和次級線圈中間增加一個屏蔽層，其目的是將雜散電容接地，使噪聲對地有一個低阻抗的回路，從而減小流過LISN人工電源網絡的電流，最終降低傳導騷擾的干擾。

方法二。電源模塊中的噪聲源的傳播途徑是“變壓器的雜散電容→二極管/MOS 管→散熱器的雜散電容→散熱器→地的雜散電容→人工電源網絡”。要減小傳導騷擾的干擾，應該在初級線圈地與次級線圈地之間加一個Y 電容。Y 電容的作用是減小到地的電流，為了給MOS 管工作產生且串到變壓器次級的噪聲電流提供一個低阻抗的回路，也是為了二次側二極管產生的且串到變壓器初級的噪聲電流提供低阻抗回路，從而減小流過人工電源網絡的電流。

2.輻射騷擾檢測整改

方法一。對電源模塊在垂直極化超差部分進行分析，通過近場探頭法在電源模塊內部找出干擾源和耦合路徑。近場探頭法是把電源模塊的金屬外殼打開，然后把電源模塊分成多個區域，用頻譜分析儀的進場探頭對每一個區域進行排查。如果發現頻譜儀上的起伏超過正常值，說明對應的頻段近場探頭測到的干擾量比較大，輻射騷擾數據的超差也比較大，干擾源就在此區域，則要對之進行整改。

方法二。電源模塊的金屬外殼是由金屬板材組合而成，金屬外殼可以屏蔽一定量的電磁輻射，電源模塊的外殼接縫不緊密會造成電磁場穿透。檢查電源模塊的外殼縫隙，如果電源模塊的外殼接縫不緊密，找到電源模塊金屬殼縫隙比較大的地方，壓合緊密；如果縫隙無法壓合或者電源模塊的內部元器件超差，則選取合適尺寸的銅箔，對電源內部元器件進行粘貼，以阻礙電磁場的穿透。

四、驗證

1.傳導騷擾驗證

通過對電源模塊的改進，再次檢測監控系統的電源模塊，以相位N 為例，檢驗不同頻率的準峰值均在極限值以下（見表3），檢測合格。

表3 傳導騷擾檢測結果

2.輻射騷擾驗證

通過對監控系統的電源模塊進行改進，再次檢測監控系統的電源模塊，不同頻率的準峰值檢測數據均在極限值以內，判定為合格。

五、傳導騷擾檢測不確定度分析

1.不確定度的分析與計算

根據JJF 1059.1—2012 中對不確定度的定義和評定要求，對本實驗室電源端子傳導騷擾的測量不確定度進行評定[3]。根據GB 9254—2008 進行電源端子傳導騷擾測量操作，電源端子傳導騷擾的測量不確定度涉及EMI 接收機、場地（屏蔽室）和LISN 人工電源網絡及其他因素。

2.測量不確定度的A 類分量計算

操作重復性的不確定度，采用監控系統的電源模塊檢測任一頻率點。每次檢測后，把EMI 接收機和電源模塊調至初始狀態，關閉電源，拆卸連接電纜，使每次檢測的結果各自獨立。共測量12 次準峰值觀測值，計算12 次測量結果的算術平均值為56.2 dB，測量結果的標準偏差為1.24 dB，計算得到標準不確定度為0.36 dB。

人員偏向性的不確定度，固定一名技術人員進行實際操作，不確定度為0 dB。

3.測量不確定度的B 類分量計算

端口匹配特性的不確定度，EMI 接收機校準中包含端口匹配影響，此不確定度包含在EMI 測量接收機誤差中[4]。

樣品位置誤差，電源傳導騷擾檢測要求對樣品位置誤差也不高，位置極限誤差不大于0.02 m，不確定度約為0 dB。

環境誤差，在恒溫恒濕恒壓環境下，背景噪聲也很小[4]，不確定度約為0 dB。

場地誤差，電源傳導騷擾檢測要求對場地保障較低的電磁背景噪聲，屏蔽室可保障較低的電磁背景噪聲[4]，不確定度約為0 dB。

4.合成標準不確定度的評定

綜合上述A 類分量和B 類分量的不確定度，得到合成標準不確定度約為0.91 dB。

5.擴展不確定度的評定

測量結果不確定度的給定概率95%時，擴展因子2，則擴展不確定度約為1.8 dB[5]。

6.結果報告

根據GB 9254—2008 來測定監控系統中電源模塊的傳導騷擾準峰值為(56.2±1.8)dB，k=2。

六、結語

本文介紹了經典的監控系統技術以及監控系統對環境的電磁干擾的影響。依據標準GB 9254—2008，通過對監控系統的電源模塊的傳導騷擾檢測技術和監控系統的輻射騷擾檢測技術的研究，探討了如何通過改進設計來降低設備的電磁干擾，并通過實驗的數據來驗證改進的效果，最后對傳導騷擾檢測結果的不確定度進行分析評定。