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《电源资讯》经典文献 — 虚拟仪器技术浅谈

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  • 2008-6-23 15:23:45
虚拟仪器技术浅谈

姜然

虚拟仪器(Virtual Intrument,简称VI)是计算机技术与仪器技术深层次结合产生的全新概念的仪器,是对传组仪器概念的重大突破,是仪器领域内的一次革命。
一、虚拟仪器概述

计算机在测试和自动化领域中的应用,导致了仪器“驱动器”概念的诞生,驱动器又称驱动程序。仪器驱动器是介于计算机与仪器硬件设备之间的软件中间层,由函数库、实用程序、工具套件等组成,是一系列软件代码模块的统称。它驻留在计算机中,是连接计算机和仪器的桥梁和纽带。采用驱动器可以使计算机有能力控制物理仪器设备,随着VXI、PXI等标准总线的出现,开创了测试系统发展的崭新空间——虚拟仪器(Virtual Instruments)。虚拟仪器代表着从传统硬件为主的测试系统到以软件为中心的测试系统的根本性转变。

1 技术规范回顾

计算机在测试领域的应用经历了总线型仪器、PC仪器、虚拟仪器等不同的发展阶段。伴随着这一过程,仪器驱动器技术规范以通用性为基本出发点,仪器互换性和互操作规程性以及软件移植性为根本指导原因,从最初的IEEE-488.2、SCPI(Standard Command for Programming Instrument)发展到现在的IVI-MSS(Measurement and Stimulus Subsystem)、IVI-Signal Interface,已经走过了艰辛而漫长的历程。它们建立在Windows操作系统驱动程序设计模式VxD和WDM(Windows Driver Model)之上,并融入了仪器操作的具体内容。

2 驱动器开发

根据以上驱动器设计规范发展回顾及分析可知,驱动器开发也分为两种类型:基于VPP规范的即插即用型驱动器开发和基于IVI系列规范的互换型驱动器开发。

(1)即插即用型驱动器开发

开发基于VPP规范的即插即用型驱动器的过程分为两步。第一是仪器驱动器外部接口的设计,它表示仪器驱动器如何与外部软件接口,通常提供两种方式的接口:程序式开发接口和图形软面板。软件开发者通过程序式开发接口可以理解每个仪器驱动器函数的功能以及在应用程序中如何调用每个函数、另一种接口方式是图形化软面板,通过这一软面板可以直接操作控制物理仪器。第二是要完成仪器驱动器的内部模块设计,实现仪器的硬件功能。使用程序式开发接口的用户了解了这一功能,可以在应用程序中直接应用这些模块,而不必通过软面板操作。

要完成第一项工作应选用界面编辑功能较强的编程环境,减少仪器软面板的开发时间;第二项工作通过调用VISA I/O库中的函数来完成,编程语言按照VPP规程可以选用ANSI C、BASIC或者Ada等。选用合适的图形软件工具可以把这两部分工作集成到一个环境下完成,省去两部分的连接工作,例如NI公司的可视化软件平台LabWindows/CVI。CVI开发环境中两部分组成:用户界面设计器和源代码编程器。

(2)互换型驱动器开发

与即插即用型驱动器类似,基于IVI系列规范的互换型驱动器开发也包括两部分。第一是分析测试系统的功能需求,以功能或信号的形式分类定义驱动器组件的接口。这些接口是对UUT测试需求的描述,有严格的主义标准,将不随仪器种类和软件类型而改变,是标准的,通用的。第二是驱动器组件接口的内部实现,它被封装在组件内部,可以根据具体的开发工具和编程人员特长来开发,是非标准的、特殊的。

对于基于IVI系列规范的驱动器开发,目前还没有专业的、IVI基金会指定的开发工具。但由于其采用COM技术,因此可以使用任何支持组件开发的编程平台进行开发。设计人员在理解技术规范的基础上可以利用现有的图形化编程工具(比如VC++、VB等)进行设计。

需要说明的是,IVI是介于VPP和IVI-MSS之间的一个过渡性规范,它既有IVI-C的C语言形式,也有基于COM的IVI-COM组件形式,并且接口的严格语义标准目前只发布了八类仪器的技术规范,因此可以根据具体情况选用相应工具进行开发。

3 发展趋势

(1)信号型驱动器

由前面对IVI-Signal Interface标准的介绍可知,信号型驱动面向UUT的测试需求,是需求驱动的,符合当前微型计算机体系结构发展趋势,而且实现了更高层次的仪器互换和互操作,通用性好。

(2)网络化驱动器

网络的普及给各个行业都带来了巨大冲击,测试领域也不例外,网络化虚拟仪器和仪器网络化现已成为当前测试技术的一个研究热点。而要想实现远程控制仪器就必须提供仪器设备的网络化驱动器或在现有仪器驱动器的基础上添加网络化功能。

(3)VISA兼容更多的接口类型

计算机接口技术不断发展,涌现了许多商业化PC总线,如USB、Ethernet等,这也是影响虚拟仪器发展的关键技术之一。

(4)与商业TPS开发平台“即插即用”

驱动器是连接计算机和物理仪器的中间环节,是虚拟仪器开发的重要资源,当前的TPS开发平台向着集成、高效、商家垄断方向发展,如HP公司的VEE、NI公司的LabVIEW、LabWindows/CVI等。

(5)源代码级开放式结构

当前,从源代码开放的角度来讲,虚拟仪器设计领域存在三种驱动器类型:封闭黑盒型,封装型和开放源代码型。

(6)可视化配置操作

可视化与完备的人机交互能力是现场代软件开发的基本要求,作为虚拟仪器核心的驱动器在这方面应能满足客房的更高的需求。把软件开发人员从繁重的代码编写任务中解脱出来,而把主要精力放在测试功能的实现上是驱动器设计迫切需要解决的问题。

(7)拓展应用空间

仪器驱动器是计算机控制物理仪器设备的中间环节,随着虚拟仪器的不断发展,这一思想也拓展了崭新的发展空间。驱动器越来越多地以“服务”的形式为测试程序提供功能调用。 4 关键技术

(1)COM技术

COM技术的核心是组件,组件是可以明确辨识和管理、可以提供某项服务的自包含的软件模块。它封装了一定的数据(属性)和方法(函数),并提供特定接口。开发人员通过访问这些特定接口来使用组件,与其它程序模块通信、交互,实现预期功能。组件是实现仪器驱动器语言、平台无关和网络位置透明的关键技术。

(2)多线程技术

同步、触发、时序操作是仪器控制的客观要求,而多线程技术是满足这一要求的关键技术。

(3)引擎技术

测试程序的仪器操作过程是TPS利用驱动器控制硬件仪器的过程。为了优化这一控制过程,需要引擎技术,把软件代码的控制需求转变成实际的物理仪器操作。测试中用到的最多的同步、触发功能,若有多个同步步骤需要连接、高速触发,在这样的情况下,仅需要测试码去控制是很难满足需求的。为此,可以设计基于引擎技术的同步触发引擎,把测试需求编程一定的序列输入到相应的同步触发引擎中。依据测试程序的执行自行触发这一序列,将大大提高测试效率,满足更高的测试速率要求,使测试程序具有自主触发和时钟路由能力。

(4)软件工程技术

仪器驱动器是对物理仪器的功能描述,软件工程技术将能保证驱动器设计的功能完备性。

二、虚拟仪器的组成
由硬件和软件两部分组成。

1.硬件获取测试对象的被测信号。虚拟仪器的硬件主体是电子计算机。为计算机配置的电子测量仪器硬件模块是各种传感器、信号调理器、模拟数字/转换器(ADC)、数字/模拟转换器(DAC)、数据采集器(DAQ)等。电子计算机及其配置的电子测量仪器硬件模块组成了虚拟仪器测试硬件平台的基础。

2.测试软件控制实现数据采集、分析、处理、显示等功能,并将其集成为仪器操作与运行的命令环境。软件开发平台为支撑。仪器驱动、接口软件和应用程序。



三、虚拟仪器的特点

经过二十来年时间的发展,虚拟仪器得到了越来越广泛的应用,已成为未来仪器仪表的主要发展方向。虚拟仪器技术被广泛的看好,是因为具有以下优势:

(1)性价比高。

虚拟仪器能同时对多个参数进行实时高效的测量,同时,由于信号的传送和数据的处理几乎都是靠数字信号或软件来实现的,大大降低了环境干扰和系统误差的影响。此外,用户也可以随时根据需要调整虚拟仪器的功能,大大缩短了仪器在改变测量对象时的更新周期。采用虚拟仪器还可以降低测试系统的硬件环节,从而降低系统的开发成本和维护成本。

(2)标准化、模块化。

虚拟仪器采用标准的接口总线技术和模块化的仪器硬件,这符合军用装备研制的通用化和小型化需求,有利于装备成系列发展,有利于装备的技术保障。

(3)仪器系统小巧紧凑。

采用VXI和PXI总线式结构,一个机箱能插入多块仪器卡,例如:PXI总线机箱能同时插入8块卡,即一个机箱能集成8个仪器。这将使测试系统体积大大缩小,结构更加紧凑。

(4)远程测试。

虚拟仪器充分利用了计算机技术,也包括计算机网络技术,虚拟仪器与传统仪器相比,能够更方便有效地支持远程测试或网络测试。虚拟仪器在复杂系统的测试方面最具优势。随着计算机技术的飞速发展,虚拟仪器在实时性方面取得显著改善。

(5)可有用户定义仪器功能。

由于仪器的功能可以在用户级上产生,故它不再完全有仪器生产厂家来确定,用户可以根据自己的需要,通过增加或修改软件,为虚拟仪器加入新的测量功能而不用购买一台新的仪器。

四、虚拟仪器的发展趋势

电子测试仪器的数字化、计算机化是发展方向。

然而,目前虚拟仪器的应用受到了一定的限制。这是因为面向微波、通信等领域的专用测试仪器,包括通用仪器的高端产品一直以来是台式仪器垄断着市场,相应的模块化仪器产品为数不多。不过,近年来已有多家仪器厂商正在研制、开发面向测试高端领域的宽带、高速、复杂的模块化仪器。从目前计算机、微电子和软件行业发展情况来看,基于计算机的虚拟仪器已将单台仪器所具备的高品质测量功能完全嵌入到计算机中。这种新型的、可直接编程的仪器,随着计算机的功能与灵活性的不断改进而进步。它在保持高档仪器测量品质的同时,还可以满足目前各种应用的多样性要求;同时又具有进一步扩展其功能一定的灵活性,更直接地解决使用过程中所遇到的各种难题。

虚拟仪器的另一个方向是各种标准仪器的互连及与计算机的连接,未来的仪器也应当是网络化的。虚拟仪器技术将PC技术及以太网络相结合,利用实时控制与嵌入式控制器技术革新,促进测量和自动化技术的发展。虚拟仪器技术可利用以太网络的功能,将来自测量或控制设备中的资料直接传送到web网页上,甚至将数据传输到手机上读取资料。使用虚拟仪器技术,您可以使用以太网络的强大功能远程控制仪器设备,或是与远在其他办公地点甚至其它国家的同事合作处理一个项目。

商业科技的发展浪潮将会继续,同时也会将虚拟仪器技术推向新的水平。因此,性能的提高将会更容易实现,从而节省宝贵的开发及系统集成时问,同时又比传统仪器测量方案成倍降低成本。没有人能够准确地预测未来的虚拟仪器将会发展到怎样的程度,但是有一点可以肯定——PC机与其相关的科技将会是虚拟仪器技术的核心,而有了它的帮助将会更成功。

五、远程虚拟仪器管理实战

虚拟仪器技术的出现彻底打破了传统仪器由厂家定义、用户无法改变的模式,用户借助通用的仪器硬件平台,调用不同的测试软件,就可以构成不同功能的仪器。对远程虚拟仪器中的网络通信、工作原理、实现方案等作了系统的探讨和研究。

医生通过互联网操控异地的机器人,对患者成功实施手术。

远程虚拟仪器系统是近年来诞生并发展迅速的一种新型网络测控技术,它不同于一般的信息网络技术,其主要应用于远方有传感器或其他数据接收设备得到的数据的传输与通信。例如,医疗系统远程会诊、环境监测与数据分析等等。对远程虚拟仪器中的网络通信、工作原理、实现方案等作了系统的探讨和研究。

虚拟仪器与远程虚拟仪器

随着微电子技术、计算机技术、软件技术和网络技术的高度发展,在科研、工业和医学领域,随着低成本高性能的计算机资源的有效利用,数字化平台逐渐成为测量仪器的基础。仪器技术和计算机技术的深层次的结合创造了虚拟仪器的概念,将计算机(处理器、存储器、显示器等)和通用仪器硬件(A/D、D/A 变换器、数字输入/输出、定时和信号处理器等)与用于数据分析、过程通讯及用户图形界面的软件有效地结合起来,就组成了虚拟仪器。

虚拟仪器技术的出现彻底打破了传统仪器由厂家定义、用户无法改变的模式,用户借助通用的仪器硬件平台,调用不同的测试软件,就可以构成不同功能的仪器。虚拟仪器能提供给用户一个充分发挥自己才能和想象力的空间,用户可以随心所欲地设计和构造自己的仪器系统以满足多种多样的测试需求,而所需的只是一些必要的硬件、软件加上通用计算机。仪器的智能化和虚拟化已经成为未来各级实验室以及研究机构发展的方向,“The Soft is Instruments(软件就是仪器)”正在被广大科技、教学工作者逐步接受。

继“软件就是仪器”的概念之后,出现了“网络就是仪器”的新观念。远程虚拟仪器就是虚拟仪器在网络领域的扩展。远程虚拟仪器技术结合了虚拟仪器技术与网络技术,将虚拟仪器的应用范围拓展到整个Internet网上,使信号采集、传输和处理一体化,一方面可以使许多昂贵的硬件资源得以共享,充分利用现有的实验室资源; 另一方面还有利于远程教育实验教学的开展,从而解决限制远程教育中的实验教学进行的难题。因此构建基于Internet上的远程虚拟仪器实验系统已经成为虚拟仪器应用发展的一个重要的环节。远程虚拟仪器结构模式如图1所示。



远程虚拟仪器的实现

无论哪种远程虚拟仪器系统,都是将硬件仪器(传感器、调理放大器、A/D卡)搭载到远端服务器上,加上应用软件并和本地的笔记本电脑、台式 PC 机或工作站等各种计算机通过网络相连而构成的,实现了用计算机和网络技术的全数字化的采集测试分析,因此远程虚拟仪器的发展跟计算机和网络技术的发展步伐完全同步,显示出其灵活性和强大的生命力,Internet为实现远程虚拟仪器系统提供了一个很好的平台,利用浏览器/服务器模式,操控者可以在浏览器端控制远程服务器进行测试以及进行远程实验的操作,从而实现对远地实验系统的远程控制和监控。

远程虚拟仪器是虚拟仪器在网络领域的拓展,除了具备虚拟仪器的全部优点外,主要优势还在于不受地域、环境的限制。用网络技术组建的远程虚拟仪器系统,可以使信号采集、传输和处理一体化,不但可以共享许多昂贵的硬件资源,而且还便于扩展测试系统、提高测试效率,所以应用极为广泛,是科研、教育、开发、测量、检测、计量、测控等领域不可多得的好工具,更值得一提的是它的出现对远程医疗、远程诊断等新兴领域的发展有重要意义,也使现代远程教育的全面开展成为可能,同时也会使教学实验走上一个新的发展高度。
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中国移动吉林公司基站防雷整治实例探讨分析
李德锋

(中国移动通信集团吉林有限公司网络部 长春 130062)
[摘 要]:本文通过对雷电电磁脉冲的特点及危害性进行分析,列举出了现行有效的防雷电电磁脉冲措施,指出了移动通信基站现有防雷系统中雷电电磁脉冲防护存在的问题,根据实际情况提出了移动通信基站雷电电磁脉冲防护方法和整体改造设计思路及施工要求及改造后的效果。
[关键词]:移动通信基站 雷电电磁脉冲 防护措施 设计思路 施工要求 改造效果
引言
雷电是发生在大气层中的声、光、电物理现象,它给人类的生活带来巨大影响,雷电造成的灾害自远古以来就一直威胁着人类和地球上的一切生物。随着科学技术的发展,在现代生活中,雷电除对生命造成危害,使建筑物和森林发生火灾,更严重的是对电力、广播电视、航空航天、邮电通讯、国防建设、交通运输、石油化工、电子工业等几乎是各行各业产生危害,尤其是近年来电子计算机技术的普及和微电子设备对雷电电磁脉冲的敏感,使置身于常规防雷设计的建筑内的弱电子设置因雷电和伴随的雷电电磁脉冲的侵扰所造成的损失日趋严重,经济损失剧增。雷电的主要危害形式有电效应、热效应、机械效应、反击作用、雷电波侵入、电磁感应等几个方面。
随着移动通信网络规模不断扩大,移动通信基站的覆盖面要求越来越广,基站的建站环境也越来越恶劣,多数山区站点建设在引雷高发的高山山顶,而且高山站点移动通信基站的天线设置大多安装在铁塔和建筑物的房顶上,电源线路和传输线路大都采用架空线路,相对周围环境而言,形成十分突出的目标, 从而导致雷击事故概率增多,通信设备损坏、通信中断,耗费了大量人力财力。据统计2006年中国移动吉林公司全省基站共计发生80次雷击事件,累计损失达114万余元,严重地损害得了国家和企业的利益。
怎样才能有效地预防雷害,确保移动通信基站设备和工作人员的安全呢?多年来的实际维护和工程经验告诉我们:必须根据移动通信基站的实际情况,在现场勘查的基础上设计有针对性的整体综合性防雷方案,严格按照设计方案及标准规范施工。
在整个防雷技术措施方面,有屏蔽、等电位连接、接闪、引流等多种措施和方法,需要根据实际情况因地制宜、有的放矢的选择整改措施,以期叨叨防雷的目的。
一、 雷电电磁脉冲介绍
雷电电磁脉冲(Lightning Electromagnetic Pulse),简称LEMP,是天空打雷时产生的作为干扰源的强大闪电流及其电磁场。它的感应范围很大,对建筑物、人身和各种电气设备及管线都会有不同程度的危害。这种危害就是雷电电磁脉冲所产生的干扰。
雷电电磁脉冲防护的概念包括很广,可以说除直击雷以外的所有各种雷击灾害的防护都包括进去了。或者说富兰克林发明的避雷针只能防护雷电直击建筑物的灾害,此外的一切防雷技术措施都归属LEMP的防护,它是现代防雷技术的主要部分。
现代防雷是一个系统工程,因为闪电是发生在整个空间范围的,从对流层以下的大气范围直至地表之下,全方位地危及人类的生产和生活,上至航天飞行器,下至深埋地下的油、气管道及电缆,隧道工程,无不受到其侵害,所以防护工程也要全方位的考虑。把防雷保护划分几个区,层层设防,根据各个区域的雷电特性分别考虑,就可以比较安全,又可以经济有效。
二、 雷电电磁脉冲特点及危害
对于移动基站的防护,直击雷造成设备损坏的概率,在雷害事故中的比例较小,由于文章篇幅原因,此处不做直击雷防护介绍。
对于电子设备集中的高山站点的机房,更为严重的感应产生的过电压波,它的概率远比直击雷大得多,云中的闪电、远处的落雷都足以在电源线、天馈线、传输线等这些架空导线上产生感应电压,感应电压的与线的高度成正比,与闪电通道至架空线的垂直距离成反比。若1Km远处发生闪电,50KA的闪电电流可以在8m高的架空导线上产生10KV的感应过电压。C.F.Boyce曾估算过,雷云在起电和移动过程中就能在绝缘良好的架空短线上产生10KV-20KV的高压,可见LEMP的作用范围之大。他还估算出,3KM远处的落地雷,可以在一般的架空通信线上产生1KV以上的过电压,这样的过电压,虽然它是持续时间很短的脉冲电压,但沿导线传送到机房内,就可能对机房的精密微电子设备造成故障或者损坏。
雷云在起电、移动和先导放电的过程中,对架空线会产生静电感应,使之产生异性静电位,一旦雷云对地放电,导线中的束缚电荷成为自由电荷,以冲击波的形式对地向线路两端移动,电荷移动所形成的电流(I)乘以导线的波阻(Z),即为雷电感应电压。
架空线路(无屏蔽)雷电感应过电压幅值,可用下列公式表示:

式中:
Ug-感应过电压幅值(kV) I-雷电流幅值(kA)
hd-导线距地高度(m) S-雷击点与导线垂直距离(m)
除了直接向线缆流入雷电流以外,由于云间放电,通过电磁感应,也能在线缆上诱发感应电压和电流。如果放电通道与线缆线路相平行,由于电磁感应,将使线缆的导体产生一定的纵向电动势,并随之流过一定的电流。实际上线缆上的过电压冲击,绝大多数是感应产生的。但因其能量一般较小,电压低,电流弱,通常很少对线缆本身造成危害。只能对线缆相连接的设备构成危害。
地下线缆的雷电感应过电压与雷击点入地雷电流幅值、雷击处的土壤电阻率、线缆与雷击点的距离、线缆掩埋深度、线缆屏蔽及其接地状况等因素有关。感应过电压分为静电感应和电磁感应两部分,对于输电线路来讲,其过电压以静电感应为主。国内外实验表明,若有5kA雷电流流入接地网,在其附近5~10m远的无屏蔽线缆上将感应5~7.5kV 的过电压。但线缆有金属护套,并且两端做良好接地,则感应过电压幅值将降至250~750V。
当雷电击中线缆附近大地时,落雷点的电位显著升高,而线缆延伸至很远,其远端电位可视为零,所以雷击点附近的线缆电位也几乎为零,这样一来,落雷点与线缆之间便出现极大的电位差。如果这一电位差超过了雷击点与线缆间的土壤耐压强度时,便击穿土壤,形成了从雷击点到线缆的电弧通道,大量雷电流涌向线缆,这种雷击,损害程度与雷电直击线缆相当,同样会造成线缆严重破坏。
综上所述,雷电电磁脉冲可以通过雷电感应、雷电波侵入、雷电地电位升高对移动通信基站的各类设备系统造成严重危害。
三、 移动通信基站现有防雷系统中雷电电磁脉冲防护存在的问题
为进一步做好雷电防护工作,根据2006年累积损害情况,2007年初,我们组织技术单位对白山地区靖宇县下管辖的雷害最严重的西沟、马架山站点进行了详细的现场勘查与分析。这两个站点在近几年的雷雨季节中,曾多次遭遇雷击,配电箱、低压供电电缆及通信线路等曾受到多次雷击破坏,导致设备毁损、屏蔽层击穿、系统终止等事故发生,每年的经济损失多达数十万元。
现场勘查表明:
1. 西沟与马架山基站接地网结构不合理,机房接地引入线从铁塔防雷地中直接引入到机房接地汇集排上。
2. 西沟与马架山站点电源长距离架空至机房配电箱,在架空过程中未采取任何防护措施。容易因直击雷造成线路过压,损坏线路与之相联的设备;
3. 马架山站点低压电缆直接进入机房,未采用铠装电缆,不能有很好的屏蔽效果。西沟站点铠装电缆在入室前铠装层未作接地处理。由于雷电流的高频趋肤效应,电缆感应的雷电流绝大部分均在铠装层寻找途径上泄放,由于铠装层没有接地,极易导致对地(或其他线路、设备等)放电打火,轻则导致电缆接头击穿短路,重则引起设备损坏,甚至导致火灾事故;
4. 光缆长距离架空,没有埋地就直接接入室内综合柜内,光缆有铠装层但未采取任何接地措施,悬空。虽然光缆中的加强筋在设备端作了良好接地,但同低压电缆一样,长距离架空容易遭受直击雷和感应雷,由于雷电流的高频趋肤效应,感应的雷电流绝大部分均在铠装层寻找途径上泄放,由于铠装层没有接地,极易导致对地(或其他线路、设备等)放电打火,轻则导致光缆接头击穿短路,重则引起设备损坏,甚至导致火灾事故烧毁光缆;
5. 天馈的C点接地悬空。众所周知,铁塔是非常容易遭受雷电袭击的。虽然,塔基下面有较好的防护接地网,但在遇到超低空雷击时,其静电电流很大,在雷电入地前,可能早已通过馈线防护层窜入了室内机架,这样,馈线接地非但没有起到防雷保护效果,相反可能“引狼入室”。本次改造中馈线接地必须接到单独的馈线保护地上(采用一点接地即可),以确保设备安全。特别是C点接地的重要性,对C点的接地方式作改造:C点必须用扁钢或电缆直接与地网相连;
四、 工程中对站点雷电电磁脉冲防护采用的方法
根据现场勘查的结果,我们针对基站的不同情况采取针对性的解决措施。
1. 改造基站联合接地网(最好保证接地电阻小于10Ω)和接地连接工艺,保证在有雷击侵入时,给雷电一个可靠的泄放途径和通道,使雷电流能够顺利并迅速的泄放到大地中,而不会因反击损坏设备。变接地体宜采用辐射形或环形;联合接地网改造后符合下图:



2. 在变压器低压侧安装一组户外跌落式低压避雷器(20kA强雷电避雷器),以增强对来自低压输电部分的雷电泄放能力,提高变压器低压侧的防雷保护,避免电表、闸刀等经常损坏;
3. 基站的交流供电系统采用金属铠装电缆埋地引入的方式,其埋地长度宜不小于50m。埋地的电力电缆的外护金属层两端应就近妥善接地,另外,电缆外导体对内导体有静电屏蔽作用,电缆的外导体同内导体形成电容很容易将芯线上高频性质的感应电荷泄放入地,可一定程度限制感应雷电波侵入;
4. 电源线的进线在入室前,将电缆的铠装层做可靠接地,就近直接接入联合地网中,增强对感应雷的屏蔽和泄放。避雷针在接闪直击雷电流时,接地网会出现接地极上雷电流经电阻耦合的高电位引入情况,这就需要在线路进户处必须装设一组(4个)户外跌落式低压避雷器,将高电位钳制在安全值。按照DL/T499-2001《农村低压电力技术规程》零线在进户前作重复接地处理,将零线、避雷器的接地、电缆金属外皮、绝缘子铁脚、金具连在一起接地,保证在故障时保护中性线的电位尽可能保持接近大地电位;
5. 站内、外使用的电源配电箱不宜安装漏电保护开关,只安装断路开关或跌落式熔断器;
6. 通信光缆对机房设备造成的雷害通常是由光缆的金属铠装层或金属加强筋引起的。
A. 将光缆铠装层在进机房前就近接地,入户处直接与机房联合地网相连或直接接到室外馈线C点接地排上,将光缆铠装层上的感应雷电流直接泄放到地,将雷害的威胁直接阻止在室外不进室内,从而保证室内设备的安全;
B. 将光缆金属加强芯的接地安装应作妥善处理。将光缆加强芯和光缆终端盒内专用的加强芯接地母排妥善连接,同时将加强芯接地母排直接与室外馈线接地排相连,布放的接地线宜不小于35mm2,且宜短、直。若与馈线接地排距离较长(大于2m),也可与室内接地汇集线就近连接。此外,加强芯专用接地母排应与光缆终端盒体和机架内金属体进行电气隔离。
五、 改造后的效果
2007年7月份完成对白山地区雷害最严重马架山和西沟两个的站点进行防雷接地整体改造后,目前两个站点均未有雷击事故发生,达到了改造的预期效果,降低了高山站点在雷雨季节的通信故障率和设备维修率。同时从全省基站防雷专项整改工作效果进行对比,2007年全省共计完成70个雷击相对严重的基站防雷系统改造工作,截止目前未发生一起雷击事件。2007年统计全省累击基站48次,雷击损失90余万,累计次数比下降40%,雷击损失下降20%。
范围 2006雷击基站数量 2007雷击基站数量 2006雷击损失金额(完) 2007雷击损失金额(万) 雷击次数降低 雷击损失降低
全省 80 48 114 90 40.00% 20.00%
范围

2006雷击基站数量

2007雷击基站数量

2006雷击损失金额(完)

2007雷击损失金额(万)

雷击次数降低

雷击损失降低

全省

80

48

114

90

40.00%

20.00%





结束语
移动基站正常工作关系到千家万户,而基站防雷地网系统是保证通信网络畅通、人员和设备安全的重要环节,随着移动通信基站覆盖区域的不断扩大,其建设的外在地理环境也将更加多样化和复杂化,移动通信基站的防雷工作也将面临更大压力。做好基站雷电防雷工作基础管理,加强基站防雷工程的规范化,从涉及基站铁塔、天馈线、土建、供电、设备安装以及周围建筑等许多方面入手,需要我们树立长远的战略目标,不断总结经验,从实际情况入手,不断提高防雷技术水平和基站的防雷能力。
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防止电磁波泄漏及泄密

李卫兵 秀育企业股份有限公司奇联电子制品厂工程部


大量的调查表明,足够强的电磁辐射,通过生物组织的反射、吸收和穿透作用,对人体确有各种明显的危害。对动物的试验发现,电磁辐射能产生病理、生理和神经效应,如灼伤、影响消化、引起兴奋、痉挛、不安、疲惫、白内障、高血压等症状。到目前为止,国际上因怀疑电磁辐射原因致病的诉讼案件呈上升趋势,虽然还未完全弄清电磁辐射对人体危害的机理和后果,但对人体易受电磁辐射危害的器官,如人体、眼睛、大脑、神经、皮肤和血液等以及对生物组织的致热效应和非热效应进行了大量的研究。电磁辐射致病,已经逐步被人类所认识,人类正在采取措施加以控制。

人们对电磁兼容的含义作出了科学的概括,认为电磁兼容是指“设备(如家庭中的电视机和家用电脑等)在共同的电磁环境中。能一起执行各自功能的共存状态。即一台设备不会由于受到处于同一电磁环境中的其他设备的电磁发射导致或遭受不允许的降级,它也不会使同一电磁环境中其它设备(如家庭中的电视机和家用电脑等)因受其电磁发射而导致或遭受不允许的降级。”

要解决好电磁干扰问题,必须从电磁波的产生(干扰源)和接收(抗干扰,也就是常说的防护)两个方面采取措施,抑制传导干扰和辐射干扰、增强抗干扰能力,使电气、电子设备既不是电磁干扰源,又具有一定的抗干扰能力,达到EMC的理想状态。任何电气、电子设备不因自身的寄生发射或电磁泄漏而影响附近的其它电气、电子设备正常运行或形成电磁污染,同时又能在一定条件下保持正常工作,即被认为具有电磁兼容能力。

由于电磁兼容性几乎涉及到所有的电气、电子设备,国际电工委员会(IEC)正积极着手开展EMC的标准化工作。IEC中具体负责制定EMC国际标准的是第77技术委员会(TC77)和国际无线电干扰特别委员会(CISPR)。另外,在IEC理事会下特设有一个电磁兼容性咨询委员会(ACEC)的机构,负责对TC77和CISPR与其它技术委员会(TC)之间有关EMC标准的协调。从对电磁干扰采取措施的方法,将EMC标准分为辐射标准和防护标准。辐射标准用于限制电气、电子设备辐射的干扰波。防护标准则用于提高电气、电子设备对外来干扰的承受(抗干扰)能力。按所包含的内容进行分类,EMC标准又可分为基本标准、通用标准、产品标准三类。



电路工作时电源发生的电力变化是导致电磁波泄漏的原因。为了解决这一问题,采用了电源去耦方法,通过用滤波器和电容器将电源布线进行电气分离,将电磁波封闭在发生源附近。NEC开发出了一种新安全技术,可减少信息通信设备的电磁波泄漏,可使设备画面显示的信息以及键盘输入的字符代码等平面文字信息不易被盗。可将平面文字信息重叠的泄漏电磁波减少到无法检测的程度。这是通过可减少LSI工作时电磁波产生的印刷布线底板构造、电源去耦用电路型元件的封装技术,以及基于设备机壳和线缆外皮的降噪等技术实现的。

盗用者可通过载有键盘输入的字符代码以及画面显示泄漏的电磁波再现信息,从而会危及信息安全。作为对策,业界正在研究用强电波进行干扰以及抑制电磁波放射的方法来防止盗用者接收泄漏电磁波。

为了抑制电磁波的放射,NEC将着眼点放在了印刷底板上。这是因为:电路工作时电源发生的电力变化是导致电磁波泄漏的原因。为了解决这一问题,该公司采用了电源去耦方法,通过用滤波器和电容器将电源布线进行电气分离,将电磁波封闭在发生源附近。作为兼具电容器性能的低通滤波器,开发了将低阻抗线结构元件(LILC)插入到电源布线途中的封装技术。此外,通过改进底板构造、机壳及线缆外皮,使电磁波泄漏降低到了比日本国内一般适用的规定值小40dB(按功率比计算为万分之一,约为电视电波的百万分之一)的水平。
transformer1
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LV6
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  • 2008-6-23 19:05:10
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樓主的這編文章我之前在論壇中有看到過. 雖然現在的模擬軟件非常多,但實用的沒有幾個..
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