用于电磁防护功能的EAST微弱信号的电路系统研究.doc

用于电磁防护功能的EAST微弱信号的电路系统研究 季建珍 江苏省宜兴中等专业学校江苏宜兴214206 摘要：在电磁环境中，电磁兼容与电磁防护是不可分离的有机整体，日益复杂的高集成电子设备对电磁防护提出了更高的要求，电磁防护在新型的智能系统的开发下得以快速的发展，其中，在磁约束核聚变装置（EAST）中的物理信号，是基于软X射线和XUV等辐射诊断电路系统诊断而成的，需要针对微弱信号处理系统进行电磁防护，以有效地达到满意的信噪比。在本文中，关键对微弱信号处理系统的电磁防护措施进行了阐述，并且在磁约束核聚变装置（EAST）的各诊断电路系统中得到了实际的应用。 关键词：电磁防护；east；微弱信号；电路系统 磁约束核聚变是将聚变材料在一种特殊的磁容器中进行加热，根据强磁场对带电粒子的物理约束特性，进行聚变反应，最终形成一个聚变反应堆。东方超环（EAST）的核聚变实验装置的成功建立使中国的磁约束聚变技术站到了世界前列，这种EAST实验用探测器进行探测，在微弱的信号转换过程中极易引入噪声，因此，要采取适合的电路系统电磁防护措施，减弱噪声的引入，从而提高信噪比。由于X射线诊断系统对电路系统要求更高的带宽、更低的噪声，因此，在微弱信号的电磁兼容设计中，通过最佳电磁防护措施，可以提高电路系统的稳定性。 1电路系统中的电磁干扰简述 由于EAST装置的电磁环境比较复杂，电磁干扰源的传播也比较多元化，电源、信号线等导线还有屏蔽体和接地导体都是干扰传播源，称之为传导干扰，另外还可以通过空间的电磁传播以及线缆等进行干扰传播，称之为辐射干扰。针对这些电磁干扰，运用EMC设计，其设计对象是针对低频的微小信号，可以使外界对微弱信号处理电路的干扰减小，抑制外界对电路系统的噪声干扰，增强其稳定性和安全性能。 2电磁防护措施在信息处理电路系统中的有效应用 在复杂的EAST装置的电磁环境中，主要针对上述的两种电磁干扰进行针对性的电磁防护措施：运用屏蔽措施可以有效针对处理辐射性电磁干扰，运用接地和滤波的措施，可以有效针对传导干扰。下面，主要介绍这几种电磁防护措施的具体应用： 2.1针对辐射性电磁干扰的屏蔽措施 屏蔽的概念，即是指在复杂的EAST装置的电磁环境中，采用特定的材料，对传输过程中的电磁干扰进行有效拦截，从而使电磁干扰的能量逐渐减弱，起到减小噪声的作用。 2.1.1电屏蔽措施。这种措施的采用前提是必须进行良好的接地条件，在这一条件之下，选择由特定材料制成的屏蔽体，通过减弱一两组电路间的电场感应，起到屏蔽电磁干扰的作用。 2.1.2磁屏蔽措施。因磁场耦合的作用，在电磁干扰源与电路设备中会产生电磁干扰，磁屏蔽措施就是采用分流的磁场效应，将内外磁场阻隔于屏蔽体内，仅提供低磁阻的通路来进行分流。 2.1.3电磁屏蔽措施。这种措施是将特殊金属作为屏蔽体，特殊金属与电磁波之间必然会产生物理反应，因其特定的特性，对电磁波会产生反射和吸收的物理效应，将外界的干扰屏蔽，就可以有效地屏蔽电场和磁场的干扰分量。 在复杂的EAST装置的X射线诊断和XUV诊断的微弱信号处理系统中，其屏蔽方式如图所示： 通常采用哑铃模型的分立屏蔽方式，对哑铃的两端：包括探测器、信号转接机柜和双铰传输线进行分别屏蔽，再用信号和电源线进行合理而安全的连接，这样就实现了电路系统的整体屏蔽效 2.2针对传导性电磁干扰的接地措施 2.2.1电缆屏蔽层接地措施。复杂的EAST装置的X射线诊断和XUV诊断的微弱信号处理系统中，可以有效地将屏蔽与接地联合运用，采用特定材料的金属屏蔽层，并且用双绞线电缆进行微弱处理信号的传输，这种措施可以使工频噪声降到允许范围值内，大约在10mV左右。 2.2.2电路系统接地措施。在进行电路系统接地的设计中，要考虑多个不同的电路，减小各不同电路之间的电流，断绝电路系统中各单元电路之间的耦合，采用串行单点接地和并行单点接地两种方式，缩减微弱信号处理回路，并消除地电位差，这两种方式都可以对传导性的电磁干扰产生影响，各有优缺点，因而也在实验测试中可以与在实际应用中互为补充。 2.3针对传导性电磁干扰的滤波措施 2.3.1微弱信号处理电路的滤波。在EAST装置中，由于电磁环境复杂，一般采用有源2阶的滤波器，它可以使电压产生增益放大功能，并且在稳定的带宽之内能实现低通滤波功能。 2.3.2微弱信号处理电路的电源滤波。微弱处理信号的电路设计中，由标准的机箱提供直流电源，但是在电流输出过程中呈现一定的纹波，这对微弱信号处理电路的影响不利，因此，要采用电源滤波措施，经实验得知，机箱电源自身产生的噪声值为2mV，而使用了电源EMI滤波器的装置，其输出的噪声值为1mV，由此可以看出，在标准机箱的DC电源下，采用电源EMI滤波器可以明显地降低电源噪声，抑制了传导性电磁的干扰。 3结束语 参考文献： 1曲兆明,雷忆三,王庆国,闫丽丽,秦思良.高效电磁屏蔽复合材料设计及其屏蔽效能测试J.高电压技术，xx(09). 2肖冬萍,袁军,何为,简鑫,周小艳.高空核爆电磁脉冲对便携式监护仪的辐射效应J.高电压技术，xx(07). 3李建刚.我国超导托卡马克的现状及发展J.中国科学院院刊，xx(05).