屏蔽抑制系数测量装置的构建与应用

屏蔽抑制系数测量装置的构建与应用

华颖 杨杰 马休

江苏省产品质量监督检验研究院 江苏 南京 210000

摘要：构建一套能够完成“屏蔽抑制系数”测量的试验系统，结合Labview虚拟仪器开发完成数据采集和运算。并使用该套试验系统完成典型屏蔽电缆的屏蔽抑制系数测试，作为数据积累。

关键字：屏蔽电缆、屏蔽效果、Labview。

0引言

各类控制电缆、计算机电缆、信号电缆等用于传递电信号的连接线缆广泛应用于当今工业生产环境中，对于该类信号电缆的信号传递准确性、稳定性是关系到整个工业系统能否正常运行的关键。由于空间电磁耦合效应的存在，该类信号电缆若没有信号屏蔽层结构，其必然会耦合不同程度的干扰信号，从而影响系统的稳定性。

我们定义同规格电缆的两根电缆，区别仅在于是否具有屏蔽层结构，在一定空间内施加一个干扰信号，在两个电缆导体上分别耦合到的信号幅值之比称之为屏蔽抑制系数，该系数越小则表明屏蔽效果越好。

1测试系统构建

测试系统的基本思路是在空间中产生一个波形可调的高压干扰信号，高压峰值20~50kV，整个脉冲时间50~2000us可调，用于模拟常见的干扰信号。使用长度可调节的母线式天线，将干扰信号辐射到空间中去，然后将被测电缆及同规格同结构无屏蔽层的基准电缆按相同条件敷设，使用统一的接地点，使用峰值测量设备对电缆导体耦合到的干扰信号峰值进行测量，然后计算比值。

在整个测试系统中我们主要使用了的设备，如下表1：

表1：项目设备清单

冲击电压发生器主要技术性能:

1)输出峰值10~50kV，无极可调；

2)可输出雷电冲击、操作冲击波形，脉冲时间50~2000us可调。

高速记忆示波器主要技术性能：

1)独立4通道；

2)通道采集速率1.25GS/s，垂直分辨率9位；

3)时基范围4ns~10s。

母线式天线技术性能：

1)可根据样品需求调节长度，调节分辨率总长10%；

2)天线外径Φ200mm；

3)带有高压绝缘支柱。

上述设备组成的测量系统结构如图1：

图1：测量系统框图

结合实际使用需求，完整的辐射天线由10节独立的部分组成，考虑到单体重量和材料成本使用壁厚5mm-Φ200mm的紫铜管材制造，单节长度2m，两端使用铝合金制端头连接件，配合梯形螺纹，可以相互对拧，对拧连接后使用软铜导线短接铝合金端头，确保可靠电气连接。

单节辐射天线设计方案如下图2：

图2：单节母线式天线安装图及绝缘支柱结构图

为了方便从示波器采集数据并进行二次分析和计算，我们使用labview开发了运行于PC端的数据采集软件，该软件可以与示波器同步触发，并采集示波器数据，实时完成峰值捕捉，生成波形图片，软件如下图3：

图3：软件截图

所有数据在后台保存为excel格式，提供进一步的分析。

2测试系统的应用

我们寻找了几种常见类型的屏蔽线缆进行了屏蔽抑制系数的测量，多次测量后的对屏蔽效果进行了总结，如下表2：

表2：不同类型屏蔽的屏蔽效果汇总

进行了上述屏蔽类型与屏蔽效果关系的测定，我们可以对屏蔽电缆的规格有一定预期，在不同的应用场需要使用何种屏蔽类型的线缆做出较为准确的选择。

在GB/T9330.1-2008的标准中规定了控制电缆的最小编织屏蔽密度不得小于80%，我们一直希望搞清楚这个最小值的实际意义，所以我们订制了几个规格的模型电缆进行测试，测试结果如下图4：

图4：编制密度&屏蔽抑制系数

屏蔽抑制系数的测试实际上是直接模拟了屏蔽电缆在遇到干扰信号时的表现，但实际上在干扰信号也有不同类型，不同的波形、不同的频率，将屏蔽抑制系数与屏蔽转移阻抗测试相结合，将更好地反应出电缆的实际屏蔽效果，对此亦可作为类似项目未来的研究方向。