煤礦井下電子設(shè)備電磁干擾的預(yù)防

摘要：煤礦井下的電子設(shè)備會(huì)受到電磁干擾的嚴(yán)重影響，為了使煤礦井下的電子設(shè)備能夠發(fā)揮正常的作用，避免發(fā)生安全事故，必須采取有效的措施來預(yù)防煤礦井下電子設(shè)備的電磁干擾。文章對(duì)電磁干擾的來源和傳播途徑進(jìn)行了介紹，并以此為基礎(chǔ)提出了煤礦井下電子設(shè)備的電磁干擾預(yù)防措施。

關(guān)鍵詞：煤礦；井下電子設(shè)備；電磁干擾；電磁場(chǎng)干擾；電感性干擾；電容性干擾 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TD61 文章編號(hào)：1009-2374（2015）31-0159-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.31.082

在我國(guó)煤礦生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域都已經(jīng)廣泛地應(yīng)用到了現(xiàn)代電子設(shè)備，例如煤礦井下瓦斯多點(diǎn)智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、洗煤廠的電磁篩、井下生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)等，這些設(shè)備都會(huì)受到電磁干擾的影響。在煤礦井下廣泛地用電子設(shè)備，會(huì)增加周圍空間的電磁場(chǎng)電頻，嚴(yán)重影響煤礦井下的電磁環(huán)境，因此必須采取有效的措施來預(yù)防煤礦井下電子設(shè)備受到電磁干擾的影響。

1 煤礦井下電磁干擾的來源

1.1 電磁的兼容性

在頻譜資源、時(shí)間和空間有限的情況下，各電子系統(tǒng)和設(shè)備能夠互不干擾的狀態(tài)稱之為電磁兼容性。要對(duì)電子產(chǎn)品的質(zhì)量進(jìn)行衡量，電磁兼容性是一個(gè)重要的指標(biāo)。要通過電磁兼容性來消除和控制電磁干擾，使電子系統(tǒng)和設(shè)備在一起工作時(shí)不會(huì)降低和惡化任何部分的工作性能。

1.2 電磁干擾的來源

電磁干擾的形式包括電磁場(chǎng)干擾、電感性（磁場(chǎng)）干擾、電容性（電場(chǎng)）干擾，必須詳細(xì)了解電磁干擾的來源。煤礦井下的電磁干擾主要有兩方面的來源，外部干擾源帶來的干擾是其中一種。設(shè)備外部的電源和線路會(huì)對(duì)設(shè)備造成電磁干擾，表現(xiàn)在以下五個(gè)方面：第一，電力機(jī)車的接觸網(wǎng)造成的電磁干擾。電力車的軌道鋼軌是接觸網(wǎng)的地線，其直接與巷道中的巖石接觸。這也造成了巖層中流入了大量的雜散電流，形成交變分量的電磁干擾。這一類型的電磁干擾不僅具有電力電纜電磁干擾的特性，而且還具有隨機(jī)脈沖特性。第二，煤礦井下電力電纜帶來的干擾。由于在電力電纜中突然接入了大功率的設(shè)備，造成了電壓的波動(dòng)，從而形成高次分量的頻譜，形成電磁干擾，這一類型的電子干擾具有起伏性、周期性和脈沖的特點(diǎn)。第三，環(huán)境溫度造成的電磁干擾。設(shè)備內(nèi)部的一些元件對(duì)溫度比較敏感，溫度的變化會(huì)使其參數(shù)發(fā)生改變，進(jìn)而對(duì)其他原因造成干擾。第四，變頻裝置和外部大功率設(shè)備造成的電磁耦合效應(yīng)產(chǎn)生的電磁干擾。第五，外部電源漏電造成的電磁干擾。

2 電磁干擾的傳播形式

2.1 直接傳導(dǎo)

通過導(dǎo)線能夠?qū)㈦姶鸥蓴_從干擾源傳遞給電子設(shè)備。在煤礦井下如果電子設(shè)備和干擾源具有電氣聯(lián)系或者共用一個(gè)電源，就會(huì)出現(xiàn)直接傳導(dǎo)。

2.2 輻射傳播

當(dāng)電磁干擾源具有較高的頻率時(shí)，而被干擾的電子設(shè)備與電磁干擾的波長(zhǎng)相比較大時(shí)，或者干擾對(duì)象和電磁干擾源之間的距離r≥λ/2π，就會(huì)以干擾源為輻射場(chǎng)向外輻射電磁。這樣一來，電子設(shè)備中的敏感元件就會(huì)受到電磁波的能量。一些具有天線效應(yīng)的控制線和輸電線路能夠接收空間中的電磁輻射能，一旦超過了電子設(shè)備的電磁兼容性，就會(huì)影響電子設(shè)備的工作。

2.3 感應(yīng)耦合

當(dāng)電磁干擾源較低的頻率時(shí)，而且被干擾的電子設(shè)備的幾何尺寸與電磁干擾波長(zhǎng)相比相對(duì)較小，或者被干擾設(shè)備與電磁干擾源之間的距離r≤λ/2π，就可以將電磁干擾源視為感應(yīng)場(chǎng)或者似穩(wěn)場(chǎng)。此時(shí)其對(duì)電子設(shè)備的影響主要是通過電子感應(yīng)的方式來傳播電子干擾，包括電感性耦合、電容性耦合和共阻抗耦合等。與輻射傳播不同的是，能量通過感應(yīng)耦合的方式傳輸時(shí)，隨著傳輸距離越來越遠(yuǎn)，能量也會(huì)加速衰減。與此同時(shí)，感應(yīng)耦合的傳播方式具有很強(qiáng)的方向性。

3 煤礦井下電子設(shè)備電磁干擾的預(yù)防措施

3.1 控制干擾源

3.1.1 在電路設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)干擾源進(jìn)行控制。以開關(guān)電源為例，電源能夠產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁干擾，其原因在于切換放過性質(zhì)的電壓電流還出現(xiàn)了較大的諧波電流和電壓。這就需要保障開關(guān)電源的可靠性和穩(wěn)定性，做好開關(guān)電源的電路設(shè)計(jì)工作，盡可能地削弱或抑制電磁干擾的產(chǎn)生。要盡量避免90°折線的電路布線，并且使用負(fù)反饋電路。要對(duì)模擬電路PCB布線和數(shù)字電路進(jìn)行正確的分區(qū)，特別是提高對(duì)相鄰線之間的信號(hào)的信距和間距的重視，以避免出現(xiàn)串?dāng)_的現(xiàn)象。要使用小電流電路與大電流電路的單點(diǎn)接地，從而減小共組干擾。與此同時(shí)，還可以將輸出整流回路包圍的面積減小。

3.1.2 控制電磁干擾源傳播的能量。可以通過超導(dǎo)線圈耦合電容或者降低干擾源的電壓來降低干擾信號(hào)的電壓，從而實(shí)現(xiàn)控制電磁干擾源傳播的能量。與此同時(shí)，也可以使用分流的方法對(duì)其進(jìn)行控制，例如分散場(chǎng)分布降低強(qiáng)場(chǎng)、使用加接分流回線的布置來削弱回路面積較大、線路引線較長(zhǎng)的耦合干擾。

3.2 控制電磁干擾的傳播途徑

3.2.1 濾波。通過濾波能夠限制干擾信號(hào)，使有用信號(hào)能夠順利通過，對(duì)電子設(shè)備進(jìn)行保護(hù)。濾波能夠有效地消除干擾耦合、抑制干擾源。例如將濾波器安裝在直流電源的輸出端，就可以將脈沖頻率中極高的部分吸收掉。

按照原理可以將濾波器分為吸收式和反射式兩類，吸收式濾波器在煤礦井下用的比較廣泛，其主要組成部分是鐵氧體材料制成的有耗器件，能夠吸收阻帶內(nèi)的噪音，消除電磁干擾。

3.2.2 屏蔽。屏蔽主要是用來應(yīng)對(duì)輻射耦合感應(yīng)的電磁干擾，能夠?qū)⑤椛鋪淼碾姶挪ㄇ袛?，隔離屏蔽體內(nèi)外的“場(chǎng)”。如果被干擾設(shè)備和干擾源之間的距離≤λ/2π則為近場(chǎng)，反之則為遠(yuǎn)場(chǎng)。電磁干擾主要集中在遠(yuǎn)場(chǎng)，要選擇良好的金屬導(dǎo)體作為屏蔽材料，選擇導(dǎo)磁性較好的材料作為屏蔽低頻磁場(chǎng)的材料，選擇較薄的良導(dǎo)體作為屏蔽高頻磁場(chǎng)的材料。如果需要同時(shí)對(duì)磁場(chǎng)和電場(chǎng)進(jìn)行屏蔽，就要選擇對(duì)較小的良導(dǎo)體材料。要以材料吸收電磁波的性能為依據(jù)，選擇合適的屏蔽材料

厚度。

要保障屏蔽外殼的完整性最好能夠使用防爆外殼。然而煤礦井下使用的防爆外殼具有一定的孔縫，降低了屏蔽的效果。為了減小泄漏，可以在孔縫中加入金屬絲網(wǎng)或?qū)щ娨r墊。

3.2.3 接地。接地指的是地下或者接入作為參考的電路的某一點(diǎn)，因此稱為懸浮地。常見的接地形式有混合接地、多點(diǎn)接地和單點(diǎn)接地，被接地的對(duì)象主要是機(jī)殼接地、功率接地和弱信號(hào)接地。單點(diǎn)接地適用于低頻電路，高頻電路則應(yīng)該使用多點(diǎn)接地或者擴(kuò)大地下面積，盡量使用粗短的引線并且就近接地。

3.3 增強(qiáng)電子設(shè)備的抗干擾性能

電子設(shè)備的抗干擾能力能夠通過屏蔽、接地等方式得到提升，與此同時(shí)也可以使用光電耦合實(shí)現(xiàn)分離，從而增強(qiáng)電子設(shè)備的抗干擾性。在進(jìn)行電子設(shè)備的電路設(shè)計(jì)時(shí)要考慮到電子設(shè)備干擾性的問題。

4 結(jié)語

在煤礦生產(chǎn)中，要運(yùn)用到大量的電子設(shè)備，這就難免會(huì)產(chǎn)生電磁干擾。電磁波干擾會(huì)影響電子設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，從而嚴(yán)重影響了煤礦井下施工的安全。因此必須采取有效的措施來預(yù)防煤礦井下電子設(shè)備的電磁干擾，保障煤礦井下電子設(shè)備的正常運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1] 陸吉斌.煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)干擾分析及防治策略[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014，（29）.

[2] 林引.礦用高可靠性本安型傳感器電源電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2013，（6）.

[3] 許利軍，郁杰.煤礦井下電子設(shè)備電磁兼容技術(shù)的優(yōu)化[J].煤炭技術(shù)，2013，（5）.

[4] 陶秋香.煤炭電子信息電磁干擾問題的研究[J].煤炭技術(shù)，2013，（5）.

作者簡(jiǎn)介：楊嘉如（1985-），男，江蘇常州人，中煤科工集團(tuán)常州自動(dòng)化研究院工程師，研究方向：礦用通信監(jiān)控產(chǎn)品的檢測(cè)檢驗(yàn)。

（責(zé)任編輯：蔣建華）endprint