WO2007107614A1 - Mesa de ensayo para medidas de compatibilidad electromagnética. - Google Patents

Mesa de ensayo para medidas de compatibilidad electromagnética. Download PDF

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WO2007107614A1
WO2007107614A1 PCT/ES2007/000153 ES2007000153W WO2007107614A1 WO 2007107614 A1 WO2007107614 A1 WO 2007107614A1 ES 2007000153 W ES2007000153 W ES 2007000153W WO 2007107614 A1 WO2007107614 A1 WO 2007107614A1
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Carlos MASCAREÑAS PÉREZ-IÑIGO
Francisco Abad Fraga
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Universidad De Cádiz
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    • G01R29/08—Measuring electromagnetic field characteristics
    • G01R29/0864—Measuring electromagnetic field characteristics characterised by constructional or functional features
    • G01R29/0871—Complete apparatus or systems; circuits, e.g. receivers or amplifiers
    • G—PHYSICS
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    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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    • G01R29/0807—Measuring electromagnetic field characteristics characterised by the application
    • G01R29/0814—Field measurements related to measuring influence on or from apparatus, components or humans, e.g. in ESD, EMI, EMC, EMP testing, measuring radiation leakage; detecting presence of micro- or radiowave emitters; dosimetry; testing shielding; measurements related to lightning
    • G01R29/0821—Field measurements related to measuring influence on or from apparatus, components or humans, e.g. in ESD, EMI, EMC, EMP testing, measuring radiation leakage; detecting presence of micro- or radiowave emitters; dosimetry; testing shielding; measurements related to lightning rooms and test sites therefor, e.g. anechoic chambers, open field sites or TEM cells
    • G—PHYSICS
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    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/001—Measuring interference from external sources to, or emission from, the device under test, e.g. EMC, EMI, EMP or ESD testing

Definitions

  • Patent ES 2000427 describes a system for the detection of imperfections in a protective cover against magnetic radiation, whose only similarity with the present application is that it has means for generating an electric or magnetic field, as well as means for detecting of these fields.
  • a protective cover that encloses a room to be protected against electromagnetic radiation nor the arrangement of the generation means, arranged outside of a room, and those of detection located inside the same, coincide with the object and arrangement of the elements of the present invention.
  • the US 6037782 patent includes a piece of equipment that, although it shares its purpose with the present application, does not match its structure, since it has a series of non-metallic cylindrical positioners, an antenna within the test area that is used to transmit signals during the immunity test, as well as to detect emissions.
  • the US 6205408 patent includes an automatic system for continuous monitoring of automatic discharge devices, in which their structural characteristics differ from those described in this application.
  • the patent EP 1345034 that collects a pivoting measuring table for the execution of electromagnetic compatibility test on electronic components, which has a base with a device on which a first compatibility test is performed on its upper face and on its lower part to perform a second test, with which no structural means similar to those proposed in the search request are observed.
  • patent FR 2801983 describes an antenna support device that allows measurements of electromagnetic compatibility and / or radiated emissions, on a functioning electronic device.
  • This device has structural means specially designed for the intended purpose, but in no case a structure like the one described in the search request is observed.
  • the invention presented here consists of a test table for measures of electromagnetic emission and immunity compatibility.
  • the support is adjustable in height to be able to center the equipment to be measured.
  • This system allows to obtain the radiation diagram of an electronic equipment at multiple frequencies, by means of a low cost instrument. It is also possible to locate non-ionizing radiation leaks, as well as the artificial production of electrical or / and magnetic interference in the vertical plane.
  • Figure 2. Fixed platform, on which the 36 spokes are distinguished as a graduated rose.
  • Figure 3. Fixed platform in which the inkwell that will serve as an axis for the displacement of the mobile platform is distinguished.
  • Fig. 5. wood index that when moving the mobile platform marks the circular displacement of the latter on the fixed platform.
  • Figure 7 Frame, on which the cables are wound.
  • Figure 9 Vertical segment with non-through holes that serve to lift the frame on the rotating platform.
  • FIG. 11 Detail of the wooden beams that pass under the fixed platform and support the whole.
  • FIG. 12 Detail of the fixation of legs of the table to the fixed lower platform.
  • FIG. 13 Detail of the fixation of legs of the table to the fixed lower platform.
  • the base structure of the test table is formed by a wooden platform with total absence of metal elements except in the sensors.
  • the wooden platform is circular and is supported by four vertical wooden legs, which are joined almost at their lower end by a wooden chipboard, which gives it greater rigidity. See figure 1.
  • the equipment under test must be installed on the turntable and will be rotated on the vertical axis of the same, as many degrees as necessary by the test protocols, at the same time that the data of interest is acquired.
  • L being the total length of the cable
  • Iv the length of the vertical side of the square frame
  • Ih the length of the horizontal side of the square frame
  • X the reserve meters used to make the connections in the connection board.
  • the frame (see figure 8) is formed by two parallel wooden frames, separated by 8 equally wooden dividers (see figure). All the edges and edges of the frame components have been sanded to prevent occupational hazards and cut or affect the winding of the spiral cables.
  • the vertical lifting system of the frame is formed by "cleats” that give the test table the appearance of a medieval palafrén or chair (see figure 10).
  • This is formed by two wooden beams, which pass immediately below the fixed platform and are supported to the assembly by means of two horizontal wooden slats and perpendicular to the beams and the frames, fixed to the legs that support the fixed platform. See figure 11.
  • a board has been fixed in order to install a 6-terminal splice strip or electrical card to connect the turns to the coaxial cable for input of interfering signals or output of signals generated in the equipment for immunity or emission tests. See figure 14.
  • the invention presented here is used for the measurement of electric, magnetic and electromagnetic waves radiated by electrical and electronic equipment for the purpose of studying their behaviors before interference produced by themselves or by other equipment.
  • the magnetic field sensor is a coaxial cable loop the same impedance of the measuring instrument and is based on the shielding of the internal conductor of said cable, which will only receive the signal through the existing space between the mesh (placed at one end to ground) and the internal conductor.
  • the Electric Field Sensor consists of N turns of copper copper wire and is neither shielded nor grounded.
  • the test table can be used to make measurements in two ways: measurements or trials in broadband and measurements or trials in narrowband.
  • Broadband measurements use the turns without connecting any tuning element in parallel. That is, it is used as it is. Only a preamplifier will be connected between the loop and the spectrum analyzer if necessary or directly to a radiofrequency generator for immunity measurements.
  • the test table functions as a resonant circuit formed by a coil and capacitor connected in parallel.
  • the loop of the antenna is the inductor and the tuning capacitor makes it resonant at the desired frequency.
  • the tuning capacitor is located at the operator's test post in order not to introduce any metal element outside the test instrument. If necessary, it could be installed on the wooden board installed between the legs. INDUSTRIAL APPLICATION

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Abstract

Consiste en un soporte de madera con ausencia total de elementos metálicos al que se le dota de una plataforma giratoria y un bastidor de madera en el que se ha devanado dos espiras metálicas, una para emisión/recepción de campos eléctricos y otra para emisión/recepción de campos magnéticos, las cuales se conectan a un generador de radiofrecuencia/analizador de espectros y se perturba/registra el comportamiento de los equipos eléctricos o electrónicos que se introducen dentro de las bobinas. El soporte es regulable en altura para poder centrar el equipo a medir. Este sistema permite obtener el diagrama de radiación de un equipo electrónico a múltiples frecuencias, mediante un instrumento de bajo coste. Igualmente es posible localizar fugas de radiación no ionizante, así como la producción artificial de interferencias eléctricas o/y magnéticas en el plano vertical.

Description

MESA DE ENSAYO PARA MEDIDAS DE COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNÉTICA.
SECTOR DE LA TÉCNICA
Medida de las ondas eléctricas, magnéticas y electromagnéticas radiadas por los equipos eléctricos y electrónicos, con el fin del estudio de los comportamientos de los mismos ante interferencias producidas por ellos mismos o por otros equipos.
ESTADO DE LA TÉCNICA
De entre los documentos recuperados, consideramos que están más próximos al objeto de Ia invención, podemos mencionar los siguientes:
La patente ES 2000427 describe un sistema para Ia detección de imperfecciones en una cubierta protectora contra Ia radiación magnética, cuya única similitud con Ia presente solicitud es que cuenta con unos medios para Ia generación de un campo eléctrico o magnético, así como medios para Ia detección de dichos campos. En cuanto a las múltiples diferencias que podríamos mencionar se encuentran básicamente que ni el objeto de Ia invención "una cubierta protectora que encierra a una habitación para ser protegida contra Ia radiación electromagnética", ni Ia disposición de los medios de generación, dispuestos en el exterior de una habitación, y los de detección situados en el interior de Ia misma, coinciden con el objeto y disposición de los elementos de Ia presente invención.
La patente US 6037782 recoge un equipo, que si bien comparte con Ia presente solicitud su finalidad, no coincide con su estructura, ya qué cuenta con una serie de posicionadores cilindricos de naturaleza no metálica, una antena dentro del área de testeo que es usada para transmitir señales durante el test de inmunidad, así como para detectar también emisiones.
La patente US 6205408 recoge un sistema automático para realizar un monitoreo continuo de dispositivos de descarga automática, en el cual sus características estructurales difieren de las descritas en Ia presente solicitud. La patente EP 1345034 que recoge una mesa pivotante de medida para Ia ejecución de test de compatibilidad electromagnética sobre componentes electrónicos, que cuenta con una base con un equipo sobre Ia que en su cara superior se realiza un primer test de compatibilidad y sobre su parte inferior para realizar un segundo test, con Ia que no se observan medios estructurales similares a los propuestos en Ia solicitud de búsqueda.
Finalmente Ia patente FR 2801983 describe un dispositivo de soporte de antenas que permite efectuar medidas de compatibilidad electromagnética y /o de emisiones radiadas, sobre un dispositivo electrónico en funcionamiento. Este dispositivo cuenta con unos medios estructurales especialmente diseñados para el fin buscado, pero en ningún caso se observa una estructura como Ia descrita en Ia solicitud de búsqueda.
EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN
La invención que aquí se presenta consiste en una mesa de ensayo para medidas de compatibilidad electromagnética de emisión e inmunidad.
Consiste en un soporte de madera con ausencia total de elementos metálicos al que se Ie dota de una plataforma giratoria y un bastidor de madera en el que se ha devanado dos espiras metálicas, una para emisión/recepción de campos eléctricos y otra para emisión/recepción de campos magnéticos, las cuales se conectan a un generador de radiofrecuencia/analizador de espectros y se perturba/registra el comportamiento de los equipos eléctricos o electrónicos que se introducen dentro de las bobinas. El soporte es regulable en altura para poder centrar el equipo a medir.
Este sistema permite obtener el diagrama de radiación de un equipo electrónico a múltiples frecuencias, mediante un instrumento de bajo coste. Igualmente es posible localizar fugas de radiación no ionizante, así como Ia producción artificial de interferencias eléctricas o/y magnéticas en el plano vertical.
Este sistema disminuye los costes de creación de un laboratorio de verificación para pequeñas y medianas empresas, permitiéndoles evaluar el grado de cumplimiento de las Directivas y Normas de producto sobre compatibilidad electromagnética antes de remitir el instrumento a un laboratorio de Certificación. BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
Figura 1.- Estructura base de Ia mesa.
Figura 2.- Plataforma fija, sobre Ia que se distinguen los 36 radios a modo de rosa graduada.
Figura 3.- Plataforma fija en Ia que se distingue el tintero que servirá de eje para el desplazamiento de Ia plataforma móvil.
Figura 4.- Tintero de Ia plataforma superior que permite Ia rotación de Ia plataforma móvil
Fig. 5.- índice de madera que al desplazar Ia plataforma móvil marca el desplazamiento circular de ésta sobre Ia plataforma fija.
Figura 6.- Cornamusas de soporte de Ia mesa y sistema de transporte manual.
Figura 7.- Bastidor, sobre el que se enrollan los cables.
Figura 8.- Bastidor.
Figura 9.- Segmento vertical con las perforaciones no pasantes que sirven para Ia elevación del bastidor sobre Ia plataforma giratoria.
Figura 10.- Vista general de Ia mesa de ensayo.
Figura 11- Detalle de las vigas de madera que pasan por debajo de Ia plataforma fija y soportan al conjunto.
Figura 12.- Detalle de Ia fijación de patas de Ia mesa a Ia plataforma inferior fija.
Figura 13.- Detalle de Ia fijación de patas de Ia mesa a Ia plataforma inferior fija.
Figura 14.- Tablero, fijado entre las patas de Ia mesa, con el fin de instalar Ia regleta de empalme o ficha eléctrica. MODO DE REALIZACIÓN DE LA INVENCIÓN
La estructura base de Ia mesa de ensayo está formada por una plataforma de madera con ausencia total de elementos metálicos excepto en los sensores.
La plataforma de madera es circular y está soportada por cuatro patas verticales de madera, que se unen casi en su extremo inferior mediante una plancha de conglomerado de madera, Io que Ie da mayor rigidez. Ver figura 1.
En Ia plataforma de madera circular se encuentran grabados 36 radios que parten del centro geométrico de Ia plataforma hasta el perímetro, a modo de rosa graduada cada 10 grados sexagesimales, y entre ellos y equidistantes existen otros 36 puntos que señalan los 5 grados intermedios entre estos. Ver figura 2.
Sobre el centro geométrico de Ia plataforma fija de aglomerado, se ha realizado una perforación que servirá de tintero para un eje, (ver figura 3) que se ubicará en el fondo de otra plataforma circular móvil, que podrá girar libre y concéntricamente sobre Ia primera (ver figura 4) y que está dotada de un índice de madera (ver figura 5), que coincide con las indicaciones alfanuméricas de las decenas de grados sexagesimales, acabado en punta afilada (ver figura 6).
El equipo bajo a probar debe instalarse sobre Ia plataforma giratoria y se hará rotar sobre el eje vertical de Ia misma, tantos grados cuantos sean necesarios por los protocolos de prueba, al mismo tiempo que se adquieren los datos de interés.
Como sensores/transductores para los campos Magnético y Eléctrico de baja frecuencia se utilizan dos espiras, respectivamente, Ia primera de ellas formada por cable coaxial RG58U y Ia segunda por cable de cobre de alimentación eléctrica de 2,5 mm que se fijan a un bastidor (ver figura 7) de madera (que se describirá posteriormente) mediante arrollamiento en forma de espira y ataduras mediante cordel plastificado, de modo que se impida Ia deformación de Ia espira. La longitud de ambas espiras se calcula como
L = Iv * Ih + X m
Siendo L Ia longitud total del cable, Iv Ia longitud del lado vertical del bastidor cuadrado, Ih Ia longitud del lado horizontal del bastidor cuadrado y X los metros de reserva utilizados para realizar las conexiones en Ia tablilla de conexiones. EI bastidor (ver figura 8) está formado por dos cuadros paralelos de madera, separados por 8 separadores igualmente de madera (ver figura). Todos los cantos y filos de los componentes del bastidor han sido lijados para prevenir riesgos laborales y cortar o afectar a Ia envuelta de los cables de las espiras.
En cada uno de los segmentos verticales se han realizado cinco perforaciones no pasantes horizontales, que forman parte del sistema de elevación del bastidor sobre Ia plataforma rotatoria. Ver figura 9.
EI sistema de elevación vertical del bastidor está formado por unas "cornamusas" que dan a Ia mesa de ensayo Ia apariencia de un palafrén o silla medieval (ver figura 10). Éste está formado por dos vigas de madera, que pasan inmediatamente por debajo de Ia plataforma fija y se soportan al conjunto mediante dos listones de madera horizontales y perpendiculares a las vigas y a los cuadros, fijados a las patas que soportan Ia plataforma fija. Ver figura 11.
Perpendicularmente a estas vigas e inmediatamente a continuación de Ia plataforma fija se instalan cuatro viguetas verticales, dotadas de dos perforaciones horizontales, que deben coincidir con las de los segmentos verticales de los cuadros para poder pasar cuatro vastagos de madera que permitan Ia sujeción del cuadro mediante Ia gravedad terrestre. Ver figura 7.
Para asegurar Ia verticalidad de las viguetas y evitar vibraciones no deseadas se han incluido cuatro consolas formadas por cuatro viguetas de madera, dispuestas oblicuamente a las viguetas verticales y a las vigas horizontales. Ver figuras 7, 9 y 10.
Es de resaltar que todos los empalmes entre los elementos de madera se han realizado mediante cola de carpintero y espiga o tubillón de madera encolada. En Ia fijación de las patas que soportan Ia plataforma fija principal y circular, las espigas encoladas son de un diámetro superior, para dar mayor consistencia al conjunto (ver figura 12) y las cuatro patas a Ia plataforma inferior (ver figura 13).
Finalmente, entre las patas de Ia plataforma fija se ha fijado, utilizando cola de carpintero y tubillón, un tablero con el fin de instalar una regleta de empalme o ficha eléctrica de 6 terminales para poder conectar las espiras al cable coaxial de entrada de señales interferentes o salida de señales generadas en el equipo para las pruebas de inmunidad o de emisión. Ver figura 14. La invención aquí presentada se utiliza para Ia medida de las ondas eléctricas, magnéticas y electromagnéticas radiadas por los equipos eléctricos y electrónicos con el fin del estudio de los comportamientos de los mismos ante interferencias producidas por ellos mismos o por otros equipos.
Se basa en dos grupos de N espiras en forma de cuadro, sin necesidad de alimentación eléctrica, que rodea al equipo bajo prueba con polarización vertical. Cada grupo de espiras cumple una función distinta, el sensor de campos magnéticos es una espira de cable coaxial Ia misma impedancia del instrumento de medición y se basa en el apantallamiento del conductor interno de dicho cable, el cual únicamente recibirá Ia señal mediante el espacio existente entre Ia malla (puesta por un extremo a tierra) y el conductor interno. El Sensor de campos eléctricos consiste en N espiras de cable de cobre de cobre y ni se encuentra apantallado ni se encuentra conectado a tierra.
Si únicamente se utilizan las espiras, ya sea conectadas a un amplificador de radiofrecuencia como a un generador de señales, decimos que este sistema trabaja en banda ancha, mientras que si Io conectamos a un condensador variable, podremos obtener un circuito resonante LC, con el que se adaptará Ia interferencia o Ia señal interferente en banda estrecha.
La mesa de ensayo se puede utilizar para hacer las medidas en dos formas: medidas o ensayos en banda ancha y medidas o ensayos en banda estrecha.
Las medidas en banda ancha utilizan las espiras sin necesidad de conectar ningún elemento de sintonía en paralelo. Es decir, se utiliza tal cual es. Únicamente se les conectará un preamplificador entre Ia espira y el analizador de espectro si fuera necesario o directamente a un generador de radiofrecuencia para las medidas de inmunidad.
En cambio, en las medidas de banda estrecha y sin necesitar ningún tipo de alimentación, Ia mesa de ensayo funciona como un circuito resonante formado por bobina y condensador conectados en paralelo. La espira de Ia antena es el inductor y el condensador de sintonía Ia hace resonante a Ia frecuencia deseada. El condensador de sintonía se ubica en el puesto de ensayo del operador con el fin de no introducir ningún elemento metálico ajeno al instrumento de ensayo. Si fuera necesario se podría instalar en Ia tabla de madera instalada entre las patas. APLICACIÓN INDUSTRIAL
No se considera necesario hacer más extensa esta descripción para que cualquier experto en la materia comprenda el alcance de Ia invención y las ventajas que de Ia misma se derivan.
Los materiales, forma, tamaño y disposición de los elementos serán susceptibles de variación, siempre y cuando ello no suponga una alteración a Ia esencialidad del invento.
Los términos en que se ha descrito esta memoria deberán ser tomados siempre con carácter amplio y no limitativo.

Claims

REIVINDICACIONES
1.- Mesa de ensayo para medidas de compatibilidad electromagnética, caracterizada por comprender un soporte de madera con ausencia total de elementos metálicos al que se Ie dota de una plataforma giratoria, sobre el que se dispone un bastidor de madera regulable en altura, sobre el que se devanan dos espiras metálicas, una para emisión recepción de campos magnéticos, y otra para emisión recepción de campos eléctricos.
2.- Mesa de ensayo para medidas de compatibilidad electromagnética, según reivindicación 1 , caracterizada porque sobre el soporte de madera tiene marcados una serie de radios y sobre el centro geométrico de Ia plataforma se fija mediante un eje una plataforma giratoria, que gira concéntricamente y de manera libre sobre Ia plataforma fija.
3.- Mesa de ensayo para medidas de compatibilidad electromagnética, según reivindicaciones 1 y 2, caracterizada porque cuenta con un bastidor formado por dos cuadros paralelos de madera, en los que sobre cada uno de los segmentos verticales hay realizadas unas perforaciones pasantes horizontales, que permiten Ia regulación en altura del bastidor respecto del resto de Ia plataforma giratoria.
4.- Mesa de ensayo para medidas de compatibilidad electromagnética, según reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque el sistema de elevación está formado por unas "cornamusas" formado por dos vigas de madera que pasan por debajo de Ia mesa, que quedan soportados al conjunto mediante dos listones de madera horizontales y perpendiculares a las vigas y a los cuadros.
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