煤矿井下基于LabVIEW平台的电磁干扰测试方法研究

王丹

【摘要】本文基于煤矿井下电磁兼容和电磁干扰的现状，提出了采用LabVIEW平台进行电磁干扰的测试研究。充分利用

虚拟仪器技术的优势，为煤矿井下的电磁干扰的测试和分析提供了一种新的方法。

【关键词】电磁干扰信号测试煤矿安全LabVIEW

Method and Research for Electromagnetic Interference based on LabVIEW platform under Coal Mine

Wang Dan

（Shenyang Branch of China Coal Science and Industry Group，Fushun 113122，China）

Abstract：In this paper， LabVIEW platform is used to test and research electromagnetic compatibility and interference based on current situation under coal mine. The paper provides a new method for the analysis of electromagnetic interference by making full use of the advantages of virtual instrument under coal mine.

Keywords：electromagnetic interference，signal testing，mine safety，Labview

一、引言

随着现代电子设备广泛应用于煤矿生产的各个领域，电子设备在煤矿井下必然导致在其周围产生的电磁场电平不断增加，造成对其它设备的干扰，同时也受到来自其他电子设备的干扰，因而不可避免的涉及到电磁兼容性的问题。电磁兼容性是指“设备、系统在共同的电磁环境中能一起执行各自功能的共存状态。包括以下两个方面：设备、系统在预定的电磁环境中运行时，可按规定的安全裕度实现设计的工作性能、且不因电磁干扰而受损或产生不可接受的降级；设备、系统在预定的电磁环境中正常地工作且不会给环境（或其它设备）带来不可接受的电磁干扰。”因此科学有效地进行电磁干扰的测试和分析为控制和消除电磁干扰提供了重要的判据，有利于煤矿安全的发展。

虚拟仪器技术就是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。自1986年问世以来，世界各国的工程师和科学家们都已将NI LabVIEW图形化开发工具用于产品设计周期的各个环节，从而改善了产品质量、缩短了产品投放市场的时间，并提高了产品开发和生产效率。使用集成化的虚拟仪器环境与现实世界的信号相连，分析数据以获取实用信息，共享信息成果，有助于在较大范围内提高生产效率。虚拟仪器提供的各种工具能满足我们任何项目需要。本文提出了采用基于LabVIEW平台的电磁干扰测试新方法。

二、关于LabVIEW

LabVIEW是一种程序开发环境，由美国国家仪器（NI）公司研制开发的，类似于C和BASIC开发环境，但是LabVIEW与其他计算机语言的显著区别是：其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码，而LabVIEW使用的是图形化编辑语言G编写程序，产生的程序是框图的形式。

图形化的程序语言，又称为“G”语言。使用这种语言编程时，基本上不写程序代码，取而代之的是流程图或框图。它尽可能利用了技术人员、科学家、工程师所熟悉的术语、图标和概念。因此，LabVIEW是一个面向最终用户的工具。它可以增强你构建自己的科学和工程系统的能力，提供了实现仪器编程和数据采集系统的便捷途径。使用它进行原理研究、设计、测试并实现仪器系统时，可以大大提高工作效率。LabVIEW这一显著特点使之非常适合作为煤矿井下电磁干扰的测试平台。

2.1输入信号采集

在模拟电路范围，信号频率以Hz或周期来测量，但在数字系统中我们使用数字频率，它是模拟频率与采样频率之比，如下所示：数字频率=模拟频率/采样频率。在许多信号产生子程序模块中，我们使用数字频率，因为难以确定采样频率。为了得到模拟频率输出，我们必须确定采样频率。

可以先产生一个指定频率的正弦波，给定频率和和幅值以及相位。所下图所示，在连接到正弦波之前，信号频率已经被采样频率相除。也就是说正弦波的信号输入为数字频率。利用一个捆绑控件可以把频率和正弦波集合成一个簇，最后输出如图1所示。这样LabVIEW就可以采集到所需要的波形。

2.2波形调理

由于有谐波干扰和白噪声干扰，导致输出的波形杂乱无章，为了得到更好的波形，将在这个虚拟仪器中加入滤波器，把这些干扰波形滤掉。

在LabVIEW中可以用数字滤波器控制滤波器顺序、截止频率、脉冲个数和阻带衰减等参数，双击滤波器，可在控制界面设置滤波器的各种参数。

2.3信号分析

信号分析的最基本方法就是利用傅立叶级数对非正弦连续时间周期函数进行分析。在LabVIEW中，要实现FFT变换，需要加入频谱测量模块。在程序框图中，点击鼠标右键打开函数选板，选择信号处理中的波形测量子VI，在其中可以找到频谱测量模块，如图2所示。

点击后在程序框图中生成频谱测量模块如图3示，可以设定频谱测量的内部参数，包括信号的峰值、均方根、功率谱等参数。

2.4波形显示

在LabVIEW软件中，有专门供观测波形的模块，可方便地观测信号的时域抑或是頻域的波形。在LabVIEW的前面板中点击右键打开前面板中的控件菜单，在系统子菜单中找到图形，下级菜单中就有波形图，如图4、图5所示。

三、电磁干扰测试系统的设计

3.1设计思路

系统软件总体框架是整个测试系统的核心，也是主要组成部分。LabVlEW函数库中集成了常用的函数模块，这些模块为开发者完成数据采集、分析、显示等任务，提供了极大的方便。本部分所述的程序模块以及它们之间层次关系如图6所示。

利用LabVlEW提供的各种函数，实现对被测信号的发生、数據采集、放大与模/数转换，进而供计算机进一步分析处理。数据处理部分主要完成对采集信号的显示、分析。数据分析利用软件平台中丰富的信号分析函数实现。

3.2设计结构

现以常见的差模信号干扰和共模干扰为例，说明设计结构的搭建。

差模干扰信号是通过电子设备两根电源输送线传输的，而共模干扰信号是通过电子设备电源线对大地传输的.EMC标准对测试仪器、测试方法以及测试场地布置做了严格的规定。标准传导性EMI测试系统中，线阻抗稳定网络（LISN）与被测设备（EUT）之间需要3根线相连，火线L、中线N及共同的地线E“3根线系统”，共模噪声干扰信号在火线对地线（L-E）、中线对地线（N-E）流通；差模噪声干扰信号在火线和中线（L-N）之间传输，最终由噪声接收端LISN测量到被测设备EUT产生的传导性电磁干扰EMI噪声的混合信号，包括共模噪声信号和差模噪声信号。

目前的传导干扰测试系统存在着种种问题，很多设备仅仅给出总干扰噪声图，导致工程师无法获取具体的共模和差模分量而进行电路修正和问题解决。引入分离网络后，又会由于新部件的引入以及硬件本身的不足，带来更大的误差，导致测量结果的不真实。但是利用虚拟仪器就可以用过数据运算和条件选择框的组合如图7来完成差模与共模的分离。

为了更清晰的观察干扰信号的检测结果，就需要使用滤波器把不需要观测的频率信号滤除。根据滤波器的各种状态，例如如果采用常用的巴沃特斯滤波器，设计程序可如图8所示。滤波器的采样率要与信号生成的采样率相同。最后要通过前面提到的波形显示器件就能直观看到测试和分析结果。

四、结语

当前，电磁干扰问题已经成为一个热点问题，而电磁干扰的测试也是其中的重点。以LabVIEW作为开发平台的虚拟仪器测试方法因为其方便、简易和实时性好，已经逐渐成为谐波分析和测量的主要手段。将它运用到煤矿井下的电磁干扰测量中，可以大大提高测量和分析的速度和准确性，具有很大实际应用意义。

参考文献

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