电子信息系统防磁保护装置

2016-03-09辽宁工业大学朱小波

电子世界 2016年3期

关键词：盒体保护装置屏蔽

辽宁工业大学宁武朱小波刘宽

电子信息系统防磁保护装置

辽宁工业大学宁武朱小波刘宽

【摘要】介绍了基于STC15F104E单片机的电子信息系统防磁保护装置，可解决传统装置只能采用被动方式以及安全性能不高等问题。通过磁传感器监测磁干扰位置，并由单片机控制传动电机进行主动防磁。

【关键词】STC15F104E单片机；主动防磁；监测；控制

0 引言

随着电子信息技术的发展，电子信息系统在各个行业得到了广泛的应用，与此同时，人们对电子信息系统的依赖程度也日益增加。但随着对电子技术的使用，电磁干扰问题也越来越严重。磁性对电子信息设备的危害很大，特别容易导致其数据丢失甚至损坏，因此在一些精密测量领域对电子设备与测试仪器抗电磁干扰能力的要求极高，例如地质勘探和航空航天等。而目前的电子信息系统设备只能采用被动防磁装置，这会大大降低设备的散热性能，导致安全程度不高等问题。为了解决上述技术背景中存在的问题，提供一种改进的电子信息系统防磁保护装置，解决普通电子信息系统防磁效果差，只能采用被动防磁装置以及设备的散热性能差等导致安全程度不高的问题。

1 电磁干扰对电子电路的影响

电磁对电子电路设备干扰的形式主要为EMP干扰。当在设备的输入端由EMP干扰产生的电流或电压增高到一定数值时，将导致电路输出端的结果与预期的相差特别大。当出现超宽带短脉冲EMP干扰时，这必将会导致下级电路功能紊乱。EMP对电子电路的影响大体可以概括为以下四个方面：热效应、干扰和电涌效应、强电场效应、磁效应。电磁脉冲的热效是绝热过程，产生的一般在纳秒或微秒时间内完成。干扰和电涌效应可以使电子电路产生误动作甚至损坏。强电场效应会影响敏感器件工作的可靠性等其他危害。磁效应会使电磁能量直接耦合到系统内部，干扰其正常工作。

2 磁防护装置简要原理

2.1 磁屏蔽的基本原理

将电磁干扰源到电子设备的传输途径阻断即所谓的电磁屏蔽，电磁屏蔽可以分为两大类：一是静磁场屏蔽；二是高频磁场屏蔽。静磁场由永久磁体产生的磁场或稳恒电流产生。它是利用高磁导率的铁磁材料做成盒体以屏蔽外磁场。原理图如图2.1所示。

图2.1 静磁场屏蔽原理

图2.2为高频磁场屏蔽原理结构图,设在线圈的外侧有圆筒形的屏蔽导体，在屏蔽导体中所流过的电流与线圈电流的方向相反，其所产生的磁力线和原线圈的磁力线之间相互作用从而起到屏蔽作用。

图2.2 高频磁场屏蔽原理

磁屏蔽通常用磁屏蔽效能和剩磁两种方式来衡量其屏蔽的效果。磁屏蔽效能计算公式为：

单位为分贝；而剩磁指的是屏蔽后的剩余磁场。

2.2 装置的基本构成

本装置主要由磁传感器、控制器、电机驱动器、传动电机、温度检测器和散热装置构成。总体包括盒体，盒体外侧壁上开设有若干个用于提升盒体内部散热性能的散热槽，盒体内部接近左上顶角的位置，固定着传动电机，左上传动辊设置安装在传动电机的转轴上，为了使传动电机与左上传动辊连接，左上传动辊的轴心套在了传动电机的转轴上，盒体内部接近右上顶角的位置，安装有右上传动辊，右上传动辊两端的滚轴与盒体内侧壁活动连接，盒体内部接近左下底角的位置，安装有左下传动辊，左下传动辊两端的滚轴与盒体内侧壁活动连接，盒体内部接近右下底角的位置，安装有右下传动辊，右下传动辊两端的滚轴与盒体内侧壁活动连接。通过传送带连接左上传动辊、右上传动辊、左下传动辊和右下传动辊，在传送带外侧盒体内侧之间，设置安装四个用来检测外部磁性的磁传感器，软质磁粉芯隔离层，在传感器内侧面固定，传动电机的输入端与磁传感器的输出端电连接。防磁装置总体框图如图2.3所示：

图2.3 防磁装置总体框图

图2.4 防磁保护装置内部结构

图2.5 防磁保护装置外部结构

3 STC15F104E单片机控制器

本装置的主控器部分由STC15F104E单片机组成，步进电机驱动器采用TB6560AHQ芯片。TB6560AHQ可以使电机震动小，抗干扰性能好，外围电路简单可以保证信号的高速传输。硬件电路如图3.1所示。P3.0连接驱动器的En使能端，P3.1连接驱动器CW端口，P3.2连接驱动器的CLK时钟。采用STC15F104E电路简单，功耗低不会因接口过多导致浪费。

图3.1 控制电路

4 软件设计

软件具有的功能：可以全方位的监测电子电路装置周围的电磁脉冲，分析电磁脉冲的强度大小，将电磁信号转化成电信号，控制电机驱动器及时的驱动传动电机进行主动防磁。系统要求准确，快速安全性能高，良好的散热性能等。在没有监测到电磁信号时处于休眠状态以达到节省电的目的。系统休眠状态可以通过定时中断来唤醒。软件系统流程如图4.1所示。