北斗终端电磁环境对典型电火工品运输安全性的影响

张晶鑫，王 蕾，赵 团，王 寅，李 慧



北斗终端电磁环境对典型电火工品运输安全性的影响

张晶鑫1，王 蕾2，赵 团1，王 寅1，李 慧1

（1.陕西应用物理化学研究所 应用物理化学国家级重点实验室，陕西 西安，710061；2.陆军装备部驻西安地区军事代表局驻西安地区第一军代室，陕西 西安，710061）

危险品运输车上的北斗导航终端采用无线电通讯与后台监控系统进行数据传递，会发射一定功率的无线电波，对电火工品的运输安全构成威胁。为此，开展北斗车载终端射频辐射场对典型电火工品的危害研究。选取DD4.5电点火管作为典型电火工品，通过电火工品射频感度试验，得到DD4.5电点火管与北斗车载终端的安全距离；通过计算最小安全距离上的辐射场强阈值，对DD4.5电点火管进行辐射敏感度安全性验证。结果表明DD4.5电点火管与终端天线之间的安全距离为大于或等于1.4m。

电火工品；BDS；电磁环境；运输安全；射频感度；辐射

为了加强火工品的运输管理，在运输车上加装了我国自行研制的北斗卫星导航系统（BDS）。该系统可全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具有短报文通信能力，能够很好满足故障监控时效性的要求。当北斗车载终端安装在火工品运输车上时，由于其采用无线电通讯与后台监控系统进行数据传递，在监控过程中，车载终端会发射一定功率的无线电波，具有脚线的电火工品作为接收天线会吸收一定的电磁波能量，有可能会对火工品的运输安全构成威胁。因此，开展北斗车载终端射频辐射场对电火工品的危害研究，具有一定的意义。

1 火工品车载环境分析

火工品在运输过程中，在一定的环境电磁场条件下，其两根脚线可作为偶极子或单极天线，从环境电磁场吸收射频能量，引起火工品出现误动作（如早爆）、性能或可靠性的降低（如失效）等意外事故，造成人员伤亡和财产损失。当火工品运输车使用北斗车载终端时，北斗车载监控终端产生的射频辐射场有可能会对火工品的运输安全构成威胁。

2 试验部分

2.1 典型火工品射频感度试验

2.1.1 试验原理

电磁辐射能量的传输分为传导和辐射两种方式，其中辐射是以电磁波的形式耦合到电火工品上，本研究依据北斗监控终端的工作频率以及 GJB 5309.13- 2004火工品试验方法第13部分：射频感度试验方法，利用安捷伦公司E8257D射频信号源模拟该工作频率的射频信号，采用能量注入的方式，直接将射频能量注入待测电火工品中；采用AR公司2780型双定向耦合器和安捷伦公司436A功率计，测量电火工品在该频率点上接收的射频功率。根据施加射频功率与电火工品的响应情况，可计算典型电火工品的最大不发火射频功率。试验测试框图见图1，试验系统见图2。

图1 射频感度试验框图

图2 电火工品射频抗扰度测试系统

2.1.2 试验样品

本试验采用典型的敏感型电火工品DD4.5电点火管，该电点火管属于单桥丝点火工品，安全电流为30mA，桥路电阻为8～12Ω，试验样品见图3。

图3 DD4.5电点火管试验样品示意图

2.1.3 试样50%发火射频功率的确定

选取30发试验样品，并利用升降法确定射频感度，如果试样发火，则降低射频功率进行下一次试验；如果不发火，则增加射频功率进行下一次试验，最后对试验结果进行处理，得到样品的50%发火射频功率。

2.2 典型电火工品极限辐射阈值下的安全性试验

2.2.1 试验原理

根据北斗车载监控终端的工作频率及辐射特性，确定北斗车载监控终端在最小安全距离上的辐射场强阈值。依据GJB151A和GJB152A-97中方法RS103（1×104~4×1010Hz电磁辐射敏感度），利用电火工品辐射敏感度试验系统，在包装和裸露状态下，开展车载监控终端极限辐射阈值环境下的电火工品安全性验证试验。在电火工品辐射敏感度试验系统中，射频信号源采用安捷伦公司E8257D，射频放大器采用AR公司100W1 000B，采用意大利PMM公司的PMM8053A场强计和EP-301探头（频率：1×105~3×109Hz，量程：1~1 000V/m，各向同性）监测电场强度的大小。试验原理图见图4，试验系统见图5。

图4 电火工品电磁辐射敏感度试验系统测试原理图

图5 电火工品电磁辐射敏感度试验系统

2.2.2 试验样品

本试验也选择2.1.2中的DD4.5电点火管。

2.2.3 电火工品极限辐射阈值下的安全性试验

试验时，电火工品脚线与电场方向平行，脚线长度取1/2波长，且构成半波振子天线进行试验。根据北斗车载监控终端的工作频率及辐射特性，计算确定北斗车载监控终端在最小安全距离上的辐射场强阈值，选取一定的裕度，利用图5所示的电火工品电磁辐射敏感度试验系统，对电火工品进行辐射敏感度安全性验证。

3 试验结果及分析

3.1 火工品射频感度试验结果

实验前先确定DD4.5电点火管的初始射频刺激功率和步长，根据其最低发火功率，选定初始射频刺激功率0，根据变换：

0=log0（1）

以及Y=0+(=0,±1, ±2,…) （2）

得到X=10（3）

式（1）~（3）中：为顺序号；X为第次的射频功率；为步长。

选取30发样品，将射频固定在400MHz的敏感频率，在0=0.308W以及=0.05的条件下对DD4.5电点火管进行射频感度试验。

依据GJB/Z 377A-1997中的数理统计方法，计算电火工品50%射频发火感度均值：

= -0.417（0.383 W），=0.194。

计算电火工品最大不发火射频功率P(置信度水平95%，发火率0.1%)：

P=-3.09= -1.02（0.095W）

3.2 北斗车载监控终端安全距离计算

当进入电火工品的射频功率小于或等于电火工品的不发火射频功率，此时电火工品在该环境电磁场条件下是安全的，基于该原理来进行电火工品防射频辐射危害最小不发火距离的分析。

将电火工品最大不发火射频功率除以其等效天线有效孔径A，称为电火工品的安全功率密度，如式（5）所示：

电火工品等效天线有效孔径为：

由公式（5）得：

用频率（MHz）表示为：

则：

公式（10）既电火工品最小不发火距离计算公式。式（10）中：为电火工品离发射机天线的最小不发火距离，m；P为发射机输出功率，W；为发射机天线增益（数值比）；为电火工品在一定试验频率条件下的安全功率密度，W/m2。

整理式（8）、（10）则有：

由于运输车厢体基本无屏蔽作用，因此实际使用和研究分析中均不考虑厢体的屏蔽作用。电火工品最小不发火距离计算结果如表1所示。

表1 电火工品在卫星定位导航终端下的最小不发火距离

Tab.1 The minimum non-fire distance for electric explosive device under BDS terimnal

根据实际的电火工品运输车，在运输和装卸过程中，应确保电火工品与北斗定位导航终端天线间的距离为2倍不发火距离，取电火工品与终端天线之间的距离为大于或等于1.4m，这样才能确保运输过程中电火工品在北斗导航终端的射频辐射场下是安全的。

3.3 电火工品极限辐射阈值下的安全性试验

利用电火工品电磁辐射敏感度测试系统开展电火工品极限阈值下的安全性验证试验。试验时，电火工品脚线与电场方向平行，脚线长度取1/2波长，且构成半波振子天线进行试验。

根据北斗车载监控终端的工作频率及辐射特性，用公式（8）计算确定北斗车载监控终端在最小安全距离上的辐射场强阈值，选取一定的裕度，对DD4.5电点火管进行辐射敏感度安全性试验。

表2验证结果试验表明：在北斗车载终端的常用频率内，按照国军标GJB 786-89 预防电磁场对军械危害的一般要求[8]中安全裕度16.5dB的要求，模拟场强为DD4.5电点火管安全场强的6.7倍，在此条件下，DD4.5电点火管仍是安全的。

表2 DD4.5电点火管在GTEM传输装置中电磁敏感度试验

Tab.2 Electromagnetic sensitivity test of DD4.5 electric igniter in GTEM transmission device

4 结论

（1）在400MHz的条件下，DD4.5电点火管50%射频发火感度均值为0.383W，最大不发火射频功率为0.095W。（2）根据DD4.5电点火管的最大不发火射频功率，通过分析计算得到了DD4.5电点火管与终端天线之间的安全距离为大于或等于1.4m。（3）利用北斗车载监控终端的工作频率及辐射特性，通过分析计算得到了当场强超过安全场强6倍时，DD4.5电点火管是安全的。

[1] 北斗卫星系统介绍[EB/OL].http://www.beidu.gov.cn/ xtjs.html.

[2] 李锦荣. 电火工品电磁危害分析[J].火工品,1992(4):24-25.

[3] 李锦荣.电火工品射频发火机制及其射频感度的应用简介[J].火工品,1995(2):14-17.

[4] GJB 5309.13-2004 火工品试验方法第13部分：射频感度试验方法[S].国防科学工业技术委员会,1997.

[5] GJB 151A-1997 军用设备和分系统电磁发射和敏感要求[S]. 国防科学工业技术委员会,1997.

[6] GJB 151A-1997 军用设备和分系统电磁发射和敏感测量[S]. 国防科学工业技术委员会,1997.

[7] GJB/Z 377A-1994 感度试验用数理统计方法[S].国防科学工业技术委员会,1994.

[8] GJB 786-89 预防电磁场对军械危害的一般要求[S].国防科学技术工业委员会,1989.

The Influence of BDS Electromagnetic Environment on the Transportation Safety of Electric Explosive Device

ZHANG Jing-xin1，WANG Lei2，ZHAO Tuan1，WANG Yin1，LI Hui1

(1. Shaanxi Applied Physics and Chemistry Research Institute, Xi'an, 710061；2.The First Military Representative Office of the Military Equipment Bureau of the Army Equipment Department in Xi’an, Xi’an, 710061)

The BDS terminal on the dangerous transport vehicle, which use radio communication and background monitoring system for data transmission, can emit radio waves of a certain power and pose a threat to the transportation safety of electric explosive device. Therefore, the research on the harm of BDS vehicle terminal radiation field to typical electric explosive device was carried out, and DD4.5 electric igniter was selected as typical electric explosive device. The safe distance between DD4.5 electric igniter and BDS terminal was obtained through radio frequency sensitivity test. The radiation field intensity threshold on the minimum safe distance was calculated to verify the radiation sensitivity safety of DD4.5 electric igniter. It is found that the safe distance between DD4.5 electric igniter and BDS terminal antenna is more than or equal to 1.4m.

Electric explosive device；BDS；Electric environment；Transportation safety；Radio frequency sensitivity；Radiation

1003-1480（2019）02-0050-04

TJ45+4

A

10.3969/j.issn.1003-1480.2019.02.013

2019-03-05

张晶鑫（1985-）, 男, 工程师，主要从事先进火工品技术研究。