يعتمد قياس الانبعاثات الموصلة اعتمادًا كبيرًا على اختبارات التوافق الكهرومغناطيسي. كذلك، في المختبرات التي تختبر مصادر الطاقة الكهربائية، والأجهزة الإلكترونية، وأنظمة التحكم الصناعية، والأنظمة الطبية، ووحدات السيارات، لا تعتمد جودة القياس على جودة جهاز الاستقبال فحسب، بل تعتمد أيضًا على جودة الأجهزة في سلسلة الاختبار. وتشمل هذه الأنظمة الداعمة، من بين أمور أخرى، ما يلي: معدات قياس التداخل الكهرومغناطيسي وعلى وجه الخصوص، الشبكة الاصطناعية المستخدمة في التحكم في معاوقة الخط. فبمجرد أن يبدأ الأداء بالانحراف أو يصبح غير مضمون، تصبح النتائج مضللة، وتؤدي إلى فشل زائف، ونجاح زائف، وتأخير في دورات الاعتماد، وقرارات خاطئة لتحسين التصميم.
يُستخدم مصطلح "الشبكة الاصطناعية" لوصف نوع من الشبكات يهدف إلى توفير مقاومة ثابتة بين مصدر الطاقة والجهاز قيد الاختبار. ويتغير سلوك الانبعاث بشكل كبير في غياب مقاومة ثابتة.

مشكلة متعلقة بانحراف المعاوقة

يلزم وجود شبكة اصطناعية لعرض مقاومة محددة تبلغ 50 أوم عبر نطاق التردد المحدد بقياس الانبعاث الموصل، والذي يتراوح عادةً بين 150 كيلوهرتز و30 ميجاهرتز. مع مرور الوقت، تبدأ المكونات الداخلية بالانحراف نتيجة لتقادم المكثفات، وتغير قيم التفاوت للمقاومات، والتغيرات الحرارية، وتأكسد الأطراف الداخلية. هذا الانحراف غير منتظم، وغالبًا ما تتحرك مناطق الترددات المنخفضة أو المتوسطة في البداية، مما يؤدي إلى منحنيات قياس غير منتظمة.
في حال حدوث ذلك، ستكون ذروات الضوضاء المسجلة خلال اختبارات ما قبل المطابقة أعلى أو أقل من تلك المسجلة في اختبارات الاعتماد الكاملة، مما سيؤدي إلى قرارات تصميمية تستدعي إصلاحات فنية غير ضرورية. ولتصحيح ذلك، يلزم إجراء معايرة للتأكد من مقدار وطور المعاوقة عند ترددات مختلفة ضمن نطاق ترددي محدد. تستخدم الأنظمة الاحترافية تجهيزات معايرة تُجري فحصًا للمعاوقة عبر مسح نطاق التردد في أطراف شبكة LISN. وعندما يتجاوز الانحراف القيمة المقبولة، يتم استبدال وحدات المكونات بدلاً من تعديلها باستخدام تصحيح برمجي.
يوصي مصنّعو أجهزة قياس التداخل الكهرومغناطيسي بفترات استبدال محددة للأجهزة التي تعمل باستمرار في مختبرات الاختبار، حيث أن التعرض المطوّل لدرجات الحرارة المرتفعة يُسبب انحرافًا في القياس. ويصبح معدل زيادة مقاومة المكثف المكافئة (ESR) انحرافًا كبيرًا عندما تعمل المكونات بجهد عالٍ جدًا.

أخطاء شائعة في تأريض الإشارات

يُعدّ التوصيل غير المناسب بين مخطط تأريض الحجرة ومرجع تأريض الشبكة الاصطناعية أحد أكثر أسباب تباين القياسات شيوعًا. إذ تؤدي الانقطاعات الصغيرة في مجال التأريض إلى مرور التيار عبر اختلافات في الموصلات البديلة، ما يُسهم في دمج أو إلغاء بعض الضوضاء غير المرغوب فيها. وتُلاحظ هذه المشكلة عادةً في الحالات التي يكون فيها جهاز LISN موضوعًا على طاولة متحركة، أو عند توصيله باستخدام أسلاك تمديد بدلًا من الألواح الموصولة.
يمكن معالجة هذه المشكلة بضمان مقاومة استمرارية التأريض بين هيكل الشبكة الاصطناعية، ومرجع التأريض لجهاز استقبال التداخل الكهرومغناطيسي، ومستوى التأريض. مع ذلك، عند ترددات التداخل الكهرومغناطيسي، سيؤدي مسار الرنين الناتج عن تغيرات طفيفة في قيم المعاوقة إلى تغيير قمم الانبعاث. تتضمن استراتيجية التصحيح ربط شبكة LISN باستخدام أشرطة ذات حث منخفض، وتركيب نقاط توصيل ميكانيكية، وإزالة مواضع الرفوف العائمة.

الزائد المتلقي

لا ينبغي السماح للجهاز قيد الاختبار (DUT) بإصدار ضوضاء تبديل مباشرة إلى مستقبل التداخل الكهرومغناطيسي (EMI) بمستويات تتجاوز المستويات المحددة. في حال تعطل أقسام كبح التداخل في الشبكة الاصطناعية، تنتقل النبضات العابرة عالية الطاقة مباشرةً إلى مقدمة المستقبل، مما يؤدي إلى زيادة غير مقصودة في الحمل. عند حدوث زيادة في الحمل، لن ترتفع القراءات، بل ستختفي النبضات. يظن المهندسون خطأً أن هذا تحسين في الانبعاثات.
يجب حل هذه المشكلة عن طريق اختبار التحميل الزائد الديناميكي. بدلاً من قياس حالة تحميل واحدة، ينبغي مقارنة النتائج في حالتي التحميل الحالي وعدم التحميل. عندما لا تنهار المنحنيات المقاسة، يمكن إضعاف مراحل التخميد داخل الشبكة الاصطناعية.
تتضمن أجهزة قياس التداخل الكهرومغناطيسي الحديثة وظائف تشخيصية للحمل الزائد، والتي يمكن للمستخدمين استخدامها لتجنب النتائج غير الدقيقة. كما تحتوي بعض الشبكات على أقسام قابلة للاستبدال خاصة بالحماية من زيادة التيار، لضمان عدم تأثر باقي أجزاء النظام بالاستهلاك والتلف.

جدول: أعراض الأعطال النموذجية وتحديد السبب الجذري للشبكات الاصطناعية

أعراض الاختبار	السبب الجذري المحتمل	الحل الأكثر فعالية
انخفاض مفاجئ في ذروة الضوضاء فوق 15 ميجاهرتز	زيادة الحمل الداخل إلى جهاز الاستقبال بسبب فشل تخفيف إشارة LISN	استبدل قسم الكبح أو مجموعة مكثفات الخط الأمامي
تغير موقع تردد الذروة بشكل متكرر بين القياسات	عدم اتساق المرجع الأرضي أو الهيكل العائم	تعزيز أشرطة التأريض ذات الحث المنخفض
تزايد الضوضاء عبر الطيف الكامل أثناء الاستخدام المطول	تقادم مقاومة المكثف المكافئة في قسم إدخال شبكة LISN	استبدل كتل المكثفات القديمة
تتغير انبعاثات النطاق المنخفض بشكل كبير مع تغير الحمل	تغير المعاوقة بسبب تغير تفاوت المقاومة	أعد التحقق من معايرة المعاوقة

وضع غير صحيح لمسار الكابل

في اختبارات الانبعاثات، يُعد مسار الكابلات عاملاً مؤثراً على التقاط الإشارات المشعة المقترنة، باعتبارها تداخلاً موصلاً. فعندما تُوضع الكابلات الموصلة بالجهاز قيد الاختبار بالقرب من جدران الحجرة أو التركيبات المعدنية أو وحدات التحكم العاملة، تختلف أنماط التداخل الكهرومغناطيسي اختلافاً كبيراً. وتؤدي المناطق المظللة على الكابل إلى قراءات منخفضة، بينما تؤدي المناطق المكشوفة على الكابل إلى قراءات مُضخّمة.
يكون مسار الكابلات متشابهًا دائمًا عند استخدام معدات قياس التداخل الكهرومغناطيسي مع صواني دعم قياسية. تحدث معظم الأعطال نتيجة قيام المشغلين بتحريك الكابلات بين دورات القياس دون توثيق التغييرات. يكمن الحل في وضع مخططات تخطيط الكابلات في وثائق الاختبار واتباع نفس الترتيب في جميع الجلسات.
تؤدي الشبكات الاصطناعية التي تقع بعيدًا جدًا على خطوط الإدخال إلى حركة غير متحكم بها للكابلات مما ينتج عنه نطاق تباين كبير.

عدم الاستقرار الحراري أثناء الاختبارات طويلة الأمد

في فترات التشغيل الطويلة، ومع تبديل مصدر الطاقة: ترتفع درجة الحرارة الداخلية للجهاز قيد الاختبار، مما يؤدي إلى زيادة مستوى الانبعاثات. يعتقد المهندسون خطأً أن شبكة LISN أو جهاز الاستقبال معطلة. مع ذلك، يُعدّ هذا السلوك الناتج عن الحرارة طبيعيًا. من بين مشاكل الاختبار التي تؤدي إلى ذلك، ارتفاع درجة حرارة الشبكة الاصطناعية وتغيير المعاوقة الداخلية، خاصةً عند الأحمال العالية.
لحل هذه المشكلة، ينبغي تطبيق التهوية ليس فقط حول الجهاز قيد الاختبار مباشرةً، بل أيضًا حول الشبكة الاصطناعية. لا يمكن التخلص من الحرارة عند استخدام عدة شبكات LISN في الوقت نفسه على أحمال ثلاثية الأطوار. تحتوي بيئات الاختبار الاحترافية على قنوات تدفق هواء معزولة تضمن ثبات درجة الحرارة حول عناصر التداخل الكهرومغناطيسي.

توجيه مرجعي غير صحيح أثناء مقارنة المعدات المتعددة

تقارن مختبرات أخرى نتائج أنظمة مختلفة باستخدام أجهزة استقبال وشبكات ومسارات كابلات مختلفة. هذا النوع من المقارنة غير المرتكز على مرجع واحد يُعدّ خاطئًا. يجب أن تُجرى جميع دورات القياس المقارن على نفس نقطة المرجع، وهي الشبكة الاصطناعية.
يجب إصلاح هذه المشكلة بإصدار شبكة LISN معايرة لتكون الشبكة المرجعية. ينبغي أن تتضمن بيانات القياسات الطابع الزمني، واتجاه المعايرة، ومعرّف المرجع. يضيف مصنّعو أجهزة قياس التداخل الكهرومغناطيسي خاصية التتبع التسلسلي إلى سجلات البرامج لضمان عدم خلط المستخدمين بين مصادر الاختبار. LISUN يوفر أفضل معدات قياس التداخل الكهرومغناطيسي.

سوء تفسير التوافقيات الناتجة عن ضوضاء التبديل

تترافق التوافقيات الناتجة عن تبديل التردد مع ضوضاء تردد الخط المتولدة من إلكترونيات الطاقة. ومع رنين المرشح الداخلي للشبكة الاصطناعية عند تردد تموج التبديل، تتغير سعة التوافقيات. هذه ليست عيوبًا في الجهاز قيد الاختبار، بل هي رنين في شبكة LISN. يجب أن يكون المهندسون قادرين على التمييز بين تشوهات الجهاز قيد الاختبار ورنين الشبكة.
يكمن الحل في مقارنة قياسات شبكتي LISN والتأكد من قابلية التكرار. يُلاحظ انحياز الرنين عندما تُنتج شبكة LISN الثانية أنماطًا مختلفة قليلاً. ويتمثل الحل في اختيار شبكة لا يتطابق تردد رنينها الداخلي مع تردد تبديل الجهاز قيد الاختبار.

تقادم طلاء طرف الإدخال والأكسدة

تزداد مقاومة النقطة عند تأكسدها ميكانيكيًا. ويؤدي تركيز التيار الناتج إلى تغيير طفيف في المعاوقة عند الترددات العالية. كما ينتج عن تأكسد الأطراف أيضًا تقوس كهربائي دقيق عند نقاط التلامس، والذي يظهر على شكل نبضات واسعة النطاق في قياسات التداخل الكهرومغناطيسي.
تشمل حلول هذه المشكلة تجديد أطراف التوصيل واستبدال أشرطة التضفير. ويستخدم البعض معجونًا لتكييف الأسطح، ولكن من المتوقع اتخاذ الشركات المصنعة احتياطات لضمان عدم تركه أي أثر ملوث.

الخاتمة

نادراً ما تشكل العيوب في الجهاز قيد الاختبار مصدراً لأخطاء القياس أثناء عملية التحقق من صحة الانبعاثات. في الحالات التي تعتمد فيها المختبرات على بيانات صحيحة معدات قياس التداخل الكهرومغناطيسيستكون الشبكة الاصطناعية هي العنصر المرجعي. تشمل الأسباب الشائعة للقراءات غير الموثوقة انحراف المعاوقة، والتأريض غير السليم، وارتفاع درجة الحرارة، وأكسدة الأطراف، وأخطاء توجيه الكابلات، وتدهور مرحلة التوهين. يتضمن استكشاف الأخطاء وإصلاحها تحديد مصدر هذه الخصائص، سواء كان جهاز الاستقبال، أو شبكة LISN، أو استمرارية التأريض، أو رنين التبديل، أو التأثيرات الحرارية.
يمكن للشبكات الاصطناعية استعادة استخدامها في مراجع المعاوقة المُتحكَّم بها في حال اتخاذ إجراء تصحيحي مناسب. عندئذٍ، ينعكس سلوك المنتج الحقيقي في قرارات الاختبار بدلاً من تحيز المعدات. يُسهِّل اختبار الانبعاثات الموثوق به إجراء تعديلات أو تغييرات على التصميم في الوقت المناسب، والحصول على الشهادات المناسبة، وسلوكًا متوقعًا في الظروف الفعلية لأنظمة توزيع الطاقة.

العلامات:EMI-9KB