Способ испытаний светотехнических систем транспортных средств на восприимчивость к электромагнитному полю
METHOD FOR TESTING LIGHTING SYSTEMS OF VEHICLES FOR SUSCEPTIBILITY TO ELECTROMAGNETIC FIELD

Изобретение относится к электромагнитным испытаниям светотехнических систем, в частности, систем освещения, транспортных средств (ТС), далее светотехническая система, к воздействию высокочастотного электромагнитного поля (ЭМП), и может быть использовано для проверки работоспособности указанных систем при воздействии на них высокочастотных электромагнитных помех.
Под термином «светотехническая система», в контексте данного изобретения, заявитель подразумевает, в частности, комплексы, образуемые устройствами освещения и сигнализации, а также их системами питания и управления (электрическими схемами). При этом обеспечение дополнительной помехозащиты от воздействия ЭМП части элементов комплекса обеспечивает использование изобретения для проверки восприимчивости к ЭМП штатно помехозащищённых частей комплекса.
Из Правила № 48, 2014 г., «Единообразные предписания, касающиеся официального утверждения транспортных средств в отношении установки устройств освещения и световой сигнализации» [Текст] (c поправками серии 06), известен способ испытаний, при осуществлении которого производят проверку алгоритма работы систем освещения автотранспортных средств. Согласно данных Правил, электрическая схема должна обеспечивать возможность включения и выключения передних противотуманных фар независимо от фар дальнего света, фар ближнего света или любой комбинации фар дальнего и ближнего света. Также производится проверка отклонения светотеневой границы относительно контрольных пределов.
Недостатком данного способа является то, что испытания работоспособности систем освещения проводятся визуально без измерения количественных параметров светового потока.
Из Правил № 112, 2013 г., «Единообразные предписания, касающиеся официального утверждения автомобильных фар, испускающих асимметричный луч ближнего или дальнего света, либо оба луча, и оснащенных лампами накаливания и/или модулями светоизлучающих диодов (СИД)» [Текст] (с поправками серии 01), известен способ испытаний, при осуществлении которого систему освещения располагают в зоне, защищенной, преимущественно, от внешних световых помех, и производят оценку параметров светового потока.
Согласно методологии испытаний, луч ближнего света должен иметь соответствующие значения силы света в испытательных точках, указанных в данном источнике.
Недостатком данного способа является невозможность измерения параметров светового потока при воздействии высокочастотного ЭМП с заданными параметрами, так как конфигурация выше упомянутой зоны испытаний не соответствует нормативным требованиям, предъявляемым к окружающей объект испытаний среде, в случае проверки объекта на электромагнитную совместимость или восприимчивость к воздействию ЭМП. Указанное, в случае восприимчивости объекта испытаний к воздействию ЭМП, будет вносить погрешность в результаты измерений, величина которой будет неизбежно зависеть от восприимчивости объекта, что приведёт к неправильной интерпретации результатов.
За прототип предлагаемого изобретения принят известный из Правила № 10 ЕЭК ООН, 2008г., «Единообразные предписания, касающиеся официального утверждения транспортных средств в отношении электромагнитной совместимости» [Текст] (добавление 9, пересмотр 3) способ испытаний систем освещения на восприимчивость к ЭМП при реализации которого испытуемое АТС, оснащенное системами освещения, располагают в камере, преимущественно защищенной от внешних факторов, и подвергают воздействию высокочастотного ЭМП с заданными параметрами, создаваемому внешними поле образующими системами (антеннами или полосковыми системами). Проверку работоспособности систем освещения осуществляют в процессе воздействия ЭМП, создаваемого внешними поле образующими системами.
Недостатком данного способа является отсутствие описания процедуры испытаний и алгоритма точного определения параметров светотехнической системы, с учетом погрешности измерений, критериев их оценки в процессе испытаний на восприимчивость к ЭМП, что исключает возможность сравнения полученных в процессе испытаний параметров с регламентируемыми или принятыми в качестве эталонных (контрольных) значениями.
Задачей изобретения является создание способа испытаний светотехнических систем на восприимчивость к электромагнитному полю, обеспечивающего проверку работоспособности систем посредством измерения и определения количественных параметров светового потока, с учетом погрешности измерений, при воздействии высокочастотных электромагнитных помех.
Указанная задача решается в способе испытаний светотехнических систем на восприимчивость к электромагнитному полю, в котором ТС, оснащенное светотехническими системами, включающими в себя системы управления и питания, располагают в камере, преимущественно защищенной от внешних факторов, например, в безэховой, реверберационной, или в ТЕМ-камере, ориентируют ТС относительно полеобразующей системы согласно нормативным требованиям (требованиям регламентирующей испытания документации), после чего реализуют заданные условиями испытаний рабочие режимы светотехнической системы, в процессе осуществления которых выполняют проверку её работоспособности.
Указанная задача решается тем, что:
Перед началом испытаний светотехнической системы на восприимчивость к ЭМП в испытательной камере размещают оптический интерфейс и измеритель параметра светового потока. При этом интерфейс устанавливают с возможностью транспортирования, по меньшей мере, части излучаемого системой освещения светового потока к измерителю параметра светового потока, а также с возможностью размещения измерителя параметра светового потока в области камеры с минимальным уровнем ЭМП, создаваемым поле образующей системой.
Примечание:
1 – Интерфейс (interface, англ.) - блок связи, устройство сопряжения – см. «Англо-русский словарь по технологии машиностроения и металлообработке, М., Русский язык, 1990, стр. 367.
2 – Транспорт (transportare, лат.) – переносить, перемещать – см. «Современный словарь иностранных слов», М. «Русский язык», 1993, стр. 617.
3 - В качестве измерителя параметра светового потока может быть использован или люксметр, или яркометр, или пульсметр (измеритель пульсации светового потока), или спектрометр частные случаи - пирометр (измеритель температуры), или тепловизор (измеритель цветовой температуры) – в зависимости от задачи и объекта испытаний.
4 - Измеритель параметра светового потока может быть выполнен снабжённым средствами защиты от ЭМП.
После завершения позиционирования оптического интерфейса и измерителя параметра светового потока осуществляют калибровочный цикл измерений заданного условиями испытаний параметра светового потока светотехнической системы, работающей в заданном условиями испытаний режиме при исключённом воздействии высокочастотного ЭМП. В процессе реализации калибровочного цикла выполняют запись измеренных значений параметра светового потока, которые принимают в качестве калибровочных.
После завершения калибровочного цикла выполняют проверку светотехнической системы на восприимчивость к электромагнитному полю, для чего осуществляют цикл измерений заданного условиями испытаний параметра светового потока светотехнической системы, работающей в заданном условиями испытаний режиме при одновременном воздействии на светотехническую систему высокочастотного ЭМП, формируемого внешними поле образующими системами. В процессе реализации цикла проверки светотехнической системы на восприимчивость к электромагнитному полю выполняют запись измеренных значений параметра светового потока, которые сравниваются с калибровочными значениями.
Помехозащищенность систем освещения определяют из условия:
, где
Х
к
– калибровочный параметр светового потока, измеренный при работе светотехнической системы в заданном условиями испытаний режиме при исключённом воздействии высокочастотного ЭМП;
Х
ЭМП
– параметр светового потока, измеренный при работе светотехнической системы в заданном условиями испытаний режиме при воздействия высокочастотного ЭМП, формируемого внешними поле образующими системами;
α
– показатель, характеризующий помехозащищенность светотехнической системы, задаваемый в нормативной документации, регламентирующей работу системы.
Несколько слов об оптическом интерфейсе.
Из патента RU2184994, опубл. 10.07.2002, МПК G12B17/00, H05K9/00, известен способ защиты пользователя от электромагнитного излучения экрана компьютера, заключающийся в установке между экраном компьютера и пользователем оборачивающей системы, образованной:
1. В случае формирования на экране зеркально, относительно общепринятой ориентации, отображаемых символов и изображений - одним зеркалом, расположенным либо ортогонально, либо под углом 45° к поверхности экрана.
2. В случае формирования на экране символов и изображений с общепринятой ориентацией – двумя зеркалами, расположенными под углом 90° друг относительно друга и под углом 45° относительно поверхности экрана.
Из книги «Оптика в военном деле. Сборник статей» под редакцией С.И. Вавилова и М.В. Савостьяновой, Том 2, Москва, Ленинград, издательство Академии наук СССР, 1948 известны:
1. Окопные и полевые перископы, см. стр. 46 рис. 35 (перископичность до 2…3 м), перископы подводных лодок, см. стр.59 рис. 50 (перископичность до 15 м), мачтовые перископы (перископичность до 26 м), см. стр. 50 рис. 37 и 38, зеркальный перископ бронемашины, см. стр. 52 рис. 39, телескопический танковый перископ. См. стр. 53 рис. 43, купол «Герца», см. 56 рис. 48, артиллерийская панорама, см. стр.233 рис. 212, танковый пулемётный прицел, см. стр. 235 рис. 215.
2. Кинопулемёт, см. стр. 322 рис. 304 и трубка холодной пристрелки кинопулемёта, см. стр. 323 рис. 307.
3. Светосигнальные приборы связи (прибор сигнальщика), см. например, стр.371 рис. 365, предназначенные для совместной работы наблюдателем, снабжённым биноклем, см. стр. 38 рис.27 (обеспечивают дальность оптической связи от 2 км днём и 8 км ночью до 20 км днём и 70 км ночью. В качестве разновидности данной системы можно рассматривать, соответственно, известный из интернет ресурса https://studopedia.info/1-66103.html, просмотрено 19.03.2020, орудийный коллиматор К-1 и упомянутую выше артиллерийскую панораму. Коллиматор предназначен для горизонтальной привязки артиллерийской панорамы в случае отсутствия естественных удаленных ориентиров или в условиях плохой видимости (оптимальное удаление коллиматора от панорамы 6…8 м).
Выше поименованное, в силу широкой известности, а также в силу косвенного отношения к заявляемому способу, не нуждается в детальном описании; содержит оборачивающие (призменные, зеркальные или линзовые) системы, а также может содержать телескопические (увеличивающие, в том числе панкратические (трансфокаторные)) системы, сфетофильтры, отражатели/зеркала, диафрагмы, бленды, а также матовые и прозрачные пластинки; характеризуется вариабельностью направления оптической оси в пределах прибора, обеспечивающей пространственное разнесение оптических осей входного (объектива) и выходного (окуляра или матовой пластинки) окон прибора. Любая из концепций (совокупность), реализованная в выше упомянутом, может быть использована в качестве оптического интерфейса, применяемого для реализации заявляемого способа – целесообразность использования диктуется исключительно свойствами объекта испытаний и условиями их проведения. Простейшей оптической системой, передающей изображение объекта наблюдения без увеличения и уменьшения, является плоское зеркало (см. том 1 главу 2 § 2 цитируемой книги) - использовано в одном из вариантов решения по патенту RU2184994. При этом экранирование зеркала светонепроницаемыми входным и выходным тубусами (блендами) (в решении по RU2184994 не показано) исключает его нежелательную подсветку светом окружающей среды, которая может снижать чёткость формируемого (транспортируемого) зеркалом изображения – применение тубуса иллюстрируется на Фиг. 1.
В качестве разновидности оптического интерфейса, применяемого для реализации заявляемого способа, в ряде случаев, может быть использован оптоволоконный кабель, см. книгу «Волоконная оптика. Теория и практика», Д. Бейли, Э. Райт, М. КУДИЦ-ОБРАЗ, 2006, требования к позиционированию оптоволокон изложены в § 3.3 главы 3, стр.68.
Несколько слов об измерителе параметра светового потока.
2
В качестве измерителя может быть использована широкая гамма электронных приборов. Одним из представителей которой (всего лишь пример, иллюстрирующий возможность реализации заявляемого способа) является измеритель ТКА-ПКМ(09); предназначен для измерения коэффициента пульсации (1…100%) источников излучения, яркости (10…200000 кд/м) протяжённых самосветящихся объектов накладным методом (экранов мониторов) и освещённости (10…200000лк) в видимой области спектра (от 0,38 до 0,76 мкм); обеспечен вывод информации через USB порт на персональный компьютер. В приборе реализована возможность определения значений освещённости в режиме реального времени и вычисления точных значений коэффициента пульсации освещённости; внесён в госреестр; имеются другие модификации прибора, измеряющие энергетическую освещённость в ультрафиолетовом диапазоне. Другим из представителей гаммы (также лишь пример, иллюстрирующий возможность реализации заявляемого способа) является тепловизор FLIR C3; в тепловизоре реализовано наложение инфракрасного изображения на изображение видимого спектра, что обеспечивает чёткость картинки с прорисовкой контура исследуемого объекта; частота смены кадров 9 гц; спектральный диапазон от 7,.5 до 14,0 мкм (диапазон температур от -10 до + 150°С); обеспечен вывод информации через USB порт на персональный компьютер. Третьим из представителей (также не более чем пример, иллюстрирующий возможность реализации заявляемого способа) является спектрометр МК350N; позволяет установить величину освещённости (от 70 до 70000 лк), доминантную длину волны, и спектральное распределение во всем видимом диапазоне (от 0,36 до 0,75 мкм с шагом измерений и точностью измерения длины волны 0,001 мкм); обеспечен вывод информации через USB порт на персональный компьютер. Целесообразность использования того или иного типа измерителя, включая не упомянутые в тексте, диктуется исключительно свойствами объекта испытаний и условиями их проведения.
Открытый перечень вариаций: – Для оценки восприимчивости к воздействию ЭМП систем ТС, оснащённых мощными, достаточно инерционными, источниками света (излучателями), могут быть использованы люксметр (в качестве измерителя параметра светового потока) и оптический интерфейс, обеспечивающий передачу (транспортирование) света по схемам, реализованным в системах коллиматор – панорама, светосигнальный прибор – бинокль наблюдателя, в перископе или в оптоволоконном кабеле; для оценки восприимчивости к воздействию ЭМП систем ТС, оснащённых малоинерционными, в частности, полупроводниковыми, источниками света (спектр излучения ряда полупроводниковых источников подвержен изменениям в зависимости от частоты питающего тока), в качестве измерителя целесообразно использовать спектрометр или пульсметр (использование того или иного типа измерителя связано с назначением испытываемой светотехнической системы ТС); для оценки восприимчивости к воздействию ЭМП систем ТС, оснащённых маломощными (с низкой яркостью) источниками света в качестве оптического интерфейса целесообразно использовать световолоконный кабель или устройства, содержащие как отклоняющие, так и светозащитные (тубусы/бленды) системы; использование тепловизора или спектрометра может быть обеспечено преимущественным применением оптического интерфейса, содержащего зеркальную(ые) оборачивающую/отклоняющую(щие) систему(ы) и светозащитные тубусы/бленды.
Изобретение поясняется чертежом Фиг. 1, где схематично показаны:
1 - испытательная камера (экранированная, безэховая, реверберационная или ТЕМ камера);
2 - полеобразующая система (излучающая антенна);
3 - испытываемое ТС;
4 - светотехническая система ТС (условно показан излучатель света системы головного освещения – испытаниям может быть подвергнута любая светотехническая система ТС);
5 - световой поток от светотехнической системы ТС;
6 - выходной тубус оптического интерфейса (исключает боковую засветку полезного сигнала, формирует оптическую систему типа «перископ»);
7 - светоотклоняющая поверхность оборачивающей системы оптического интерфейса (входная бленда не показана; может отсутствовать);
8 - измеритель параметра светового потока;
9 - фоточувствительный элемент измерителя параметра светового потока;
10 - экранированная камера (бокс) для защиты измерителя параметра светового потока от электромагнитного поля;
11 - электромагнитно защищённая линия передачи данных измерителя параметра светового потока;
12 - защищенное от воздействия ЭМП помещение/зона/участок;
13 - устройство сравнения и анализа (компьютер).
Изобретение может быть реализовано в испытательной камере 1, содержащей в своем составе полеобразующую систему 2 (полосковую систему или антенну), а также в установленном в испытательную камеру, на период испытаний, транспортном средстве 3, содержащем в своём составе светотехнические комплексы, в частности - комплекс головного освещения, включающий в себя систему управления (не показана) и устройства освещения (источники света) 4, создающие световой поток 5.
Для обеспечения возможности реализации заявляемого способа испытательная камера 1 должна быть снабжена оптическим интерфейсом, в соответствие с изображением Фиг. 1, содержащим тубус 6 и оборачивающую/отклоняющую систему 7, а также измерителем 8 параметра светового потока, содержащем фоточувствительный элемент 9. Измеритель 8 параметра светового потока и фоточуствительный элемент 9 измерителя могут быть, в предпочтительном варианте, размещены в боксе 10, совместно с тубусом 6 образующем экранирующую камеру. С целью исключения переотражения ЭМП полеобразующей системы 2 в бокс 10 может быть использован оптический интерфейс, содержащий призменную оборачивающую систему (на Фиг. 1 условно показано зеркало) и/или сформированную с образованием запредельного волновода диафрагму (не показана), расположенную в тубусе 6.
Для реализации заявляемого способа испытательная камера 1 может быть выполнена снабжённой устройством сравнения и анализа (компьютером) 13, расположенным в защищенном от воздействия ЭМП помещении 12 (может быть использована зона/участок камеры 1 с низким уровнем излучения ЭМП), а также электромагнитно защищённой линией 11 передачи данных от измерителя 8 параметра светового потока к компьютеру 13 (коммутация посредством USB портов).
Согласно изобретению ТС 3, оснащённое светотехническими системами (Фиг. 1 иллюстрирует проверку системы головного освещения 4), устанавливают в испытательную камеру 1 (экранированная, безэховая, реверберационная или ТЕМ камера) с регламентированным дистанцированием относительно полеобразующей системы 2. Измеритель 8 параметра светового потока размещают в области камеры 1 с минимальным уровнем ЭМП, создаваемым поле образующей системой 2, а оптический интерфейс устанавливают таким образом, чтобы световой поток 5 светотехнической системы 4 максимально переотражался отклоняющей поверхностью (зеркалом) 7 оборачивающей системы интерфейса и транспортировался к фоточувствительному элементу 9 измерителя 8 параметра светового потока. В случае механического объединения тубуса 6 и бокса 10 операция позиционирования фоточувствительного элемента 9 и измерителя 8 параметра светового потока, относительно объёма камеры, выполняется априори в процессе позиционирования оптического интерфейса. Затем посредством линии 11 передачи данных осуществляют коммутацию портов измерителя 8 параметра светового потока и компьютера 13.
После завершения позиционирования оборачивающей системы 7 и фоточувствительного элемента 9 осуществляют калибровочный цикл измерений заданного условиями испытаний параметра светового потока светотехнической системы, работающей в заданном условиями испытаний режиме при исключённом воздействии высокочастотного ЭМП. В процессе реализации калибровочного цикла выполняют запись измеренных значений параметра светового потока, которые принимают в качестве калибровочных.
После завершения калибровочного цикла выполняют проверку светотехнической системы на восприимчивость к электромагнитному полю, для чего осуществляют цикл измерений заданного условиями испытаний параметра светового потока светотехнической системы, работающей в заданном условиями испытаний режиме при одновременном воздействии на ТС 3 высокочастотного ЭМП, формируемого внешними поле образующими системами 2. В течение всего времени воздействия на ТС 3 высокочастотного ЭМП выполняют опосредованную измерителем 8 и компьютером 13 запись измеренных значений параметра светового потока, которые сравниваются с калибровочными значениями.
При этом в качестве критерия оценки работоспособности светотехнической системы (в иллюстрируемом случае - системы головного освещения 4 ТС) является нахождение параметров светового потока в пределах, установленных требованиями.
Заявляемое техническое решение основано на том, что относительное изменение параметров полного светового потока равно относительному изменению светового потока в любом взятом участке площади поверхности, которую пронизывает световой поток излучателя света светотехнической системы. Соответственно относительное изменение параметров перенаправленного светового потока от участка поверхности однозначно определяет аналогичное изменение параметров полного светового потока и характеризует помехозащищенность светотехнических систем ТС.
Устойчивость средств измерения параметра светового потока к воздействию ЭМП (достигается размещением), независимость параметров перенаправленного светового потока от уровня ЭМП (достигается применением оптического интерфейса), возможность записи и хранения измеренных значений параметра светового потока, обеспечивают объективную оценку помехозащищённости светотехнических систем.
α
Светотехнические системы ТС считаются удовлетворяющим требованиям помехозащищенности, если при воздействии высокочастотных ЭПМ относительное изменение параметров перенаправленного светового потока от участка поверхности не больше показателя , характеризующего помехозащищенность светотехнической системы ТС:
, где
Х
к
– калибровочный параметр светового потока, измеренный при работе светотехнической системы в заданном условиями испытаний режиме при исключённом воздействии высокочастотного ЭМП;
Х
ЭМП
– параметр светового потока, измеренный при работе светотехнической системы в заданном условиями испытаний режиме при воздействия высокочастотного ЭМП, формируемого внешними поле образующими системами;
По результатам испытаний делают заключение о помехозащищенности светотехнической системы ТС и в случае несоответствия требованиям применяют меры по повышению их помехозащищенности.
Гарантированным критерием положительного заключения является нулевое относительное изменение параметров светового потока, что соответствует случаю полного отсутствия влияния ЭМП на светотехнические системы ТС.
Предлагаемый в изобретении способ испытаний светотехнических систем транспортных средств на восприимчивость к ЭМП позволяет оценить качество (безотказность и санитарную безопасность) систем при воздействии на них высокочастотного ЭМП и в случае несоответствия заданным требованиям осуществить их доработку с целью повышения их помехоустойчивости.