船载电子设备罗经安全距离测试方法及设备配置研究

颜东升，王一飞，朱宜生

（船舶重工集团公司723所，扬州225001）

0 引 言

罗经安全距离测试是船用航行或无线电通信设备必须要做的测试项目之一，目前国内有能力完成罗经安全距离测试的单位比较少。笔者通过对测试原理及测试标准要求的研究，在罗经安全距离测试上取得了一定进展。本文主要论述了罗经安全距离测试的方法以及设备配置。

1 罗经安全距离的概念

罗经包括标准罗经和陀罗经（又称电罗经），作为船舶航行的可靠导航设备，直接关系到船舶的航行安全，在船舶航行方向的显示、指引方面起着重要作用。一般来说，罗经安装在驾驶室内，同时，驾驶室内还有其它导航、通信及控制设备。随着电子技术的发展，各种导航、通信及控制设备越来越多地使用电子元器件，带来的一个问题是：如果该设备的电磁兼容性能不佳，就会对罗经产生干扰，从而危及船舶的航行。为了保证罗经指向的正确性，就需要将其它设备对罗经的干扰限定在一定范围内，而设备的干扰随着其与罗经的距离增加而减小，所以对于特定的电子导航、通信及控制设备，如果该设备和罗经相距一定距离且对罗经产生的干扰在标准规定的范围内，那么该设备即可在此距离外安全使用，这一距离即为罗经安全距离。罗经安全距离越小表明该设备对罗经的干扰越小，其抗干扰能力越强，该设备只能在罗经安全距离之外的范围内安装。

2 标准对罗经安全距离测试的要求

依据IEC 60945标准和ISO694标准，罗经安全距离为被测试的电子设备（包括设备组成的任一部件、单元的最近点）距离罗经中心点的距离，这个距离保证标准罗经的最大受影响角度为5.4°／H，陀罗经、备用罗经和应急罗经的最大受影响角度为18°／H［1－2］。H 为实际测试地点地磁场密度的水平分量，单位为μT。

3 测试原理

地磁场的磁场强度为矢量，具有大小和方向，其在垂直面上的投影为地磁场垂直分量，它对罗经磁针的指向和偏转没有影响，可以不考虑；地磁场在水平面上的投影为地磁场水平分量，水平分量所指的方向就是罗经磁针北极所指的方向，所以水平分量是影响罗经偏转的主要因素。可以在水平面上建立坐标对水平分量和罗经偏转角展开研究。

如图1所示，a表示地磁场水平分量，也就是未受任何外磁场干扰影响时罗经磁针的指向，b表示设备所在平台环境所产生的干扰磁场，c表示受到干扰磁场影响后罗经磁针的指向。

图1 系统框图

根据平行四边形法则及三角函数定义，可得到如下公式：

如果规定了罗经最大允许偏转角度α2max，根据上述公式，可求出最大允许干扰磁场，也就是将测量罗经磁针偏转角度的问题转化为测量干扰磁场的问题，从而能较为准确地开展测量［3］。

4 测试方法

测试步骤为：

（1）H 值获取

首先从权威部门如气象部门获取测试地地磁场强度的水平分量。

（2）罗经最大允许偏转角计算

已知测试地的地磁场强度水平分量后，根据标准计算出标准罗经在测试地的最大允许偏转角要求，以及陀罗经、备用罗经和应急罗经在测试地的最大允许偏转角要求。

（3）罗经最大允许干扰磁场强度计算

根据标准罗经和陀罗经在测试地的最大允许偏转角度，计算出标准罗经和陀罗经在测试地的最大允许干扰磁场强度，分别计为Bb和Bt，计算公式如下：

（4）磁力计调零

在一个除了地磁场外无其它干扰的空旷地方，将磁力计距地面80cm水平放置，磁力计探头接收面对准样品（即与地面垂直），调整磁力计的方向使之读数为零。

（5）样品不加电测距离

将样品按船上实际安装方式置于与磁力计相同的高度，转动样品，找出对磁力计影响最大的方位，然后移动样品或磁力计，分别找出使磁力计读数为Bb和Bt值的最长距离（指样品最近点与磁力计中心的距离），计为Lb1和Lt1。

（6）样品加电测距离

样品加电工作，重复步骤（5）得到距离Lb2和Lt2。

（7）样品磁化后不加电测距离

将样品放置在直流场（103／4πA／m）中进行磁化，样品不加电，重复步骤（5）得到距离Lb3和Lt3。

将样品放置在交流场（18×103／4πA／m）中进行磁化，样品不加电，重复步骤（5）得到距离Lb4和Lt4。

如果磁化对样品有较大损伤，此过程可略去。

（8）样品磁化后加电测距离

将样品放置在直流场（103／4πA／m）中进行磁化，样品加电工作，重复步骤（5）得到距离Lb5和Lt5。

将样品放置在交流场（18×103／4πA／m）中进行磁化，样品加电工作，重复步骤（5）得到距离Lb6和Lt6。

（9）计算最小安全距离并圆整

比较Lb1～Lb6，其中最大值即为标准罗经的最小安全距离（需要圆整到50mm或100mm）；比较Lt1～Lt6，其中最大值即为陀罗经的最小安全距离需要圆整到50mm或100mm）。

如果样品由不同的部件组成，应对所有部件重复以上步骤。

如果样品在船上可能有不同的安装方式，应对每种安装方式重复以上步骤。

5 测试设备配置

根据测试原理和测试方法，为完成船载电子设备罗经安全距离的测试，需要如下设备：磁力计，用于测量干扰磁场强度；交直流磁场发生器，用于对样品进行磁化处理；移动推车，方便寻找干扰临界距离；直尺，用于测量安全距离值。以下就其中对测量结果影响较大的设备的技术指标进行叙述。

5.1 磁力计

根据最大允许干扰磁场强度的计算结果及不确定要求得出磁力计应具有如下技术指标：

测量范围：0～20μT～200μT两档。

分辨力：1nT。

基本误差：±1.5% 。

被测磁场：直流磁场（静态磁场）、交流磁场（动态磁场）。

交流测量：真有效值RMS测量，避免高波峰因数造成的平均值测量误差。

显示单位：nT。

取样时间：0.4s以下。

测量探头：免校准数字化霍尔探头，具有高互换性，单轴测量，多点线性校正；具有高线性度，全温范围内温度漂移误差小于0.5%；具有方便的探头自动校零功能；具有5m长的软连接线。

5.2 交直流磁场发生器

交直流磁场发生器的主要作用是产生具有规定强度及均匀性的磁感区，从而将磁场施加于放置在装置中部的试验样品上。为保证磁场均匀性，建议采用双重线圈（亥姆霍兹线圈）制作感应线圈，应采用铜、铝或其它导电的非磁性材料制成。具体技术指标如下：

磁场强度：0A／m～1 500A／m连续可调（直流或交流有效值）。

磁场类型：直流磁场、交流磁场。

感应线圈：采用双重线圈（即亥姆霍兹线圈），采用铜、铝或其它导电的非磁性材料制成，综合考虑合适通流容量及要求的磁场强度大小确定线圈匝数；综合考虑双重线圈的距离、单个线圈的形状、结构、尺寸，使线圈内部产生尽量大的均匀磁场；要求线圈内部均匀磁场的中心高度距地800mm。

内部磁场不均匀性：≤±3dB。

样品台架：试验装置内部具有工作台面，用于放置试验样品；台面高度可调节，从而能保证样品中心距地高为800mm；台面材料要求为非磁性材料。

电流源：输出电流应与磁场类型一致，可输出直流或50Hz／60Hz正弦波；容量大小应能保证为线圈提供所需的电流，满足磁场强度的要求；输出电流畸变率＜5%；输入端接调压器以调节输出电流，从而保证磁场强度可调；具有电流测量仪表显示输出电流；低压输出端具有接地端子，用来与安全地相连。

控制方式：配置磁力计、传感器等附件，形成闭环控制。

安全和环境保护要求：系统应满足有关安全、环保强制性标准要求；电气部分布线应规范，各接线端口应明确标记，系统各部分应有明确标识；电气设备应符合有关电磁兼容性标准的要求；应具有安全可靠的接地保护装置。

6 结束语

本文在简单分析测试原理的基础上，给出了罗经安全距离的具体测试方法及程序，提出了设备配置的建议，为进一步开展罗经安全距离测试工作奠定了基础。

［1］IEC60945－2002，Maritime Navigation and Radiocommunication Equipment and Systems General Requirements Methods of Testing and Required Test Results［S］.

［2］ISO694－2000，Ships and Marine Technology Positioning of Magnetic Compasses in Ships［S］.

［3］任洪斌.磁罗经安全距离测试的理论分析与船级社认可、测试细则［J］.舰船论证参考，2012（2）：66－69.