Elektromagnetisk störning

BAKGRUNDSINFORMATION

Som radioamatör har jag länge varit intresserad av högfrekventa signaler, till exempel stöteffekter från statisk elektricitet och olika naturfenomen, strålade och ledningsbundna störningar, radiostörningar, och störningar från olika typer av kraftelektronik.

Jag har genomgått olika kurser i ämnet, bland annat hos Cem-Con AB Elmiljöteknik i Karlskrona, ett företag specialiserat på avhjälpning av militära störningsproblem, samt ett flertal kurser i både London och Rotterdam. Dessutom har jag ägnat mig åt att:

Komponenter för avstörning

BAKGRUNDSINFORMATION: Bilden visar typiska komponenter för avstörning. En beskrivning av deras funktioner och användning finns här.

 

En fallstudie

Ett företag som ägnade sig åt sedelhantering: snabba, mikrodatorstyrda maskiner som det svischade fram sedlar i, med mängder av elmotorer och sensorer, hade just bytt processorgeneration och dessutom tagit fram en prototyp till en ny sedelmatningsmaskin.

Man hade problem, eftersom maskinen bara fungerade en halv sekund efter strömtillslag och sedan kraschade processorn direkt. Det gick inte att köra maskinen över huvud taget.

Maskinen var prydligt uppbyggd. Kablaget var snyggt undanstuvat och buntat i tillgängliga utrymmen, utefter chassiben osv. Signalkablaget var sammanbuntat med kraftkablaget och där så var möjligt hade man dragit flatkabel med signaler till mikrodatorkorten. Man hade använt en särskild kablagekonsult, som med allt sitt kunnande hade skapat ett så gott kablage som möjligt.

 

Felsökning

Hårdbuntat kablage är alltid fel. Jag misstänkte redan från början att störningar från motorer och solenoider kopplade sig över till signalkablagen och störde sensorerna.

En undersökning visade att sensorerna mest bestod av läsgafflar, med en IR-lysdiod och en fototransistor. Denna typ av sensor har ganska hög utimpedans och är lätt att störa. Maskinen var full med likströmsmotorer av olika slag, som manövrerade luckor och armar. Sin vana trogen hade mekanikkonstruktörerna valt billigast möjliga motorer.

Med ett snabbt, digitalt signalbehandlande oscilloskop (Tektronix 2430) fann jag så småningom bovarna i dramat.

Oscilloskop 1En praktbild på signalen från en sensor i maskinen, som stördes av en transient åstadkommen av att någon kopplade till något på elnätet, utanför maskinen. En 11 volt topp-topp-transient som naturligtvis maskerade själva nyttosignalen som var på TTL-nivå.

Oscilloskop 2Vad som skulle ha varit en snygg, jämn kantvåg, stördes här av nanosekundtransienter på cirka 1 volt, kommande från drivelektroniken till en solenoid (dragmagnet). Pulståget blev distorderat och programmet som räknade pulser, räknade fel.

Oscilloskop 3En relativt långsam sensorsignal stördes här av en snabb kantvåg från en läsgaffel som läste av rotationen hos maskinens huvudmotor. Av den långsamma signalen fanns inget kvar. Denna effekt uppträdde då de båda ledarna gått intill varandra i en flatkabel på cirka 1,5 meter. Ledarna fick flyttas isär.

Oscilloskop 4Som kuriosa mätte jag upp den här signalen på en ledare i mikrodatorn. Det var en återkommande störtransient på cirka 23 MHz, som visade sig komma från någon resonant del i maskinens switchande nätaggregat. Den åstadkom sannolikt ingen skada.

 

Resultat

Eftersom man tidigare använt en äldre 8-bitars-processor, hade smärre transienter på sensorledningar och databuss inte spelat så stor roll.

Nu hade man ökat antalet motorer och sensorer och gått över till en snabbare processorgeneration där spikar på bussen i nanosekundklassen plötsligt var av betydelse. Störningarna som uppstod när maskinen startade, var nog för att få processorn att exekvera ogiltiga instruktioner och maskinen havererade. Konstruktionsorganisationen var inte beredd på dessa effekter.

Maskinen fungerade.

Jag rekommenderade företaget att behålla de av mig inhyrda digitala oscilloskopen och lägga mera pengar på snabba instrument av denna typ. Dessutom höll jag ett antal kurser för mekanikkonstruktörerna för att lära dem att även de är delaktiga i störningsfrågan.

Ett trosproblem

Ett av mina uppdrag under min tid som fotosätteritekniker var de oförklarliga krascharna på Riksdagstryckeriet. I Sverige är det så att allt som sägs i Riksdagen måste finnas i tryckt form dagen efter, så att allmänheten kan ta del av det. Det sköttes under 80-talet av ett tryckeri i Riksdagshuset, när Riksdagen tillfälligtvis var utlokaliserad till Kulturhuset på Drottninggatan i Stockholm.

Stenografiremsorna från riksdagsstenograferna knappades in på magnetband vid terminaler i tryckeriet och banden gick sedan vidare till redigering och tryckning. Tyvärr kraschade inmatningsstationerna ofta så fort någon kom in i rummet och hela arbetet fick göras om. Riksdagstrycket förlorade mycket tid på dessa oförklarliga fel och vi servicetekniker fick göra något åt det.

HögspänningstransienterJag lödde ihop en högspänningsprob av några motstånd och vi kunde på oscilloskopet se att man bara genom att gnugga foten i mattan kunde skapa urladdningar på flera tiotals kilovolt. Bovarna i dramat var alltså luftfuktigheten och mattan. Flickorna som gick omkring med banden skapade massor av statisk elektricitet i sina kläder, vilken sedan laddades ur mot datorerna och fick dem att krascha.

Hur gärna vi än hade velat kontrollera stansoperatrisernas underkläder, så gick det inte utan vi fick ta till andra metoder. Riksdagstrycket påstod att de köpt antistatiska mattor, men när mattillverkaren såg våra bevis lämnade man tillbaka pengarna. Det var tyvärr inte till stor hjälp. Inte kunde vi få högre luftfuktighet av driften heller. Ett halvhjärtat försök från datortillverkaren gav inte heller några resultat (Plastfoliekondensatorer i tangentborden hade föga verkan mot de statiska urladdningarna).

Vår lösning blev istället att utbilda personalen att alltid dunka magnetbandet (3M-band med metallstomme) i elementet (som var jordat), innan man gick in i ett rum. Detta var i CMOS-teknikens barndom, när kunskaperna om EMI var relativt små hos apparattillverkarna.


Till startsidan