针对油田巡检无人机油气探测传感器模块 200MHz-1GHz 高频段 EMC 辐射预测试

标准依据与防爆环境适配

1. EN 55032 标准核心要求

EN 55032 针对信息技术设备（ITE）的辐射发射，需明确传感器模块的分类与限值，避免与防爆结构冲突：

• 设备分类：油气探测传感器模块属 “工业环境 ITE”，执行Class A 限值（200MHz-1GHz 频段：辐射场强≤40dBμV/m@10m，或≤54dBμV/m@3m）。

• 测试频段：聚焦 200MHz-1GHz 高频段，需覆盖传感器核心电路（如 ADC 采样、射频通信）的谐波频率（典型 3 次、5 次谐波易超标）。

2. 防爆环境的特殊约束

油田防爆要求（如 Ex d 隔爆、Ex ia 本质安全）会直接影响 EMC 设计，需重点关注：

• 隔爆外壳的金属缝隙：若缝隙宽度＞λ/20（λ 为 1GHz 对应波长 30cm，即缝隙＞1.5cm），会成为高频辐射泄漏通道。

• 电缆引入装置：防爆密封接头若未做屏蔽处理，会导致传感器内部高频噪声通过线缆向外辐射。

• 本质安全电路：低功率传感器的信号链路（如气体检测探头的微弱信号）易受外部高频干扰，需同步验证抗扰度。

预测试环境与设备搭建

预测试无需暗室，但需控制环境干扰，确保数据有效性：

1. 环境准备

• 背景噪声扫描：先在测试场地（空旷油田边缘，远离输油泵、高压线）用频谱仪扫描 200MHz-1GHz 频段，记录背景场强（需≤30dBμV/m，否则需更换场地）。

• 防爆模拟工装：搭建与实际油田场景一致的防爆外壳（同材质、同缝隙结构），避免因外壳差异导致定位偏差。

2. 核心测试设备清单

高频干扰源定位流程

按 “整机→模块→元器件” 三级定位法，锁定干扰源：

1. 步：整机辐射初筛

• 测试方法：将无人机固定在绝缘支架上（高度 1.5m，模拟实际飞行高度），频谱仪天线置于 3m 处（垂直 / 水平极化各测 1 次），扫描 200MHz-1GHz 频段。

• 关键判断：若某频点场强＞40dBμV/m（Class A 限值），标记为 “超标频点”（如 300MHz、800MHz，多为射频模块或开关电源谐波）。

2. 第二步：模块级拆分定位

将传感器模块拆解为 3 个核心单元，逐一单独供电测试，排除交叉干扰：

• 油气探测核心单元（如红外甲烷传感器）：重点排查 ADC 采样电路（采样时钟 100MHz 时，3 次谐波 300MHz 易超标）。

• 射频通信模块（如 4G/5G 数传）：测试其发射频段（如 700MHz-960MHz）的杂散辐射，若杂散＞36dBμV/m，即为主要干扰源。

• 电源模块（如 DC-DC 转换器，开关频率 1MHz-5MHz）：其 200 次 - 1000 次谐波（200MHz-5GHz）会覆盖测试频段，需重点扫描。

3. 第三步：元器件级定位

用近场探头贴近超标模块的关键部位，定位具体干扰源：

• 电路区域：贴近 FPGA/MCU 的时钟引脚、电源芯片的电感引脚，若探头靠近时超标频点场强提升≥10dB，即为干扰发射点。

• 结构缝隙：用电场探头沿防爆外壳缝隙移动，若某缝隙处场强比其他位置高≥8dB，即为辐射泄漏通道。

• 电缆接口：拔掉传感器的信号电缆（如 RS485、以太网），若超标频点消失，说明电缆屏蔽不良（如屏蔽层仅单端接地）。