航空机载产品磁影响测量分析

毛洪涛（GRGT技术研究院电磁兼容研究所，广州 51000）



航空机载产品磁影响测量分析

毛洪涛
（GRGT技术研究院电磁兼容研究所，广州 51000）

摘要：介绍了航空机载产品磁影响测量标准的技术要求和测量方法，深入剖析了磁影响测量的原理，澄清了标准中容易混淆的磁影响限值的确定原则，详细解释了磁强计测量磁影响的方法，经过实践检验，这种磁强计测量航空机载产品磁影响的方法准确可靠。

关键词：航空机载产品；磁影响；电磁兼容；磁场强度

前言

国产大飞机C919于2015年11月的正式下线，标志着中国人在完全自主研制大型民航客机的征途上又迈出了重要一步。作为中国航空工业的一次巨大进步，C919从一开始就达到了50 %的国产化率，而且按照国际采购标准和波音、空客等知名国际企业的供应商同台竞争，显示了中国已经成为有相当航空工业基础的国家，比当年引进汽车、高铁时国产化率都高。如能打通这一条产业链，便有良好的产业前景，民用飞机将与汽车一样成为拉动国民经济增长的重要推动力，国产大飞机将成为中国高端制造产业的支柱。RTCA/DO160G是目前国际上通用的航空机载产品质量检测的标准，该标准名为《机载设备环境条件和试验程序》，包括大气环境、电磁兼容、防火安全三方面技术要求，其中的一项磁影响要求在其他产品的技术要求中不多见。本文将重点讲解磁影响的测量方法，澄清其中疑点，为普及大飞机的科学知识，为我们国家的大飞机事业奉献检测工程师的努力。

1 航空机载产品磁影响测量标准解疑释惑

飞机上的罗盘系统有两种形式，磁校正方式（MAG）和陀螺半罗盘方式（DG），罗盘系统在飞机上应用很广泛，能满足飞机在不同地区、不同气象条件和不同飞行状态下准确可靠地测量飞机航向的要求，同时还能向自动驾驶仪、飞行指引系统、甚高频全向信标系统、飞行管理计算机系统、飞机状态监控系统等提供航向信号。对磁场变化敏感的是磁校正系统的磁传感器，磁影响对飞机安全关系重大，因此国际航空标准专门规定了相应的技术要求和测试方法，RTCA/Do160G等同于欧盟标准ED-14G，是目前对机载设备环境要求及测试方法的规定，本标准第十五章规定机载设备在磁影响方面的要求及试验方法。本试验项目确定机载设备的磁影响，主要用于测定或验证设备允许的安装位置离罗盘或磁通门传感器的最近距离。本项目适用于所有安装在飞机上罗盘和磁通门传感器附近的设备，这些设备基本上集中在驾驶舱和货仓，罗盘传感器安装在翼尖等受飞机磁场影响较小的地方，重要的是保持与其他设备磁影响安全距离。磁影响安全距离分类如表1所示。

EUT的磁影响（见图1）通过一个自由磁体在水平磁场强度为14.4 A/m±10 %的均匀磁场中的等效偏转来确定，但是实际测量环境中，中国大陆的地球磁场强度水平分量在30 A/m左右，不同地点、时间地球磁场水平分量的数值大大的超出标准允许的范围，偏转角限值须适时修正。

既然确定当地磁场水平分量的时候要用到磁强计，就用磁强计来模拟电子罗盘，既可以精确实地测量测试场地地球磁场水平分量，还可以数字化地显示标准允许的磁场偏转角，测量EUT安全距离的精确度、一致性大大提高，遗憾的是本标准没给出具体的测量方法。

表1　设备分类和偏转角为Dc的距离对应表

图1　磁影响测试流程图

2 深度地解析磁影响测试原理驱散迷雾

指南针指引方向的原理不再赘述，我们通过图2所示的一个小实验来演示其他设备对指南针方向的影响。用一个板贴的小磁铁作为其他设备磁性质点的模型，按标准的试验布置，EUT的电源线之类的被省略了，假设EUT产生的磁场等效于这个小磁铁，EUT靠近指南针时，指南针的方向偏离了原来的南北方向，偏角的大小和EUT距离指南针的大小成反比，距离越远偏角越小，距离越近偏角越大。为了保证指南针类导航设备指示方向的能力就要控制其他设备产生的磁场对它的影响，RTCA/Do160第十五章磁影响这个检测项目就是为了规范其他设备在飞机上安装的位置，和导航设备保持安全的距离，限制这个偏转角度对导航设备的影响在可接受的范围。

图2显示，理想情况下磁罗经的指针总是顺着磁力线的方向，当有磁场干扰的EUT接近的时候，干扰磁场和地球磁场合成，磁力线的方向会偏转，磁罗经指针的偏转角度就是合成磁力线和地球磁力线的夹角，地球磁场确定的情况下，这个夹角就是EUT磁场强度/地球磁场强度的正切函数（示意图中磁场矢量三角形的对边比邻边），因此对偏转角度的限值就变成了对EUT干扰磁场强度的限值，EUT对导航设备磁影响的限制实质上就是EUT产生磁场强度的限制，在指南针的位置上用磁强计测量东西方向上的磁场强度值和指南针指示偏转角度是等效的而且容易读数。

图2　磁强计测量磁影响示意图

图3　磁强计测量磁影响操作界面示意图

3 磁强计测量磁影响的操作方案

按标准RTCA/Do160第十五章磁影响给出的试验布局和方法读罗盘的角度难以辨别，1 °太小，0.48 °更是无法掌握，因此利用数字磁力计，把角度Dc转换成磁场强度的数值，数字屏幕显示才容易操作。根据公式tan(Dc)=EUT磁场强度/地球磁场强度水平分量，将对角度的测量转化为对磁场强度的测量。

具体的测试步骤如下：

1）测量试验场地地球磁场水平分量H，磁强计在南北方向上水平微调，记录最大值，假定H=37.7 uT（30 A/ m）。

2）确定罗盘偏转角度限值，上述地球磁场水平分量H与14.4 A/m±10 %比较，完全符合这个标准磁场的实验场地毕竟是少数，常常需要计算修正的偏转角度，Dc=14.4/H=14.4/30=0.48 °。

3）计算EUT磁场强度限值，EUT干扰磁场强度的限值=H* tan(Dc)，带入上述测量值，EUT磁场强度限值=37.7* tan(0.48)=0.3158 uT，磁强计可以分辨纳特级别，数字屏幕显示315.8 nT。

4）测量安全距离，磁强计探头方向调整到东西水平方向，微调探头方向与地区磁场方向正交，数字屏幕显示0±50 nT，EUT沿东西轴线布置，调整距离使磁强计读数在315.8 nT附近，改变EUT工作状态和面对磁强计探头的方向使磁强计的读数最大，再调整距离使磁强计读数在315.8+50 nT范围，用木尺测量EUT到磁强计探头的距离。

5）根据表1设备分类，对比所测安全距离判定EUT类别是否符合标识，或者给EUT确定一个设备类别。

磁强计探头南北方向、东西方向正交两次测量，实际就是测量了EUT影响到地球合成磁场的x和y分量，x/y就是合成磁场偏转角的正切值。上述用磁力计替代罗盘的方案解决了磁偏转角限值问题，使用磁力计也可以很方便地评估测试场地的磁场均匀性，稳定性，选择最佳的测试场地，配合我们开发的虚拟仪器界面非常容易操作（见图3）。

4 结语

经过实践检验这种磁强计测量航空机载产品磁影响的方法比标准中磁罗盘方法准确可靠，我们再应用计算机虚拟仪器技术开发了这一实用的操作方法，科学、精准，彻底摆脱了眼睛盯着磁罗盘艰难辨认偏转角的困窘。本文补充完善了DO160G中磁传感器测量偏转角的方法，在今后的标准修订中，这种磁强计测量磁影响的方法一定会取代目前不是很精确的自由磁体式指南针的测量方法。

参考文献:

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[2] 何晓薇,徐亚军.航空电子设备[M].西安：西安交通大学出版社, 2004, 7.

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[5]权修桥.民机电子设备磁影响试验方法研究[J].微波学报, 2010, S2 期.

中图分类号：TH70

文献标识码：A

文章编号：1004-7204（2016）02-0009-04

作者简介:

毛洪涛（1963.5），资深电磁兼容工程师，全国无线电干扰标准化技术委员会通讯委员，现任职GRGT技术研究院电磁兼容研究所研究员，从事电磁兼容检测产品和测试智能化研发。

Measure Analysis on Magnetic Effect of Airborne Products

MAO Hong-tao
(GRGT Institute of Technology Institute of Electromagnetic Compatibility, Guangzhou 51000)

Abstract：This paper introduces the technical requirements and the measuring method of magnetic influence measuring standard for the airborne products. And it deeply analyzes the principle of magnetic effect measurement, clarifies the confusing certainty principles for magnetic effect'limit value in the standard, and detailedly explains the method for magnetometer to measure magnetic effect. It shows that only converting the deflection angle limit into the magnetic field intensity limit, can the operation for digital magnetometer be convenient.

Key words：airborne products; magnetic effect; electromagnetic compatibility; field strength