2007-06-16

电磁兼容设计的一般准则

电磁兼容设计的一般准则(ZT)

1.1电子线路设计准则
电子线路设计者往往只考虑产品的功能,而没有将功能和电磁兼容性综合考虑,因此产品在完成其功能的同时,也产生了大量的功能性骚扰及其它骚扰。而且不能满足敏感度要求。
电子线路的电磁兼容性设计应从以下几方面考虑:
1.1.1元件选择
在大多数情况下,电路的基本元件满足电磁特性的程度将决定着功能单元和最后的设备满足电磁兼容性的程度。选择合适的电磁元件的主要准则包括带外特性和电路装配技术。因为是否能实现电磁兼容性往往是由远离基频的元件响应特性来决定的。而在许多情况下,电路装配又决定着带外响应(例如引线长度)和不同电路元件之间互相耦合的程度。具体规则是:

⑴在高频时,和引线型电容器相比,应优先进用引线电感小的穿心电容器或支座电容器来滤波。
⑵在必须使用引线式电容时,应考虑引线电感对滤波效率的影响。
⑶铝电解电容器可能发生几微秒的暂时性介质击穿,因而在纹波很大或有瞬变电压的电路里,应该使用固体电容器。
⑷使用寄生电感和电容量小的电阻器。片状电阻器可用于超高频段。
⑸大电感寄生电容大,为了提高低频部分的插损,不要使用单节滤波器,而应该使用若干小电感组成的多节滤波器。
⑹使用磁芯电感要注意饱和特性,特别要注意高电平脉冲会降低磁芯电感的电感量和在滤波器电路中的插损。
⑺尽量使用屏蔽的继电器并使屏蔽壳体接地。
⑻选用有效地屏蔽、隔离的输入变压器。
⑼用于敏感电路的电源变压器应该有静电屏蔽,屏蔽壳体和变压器壳体都应接地。
⑽设备内部的互连信号线必须使用屏蔽线,以防它们之间的骚扰耦合。
⑾为使每个屏蔽体都与各自的插针相连,应选用插针足够多的插头座。



1.1.2电设计
每种单元都可以描述为接收一个输入信号、并对输入信号进行加工,然后在输出端输出加工过的信号。必须考虑在输入端可能存在的不希望有的信号,也要考虑经过输入端之外的其它通路进入的无用信号。最好在输入点上处理这些无用信号。

1.1.2.1电源
设备电源的EMI耦合涉及对供电线上的传导发射(主电源谐波、差模或共模瞬变、无线电发射机的窄带信号)的敏感度和传导到供电线上的发射。在设备内电源广泛地同其它功能相连,一方面电源中产生的无用信号可以很容易地耦合到各功能单元中去,另一方面,一个单元中的无用信号可能通过电源的(公共阻抗)耦合到其它单元去。因此,从电磁兼容的观点出发首先要关心电源。

⑴在可能的条件下,单独为各功能单元供电。
⑵使用公共电源的所有电路尽可能彼此靠近。
⑶使用公共电源的所有电路必须互相兼容。
⑷应在交直流干线上使用电源滤波器,以防外部骚扰通过电源进入设备,防止开关瞬变和设备内部产生的其它信号进入初级电源。
⑸有效隔离电源的输入和输出线及滤波器的输入和输出线。
⑹对电源进行有效的电磁场屏蔽,特别是开关电源。
⑺开关电源会引起高频辐射和传导骚扰,但它又有排斥电力线瞬变的优点(典型调压器则不能)。
⑻整流二极管应工作在最低的电流密度上(与最大额定电流成正比)。
⑼对所有电路功能状态电源都应保持低输出阻抗,即使在射频范围,输出电容也应呈现低阻抗。
⑽保证稳压器有足够快的响应时间,以便抑制高频纹波和瞬变加载作用。
⑾为稳压二极管提供足够的射频旁路。
⑿合理屏蔽和小心地把高压电源同敏感电路隔离开。
⒀电源变压器应该是对称平衡的,而不应该是功率配平的。
⒁对于变压器所用铁芯材料应取其饱和磁感应强度Bm的下限值。无论什么情况下必须保证不使铁芯驱动到饱和状态。
⒂变压器铁芯结构应优选D型和C型,E型最次之。
⒃用静电屏蔽的电源变压器抑制电源线上的共模骚扰,多重屏蔽隔离变压器(超隔)有更好的性能。

1.1.2.2控制单元
⑴控制单元和设备主体往往离得较远,因此必须正确运用接地和屏蔽方法,防止构成地环路和耦合无用信号。
⑵控制单元内主要的无用信号源是那些能突然断开控制信号通道的元件。如开关、继电器、可控硅整流器、开关二极管等。
⑶各种产生无用信号的开关同感性负载一起运行时,就会产生严重的瞬变过程。
⑷尽量减少陡峭波前瞬态过程,应限制接通和断开时通过开关的浪涌电流。
⑸如果必要,可使用RC网络或二级管来抑制开关瞬变。
⑹如有必要,则使用缓冲或减振器来减小继电器触点的振动。

1.1.2.3放大器
由于它们应用广泛,能影响无用信号的产生和耦合,所以必须对放大器提出严格的电磁兼容性设计要求。
⑴放大器的布局应设计成最短的距离上传送低电平信号,否则易引入骚扰。
⑵放大器占有带宽应和有用信号匹配。必须控制放大器的带外响应。带宽过宽易将无用信号放大或产生寄生振荡。
⑶要注意多级放大器各级之间的去耦。
⑷对所有放大器的输入端进行去耦,只让有用信号进入放大器。
⑸工作频率低于1MHz的放大器,采用平衡输入式为好(特别是音频放大器)。
⑹运算放大器的噪声比晶体管的噪声电平高,为21/2倍以上。
⑺应将瞬时大电流负载的电源与运算放大器的电源分开,防止运算放大器电源线的瞬时欠压状态。
⑻隔离放大器的输入变压器,初次级间应有效地屏蔽隔离。
⑼用输入变压器来断开到远端音频输入电路的任何地环路。
⑽音频输入变压器应是磁屏蔽的,以免拾取电源磁场骚扰。
⑾音频放大器应该用平衡输入式,并用屏蔽双绞线对作输入信号线。
⑿音频增益(音量)控制应在高增益前置放大器之后,否则控制时它的走线上的噪声和骚扰拾取电平将成为低电平输入信号的可观部分。
⒀音频放大器若用开关电源,要用20KHz或更高的开关速度。
1.1.2.4数字电路
数字和模拟设备的发射和敏感特性不同的,一般不能用对数字信号滤波的方法来实现模拟电路电磁兼容。例如,模拟电路通常产生窄带骚扰,并常常对连续波骚扰敏感;数字电路常常产生宽带骚扰,并对尖峰脉冲骚扰敏感。控制数字电路的发射和敏感所采用的屏蔽、滤波的范围和程度要根据数字电路单元的性能、电路元器件的速率来决定。
数字系统误动作的重要原因中,绝大多数起因于机壳地、信号地的电位波动。集成电路0V端电位发生变化时,它的工作状态便不稳定,从而影响下一级输入端状况,下一级也会不稳定。0V线电位的变化是接地线本身有电感和直流电阻所致。

⑴必须选择电路功能允许的最慢的上升时间和下降时间,以限制产生不必要的高频分量。
⑵避免产生和使用不必要的高逻辑电平。如能用5V电平的就不要用12V电平。
⑶时钟频率应在工作允许的条件下选用最低的。
⑷要防止数据脉冲通过滤波和二次稳压电源耦合到直流电源总线上去。
⑸数字电路的输入、输出线不要紧靠时钟或振荡器线、电源线等电磁热线,也不要紧靠复位线、中断线、控制线等脆弱信号线。
⑹只要可能,就应在低阻抗点上连接数字电路的输入和输出端,或用阻抗变换缓冲级。
⑺要严格限制脉冲波形的尖峰、过冲和阻尼振荡。
⑻若用脉冲变压器,应是有屏蔽的。
⑼必须对电源线、控制线去耦,以防止外部骚扰进入。
⑽不要用长的、非屏蔽的信号线。印制线长度达每ns上升时间大约5cm就要考虑匹配端接。
⑾注意到光电隔离器对差模骚扰有抑制效果,而对共模骚扰去没有明显作用。
⑿印制导线的电感分量在产生公共阻抗耦合方面起着主导作用。电源线,尤其地线条要尽量粗、短。
⒀对有暂态陡峭电源电流的器件和易受电源噪声影响的器件,要在其近旁接入高频特性好的电容器去耦。
⒁在每个印制板电源入口处装1个LCL形T型滤波器防止来自电源的冲击输入。
⒂用屏蔽网(编织带)和铁氧体夹卡改善扁平电缆的抗骚扰性能。
⒃从2层印制电路板改为多层印制电路板,很容易使发射和抗扰度性能提高10倍。
⒄“五—五”规则可以帮助你决策。即时钟频率大于5MHz或者脉冲上升时间小于5ns,宜于选择多层电路板。
⒅用手工布关键线(时钟、高速重复控制信号、复位线、中继线、I/O线等)。若用自动布线必须仔细检查和修改违反EMI控制的地方。

1.1.2.5其他
⑴去耦
消除公共阻抗耦合有害影响的措施是去耦。去耦滤波器的关键元件是引线尽可能短的高频电容器。
⑵隔离
①注意地环路形成共模骚扰。
②用隔离变压器切断地环路,最适用于信号不含直流分量时。宽带信号不宜用它。在工业领域,把含直流分量的信号调制成交流信号,经电压或电流互感器将其送到接收端再进行解调。非理想的变压器在初级和次级之间存在分布电容,该分布电容允许骚扰经变压器进行耦合,因而该分布电容的大小直接影响它的高频隔离性能。也就是说,该分布电容为信号进人电网提供了通道。所以在选择变压器时,必须考虑分布电容的大小。在使用变压器时,必须加静电屏蔽(法拉第屏蔽)并接地,这可减小分布参数,因为静电屏蔽破坏了初、次级问的直接耦合,困而也就能降低传导骚扰。
为了更好地降低分布电容,提高开关变压器的共模抑制性能,可采用三层屏蔽:第一层屏蔽连接到初级的电位端;第二层屏蔽连接到次级的低电位端,中心法拉第屏蔽连接到变压器的外壳及安全地。
③光电耦合器隔离法。
因输入和输出线性关系差,不宜直接用于模拟信号,但最适于传输数字信号。用光脉宽调制法,就能传输含直流分量的模拟信号,而且有优良的线性效果。
⑶提高抵抗共模骚扰能力的方法
有时很难用隔离器件切断地环路,例如两设备必须直流连接。这时只能采取措施把地环路产生的共模骚扰影响抑制到最小。
①用差分放大器
直流到高频,线性好,适于模拟信号。对称平衡时,共模抑制很好。不平衡时,共模骚扰转换成差模,影响程度与不平衡程度有关。
②串接共模扼流圈(中和变压器或纵向扼流圈)。

1.2印制电路设计准则
在印制线路板设计中,产品设计师往往只注重提高密度,减小占用空间,制作简单,或追求美观,布局均匀,忽视了线路布局对电磁兼容性的影响,使大量的信号辐射到空间形成骚扰。

在设计印制线路板时,应注意以下几点:
⑴从减小辐射骚扰的角度出发,应尽量选用多层板,内层分别作电源层、地线层,用以降低供电线路阻抗,抑制公共阻抗噪声,对信号线形成均匀的接地面,加大信号线和接地面间的分布电容,抑制其向空间辐射的能力。
⑵电源线、地线、印制板走线对高频信号应保持低阻抗。在频率很高的情况下,电源线、地线、或印制板走线都会成为接收与发射骚扰的小天线。降低这种骚扰的方法除了加滤波电容外,更值得重视的是减小电源线、地线及其他印制板走线本身的高频阻抗。因此,各种印制板走线要短而粗,线条要均匀。
⑶电源线、地线及印制导线在印制板上的排列要恰当,尽量做到短而直,以减小信号线与回线之间所形成的环路面积。
⑷电路元件和信号通路的布局必须最大限度地减少无用信号的相互耦合。
①低电子信号通道不能靠近高电平信号通道和无滤波的电源线,包括能产生瞬态过程的电路。
②将低电平的模拟电路和数字电路分开,避免模拟电路、数字电路和电源公共回线产生公共阻抗耦合。
③高、中、低速逻辑电路在PCB上要用不同区域。
④安排电路时要使得信号线长度最小。
⑤保证相邻板之间不能有过长的平行线。
⑥EMI滤波器要尽可能靠近EMI源,并放在同一块线路板上。
⑦DC/DC变换器、开关元件和整流器应尽可能靠近变压器放置,以使其导线长度最小。
⑧尽可能靠近整流二极管放置调压元件和滤波电容器。

1.3设备内部走线准则
有些产品,尤其是不大正规的产品,内部走线十分混乱,各种走线胡乱捆扎在一起,又没有任何屏蔽、滤波、接地措施。这种内部走线处理方法,不仅传输高、低电平信号的导线之间相互骚扰,也给后期采用屏流滤波等补救措施带来不便。正确的布线也是一种电磁兼容性设计措施,它能大大地降低骚扰,不需增加工序,却可收到较满意的效果。因此在布线时,应做到:
⑴机箱中各种裸露走线要尽可能短。
⑵传输不同电子信号的导线分组捆扎,数字信号线和模拟信号线也应分组捆扎,并保持适当的距离,以减小导线间的相互影响。
⑶对于产品经常用来传递信号的扁平带状线,应采用 地--信号--地--信号--地 排列方式,这样不仅可以有效地抑制骚扰,也可明显提高其抗扰度。
⑷将低频进线和回线绞合在一起,形成双绞线,这样两线之间存在的骚扰电流几乎大小相等,而方向相反,其骚扰场在空间可以相互抵消,因而减小骚扰。
⑸对能确定的、辐射骚扰较大的导线加以屏蔽。
⑹功能单元和设备内电路的分隔能把无用信号限制在有限范围内,以便使无用信号和可能敏感的电路和导线有效地去耦。
①在可能的地方使用模块式结构(有屏蔽外壳的功能单元)。
②特别要把电源线滤波器、高电平信号电路、低电平信号电路放在不同的屏蔽隔舱内。
③在设备内部采用屏蔽,例如板或隔墙来分隔高电平源和灵敏的接收器。
④对电源提供有效的电、磁场屏蔽。特别是对开关电源。
⑤合理屏蔽高压电源,并同敏感电路隔离。
⑥在整个音频敏感电路周围使用磁屏蔽,以减少同电源线的耦合。可以用这样的方法来有效地减少400Hz/50Hz交流声。输入电路用差分方式,输入信号用双绞线。
  
举例:如在显示器中,交流电源线的插座一般都在后面板,而电源开关经常在前面板,这样机内的电源走线就很长,而许多厂家对这种情况没有采取相应的措施,如采用屏蔽线或双绞线等。这就会导致机内走线接收工作信号,并通过电源线传导出来。

又如,在微机中,电源虽然是屏蔽的,但电源的直流输出线在屏蔽体之外,如果直流输出线过长,就很容易将主板上的骚扰接收下来,传到交流电源线上。因而在设计时,应尽量减小直流输出线的长度。另外,还可以在直流输出线上加上磁珠或铁氧体磁环。

1.4底板和机壳设计准则
底板和机壳的结构设计,即结构材料和装配技术,常常能决定是否能同工作环境实现EMC。

底板和机壳是为控制设备或功能单元中无用信号通路提供屏蔽的最有效方法。屏蔽的程度取决于结构材料的选择和装配中所用的设计技术两个方面。经过设计的屏蔽仅受设计者在设计接缝、开口、穿透和对底板及机壳的搭接等方面的知识和技巧的限制。

1.4.1屏蔽
屏蔽是对场的处理问题。离场源的距离不同的区域,场的性质不同。一个临界距离是d。
d0=λ/2π≌λ/6
⑴场域划分
粗略划分:d<λ/2π的区域为近场区
d>λ/2π的区域为远场区
严格划分:d<d0/3即d<λ/20的区域为近场区(但实际可扩展到d<λ/1.2π=
d>3 d0=λ/2的区域为远场区
λ/20<d<λ/2的区域为过渡区
⑵场域性质
近场是感应场—静电场和静磁场,对外不辐射能量。(法拉第屏蔽处理)
远场是辐射场—E和H矢量在时间上同相而向外辐射能量。(机箱屏蔽处理,特别是电气连续性问题的处理)
过渡区是感应电磁场—场的性质比较复杂。
⑶对设备内部主要是近场问题。
用场论解麦克斯韦方程复杂而不实用,故用近似电路理论处理。即用集中参数电容考察电场引起的耦合,用互感集中参数考察磁场引起的耦合。
①如果波源的电压高、电流小,则电场的作用比磁场的作用明显,可采用电场屏蔽。
②如果波源的电压低、电流大,则磁场起主导作用,应采用磁场屏蔽。
电场屏蔽——用法拉第屏蔽来消除电场的影响。
磁场屏蔽一一使回路1的磁通发生扭曲或将其引向他方,避免与回路2交连来消除磁场耦合。
⑷电磁场的屏蔽——电连续的闭合金属箱体,对抗远场和近场。

1.4.2结构材料
⑴适用于底板和机壳的大多数材料是良导体,可以屏蔽电场,如铝、铜等。主要的屏蔽机理是反射信号而不是吸收。
⑵对磁场的屏蔽需要铁磁材料,如高导磁率合金和铁。主要的屏蔽机理是吸收而不是反射。
⑶在强电磁环境中,要求材料能屏蔽电场和磁场两种成分,因此需要结构上完好的铁磁材料。屏蔽效能直接受材料厚度以及搭接和接地方法好坏的影响。
⑷对塑料壳体可以在其内壁喷涂屏蔽层,或在注塑时掺入金属纤维。

1.4.3缝隙
必须尽量减少结构的电不连续性,以便控制经底板和机壳进出的泄漏辐射。提高缝隙屏蔽效能的结构措施包括增加缝隙深度,减少缝隙长度,在接合面加入导电衬垫,在接缝处涂上导电涂料,缩短螺钉间距等。
⑴在底板和机壳的每一条缝和不连续处要尽可能好地搭接。最坏的电搭接处对壳体的屏蔽效能降低起决定性作用。
⑵保证接缝处金属对金属的接触,以防电磁能的泄漏和辐射。
⑶在可能的地方,接缝应焊接,以便接合面连续。在条件受限制的情况下,可用点焊、小间距铆接和螺钉连接来处理。
⑷在不加导电衬垫时,螺钉间距一般应小于最高工作频率的l%波长,至少不大于l/20波长。
⑸用螺钉或铆接进行搭接时,应首先在缝的中部搭接好,然后逐渐向两端延伸,以防金属表面的弯曲。
⑹保证紧固方法有足够的压力,以便在有变形应力、冲击、振动时保持表面接触。
⑺在接缝不平整的地方,在可移动的面板等处,必须使用导电衬垫或指形弹簧材料。
⑻选择高导电率和弹性好的衬垫。选择衬垫时要考虑接合处所使用的频率。
⑼选择硬韧材料做成的衬垫。
⑽保证同衬垫配合的金属表面没有非导电保护层。
⑾当需要活动接触时,使用指形压簧(而不用网状衬垫),并要注意保持弹性指簧的压力。
⑿导电橡胶衬垫用在铝金属表面时,要注意电化腐蚀作用。纯银填料的橡胶或Monel线型衬垫将出现严重的电化学腐蚀。银镀铝填料的导电橡胶是雾盐环境下用于铝金属配合表面的最好衬垫材料。

1.4.4穿透和开口
⑴要注意由于电缆穿过机壳使整体屏蔽效能降低的程度。典型的未滤波的导线穿过屏蔽体时屏蔽效能降低30dB以上。
⑵电源线进入机壳时,全部应通过滤波器盒。滤波器的输入端最好能穿出到屏蔽机壳外;
若滤波器结构不宜穿出机壳,则应在电源线进入机壳处专为滤波器设置一隔舱。
⑶信号线,控制线进入/穿出机壳时,要通过适当的滤波器。具有滤波插针的多芯连接器(插座)适于这种场合使用。
⑷穿过屏蔽壳体的金属控制轴,应该用金属触片、接地螺母或射频衬垫接地。也可不用接地的金属轴而用其他绝缘轴贯通波导截止频率比工作频率高的圆管来作控制轴。
⑸必须注意在截止波导孔内贯通金属轴或导线会严重降低屏蔽效能。
⑹当要求使用对地绝缘的金属控制轴时,可用短的隐性控制轴,不调节时用螺帽或金属衬垫弹性安装帽盖住。
⑺为保险丝、插孔等加金属帽。
⑻用导电衬垫和垫圈、螺母等实现钮子开关防泄漏安装。
⑼在屏蔽、通风和强度要求不苛刻时,用蜂窝板屏蔽通风口。最好用焊接方式保持连接,防止泄漏。
⑽尽可能在指示器、显示器后面加屏蔽,并对所有引线用穿心电容器滤波。
⑾在不能从后面屏蔽指示器/显示器和对引线滤波时,要用与机壳连续连接的金属网或导电玻璃屏蔽指示器/显示器的前面。对夹金属丝的屏蔽玻璃,在保持合理的透光度条件下,对30~1000MHz的屏蔽效能可达50~110dB。在透明塑料或玻璃上镀上透明导电膜,其屏蔽效果一般不大于20dB。但后者可消除观察窗上的静电积累,在仪器上常用。
屏蔽体要起到屏蔽作用应具备下述3个要素:a.屏蔽体是一个完整的电连续体;b.有完善的滤波措施;c.对于电屏蔽还要有良好的接地。
以微机产品为例,由于其结构比较特殊,要得到很好的屏蔽效能确实比较困难。微机产品屏蔽效能不理想的主要因素为:
①微机系统内部产生骚扰的功率器件、开关器件及电流突变的信号线未加滤波、屏蔽措施,使其机壳内部骚扰场较大。
②许多微机为塑料机壳,表面没有涂覆导电材料,或虽涂覆但涂料性能不佳,屏蔽效能很低。
③微机机壳由于设通风孔、安装开关及其它部件,开有许多孔缝,上下机盖及侧板之间由于没有专门处理,接触不是很好,造成机箱本身不是一个电连续体,因而影响屏蔽效能。
④电源进线和出线的滤波不当,也是影响屏蔽效能的一个因素。
影响屏蔽效能的因素并非不能消除,但要下功夫,如提高导电涂料的性能,合理布置孔、缝的位置及开口方向,加装滤波器连接器、屏蔽铜网及导电衬垫,提高装配工艺水平。总之,解决这一问题需企业重视,设计人员努力。

1.4.5搭接
搭接是把一定的金属部件机械地连接在一起的过程,目的是实现低电阻的电气接触,保证系统电气性能的稳定,帮助实现对射频骚扰的抑制。
⑴尽可能用同样的金属搭接。
⑵保证搭接的直流电阻不大于25毫欧。不能用欧姆表来评估射频搭接或射频垫圈。
⑶对不同金属进行搭接要注意各种金属在电化学序列表中的相对位置。电位差要尽可能小,并有合适的防腐蚀措施。
⑷修整搭接表面,以便得到最大的接触面积。搭接后立即涂复保护层。
⑸搭接前清洗所有配接表面。为防止氧化,在清除了保护层之后就搭接配合表面。
⑹对于永久性搭接应尽可能用熔焊或铜焊、锡焊连接所有的接合面。射频搭接应优先采用永久性搭接。
⑺不允许用螺栓或螺钉的螺纹来完成射频搭接。
⑻不允许用导电漆来实现电的或射频搭接。导电胶连接处必须提供大约700g/cm2的压力,以保证导电涂复处的高导电率。导电胶的导电性要求大约为2~5mΩ/cm。
⑼压紧所有的射频衬垫。

1.5布线设计准则
布线是指导线和电缆的布置。布线实际上包含了分开、隔离、分类捆扎和电缆安置等一系列的内容。

1.5.1电缆的连接器
电缆的连接能使电子/电气分系统的性能变坏。不仅因为外来骚扰信号会通过相互作用或耦合进入系统/分系统中的连接电缆,对敏感设备构成严重威胁;还可能因设计、分类(隔离)、捆扎和走线等不当而产生问题。
⑴应尽量避免在现场更换电缆;应使用经生产单位测试或检查过的替换电缆。
⑵设备舱里面的连接电缆难以更换。为此应确定适当的安全余量,以便在系统寿命期允许连接电缆的性能有所变坏。
⑶设计时要特别注意用于低电平信号和低阻抗电路的连接器,以及由于阻抗增大会引起误差而又不能探测的连接器。
⑷分系统间的连接电缆和连接器的设计要协调一致。(例如,不能一端要求其所有屏蔽层彼此隔开,而另一端却只给一个连接器留1根插针供屏蔽层端接。不能一端用屏蔽线控制骚扰辐射,而另一端却选用非导电涂层的连接器。)
⑸不要让主电源线和信号线通过同一连接器。
⑹尽量不要让输入输出信号线通过同一连接器。
⑺根据导线分类,正确进行连接器屏蔽层端接。

1.5.2导线分类及成束
EMI控制的一个主要方面是把导线和电缆分成和处理功率电子类似的等级。按30dB功率电平分组的分类表如表2所示:
表2电缆束分类
类别 功率范围 特点
A >40dBm 高功率DC、AC和RF(EMI)源
B 10~40dBm 低功率DC、AC和RF(EMI)源
C -20~10dBm 脉冲和数字电路源 视频输出电路(音频、视频源)
D -50~-20dBm 音频和传感器敏感电路 视频输入电路(音频敏感电路)
E -80~-50dBm RF、IF输入电路、安全电路(RF敏感电路)
F <-80dBm 天线和RF电路(RF敏感电路)

这种分类的好处是:
①EMI源和接收器分别以功率分类
②在同一线束或线扎中,邻近导线功率电平相差不会超过30dB。
1.5.3敷设电缆用的导线标记
①在导线每端距接头、或被接设备不大于15厘米处制作标记,每根线上的标记间隔为40厘米。
②实际捆扎时,可把标记相同的导线捆扎在同一线束内。未征得EMI控制负责人批准,不可把不同标记的导线捆扎在同一线束内。
1.5.4屏蔽端接
⑴屏蔽导线
①屏蔽导线用于防止产生不必要的辐射或保护导线免受杂散场的影响。
②把屏蔽层隔离开来,以防发生不必要的接地。
③不要把屏蔽层用于信号回线。
④双绞线有类似电磁屏蔽作用。
⑵敏感电路的保护
①用于保护音频敏感电路的屏蔽层仅一端接地。永远不要把屏蔽层用作音频敏感电路的回线。
②用于射频敏感电路的屏蔽层两端要接地。
③对于既属音频敏感又属射频敏感的电路,要选用紧密的屏蔽线对。扭绞间距离越短屏蔽效果越好。屏蔽层两端要接地。

1.6接地设计准则
在产品设计时,从安全角度或从功能上考虑接地的多,而从抑制骚扰的角度考虑按地设计的少,因而在选择接地方式、接地点、接地线时,就会出现一些本可以避免的错误。此外,良好的接地设计必需有良好的装配工艺作保障,才能达到预期的目的。

1.6.1在接地设计时,要根据实际情况选择接地方式及接地点。
例如,微机辐射骚扰超过极限值的频率集中在30~200MHz范围之内,因此微机内部各单元及屏蔽电缆相对机壳应采用多点就近接地的方式。使用单点接地,会增加接地线的长度,如果接地线长度接近或等于骚扰信号波长的l/4时,其幅射能力将大大增加,接地线线将成为天线。一般来讲,接地线的长度应小于2.5cm。屏蔽电缆的接地如图1所示。

1.6.2接地线的选用
经常可以看到这样的产品,其内部的接地线是很细的单股线,这种在其内部通过高频电流时,由于高频阻抗很大,接地效果可想而知。因此,考虑到趋肤效应,接地线需要选用带状编织线。如果对接地要求很高,还可在其表面镀银,这主要是减小导线的表面电阻率,因而达到减小接地线高频阻抗的目的。

1.6.3接地线应与接地面良好搭接
标准中一般规定,接地线与接地面的直流搭接阻抗应小于2.5mW为了高质量的接地,接地面应经过表面处理,避免氧化、腐蚀。在接地线与接地平面之间不应有锁紧垫圈、衬垫,而且不应使用衬垫、螺栓、螺母作为接地回路的一部分。

1.6.4三种接地方式:浮地、单点接地和多点接地
浮地的目的是将电路或设备与公共地线或可能引起环流的公共线路隔离开来。
缺点:由于设备不与大地直接相连,容易出现静电积累,达到一定程度后会产生击穿,这是一种破坏性很强的骚扰源。折衷处理的办法是在浮地与大地之间接一个阻值很大的泄放电阻,以消除静电积累的影响。实现浮地的办法:变压器隔离、充电隔离。浮地除了使地线“浮”起来以外,还解决了单地系统中电位不一致带来的麻烦。
单点接地是指接地只有一个物理点被定义为接地参考点,其他各需要接地的点都直接接到这一点。如果系统工作频率很高,达到接地线长度可以与工作频率(信号的波长)相比拟的程度时就不能再用单点接地的方式了(接地效果已经不理想了),而要用多点接地的概念了。
多点接地是指一个系统中各个接地点都直接接到距它最近的接地平面上,使接地线的长度为最短。接地点可以是设备的底板,也可以是贯通整个系统的地导线,还可以是设备的结构框架等。多点接地的优点是电路结构比单点接地简单。由于采用了多点接地,就形成了许多接地回路,因此提高接地系统的质量就变得十分重要,需要经常维护,保持良好的导电性能。
混合接地:只对需要高频接地的地方采用多点接地,其余用单点接地。接地长度以0.05λ~0.15λ来衡量,超出此值的应采用多点接地。
另外,以继电器等有大电流突变的场合,要用单独接地以减少对其他电路的瞬变耦合。
负载直接接地是不合适的。用紧绕的双绞线也能获得极好的屏蔽性能。
当屏蔽电缆传输高频信号时,电缆外层屏蔽应采用多点接地,典型的分界点是100KHz,高于此值用多点接地,低于此值用单点接地,多点接地时要做到每隔0.05λ~0.1λ有一个接地点。
屏蔽层接地不能用辫状接地,而应当让屏蔽层包裹芯线,然后再让屏蔽层360度接地。

1.6.5地设计准则
*电路尺寸小于0.05λ时可用单点接地,大于0.15λ时可用多点接地。
*对工作频率很宽的系统要用混合接地。
*出现地线环路问题时,可用浮地隔离(如变压器,光电)。
*所有接地线要短。
*接地线要导电良好,避免高阻性。
*对信号线,信号回线,电源系统回线以及底板或机壳都要有单独的接地系统,然后可以将这些回线接到一个参考点上。
*对于那些将出现较大电流突变的电路,要有单独的接地系统,或者有单独的接地回线以减少对其他电路的瞬态耦合。
*低电平电路的接地线必须交叉的地方,要使导线互相垂直。
*使用平衡差分电路,以尽量减少接地电路的骚扰影响。
*对于最大尺寸远小于λ/4的电路,使用单点接地的紧绞合线(是否屏蔽视实际情况而定),以使设备敏感度最好。
*交直流线不能绑扎在一起。交流线本身要绞合起来。
*端接电缆屏蔽层时,避免使用屏蔽层辫状引出线。
*需要用同轴电缆传输信号时,要通过屏蔽层提供信号回路。低频电路可在信号源端单点接地;高频电路则采用多点接地。
*高频、低电平传轴线要用多层屏蔽,各屏蔽层用单点接地。
*从安全出发,测试设备的地线直接与被测设备的地线联接;还是从安全出发,要确保接地联接装置能够应付意外的故障电流,在室外终端接地时,能够应付雷电电流的冲击。




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Super-lens brings fine features into focus

Super-lens brings fine features into focus
30 April 2005


The Photonics Group, University of Karlsruhe
Dolling's paper in Optics Letters
Photorealistic images of objects in negative refractive index materials
The race to build an exotic material with a negative refractive index for visible light has been won by a team of researchers in Germany. The demonstration could open the door to a new generation of optical devices such as superlenses able to see details finer then the wavelength of visible light.

It may also, ultimately, lead to further breakthroughs in "invisibility cloaks" which could hide objects from the human eye.

Light waves consist of alternating electric and magnetic fields that interact with materials as they travel, or propagate. This interaction determines a property of the material called its refractive index, which is a measure of the behaviour of light as it passes through the material. The refractive index describes the way the light waves bend when they enter and leave the material and the speed at which they propagate.

The refractive index of normal materials is always positive – 1.0003 in air, about 1.5 in ordinary glass, 2.1 in zircon, and 2.4 in diamond. In the mid-1990s, however, John Pendry of Imperial College London, UK, realised that it was possible to construct artificial materials in which the refractive index could be negative.



Scaling down
The trick is to assemble an array of electronic components that resonate with the electric and magnetic fields of the light waves as they pass through. These materials are unlike any conventional substance, hence the name "metamaterial". Pendry suggested that an array of coils and wires much smaller than the wavelength of light would do the trick and first demonstrated the idea for radio waves with a frequency between 15 and 20 megahertz.

Later experiments extended the technique to shorter wavelengths, first into the microwave region and later the infrared. Now Gunnar Dolling at the University of Karlsruhe in Germany, and colleagues, have demonstrated the effect at 780 nanometres – the long-wavelength end of the red spectrum – by scaling down a structure he had developed for infrared wavelengths.

Dolling's metamaterial is made by depositing a layer of silver on a glass sheet, covering this with a thin layer of nonconducting magnesium fluoride, followed by another silver layer, forming a sandwich 100 nm thick. Dolling then etched an array of square holes through the sandwich to create a grid, similar to a wire mesh.

Bending backwards
Dolling determined the refractive index of the material by measuring the "phase velocity" of light as it passed through. His measurements show the structure has a negative refractive index of -0.6 for light with a wavelength of 780 nm.

This value drops to zero at 760 nm and 800 nm, and becomes positive at longer and shorter wavelengths. Previously, the shortest wavelength at which a negative refractive index had been demonstrated was 1400 nm.

The team has not yet observed some of the other exotic effects possible with a negative refractive index, such as the ability to bend light backwards. However, simulations show that negative-index lenses should produce exotic effects over a limited range of wavelengths. For now, Dolling is concentrating on studying the new effects rather than attempting to build devices such as superlenses. These applications are still a long way off, he told New Scientist.

The Chinese version:

德国研究小组成功创造出一种对可见光具有负折射率的奇异材料
据newscientisttech.com网站2006年12月18日报道,德国的一个研究小组赢得了构造一种对可见光具有负折射率的奇异材料的竞争。这项验证可能为研制能够了解比可见光波长更多细节的新一代光学设备如超级透镜开启了一扇门。它可能还会为人眼所不能见的“隐身斗篷”的研究带来进一步的突破。
【学科相关】http://www.SciEI.com/news/news/Photoelec/Index.html


  光波由交互的电磁场组成,当他们在行进或传播时,这种交互电磁场可以与材料相互作用。这种交互作用决定着材料被称之为它的折射率的特性,折射率是对光经过这一材料时行为的一种量度标准。折射率主要描述当他们进入和离开材料时,光波弯曲的方式以及他们传播的速度。

  普通材料的折射率始终是正值,在空气中为1.0003,在普通玻璃中为1.5,在锆石中为2.1,在钻石中为2.4。然而,在20世纪90年代,英国伦敦帝国理工学院的约翰·彼德利认为建造折射率为负值的人造材料是可能的。

  按比例减少
  
  这种决窍在于聚集一群当他们经过时可以与光波的电磁场产生共鸣的电子元件。这些材料不像任何常规的物质,因此他们的名字叫作“超颖物质”。彼德利认为,一群比光的波长小得多的镀锡卷板和金属丝可能会实现负折射率。他还首次将这种想法在频率为15兆赫和20兆赫之间的无线电波上进行了论证。随后的实验将这种技术延伸到了更短的波长,并首次进入微波范围,然后是红外线范围。现在,德国卡尔斯鲁厄大学的贡纳尔·多林及其同事已通过按比例减少一种他为红外线波长研发的构造物论证了波长为780纳米的折射效果——红光光谱的长波长末端。多林制成超颖物质的方法是:先在一块玻璃板上沉积一层银,随后在上面覆盖一层薄薄的不传导的镁氟化物,最后再覆上一层银,这样就形成了一块100纳米厚“三明治”。然后,多林在这样金属三明治上蚀刻上一群方孔,以创造出一种类似于金属丝网的栅格。

  向后弯曲

  当它经过时,多林通过测量光的“相位速度”来决定材料的折射率。他的测量表明这种构造物对波长为780纳米的光的折射率为-0.6。这一数值在光的波长为760纳米和800纳米时会降到零,在更长和更短的波长时则会变为正值。此前,已被论证的出现负值折射率的最短波长为1400纳米。

  这个研究小组还没有观察到可能由负折射率带来的其他的一些奇异效果,例如向后弯曲光的能力。然而,模拟实验表明负指数透镜会对一个有限范围内的波长产生奇异的效果。目前,多林正全神贯注地研究新的效果,而不是尝试构建如超级透镜这样的设备。他告诉《新科学家》的记者称中,这些应用还有很长的路要走。
英文原文链接参见:http://www.newscientisttech.com/article/dn10816-red-light-debut-for-exotic-metamaterial.html


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2007-06-04

李嘉诚忠告



1.我17岁就开始做批发的推销员,就更加体会到挣钱的不容易、生活的艰辛了。人家做8个小时,我就做

16个小时。

  2.我们的社会中没有大学文凭、白手起家而终成大业的人不计其数,其中的优秀企业家群体更是引

人注目。他们通过自己的活动为社会作贡献,社会也回报他们以崇高荣誉和巨额财富。

3.精明的商家可以将商业意识渗透到生活的每一件事中去,甚至是一举手一投足。充满商业细胞的

商人,赚钱可以是无处不在、无时不在。

  4.我凡事必有充分的准备然后才去做。一向以来,做生意处理事情都是如此。例如天文台说天气很

好,但我常常问我自己,如5分钟后宣布有台风,我会怎样,在香港做生意,亦要保持这种心理准备。

5.精明的商人只有嗅觉敏锐才能将商业情报作用发挥到极致,那种感觉迟钝、闭门自锁的公司老板

常常会无所作为。

  6.我从不间断读新科技、新知识的书籍,不至因为不了解新讯息而和时代潮流脱节。

7.即使本来有一百的力量足以成事,但我要储足二百的力量去攻,而不是随便去赌一赌。

8.扩张中不忘谨慎,谨慎中不忘扩张。……我讲求的是在稳健与进取中取得平衡。船要行得快,但

面对风浪一定要捱得住。

  9.好的时候不要看得太好,坏的时候不要看得太坏。最重要的是要有远见,杀鸡取卵的方式是短视

的行为。

  10.不必再有丝毫犹豫,竞争既搏命,更是斗智斗勇。倘若连这点勇气都没有,谈何在商场立脚,超

越置地?

  11.对人诚恳,做事负责,“多结善缘”,自然多得人的帮助。淡泊明志,随遇而安,不作非分之想

,心境安泰,必少许多失意之苦。

  12.在逆境的时候,你要问自己是否有足够的条件。当我自己逆境的时候,我认为我够!因为我勤奋

、节俭、有毅力,我肯求知及肯建立一个信誉。


13.做生意一定要同打球一样,若第一杆打得不好的话,在打第二杆时,心更要保持镇定及有计划,

这并不是表示这个会输。就好比是做生意一样,有高有低,身处逆境时,你先要镇定考虑如何应付。

14.我表面谦虚,其实很骄傲,别人天天保持现状,而自己老想着一直爬上去,所以当我做生意时,

就警惕自己,若我继续有这个骄傲的心,迟早有一天是会碰壁的。

  15.当生意更上一层楼的时候,绝不可有贪心,更不能贪得无厌。

  16.任何一种行业,如有一窝蜂的趋势,过度发展,就会造成摧残。

17.随时留意身边有无生意可做,才会抓住时机。着手越快越好。遇到不寻常的事发生时立即想到赚

钱,这是生意人应该具备的素质。

  18.人才缺乏,要建国图强,亦徒成虚愿。反之,资源匮乏的国家,若人才鼎盛,善于开源节流,则

自可克服各种困难,而使国势蒸蒸日上。从历史上看,资源贫乏之国不一定衰弱,可为明证。

19.假如今日,如果没有那么多人替我办事,我就算有三头六臂,也没有办法应付那么多的事情,所

以成就事业最关键的是要有人能够帮助你,乐意跟你工作,这就是我的哲学。

20.你们不要老提我,我算什么超人,是大家同心协力的结果。我身边有300员虎将,其中100人是外

国人,200人是年富力强的香港人。

  21.长江取名基于长江不择细流的道理,因为你要有这样豁达的胸襟,然后你才可以容纳细流。没有

小的支流,又怎能成长江?

  22.在我心目中,不理你是什么样的肤色,不理你是什么样的国籍,只要你对公司有贡献,忠诚、肯

做事、有归属感,即有长期的打算,我就会帮他慢慢地经过一个时期而成为核心分子,这是我公司一向

的政策。

  23.一个总司令,是一个集团军的统帅,拿起机关枪总不会胜过机关枪手,走到炮兵队操作大炮也不

如炮兵。但作为集团军的总司令不要管这些,只要懂得运用战略便可以,所以整个组织十分重要。

24.人才取之不尽,用之不竭。你对人好,人家对你好是自然的,世界上任何人都可以成为你的核心

人物。

  25.知人善任,大多数人都会有部分的长处,部分的短处,各尽所能,各得所需,以量才而用为原则


26.可以毫不夸张地说,一个大企业就像一个大家庭,每一个员工都是家庭的一分子。就凭他们对整

个家庭的巨大贡献,他们也实在应该取其所得,只有反过来说,是员工养活了整个公司,公司应该多谢

他们才对。

  27.不为五斗米折腰的人,在哪里都有。你千万别伤害别人的尊严,尊严是非常脆弱的,经不起任何

的伤害。

  28.在我的企业内,人员的流失及跳槽率很低,并且从没出现过工潮。最主要的是员工有归属感,万

众一心。

  29.有钱大家赚,利润大家分享,这样才有人愿意合作。假如拿10%的股份是公正的,拿11%也可以,

但是如果只拿9%的股份,就会财源滚滚来。

  30.我老是在说一句话,亲人并不一定就是亲信。一个人你要跟他相处,日子久了,你觉得他的思路

跟你一样是正面的,那你就应该可以信任他;你交给他的每一项重要工作,他都会做,这个人就可以做你

的亲信。

  31.人要去求生意就比较难,生意跑来找你,你就容易做,那如何才能让生意来找你?那就要靠朋友

。如何结交朋友?那就要善待他人,充分考虑到对方的利益。

  32.有金钱之外的思想,保留一点自己值得自傲的地方,人生活得更加有意义。

33.以往我是百分之九十九是教孩子做人的道理,现在有时会与他们谈生意……但约三分之一谈生意

,三分之二教他们做人的道理。因为世情才是大学问。

  34.坏人固然要防备,但坏人毕竟是少数,人不能因噎废食,不能为了防备极少数坏人连朋友也拒之

门外。更重要的是,为了防备坏人的猜疑,算计别人,必然会使自己成为孤家寡人,,既没有了朋友,也

失去了事业上的合作者,最终只能落个失败的下场。

 
  35.那些私下忠告我们,指出我们错误的人,才是真正的朋友。

  36.商业合作必须有三大前提:一是双方必须有可以合作的利益,二是必须有可以合作的意愿,三是

双方必须有共享共荣的打算。此三者缺一不可。

  37.不义而富且贵,于我如浮动。是我的钱,一块钱掉在地上我都会去捡。不是我的,一千万块钱送

到我家门口我都不会要。我赚的钱每一毛钱都可以公开,就是说,不是不明白赚来的钱。

38.我觉得,顾及对方的利益是最重要的,不能把目光仅仅局限在自己的利上,两者是相辅相成的,

自己舍得让利,让对方得利,最终还是会给自己带来较大的利益。占小便宜的不会有朋友,这是我小的

时候我母亲就告诉给我的道理,经商也是这样。

  39.一个人一旦失信于人一次,别人下次再也不愿意和他交往或发生贸易往来了。别人宁愿去找信用

可靠的人,也不愿意再找他,因为他的不守信用可能会生出许多麻烦来。

40.如果取得别人的信任,你就必须做出承诺,一经承诺之后,便要负责到底,即使中途有困难,也

要坚守诺言。

  41.我生平最高兴的,就是我答应帮助人家去做的事,自己不仅是完成了,而且比他们要求的做得更

好,当完成这些信诺时,那种兴奋的感觉是难以形容的……

  42.世情才是学问。世界上每一个人都精明,要令大家信服并喜欢不容易。

43.注重自己的名声,努力工作、与人为善、遵守诺言,这样对你们的事业非常有帮助。

44.讲信用,够朋友。这么多年来,差不多到今天为止,任何一个国家的人,任何一个省份的中国人

,跟我做伙伴的,合作之后都成为好朋友,从来没有一件事闹过不开心,这一点是我引以为荣的事。

45.我个人对生活一无所求,吃住都十分简单,上天给我的恩赐,我并没多要财产的奢求。如果此生

能做多点对人类、民族、国家长治久安有益的事,我是乐此不疲的。

  46.保持低调,才能避免树大招风,才能避免成为别人进攻的靶子。如果你不过分显示自己,就不会

招惹别人的敌意,别人也就无法捕捉你的虚实。

  47.如果单以金钱来算,我在香港第六、七名还排不上,我这样说是有事实根据的。但我认为,富有

的人要看他是怎么做。照我现在的做法我为自己内心感到富足,这是肯定的。

48.做人最要紧的,是让人由衷地喜欢你,敬佩你本人,而不是你的财力,也不是表面上让人听你的


49.绝不同意为了成功而不择手段,刻薄成家,理无久享。

  50.一个有使命感的企业家,应该努力坚持走一条正途,这样我相信大家一定可以得到不同程度的成

就。

  51.要成为一位成功的领导者,不单要努力,更要听取别人的意见,要有忍耐力,提出自己意见前,

更要考虑别人的意见,最重要的是创出新颖的意念……作为一个领袖,第一最重要的是“责已以严,待

人以宽”;第二。要令他人肯为自己办事,并有归属感。机构大必须依靠组织,在二三十人的企业,领袖

走在最前端便最成功。当规模扩大至几百人,领袖还是要去参与工作,但不一定是走在前面的第一人。

要大便要靠组织,否则,便迟早会撞板,这样的例子很多,百多年的银行也一朝崩溃。

52.未攻之前一定先要守,每一个政策的实施之前都必须做到这一点。当我着手进攻的时候,我要确

信,有超过百分之一百的能力。换句话说,即使本来有一百的力量足以成事,但我要储足二百的力量才

去攻,而不是随便去赌一赌。

  53.与其到头来收拾残局,甚至做成蚀本生意,倒不如当时理智克制一些。



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2007-06-02

LD泵浦绿激光器


国内机载反潜新装备!——潜艇又有新克星!


LD泵浦绿激光器
上海光通激光光电子技术创新中心有限公司致力于激光二极管泵浦的固体激光器的商品化,迄今已

实现了中功率绿激光器的批量生产。绿激光器具有体积小、波长短、光子能量高、寿命长、转换效率高

、水中传输距离远、相对于人眼敏感等众多优点,可以应用在激光医学、信息存储、激光娱乐、建筑、

水下通讯、激光光谱与全息、机场导航、海底形貌探测、激光探潜、激光致盲武器等科学研究、国防建

设和国民经济的领域中。


GL-532系列绿激光器特性参数如下:
输出波长:532mm
模式:TEM00
输出功率:>500mW>1W
光束发散度(全角):<1.2mrad
功率稳定性:1小时内小于3%
预热时间:<15分钟
外型尺寸(mm):111(H)×140(W)×416(L)
配套电源:LDP-1



大功率半导体激光器光纤耦合模块规模化生产项目简介
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项目名称:大功率半导体激光器光纤耦合模块规模化生产。
项目建设内容及规模在中国科学院半导体研究所国家光电子工艺中心的支持下,批量生产具有我国

自主知识产权的大功率半导体激光器光纤耦合模块,投产后可形成年产100mw-800mw尾纤输出型LD单管模

块10000只或相应的5w-32w光纤耦合LD多管组合╱列阵模块的规模。
项目总投资:1700万元
拟选建设地点:上高县科技工业园
项目建设条件:大功率半导体激光器光纤耦合模块是由国家八六三计划新材料领 域(715主题)投

资资助,由中国科学院半导体研究所国家光电子工艺中心承担的高技术研究发展项目,该单位现已掌握

了大功率半导体激光器光纤耦合模块生产制造中的全部关键工艺技术,模块技术达国内领先、同际先进

水平;根据科技部的指示和要 求,本项目应属国家科技型中注企业技术创新基金重点扶持项目,可望取

得资助。上高县科技工业园位于320国道旁,交通便利,水电等基础设施齐全,供应有保障,项目入园可

享受诸多政策优惠。
市场预测:大功率半导体激光器光纤耦合模块可分为光纤耦合型和微透镜列阵耦合型两种,其应用

范围广泛:在国防军事领域可用于激光雷达、激光制导、激光测距、激光致盲、机载激光探潜及核武器

制造等方面,在医疗保健领域应用包括半导体激光手术刀、半导体激光眼科治疗仪、激光美容、激光心

血管治疗仪、激光癌症诊疗仪和皮肤病诊疗仪等还可用于科研、核能源、高技术激光加工、信息与出版

等领域。由于美国对我国10W以上模块的限运、禁运、造成了目前生产模块国内市场的占有率几乎为零,

从而客观上为我国民族光电子业提供了千载难逢的发展机遇和无限市场商机, 投产后易形成独家占领国

内市场的局面,作为国内企业、先期开发投产供国内科研院所和大学实验室和医疗保健领域的光纤耦合

型大功率激光模块,必然有着很好的市场前景。
经济效益分析项目经过一年试产期后,第二年可实现产值2000万元、利润500万元,第三年可实现产

值4000万元,利润1000万元。
环境保护:本项目属高科技开发项目,生产中不会造成环境污染
合作方式:独资或合资
项目前期工作完成情况:已通过中间试验、开发出多台样机,完成了项目论证入规划书。


  项目联系单位:江西省上高县发展和改革委员会 
  联系人:王卫国 
  联系电话:0795--2511369 2502640 
  邮政编码:336400


王福昌,1945年生,中共党员,教授。1969年毕业于华中工学院(现华中理工大学)无线电技术专业。

毕业后留校工作至今,一直从事通信方面的教学和科研工作。现任电子与信息工程系通信教研室主任。

主要研究方向和感兴趣的领域:锁相与频率合成技术,同步技术,调制解调技术,扩频技术。近五年来

主持或参与完成的科研项目:蓝绿激光对潜通信技术研究,机载激光探潜试验系统,数字通信数学实验

系统等主要著作:锁相技术(华中理工大学出版社,1996年出版)。正在进行的科研项目:蓝绿激光对

潜通信收发技术,现代频率合成与扩频技术。 联系地址:武汉华中理工大学电子与信息工程系 邮编:

430074 电话:86-027-87543335(O) E-mail: WangFC @ public.Wh.hb.cn


  波长在450~550 nm范围内的蓝绿激光在水中有一定的穿透能力,机载激光雷达系统利用蓝绿激光

对观察水域进行扫描,可快速探测水下目标.通过对激光探潜背景信号的最大Lyapunov指数、局部可预测

性及关联维数的研究,证实了激光探潜背景信号符合混沌系统的特点,具有较强的混沌行为.根据混沌信

号的局部可预测性,利用神经网络成功地重构了激光水下探潜背景信号的相空间并继而提出了混沌背景

噪声下弱光信号的神经网络检测方法.本研究提出了利用多层面的神经网络方法对不同的外界条件下的激

光水下目标探测背景信号进行动态特性建模,进而实现机载蓝绿激光水下探潜系统在任意外界条件下对

水下目标进行检测.


蓝绿激光在海军装备中的应用



王全喜

  1963年, S.A.Sullian 及S.Q.Dimtley 等人在研究光波在海洋中的的传播特性时,发现海水对0.45~

0.55微米波段内的蓝绿光的衰减比对其他光波段的衰减要小很多, 衰减系统约等于10(U-2)/米, 证实在

海洋中亦存在一个类似于大气中存在的透光窗口。依据上述物理现象, 利用工作在蓝绿光波段的激光器,

可研制出基于新的物理机理的水下目标探测、控制、通信等新型装备, 为解决长期以来困扰各国海军的

对水下目标探测、通信等难题带来了新的希望。因此, 许多国家非常重视蓝绿激光在海军装备中的应用,

美国、前苏联、澳大利亚等国投入了大批人力、物力, 在蓝绿激光对潜通信、探测/ 探雷、测深、水下

传感装置、海基光控武器系统等方面进行了试验研究与概念研制, 并在一些重点应用方向上, 取得了突

破。本文介绍蓝绿激光在海军装备中的应用需求和技术现状。

  1.蓝绿激光对潜通信

  潜艇上的远程弹道核武器, 是战略核武器系统中最具有威慑力量的一个支柱, 但也是从控制和指挥

方面讲最脆弱的一环。这是因为: 在利用无线电通信时, 因海水是良导体, 趋肤效应将严重影响电磁波

在海水中的传输, 即使是超低频通信系统, 穿透海水的深度也极有限( 最深仅达80米),而且超低频系统

耗资大, 数据率极低, 易遭受敌方直接攻击或核爆炸电磁脉冲的破坏; 利用声频信道, 也因声波的传播

速度太慢, 传输距离和容量都很有限, 不能保证进行可靠的通信。蓝绿激光的工作波段是海洋中光传播

的窗口, 采用蓝绿激光通信, 就可能与全球海洋中活动的潜艇建立起通信通道。这样, 通信时, 潜艇完

全可以不用浮出水面而在巡航深度或更深的海水中用自身壳体上的接收器抄收报文, 丝毫不影响潜艇的

活动, 也不会暴露目标。另外, 利用蓝绿激光通信还具有高数据传输率、优良的保密性、抗干扰性和双

工通信的能力。

  美国海军从1977年提出卫星—潜艇通信的可行性后, 就与美国国防研究远景规划局开始执行联合战

略激光通信计划。从1980年起, 以几乎每两年一次的频率, 进行了迄今为止共6 次海上大型蓝绿激光对

潜通信试验, 这些试验包括成功进行的12千米高空对水下300 米深海的潜艇的单工激光通信试验, 以及

在更高的天空、长续航时间的模拟无人驾驶飞机与以正常下潜深度和航速航行的潜艇间的双工激光通信

可行性试验, 证实了蓝绿激光通信能在天气不正常、大暴雨、海水浑浊等恶劣条件下正常进行。



  1983年底, 前苏联在黑海舰队的主要基地塞瓦斯托波尔附近也进行了把蓝色激光束发送到空间轨道

反射镜后再转发到水下弹道潜艇的激光通信试验。

  美国在进行了10多年不间断的激光通信试验以来, 逐渐形成比较明朗的卫星—潜艇激光通信发展方

向。由于体积小、重量轻、高功率、长寿命的二极管泵浦固体激光器和原子共振滤光片的先后研制成功,

使得将激光器装在卫星上成为可能。所以, 美国国防研究远景规划局计划采用装有该种固体激光器的离

地面仅有几百千米的廉价、低轨道卫星, 以代替先前计划采用的运行在23000 千米上空的地球同步卫星,

开展双工卫星—潜艇激光通信系统的研究。美国有可能从1994财政年度拨款开展此项内容的研究。



  2.蓝绿激光探潜/ 探水雷

  随着潜艇的航速增加、“寂静”潜艇的出现、消磁技术及无磁性艇壳材料的采用、各种声对抗武器

的装备, 使行潜艇的隐蔽性与机动能力进一步增强。另外, 冷战结束后, 随着海军的战略任务从深海对

抗转变为在有潜在敌意的沿海水域保持军事部署, 水雷战和反水雷战就愈发重要起来。为对付潜艇的日

益严重的威胁以及解决水雷探测难题,各国海军更加重视研究新的水下目标探测手段, 如利用蓝绿激光进

行水下目标探测。

  早在60年代初, 国外就开始探索激光探潜的可行性。在1963~1967年, 美国俄亥俄州大学科学实验

室为空军航空电子实验室进行了一系列实验和理论研究, 目的是确定机载光雷达探测水下目标( 如潜艇)

的可行性和优化设计需要的参数。在1987年, 美国国际研究远景规划局将蓝绿激光探潜列为正在进行的

几项非声波探潜技术计划之一。在1990~1991年海湾战争期间, 美国海军将命名为“魔灯”的ML—30型

蓝绿激光探测系统装在“弗里兰”号护卫舰上的SH—2F“海妖”直升机上, 在海湾进行探水雷试验。



  之后, 美国海军将“魔灯”蓝绿激光系统??项发展设备。在1991年年末, 美国海军投资1060万美元

研制比ML—30更先进的ML—90型“魔灯”蓝绿激光系统, 并计划在1993年夏季进行试验。与此同时, 美

国海军陆战队为实现对海滩和两栖登陆区域的雷场警戒, 投资1260万美元研制可装在战斗机、直升机以

及无人驾驶飞机上的“魔灯”改进型, 亦即ML(A) 型的蓝绿激光探测系统, 可望在1994年中进行测试。

 前苏联也是较早研究蓝绿激光探潜技术的国家之一。早在80年代就有报道称前苏联已能从时速为每

小时160 千米的低空飞行的飞机上利用激光扫描技术探测水下目标。在1993年, 美国《世界武器评论》

报道: 俄罗斯已在图95“熊Ⅳ”型轰炸机的头部安装了蓝绿激光潜艇探测系统, 以搜索沿海潜艇、小型

潜艇和水雷。

  综上所述, 可见美、俄两国已逐渐完成了蓝绿激光探潜/ 探雷系统的原理研究, 有小批量该类设备

形成装备, 投入部队使用。

  3.蓝绿激光测深

  尽管本世纪以来, 复杂的声波回声测深技术发展迅速, 但此测量方法不仅不能探测凸起于海床上的

礁石或岩石, 而且测量精度、测量点密度难以达到目前国际水文测绘的精度要求标准, 满足不了进行符

合水文测绘标准的大范围海床水文地理测绘的要求。因此, 人们对测量速度更快、精度更高的水文测绘

技术的需求, 直接推动了蓝绿激光测深技术的发展。实际上, 以飞机为平台的机载蓝绿激光测深系统不

仅单用于测深, 绘制海底地貌图, 还可应用于新的海洋学研究, 如: 内波探测、海洋生物变化、污染监

视, 也可用于海军陆战队对作战岛礁周围海域地理环境态势测绘。

  早在1967年, 美国人就完成了世界第一个蓝绿激光测深装置——UDACS —1 水下探测装置, 该装置

可用于探测和搜索海底沉船、测绘海图等。此后, 又推出了机载脉冲激光测深仪(PLADS),并进行了机载

试验。在80年代初期, 又报道了具有扫描能力和高速数据记录率的机载海洋水文雷达AOL 。



  在加拿大, 激光方法最初是作为机载立体摄影术的补充进行研究的。1980年左右,在圣·劳伦斯海湾

和波罗的海对一种非扫描系统进行了试验评价。1984年, 加拿大推出LARSEN 500机载激光测深仪。



  澳大利亚根据其军方的要求, 从1972年就开始蓝绿激光测深技术的研究。在1976年建成了一个

WRELADSI试验系统。随后, 又推出具有全面的扫描、数据存贮和水平位置定位能力的改进型——WRELADS

Ⅱ。

  前苏联在1983年也进行了机载自动化测量仪器综合体试验。该仪器综合体是可用于海洋学研究的通

用机载蓝绿激光雷达系统。据报道, 该仪器综合体能够探测来自海水100 米深的信号, 并能够描述内波

向表面输出等新的海洋学应用。

  4.蓝绿激光水下传感装置

  传感器是水下目标, 如潜艇、水下机器人的耳目, 要及时发现、准确识别水下威胁目标就必须装备

先进的传感装置。利用蓝绿激光水下传感装置, 可获得比其它水下传感器更高的识别精度和定位能力,

有人曾设想, 如果在潜艇上装备蓝绿激光水下传感装置, 可使潜艇象使用雷达一样, 利用高能蓝绿激光,

穿透深层幽暗的海水, 寻找和发现目标,并可对目标进行跟踪和制导鱼雷攻击。当然, 这种设想要实现,

尚存在许多技术问题。目前, 已有将此种设备装在水下平台上, 用于探测和识别水雷, 特别是利用其它

手段很难探测的沉底雷的报道。如已在美海军“海豚”级潜艇上试验多次的SM2000水下同步蓝绿激光行

扫描仪, 试验证实它比其它水下成像系统性能要高很多。与SM2000性能相似的LS2048蓝绿激光行扫描仪

最大使用距离可达45米, 扫描角为70°, 每行像元素达到2048个。LS2048现已生产2 台, 预计今后将被

改进, 以适应装入自动水下机械的要求。5.海基光控武器系统 水雷战是现代海战中的一种重要作战方式

, 水雷武器性能影响着布雷作战的效果。因此, 随着科学技术的不断向前发展, 许多先进科学技术不断

应用于新型水雷的研制开发上。将蓝绿激光技术应用于水雷, 则可能研制出渐新一代完全可控制的海基

光控武器系统, 如光控水雷、光控鱼水雷。这种光控海基武器系统是在水中武器上装有一个光探测器,

该探测器能接收飞机或其它平台以一定编码形式向海中发出的蓝绿激光信号, 通过破译该信号, 武器自

动决定引信系统是否打开、关闭或自爆。这样, 部署了这种武器的海域, 在平时和己方舰船通过时, 先

由装有蓝绿激光系统的飞机关闭武器系统引信;而在战时, 只需用激光打开武器引信就可迅速封锁该海域

; 战后, 也只需用激光就可引爆。因此, 光控海基武器系统将是现有各种海基武器中真正可控制的武器

。 此外, 蓝绿激光系统还可用于固定基声纳列阵的控制和通信、测量树林密度、高度等等。随着高功率

、小体积、长奉命的蓝绿激光器技术, 强光背景下的弱信号探测技术, 大容量、高速计算机技术的迅猛

发展, 已在部分国家形成了可真正应用于实战的蓝绿激光系统, 如文中提到的美、俄探雷/ 探测系统,

水文测量系统。对于蓝绿激光通信,现各国尚处于样机研制阶段。至于其它一些应用, 就从目前所能掌握

的资料看, 尚处于概念研究阶段。但由于蓝绿激光技术所具有的独特性能, 无疑会在不久的将来, 以蓝

绿激光为基础的各种应用系统, 在海军装备中占据重要的地位。


美国海军静待激光扫雷系统
2007年04月10日
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  [据防务新闻网2007年4月9日报道] 装备蓝绿激光的美国海军直升机将很快能够以60节的速度,探测

水深超过40英尺的水雷。

  根据掠扫所收集到的数据,直升机返回到该领域,运用二级聚焦激光瞄准水雷,然后用专门设计的

30mm超空泡射弹将其摧毁。

  新型机载激光探雷系统(ALMDS)及其伴侣机载快速水雷清除系统(RAMICS)将大幅度提高探测和清

除漂雷和浅水水雷的速度,同时保证工作过程的安全性。

  美海军的第一道防线是海员。海军也使用由直升机拖带的各种水雷探测器与引爆剂,并拥有水雷对

抗舰队,利用潜水员与遥控水下航行器进行反水雷。

  ALMDS与RAMICS的进展比原计划要慢。该系统由诺·格公司研制,已进行了7年多,水雷探测系统计

划于2009年服役,水雷清除系统在2010年服役。该系统的具体探测深度还属保密,但其足够保护所有美

海军战舰的龙骨深度。

  该探测水雷激光装在一个8英尺的吊舱,挂于MH-60S直升机的一侧。激光每秒向水中发射数以百计的

脉冲。吊舱内的照相机以数字格式捕获其反射信息。直升机返回到母舰后,该数据传输到计算机,分析

员籍此鉴定水雷。该系统的运算处理能力要求高。

  一旦鉴定出水雷,直升机就会配备RAMICS系统,配备RAMICS系统耗时约4小时。



  RAMICS采用同一种蓝绿激光,但其对焦更精细。利用全球定位系统,直升机返回到雷场,重新定位

并导向水雷。然后该系统开火。其子弹是由气泡或者“气泡膜”包裹,而不是象普通子弹在飞行过程由

水包裹。

  两个吊舱的合同价值为3570万美元,第一个吊舱已于1月交付美海军。一旦批量生产,每个吊舱的价

格约为450万美元。 (中国船舶信息中心 闫璞)






“魔灯”机载式激光探雷器

装备名称:“魔灯”机载式激光探雷器
生产国家:美国
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[概述]:卡曼公司研制的“魔灯”系统使用的是装在公司SH—ZF直升机上的蓝一绿激光器,它可经过倍频

产生532纳米波长、脉冲宽度为纳秒级的激光脉冲,并射向海面。20瓦激光器输出脉冲能量为500毫焦耳

,脉冲重复频率为每秒40脉冲。Fibertek公司提供的半导体二极管泵浦的掺钛钇铝石榴石激光器是机载

激光对潜通信系统激光器的改进型。

“电荷耦合器件”(CCD)摄像机捕获激光的反射能量,用摄像机快门定时消除水面的反射光。计算机处

理过的图像通过反射或阴影显示出水雷类似物的大致形状和水中的相对位置。在海湾战争使用过的早期

“魔灯”系统采用闪光灯技术。新的“魔灯”采用固体二极管泵浦激光器。新的改进型除了提高性能,

还提高了可靠性和使用寿命。高的输出功率和高效率也降低了功耗。据卡曼公司官员说新的激光器输出

功率是早期系统的三倍。

增强战斗型“魔灯”只有一个CCD摄像机,最新的系统上有6个。这样在同一激光脉冲中,每个摄像机能

分别对准单一目标,以提高灵敏度。6个CCD相机还能在一个激光脉冲中搜索更大的深度范围。老的系统

每个脉冲只能搜索一个指定的深度,对每个新深度,都需要新的激光脉冲,这限制了搜索速度。现在的

系统在提供更高的搜索速度和灵敏度的同时,在每个脉冲中提供感兴趣的全部深度的图象。



最新“魔灯”系统改进了原来的单照明系统,加装了能对垂直于飞行路线的大面积区域进行搜索的扫描

器。它的搜索幅宽是原来的10倍。整个系统对防电磁干扰能力进行了加强,并能在各种气候和环境条件

下工作。

“魔灯”系统能在海平面上120—450米高度范围内工作。低的飞行高度能提高分辨力和信噪比,但限制

了视野。高的飞行高度扩展了视野,能以同样的速度覆盖更大的面积,提高了搜索速度,但降低了灵敏

度和分辨力。直升机的高度变化对系统的探测深度影响不大。

最新系统还具有目标自动识别功能。目标识别处理包括三个部分:探测、分类和定位。



系统能够以两??列出目标清单,包括图像和有关数据。另一种是显示由计算机产生的战术图表给出的直

升机相对于水雷状物体的位置。这简化了“魔灯”系统与直升机上或邻近船只上的任何信息系统的接口



将来卡曼公司通过程序计算机性能的提高将进一步提高搜索速度和操作性能。其它技术进步将会使系统

变得更小更轻,以便装在无人机那样更小的平台上工作,或装在速度更快的平台上,以更快的速度搜索

更大的面积。

“魔灯”系统的一个附件是由它直接导引带一个小战斗部的“终止者”灭雷具去摧毁被探测到的水雷。

与声纳浮标同样大小的“终止者”灭雷具由SIPPican公司采用现有设备生产。

操作手命令“魔灯”系统锁定一指定的水雷。当装载“魔灯”系统的直升机飞到 水雷上空时,操作手通

过直升机上的声纳浮标发射系统投放“终止者”灭雷具。“魔 灯”系统同时跟踪水雷目标和灭雷具,系

统计算机自动将战斗部导引到水雷目标。

[装备状况]:激光器输出功率高,功耗低,灵敏度高,探测深度大,搜索速度快,幅度大,防电磁干扰能

力强,适于在各种气候和环境条件下工作。

[其它]:产品名称:“魔灯”机载式激光探雷器
产品原名:Magic Lantern Airborne Laser Mine Detection System

[参考资料]:《工兵装备研究》,1996,2,43-47
英国《Signal》,1994.6,P.21~24





MH-60S直升机开始安装机载激光探雷系统

[美国《每日航宇》2007年4月3日报道] MH-60S直升机项目的合同商洛克希德·马丁公司和西科斯基公

司正忙于在该直升机上综合由诺斯罗普·格鲁曼公司生产的首台生产型“机载激光探雷系统”(ALMDS)



该系统是于今年1月底在俄亥俄州交付给洛克希德·马丁公司的。第二台系统也将于本月交付。系统综

合后,美海军将于5月对安装该系统的MH-60S直升机进行测试。

全天候ALMDS系统是利用激光探测舰船龙骨线(大约12.2米深)以下水域的水雷。搜集到的信息将很快传

送到诺斯罗普·格鲁曼公司的“海岸战场侦察与分析系统”(COBRA)或进入“快速机载扫雷系统”

(RAMIC)。

ALMDS还计划将于2009年安装在濒海作战舰(LCS)上。海军计划于2018年前购买45套此系统,预计项目费

用总值将近2.55亿美元。




  美国海军正在为其舰载直升机开发一系列制式反水雷装备,除了AN/AQS-20A猎雷声呐外,还包括机

载激光探雷系统(ALMDS)、快速机载水雷清除系统(RAMICS)、机载灭雷系统(AMNS)和制式机载水面

感应扫雷系统(OASIS),并且计划在MH-60S“骑士鹰”直升机上安装通用控制台,通用控制台上有接口

,能够使用这全部5种系统,使MH-60S直升机获得完整的探雷和灭雷能力。

  AN/AES-1机载激光探雷系统(ALMDS) 这是一种大覆盖面的制式舷外机载反水雷激光探测系统,可

探测、识别、定位漂雷和接近海面的锚雷。它是在“魔灯”机载激光探雷系统的基础上开发的,可由MH

-60S直升机用吊舱携载。采用大功率固体蓝绿激光器,应用了一套激光扫描探测和搜索系统,能够发现3

~60 米深的水雷,具有快速反应能力;能够扫描宽阔的海域并用计算机快速获得水雷的形状、尺寸和位

置的图像;能对付浅水区、狭窄海区、要塞和两栖作战目标地区的水雷,以满足海军的需要。机载激光

探雷系统将提供一种比其它机载探雷系统更快的区域搜索速度。诺斯罗普?格鲁曼公司于2000年4月获得

了4000万美元的系统研究与开发合同,2004年底前定型,用以替代卡曼公司的“魔灯”机载激光探雷系

统。按计划该系统到2005年将具有初始作战能力。

  AN/ALQ-220制式机载水面感应扫雷系统(OASIS) 它是一种系有240多米长电缆的轻型浅水高速磁

、声联合扫雷具,原名“浅水感应多功能扫雷系统”(SWIMS),由埃多公司(EDO)在浅水磁性多功能

扫雷系统的基础上发展起来。它在结构上是磁、声一体化,将扫雷具的扫雷发声器和磁场发生器组装在

一个拖体内,模拟舰船的声场和磁场,一改过去磁、声两种扫雷具分别收放、同时拖曳的传统样式,将

电子控制的偶极子螺线管磁发生器(或超导磁体)分系统装在拖体内,而将火花间隙放电发声组件布置

在首部或中部带翼板的凹槽内。拖体长3.2米,直径510毫米,质量544千克,输入功率7.5千瓦,最高拖

速可达40节。该型扫雷具采用了与以往不同的新的声场和磁场发生机理及新的一体化结构,适合MH-60S

直升机在浅水中拖曳进行快速扫雷,可以引爆25米浅水中的水雷。

  美国海军建议OASIS系统可在1998年完成的“先进轻型感应扫雷具”(ALISS)概念演示器技术的基

础上建造,ALISS扫雷具利用超导磁体脉冲能量等离子体放电作为发声部件产生高强度低频声波,引爆声

音感应水雷。ALISS扫雷具可模拟登陆艇的声信号和磁信号,清除海滩突击区域的水雷。ALISS扫雷具还

利用超导偶极子磁铁产生类似舰艇的磁场,火花间隙发声器传输低频声信号,这些技术都可以融入

OASIS 系统中去。

  OASIS的初次海上试验在2005年8月进行。2006年,该系统将在MH-53E直升机上进行拖曳试验。系统

被设计成能集成到MH-60S直升机上,计划于2008财年形成初始作战能力。美国海军已经计划在2007财年

采购3套,2008财年采购16套,2009财年采购29套。



水下光电探测系统现状与发展

蒋鸿旺

摘 要 主要阐述水下光电探测系统的技术关键,现状,典型系统和未来发展。
关键词 光电,激光,水下探测。

Underwater Electro-optical Detecting System Status and Development

Abstract This article reviews the technical key,status,typical system and future

predication for the underwater electro-optical, detecting system.
Keywords electro-optical, laser, underwater detecting.

1 概 述
  激光技术的发展为水下光电探测目标开辟了一条新的途径。利用激光独特的光谱特性、时间特性和

空间特性,可以减少海水的吸收和散射效应。研究表明,蓝绿激光处于水下的传输“窗口”,对海水的

穿透能力很强,因此,采用蓝绿激光作光源的水下光电探测系统,并采取相应的技术措施,可以显著增

加水下激光探测距离。
  水下光电探测系统现在已有美、英、俄、日、加拿大等国进行研究,有的产品已投入实际使用。水

下光电探测系统可广泛地用于军事领域和非军事领域。
  在军事领域,水下光电探测系统可以安装在潜艇、灭雷具、水下机器人等水下载体上,用于水中目

标侦察、探测、识别等,可实施探雷、探潜、反潜网探测和潜艇导航避碰等。
  在民用领域,水下光电探测系统可用于水下工程安装、检修,水下环境监测、救生打捞、海底地貌

勘探、石油勘探钻井位置测定、生物研究等海洋开发。

2 关键技术
  由于水中悬浮微粒对光的后向散射效应,即使是蓝绿激光在水中衰减也很大,很难满足探测目标距

离要求。因此,如何有效地克服后向散射是水下激光探测必需解决的关键问题,目前克服水下激光后向

散射影响主要有两种方法:距离选通技术和同步扫描技术。
2.1 距离选通技术
  激光器发射很强的短脉冲,脉冲激光传输到目标上,对目标进行照射,由目标反射的激光返回到接

收机。当激光脉冲处于往返途中时间内,水下激光探测系统的接收器选通门或光闸“关闭”,这样就挡

住了来自悬浮微粒的后向散射光。当反射光到达接收机一瞬间,选通门开启,让来自目标的反射光进入

接收机。选通门开启持续时间与激光脉宽一致。形成的目标图像主要与距离选通时间内的反射光有关。


  距离选通技术现在已经是一种较为成熟的技术,实用距离选通水下探测距离能在6个衰减长度距离上

识别水中目标,在大于10个衰减长度的距离上探测到目标。
2.2 同步扫描技术
  同步扫描技术是把激光器与接收机设置在2个间距一定距离的地方,使照明光束扫描线与接收机视线

在被观察区域相交成一个角度,这样使后向散射光尽可能少地进入接收机中,这种方法能有效地增大探

测距离,目前国外水下光电探测系统多采用同步扫描技术。

2.3 激光器
  水下激光探测系统激光器一般应满足以下条件:
  .激光工作波长与海水的透射“窗口”相匹配;
  .转换效率尽可能高;
  .机械性能和热性能好,结构牢固,尺寸较小,有效负载小等。
  能产生蓝绿光的激光器种类很多,如倍频Nd∶YAG激光器,直接产生蓝绿光的氯化氙激光器、氩离子

激光器等。目前,距离选通水下激光探测系统多采用倍频Nd∶YAG激光器,同步扫描水下激光探测系统普

遍使用氩离子气体激光器。
  通常采用闪光灯泵浦的Nd∶YAG脉冲激光器工作波长为1.064μm,经倍频后为0.532μm,正好处于水

的透射“窗口”,经Q开关可产生短脉冲,光电转换效率为1~3%,输出能量可达数百毫焦耳/脉冲。当其

以较低的脉冲重复频率工作时,激光器十分紧凑,完全适合水下工作。Nd∶YAG激光器的脉冲重复频率可

以小于数十赫,也可高到数百赫、数千赫。
  氩离子激光器的输出为0.4880μm和0.5145μm的连续波激光,输出功率可达数十至上百瓦。水下激

光探测系统使用的氩离子激光器,输出功率多为5W左右。氩离子激光器的输出光束质量极好。以氩离子

为光源的同步扫描水下激光探测系统通常装在潜艇??电。
2.4 接收机
  水下激光探测系统的接收机要求具有高的空间分辩率和量子效率,噪声低,孔径大,有足够的增益

动态范围。新研制的GaAsP光电阴极管在532nm波长上,量子效率接近50%。可选通的CCD耦合光电二级管

信噪比达到10dB以上,第三代管子的选通能力也已优于10ns,大动态范围的CCD器件已研制成功。



3 技术现状
  现在国外已研制出多种水下激光探测系统,一些已成功地用于海下探测摄像等。美国在水下激光探

测系统的研制和应用一直处于领先地位(表1)。

表1 国外几种水下激光探测系统

水下激光探测系统名称
成像方式
激光器及性能
备  注

美国Sparta水下激光探测系统 距离选通 Nd∶YAG(倍频),波长0.530μm,脉宽<10ns,重复频率10Hz,

脉冲能量大约是10mJ,转换效率1%。 已进行过海试
美国Spectrum水下激光探测系统 机械同步扫描   已在潜艇上进行过试验
美国LLNL水下激光探测系统 机械同步扫描 氩离子激光器,输出功率大于7W,转换效率低于0.1%,扫描

速率30Hz,空间分辩率1mrad,总视场18° 已进行过海上试验
美国微软公司SM2000型水下激光探测系统 脉冲同步扫描 氩离子激光器输出功率1.5W,成像距离比普通

水下摄像机提高3~5倍,海上打捞时可看到旅客行李上的字。 1990~1992年已在潜艇上进行过试验


美国应用遥测技术公司的探测系统 同步扫描 氩离子激光器输出功率小于3W。 已进行过海试。


美国TVI水下激光探测系统 脉冲同步扫描 He-Ne激光器,输出功率6mW,波长0.6328μm。 已进行过水池

和海试。
美国水雷目视激光识别系统(LVIS) 同步扫描   1990年代中期研制。
加拿大LUCIE水下激光探测系统 距离选通或其它 Nd∶YAG激光,输出功率80mW,波长0.532μm 1992年已

进行过试验。
  意大利研制的一种水下激光探测系统,工作物质采用Nd∶YAG,激光器尺寸60×100mm,其垂直和水

平扫描面积为20×20°,帧速率优于1Hz时角分辩率在50m处为50mm。这种水下激光探测系统很适合装于

灭雷具上使用,作用距离已能达到几十米。
  日本三菱重工的长崎研究开发中心研制的水下激光探测系统主要由下列部件组成:微机、电源装置

、Nd∶YAG激光器、反光镜、CCD摄像机、摄像机控制器等。该系统已在水池中进行过试验,试验表明,

这种水下激光探测系统可探测30m内水雷等目标。
  目前水下激光探测系统在水中的垂直探测距离或是水平、倾斜探测距离可达30m,理论上可以达到上

百米,但用作灭雷具上的水下激光探测系统,其作用距离30m~50m已能满足使用要求。


4 典型系统
  1982年,美国卡曼航空公司就开始研制激光探雷系统,在激光搜索及其支持系统方面取得过30多项

专利。1991年海湾战争期间,为了尽快地排除伊拉克在科威特和海湾北部水域布设的大量水雷,美国海

军将该公司研制的“魔灯-30”(Magic Lantern 30)装在SH-2F“直升机”上在海湾执行探雷任务。“魔

灯-30”系统在海湾仅投入探雷4天,就发现了数量相当于其它水声探雷系统前7个月内所探测到的总数的

12%的水雷,探测深度达30m。海湾战争中,“魔灯-30”激光探雷系统的出色成绩,证明了激光探雷的可

行性和有效性。
  美国的机载激光探雷系统也适合灭雷具使用,只是脉冲重复率低(≥30Hz),处理能力慢些(60亿

次/s),搜索速度低(0.03~1nmile2/h),识别分辩率略差(0.05~0.152m)。尽管如此,对水下探雷和识

别水雷已经足够,水中探测距离可达到43.3m,这对灭雷具来说已是十分安全。
  美国水中激光探雷系统虽有零星报导,但无详细报导,既然美国机载激光探雷系统也基本适用于水

下探雷,本文则详细介绍美国“魔灯”机载激光探雷系统。
  系统组成:“魔灯”系统主要组成部件激光、光学装置、接收机处理机和电源装置等。通过光学装

置发射蓝绿激光,并接收水雷目标的反射波,接收机将光信号变成电信号传输给处理机,这样就可给出

目标定位数据。

  主要性能
  工作物质    Nd∶YAG(倍频)
  工作波长    532nm(绿光)
  重复率     ≥5.0kHz
  脉宽      <30ns(选通脉宽小于10ns)
  脉冲能量    >2mJ
  帧速      >5kHz
  输入数据速率  >80兆像素/s
  数据处理能力  160亿次/s
  体积      0.028~0.056m3
  搜索速率    10~40 nmile2/h
  分辩率     0.0076~0.0203m
  工作水深    24.38m
  探测概率    0.9~0.95
  误警      <1次/h
  工作环境    适应海况2~4级
  “魔灯”30型系统的第一次飞行试验于1988年在SH-2“海妖”直升机上进行。该次试验不很成功。

直升机采用的试验模式由于飞机的振动破坏了系统反射镜准直而产生严重的移位问题。系统无自动目标

识别能力,系统扫描幅度有限等。海湾战争后,卡曼公司又在“魔灯”30系统基础上,研制出性能更先

进的“魔灯”90型机载激光探雷系统。系统采用半导体二极管泵浦Nd∶YAG激光器,使该系统工作更可靠

、寿命更长、效率更高、功耗更低。激光器的输出功率是“魔灯”30系统的3倍。系统采用6个CCD摄像机

,这样既可用一个激光脉冲在同一个目标上各自进行独立的“观察”,从而提供更高的灵敏度,而且也

可用1个激光脉冲提供来自不同深度的图像。
  系统采用横向扫描器,改进了原来的单一照明系统,使激光搜索幅度比原来扩大了10倍,每小时能

探测15.54km2和海域。
  “魔灯”90系统还增加了一个先进的光学传感器,它具有自动目标识别功能,其识别过程包括探测

、分类和定位,使操作人员能实时地根据图像来识别目标。系统能以两种方式向操作人员提供“存在水

雷”的报警:一种方式是显示屏上产生一个包括目标图像和有关数据的目标清单;第2种方式是通过显示

由计算机产生的战术图表,给出直升机与水雷之类目标之间的相对位置,这就明显简化了系统与直升机

内或附近舰船上的任何类型信息系统相融合的问题。

  “魔灯”90探雷系统能抗电磁干扰,并能在多种气候和环境条件下工作。
  此外,“魔灯”探雷系统还具有灭雷功能。它有1个附属装置——“终止型”(Terminator)灭雷具,

实际上这是一个反水雷的小型鱼雷。该鱼雷受“魔灯”系统同一个激光器发射的脉冲位置调制信号的控

制,有一个小的战斗部,“魔灯”可直接引导该鱼雷去摧毁被探测到的水雷。
  当“魔灯”系统探测到水雷目标以后,操作人员就操纵“魔灯”锁定该水雷目标,并通过直升机的

声纳浮标发射系统投放“终止型”灭雷具,使“魔灯”系统成为一个集搜索、探测和摧毁功能于一体的

完整的反水雷系统。

5 发展前景
  水下激光探测系统是一种主动式水下观察装置,它可用于普通水中、混浊水中,甚至在漆黑的海底

也能进行探测。目前,水下激光探测系统已进入实用阶段,除用于水下探雷、探潜外,还可用于安装、

检修水下设备,摄取海底地貌、搜索海底沉船、沉机等。随着系统的完善和改进,水下激光探测系统在

军事和非军事领域必将获得越来越广泛的应用。
  水下激光探测系统今后主要解决课题是增大工作深度、提高激光扫描密度等。

作者单位:第七一七研究所,武汉 430074


美国研制的“魔灯”30激光探雷系统
1 激光发射机 2 光学装置 3 接收机 4 处理机
5 电源装置 6 水雷目标 7 目标定位数据




“四月射线”是一部机载吊舱反潜探测装置,其核心是一部多波长激光器,可以以兰光(475海里)和/或

绿光(532英里)光谱波段,输出功率分别为7瓦和40瓦,具有可选择的偏振极。激光具有10个毫微秒的脉

冲宽度并通过一个有刻面的棱镜射出,形成一个3.3X3.3度射束角的正方形平面。传感器头可以根据任务

要求更换,其一是增强电耦合摄像机,其二是反射时间分辨接受器,该设备有选择地反射激光能量。前

一设备提供更高的解析度,后者则提供更大的灵敏度。增强电耦合装置的阵面积是427平方厘米,反射时

间分辨接受器的面积为1430平方厘米,这样先进的电子设备允许该装置比以往的激光雷达系统看到更深

的海底。“四月射线”在直升机上使用时,可以在海拔1万英尺的高度以200节的速度飞行,使用1台惯性

导航结合GPS、雷达高度表,提供高度+/-60厘米,方位+/-0.17度和视线+/-0.1度的定位精度。传感器系

统可以扫描+/-45度角度,0.8米拉德解析度,并以宽视角、深度图像模式工作。


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