Esempio di calcolo di incertezza nelle prove in situ presso Clienti

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Nicolina Franca Elia
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1 Esempio di calcolo di incertezza nelle prove in situ presso Clienti Alessandro Zuccato Marco Stellini Torino, 17 giugno 2010

2 Misure e prove in Situ 1. Aspetti generali 2. Misure di emissione irradiata 3. Misure di emissione condotta 4. Immunità ai disturbi 5. Esempio di calcolo di incertezza

3 Aspetti Generali 1. Utilizzate per misure di pre-conformità 2. Indispensabili nel caso l EUT non possa essere testato in laboratorio, ad esempio per: Dimensioni Peso Energia assorbita

4 Aspetti Generali Particolari criticità: Presenza di rumore di fondo elevato, spesso superiore ai limiti di misura Sito per le misure di emissione irradiata non conforme alle norme Frequente caso di elevate correnti (uso della sonda di tensione) Impossibilità nella esecuzione della prova di immunità ai disturbi irradiati Possibile difficoltà uso dispositivi di accoppiamento per IEC e IEC per dimensione cavi di alimentazione

(uso della sonda di tensione) Impossibilità nella esecuzione della prova di immunità ai disturbi irradiati

5 Criticità rumore di fondo: Emissioni Irradiate Rumore di fondo paragonabile o superiore al segnale utile Motori o sistemi elettronici attivi Sistemi di illuminazione Sistemi di telecomunicazione e trasmissione dati Se il rumore è superiore al segnale utile, difficilmente è possibile fornire delle misure Spesso misure non eseguibili con azienda operativa Necessaria una attenta identificazione delle sorgenti V. allegato A della CISPR

Se il rumore è superiore al segnale utile, difficilmente è possibile fornire delle misure Spesso misure non

6 Emissioni Irradiate Caratteristiche di attenuazione del sito: Tipicamente non sono disponibili informazioni sulle caratteristiche di attenuazione dei siti utilizzati L assenza di informazione riduce le prove da quantitative a qualitative Per poter utilizzare i risultati ai fini della conformità è necessario provvedere ad una validazione del sito (almeno preliminare) Problemi di riproducibilità del sito. Necessario ampia documentazione fotografica per descrivere lo stato dei siti caratterizzati

Per poter utilizzare i risultati ai fini della conformità è necessario provvedere ad una validazione del sito (almeno

7 Misura del campo elettrico: OATS Procedura di validazione del sito (EN )

8 Caratterizzazione di un Sito Aziendale Zona quadri elettrici D A, B, C, D: pos. antenna di misura Ingombro max. EUT P.to rif. centrale I, II, III, IV: pos. antenna trasmittente 3 m Corridoio di passaggio (muletti) C 3 m III IV II 3 m B I 3 m A 2,260 m 6,750 m Cabina per il personale

9 Caratt. di un Sito Aziendale (NSA, V) IAV IIBAV IIICAV IVDV

10 Caratt. di un Sito Aziendale (NSA, H) IAH IIBAH IIICAH IVDH

11 Caratterizzazione di un Sito Aziendale Massimo scostamento rilevato per NSA: +/- 5 db Limite normativo: +/- 4 db Risultato ottenuto a seguito apposito allestimento del sito Pavimento in cemento con presenza di polvere di metallo

+/- 4 db Risultato ottenuto a seguito apposito

12 EMISSIONI CONDOTTE Criticità rumore di fondo Presente nell alimentazione: possibile richiesta inserzione filtri aggiuntivi per il disaccoppiamento da rete Con LISN (meno critico): ok Con sonda di tensione: possono falsare i risultati delle misure Irradiato nell ambiente: più difficile da separare dal contributo dell EUT (spesso scompare sezionando l EUT), spesso richiesta la demodulazione con il ricevitore

tensione: possono falsare i risultati delle misure Irradiato nell ambiente: più difficile da separare

13 EMISSIONI CONDOTTE Rumore irradiato nell ambiente Misure eseguite in uno spazio aperto: possono sorgere problemi quando le dimensioni geometriche dell EUT sono paragonabili alla lunghezza d'onda del rumore irradiato. Frequenze di trasmissione radio: LW khz MW khz SW 6 18 MHz FM MHz Prove tipicamente eseguite tra 150 khz e 30 MHz

alla lunghezza d'onda del rumore irradiato.

14 EMISSIONI CONDOTTE Voltage Probe Supply mains X<1500Ω Maggiore vulnerabilità della sonda di tensione ai rumori esterni Receiver ( R) Ω R

15 EMISSIONI CONDOTTE Confronto LISN / Voltage Probe zi Vm LISN E 50 Ω 50 μη zi Z i =source impedance Z l =line impedance Voltage probe E 1500 Ω zl Vm

16 EMISSIONI CONDOTTE Confronto LISN / Voltage Probe z l = zi 0 zi 50Ω z i >> 1550Ω LISN V m E V m E 2 V m E 50 z i Voltage probe V m E V m E E V m E 1550 z i

17 EMISSIONI CONDOTTE Prove in situ, elevate correnti Possibile impiego della LISN come Voltage Probe (CISPR )

18 IMMUNITA AI DISTURBI PROVE IN SITU La grandezza di stimolo è facilmente riproducibile anche in ambiente esterno al laboratorio Impossibilità di condurre immunità ai disturbi irradiati: immunità ai disturbi condotti fino a 230 MHz, tipicamente con EM Clamp Difficoltà derivanti dalla dimensione dei cavi (es. Capacitive clamp, EM Clamp) Influenza delle condizioni ambientali su tutte le prove, possibili criticità per la prova di immunità alle scariche elettrostatiche

tipicamente con EM Clamp Difficoltà derivanti dalla dimensione dei cavi (es.

19 Tipici banchi EMC Problemi di caratterizzazione del sito Misura di emissioni irradiate Misura di potenza di disturbo Problemi di rumore di fondo Misura di emissioni condotte Misura di correnti armoniche Misura di flicker Misura di disturbo intermittente (clic) Problemi di esecuzione Immunità alle scariche elettrostatiche Immunità ai campi elettromagnetici irradiati Problemi di Immunità ai fast transient (burst) propagazione del Immunità ai surge disturbo Immunità ai disturbi condotti Immunità ai campi magnetici Problemi di accoppiamento Immunità alle variazioni e ai buchi di rete

Immunità alle scariche elettrostatiche Immunità ai campi elettromagnetici irradiati Problemi di Immunità ai fast transient (burst) propagazione

20 Parliamo di Incertezza

21 Misure in Situ Difficoltà nello svolgimento delle misure Monitoraggio delle fonti di incertezza Gestione dei dati di misure e delle incertezze associate Vari metodi per automatizzare il calcolo!

22 Campioni Primari (tarati ext) - incertezze laboratorio - scostamenti sistematici..in situ Campioni Secondari (tarati inter) - analisi ripetibilità - scostamenti sistematici generazione incertezze sulle tarature interne Analisi Ripetibilità dei Banchi - ripetibilità del Banco Incertezze Tarature Interne rumore di fondo generazione incertezze sui Banchi caratteristiche del sito Incertezze sui Banchi

23 ..quanto costa!?! La struttura di calcolo non integra questo set up Richiede una modifica della procedura È una eccezione o una nuova istanza? In ogni caso serve un intervento!! tempo

24 Criticità Ripetibilità Dovrebbe essere valutata sul sito Condizioni ambientali non controllate Rumore di Fondo Valutato sul sito con EUT spento Può compromettere le misure!

25 Ripetibilità (un caso difficile!) ESD: Scarica Elettrostatica I P I Ip: corrente di picco I 30, I 60 : corrente a 30 e 60 ns I 30ns tr: tempo di salita I 60ns ns t r = 0.7 to 1 ns 60 ns t

26 ..ripetibilità Speed Approach Angolo ESD-EUT ~ 40 % Umidità del sito di test :-o È possibile controllare il clima di un sito in esterno?!?!

27 Rumore di fondo Rumore fondo può essere simile al segnale Può addirittura oscurare il segnale!! f

28 ..rumore di fondo EN : Misura dei disturbi irradiati Annex A: Measurement of disturbance in the presence of ambient emission superposition

29 ..rumore di fondo EN : Misura dei disturbi irradiati

30 ..rumore di fondo Vsgn db Vnoise db 6 db Vsgn =2 Vnoise db Vmeas = Vsgn + Vnoise = Vsgn + Vsgn/2 = 3/2 Vsgn Vmeas db = Vsgn db db

31 ..rumore di fondo Vsgn-Vnoise [db] Vsgn / Vnoise Vmeas / Vsgn errore [db] Vmeas = Vsgn + Vnoise

32 Vmeas rumore di fondo Vmeas = Vsgn + Vnoise Δφ = ω

33 ..rumore di fondo Vmeas = Vsgn + Vnoise Δφ = π / 4 Vmeas ω

34 ..rumore di fondo Vmeas = Vsgn + Vnoise Δφ = π / 3 Vmeas ω

35 ..rumore di fondo Vmeas = Vsgn + Vnoise Δφ = π / 2 Vmeas ω

36 ..rumore di fondo Vmeas = Vsgn + Vnoise 15 Δφ = 3/ 4 π 10 Vmeas ω

37 ..rumore di fondo Vmeas = Vsgn + Vnoise 15 Δφ = π 10 Vmeas ω

38 Vsgn db Vnoise db..rumore di fondo errore sistematico o incertezza 6 db Δφ = U ( 0, 2π ) y = ±XXdB cos( Δφ) 20 db U-shaped distribution

39 Incertezza: gli ingredienti pr CISPR Ed.2: radiated disturbance measurement of electric strenght on an open area test site or alternative test site attenuation antenna-receiver receiver correction mismatch antenna-receiver antenna correction AF height directivity repeatability! site correction effect of ambient noise NSA distance (?) h-tableh

40 Un esempio Contributo Incertezza [db] Distribuzione k ci ui (y) [db] 1 Attenuation: incertezza su attenuazione della catena 0.63 normale Receiver Corrections: sine wave voltage 0.60 normale Receiver Corrections: pulse amplitude response 2.00 rettangolare Receiver Corrections: pulse repetition rate response rettangolare Receiver Corrections: noise floor proximity 0.50 normale Mismatch: antenna - receiver 2.50 U-shape AF: incertezza fattori antenna 0.50 normale Antenna Correction: frequency interpolation 0.30 rettangolare Antenna Correction: height deviation 0.50 rettangolare Antenna Correction: directivity difference 0.00 rettangolare Antenna Correction: phase centre location 0.00 rettangolare Antenna Correction: cross-polarisation 0.00 rettangolare Antenna Correction: balance 0.30 rettangolare Site Imperfection: errore imperfezioni del sito (NSA) 5.00 triangolare Site Imperfection: separation distance 0.30 normale Noise: rumore di fondo 3.50 U-shape Repeatability: errore di ripetibilità 2.07 normale uc = ui² = U = 2 uc = 8.943

41 Esempio di calcolo di incertezza nelle prove in situ presso Clienti Torino, 17 giugno 2010

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