بر اساس نظریه الکترومغناطیس، میدانهای الکترومغناطیسی قادر به القای ولتاژها و جریانها در مدارها هستند. همینطور، جریانها و ولتاژها میتوانند میدانهای الکترومغناطیسی را در اطراف خود ایجاد کنند. از طرفی، نویز یک ولتاژ یا جریان ناخواسته است که در سیستمها اختلال ایجاد میکند. بنابراین، کاهش نویز (همان سازگاری الکترومغناطیسی (EMC)) به معنای کاهش تأثیرات الکترومغناطیسی مزاحم در تجهیزات الکترونیکی است.
اهمیت سازگاری الکترومغناطیسی (EMC) در محیطهای صنعتی
در شرایط فعلی، تعداد زیادی از دستگاههای الکترونیکی در فضاهای کوچک کنار هم فعالیت میکنند که میتوانند در عملکرد یکدیگر تداخل ایجاد کنند. یک مدار، اگر بدون رعایت اصول سازگاری الکترومغناطیسی طراحی شود؛ عملکرد پایداری در محیطهای واقعی و صنعتی نخواهد داشت. همانگونه که شاید بارها تجربه کردهاید؛ بسیاری از مهندسان فارغالتحصیل، مدارهایی طراحی کردهاند که در محیطهای آزمایشگاهی عملکرد مطلوبی دارند، اما در شرایط صنعتی دچار رفتارهای غیرقابل پیشبینی میشوند.
تاریخچه و تحول سازگاری الکترومغناطیسی (EMC)
در گذشته، متخصصان و مهندسان برای اشاره به این موضوع از اصطلاحاتی مانند تداخل الکترومغناطیسی (EMI) یا تداخل فرکانس رادیویی (RFI) استفاده میکردند؛ اما امروزه، با تغییر رویکرد علمی، اصطلاح ‘سازگاری’ جایگزین ‘تداخل’ شده است. در بسیاری از کشورها، محصولات الکترونیکی (حتی یک اسباب بازی الکترونیکی) بدون استاندارد EMC مجوز فروش ندارند؛ حتی اگر از پیشرفتهترین فناوریهای طراحی استفاده کرده باشند.
نمونههای واقعی حوادث ناشی از عدم رعایت سازگاری الکترومغناطیسی (EMC)
سازمانها و صنایعی که اصول سازگاری الکترومغناطیسی را رعاتی ننمودهاند؛ منجر به وقوع خسارات مالی و جانی قابل توجهی شده اند:
- در سال ۱۹۸۲، سقوط بالگرد UH-60 Black Hawk به دلیل تأثیر امواج الکترومغناطیسی، موجب مرگ ۲۲ خدمه شد.
- در سال ۱۹۸۰، سقوط یک هواپیما در آلمان به دلیل تداخل ناشی از فرستنده زمینی رخ داد.
- در جنگ ویتنام، تولید ولتاژ نویز RF دو سر اتصال یک کانکتور ناشی از سیگنالهای پرتوان ناو آمریکایی Forestall، باعث شلیک ناگهانی یک موشک شد که برخورد آن با هواپیمای دیگر، موجب مرگ ۱۳۴ نفر از خدمه و خسارت ۷۲ میلیون دلاری شد.
- در برخی مناطق، تجهیزات نظامی و نظارتی با تابش امواج راداری موجب اختلال در عملکرد خودروها شدهاند و این اختلال باعث شده است که سیستمهای الکترونیکی آنها، از جمله چراغها، بهطور ناگهانی روشن و خاموش شوند.
- در اوایل اختراع دستگاه کپی، هنگام استفاده از آن، منشی شرکت متوجه ریست ساعت دیجیتال میشود که پس از بررسی زیاد و زمانبر متوجه میشود که تریستور موجود در مدار چاپر دستگاه کپی، جریان AC را قطع و وصل می کند که این منجر به القا شدن نویز روی ساعت و ریست آن میشود.
- زمانی که یک فرد فندک سیلیکا الکتریکی را در نزدیکی کابینه جعبه کنترل ممانعت پارک خودرو روشن کرد؛ پالس تابششده از آن باعث اختلال در عملکرد دستگاه شد و رانندگان توانستند بدون پرداخت هزینه پارک کنند.
- در طول سه سال گذشته، گزارشهای بررسی ایمنی پرواز نشان دادهاند که ۴۳٪ از حوادث رخ داده در پروازهای کروز به مشکلات مرتبط با تداخل الکترومغناطیسی (EMI) مربوط بوده است.
دیگر نمونههای تداخلات الکترومغناطیسی
قابل ذکر است تداخلات الکترومغناطیسی می تواند مایعات قابل اشتعال و یا سایر مواد خطرناک را مشتعل کند و حتی ممکن است مستقیما اثر بر روی بافت انسان بگذارد. در طول سالها، پژوهشگران و متخصصان EMC نمونههای بسیاری از این رویدادها را جمعآوری کردهاند. آرمسترانگ این اطلاعات را گردآوری کرده و در بخش “Banana Skins” از مجله EMC با جزئیات کاملتری منتشر کرده است:
جدول ۱-۱: سقوط هواپیماهای نظامی به دلیل عدم رعایت اصول EMC
| سال | هواپیمای نظامی | حادثه یا مشکل |
|---|---|---|
| ۱۹۴۴ | B29 | تشعشع و هدایت از کابل تغذیه به تجهیزات مخابراتی HF و VHF |
| ۱۹۴۷ | B50 | مشکلات تداخل الکترومغناطیسی ناشی از ضعف اتصالات و زمین |
| ۱۹۵۰ | B37، C97 | نویز گذرگاه تغذیهی DC باعث اختلال در عملکرد سیستم شد. |
| ۱۹۵۴ | B52 | تداخل از رادار به تجهیزات مخابراتی باعث مشکلات عملیاتی شد. |
جدول ۱-۲: خسارات ناشی از تخلیه الکتریسیته ساکن (ESD)
| موضوع | میزان خسارت |
|---|---|
| هزینههای سالانه ناشی از ESD | میلیاردها دلار |
| خرابی قطعات الکترونیکی ناشی از ESD | ۶۰٪ کل خرابیها |
| آتشسوزی در پمپبنزینهای آمریکا بین ۱۹۹۲ تا ۲۰۱۰ | ۱۷۶ مورد ثبتشده |
| سقوط یا اختلال در هواپیما، موشک، خودرو ناشی از ESD | موارد متعدد گزارششده |
چرا برخی مدیران صنعتی EMC را نادیده میگیرند؟
برخی مدیران تصور میکنند که چون محصولاتشان تاکنون دچار مشکل نشدهاند؛ نیازی به رعایت اصول EMC ندارند. اما آیا منطقی است که منتظر شکستهای فاجعهبار باشیم؟ سؤالاتی که این طرز تفکر را به چالش میکشند از این قرار است:
- آیا باید منتظر وقوع حادثه باشیم تا استانداردهای EMC را جدی بگیریم؟
- آیا تجهیزات نظامی که به دلیل عدم رعایت EMC سقوط کردهاند، قبلاً آزمونهای موفق نداشتهاند؟
- آیا چند آزمون موفق در شرایط عادی کافی است و تضمین میکند که تجهیزات در برابر تهدیدات الکترومغناطیسی مقاوم هستند؟
- آیا نباید برای پیشگیری از این حوادث، اقدامات لازم صورت گیرد؟
- آیا کارکرد محصولات در شرایط عادی کافی است و ایمنی، قابلیت اطمینان و نرخ خرابی مهم نیستند؟
- چرا آزمونهای محیطی مانند دما و رطوبت را بدون شک میپذیریم ولی در آزمونهای EMC …؟
جمعبندی
نویز الکترومغناطیسی گاهی میتواند همانند یک گلوله بهمنی بسیار مخرب باشد. به همین دلیل، بیش از ۵۰ سال پیش مؤسسات تخصصی در سراسر جهان تأسیس شدهاند که در زمینه EMC فعالیت دارند. امروزه، بسیاری از کشورها با افزایش آگاهی عمومی و وضع قوانین سختگیرانه، سازگاری الکترومغناطیسی را به یک فرهنگ عمومی تبدیل کردهاند. فیلمها و کارتونهای آموزشی نیز برای کودکان و نوجوانان تولید شدهاند تا عموم جامعه را با ضررهای تشعشعات الکترومغناطیسی بر انسانها، محیط زیست و تجهیزات الکترونیکی آشنا کنند.
از همین رو مراکز صنعتی و تحقیقاتی، به ویژه تولیدکنندگان تجهیزات پزشکی، صنایع نظامی، شرکتهای حملونقل و ارتباطات باید این موضوع را جدیتر دنبال کنند تا شاهد خسارات جانی و مالی سنگین نباشیم.