Природа электромагнитных помех

Электромагнитные помехи

Основные понятия

Электромагнитная совместимость — это способность электрооборудования удовлетворительно функционировать в условиях электромагнитных воздействий со стороны окружающей среды, а также не оказывать недопустимого воздействия на эту окружающую среду, которая включает в себя другое электрооборудование [1].

В области электромагнитной совместимости обращают внимание как на воздействие излучаемых, так и наводимых помех (кондуктивных), распространяющихся по питающим и контрольным цепям, а также восприимчивость оборудования к воздействию помех (помехоустойчивость). При этом характеристики электромагнитной совместимости оборудования могут быть определены в диапазоне от 0 до 400 ГГц. Взаимосвязь основных понятий электромагнитной совместимости приведена на Рис.1.1.

Рис. 1.1 Различные аспекты электромагнитной совместимости.

Связь через общее полное сопротивление

Данная связь возникает, когда разные электрические цепи имеют одно или несколько общих сопротивлений.

Наиболее очевидным и широко распространенным случаем такой связи являются цепи, имеющие общий «обратный проводник», обычно являющийся сетью заземления, при этом подразумевается, что он не идеален, и имеет отличное от нуля сопротивление. На Рис. 1.2 приведен пример такой цепи, состоящей из двух контуров.

Рис. 1.2Механизм связи через общее полное сопротивление

Из-за наличия общего сопротивления Z_C падение напряжения на сопротивлении нагрузки контура Е₁, Z_L1 представляет собой алгебраическую сумму полезной ЭДС Е₁ и напряжения помехи, вызванной протеканием тока в контуре E₂_,Z_L2 поскольку сопротивление Z_L1 обычно намного больше общего сопротивления Z_C, таким образом, напряжение помехи составляет величину Z_CI₂, где Z_Cсоответствует передаточной функции, вследствие чего в данном случае может быть названо передаточным сопротивлением. [3]

Магнитная связь

Магнитная связь довольно часто встречающийся вид проникновения помех. Данный тип связи возникает, когда две цепи объединены общим магнитным потоком. Это происходит, когда земля является частью обеих цепей и, хотя бы, по одному проводнику протекает ток.

На Рис.1.4 представлен простейший случай, между двумя параллельными проводниками образуется связь, земля служит обратным проводом для обоих контуров.

Рис. 1.4Магнитная связь

В случае если цепь с элементами E₂, R₂, L₂ - источник помех, цепь E₁, R₁, L₁, Z_L1– приемник, и ток в этой цепи значительно меньше, тока цепи создающей помеху, это позволяет не учитывать его влияние на вторую цепь. В таком случае зона внутри контура 1 пронизывается общим магнитным потоком и определяет значение взаимной индуктивности M между двумя контурами.

Решение уравнений, описывающих приведенную цепь, показывает, что напряжение U₁ это сумма напряжения полезного сигнала E₁Z_L1/(Z_L1+Z₁) и наведенного напряжения помехи

В случае, когда оба контура расположены на близком расстоянии друг от друга, значение М приближается к значению L₁, и при сравнении выражения на Рис. 1.2 с выражением на Рис. 1.4 можно сделать вывод, что и Z_Cиграют одинаковую роль в процессе проникновения помех. Это делает трудно различимым связь через общее полное сопротивление и через взаимную индуктивность.

Путем создание симметричной цепи, возможно, уменьшить площадь петли и устранить общие обратные проводники.

Симметричные цепи

Устранить общие обратные проводники и уменьшить площадь петли, если реализовать симметричную цепь, а именно использовать симметрирование контура 1 по отношению к земле (Рис.1.5).

Рис. 1.5 Ослабление индуктивной связи созданием симметричной цепи

Наиболее успешным способом симметрирования цепи является использование витых пар. В таком случае помехи, наводимые в каждой петле, компенсируют друг друга (Рис.1.6).

Рис. 1.6 Ослабление индуктивной связи с помощью витой пары

При увеличении количества витков на единицу длины, положительный эффект от применения витой пары в сравнении с обычными проводами растет, однако он начинает снижаться при росте сопротивления нагрузки.

Применение витой пары на низких частотах позволяет снизить уровень помех примерно на 40 дБ, однако на частотах 100 кГц и более положительный эффект стремительно снижается и на частоте единиц МГц практически незаметен.

Наиболее известным примером данного метода в борьбе с помехами является использование витой пары в локально вычислительных сетях.

Витая пара - изолированные проводники, попарно свитые между собой некоторое число раз на определенном отрезке длины (Рис.1.7).

Рис. 1.7 Конструкция витой пары

Экранирование

Экранирование является одним из самых эффективных методов защиты от электрических, магнитных и электромагнитных полей. Под экранированием понимается размещение элементов, приборов, кабелей и помещений, создающих или принимающих электрические, магнитные и электромагнитные поля, в пространственно-замкнутых конструкциях [5].

Ослабление индуктивной связи между контурами 1 и 2 возможно реализовать с помощью прокладки короткозамкнутого контура 3 около второго проводника (Рис.1.8).

Рис. 1.8 Экранирование при помощи заземленного проводника

Контур 3 взаимодействует с магнитным потоком также как короткозамкнутая вторичная обмотка трансформатора. По закону Ленца ток в третьем контуре I₃ приводит к появлению магнитного потока равного по значению, вызвавшему его потоку, и противоположного по знаку, что в свою очередь приводит к его компенсации.

Для того чтобы обеспечить равенство потоков охватывающих контура 1 и 3, проводник 3 должен быть замкнутой формы и окружать проводник 1, что в результате даст экран заземленный на обоих концах (Рис.1.9).

Рис. 1.9 Экранирующее действие замкнутого проводника, окружающего цепь приемника

Для максимальной эффективности экран кабеля должен являться продолжением корпуса оборудования, и быть заземлен по всей его окружности. Это необходимо для того чтобы минимизировать не защищенные участки кабеля на его концах. Наиболее эффективный способ заземления экрана показан на Рис. 1.10.

Рис. 1.10Различие между заземлением экрана отдельным проводом и заземлением экрана через корпус оборудования

Емкостная связь

Емкостная связь проявляется под действием электрического поля источника помех.

В силу того, что емкости, через которые осуществляется связь, незначительны, то при больших расстояниях между источником и приемником помех, емкостная связь возникает только при достаточно большом нагрузочном сопротивление на концах кабеля, либо при их близком расположении.

Емкость между проводниками обратно пропорциональна расстоянию. К примеру, два проводника одного кабеля обладают взаимной емкостью порядка 100 пФ/м и проложены вплотную друг к другу. Увеличение расстояния между ними всего лишь на 5 сантиметров приводит к уменьшению взаимной емкости в 70 раз, в то время как дальнейшее увеличение расстояния до 50см вызывает уменьшение емкости менее чем в 2 раза [3].

Ослабления емкостной связи можно добиться, используя раздельную прокладку кабелей или уменьшением сопротивления (стратегия разомкнутой цепи).

Если реализация данных методов не доступна, тогда необходимо использовать экранирование защищаемого проводника с заземлением экрана в одной точке(Рис.1.11).

Рис. 1.11Емкостная связь и экранирование при емкостной связи

Снижение помех, источником которых является электрическое поле при помощи экрана, эффективно только на низких частотах, когда продольные сопротивления намного меньше по сравнению с поперечным емкостным.

На высоких частотах возникает необходимость заземления экрана более чем в одной точке, на обоих концах кабеля.

Гальваническая развязка

Гальваническая развязка — передача энергии или сигнала между электрическими цепями без электрического контакта между ними.

С помощью гальванической развязки решаются следующие проблемы:

· Защита измерительной аппаратуры от воздействия электрических напряжений и токов. Необходимо при эксплуатации оборудования в условиях, связанных с возможным влиянием на него несанкционированных электромагнитных воздействий, с невозможностью обеспечения качественного заземления, а также в условиях, где возможно возникновение субъективного фактора “человеческой” ошибки, приводящей к выводу дорогостоящего оборудования из строя.

· Защита пользователя от возможного электрического удара. Необходимость подобной защиты возникает при опасности воздействия электрического тока, опасного для здоровья человека, например, при построении систем медицинского применения.

· Обеспечение необходимой помехозащищённости. Эта проблема актуальна при построении измерительных прецизионных систем, например, в научных исследованиях и метрологических лабораториях.

В настоящее время наиболее широкое распространение получили схемы, использующие два варианта гальванической развязки:

· трансформаторной;

· оптоэлектронной.

Гальваническая развязка трансформаторного типа предполагает использование магнитоиндукционного элемента с сердечником или без него, напряжение, на вторичной обмотке которого пропорционально напряжению на входе устройства. Принципиальная схема работы гальванической развязки представлена на Рис. 1.12.Однако применении трансформаторной гальванической развязки связанно со следующими её недостатками:

· несущий сигнал может создавать помехи, влияющие на выходной сигнал развязки;

· полоса пропускания ограничена частотой модуляции развязки;

· относительно большие габаритные размеры компонентов, реализующих развязку.

В тоже время неоспоримым её преимуществом является простота конструкции.

Рис. 1.12Схема с гальванической развязкой

В последнее время всё чаще встречаются гальванические развязки с использованием оптоэлектронных развязывающих устройств, оптических вентилей (оптронов), что обусловлено развитием полупроводниковых устройств и снижением их стоимости. Принцип работы оптрона проиллюстрирован на Рис. 1.13. Светоизлучающий диод, p-n-переход которого смещён в прямом направлении, излучает свет, воспринимаемый фототранзистором. Таким образом, осуществляется гальваническая развязка цепей, связанных со светодиодом, с одной стороны, и с фототранзистором, с другой.

Рис. 1.13 Принцип работы оптрона

К достоинствам оптоэлектронных развязывающих устройств можно отнести:

· способность осуществлять развязку в широком диапазоне напряжений, в том числе до 500 В.

· возможность передавать сигналы на высокой частоте (до десятков МГц);

· малые габаритные размеры.

Недостатком является необходимость внедрения в схему дополнительных элементов для обеспечения работы оптрона, что в определённых случаях может привести к снижению надёжности всей измерительной системы [6].

Фильтры

Электрические фильтры предназначены для пропускания полезного сигнала и подавления помех в цепях питания и связи. Помехоподавляющий фильтр устанавливается непосредственно у источника помех для уменьшения излучения, а помехозащитный фильтр – перед приемником для подавления входящих помех. Фильтры ослабляют распространение помех вдоль проводящих линий. Их беспроблемное применение предполагает, что спектр частот полезного сигнала отдален от спектра частот помех [7].

Фильтры подразделяются на две группы – по типу составляющих их элементов:

· пассивные;

· активные.

Пассивные фильтры строятся на основе пассивных элементов – резисторов, конденсаторов и дросселей (катушек индуктивности). В активных фильтрах наряду с упомянутыми элементами используются также полупроводниковые элементы, которые требуют дополнительного питания.

Самый простой синфазный дроссель состоит из двух катушек, намотанных на один сердечник, связанных общим магнитным полем. Когда через катушки протекают дифференциальные токи, магнитные поля, индуцированные этими токами, взаимно уничтожают друг друга. Следовательно, входной импеданс этих катушек равен нулю (если пренебречь их омическим сопротивлением) и теоретически они не влияют на дифференциальные сигналы. Но в случае появления синфазных токов магнитные потоки обоих катушек складываются, и входной импеданс увеличивается, что приводит к подавлению синфазных токов и значительному снижению помех (Рис.1.14).

Рис. 1.14Принцип работы синфазного дросселя.

Наиболее распространенным способом применение пассивных фильтров является установка на измерительном кабеле ферритовых колец (Рис.1.15) выполняющих функцию высокочастотных дросселей.

Рис. 1.15 Высокочастотный дроссель на основе феритового кольца.

Выбор оптоволокна

Оптическое волокно — нить из оптически прозрачного материала (стекло, пластик), используемая для переноса света внутри себя посредством полного внутреннего отражения.

В основе построения волоконных оптических линий положен принцип передачи по волокну световых волн на большие расстояния. При этом электрические сигналы, поступают на вход оптического передатчика, и далее преобразуются в световые импульсы, которые с минимальными искажениями передаются по оптоволокну.

Конструкция отдельно взятого оптического волокна достаточно проста. Сердечник из оптически более плотного материала окружен оболочкой с меньшим коэффициентом преломления и все это покрыто защитной оболочкой (Рис.2.9). Оптическое волокно - типичный диэлектрический волновод электромагнитных волн.

Рис. 2.9 Конструкция оптического волокна

Когда поток света пересекает границу раздела двух сред с показателями преломления n1 и n2 то, как известно, наблюдаются два явления: преломление и отражение. Если световой поток пересекает границу раздела со стороны оптически более плотной среды, то угол преломления больше угла падения. С ростом угла падения преломленный луч будет прижиматься к границе раздела. И, наконец, при определенном угле падения, называемом критическим, преломленный луч начнет скользить вдоль поверхности раздела. При углах падения, больших критического, преломленный световой поток отсутствует (в идеализированном случае), поверхность раздела приобретает свойства зеркала - вся переносимая лучом энергия остается в отраженном потоке. Это явление носит название полного внутреннего отражения (Рис.2.10). На эффекте полного внутреннего отражения построены все оптические волокна. Условно оптическим волокном называют световоды, диаметр которых менее 0.5 мм.

Рис. 2.10 Явление полного внутреннего отражения

Традиционные проводные линии, коаксиальные кабели, СВЧ волноводы - все они требуют дорогих и дефицитных материалов, по меньшей мере, меди. Для изготовления стекловолокна нужны окислы кремния - самые распространенные на Земле вещества. Волокна из прозрачных пластиков также почти не нуждаются в редких материалах. Таким образом, источники сырья для производства световолокон практически не ограничены. К этому следует добавить, что по диаметру оптические кабели существенно меньше металлических. Материалы оптических кабелей не подвержены коррозии и экологически безопасны.

Волоконно-оптические кабели не восприимчивы к помехам со стороны электромагнитных полей радиодиапазонов, и сами не создают таких помех. Поэтому в плане электромагнитной совместимости - это идеальные средства передачи информации. Столь же совершенны они и по электробезопасности, поскольку переносимые в них мощности очень малы.

Для того чтобы передать свет на некоторое расстояние необходимо сохранить его мощность. Снизить потери при его передаче можно, во-первых, обеспечив достаточно оптически прозрачную среду распространения, тем самым, сведя к минимуму поглощение волны, и, во-вторых, обеспечить правильную траекторию движения луча. Первая задача в настоящее время решается с помощью применения высокотехнологичных материалов, таких как чистое кварцевое стекло. Вторая задача решается с помощью закона оптики, описанного выше.

И сердцевина, и оболочка изготавливаются из стекла или пластика. Наиболее часто (вследствие лучших характеристик) используется оптоволокно типа " стекло-стекло", когда сердцевина и оболочка изготавливаются из особого кварцевого стекла. Понятно, что стекло, используемое для оболочки, должно иметь меньший показатель преломления, чем для сердцевины. Показатель преломления стекла регулируется с помощью легирующих добавок. В оптических волокнах различие показателей преломления сердцевины и оболочки достигает порядка 1%.

Затухание в световоде, то есть потеря мощности светового сигнала происходит, в основном, по двум причинам: поглощение и рассеивание.

Поглощение связано с возбуждением в материале световода электронных переходов и резонансов. В результате этого увеличивается тепловая энергия, накапливаемая в оптическом волокне. Поглощение зависит как от свойств материала, из которого изготавливается оптоволокно, так и от длины волны источника света.

Рассеивание меньше зависит от свойств материала и, в основном, определяется нарушением геометрической формы оптического волокна. Следствием этих нарушений является то, что часть лучей покидает оптоволокно. Интенсивность рассеивания зависит не только от качества материала, из которого изготавливается сердцевина волокна, но и от качества оболочки, так как часть сигнала, вопреки геометрической оптики, распространяется в ней (это явление связано с квантовой природой света). Бороться с этим можно за счет нанесения на оболочку поглощающего покрытия.

Основное применение оптические волокна находят в качестве среды передачи на волоконно-оптических телекоммуникационных сетях различных уровней: от межконтинентальных магистралей до домашних компьютерных сетей. Применение оптических волокон позволяет оперировать с чрезвычайно высокими скоростями передачи, измеряемыми терабитами в секунду.

При построении оптических систем используют. Понятие " мода" описывает режим распространения световых лучей во внутреннем сердечнике кабеля. Многомодовое и одномодовое оптоволокно отличаются друг от друга зависимостью коэффициента преломления от радиуса центрального волокна. На Рис. 2.11 показаны три разновидности волокна.

Рис. 2.11 Разновидности оптических волокон: а) многомодовое ступенчатое волокно;
б) многомодовое градиентное волокно; в) одномодовое волокно

Многомодовое оптоволокно 50/125 нм и 62, 5/125 нм позволяет передавать одновременно несколько сотен разрешенных световых мод, вводимых в оптоволокно под разными углами. Все разрешенные моды имеют разные траектории распространения и, соответственно, различное время распространения по оптическому волокну. Поэтому многомодовое оптоволокно имеет один главный недостаток — большоезначение модовой дисперсии, ограничивающая полосу пропускания, — из-за которого оптический передатчик имеет малую дальность передачи. С помощью многомодового оптоволокна в волоконно-оптических линиях связи (ВОЛС) осуществляется передача данных на расстояние не более 4–5 км.

Для уменьшения модовой дисперсии и сохранения высокой полосы пропуская, на практике применяют волоконно-оптические линии с градиентным профилем показателя преломления сердцевины кабеля. В отличие от стандартных многомодовых оптических волокон, имеющих постоянный профиль преломления материала ядра, такое оптоволокно имеет показатель преломления N, который плавно уменьшается от центра к оболочке.

Одномодовое оптическое волокно 9/125 нм сконструировано таким образом, что в ядре оптоволокна может распространяться только одна, основная мода. Именно поэтому такие оптические волокна имеют наилучшие характеристики, и наиболее активно используются при строительстве ВОЛС. Основные преимущества одномодовых оптических волокон — малое затухание 0, 25 db/км, минимальное значение модовой дисперсии и широкая полоса пропускания — благодаря которым обеспечивается бесперебойная передача по оптоволокну электрических сигналов [11].

Поглощение света в волокне происходит по нескольким причинам. Поглощение в собственно стекле волокна падает с частотой, в то время как потери из-за рассеяния на дефектах стекла (релеевское рассеяние) с увеличением частоты растет. При сгибании волокна поглощение увеличивается. По этой причине следует избегать малых радиусов изгиба (кроме всего прочего это может привести и к обрыву). В результате потери света в волокне обычно лежат в диапазоне (2-5) дБ/км для длин волн 0, 8 – 1, 8 m. Зависимость поглощения света в волокне от длины волны показана на Рис. 2.12.К используемым диапазонам относятся 850 нм, 1300 нм, 1500 нм. Все эти диапазоны имеют ширину 25000-30000 ГГц.

Рис. 2.12 Зависимость поглощения света в волокне от длины волны

Из рисунка видно, что минимумы поглощения приходятся на 1300 и ~1500 нм, что и используется для целей телекоммуникаций. При длине волны 1300 нм дисперсия скоростей распространения различных длин волн минимальна. Диапазон ~850 нм характеризуется высоким поглощением, но он привлекателен тем, что как лазеры, так и электроника могут быть изготовлены из одного материала (арсенида галлия).

Рис. 2.13 Зависимость дисперсии от длины волны

Из Рис. 2.13видно, что в области ниже 1300 нм более длинные волны движутся быстрее коротких. Для длин волн > 1300нм имеет место обратная ситуация – более длинные волны движутся медленнее коротких. Для одномодовых волокон определяющий вклад в искажения вносится дисперсией скоростей распространения, для многомодовых основной вклад вносит модовая дисперсия. В таблице 2.1 представлены основные характеристики оптических волокон [12].

Таблица 2.1

Характеристики оптических волокон

Тип волокна	Диаметр сердцевины [мкм]	Диаметр оболочки [мкм]	Уровень затухания [дБ/км]
Длина волны[нм]			850	1310	1550
Одномодовое	9, 3 8, 1	125 125		0, 4 0, 5	0, 3 0, 25
Многомодовое градиентное	50 62, 5 85	125 125 125	2, 4 3, 0 2, 8	0, 6 0, 7 0, 7	0, 5 0, 3 0, 4
Многомодовое ступенчатое	200	380	6, 0

Проанализировав характеристики различных типов оптического волокна: уровень затухания, стоимость и доступность на рынке. В качестве канала передачи сигнала для волоконно-оптического измерительного тракта было выбрано одномодовое оптическое волокно 9/125 нм с коннекторами типа ST, обеспечивающими быстрое и прочное соединение (Рис.2.14).

Рис. 2.14 Шнур волоконно-оптический, ST-ST, 9/125 нм

Лазерный диод

Полупроводниковые лазерные диоды(ЛД) – генераторы излучения, когерентного в пространстве и во времени, т.е. излучение ЛД монохроматично и сосредоточено в узком пучке.

Полупроводниковые ЛД имеют очень малые размеры около 0, 1 мм в длину. В лазере с p-n переходом излучение возникает непосредственно под действием тока, протекающего через прямо смещенный диод. В результате легко осуществлять модуляцию интенсивности излучения путем изменения силы тока накачки пропорционально модулирующему сигналу.

Модуляция ЛД-ов может производиться на очень высоких частотах, т.к. они характеризуютсяочень малым временем стимулированного излучения.

Лазерные диоды имеют две главных конструктивных особенности:

1. ЛД имеет встроенный оптический резонатор (Рис. 2.15)

Рис. 2.15 Схема оптического резонатора

2. Работает при больших токах накачки, что позволяет при превышении порогового значения получить режим индуцированного излучения (Рис.2.16). Такое излучение характеризуется высокой когерентностью.

Рис. 2.16 График режима индуцированного излучения

Ввод излучения для одномодового оптоволокна осуществляется узким лучом точно вдоль оси сердечника оптоволокна. В качестве оптического источника излучения применим только лазерный диод.

Фотоприёмный диод

В основе работы фотоприемника лежит явление внутреннего фотоэффекта, при котором в результате поглощения фотонов с энергией, превышающей энергию запрещенной зоны, происходит переход электронов из валентной зоны в зону проводимости (генерация электронно-дырочных пар). При наличии электрического потенциала с появлением электронно-дырочных пар от воздействия оптического сигнала появляется электрический ток, обусловленный движением электронов в зоне проводимости и дырок в валентной зоне. Эффективная регистрация генерируемых электронно-дырочных пар обеспечивается путем разделения носителей заряда, для чего используется конструкция с p-n переходом, p-i-n фотодиоды (Рис.2.17).

Рис. 2.17p-i-n фотодиод

Таким образом, в p-i-n фотодиоде между сильно легированными слоями р⁺ и n⁺ типа расположен обедненный свободными носителями i-слой (слаболегированный полупроводник n-типа, i - intrinsic - собственный). На фотодиодподается обратное смещение. Сильное легирование крайних слоев делает их проводящими, и максимальный градиент электрического поля создается в i-слое. Так как нет свободных носителей, то нет тока и i-слой испытывает только поляризацию. При наличии падающего света на i-слой, в нем образуются электронно-дырочные пары, которые под действием электрического полядвижутсяиобразуютэлектрический ток. [13]

Исходя и из данных приведенных в таблице 2.1 наименьшее затухание обеспечивает, длинна волны 1550 нм, однако, стоимость такого лазерного диода существенно выше, чем с длинной волны 1310 нм, в свою очередь уровень затухания отличается на 0, 1 дБ/км. Таким образом, использование лазерного диода с длинной волны 1310 нм (Рис.2.18) экономически более эффективно, при незначительном увеличении уровня затухания.Для выбранноголазерного диода подбирается соответствующий по характеристикам p-i-n фотодиод (Рис.2.19).

Рис. 2.18Лазерный диод 1310 нм со штепсельной розетойтипа ST

Рис. 2.19 p-i-n фотодиод со штепсельной розеткой типа ST

Характеристики лазерного диода и p-i-n фотодиода представлены в таблицах 2.2, 2.3 и таблицах 2.4, 2.5 соответственно.

Таблица 2.2

Предельно допустимые параметры лазерного диода

Параметр	Обозначение	Значение	Единицы измерения
Рабочий ток	If	Ith+20	мА
Обратное напряжение	Vr	2, 0	В
Рабочая температура	T_opr	-40 ~ +85	°С
Температура хранения	T_stg	-40 ~ +85	°С
Температура пайки	T_sld	260/10	°С/с

Таблица 2.3

Оптические и электрические характеристики лазерного диода

Параметр	Обозначение	Значение			Единицы измерения
Параметр	Обозначение	Мин.	Рабочее	Макс.	Единицы измерения
Пороговый ток	Ith	5		15	мА
Обратное напряжение	Vop		1, 1	1, 6	В
Выходная мощность	Pf	0, 2		2, 5	мВт
Длина волны	λ	1290	1310	1330	нм
Время нарастания/затухания (10~90%)	Tr/Tf			0, 4	нс

Таблица 2.4

Предельно допустимые параметры фотодиода

Параметр	Обозначение	Значение	Единицы измерения
Мощность насыщения фотодиода	Ps	2, 0	мВт
Обратное ток	If	2, 0	мА
Обратное напряжение	Vr	15	В
Рабочая температура	T_opr	-40 ~ +85	°С
Температура хранения	T_stg	-40 ~ +125	°С

Таблица 2.5

Оптические и электрические характеристики лазерного диода

Параметр	Обозначение	Значение			Единицы измерения
Параметр	Обозначение	Мин.	Рабочее	Макс.	Единицы измерения
Рабочая длинна волны	λ	1100	1310	1650	нм
Чувствительность	R	0, 5	0, 85		А/Вт
Темновой ток	Id		0, 3	2, 0	нА
Емкость	С		0, 7	1, 0	пФ
Время нарастания/затухания	Tr/Tf			0, 3	нс
Ширина полосы частот	BW	1, 25	3	5	ГГц

Разработка передатчика

В качестве прототипа использована система, описанная в журнале ElectricPowerSystemsResearch[10]. Представленный в данной статье передатчик реализован на основе балансного усилителя выполненного по схеме простого токового зеркала (Рис.2.20).

Рис. 2.20Схема простого токового зеркала

Токовое зеркало представляет собой идеальный источник постоянного тока, элемент электрической схемы, который обеспечивает ток в нагрузке, не зависящий от падения напряжения на нагрузке или от сопротивления нагрузки. Источник постоянного тока может быть управляемым, в этом случае ток источника является функцией другого напряжения или тока в системе и не зависит от напряжения на нагрузке, подаваемого с рассматриваемого источника постоянного тока.

Простое токовое зеркало обладает следующим недостатком: выходной ток несколько изменяется при изменении выходного напряжения, т.е. выходное сопротивление схемы не бесконечно. Это связано с тем, что при заданном токе транзистораQ₂напряжение базыслегка меняется в зависимости от коллекторного напряжения (проявление эффекта Эрли); иначе говоря, график зависимости коллекторного тока от напряжения между коллектором и эмиттером при фиксированном напряжении между базой и эмиттером не является горизонтальной линией (Рис.2.21). Практически ток может изменяться приблизительно на 25% в диапазоне устойчивой работы схемы.

Рис. 2.21 График зависимости коллекторного тока от напряжения между коллектором и эмиттером

Для решения данной проблемы была использованная схема токового зеркала Уилсона (Рис.2.22), которая обеспечивает высокую степень постоянства выходного тока.

Рис. 2.22Схема токового зеркала Уилсона

Транзисторы VТ1 и VТ2 включены как в обычном токовом зеркале. Благодаря транзистору VТ3 потенциал коллектора транзистора VТ1 фиксирован и на удвоенное значение падения напряжения на диоде ниже, чем напряжение питания. Такое включение позволяет подавить эффект Эрли в транзисторе VТ1, коллектор которого теперь служит для задания режима работы схемы; выходной ток определяется транзистором VТ2. Транзистор VТ3 не влияет на баланс токов, если его базовый ток пренебрежимо мал; его единственная функция состоит в том, чтобы зафиксировать потенциал коллектора VТ1. В результате в токозадающих транзисторах VТ1 и VТ2 падения напряжения на эмиттерных переходах фиксированы; транзистор VТ3 можно рассматривать как элемент, который просто передает выходной ток в нагрузку, напряжение на которой является переменным [14].

Исходя из параметров выбранного лазерного диода (таблица 2.3) с применением схемы токового зеркала Уилсона, разработана электрическая принципиальная схема передатчика (Рис.2.23).

Рис. 2.23Электрическая принципиальная схема передатчика

Элемент схемы U₁ является стабилизатором напряжения с выходным параметром 5 В и обеспечивает стабильное напряжение питания схемы, даже при условии постепенного снижения напряжения источника питания при разрядке. Так как U₁ является импульсным стабилизатором напряжения, конденсатор С₁ используется для сглаживания пульсаций. Конденсатор С₂ обеспечивает разделение цепей постоянного тока передатчика ВОИТ и переменных цепей источника сигнала, а так же влияет на амплитуду входящего сигнала на низких частотах, для обеспечения нижней границы полосы пропускания 50 Гц был выбран электролитический конденсатор емкостью
210 мкФ. На Рис. 2.24представлено изменение емкостного сопротивления в зависимости от частоты.

Рис. 2.24 График зависимости емкостного сопротивления XС2 от частоты

Как видно из графика на частоте 50 Гц, значение емкостного сопротивления X_С2=1, 516 Ом, что практически не оказывает влияния на амплитуду входного сигнала.

Сопротивление R₁, R₂, R₄ и транзисторы Q₁, Q₂, Q₃ образуют токовое зеркало Уилсона. Частотные характеристики транзисторов Q₁, Q₂, Q₃ оказывают влияние на верхнюю границу полосы пропускания, для обеспечения заданной частоты 1 МГц, был выбран высокочастотный транзистор BC547B с полосой пропускания сигнала до 300 МГц.

Так как рабочее напряжение лазерного диода 1, 1 В (таблица 2.3), а рабочая областьU_R располагается на небольшом линейном участке вольтамперной характеристики (Рис. 2.25), то амплитудное значение входного сигнала может изменяться в диапазоне ±0, 2 В для передачи гармонических сигналов. При необходимости передачи импульсного сигнала в однополярном режиме схема приемника может быть доработана и диапазон входного напряжения будет равен от 0 до +0, 4 В.

Рис. 2.25 Вольтамперная характеристика лазерного диода

В результате расчета параметров схемы передатчика было определено его входное сопротивление равное 5 кОм и порог чувствительности входного сигнала равный 0, 01 В.

Технические характеристики передатчика волоконно-оптического измерительного тракта:

Входной диапазон (амплитудное значение) –±0, 2 В;

Рабочая длинна волны 1310 нм;

Полоса пропускания от 50 Гц до 1 МГц;

Потребляемая мощность – 3 мВт;

Источник питания – постоянный 9 В;

Входное сопротивление – 5 кОм;

Чувствительность – 0, 01 В.

Разработка приёмника

Приёмник ВОИТ реализован на основе схемы эмиттерного повторителя (Рис.2.26).

Рис. 2.26 Схема эмиттерного повторителя на основе npn-транзистора

Эмиттерный повторитель назван так потому, что выходной сигнал снимается с эмиттера, напряжение на котором равно напряжению на входе (на базе) минус падение напряжения на диоде (на переходе база-эмиттер):
U_Э= U_Б – 0, 6 В. Выходной сигнал по форме повторяет входной, но уровень его напряжения на 0, 6-0, 7 В ниже.

В данной схеме входной импеданс значительно больше, чем выходной. Из этого следует, что источник входного сигнала будет отдавать меньшую мощность, если нагрузку подключить через эмиттерный повторитель. Поэтому обладающий внутренним импедансом источник может через повторитель работать на нагрузку, которая обладает сравнимым или даже более низким импедансом, без потери амплитуды сигнала. Иными словами, эмиттерный повторитель обеспечивает усиление по току, хотя и не дает усиление по напряжению [14]

Исходя из параметров выбранного фотодиода (таблица 2.4) с применением схемы эмиттерного повторителя, разработана электрическая принципиальная схема передатчика (Рис.2.27).

Рис. 2.27Электрическая принципиальная схема приемника

Элемент схемы U₁ является стабилизатором напряжения с выходным параметром 15 В и обеспечивает стабильное напряжение питания схемы, даже при условии постепенного снижения напряжения источника питания при разрядке и создает необходимый градиент напряжения для работы фотодиода. Сопротивление R₁ задает рабочие параметры фотодиода в соответствии с таблицей 2.5. Транзистор Q₄ и резистор R₂ реализуют схему эмиттерного повторителя, где транзистор Q₄ выбран аналогично транзисторам, расположенным в передатчики с целью обеспечения работы системы во всем необходимом диапазоне частот, а резистор R₂ отвечает за коэффициент усиления приемника. Емкость С₁ и С₂ обеспечивают разделение цепей приемника и регистрирующей аппаратуры, при этом емкость С₂ необходима для шунтирования внутренней индуктивности электролитического конденсатора С₁, чтобы обеспечить высоко линейную полосу пропускания приемника на высоких частотах.

Технические характеристики приемника волоконно-оптического измерительного тракта:

Выходной диапазон (амплитудное значение) – ±2 В;

Рабочая длинна волны 1310 нм;

Полоса пропускания от 50 Гц до 1 МГц;

Потребляемая мощность – 5 мВт;

Источник питания – постоянный 19 В;

Создание опытного образца

Создание опытного образца волоконно-оптического измерительного тракта включало в себя следующие этапы:

1) Приобретение комплектующих:

· Электронные компоненты (стабилизаторы напряжения, транзисторы, конденсаторы, резисторы, элементы питания);

· Оптоэлектронные элементы (лазерный диод, фотодиод);

· Разъёмы и переключатели;

· Печатные платы;

· Оптоволоконный кабель;

· Корпуса для приёмника и передатчика.

2) Монтаж электронных элементов на печатные платы и размещение их в корпусах (Рис.2.28, Рис. 2.29).

Рис. 2.28Опытный образец передатчика

Рис. 2.29 Опытный образец приемника

План эксперимента

Для проверки работоспособности волоконно-оптического измерительного тракта было принято решение провести с его помощью измерение полного грозового импульса 1, 2/50 мкс.

Схема экспериментальной установки представлена на Рис. 4.1.

Рис. 4.1Принципиальная схема экспериментальной установки для испытания ВОИТ
1 – генератор импульсов, 2 – омический дилитель, 3 – оптоволоконный кабель,
4 – осциллограф.

С генератора импульсного напряжения будет подан сигнал полного грозового импульса 1, 2/50 мкс положительной и отрицательной полярности амплитудой 0, 7 кВ, проходя через омический делитель с коэффициентом деления 4000: 1 сигнал поступает на вход первого канала осциллографа и на вход передатчика послед чего передается по оптоволокну на приемник, с которого происходит передача на вход второго канала осциллографа. В результате эксперимента на осциллографе будут записаны два сигнала: один переданный по коаксиальному кабелю и второй переданный через ВОИТ. Экспериментальная установка представлена на Рис. 4.2.

Рис. 4.2 Экспериментальная установка для испытания ВОИТ

Ход эксперимента

В процессе эксперимента был подан сигнал как положительной (Рис.4.3) так и отрицательной полярности (Рис.4.4).

Рис. 4.3Регистрация полного грозового импульса 1, 2/50 положительной полярности

Рис. 4.4 Регистрация полного грозового импульса 1, 2/50 отрицательной полярности

Как видно из графиков сигнал, переданный по волоконно-оптическому измерительному тракту, полностью повторяет форму сигнала зарегистрированного с помощью традиционного способа измерения. Увеличение амплитуды сигнала на 12, 5 % обусловлено значением коэффициента передачи системы и может быть отрегулировано изменением сопротивления R2 в схеме приемника. В силу того, что измерения проводились на базе Филиал ОАО " Научно-технический центр Федеральной сетевой компании Единой энергетической системы" -СибНИИЭ, отсутствовала возможность оперативного внесения изменений в схему приёмника и проведения повторных измерений.

Заключение

Разработанная система обладает широкой высоко линейной полосой пропускания до 1 МГц, что позволяет, проводит измерения сигнала как частотой 50 Гц так и высокочастотных сигналов. Использование оптоволокна обеспечивает защиту передаваемого сигнала от наведенных помех. Проведенные в ходе работы исследования амплитудно-частотной и фазо-частотной характеристики подтвердили заложенные в систему параметры.

К недостаткам волоконно-оптического измерительного тракта можно отнести маленькую амплитуду входного напряжения передатчика равное 0, 2 В, что предъявляет повышенные требования к качеству первичного датчика, а так же повышенное требование к качеству оптических элементов системы.

Разработанная система сложнее в использовании, чем стандартный коаксиальный кабель, однако низкая стоимость, защита от помех и перенапряжений делает её привлекательной для применения в измерениях высоковольтных импульсов, а так же в измерениях под высоким потенциалом.

Список литературы

1.	Шумахер У. Полупроводниковая электроника. 3-е изд. Мюнхен. 2004. 466 с.
2.	Харлов Н.Н. Электромагнитная совместимость в электроэнергетике: Учебное пособие. Томск: Изд-во ТПУ, 2007. 207 с.
3.	Дьяков А.Ф., Максимов Б.К., Борисов Р.К. Электромагнитная совместимость в электроэнергетике и электротехнике. Москва: Энергоатомиздат, 2003. 761 с.
4.	Овсянников А.Г., Лавров Ю.А., Шевченко С.С., " " Измерение высокочастотных перенапряжений на перемычке Т4-КРУЭ 500 кВ при коммутационных операциях выключателями 500 кВ и измерение характеристик частичных разрядов в изоляции Т4 под рабочим напряжением на Бурейской ГЭС", " НГТУ, Новосибирск, 2009.
5.	Завгородний В.И. Комплексная защита информации в компьютерных системах: Учебное пособие. Москва: Логос, 2001. 264 с.
6.	Буткевич В., Невзоров В., Абакумов А. Опыт схемотехнических решений гальванической развязки в устройствах ЦОС для лабораторных и промышленных применений [Электронный ресурс] // ООО " Л КАРД": [сайт]. [1999]. URL: http: / / www.lcard.ru/ publ-1.php3 (дата обращения: 3.11.2012).
7.	Лабораторная работа №1 Исследование пассивных частотных фильтров // НГТУ. 2009. URL: dispace.edu.nstu.ru/ didesk/ file/ get/ 186343‎ (датаобращения: 25.9.2012).
8.	Арутюнов В.А. Высокочастотный регистратор переходных процессов и опыт его применения на подстанции 500 кВ " Ногинск-500" // Электроэнергетика: сегодня и завтра. 2012. № 4. С. 65-68.
9.	Высокоточное устройство передачи аналоговых сигналов по оптоволоконному каналу. [Электронный ресурс] // Веб-сайт Научно-производственная группа «Р-Технолоджи»: [сайт]. URL: http: / / www.r-technology.ru/ products/ examples/ upd.php (дата обращения: 18.Октябрь.2011).
10.	I.S. Halkiadis, N.G. Theofanous, and D.A. Greaves. A high-voltage low-cost wide-band fiber optic transmission system with improved linearity // Electric Power Systems Research. 1996. No. 37. pp. 121-128.
11.	Передача по оптоволокну [Электронный ресурс] // Веб-сайт ООО «ДФС-СИСТЕМЫ»: [сайт]. URL: http: / / dfs-group.ru/ technical-information/ optovolokno/ (дата обращения: 5.Март.2013).
12.	Семенов Ю.А. Оптоволоконные каналы и беспроводные оптические связи [Электронный ресурс] // Телекоммуникационные технологии: [сайт]. [2013]. URL: http: / / book.itep.ru/ 3/ optic_32.htm (дата обращения: 18.Ноябрь.2011).
13.	Григоренко Е.Г. Компоненты ВОЛТ // Библиотека. 2006. URL: http: / / bib.convdocs.org/ v39720/? download=file (дата обращения: 14.Февраль.2012).
14.	П. Хоровиц, У. Хилл. Искусство схемотехники. 5-е изд. Москва: Мир, 1998. 72, 96-97 с.
15.	" Оптоволокно в измерительных приборах и системах, " ГПНТБ СО РАН, Новосибирск, отчет о патентных исследованиях №47 у/06.2012, 2012.
16.	П. Хоровиц, У. Хилл. Искусство схемотехники. 5-е изд. Москва: Мир, 1998. 96-97 с.
17.	Передача по оптоволокну [Электронный ресурс] URL: http: / / dfs-group.ru/ technical-information/ optovolokno/ (дата обращения: 23.Январь.2013).

Приложения

Приложение A

%% Расчет амплитудно-частотной характеристики Волоконно-оптического измерительного тракта

clc

clear

close;

%% Считывание сигналов из файлов

Hz=[50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 600 700 800 900 1000 1200...

1400 1600 1800 2e3 2.2e3 2.4e3 2.6e3 2.8e3 3e3 3.2e3 3.4e3 3.6e3...

3.8e3 4e3 4.2e3 4.4e3 4.6e3 4.8e3 5e3 5.5e3 6e3 6.5e3 7e3 7.5e3 8e3...

8.5e3 9e3 9.5e3 10e3 11e3 12e3 13e3 14e3 15e3 16e3 17e3 18e3 19e3...

20e3 25e3 30e3 35e3 40e3 45e3 50e3 60e3 70e3 80e3 90e3 100e3 150e3...

200e3 250e3 300e3 350e3 400e3 500e3 600e3 700e3 750e3 850e3 900e3...

910e3 920e3 930e3 940e3 950e3 960e3 970e3 980e3 990e3 1e6 1.01e6...

1.02e6 1.03e6 1.04e6 1.05e6 1.075e6 1.1e6 1.2e6 1.3e6 1.4e6 1.5e6 ];

f_name={'A0000CH2.CSV'; 'A0001CH2.CSV'; 'A0002CH2.CSV'; 'A0003CH2.CSV'; 'A0004CH2.CSV'; ...

'A0005CH2.CSV'; 'A0006CH2.CSV'; 'A0007CH2.CSV'; 'A0008CH2.CSV'; 'A0009CH2.CSV'; ...

'A0010CH2.CSV'; 'A0011CH2.CSV'; 'A0012CH2.CSV'; 'A0013CH2.CSV'; 'A0014CH2.CSV'; ...

'A0015CH2.CSV'; 'A0016CH2.CSV'; 'A0017CH2.CSV'; 'A0018CH2.CSV'; 'A0019CH2.CSV'; ...

'A0020CH2.CSV'; 'A0021CH2.CSV'; 'A0022CH2.CSV'; 'A0023CH2.CSV'; 'A0024CH2.CSV'; ...

'A0025CH2.CSV'; 'A0026CH2.CSV'; 'A0027CH2.CSV'; 'A0028CH2.CSV'; 'A0029CH2.CSV'; ...

'A0030CH2.CSV'; 'A0031CH2.CSV'; 'A0032CH2.CSV'; 'A0033CH2.CSV'; 'A0034CH2.CSV'; ...

'A0035CH2.CSV'; 'A0037CH2.CSV'; 'A0039CH2.CSV'; 'A0038CH2.CSV'; 'A0040CH2.CSV'; ...

'A0041CH2.CSV'; 'A0042CH2.CSV'; 'A0043CH2.CSV'; 'A0044CH2.CSV'; 'A0045CH2.CSV'; ...

'A0046CH2.CSV'; 'A0047CH2.CSV'; 'A0048CH2.CSV'; 'A0049CH2.CSV'; 'A0050CH2.CSV'; ...

'A0051CH2.CSV'; 'A0052CH2.CSV'; 'A0053CH2.CSV'; 'A0054CH2.CSV'; 'A0055CH2.CSV'; ...

'A0056CH2.CSV'; 'A0057CH2.CSV'; 'A0058CH2.CSV'; 'A0059CH2.CSV'; 'A0060CH2.CSV'; ...

'A0061CH2.CSV'; 'A0062CH2.CSV'; 'A0063CH2.CSV'; 'A0064CH2.CSV'; 'A0065CH2.CSV'; ...

'A0066CH2.CSV'; 'A0067CH2.CSV'; 'A0068CH2.CSV'; 'A0069CH2.CSV'; 'A0070CH2.CSV'; ...

'A0071CH2.CSV'; 'A0072CH2.CSV'; 'A0073CH2.CSV'; 'A0074CH2.CSV'; 'A0075CH2.CSV'; ...

'A0076CH2.CSV'; 'A0077CH2.CSV'; 'A0078CH2.CSV'; 'A0079CH2.CSV'; 'A0080CH2.CSV'; ...

'A0081CH2.CSV'; 'A0082CH2.CSV'; 'A0083CH2.CSV'; 'A0084CH2.CSV'; 'A0085CH2.CSV'; ...

'A0086CH2.CSV'; 'A0087CH2.CSV'; 'A0088CH2.CSV'; 'A0089CH2.CSV'; 'A0090CH2.CSV'; ...

'A0091CH2.CSV'; 'A0092CH2.CSV'; 'A0093CH2.CSV'; 'A0094CH2.CSV'; 'A0095CH2.CSV'; ...

'A0096CH2.CSV'; 'A0097CH2.CSV'; 'A0098CH2.CSV'; 'A0099CH2.CSV'; 'A0100CH2.CSV'};

for i=1: length(Hz)

[Y]=textread(f_name{i}, '%f, ', 'headerlines', 16);

A{i}=Y;

end

%% расчет амплитудно-частотной характеристики

ampl_50=(max(A{1})-min(A{1}))/2; %вычисление амплитуды частоты 50 Гц

for i=1: length(Hz)

ampl_oe(i)=(max(A{i})-min(A{i}))/2/ampl_50;

Adb(i)=10*log10(ampl_oe(i));

end

Hz=Hz/1000;

%% Построение графиков

figure(1);

semilogx(Hz, ampl_oe, 'b');

grid on;

hold on;

ylim([0 1.2]);

xlabel('Частота, кГц', 'fontname', 'Times NewRoman', 'FontSize', 14);

ylabel('Амплитуда, о.е.', 'fontname', 'Times NewRoman', 'FontSize', 14);

figure(2);

semilogx(Hz, Adb, 'r');

grid on;

ylim([-2 2]);

xlabel('Частота, кГц', 'fontname', 'Times NewRoman', 'FontSize', 14);

ylabel('Относительноеотклонениесигнала, dB', 'fontname', 'Times NewRoman', 'FontSize', 14);

ПриложениеB

clc

close;

clear;

%% Считывание сигналов из файлов

Hz=[50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 600 700 800 900 1000 1200...

1400 1600 1800 2e3 2.2e3 2.4e3 2.6e3 2.8e3 3e3 3.2e3 3.4e3 3.6e3...

3.8e3 4e3 4.2e3 4.4e3 4.6e3 4.8e3 5e3 5.5e3 6e3 6.5e3 7e3 7.5e3 8e3...

8.5e3 9e3 9.5e3 10e3 11e3 12e3 13e3 14e3 15e3 16e3 17e3 18e3 19e3...

20e3 25e3 30e3 35e3 40e3 45e3 50e3 60e3 70e3 80e3 90e3 100e3 150e3...

200e3 250e3 300e3 350e3 400e3 500e3 600e3 700e3 750e3 800e3 850e3 900e3...

910e3 920e3 930e3 940e3 950e3 960e3 970e3 980e3 990e3 1e6 1.01e6...

1.02e6 1.03e6 1.04e6 1.05e6 1.075e6 1.1e6 1.2e6 1.3e6 1.4e6 1.5e6 ];

f_name1={'A0000ch1.CSV'; 'A0001ch1.CSV'; 'A0002ch1.CSV'; 'A0003ch1.CSV'; 'A0004ch1.CSV'; ...

'A0005ch1.CSV'; 'A0006ch1.CSV'; 'A0007ch1.CSV'; 'A0008ch1.CSV'; 'A0009ch1.CSV'; ...

'A0010ch1.CSV'; 'A0011ch1.CSV'; 'A0012ch1.CSV'; 'A0013ch1.CSV'; 'A0014ch1.CSV'; ...

'A0015ch1.CSV'; 'A0016ch1.CSV'; 'A0017ch1.CSV'; 'A0018ch1.CSV'; 'A0019ch1.CSV'; ...

'A0020ch1.CSV'; 'A0021ch1.CSV'; 'A0022ch1.CSV'; 'A0023ch1.CSV'; 'A0024ch1.CSV'; ...

'A0025ch1.CSV'; 'A0026ch1.CSV'; 'A0027ch1.CSV'; 'A0028ch1.CSV'; 'A0029ch1.CSV'; ...

'A0030ch1.CSV'; 'A0031ch1.CSV'; 'A0032ch1.CSV'; 'A0033ch1.CSV'; 'A0034ch1.CSV'; ...

'A0035ch1.CSV'; 'A0037ch1.CSV'; 'A0039ch1.CSV'; 'A0038ch1.CSV'; 'A0040ch1.CSV'; ...

'A0041ch1.CSV'; 'A0042ch1.CSV'; 'A0043ch1.CSV'; 'A0044ch1.CSV'; 'A0045ch1.CSV'; ...

'A0046ch1.CSV'; 'A0047ch1.CSV'; 'A0048ch1.CSV'; 'A0049ch1.CSV'; 'A0050ch1.CSV'; ...

'A0051ch1.CSV'; 'A0052ch1.CSV'; 'A0053ch1.CSV'; 'A0054ch1.CSV'; 'A0055ch1.CSV'; ...

'A0056ch1.CSV'; 'A0057ch1.CSV'; 'A0058ch1.CSV'; 'A0059ch1.CSV'; 'A0060ch1.CSV'; ...

'A0061ch1.CSV'; 'A0062ch1.CSV'; 'A0063ch1.CSV'; 'A0064ch1.CSV'; 'A0065ch1.CSV'; ...

'A0066ch1.CSV'; 'A0067ch1.CSV'; 'A0068ch1.CSV'; 'A0069ch1.CSV'; 'A0070ch1.CSV'; ...

'A0071ch1.CSV'; 'A0072ch1.CSV'; 'A0073ch1.CSV'; 'A0074ch1.CSV'; 'A0075ch1.CSV'; ...

'A0076ch1.CSV'; 'A0077ch1.CSV'; 'A0078ch1.CSV'; 'A0079ch1.CSV'; 'A0080ch1.CSV'; ...

'A0081ch1.CSV'; 'A0082ch1.CSV'; 'A0083ch1.CSV'; 'A0084ch1.CSV'; 'A0085ch1.CSV'; ...

'A0086ch1.CSV'; 'A0087ch1.CSV'; 'A0088ch1.CSV'; 'A0089ch1.CSV'; 'A0090ch1.CSV'; ...

'A0091ch1.CSV'; 'A0092ch1.CSV'; 'A0093ch1.CSV'; 'A0094ch1.CSV'; 'A0095ch1.CSV'; ...

'A0096ch1.CSV'; 'A0097ch1.CSV'; 'A0098ch1.CSV'; 'A0099ch1.CSV'; 'A0100ch1.CSV'};

f_name2={'A0000CH2.CSV'; 'A0001CH2.CSV'; 'A0002CH2.CSV'; 'A0003CH2.CSV'; 'A0004CH2.CSV'; ...