Test des émissions en champ proche pour les instruments NI PXI

Introduction et défi

La plateforme NI PXI fournit une solution robuste et compacte pour les systèmes de mesure mixtes hautes performances dans les tests de validation et de production. Ce qui rend le PXI spécial est sa capacité à effectuer plusieurs types de mesures à partir d’une petite boîte. Cependant, cet avantage n’est pas sans poser un défi : les interférences potentielles entre les modules.

​Les interférences électromagnétiques sont causées par les champs magnétiques émis par des composants tels que les inducteurs et les transformateurs des modules PXI voisins. Les alimentations ont tendance à émettre de grands champs magnétiques à travers ces composants. Lorsque le PXI a été introduit à la fin des années 1990, les interférences étaient minimes. Cependant, à mesure que les nouveaux instruments sont devenus plus sensibles et que les alimentations à commutation ont augmenté les courants qu’ils transportaient, le problème a pris de l’ampleur.

​L’objectif était de développer une méthodologie fiable et automatisée pour mesurer et atténuer les interférences entre les modules PXI, ce qui est crucial pour garantir les performances et la fiabilité de ces instruments.

​Solutions précédentes

​Les méthodes antérieures utilisées pour mesurer les champs magnétiques étaient incohérentes. Les solutions internes utilisaient des sondes et des analyseurs de spectre avec des configurations approximatives (comme des modèles en carton pour cartographier les émissions). Ces méthodes étaient subjectives, non standardisées et fastidieuses, ce qui conduisait à des résultats peu fiables.

​Des scanners commerciaux étaient disponibles pour cartographier les champs magnétiques, mais ils présentaient deux limitations importantes :

• ​Mesure monodimensionnelle : ces scanners ne mesuraient le champ magnétique que dans une dimension, ce qui ne rendait pas compte de la nature tridimensionnelle du champ.
• ​Environnement inexact : ils ne permettaient pas de numériser la carte dans son environnement natif au sein du châssis, ce qui est crucial pour obtenir des mesures précises.

​Développement d’une solution

​Les ingénieurs de NI Ed Loewenstein et Tim Keil ont développé un scanner personnalisé utilisant trois moteurs pas à pas, les instruments NI PXI, et LabVIEW pour automatiser la mesure des émissions en champ proche. Le scanner a été conçu pour répondre aux exigences suivantes :

• ​Mesure en trois dimensions : contrairement aux scanners commerciaux, la solution peut réorienter la sonde en trois dimensions afin de capturer tout le champ magnétique.
• ​Fonctionnement dans l’environnement natif de l’appareil : le scanner peut mesurer les émissions du module PXI tout en fonctionnant dans le châssis, garantissant des données précises et pertinentes.
• ​Automatisation de la collecte de données : le scanner a été automatisé pour assurer un fonctionnement et une acquisition de données cohérents.

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Figure 1 : La sonde d’émissions en champ proche dans un châssis PXI

​L’équipe a utilisé plusieurs outils matériels et logiciels NI pour construire et utiliser le scanner :

• ​Alimentation NI PXIe-4139 : le PXIe-4139 est un système SMU (unité de source et mesure) de précision. Il est utilisé pour alimenter les moteurs et fournir des informations de diagnostic plus pertinentes. Cette surveillance simultanée du courant et de la tension assure un fonctionnement sûr pour éviter tout dommage.
• ​Oscilloscope NI PXIe-5170 : le PXI-5170R est un numériseur haute vitesse conçu pour une acquisition de signaux précise. Il a été choisi pour sa capacité à acquérir le spectre de la sonde avec précision et efficacité. Sa large bande passante et ses capacités de traitement en temps réel étaient cruciales pour établir des cartes thermiques détaillées des émissions.
• ​NI LabVIEW : LabVIEW est un environnement de programmation graphique utilisé pour contrôler l’ensemble du système. LabVIEW a contribué à automatiser l’ensemble du processus de test : contrôle de l’alimentation et des moteurs pas à pas, lecture de divers capteurs, acquisition de données à partir du numériseur, enregistrement et affichage des résultats.
• ​NI Vision Development Module : le Vision Development Module est utilisé avec LabVIEW pour développer des applications nécessitant un traitement d’image. Il a permis à l’équipe de découper les données de manière dynamique et de visualiser les émissions en temps réel, accélérant considérablement le processus et facilitant l’interprétation des résultats.

​Figure 2 : L’interface utilisateur LabVIEW du programme Émissions en champ proche

​Résultats et conclusion

Cette approche novatrice a permis d’établir une méthode standardisée, automatisée et fiable pour l’évaluation des émissions en champ proche. Il a permis aux ingénieurs de détecter et de résoudre rapidement les problèmes d’émissions électromagnétiques, et ainsi d’améliorer considérablement les performances et la compatibilité des modules. En outre, la solution a favorisé une culture d’amélioration continue, encourageant les ingénieurs à tester et à affiner leurs conceptions de manière itérative grâce aux retours.

​Le développement de cette méthodologie de test pour les émissions en champ proche a permis de résoudre un défi interne critique, mais démontre également la puissance et la flexibilité de nos produits.

​À propos de l’ingénieur : Ed Loewenstein

​Ed Loewenstein a commencé sa carrière chez NI en 1987 et est actuellement architecte en chef se concentrant sur des projets d’innovation sur le long terme. Tout au long de sa carrière, il a joué un rôle dans presque toute la gamme de matériel NI, y compris les périphériques d’acquisition de données, PXI et les produits RF. La passion d’Ed Loewenstein pour l’apprentissage et son dévouement à l’amélioration continue transparaissent dans son travail. Son esprit collaboratif contribue à rendre NI toujours meilleur.   

​« J’aime ce genre de projet car il utilise certaines des compétences que j’ai déjà et m’en fait acquérir de nouvelles. Je ne connaissais rien à la commande d’axes ou au traitement d’images, mais c’est maintenant chose faite. Je ne suis pas très branché logiciels mais avec LabVIEW, je suis capable d’écrire un programme qui fait ce que je lui demande de manière crédible. »