光电行业应用案例 | 电磁风暴中的“慧眼”

哪里有电流哪里就有电磁脉冲，它是一种短暂瞬变的电磁现象，以空间辐射传播形式透过电磁波，会使电子设备半导体绝缘层或集成电路烧毁，甚至导致设备失效或永久损坏。这也是为什么汽车制造商需要验证其产品的电磁兼容性（EMC），因为车辆本身含有许多敏感的电子设备，所以需要通过专门的电磁兼容性（EMC）测试。不过，实验室环境对人类不太友好，因此需要使用摄像机来监测整个测试过程。德国mk-messtechnik公司专门研究这类系统，其摄像机系统旋转头的遥控模块可通过FAULHABER的微驱动系统来实现精准定位。

“我们开发这类摄像机的主要原因车内安装的电子设备越来越多，”mk-messtechnik创始人兼董事总经理Martin Kull博士解释道。随着汽车电子设备的不断发展，其数量也在不断增加，从防抱死制动系统（ABS）到安全气囊，再到移动电话和导航。”各系统不得相互干扰，也不得损坏车辆外部其他系统。此外，它们还得对来自外界的脉冲尽可能地不敏感。Kull博士在德国斯图加特大学上学时就开始在戴姆勒测试实验室做测试研究。这类实验室产生的某些电磁波非常强，远超过适用的极限值。因此，实验室在测试过程中是密封的，只能用摄像机来监测里面发生的一切。“这是首次有人咨询这类监测设备。然而，业界对摄像机每年的需求量不足100台，这意味着大公司可能忽略了这一细分市场。”

不过，Kull博士看到了商机，并在2006年与妻子共同创办了自己的公司。这对夫妇一手制作了所有东西，2008年美国本土一家汽车制造商向他们订购了一套含有20台摄像机的系统。这位创始人回忆道：“我们自己焊接并组装每个零件，能为全球化公司供货，我们感到非常荣幸。”随着市场需求的不断增长，公司也逐步发展壮大。2010年，mk-messtechnik招聘了第一名新员工，如今这一数字已超过60名，因为几乎所有的汽车制造商都在使用mk-messtechnik的摄像机系统进行电磁兼容性（EMC）测试。

适配灵活的安装模式

摄像机可以固定在墙上或三脚架上，mk-messtechnik还提供了一个座盒，放在驾驶员座位上，最多可适配六台摄像机。它们可以监控整个仪表板，以及车舱内所有的显示器和控制元件。电动汽车对mk-messtechnik的发展具有积极作用，因为电动汽车的电磁兼容性比内燃机汽车更重要。此外，火车、飞机和轮船上使用的电子设备也必须通过电磁兼容性（EMC）测试。

Kull博士出生于德国的发明世家。“我的爱好是制作模型，从记事起就对陆地、海洋或空中移动的任何东西着迷。虽然我的专业是电气工程，但我对机械方面一直非常感兴趣。”mk-messtechnik在产品开发方面也受益于Kull博士的这种双重天赋，“从2008年开始，我们发现业界对壁挂式遥控摄像机的需求不断增长。这是我们在尺寸、重量和控制方面形成最佳解决方案的基础。”

Kull博士力求用最少的硬件和软件以及开发费用来实现更多功能。例如，他采用标准零件来制作外壳的阳极氧化铝管。这看似简单，实际上是由各种零件之间的精细平衡交互产生的定制解决方案：“在设计印刷电路板时需要考虑外壳，这样可以避免后期调整。”

满足创新的应用需求

mk-messtechnik公司还积极应对复杂的组装工作，他们将必要的组件都贴装到印刷电路板上。“有时，我们每周需组装一百多种不同的印刷电路板，”Kull博士解释道，“生产和再加工时间非常关键，但在使用现有软件的情况下很难快速完成。因此，我们为自动贴片机编写了数据处理程序，最终将每个印刷电路板的生产时间从几分钟缩短到大约五秒钟。”

为了简化电磁兼容性（EMC）的测试过程，mk-messtechnik在产品系列中增加了旋转安装的遥控摄像机，它们最初仅用于壁挂式安装。随着业界对可调变型移动系统需求的不断增长，我们需要从完全不同的角度来处理机械的稳定性问题。我们的系统非常坚固，但如果装有800克摄像机适配器的支架倒了或者适配器旋转时太过粗暴，材料都会受损。因此，我们使用摩擦联轴器来解决这一问题。”

mk-messtechnik的摄像机不仅可以监控车辆电子设备，还能监控热特性，Opto-LWIR红外摄像机应运而生。测试期间产生的电磁场具有一定的火灾风险，极强的磁场会导致测试对象或系统部件过热。Kull博士解释说，在测试电动汽车时还会产生另一种热源，在试验台架上，电动汽车通过能量回收的方式为电池充电。如果电池充满电，汽车制动器就会激活，刹车会过热，最糟糕的情况是会燃烧。安装一个测试台架需要上千万美元，被测试的原型车造价更高，使用红外摄像机监控可以在出现异常状况时及时干预并保护这些物资。”mk-messtechnik的摄像机技术还获得了2019年德国埃斯林根创新奖提名。

确保精准定位

为了确保摄像机精准定位，mk-messtechnik使用了FAULHABER微驱动系统。“我们曾对建模所用的伺服电机和微驱动系统进行试验，发现很多产品不够精确和坚固。然而，在FAULHABER我们找到了合适的微驱动系统。

定位摄像机的旋转/倾斜头中使用了两台带贵金属换向的1516 … SR系列直流微电机和传动比为900:1的15/8系列直齿轮减速箱。“起初我们尝试了传动比为500:1的减速箱，但它的速度太快；尽管900:1的减速箱的旋转头转得较慢，但它能驱动更大的重量，并且具有最佳的电气屏蔽性能。”我们选择驱动时的另一个考量因素是高效，因为旋转所需的电力主要通过摄像机的电池来提供。为保障客户利益，mk-messtechnik自主开发并生产了整个系统，只有摄像机模块和驱动是外包的。正如Kull博士强调的：“当任务变得复杂或需要进行个别调整时，自主开发的产品灵活性更强。这也是我们选择Faulhaber定制解决方案的根本原因。”