在科技驱动农业现代化的浪潮中，智能水下养殖监测设备正逐渐成为水产养殖业迈向智能化、精细化发展的关键力量。这些设备通过实时采集水温、溶解氧、酸碱度、水质浊度等关键参数，以及监测养殖生物的生长状况，为养殖户提供精准的数据支持，助力其科学决策，优化养殖环境，提高养殖效益，降低养殖风险。然而，如同其他电子设备一样，智能水下养殖监测设备在复杂的电磁环境中面临着电磁兼容性（EMC）的严峻挑战。确保这些设备在各类电磁干扰下稳定、可靠地运行，对于保障水产养殖的顺利进行、提升养殖产量和质量以及实现可持续发展具有举足轻重的意义。
一、智能水下养殖监测设备的电磁干扰源剖析
（一）内部电路干扰
传感器电路干扰：智能水下养殖监测设备配备了多种传感器，用于感知水体的各种物理和化学参数。这些传感器将采集到的微弱信号转换为电信号后，需经过放大、滤波等处理才能传输至数据处理单元。在这一过程中，传感器电路极易受到干扰。以溶解氧传感器为例，其工作原理是通过检测电极与参考电极之间的电流变化来测量溶解氧浓度。在信号传输过程中，若电路设计不合理，周围的电磁干扰可能会在传输线上产生感应电流，叠加在真实的信号上，导致测量结果出现偏差。此外，传感器电路中的放大器在放大信号时，自身也会引入噪声。如果放大器的选型不当或电路布局不合理，噪声可能会淹没微弱的传感器信号，使设备无法准确获取水体参数，影响养殖户对养殖环境的判断。
数据处理与通信电路干扰：数据处理电路负责对传感器采集到的数据进行分析、运算和存储，而通信电路则承担着将处理后的数据传输至远程监控平台或养殖户终端设备的任务。在智能水下养殖监测设备中，数据处理芯片通常工作在较高的频率下，以实现快速的数据处理。例如，一些高性能的数据处理芯片工作频率可达数 GHz，在其运行过程中，会产生大量的电磁辐射。这些辐射不仅可能干扰设备内部的其他电路，如传感器电路、电源电路等，还可能通过通信线路传播到外部，影响通信的稳定性。通信电路在工作时，会发射和接收不同频率的无线信号。目前，智能水下养殖监测设备常用的通信方式包括蓝牙、Wi-Fi、LoRa 等。不同通信模块之间的信号频段可能存在重叠或相近的情况，例如蓝牙和 Wi-Fi 都工作在 2.4GHz 频段附近。当多个通信模块同时工作时，就容易产生信号干扰，导致通信中断、数据丢包或传输错误等问题。此外，通信线路在传输信号过程中，也容易受到外界电磁干扰的影响，进一步降低通信质量。
电源电路干扰：电源电路为智能水下养殖监测设备的各个模块提供稳定的电力支持。然而，在电源转换和传输过程中，会产生各种电磁干扰。以开关电源为例，其工作原理是通过高频开关元件的通断来实现电压的转换和调节。在开关元件快速切换的过程中，会产生高频脉冲电流和电压，这些脉冲信号包含丰富的谐波成分，会通过电源线传导至设备的其他部分，对敏感电路造成干扰。此外，电源电路中的滤波电容、电感等元件若参数选择不当或布局不合理，也无法有效抑制这些干扰信号，从而影响设备的正常工作。例如，在一些水下监测设备中，由于电源电路的抗干扰能力不足，当设备附近有其他大功率电器启动或停止时，电源电压会出现波动，导致设备重启或数据丢失。
（二）外部环境干扰
养殖场电气设备干扰：现代水产养殖场中配备了大量的电气设备，如增氧机、投饵机、水泵、照明设备等。这些设备在运行过程中会产生不同程度的电磁辐射和电气干扰。增氧机作为养殖场中功率较大的设备，其电机在启动和运行时会产生剧烈的电流变化，形成较强的电磁辐射。这种辐射可能会干扰智能水下养殖监测设备的传感器信号采集和数据传输，导致设备显示的水体溶解氧浓度不准确，进而影响养殖户对增氧机的控制决策。投饵机在工作时，其电机的启停和控制电路的动作也会产生电磁干扰。若投饵机与智能水下养殖监测设备的距离过近，干扰信号可能会通过空间传播或电源线传导至监测设备，影响设备的正常运行。此外，养殖场中的照明设备，尤其是一些采用高频电子镇流器的荧光灯，在工作时会产生高频电磁干扰，对监测设备的通信模块和数据处理电路构成潜在威胁。
周边通信基站干扰：随着通信技术的不断发展，水产养殖场周边通常会分布有多个通信基站，以满足人们的通信需求。然而，这些通信基站发射的高频电磁信号可能会对智能水下养殖监测设备造成干扰。通信基站为了保证信号覆盖范围和通信质量，会向周围空间发射功率较大的射频信号。当智能水下养殖监测设备处于通信基站的信号覆盖范围内时，基站发射的信号可能会与设备的通信模块产生频率冲突，导致设备无法正常与远程监控平台进行通信。例如，在一些靠近城市的水产养殖场中，由于周边通信基站密集，智能水下养殖监测设备经常出现通信中断或数据传输延迟的问题，严重影响了养殖管理的及时性和准确性。此外，通信基站信号的干扰还可能影响设备内部的数据处理和存储，导致数据丢失或错误。
自然环境电磁干扰：自然环境中的一些现象也会产生电磁干扰，对智能水下养殖监测设备产生影响。雷电是一种强烈的自然电磁干扰源。在雷电发生时，会产生强大的电磁脉冲，其电场强度和磁场强度在短时间内会急剧变化。这种电磁脉冲可以通过空间辐射和电源线传导等方式传播到智能水下养殖监测设备中，对设备的电路造成严重损坏。即使雷电发生在距离养殖场较远的地方，其产生的感应电流也可能通过电源线或通信线路进入设备，导致设备故障。此外，太阳黑子活动、地磁暴等天文现象也会引起地球磁场的变化，产生低频电磁干扰。虽然这些干扰的频率相对较低，但对于一些对电磁环境较为敏感的智能水下养殖监测设备，如高精度的水质监测设备，仍可能会影响其测量精度和稳定性。
二、智能水下养殖监测设备 EMC 测试的重要性与方法
（一）测试的重要性
保障养殖作业的持续稳定：全面且严格的 EMC 测试是确保智能水下养殖监测设备在复杂电磁环境下稳定运行的关键环节。通过模拟养殖场中可能出现的各种电磁干扰场景，对设备进行全方位的测试，可以提前发现潜在的电磁兼容性问题。例如，在辐射抗扰度测试中，检验设备在强电磁辐射环境下能否持续稳定地采集和传输水体数据，以及保持与远程监控平台的正常通信。如果设备在测试中出现数据丢失、通信中断等问题，就需要针对性地进行整改，以确保在实际养殖中，无论面对何种电磁干扰，设备都能稳定工作，避免因设备故障而导致养殖作业中断，保障养殖计划的顺利实施。对于一些依赖实时数据监测来控制养殖环境的自动化系统，如自动增氧系统、自动投饵系统等，智能水下养殖监测设备的稳定运行至关重要。一旦设备受到电磁干扰而出现故障，可能会导致养殖环境恶化，养殖生物缺氧、患病甚至死亡，给养殖户带来巨大的经济损失。
提升养殖数据的准确性与可靠性：智能水下养殖监测设备在养殖过程中承担着数据采集、分析和反馈的重要任务，其数据的准确性直接关系到养殖决策的科学性和养殖效果的好坏。如果设备存在电磁兼容性问题，可能会导致采集的数据不准确、分析结果错误、反馈信息失真等情况。例如，在使用智能水质监测设备测量水体酸碱度时，电磁干扰可能导致设备测量的酸碱度数据出现偏差，养殖户根据错误的数据调整水体酸碱度，不仅无法达到预期的效果，还可能对养殖生物的生长造成不利影响。对于一些需要根据养殖生物生长状况进行精准投喂的设备，如智能投饵机，若其依赖的智能水下养殖监测设备采集的数据不准确，可能会导致投喂量过多或过少，影响养殖生物的生长速度和饲料利用率。因此，通过 EMC 测试，确保设备在各种电磁环境下能够准确采集和处理数据，是提高养殖质量、实现高效养殖的重要保障。
符合行业标准与安全规范：在水产养殖领域，各国和相关国际组织都制定了严格的标准和规范，以确保养殖设备的质量和安全性。智能水下养殖监测设备作为重要的养殖装备，必须符合相关的 EMC 标准。例如，国际电工委员会（IEC）制定的 IEC 61000 系列标准，对电子设备的电磁兼容性提出了全面的要求，包括设备的抗干扰能力和对周围环境的电磁辐射限制。只有通过符合这些标准的 EMC 测试，智能水下养殖监测设备才能进入市场并在养殖场中广泛应用。这不仅有助于规范养殖设备行业的发展，提高养殖设备的整体质量，还能保障养殖户的利益和养殖环境的安全，避免因设备的电磁辐射超标对养殖生物和周边环境造成潜在危害。此外，符合行业标准的智能水下养殖监测设备也更容易获得养殖户的信任和认可，有利于产品的推广和应用。
（二）测试方法
辐射发射测试：辐射发射测试主要用于检测智能水下养殖监测设备向周围空间辐射的电磁能量。测试时，将设备放置在电波暗室中，电波暗室能够模拟无反射的自由空间环境，有效减少外界电磁干扰对测试结果的影响。使用高精度的频谱分析仪和接收天线，在规定的频率范围内（一般为 30MHz - 1GHz，对于支持 5G 通信等高频通信的设备，频率范围可扩展至 6GHz 以上）对设备的辐射信号进行测量。例如，对于智能水下养殖监测设备的无线通信模块、数据处理芯片等易产生辐射的部位，需要重点测试。通过分析测量数据，判断设备的辐射发射是否符合相关标准要求，如 CISPR 32 中规定的信息技术设备的辐射发射限值。如果设备的辐射发射超标，可能会干扰周边的其他电子设备，如养殖场中的其他监测设备、工作人员的移动终端等，影响整个养殖环境中电子设备的正常运行。此外，过高的辐射发射还可能对养殖生物产生潜在影响，虽然目前关于这方面的研究还相对较少，但随着人们对电磁环境影响的关注度不断提高，控制设备的辐射发射水平具有重要意义。
传导发射测试：传导发射测试旨在检测设备通过电源线、信号线等传导路径向外部传输的电磁干扰信号。测试过程中，使用线性阻抗稳定网络（LISN）将设备与电网隔离，LISN 能够提供稳定的阻抗，并将电网中的干扰信号与设备产生的干扰信号分离。在 LISN 的输出端连接频谱分析仪，对 150kHz - 30MHz 频段内的传导干扰信号进行测量。以智能水下养殖监测设备的电源线为例，需要关注其在设备运行过程中传导的干扰信号，以及设备内部电路通过通信线、传感器连接线等信号线传导至外部设备的干扰情况。通过传导发射测试，可以评估设备对电网和其他连接设备的干扰程度，确保其符合 GB 17625.1 等标准中关于谐波电流发射限值的要求，避免对电网造成污染，影响其他电器设备的正常运行，同时也保证设备与其他设备连接时的兼容性。在实际养殖环境中，智能水下养殖监测设备通常需要与多个设备连接，如数据采集器、控制器、远程监控平台等，如果设备的传导发射超标，可能会导致整个系统的通信故障或数据错误，影响养殖管理的准确性和效率。
辐射抗扰度测试：辐射抗扰度测试用于评估智能水下养殖监测设备在受到外界电磁辐射干扰时的工作性能。测试在电波暗室中进行，使用发射天线向设备辐射不同频率和场强的电磁干扰信号（如 80MHz - 1GHz 频段，场强可达 10V/m - 100V/m，根据实际应用场景和标准要求，场强和频率范围可适当调整），模拟养殖场中可能存在的各种电磁干扰。在测试过程中，实时监测设备的各项功能，如设备在受到电磁干扰时，其传感器数据采集是否准确、数据处理是否正常、通信是否稳定等。例如，在测试过程中，向设备辐射模拟通信基站信号强度的干扰信号，观察设备的监测软件是否能正常运行，传感器采集的数据是否准确上传至远程监控平台。如果设备在测试中出现功能异常，如数据错误、通信中断、设备死机等，就需要进一步分析原因并进行整改，以提高其辐射抗扰度能力，确保在复杂的养殖电磁环境中能够正常工作。对于一些安装在室外或靠近通信基站的智能水下养殖监测设备，良好的辐射抗扰度是保证其稳定运行的关键因素。
传导抗扰度测试：传导抗扰度测试主要检测设备对通过电源线、信号线等传导路径进入的电磁干扰的抵抗能力。测试时，利用耦合 / 去耦网络将干扰信号注入设备的电源线或信号线，干扰信号的类型包括电快速瞬变脉冲群（EFT）、浪涌（Surge）等。例如，对于智能水下养殖监测设备的通信信号线，注入 ±2kV 的电快速瞬变脉冲群干扰，模拟养殖场中电气设备启停等产生的干扰情况，观察设备在干扰情况下的数据传输是否准确、是否出现设备死机等现象。对于电源线，注入浪涌干扰信号，测试设备在电源受到浪涌冲击时的稳定性。通过传导抗扰度测试，可以发现设备在传导干扰环境下的薄弱环节，采取相应的防护措施，如增加滤波电路、优化接地设计等，提高设备的稳定性和可靠性。在水产养殖场中，由于电气设备频繁启停，容易产生电快速瞬变脉冲群和浪涌等传导干扰，因此智能水下养殖监测设备必须具备良好的传导抗扰度，以确保在这种复杂的电气环境中正常工作。
静电放电测试：静电放电测试用于模拟人体或其他物体与设备接触时产生的静电放电现象对设备的影响。测试时，使用静电放电发生器对设备的外壳、操作面板、接口等部位进行接触放电（一般电压为 ±4kV - ±8kV）和空气放电（一般电压为 ±8kV - ±15kV）。以智能水下养殖监测设备的操作面板为例，在静电放电测试中，观察面板在受到静电冲击后是否出现按键失灵、显示异常等问题。静电放电可能会导致设备内部电路的损坏或数据丢失，通过该项测试，可以评估设备的静电防护能力，采取有效的静电防护措施，如增加静电防护器件、优化接地设计等，确保设备在日常使用和养殖环境中能够抵御静电放电的影响，保障其正常运行。在实际养殖过程中，养殖户在操作智能水下养殖监测设备时，由于人体活动和环境因素，容易产生静电。如果设备的静电防护能力不足，可能会因静电放电而导致设备故障，影响养殖作业的正常进行。
三、智能水下养殖监测设备 EMC 整改策略
（一）硬件整改策略
屏蔽设计优化
整体屏蔽结构改进：对于智能水下养殖监测设备的外壳，选用具有良好电磁屏蔽性能的材料，如不锈钢、铝合金等金属材质。这些材料不仅能有效阻挡电磁辐射，还具备较高的强度和耐腐蚀性，能够适应水下复杂的使用环境。通过精密的制造工艺，确保外壳的缝隙和孔洞尽可能小，减少电磁泄漏。例如，采用一体化压铸成型的外壳设计，减少拼接缝隙，对于必要的开口，如传感器安装孔、透气孔等，使用金属网或金属屏蔽罩进行覆盖。对于设备内部的电路板，设计专门的金属屏蔽罩，将易产生电磁干扰的电路模块，如电源模块、无线通信模块等，进行单独屏蔽。屏蔽罩与电路板之间采用导电橡胶或金属簧片进行良好的电气连接，确保屏蔽效果。同时，对屏蔽罩进行接地处理，将屏蔽的电磁干扰信号引入大地，减少其对其他电路的影响。在一些高端的智能水下养殖监测设备中，还采用了多层屏蔽结构，进一步提高屏蔽性能。
电缆屏蔽与滤波：设备中使用的各类电缆，如电源线、信号线、通信线等，是电磁干扰的重要传播途径。因此，对这些电缆进行屏蔽处理至关重要。采用屏蔽电缆，其屏蔽层应在两端进行良好的接地，以形成有效的屏蔽回路。例如，智能水下养殖监测设备的通信电缆，选用带有金属编织屏蔽层的电缆，屏蔽层一端连接到设备的通信接口接地端，另一端连接到与之通信的远程监控平台接地端。同时，在电缆接口处安装滤波器件，如共模电感、穿心电容等，进一步抑制电缆传导的电磁干扰。对于电源电缆，除了采用屏蔽措施外，还可在电源输入端口增加滤波电路，如 LC 滤波电路，滤除电源线上的高频干扰信号。对于一些长距离传输的信号线，可采用双层屏蔽电缆，并在中间增加屏蔽层接地，提高抗干扰能力。在水下环境中，电缆还需要具备良好的防水性能，以确保其长期稳定运行。
