CN102890257B - 工频磁场抗扰度发生器校准系统及校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种工频磁场抗扰度发生器校准系统及校准方法，该校准系统包括PFM抗扰度发生器、电流探头、正方形线圈、示波器、谐波监测仪、磁场探头以及磁场接收装置，对表征PFM抗扰度发生器的主要参数：①输出电流值，②输出电流总谐波畸变率，③线圈因数，④线圈试验区域采用不同的校准线路和校准程序进行校准，有效提高PFM抗扰度发生器量值传递的质量和效率。

Description

工频磁场抗扰度发生器校准系统及校准方法

技术领域

本发明涉及电磁兼容试验技术领域，特别涉及电磁抗扰度试验中所用工频磁场（简称PFM）抗扰度发生器的自动校准系统及校准方法。

背景技术

PFM抗扰度试验是电气电子设备电磁兼容试验项目的主要内容之一，而电磁兼容试验已纳入国家强制性认证范畴。PFM抗扰度发生器是实施PFM试验的主要标准器，为了保证PFM抗扰度发生器的质量及使用过程中的准确度和可靠性，对它进行科学有效地校准是非常必要的。因此，研究PFM抗扰度发生器的校准方法，并设计相应的自动校准系统，就显得尤为重要。

当前国内外没有PFM抗扰度发生器校准规范，各检测中心依据内部的作业指导书进行校准工作，存在校准参数不一致、校准内容不完备，手动校准效率低等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工频磁场抗扰度发生器校准系统及校准方法，有效提高PFM抗扰度发生器量值传递的质量和效率。

本发明进一步的目的在于提供一种工频磁场抗扰度发生器自动校准系统及校准方法。

为了达到以上目的，本发明采用了以下技术方案。

一种工频磁场抗扰度发生器校准系统，该校准系统包括与PFM抗扰度发生器的输出端相连的1米标准线圈(即边长为1米的铝制或铜制正方形单匝线圈)，电流探头的一端与PFM抗扰度发生器的输出端相连，另一端连接有示波器或者谐波监测仪。

所述校准系统包括与PFM抗扰度发生器的输出端相连的1米标准线圈，电流探头的一端与PFM抗扰度发生器的输出端相连，另一端连接有示波器，1米标准线圈处设置有磁场探头，磁场探头与磁场接收装置相连。

所述磁场探头设置于1米标准线圈几何中心处或者分散设置于1米标准形线圈形成的磁场区域中。

所述校准系统还包括计算机以及安装于计算机中的自动校准模块软件，PFM抗扰度发生器、示波器、谐波监测仪、磁场接收装置、电流探头以及磁场探头与计算机相连。

依据有关电磁兼容国际和国家标准，本发明提出了一种工频磁场抗扰度发生器校准方法，该校准方法包括以下步骤：

设置PFM抗扰度发生器的输出电流值；然后在示波器上读取并记录PFM抗扰度发生器输出的实际电流值；计算实际电流值的相对误差。

所述校准方法还包括以下步骤：设置PFM抗扰度发生器的输出电流值；然后在谐波监测仪上读取并记录PFM抗扰度发生器输出电流的总谐波畸变率。

所述校准方法还包括以下步骤：设置PFM抗扰度发生器的输出电流值；然后在示波器上读取并记录PFM抗扰度发生器输出的实际电流值；同时，利用磁场接收装置记录1米标准线圈几何中心处的磁场强度；根据实际电流值以及磁场强度计算线圈系数，线圈系数的计算公式如下：

$\mathrm{CF}=\frac{H}{I}$

式中：CF线圈系数，单位m^-1；H磁场强度，单位A/m；I电流强度，单位A。

所述校准方法还包括以下步骤：设置PFM抗扰度发生器的输出电流值；然后利用磁场接收装置记录1米标准线圈所在区域多个位置处的磁场强度确定有效的线圈试验区域。

本发明的有益效果为：

1.提出了科学合理的PFM抗扰度发生器校准方法，涵盖输出电流值、输出电流总谐波畸变率、线圈因数和线圈试验区域四类计量特性，可系统客观地评价PFM抗扰度发生器的各项参数。

2.针对需校准的四类计量特性，提出了四套校准线路，既考虑了试验的可实现性，又保证了对相关标准的符合性，为客观地校准PFM抗扰度器参数奠定了良好的技术基础。

3.研制出了校准系统，可以自动完成上述四类计量特性的参数校准过程，提高了试验效率，降低了随机误差，有效保障了校准质量。

4.开发了专用校准模块，该模块可完成从参数设置、仪器控制、校准流程和数据处理等功能，支持多种程控总线和国内外主流仪器，具有良好的兼容性，从而大大提高了自动校准系统的普适性。

附图说明

图1为输出电流值校准连接图；

图2为输出电流总谐波畸变率校准连接图；

图3为线圈因数校准连接图；

图4为线圈试验区域校准连接图；其中a为校准线路，b为磁场探头布置点，点分布如下：以线圈平面为对称面、以线圈平面几何中心为中心点、边长为0.6米的正方体八个顶点以及正方体几何中心点；

图5为PFM抗扰度发生器自动校准模块方框图；

图中：1、PFM抗扰度发生器；2、电流探头；3、双绞线；4、1米标准线圈；5、示波器；6、谐波监测仪；7、磁场探头；8、磁场接收装置。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

1、提出PFM抗扰度发生器校准方法

表征PFM抗扰度发生器的主要参数有以下四类：①输出电流值，②输出电流总谐波畸变率，③线圈因数，④线圈试验区域。对于每一类参数，由于参数特性的不同，需要采用不同的校准线路和校准程序。

①输出电流值校准试验线路：如图1所示，PFM抗扰度发生器1通过不超过3米的双绞线3连接1米标准线圈4，电流探头2钳在PFM发生器输出端，电流探头输出信号接入示波器5。②输出电流总谐波畸变率校准试验线路：如图2所示，PFM抗扰度发生器通过不超过3米的双绞线连接1米标准线圈，电流探头钳在PFM抗扰度发生器输出端，电流探头输出信号接入谐波监测仪6。③标准系数校准试验线路：如图3所示，PFM抗扰度发生器通过不超过3米的双绞线连接1米标准线圈，电流探头钳在PFM抗扰度发生器输出端，电流探头输出信号接入示波器；磁场探头7放置在线圈的几何中心（线圈平面水平），并将磁场探头与磁场接收装置8相连。④线圈试验区域校准试验线路：如图4所示，PFM抗扰度发生器通过不超过3米的双绞线连接1米标准线圈，电流探头钳在PFM抗扰度发生器输出端，电流探头输出信号接入示波器；磁场探头放置在标准线圈形成的磁场区域中的九个位置（如图4右图所示），并将磁场探头与磁场接收装置相连。

图1给出了校准PFM抗扰度发生器输出电流值的线路，具体实现过程是：①设置发生器为稳态输出状态，输出电流值1.2A；②通过电流探头提取发生器输出线路（L或N线）上的实际电流值，在示波器上读取并记录；③分别设置电流值为3.6A、12A、36A和120A，重复①②；④设置试验发生器为瞬态输出状态，输出电流值分别为360A和1200A，重复②。⑤合格判据：实际测试值的相对误差需在输出设定值的±5%以内。

图2给出了校准PFM抗扰度发生器输出电流总谐波畸变率的线路，具体实现过程是：①设置发生器为稳态输出状态，输出值分别为1.2A、3.6A、12A、36A和120A，读取总谐波畸变率并记录；②设置发生器为瞬态输出状态，输出值分别为360A和1200A，读取总谐波畸变率并记录。③合格判据：总谐波畸变率不应超过8%。

图3给出了校准线圈因数的线路，具体实现过程是：①设置发生器为稳态输出状态，输出值为1.2A、3.6A、12A、36A和120A，将磁场探头放置在线圈平面的几何中心（线圈水平放置），分别记录得到的磁场强度和实际输出电流值；②设置发生器为瞬态输出状态，输出值分别为36A和120A，将磁场探头放置在线圈平面的几何中心（线圈水平放置），分别记录得到的磁场强度和实际输出电流值；③计算①②两步的线圈系数，并求出平均值，该值作为最终的线圈系数。

图4给出了校准线圈试验区域的线路，具体实现过程是：①设置发生器为稳态输出状态，输出值为1.2A，将磁场探头分别放置在试验区域的九个典型点上（参见图4的b部分，即以线圈平面为对称面、以线圈平面几何中心为中心点、边长为0.6米的正方体八个顶点以及正方体几何中心点），并记录；②分别设置发生器输出为3.6A、12A、36A和120A，重复①；③设置发生器为瞬态输出状态，输出值分别为360A和1200A，将磁场探头分别放置在试验区域的九个典型点上，并记录磁场接收装置读数。④对接收到的数据进行处理：判断正方体八个顶点的磁场强度是否在几何中心点磁场强度的±3dB范围内，确定有效的线圈试验区域。

2、PFM抗扰度发生器自动校准系统

按照上述校准要求及校准方法，需要校准的参数很多，而且大多数参数需要通过手工计算并反复调节设备才能获得，使得试验过程繁琐，效率低下，且容易引入随机误差。

针对这些需求，本发明提出了一套PFM抗扰度发生器自动校准系统，其专用自动校准模块如图5所示。利用该专用校准模块，设置PFM抗扰度发生器和测试仪器的参数、自动读取仪器数值，并按照相关国际和国家标准进行数据处理，自动形成校准所需要的原始记录（或报表）。这样，既科学地执行了前述校准方法，降低了随机误差，也大大提高了校准效率。

3、开发PFM抗扰度发生器自动校准模块（软件）

为了实现自动校准，需开发专用自动校准模块（图5）。整套模块分为四个一级模块：①参数设置模块：该模块主要功能是设置校准所需要的各种参数，包括PFM抗扰度发生器参数、示波器参数、校准元件参数（如电流探头变比、磁场探头系数等）、校准所依据的标准等，分别在图5中用四个二级模块表示。②仪器控制模块：该模块主要功能是实现对仪器的程序控制，可兼容国内外主流同类仪器，包括下述四个二级模块：控制总线库（兼容的总线有RS-232、GPIB、USB及LAN等）、示波器驱动库（兼容安捷伦、泰克和力科等厂家多种类型的示波器）、PFM抗扰度发生器驱动库（兼容瑞士TESEQ、EMTEST和苏州泰斯特等产品）、仪器互换控制（采用IVI-COM模块技术实现上述仪器的互换）。③校准模块：该模块的主要功能是实现对校准过程相关活动的控制，包括下述四个二级模块：校准线路配置（选择图1~图4中某条线路，并配置有关元件参数）、校准流程配置（如需要校准的类别及参数）、程控仪器控制（实现对程控仪器的指令控制）、校准过程控制（启动校准过程，完成校准活动）。④数据处理模块：该模块的主要功能是对校准过程中所获得的数据按照需要进行处理，最后形成满足特定格式要求的原始记录（或报表）。

图5给出了完成图1~图4所需要的自动校准模块框图，通过该模块，可以控制PFM抗扰度发生器、示波器、谐波监测仪、磁场接收装置等仪表，自动完成参数设置、控制校准过程、提取测试数据，并按照相关国际和国家标准进行数据处理，输出原始记录（或报表）。

Claims (4)

1.一种工频磁场抗扰度发生器自动校准装置，所述装置用于工频磁场抗扰度发生器自动校准系统，所述自动校准系统包括：与工频磁场抗扰度发生器的输出端相连的1米标准线圈，1米标准线圈为边长为1米的铝制或铜制正方形单匝线圈；一端与工频磁场抗扰度发生器的输出端相连的电流探头，该电流探头的另一端连接有示波器或谐波监测仪；设置在1米标准线圈处的磁场探头，磁场探头设置于以线圈平面为对称面、以线圈平面几何中心为中心点、边长为0.6米的正方体八个顶点以及正方体几何中心点，磁场探头与磁场接收装置相连；工频磁场抗扰度发生器、示波器或谐波监测仪、电流探头、磁场探头及磁场接收装置均与计算机相连；所述自动校准装置分为四个一级单元：①参数设置单元：该单元主要功能是设置校准所需要的各种参数；②仪器控制单元：该单元主要功能是实现对仪器的程序控制，包括下述四个二级单元：控制总线库单元、示波器驱动库单元、工频磁场抗扰度发生器驱动库单元、仪器互换控制单元；③校准单元：该单元的主要功能是实现对校准过程相关活动的控制，包括下述四个二级单元：校准线路配置单元、校准流程配置单元、程控仪器控制单元、校准过程控制单元；④数据处理单元：该单元的主要功能是对校准过程中所获得的数据按照需要进行处理，最后形成满足特定格式要求的原始记录或报表。

2.一种利用权利要求1所述的工频磁场抗扰度发生器自动校准装置进行工频磁场抗扰度发生器自动校准的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

设置工频磁场抗扰度发生器的输出电流值；然后在示波器上读取并记录工频磁场抗扰度发生器输出的实际电流值；计算实际电流值的相对误差；

设置工频磁场抗扰度发生器的输出电流值；然后利用磁场接收装置记录1米标准线圈所在区域多个位置处的磁场强度确定有效的线圈试验区域。

3.根据权利要求2所述的工频磁场抗扰度发生器自动校准的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：设置工频磁场抗扰度发生器的输出电流值；然后在谐波监测仪上读取并记录工频磁场抗扰度发生器输出电流的总谐波畸变率。

4.根据权利要求2所述的工频磁场抗扰度发生器自动校准的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：设置工频磁场抗扰度发生器的输出电流值；然后在示波器上读取并记录工频磁场抗扰度发生器输出的实际电流值；同时，利用磁场接收装置记录1米标准线圈几何中心处的磁场强度；根据实际电流值以及磁场强度计算线圈系数。