CN104569667A - 一种智能组件屏蔽机箱基准场校准装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种智能组件屏蔽机箱基准场校准装置及方法，该装置包括基准场自动检测子系统和泄漏场自动检测子系统；每个子系统中包括外置式功率源与分频段辐射天线组成的场强产生系统、场强接收装置与场强显示装置组成的场强接收系统、自动检测模块和多控制总线转换器组成的控制系统；天线塔和转台组成的位置调整系统；为保证检测环境的可控，整个装置需置于半电波暗室中。本发明实现了基准场和泄漏场的全自动检测，拓宽了测试频率上限和动态范围，解决了现有装置手动测试效率较低、频率上限不够和动态范围偏窄的问题。

Description

一种智能组件屏蔽机箱基准场校准装置及方法

【技术领域】

本发明涉及智能电气设备领域，特别涉及一种智能组件屏蔽机箱基准场校准装置及方法。

【背景技术】

构建坚强智能电网已经成为当前和今后相当长时期内电力行业发展的基本方向，智能电气设备是传统一次高压设备和智能组件(IC)的有效融合，它是建设坚强智能电网的基础。

IC与一次设备的融合，给一次设备带来智能化的同时，也面临更为严酷的电磁环境考验，给IC的电磁兼容性带来很大影响。为了提高IC对电磁环境的耐受性，或者防止其对周围环境带来超出标准限值要求的干扰，采用屏蔽机箱是提高其电磁兼容性的一项重要技术手段，它可以为IC创造一个局部可控的空间，既可屏蔽来自周围环境的电磁干扰，也可以将IC自身的干扰限制在一定范围内。

评价屏蔽机箱对电磁干扰的衰减能力，通常用屏蔽效能(SE)来衡量。在这里，屏蔽效能的含义可以定义为：在有无屏蔽机箱的两种情况下，相同电场强度的分贝差。由于IC屏蔽机箱还没有专门的测试标准，行业内就参照IEC61587-3：2006来执行，该标准的参数如下表：

当前，国内在执行上述标准时，采取的是内置式球形偶极子天线，频段范围30MHz～1GHz(按30MHz步进，不能任意设置检测频点)，最大动态范围50dB，手动检测。该方法存在以下不足：频段上限达不到标准要求的2GHz，动态范围也达不到标准要求的60dB(3级)，手动检测效率低。

鉴于以上技术问题，实有必要提供一种用于智能组件机箱屏蔽效能的自动检测装置，以解决上述技术问题。

针对上述问题，本发明提出了一种适用于IC机箱屏蔽效能自动检测装置：采用外置式宽频带功率源将频率范围拓展到30MHz～2GHz；。通过上述技术创新，克服了目前检测方法的不足，满足了IC用屏蔽机箱的SE测试要求，且该装置还具备扩展性，通过调整硬件配置，还可以用于其他行业的屏蔽机箱(机柜)的自动测试要求，具有较好的推广应用前景。

【发明内容】

本发明提供了一种智能组件屏蔽机箱基准场校准装置及方法，采用多频段高增益的辐射天线，配合外置式宽频带功率源，使得系统动态范围≥70dB(按标准要求高10dB)，实现了整个测试过程的自动化。

本发明采用以下技术方案：

一种智能组件屏蔽机箱基准场校准装置，置于半电波暗室内，包括宽带功率源、场强产生系统、场强接收系统、控制系统，以及位置调整系统，其中，场强产生系统包括辐射天线，该辐射天线内置在被测IC机箱内，所述功率源外置于被测IC机箱并穿过被测IC机箱与辐射天线连接；场强接收系统包括场强接收装置；控制系统包括带有自动检测模块的主控机，该主控机通过控制总线与宽带功率源和场强接收系统连接；位置调整系统包括天线塔，所述场强接收装置安装在该天线塔上。

优选的，所述辐射天线采用无源球形偶极子天线覆盖30MHz～1GHz，用喇叭天线覆盖1～2GHz。

优选的，所述宽带功率源通过同轴转接板与被测IC机箱连接，所述同轴转接板上布置有两个“N(f)、N(m)”转接头，所述同轴转接板与被测IC机箱之间设置有屏蔽衬垫。

优选的，所述同轴转接板与被测IC机箱连接后的屏蔽效能至少为70dB。

优选的，所述场强接收装置采用频率范围在30MHz～2GHz的双锥对周天线。

优选的，所述位置调整系统进一步包括有转台，所述被测IC机箱放置在转台上，以保证360°检测。

所述位置调整系统进一步包括有转台驱动器，所述转台在转台驱动器的驱动下旋转，所述主控机与转台驱动器连接用以控制转台的旋转角度。

一种智能组件屏蔽机箱基准场校准方法，包括以下步骤：

(1)基准场检测

1.1、在不放置被测IC机箱的情况下，保证场强接收装置与辐射天线的水平面平齐；

1.2、初始化宽带功率源的发射起始频率f和场强接收装置的接收中心频率f’；

1.3、主控机控制宽带功率源发送频率为f的信号，场强接收装置接收到该信号后，传输给主控机，完成一个频点的基准场检测；

1.4主控机控制宽带功率源设置新的起始频率，该新的起始频率为初始化的起始频率上增加一个步长，设置场强接收装置的接收中心频率f’＝f；

1.5、重复步骤1.3至1.4，直至所有基准频点检测完成，形成基准场“频点-场强”值，保存在主控机内；

(2)泄漏场检测

将辐射天线内置于被测IC机箱内，重复步骤(1)，形成泄漏场的“频点-场强”值，并保存在主控机内；

(3)被测IC机箱的屏蔽效能检测

主控机根据基准场检测的结果和泄漏场检测的结果计算最终被测IC机箱的SE值。

优选的，所述被测IC机箱放置在支撑台上，支撑台放置在转台上；在泄漏场检测时，首先调整支撑台达到零位，其次保证场强接收装置与被测IC机箱顶部在水平面平齐，之后再进行泄漏场检测。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：①引入自动化测试思想，设计了IC机箱SE自动化检测装置，相比于现有系统，实现了从手动到自动的转变，提高了检测效率；②用外置式功率源取代内置式有源球形偶极子，拓宽了检测装置频率上限，满足了标准要求；③通过场强产生系统、场强接收系统的合理设计，实现了IC机箱检测装置动态范围的拓展(≥70dB)，满足并超出了标准的要求。

【附图说明】

图1为本发明的基准场强检测回路。

图2为本发明的泄漏场强检测回路。

图3为本发明的自动检测模块框图。

图4为本发明的基准场强检测流程；

图5为本发明的泄漏场强检测流程。

其中，1宽带功率源，2射频发射电缆，3同轴转接板，4辐射天线，5场强接收装置，6射频接收电缆，7场强显示装置，8主控机，9控制总线，10转台，11转台驱动器，12天线塔，13半电波暗室，14非金属支撑台，15被测IC机箱，16自动检测模块，17设备管理模块，18系统配置模块，19报表制作模块，20过程控制模块，21转台库，25场强接收装置库，26基准场检测配置，27泄漏场强检测配置，28表头设计，29SE计算，30图片处理，31基准场检测过程，32泄漏场检测过程，33基准场回路，34基准场流程，35泄漏场回路，36泄漏场流程，37检测单位信息，38试品信息，39标准器信息，40检测标准信息，41检测结论。

【具体实施方式】

本发明的基本思想是：针对IC屏蔽机箱为标准19寸宽度、高度为3U～5U的金属结构特点，引入自动化测试思想，基于半电波暗室环境，给出了测试系统配置、测试流程、自动检测模块框图，实现了从校准、检测到报表生成的自动化，指标优于现有装置指标。下面具体介绍：

1、IC机箱SE检测硬件系统

IC机箱SE检测硬件包括：(1)宽带功率源1和辐射天线4组成的场强产生系统，(2)场强接收装置5和场强显示装置7组成的场强接收系统，(3)主控机(内含“自动检测模块16”)及控制总线9(光纤、LAN、GPIB或RS-232线缆)组成的控制系统，(4)转台10和天线塔12组成的位置调整系统，(5)半电波暗室13、非金属支撑台14组成的辅助设备系统。

(1)宽带功率源和辐射天线组成的场强产生系统

采用内置式有源球形偶极子天线是目前行业的普遍做法，由于将信号产生器与天线集成在一起，都放在被测箱体内，因此不需要穿孔走线，较为方便；但缺点是：将信号产生器与天线集成，限于被测机箱空间大小的限制(标准19寸宽度、高度为3U～5U)，产生的场强在频率范围和输出幅度方面受到影响，只能满足IEC61587-3：2006的1～2级要求，不能满足3级要求。针对这个不足，本发明对该系统进行了四项改进：①将场强产生系统重新进行了设计，采用外置式宽带功率源1，产生出频率范围涵盖30MHz～2GHz且输出功率≥40dBm的信号；②仅将辐射天线4内置于被测IC机箱15内，且采用无源球形偶极子天线覆盖30MHz～1GHz，用喇叭天线覆盖1～2GHz(其实所采用的喇叭天线频率范围可达1～18GHz)，这样既将频率上限扩展到2GHz，也留有将来升级扩频的余地；③可以对外置式功率源进行程序控制，实现自动测试；④由于宽带功率源1外置于被测IC机箱15，则它与辐射天线4之间存在射频电缆组件的连接问题，为了解决这个问题，本发明设计了一套同轴转接板3(150mm*60mm*3mm)”，在其上布置“N(f)、N(m)”转接头2个，通过多螺钉(12颗)和使用屏蔽衬垫，经试验，该同轴转接板3与被测IC机箱15连接后的屏蔽效能达到≥70dB，确保在做第三级时也不会由于该部件的加入对检测结果带来影响。

(2)场强接收装置和场强显示装置组成的场强接收系统

场强接收装置采用频率范围在30MHz～2GHz的双锥对周天线，场强显示装置采用频谱分析仪(RBW＝1Hz、0dB衰减时，30MHz～2GHz频带内最大噪声低于-90dBm)，这样组成的场强接收系统有两个优点：噪声小，频谱分析仪易于程序控制，实现自动检测。此外，该系统还可以用场强探头和场强计方式来实现，在后面设计自动检测模块时也考虑了对它的兼容性。

(3)主控机8及控制总线9组成的控制系统

主控机8上安装有自动检测模块16，实现四部分功能：设备库管理、系统配置、过程控制和报表制作。控制总线9是实现主控机与被控对象之间通信的基本桥梁

2、自动检测模块

自动检测模块具体包括以下两部分：(1)测试流程，(2)测试模块，简述如下：

(1)测试流程

分为两个流程：①基准场强自动检测流程；②泄漏场强自动检测流程，两个流程的详细内容参见图3和图4。前者完成无屏蔽体时收发场强的校准，作为参照数据记录在数据库表中；后者完成在被测IC机箱存在时，在相同发射场强的情况下，场强接收系统在IC机箱外部获得的泄漏场强，并记录在数据库表中；然后根据基准场检测结果和泄漏场检测结果按照SE计算方法，计算得到IC机箱的SE值，按照规定的报表格式自动生成报表。

(2)测试模块

测试模块的基本作用就是在“IC机箱SE检测硬件系统”的基础上，自动执行“测试流程”，实现IC机箱SE检测过程的自动化，即：基准场强检测的自动化和泄漏场强检测的自动化。

测试模块包括四个一级子模块：设备库管理模块17，系统配置模块18，过程控制模块20，报表制作模块19。

根据功能的不同，一级子模块又进一步划分为若干个更低级别子模块：

设备库管理模块

包括转台库21、天线塔库22、宽带功率源库23、辐射天线库24、场强接收装置库25等，为便于管理和扩展，本发明采用面向对象设计技术：一台设备对应一个对象，设备基本信息用对象属性表示，设备控制用对象方法表示；这样，增加/减少一台就相当于增加/减少一个对象，对设备信息的修改就相当于对一个对象的属性或方法做调整；上述已经确定的五种设备，可以设计成五个对象，这样的对象库就形成了设备库。

通过这种技术，不同制造商的同类设备，只要在本发明兼容的控制总线范围内，都可以方便的加入到设备库中来，最大限度地实现了硬件的兼容性和扩展性。

系统配置模块

包括：基准场检测配置26和泄漏场检测配置27两个二级模块。其中，每一个模块还包括对应的回路配置和流程配置两个三级模块。

基准场/泄漏场回路配置的基本作用是：将参与基准场/泄漏场检测的有关硬件在逻辑上组织起来，形成一个检测回路，使得通过计算机能够管理、控制和处理该回路中硬件的有关信息成为可能，为自动化的实现奠定逻辑基础。

基准场/泄漏场流程配置的基本作用是：将既定的检测过程在计算机上编制出来，使得计算机能够按照要求进行。

报表制作模块19

包括：表头设计28、SE计算29和图片处理30三个二级模块，其中：表头设计包括检测单位信息37、试品信息38、标准器信息39、检测标准信息40、检测结论41五个三级模块；SE计算模块29按照给出的SE算法对基准场检测数据和泄漏场检测数据进行处理，得到最终的IC机箱SE值；图片处理30模块对检测中产生的线路图、试品图、回路照片等进行集中处理。这些模块处理得到的信息将按规定格式形成不同需求的报表。

过程控制模块

包括：基准场检测过程控制31和泄漏场检测过程控制32两个三级模块，前者调动有关硬件自动执行完基准场的检测活动，后者调动有关硬件自动执行完泄漏场的检测活动。

该模块功能的实现是建立在其余三个一级模块及下级子模块功能实现的基础上的。

自动检测过程的实施，即基准场自动检测和泄漏场自动检测，具体说明如下：

基准场自动检测的实施

硬件连接(参见图1)：宽带功率源1、射频发射电缆2、辐射天线4互联形成场强产生系统，辐射天线4放置在非金属支撑台14上；场强接收装置5、射频接收电缆6、场强显示装置7互联形成场强接收系统，且场强接收装置5安装在天线塔12上以便调整场强接收装置5的高度；主控机8、控制总线9组成控制系统，使得主控机8(其上安装了自动检测模块16)可以通过控制总线9控制宽带功率源1、场强显示装置7、天线塔12，完成自动检测；整套子系统放置在半电波暗室13中，以确保检测活动的电磁环境可控。

自动检测模块设置(参见图3)：通过主控机8调用自动检测模块16，对设备管理模块17进行配置，建立天线塔库22，宽带功率源库23，辐射天线库信息；对系统配置模块18中的基准场检测配置26进行配置，完成基准场回路33和基准场流程34的配置。

启动基准场检测流程(参见图4)：通过主控机8调用自动检测模块16下的过程控制模块20，启动基准场检测过程31，开始基准场检测过程，具体流程如下：①调整天线塔12高度，使场强接收装置5与辐射天线4在水平面齐平；②设置宽带功率源1的发射起始频率为f＝30MHz，设置场强接收装置5的接收中心频率为f’＝30MHz；③主控机8通过控制总线9控制宽带功率源1开始发送信号，经射频发射电缆2到同轴转接板3产生场强，场强接收装置5接收场强并经射频接收电缆6将信号传给场强显示装置7显示出来，主控机8通过控制总线9读取到接收场强值，完成一个频点的基准场检测；④主控机8通过控制总线9控制宽带功率源1设置新的频点(在起始频点30MHz的基础上增加step1＝10MHz或30MHz等，可任意设置)，设置场强接收装置5的接收中心频率f’＝f，重复③直至所有基准频点检测完为止；⑤形成的基准场“频点-场强”值保存在报表制作模块19下的SE计算29中，基准场检测回路图及现场图片保存于报表制作模块19下的SE计算30中，供后续制作报表用。

泄漏场自动检测的实施

硬件连接(参见图2)：宽带功率源1、射频发射电缆2、同轴转接板3、辐射天线4互联形成场强产生系统,辐射天线4放置在被测IC机箱15中，被测IC机箱15经非金属支撑台14放置在转台10上，以便非金属支撑台14转动时，可以360⁰检测被测IC机箱15的泄漏场情况；场强接收装置5、射频接收电缆6、场强显示装置7互联形成场强接收系统，且场强接收装置5安装在天线塔12上以便调整场强接收装置5的高度；主控机8、控制总线9组成控制系统，使得主控机8(其上安装了自动检测模块16)可以通过控制总线9控制宽带功率源1、场强显示装置7、转台驱动器11、天线塔12，完成自动检测；整套子系统放置在半电波暗室13中，以确保检测活动的电磁环境可控。

自动检测模块设置(参见图3)：通过主控机8调用自动检测模块16，对设备管理模块17进行配置，建立转台库21、天线塔库22，宽带功率源库23，辐射天线库242信息；对系统配置模块18中的泄漏场强检测配置27进行配置，完成泄漏场回路35和泄漏场流程36的配置；对报表制作模块19中的表头设计28进行设计并保存。

启动泄漏场检测流程(参见图5)：通过主控机8调用自动检测模块16下的过程控制模块20，启动泄漏场检测过程32，开始泄漏场检测过程，具体流程如下：①主控机8通过控制总线9控制转台驱动器11，使得非金属支撑台14达到零位；②调整天线塔12高度，使场强接收装置5与被测IC机箱15顶部在水平面齐平；③设置宽带功率源1的发射起始频率为f＝30MHz，设置场强接收装置5的接收中心频率为f’＝30MHz；④主控机8通过控制总线9控制宽带功率源1开始发送信号，经射频发射电缆2到同轴转接板3产生场强，场强接收装置5接收场强并经射频接收电缆6将信号传给场强显示装置，8主控机(内含自动检测模块)，9控制总线，10转台，11转台驱动7显示出来，主控机8通过控制总线9读取到接收场强值，完成一个频点的泄漏场检测；⑤主控机8通过控制总线9控制宽带功率源1设置新的频点(在起始频点30MHz的基础上增加step1＝10MHz或30MHz等，可任意设置)，设置场强显示装置7的接收中心频率f’＝f，重复④直至所有泄漏频点检测完为止；⑥形成的泄漏场“频点-场强”值保存在报表制作模块19下的SE计算29中，泄漏场检测回路图及现场图片保存于报表制作模块19下的图片处理30中；⑦调用报表制作模块19中的SE计算29计算出SE值，并调用表头设计28和图片处理30，制动完成检测报告的制作并保存(打印)。

Claims (9)

1.一种智能组件屏蔽机箱基准场校准装置，置于半电波暗室内，其特征在于，包括宽带功率源(1)、场强产生系统、场强接收系统、控制系统，以及位置调整系统，其中，

场强产生系统包括辐射天线(4)，该辐射天线(4)内置在被测IC机箱(15)内，所述功率源(1)外置于被测IC机箱(15)并穿过被测IC机箱(15)与辐射天线(4)连接；

场强接收系统包括场强接收装置(5)；

控制系统包括带有自动检测模块(16)的主控机(8)，该主控机(8)通过控制总线(9)与宽带功率源(1)和场强接收系统连接；

位置调整系统包括天线塔(12)，所述场强接收装置(5)安装在该天线塔(12)上。

2.根据权利要求1所述的一种智能组件屏蔽机箱基准场校准装置，其特征在于，所述辐射天线(4)采用无源球形偶极子天线覆盖30MHz～1GHz，用喇叭天线覆盖1～2GHz。

3.根据权利要求1所述的一种智能组件屏蔽机箱基准场校准装置，其特征在于，所述宽带功率源(1)通过同轴转接板(3)与被测IC机箱(15)连接，所述同轴转接板(3)上布置有两个“N(f)、N(m)”转接头，所述同轴转接板(3)与被测IC机箱之间设置有屏蔽衬垫。

4.根据权利要求3所述的一种智能组件屏蔽机箱基准场校准装置，其特征在于，所述同轴转接板(3)与被测IC机箱连接后的屏蔽效能至少为70dB。

5.根据权利要求1所述的一种智能组件屏蔽机箱基准场校准装置，其特征在于，所述场强接收装置采用频率范围在30MHz～2GHz的双锥对周天线。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的一种智能组件屏蔽机箱基准场校准装置，其特征在于，所述位置调整系统进一步包括有转台(10)，所述被测IC机箱放置在转台(10)上，以保证360°检测。

7.根据权利要求6所述的一种智能组件屏蔽机箱基准场校准装置，其特征在于，所述位置调整系统进一步包括有转台驱动器(11)，所述转台(10)在转台驱动器的驱动下旋转，所述主控机与转台驱动器连接用以控制转台的旋转角度。

8.一种基于权利要求1至7中任意一项所述的一种智能组件屏蔽机箱基准场校准装置的校准方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)基准场检测

1.1、在不放置被测IC机箱(15)的情况下，保证场强接收装置与辐射天线(4)的水平面平齐；

1.2、初始化宽带功率源的发射起始频率f和场强接收装置的接收中心频率f’；

1.3、主控机控制宽带功率源发送频率为f的信号，场强接收装置接收到该信号后通过场强显示装置显示，并传输给主控机，完成一个频点的基准场检测；

1.4主控机控制宽带功率源设置新的起始频率，该新的起始频率为初始化的起始频率上增加一个步长，设置场强接收装置的接收中心频率f’＝f；

1.5、重复步骤1.3至1.4，直至所有基准频点检测完成，形成基准场“频点-场强”值，保存在主控机内；

(2)泄漏场检测

将辐射天线内置于被测IC机箱内，重复步骤(1)，形成泄漏场的“频点-场强”值，并保存在主控机内；

(3)被测IC机箱的屏蔽效能检测

主控机根据基准场检测的结果和泄漏场检测的结果计算最终被测IC机箱的SE值。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：泄漏场检测时，所述被测IC机箱放置在支撑台(14)上，支撑台放置在转台上；泄漏场检测时，首先调整支撑台达到零位，其次保证场强接收装置与被测IC机箱顶部在水平面平齐，之后再进行泄漏场检测。