CN104749544B - 一种电磁兼容性电流探头传输阻抗温度误差修正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电磁兼容性电流探头传输阻抗温度误差修正方法，首先将电流探头连同校准夹具一起放置于非金属透波材料制作的温度实验箱内；然后保持测试布置不变，仅改变温度实验箱内的温度,对电流探头的传输阻抗进行校准，获取不同温度条件下电流探头的传输阻抗值。最后，计算电流探头在不同温度条件下的传输阻抗与标准温度条件下的相对误差，将来外场试验时，根据外界试验环境温度值，利用此相对误差对电磁探头的传输阻抗进行修正。

Description

一种电磁兼容性电流探头传输阻抗温度误差修正方法

技术领域

本发明涉及电磁兼容性测试技术领域，具体地说，是指一种电流探头传输阻抗温度误差修正方法。

背景技术

电磁兼容性测试是使用标准的测试设备，按照标准的测试方法，在标准的测试场地下完成。随着科学技术的进步和经济条件的改善，目前，国内都有温湿度可控的电磁兼容微波暗室可供使用。但大尺寸或多实体系统试验，现场快速干扰诊断排查等，由于受到被试品形状和尺寸和其他试验条件的限制，往往需要在室外(如开阔试验场地)进行，电磁兼容性测试设备会受到外界自然环境温度的影响，进而给测试结果带来误差。电磁兼容性测试设备如接收机、信号源、功率放大器等都可采取保温措施温度可控，而电流探头由于测试需要只能放置于室外，暴露于外界自然环境中，不可避免地会受到自然环境温度的影响。

传输阻抗是衡量电流探头测试准确度的重要指标，直接关系到电磁兼容性试验测量结果的准确度。CISPR 16-1等标准中规定的电流探头校准方法原理如图1所示，当采用50Ω测试系统时，电流探头的传输阻抗Z定义为：

Z＝U₂/I₁＝50(U₂/U₁) (1)

其中：Z为电流探头的传输阻抗，Ω；U₂表示次级输出电压V；I₁表示初级电流，A。将电流探头卡在校准装置上，只要得到电流探头上的感应电压U₂和终端负载上的电压U₁，即可计算电流探头的传输阻抗。但它只给出一种温度条件下电流探头的传输阻抗，即在电磁兼容微波暗室标准温度条件下(20℃)的电流探头传输阻抗。当电流探头的使用环境温度不在标准温度范围内时，温度就会影响电流探头的性能。因此，需要剔除由环境温度变化引起的电流探头测试误差，提高测试设备的精度，确保测试结果的有效性和准确性。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提出一种电流探头传输阻抗温度误差修正方法，在电磁兼容微波暗室内，首先将电流探头连同校准夹具一起放置于非金属透波材料制作的温度实验箱内，为进一步减小测量误差，本发明采用以二氧化硅体系为主的透波材料制作的温度实验箱做为温度控制设备，箱体内部尺寸1600×1200×1800mm，并且该材料的线膨胀系数约0.5×10^-6K^-1，材料的介电常数为ε＝3.0，损耗正切角为tanσ＝0.005；然后保持测试布置不变,仅改变温度实验箱内的温度,对电流探头的传输阻抗进行校准，获取不同温度条件下电流探头的传输阻抗值。最后，计算电流探头在不同温度条件下的传输阻抗与标准温度条件下的相对误差，将来外场试验时，根据外界试验环境温度值，利用此相对误差对电磁探头的传输阻抗进行修正。

本发明的一种电流探头传输阻抗温度误差修正方法，通过如下步骤来实现：

步骤1：在电磁兼容微波暗室内，室内温度保持在标准温度条件下，将电流探头卡在校准夹具上并置于温度实验箱内，电流探头与频谱分析仪连接，校准夹具一端接50Ω负载，一端与信号源连接；

步骤2：根据所要测量的温度范围，设置温度实验箱内的温度为最低测量温度，待温度稳定后，设置并保持信号源的输出U₁，按照标准规定的校准频点逐一对电流探头的传输阻抗进行测试，使用频谱仪测得电流探头的接收值U₂(T_i,f_j)；

步骤3：保持测试配置不变，关闭信号源输出，在测量温度范围内，按照设定的温度变化量调整温度实验箱内的温度，待温度稳定后，设置并保持信号源的输出与步骤2中一样均为U₁，然后按照标准规定的校准频点逐一对电流探头的传输阻抗进行测试，使用频谱仪测得电流探头的接收值U₂(T_i,f_j)；

步骤4：根据式(2)计算电流探头的传输阻抗Z_T(T_i,f_j)；

步骤5：将所有温度条件下电流探头的传输阻抗值Z_T(T_i,f_j)分别与T＝20℃时的电流探头传输阻抗值Z_T(T₂₀,f_j)进行比较，获得电流探头相对于20℃时的传输阻抗随温度的变化量ΔZ_T(T_i,f_j)，采用插值拟合算法对获得的相对误差数据进行拟合，得到电流探头传输阻抗的温度-频率-相对误差修正曲面。实际外场测试时，利用上述相对误差修正曲面对电流探头的传输阻抗进行修正。

本发明的优点在于：

(1)保持其他测试配置不变，仅改变温度一个参数，可以精确获得温度对电流探头传输阻抗的影响；

(2)利用透波材料制作的温度实验箱来控制改变电流探头的工作环境温度，可进一步减少由于电磁波的反射和折射等给测试结果带来的误差，减小了测量不确定度；

(3)通过精确控制温度实验箱内的温度变化量ΔT，可以获得更为精确的电流探头传输阻抗随温度对的变化规律；

(4)测量结果采用在相同测试配置、不同环境温度条件下的测量结果相对误差值来表示，进一步剔除了系统测量误差，提高了测试结果的准确度；

(5)采用本发明的方法，可以在保证电流探头测量精度的前提下，拓展其使用环境温度范围。

附图说明

图1为CISPR 16-1等标准中规定的电流探头校准原理图；

图2为本发明一种电流探头传输阻抗温度误差修正方法测试示意图；

图3为本发明一种电流探头传输阻抗温度误差修正方法流程图；

图4是实施例中标准实验室20℃时10kHz～400MHz电流探头传输阻抗校准曲线；

图5是实施例中电流探头的温度-频率-传输阻抗变化曲线。

图6是实施例中电流探头的温度-频率-传输阻抗相对误差曲面。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。

本发明的一种电流探头传输阻抗温度误差修正方法，在电磁兼容微波暗室内，标准温度条件下(20℃)，通过如下具体步骤来实现，流程如图3所示，具体为：

步骤1：如图2所示，在电磁兼容微波暗室内，室内温度保持在标准温度T＝20℃条件下，将电流探头卡在校准夹具上并置于温度实验箱内，电流探头与频谱分析仪连接，校准夹具一端接50Ω负载，一端与信号源连接。

步骤2：假设测量温度的最低温度为T₁，最高温度为T_n，设置温度实验箱内的温度为T_i，T₁≤T_i≤T_n，i＝1，2，…，n，T_i的初始值为T₁，进行保温，待温度稳定后设置并保持信号源输出为U₁，按照标准规定的校准频点f_j逐一对电流探头的传输阻抗进行测试，使用频谱仪测得电流探头的接收值U₂(T_i,f_j)，其中，j＝1，2，…，m；

步骤3：保持测试配置不变，关闭信号源输出，令温度实验箱内的温度为T_i+1＝T_i+ΔT，ΔT为温度变化量，进行保温，待温度稳定后，设置并保持信号源输出为U₁，按照标准规定的校准频点f_j逐一对电流探头的传输阻抗进行测试，使用频谱仪测得电流探头的接收值U₂(T_i,f_j)，判断T_i+1是否等与T_n，如果是进入步骤4，如果否，返回步骤3，继续进行测量；

步骤4：根据式(2)计算所有不同温度、不同频率条件下电流探头的传输阻抗值Z_T(T_i,f_j)；

由于上述测试过程中，金属的热膨胀系数一般为α＝10^-5℃～10^-6m/℃，进而由于温度变化引起的校准夹具和线缆阻抗变化非常小，可忽略，因此Z_T(T_i,f_j)可直接用式(2)计算。

步骤5：将所有温度条件下电流探头传输阻抗值Z_T(T_i,f_j)分别与T＝20℃时的传输阻抗值之间Z_T(T₂₀,f_j)进行比较，得到电流探头相对于20℃时的传输阻抗随温度的变化量ΔZ_T(T_i,f_j)：

ΔZ_T(T_i,f_j)＝Z_T(T_i,f_j)-Z_T(T₂₀,f_j) (3)

采用插值拟合算法对获得的相对误差数据进行拟合，得到电流探头传输阻抗的温度-频率-相对误差修正曲面。

通过上述步骤可见，按照本发明中的电流探头传输阻抗温度误差修正方法，可以快速的给出实际使用中电流探头的传输阻抗随温度的误差变化情况。相比之下，按照现有的测量方法，在环境温度不可控的情况下，直接使用标准条件下得到的电流探头传输阻抗，其测量结果的准确度不高。

由此可见，在环境温度不可控的情况下，采用本发明的电流探头传输阻抗温度误差修正方法，可以大大拓展电流探头的使用范围，提高测试精度。

实施例

下面用一实例来对本发明作进一步说明，选取solar公司9123-1N型电流探头进行测试。

在标准电磁兼容性实验室内，将电流探头、校准夹具、50Ω负载、温度实验箱、信号源、频谱仪按照图2所示进行布置。测试过程中，只改变箱体内的温度，其他测试配置不变。依据如下步骤对电流探头的传输阻抗进行测试。

步骤1：如图2所示，将电流探头卡在校准夹具上并置于温度实验箱内，电流探头与频谱分析仪连接。校准夹具一端接50Ω负载，一端与信号源连接。

确定测试配置。

测试频段：0.01MHz～400MHz；

信号源输出功率：U₁＝60dBuV；

温度范围：-40℃～50℃，每隔10℃取一个采样点；

温度实验箱温控精度：±0.5℃。

步骤2：在标准实验室温度20℃条件下，调整信号源输出功率为U₁＝60dBuV，测试频率为0.01MHz，利用频谱仪读取此时电流探头的接收值；调整测试频点，直至所有频点测试完毕，获得的传输阻抗随频率变化曲线如图4所示。

步骤3：保持信号源输出和测试配置不变，将温度实验箱内温度设为-40℃，待温度稳定后，再保温1小时。重复步骤2，测得所有频点时电流探头的接收值。

步骤4：保持信号源输出和测试配置不变，改变温度实验箱内的温度，温度采样点为每隔10℃一个，重复步骤3，直至所有温度点测试完毕，采用三次样条插值算法对每个温度条件下的测试数据进行拟合，获得不同温度条件下电流探头的频率-传输阻抗变化曲线，如图5所示。

步骤5：计算温度为20℃时的电流探头传输阻抗Z_T与其他温度条件下的传输阻抗Z'_T之间的误差ΔZ_T，采用三次样条插值算法对误差数据进行拟合，得到电流探头传输阻抗温度误差修正曲面，如图6所示。

通过上述实施例，可以知道本发明由于采用了非金属透波材料制作的温度实验箱，减小了由于温度实验箱的引入而带来的测试误差；另外，在整个测试过程中，其他测试条件不变，仅改变了温度这一个参数，使得测试数据的变化直接反映了被测电流探头传输阻抗随温度的变化情况。

Claims (1)

1.一种电流探头传输阻抗温度误差修正方法，具体包括以下几个步骤：

步骤1：在电磁兼容微波暗室内，室内温度保持在标准温度T＝20℃条件下，将电流探头卡在校准夹具上并置于温度实验箱内，电流探头与频谱分析仪连接，校准夹具一端接50Ω负载，一端与信号源连接；

步骤2：假设测量温度的最低温度为T₁，最高温度为T_n，设置温度实验箱内的温度为T_i，T₁≤T_i≤T_n，i＝1，2，…，n，T_i的初始值为T₁，进行保温，待温度稳定后设置并保持信号源输出为U₁，按照标准规定的校准频点f_j逐一对电流探头的传输阻抗进行测试，使用频谱分析仪测得电流探头的接收值U₂(T_i,f_j)，其中，j＝1，2，…，m；

步骤3：保持测试配置不变，关闭信号源输出，令温度实验箱内的温度为T_i+1＝T_i+ΔT，ΔT为温度变化量，进行保温，待温度稳定后，设置并保持信号源输出为U₁，按照标准规定的校准频点f_j逐一对电流探头的传输阻抗进行测试，使用频谱分析仪测得电流探头的接收值U₂(T_i,f_j)，判断T_i+1是否等与T_n，如果是进入步骤4，如果否，重复步骤3，继续进行测量；

步骤4：根据下列公式计算所有不同温度、不同频率条件下电流探头的传输阻抗值Z_T(T_i,f_j)；

<mrow> <msub> <mi>Z</mi> <mi>T</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>T</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>,</mo> <msub> <mi>f</mi> <mi>j</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>U</mi> <mn>2</mn> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>T</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>,</mo> <msub> <mi>f</mi> <mi>j</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <msub> <mi>I</mi> <mn>1</mn> </msub> </mfrac> <mo>=</mo> <mn>50</mn> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>U</mi> <mn>2</mn> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>T</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>,</mo> <msub> <mi>f</mi> <mi>j</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <msub> <mi>U</mi> <mn>1</mn> </msub> </mfrac> </mrow>

步骤5：将所有温度条件下电流探头传输阻抗值Z_T(T_i,f_j)分别与T＝20℃时的传输阻抗值之间Z_T(T₂₀,f_j)进行比较，得到电流探头相对于20℃时的传输阻抗随温度的变化量ΔZ_T(T_i,f_j)：

ΔZ_T(T_i,f_j)＝Z_T(T_i,f_j)-Z_T(T₂₀,f_j)

采用插值拟合算法对获得的相对误差数据进行拟合，得到电流探头传输阻抗的温度-频率-相对误差修正曲面。