CN106680608A - 一种利用gtem小室评价特高频传感器的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种利用GTEM小室评价特高频传感器的方法，包括步骤1：确定GTEM小室中特高频传感器的测试区域；步骤2：设定信号发生器的信号输出曲线；步骤3：将特高频传感器放置在测试区域内，控制所述信号发生器按照信号输出曲线进行输出，记录在信号输出曲线中每个频率点下的特高频传感器输出信号的电压峰值；步骤4：依据测试区域的场强和所述电压峰值计算每个频率点的等效高度。与现有技术相比，本发明提供的一种利用GTEM小室评价特高频传感器的方法，能够有效测试特高频传感器的等效高度值，通过求取预置频率范围内的平均等效高度作为评价传感器性能的指标。

Description

一种利用GTEM小室评价特高频传感器的方法

技术领域

本发明涉及输变电设备技术领域，具体涉及一种利用GTEM小室评价特高频传感器的方法。

背景技术

现有评价特高频传感器的方法主要是对其检测有效性的定性评价。如在变压器或者GIS内部设置局部放电模型，在施加高压的情况下同步利用传统脉冲电流法的视在放电量监视放电模型，以是否能检测到放电或检测到放电量的强度来评价传感器的检测能力强弱。但是在实体模型上设置故障模型并进行高压试验的方法测试具有很大的偶然性和随机性，如果同一放电模型高压放电差异性大，在同一实验室或不同实验室之间难以进行以高度一致的形式复现，不同的放电模型设计会导致评价结果相差迥异，制约了作为一种客观可重复的评价方式的实现和推广。

现场应用条件下还有通过傅立叶分解脉冲信号来测试特高频传感器的等效高度的方法，主要通过向GTEM小室中注入脉冲信号，将被测特高频传感器放置在GTEM小室顶部极板开口处接受脉冲信号。对接收到的脉冲信号进行傅立叶分解得到300MHz～1500MHz内平均等效高度。但也存在具有以下不足：对脉冲信号进行分解频率在1000MHz以上的范围内能量非常弱小，导致测试结果误差较大。

因此，需要提供一种能够准确获得不同频率下反映特高频传感器接收能力的等效高度。

发明内容

为了满足现有技术的需要，本发明提供了一种利用GTEM小室评价特高频传感器的方法。

本发明的技术方案是：

所述方法包括：

步骤1：将信号发生器接入GTEM小室，确定GTEM小室中特高频传感器的测试区域；

步骤2：设定所述信号发生器的信号输出曲线；

步骤3：将所述特高频传感器放置在所述测试区域内，控制所述信号发生器按照信号输出曲线进行输出，通过示波器记录在所述信号输出曲线中每个频率点下的特高频传感器输出信号的电压峰值；

步骤4：依据所述测试区域的场强和所述电压峰值计算每个频率点的等效高度，将所有频率点的等效高度连起来得到整个频域范围内的等效高度；依据所述整个频域范围内的等效高度计算特高频传感器的平均等效高度。

优选的，所述测试区域为所述GTEM小室中导电板与底部极板之间的测试区域；

优选的，所述步骤1中确定测试区域，包括：

步骤11：将场强探头放置在所述GTEM小室的一个测试点处，所述场强探头的另一端与所述信号发生器的控制端连接；所述信号发生器依据场强探头的输出结果调节输出信号，使得该测试点处的电场强度满足预置场强的要求；

步骤12：将所述场强探头移动到下一个测试点处，调节信号发生器的输出信号，使得该测试点处的电场强度也满足所述预置场强的要求；所述GTEM小室中电场强度均满足所述预置场强要求的测试点构成的区域为特高频传感器的测试区域；

优选的，所述步骤2中设定信号发生器的信号输出曲线：将场强探头放置在位于所述测试区域中心处的测试点，调节信号发生器的输出信号；

将所述输出信号由初始值f_intial每隔t时间按照k％的步长调节，所述场强探头采集每次调节后该测试点的电场强度，t和k％为预置值；

优选的，所述步骤2中设定信号发生器的信号输出曲线：将场强探头放置在位于所述测试区域中心处的测试点，调节信号发生器的输出信号；

将所述输出信号由初始值f_intial每隔5s时间按照1％的步长调节，所述场强探头采集每次调节后该测试点的电场强度；

优选的，所述步骤3中将特高频传感器也放置在位于所述测试区域中心处的测试点；

所述频率点为所述信号发生器每隔t时间调节后的输出信号频率值；

优选的，所述步骤4中计算每个频率点的等效高度：

获取步骤2中得到的不同频率点时的电场强度和步骤3中得到的不同频率点时特高频传感器输出信号的电压峰值；一个频率点条件下特高频传感器的等效高度为该频率点下的电压峰值与电场强度的商。

与最接近的现有技术相比，本发明的优异效果是：

1、本发明提供的一种利用GTEM小室评价特高频传感器的方法，能够有效测试特高频传感器的等效高度值，通过求取预置频率范围内的平均等效高度作为评价传感器性能的指标；

2、本发明提供的一种利用GTEM小室评价特高频传感器的方法，相比于故障模型检测法，能偶实现稳定的检测，避免了故障模型放电产生的随机性；

3、本发明提供的一种利用GTEM小室评价特高频传感器的方法，检测结果复现能力强，操作简单，计算方法简单，具有很强的实用性。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1：本发明实施例中一种利用GTEM小室评价特高频传感器的方法流程图；

图2：本发明实施例中GTEM小室的结构示意图；

图3：本发明实施例中GTEM小室底部极板和测试区域示意图；

图4：本发明实施例中测试区域内电场均匀性分析及场强校准示意图；

图5：本发明实施例中等效高度测试接线图；

图6：图4中测试区域电场分布图；

图7：本发明实施例中特高频传感器输出幅值分布图；

图8：本发明实施例中特高频传感器等效高度值分布图；

其中，1：端口；2：顶部极板；3：导电极板；4：底部极板；5：测试区域；6：测试点；7：功率放大器；8：功率计；9：射频信号源；10：接收面；11：特高频传感器；12：示波器；13：同轴电缆。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明提供的一种利用GTEM小室评价特高频传感器的方法的实施例如图1所示，具体为：

一、将信号发生器接入GTEM小室，确定GTEM小室中特高频传感器的测试区域。

1、GTEM小室

GTEM小室的工作原理：通过信号发生器产生幅值确定，频率可调的射频信号，例如场强为10V/m，频率范围从300MHz～3000MHz的正弦信号；如图2所示，将该射频信号输入到GTEM小室的输入端，射频信号在GTEM小室内部产生表面波，并在其测试区域内形成电场。本实施例中GTEM小室的尺寸为(L)600x381(W)x250(H)cm，如图3所示a＝600mm。

2、本实施例中选取GTEM小室中导电板与底部极板之间的区域为测试区域，具体确定方法为：

(1)导电板与底部极板之间设定多个测试点，将场强探头放置在GTEM小室的一个测试点处，场强探头的另一端与信号发生器的控制端连接。信号发生器依据场强探头的输出结果调节输出信号，使得该测试点处的电场强度为预置场强。

信号发生器由射频信号源、功率放大器和功率计组成。其中，如图5所示，射频信号源与功率放大器的输入端连接，功率计与功率放大器的控制端连接，功率放大器的输出端与GTEM小室的输出端连接，上述连接均采用同轴电缆连接。

(2)将场强探头移动到下一个测试点处，调节信号发生器的输出信号，使得该测试点处的电场强度也为上述预置场强，则GTEM小室中电场强度均为上述预置场强的测试点构成的区域为特高频传感器的测试区域。

本实施例中为了保证测试区域电场的均匀性，需要在测试区域内对电场的均匀性进行校准，校准的方法为：

按照图4所示的方法在导电板与底部极板之间的测试区域内标注9个测试点，即图中的黑色圆点为测试点，其中b＝300mm，c＝600mm，d＝400mm。该9个测试点的电场强度相差不超过1％，则该区域内的电池是均匀的。在保证测试区域电池均匀性后，需要对该测试区域内的电池强度进行校准。

以输出10V/m电池为例：即要求信号发生器发出的射频信号使得测试区域内的电池均为10V/m。其中，射频信号源输出频率范围为9kHz～6000MHz，最大输出功率18dBm；功率放大器的通频带为1MHz～3000MHz，最大增益为48dB，输出信号平坦度为±2dB；功率计的监测范围为-60dBm～20dBm，最大输出功率为50W。通过改变射频信号的频率，依次在300MHz，400MHz，500MHz，……，1500MHz下，测试区域的场强均为10V/m。

本实施例中采用场强探头将测试到的场强结构反馈给信号发生器，信号发生器依据该场强结果调节输出信号的大小，直至满足电场要求位置。具体要求可以是允许正负1％的误差。保证特高频传感器接收面生的电场强度值在9.9～10.1V/m之间，通过场强探头得到具体频率下的电场强度，例如500MHz下场强为10.4V/m，700MHz下场强为10.1V/m。

首先将场强探头放置在图4所示的5号测试点，设置射频信号源输出80MHz，通过调节信号发生器的输出信号，保证5号测试点处的场强探头的电场为9.9～10.1V/m，保持输出不变，将场强探头移至1号测试点，2号测试点，……，9号测试点，记录每个测试点的电场强度，分析9个测试点电场长度的最大值和最小值的最大荣昌是否小于6dB，如果小于说明该区域满足电场均匀性的要求，如果不满足，减小测试区域的大小，重新测试，直至满足要求为止。图4中所示600mm*600mm的范围就是满足均匀性要求的测试区域。另外，GTEM小室通常用于电磁兼容试验，其优势在于能在其内部产生均匀的电场，但是并不是GTEM小室内任一区域电场都是均匀的，根据国标规定了6m长GTEM小室的测试区域，本步骤是在国标指导的测试区域内根据实际GTEM小室的具体情况，找到适合测试的区域。此外电场均匀的区域对于任何频率都是有效的，这一点是国标(GB/T 17626.3-2006电磁兼容试验和测量技术射频电磁场辐射抗扰度试验)承认的，所以本文只求取80MHz下的均匀域。

二、设定信号发生器的信号输出曲线。

将场强探头放置在位于测试区域的测试点处，调节信号发生器的输出信号；将输出信号由初始值f_intial每隔t时间按照k％的步长调节，场强探头采集每次调节后该测试点的电场强度，t和k％为预置值。

本实施例中信号发生器的输出信号由初始值f_intial＝300MHz，测试区域的场强为10V/m，每隔5s按照1％的步长向上调节初始值f_intial，即5秒后为303MHz，10秒后为306.03MHz……。因为允许场强有10％的误差，所以记下每个频率下的具体场强值。保存信号发生器的输出设置，以后测试就可以直接调用这个结果。

三、关闭信号发生器，单不改变信号发生器的连接方式，将特高频传感器放置在测试区域内并将其接收面朝向导电极板，如图5所示。打开信号发生器，控制信号发生器按照信号输出曲线进行输出，通过示波器记录信号输出曲线中每个频率点的特高频传感器输出信号的电压峰值，得到如图7所示特高频传感器输出幅值示意图。

将特高频传感器也放置在位于测试区域的测试点处，频率点为信号发生器每隔t时间调节后的输出信号频率值，得到如图6所示的测试区域内场强分布示意图。

四、依据测试区域的场强和峰值计算每个频率点的等效高度，将所有频率点的等效高度连起来得到整个频域范围内的等效高度，如图8所示。本实施例中由于场强在10V/m～10.1V/m之间，误差很小，所以等效高度曲线与幅值曲线基本一致。同时由于扫频发测试的频率点较多，得到被测传感器输出信号的信息也就越多，所以相比于脉冲分解法得到的等效高度曲线来说波动更加剧烈。

依据整个频域范围内的等效高度计算特高频传感器的平均等效高度。本实施例中对300MHz～1500MHz范围内求取平均等效高度，结果为17.36mm。

获取不同频率点时的电场强度和不同频率点时特高频传感器输出信号的电压峰值；一个频率点的等效高度为该频率点下的电压峰值与电场强度的商。

最后应当说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域谱通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

Claims (7)

1.一种利用GTEM小室评价特高频传感器的方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1：将信号发生器接入GTEM小室，确定GTEM小室中特高频传感器的测试区域；

步骤2：设定所述信号发生器的信号输出曲线；

步骤3：将所述特高频传感器放置在所述测试区域内，控制所述信号发生器按照信号输出曲线进行输出，通过示波器记录在所述信号输出曲线中每个频率点下的特高频传感器输出信号的电压峰值；

步骤4：依据所述测试区域的场强和所述电压峰值计算每个频率点的等效高度，将所有频率点的等效高度连起来得到整个频域范围内的等效高度；依据所述整个频域范围内的等效高度计算特高频传感器的平均等效高度。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述测试区域为所述GTEM小室中导电板与底部极板之间的测试区域。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1中确定测试区域，包括：

步骤11：将场强探头放置在所述GTEM小室的一个测试点处，所述场强探头的另一端与所述信号发生器的控制端连接；所述信号发生器依据场强探头的输出结果调节输出信号，使得该测试点处的电场强度满足预置场强的要求；

步骤12：将所述场强探头移动到下一个测试点处，调节信号发生器的输出信号，使得该测试点处的电场强度也满足所述预置场强的要求；所述GTEM小室中电场强度均满足所述预置场强要求的测试点构成的区域为特高频传感器的测试区域。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2中设定信号发生器的信号输出曲线：将场强探头放置在位于所述测试区域中心处的测试点，调节信号发生器的输出信号；

将所述输出信号由初始值f_intial每隔t时间按照k％的步长调节，所述场强探头采集每次调节后该测试点的电场强度，t和k％为预置值。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2中设定信号发生器的信号输出曲线：将场强探头放置在位于所述测试区域中心处的测试点，调节信号发生器的输出信号；

将所述输出信号由初始值f_intial每隔5s时间按照1％的步长调节，所述场强探头采集每次调节后该测试点的电场强度。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3中将特高频传感器也放置在位于所述测试区域中心处的测试点；

所述频率点为所述信号发生器每隔t时间调节后的输出信号频率值。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4中计算每个频率点的等效高度：

获取步骤2中得到的不同频率点时的电场强度和步骤3中得到的不同频率点时特高频传感器输出信号的电压峰值；一个频率点条件下特高频传感器的等效高度为该频率点下的电压峰值与电场强度的商。