CN107907755A - 一种电路板耐受电场破坏的实验装置及实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电路板耐受电场破坏的实验装置，包括测试箱，还包括与所述测试箱箱体侧壁连接向所述测试箱内发射电磁波的射频系统、可使所述测试箱内呈不同强度电场的脉冲电压发生系统、放置待测电路板的支架、测量待测电路板附近电磁波强度的功率探头以及放电信号检测系统。本发明同时提供了一种电路板耐受电场破坏的实验方法，采用如上的实验装置。本发明提供的一种电路板耐受电场破坏的实验装置和实验方法，可模拟不同使用环境下的高电场、射频干扰强度，对电路板的耐受电场破坏实验。

Description

一种电路板耐受电场破坏的实验装置及实验方法

技术领域

本发明涉及一种电路板的测试装置，尤其是一种可以在多场作用下检测电路板质量的实验装置以及相应的实验方法

背景技术

目前针对电子器件的电磁干扰的检测主要是通过权威的实验中心完成测试，测试过程费时费力，对于一些专业领域使用的电路板来说，无法准确模拟电路板的使用环境下电路板耐受电场破坏的测试。所以急需一种比较简单的电路板耐受电场破坏的测试装置。

发明内容

本发明主要目的在于解决上述问题和不足，提供可准确模拟电路板使用状态下电路板耐受电场破坏的测试并判断电路板耐压等级的一种电路板耐受电场破坏的实验装置及实验方法。

为实现上述目的，本发明首先提供了一种电路板耐受电场破坏电路板质量的实验装置，其技术方案是：

一种电路板耐受电场破坏的实验装置，包括测试箱，还包括与所述测试箱箱体侧壁连接向所述测试箱内发射电磁波的射频系统、可使所述测试箱内呈不同强度电场的脉冲电压发生系统、放置待测电路板的支架、测量待测电路板附近电磁波强度的功率探头以及放电信号检测系统。

进一步的，所述射频系统包括通过传输线相互连接的射频信号源、功率控制系统及复合天线，所述功率控制系统接收射频信号源发射的电磁波，放大处理到相应的功率后经复合天线向所述测试箱体内发射电磁波。

进一步的，所述功率控制系统包括功率放大器及功率控制回路，所述功率放大器分别与所述射频信号源、复合天线及功率控制回路连接，所述功率控制回路与所述功率探头连接。

进一步的，所述放电信号检测系统包括数据采集系统和数据处理和显示系统。

进一步的，所述测试箱内部设置有屏蔽层。

本发明进一步提供了一种检测多场作用下电战利品板质量的实验方法，采用如下技术方案：

一种电路板耐受电场破坏的实验方法，使用如前文所述的实验装置，测试过程包括如下步骤，

S1，功率放大器预设不同的射频干扰强度，使电路板所处的射频干扰强度维持在预设的射频水平；

S2，当电路板所处环境的射频干扰强度达到恒定的预设水平后，脉冲电压发生系统对电路板施电压脉冲，使电路板处于强电场下；

S3，开启放电信号检测系统，采集电路板的放电量，根据放电量数据计算电路板的耐压评估系数；

S4，根据评估系数评价电路板的耐压等级。

进一步的，当耐压评估系数大于时，耐受等级为低，耐压评估系数小于或等于且大于时，耐受等级为中，耐压评估系数小于等于时，耐受等级为高。

进一步的，通过如下公式计算耐压评估系数

其中，Ф为耐压评估系数，P_设为功率放大器的输出功率，U_设为脉冲电压发生系统对电路板两端施加的电压，Q_测为检测到的电路板放电量，Г_板为电路板反射系数，Г_空气为空气反射系数。

进一步的，所述测试箱的外壁内侧设置有可吸收残余射频干扰系数的吸波材料。

进一步的，所述测试箱的六个侧壁的中央部位均设置有所述复合天线。

综上所述，本发明提供的一种电路板耐受电场破坏质量的实验装置和实验方法与现有技术相比，具有如下优点：

1.通过功率控制系统放大射频信号源射的电磁波的信号，并根据功率探头的反馈及时调整电磁波的强度，使测试箱接收稳定的预设电磁波，通过一个回路，实现电磁波信号的放大、监控、调整的功能；

2.装置可同时模拟不同工况下的耐受电场，并可根据需要随时调整测试箱内的工况系数，适应不同电路板进行测试。

附图说明：

图1：本发明一种电路板耐受电场破坏质量的实验装置示意图；

图2：本发明一种电路板耐受电场破坏质量的实验装置中测试箱结构示意图；

其中：传输线1，220V交流电源7，射频信号源8，功率放大器9，功率控制回路10，脉冲电压发生系统11，放大滤波回路12，数据采集系统13，绝缘托板14，复合天线15，托板支架16，吸波材料17，测试箱18，功率反馈线19，功率探头22，电路板23，数据处理和显示系统26，射频系统29，放电信号检测系统30，托板支架上段31，托板支架中段32，托板支架下段33，屏蔽层34，

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。

本发明提供了一种电路板耐受电场破坏质量的实验装置，包括测试箱18，还包括与测试箱18箱体侧壁连接向测试箱18内发射电磁波的射频系统19、可使测试箱18内呈不同强度电场的脉冲电压发生系统11、放置待测电路板的支架、测量待测电路板附近电磁波强度的功率探头22以及放电信号检测系统30。

如图1和图2所示，测试箱18为密封、双层的屏蔽箱，屏蔽层34厚度为3mm，内层为吸波材料17，吸收残余的电磁波，避免电磁波向装置外发散。在底壁上固定有可放置待测电路板23(后称为电路板23)的支架，支架包括托板支架16和绝缘托板14，托板支架16底部与测试箱18底壁固定，顶部与绝缘托板14固定，绝缘托板14用于放置电路板23，同时，在绝缘托板14上表面上，还固定有一个或多个22，用以感知电路板23周围的电磁干扰强度，既用来测量对电路板23所处的射频干扰强度。如图2所示，托板支架16包括顺序垂直连接的托板支架下段33、托板支架中段32，托板支架上段31，形成大体呈“ㄣ”状的托板支架16，托板支架下段33的底部与测试箱18的底壁固定，托板支架上段31的顶部安装绝缘托板14，且三段均为长方体结构。

在本发明提供的实施例中，测试箱18为边长为2400mm的立方体，测试箱18内使用厚度为3mm的屏蔽层34将测试箱18内围成一边长为2350mm的立方体空间；托板支架上段31是一个长、宽均为40mm，高为100mm的长方体，托板支架中段32是一个长为280mm，宽和高均为40mm的长方体，托板支架下段33是一个长、宽均为40mm，高为1025mm的长方体，在托板支架16上安装一个长、宽均为200mm，厚为10mm的绝缘托板(14)，电路板23固定在绝缘托板14上作为待测试样，接受耐受电场破坏测试。以上尺寸仅为一个示例，在实际应用中，可根据需要待测试样的尺寸适应调整测试箱18以及绝缘托板14、托板支架16的具体尺寸。

如图1所示，射频系统2通过传输线1与固定在测试箱18内壁上的一个或多个复合天线15连接，包括顺序连接的220V交流电源7、射频信号源8以及功率控制系统，220V交流电源7为射频信号源提供电源，射频信号源8发射一定功率的射频信号，即电磁波，功率控制系统4对射频信号源8发射的电磁波信号进行调节和控制，利用传输线1与复合天线15连接，向测试箱18内部提供预定功率的电磁波。功率控制系统4包括功率放大器9、功率控制回路10，并通过功率反馈线19与固定在绝缘托板14上的功率探头22连接，功率放大器9具有三个功能接口，分别与射频信号源8、功率控制回路10及测试箱18内壁上的复合天线15连接，功率控制回路10一端与功率放大器9连接，另一端通过传输线1与绝缘托板14上的功率探头22连接。

由于附图1中表现的为测试箱18的示意图，从图1所示的方向来看，安装在内壁前、后面上的复合天线15不可见，因此，在图1中两条较短的虚线表示可与内壁前、后面上固定的复合天线15连接的传输线1，较长的虚线表示绕过(不可见)测试箱18的后背部与箱体右侧的复合天线连接的传输线1。

射频电磁信号发生装置33通过射频电磁信号发射复合天线15固定在测试箱18内部表面，功率探头22放置在电路板23上表面检测电路板23周围的电磁功率，对射频干扰强度实时监测，并将检测到的射频干扰数据以信号的方式经过功率反馈线19回馈至功率控制回路10，再对功率放大器9的放大信号参数进行调节，将电路板所处的射频干扰强度设定在不同水平，实现不同电路板不同使用环境下的模拟。220V交流电源7为射频信号源8供电，射频信号源8将输出的高频电磁波输入功率放大器9进行放大处理，放大后的信号再经传输线1发送到复合天线15进行发射；功率探头22检测的信号回馈至功率控制回路10，再对功率放大器9的放大信号进行调节，模拟现场电磁环境。将复合天线15固定在测试箱18的外壁内，在本发明提供的实施例中，复合天线15有6根，分别固定在测试箱18外壁内的六个面的中心处，用于发射不同强度的射频干扰信号，使得测试箱18内部的电磁波信号均衡，各复合天线15分别通过传输线1与功率放大器9连通，接收由功率放大器9传输过来的电磁波信号，并朝测试箱18内发射电磁波。将功率探头22固定在绝缘托板14上，用于探测电路板23附近的电磁波功率，并将探测到的电磁波功率通过控制功率放大器9来控制和调节电路板23周围的电磁波环境。

功率探头22为多个，位置均衡的设置在电路板23周边，功率探头22的设置位置需要不影响电路板23的平衡、水平放置。

脉冲电压发生系统11连接于电路板23上用于发出电压脉冲，产生不同强度的电场，对电路板23进行耐受电场破坏测试。放电信号检测系统30包括数据处理和显示系统26和数据采集系统13，用于收集和处理电路板23在高电场环境下的放电量信息。利用特高频电线收集电路板23的放电量信号，将电路板23上产生的放电信号通过放大滤波回路12进行信号初步处理，然后再通过数据采集系统13采集放电信号，最后连接于数据处理和显示系统26，对信号做最终的数据分析诊断处理。

本发明同时提供了一种电路板耐受电场破坏质量的实验方法，包括如下步骤：S1，接通220V交流电源7，向射频信号源8供电，通过功率放大器9预设不同的射频干扰强度，向测试箱18内发射预设强度的射频干扰信号，功率探头22实时检测电路板23周围的电磁波信号，并反馈给功率控制回路检测，根据检测及时调整功放大器9的信号，使电路板所处的射频干扰强度维持在预设的射频水平，其输出的功率为P_设；

S2，当电路板23所处环境下的射频干扰强度达到恒定的预设水平值后，脉冲电压发生系统11对电路板23施加电压脉冲，使电路板23处于强电场下，其两端的电压为U_设；

S3，开启放电信号检测系统30，在射频环境下对电路板23的放电量进行测量和采集，并根据耐压评估公式计算耐压评估系数：

其中，Ф为耐压评估系数，P_设为功率放大器的输出功率，U_设为脉冲电压发生系统对电路板两端施加的电压，Q_测为检测到的电路板放电量，Г_板为电路板反射系数，Г_空气为空气反射系数。

S4，根据计算得到的耐压评估系数与放电信号检测系统30内置的评价标准对比，评价电路板的耐压等级。

以轨道车辆上的使用的车载影视电路使用的电路板为例，进行以上路板耐受电场破坏质量的实验时，通过根据以上公式和相关数据计算得到耐压评估系数，经总结大量的实际经验以及测试数据，得出关于耐压评估系数与耐受等级的关系：当耐压评估系数大于7时，耐受等级为低，耐压评估系数小于或等于7且大于3时，耐受等级为中，耐压评估系数小于等于3时，耐受等级为高。其他不同用途不同使用环境下的电路板可以此为依据对电路板的耐受等级进行分级，或者参考此数据对耐受等级进行分级，也可利用本发明的方法进行测试，通过总结实验数据和实验后电路板的实际情况，确定耐压评估系数的数据范围与电路板耐受等级的关系。

综上所述，本发明提供的一种电路板耐受电场破坏质量的实验装置和实验方法与现有技术相比，具有如下优点：

1.通过功率控制系统放大射频信号源射的电磁波的信号，并根据功率探头的反馈及时调整电磁波的强度，使测试箱接收稳定的预设电磁波，通过一个回路，实现电磁波信号的放大、监控、调整的功能；

2.装置可同时模拟不同工况下的耐受电场，并可根据需要随时调整测试箱内的工况系数，适应不同电路板进行测试。

如上所述，结合所给出的方案内容，可以衍生出类似的技术方案。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种电路板耐受电场破坏的实验装置，包括测试箱，其特征在于：还包括与所述测试箱箱体侧壁连接向所述测试箱内发射电磁波的射频系统、可使所述测试箱内呈不同强度电场的脉冲电压发生系统、放置待测电路板的支架、测量待测电路板附近电磁波强度的功率探头以及放电信号检测系统。

2.如权利要求1所述的一种电路板耐受电场破坏的实验装置，其特征在于：所述射频系统包括通过传输线相互连接的射频信号源、功率控制系统及复合天线，所述功率控制系统接收射频信号源发射的电磁波，放大处理到相应的功率后经复合天线向所述测试箱体内发射电磁波。

3.如权利要求2所述的一种电路板耐受电场破坏的实验装置，其特征在于：所述功率控制系统包括功率放大器及功率控制回路，所述功率放大器分别与所述射频信号源、复合天线及功率控制回路连接，所述功率控制回路与所述功率探头连接。

4.如权利要求1至3任一项所述的一种电路板耐受电场破坏的实验装置，其特征在于：所述放电信号检测系统包括数据采集系统和数据处理和显示系统。

5.如权利要求1至3任一项所述的一种电路板耐受电场破坏的实验装置，其特征在于：所述测试箱内部设置有屏蔽层。

6.一种电路板耐受电场破坏的实验方法，其特征在于：使用如权利要求1至5任一项所述的实验装置，测试过程包括如下步骤，

S1，功率放大器预设不同的射频干扰强度，使电路板所处的射频干扰强度维持在预设的射频水平；

S2，当电路板所处环境的射频干扰强度达到恒定的预设水平后，脉冲电压发生系统对电路板施电压脉冲，使电路板处于强电场下；

S3，开启放电信号检测系统，采集电路板的放电量，根据放电量数据计算电路板的耐压评估系数；

S4，根据评估系数评价电路板的耐压等级。

7.如权利要求6所述的一种电路板耐受电场破坏的实验方法，其特征在于：当耐压评估系数大于7时，耐受等级为低，耐压评估系数小于或等于7且大于3时，耐受等级为中，耐压评估系数小于等于3时，耐受等级为高。

8.如权利要求6所述的一种电路板耐受电场破坏的实验方法，其特征在于：通过如下公式计算耐压评估系数

其中，Ф为耐压评估系数，P_设为功率放大器的输出功率，U_设为脉冲电压发生系统对电路板两端施加的电压，Q_测为检测到的电路板放电量，Г_板为电路板反射系数，Г_空气为空气反射系数。

9.如权利要求6所述的一种电路板耐受电场破坏的实验方法，其特征在于：所述测试箱的外壁内侧设置有可吸收残余射频干扰系数的吸波材料。

10.如权利要求6所述的一种电路板耐受电场破坏的实验方法，其特征在于：所述测试箱的六个侧壁的中央部位均设置有所述复合天线。