CN110501665A - 一种磁场辐射敏感度测试设备的比对装置 - Google Patents

一种磁场辐射敏感度测试设备的比对装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种磁场辐射敏感度测试设备的比对装置，包括：RS101辐射天线，用于辐射线缆信号；比对模块，用于利用变压器原理从连接器接口处或从自由空间对RS101辐射天线辐射的线缆信号耦合提取与放大；测量设备，用于衡量所述比对模块输出的线缆信号大小，本发明通过利用变压器原理实现对RS101辐射天线辐射的线缆信号的耦合提取与放大，并通过频谱仪进行实时监测与显示，同时在比对装置的电源线上设计有瞬态抑制与保护电路，以保护后端频谱仪及比对装置的使用安全，通过线圈互感实现对RS101辐射天线辐射的线缆信号的提取，并选取无磁材料和低磁导率材料进行比对装置的加工，以最大程度地减小对辐射磁场均匀性的影响。

Description

一种磁场辐射敏感度测试设备的比对装置
技术领域
本发明涉及磁场辐射敏感度测试技术领域，特别是涉及一种磁场辐射敏感度测试(RS101)设备的比对装置。
背景技术
电磁兼容性是武器装备重要的性能指标，是武器装备定型的依据之一，电子信息技术在军事上得到广泛应用，武器装备信息化程度越来越高，使得武器装备面临的电磁环境日趋复杂，电磁干扰、电磁损伤等电磁兼容问题愈发突显。
现有国外电磁环境效应军用标准主要包括美国军标、北约标准、欧洲如英国军标等，其中美国军标影响广泛。我国采用GJB151标准，为研制和订购单位提供电磁兼容性设计和验收依据，该标准规定了军用电子、电气及机电等设备与分系统电磁发射和敏感度的要求与测试方法。这套标准成为我军电磁兼容标准化历史上的一个重要标志，得到了广泛应用，极大地推动了装备电磁兼容技术的发展。随后，这一系列标准不断修改，1997年颁布了A版本(等效采用美军MIL-STD-46lD/462D),2013年颁布了B版本(GJB151B军用设备和分系统电碗发射和敏感度要求与测量)。而项目RS101(25Hz～100kHz磁场辐射敏感度)，是标准中的常规项目，适用于“水面舰船、潜艇、陆军飞机、海军地面”等平台设备与分系统，其目的是考核EUT(Equipment Under Test，待测物)承受低频磁场干扰的能力，确保EUT对低频磁场敏感的设备和分系统在磁场环境下不出现故障或者性能降低。电源系统经常产生这类低频磁场干扰。
RS101项目测试的准确性直接影响到设备对低频磁场的抗干扰性能，进而影响到设备的电磁兼容性。电磁兼容实验室比对是确定实验室检测能力和准确度的有效方式，通过实验室比对既可以确定各个测试实验室对特定试验或测量的技术能力，还能鉴别各测试人员间存在的差异，不断提升实验室检测质量水平。
现有技术中对RS101项目一般仅是依据标准进行测试前的校验，无法评估RS101整个项目的测试误差和准确性，如设备未稳定工作而引入的测量偏差，辐射场强误差或场强不均匀引入的测量偏差，以及无法对连接器位置处的误差进行评估。
发明内容
为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种磁场辐射敏感度测试设备的比对装置，以解决评估受试设备未稳定工作而带入的测量误差。
本发明之另一目的在于提供一种磁场辐射敏感度测试设备的比对装置，以解决辐射天线辐射场强不同而带入的测量误差。
本发明之再一目的在于提供一种磁场辐射敏感度测试设备的比对装置，以减少比对试验中比对装置对辐射磁场均匀性的影响，并减少因此引入的测量误差，并解决对EUT连接器位置处的测量误差评估能力。
为达上述目的，本发明提出一种磁场辐射敏感度测试设备的比对装置，包括：
RS101辐射天线，用于辐射线缆信号；
比对模块，用于利用变压器原理从连接器接口处或从自由空间对所述RS101辐射天线辐射的线缆信号耦合提取与放大；
测量设备，用于衡量所述比对模块输出的线缆信号大小。
优选地，所述比对模块包括连接器接口J1、瞬态抑制与保护电路、滤波模块、温控模块、耦合线圈和输出接口J2，所述瞬态抑制与保护电路用于可靠接通或断开外接电源，所述滤波模块用于隔离所述瞬态抑制与保护电路和温控模块之间的瞬态噪声，所述温控模块用于改变变压器T的磁性材料的温度以获取实际变比从而衡量测试等待时间，并利用变压器原理实现对所述RS101辐射天线辐射的线缆信号的耦合提取与放大，所述耦合线圈用于在对辐射磁场的场强分布影响程度降到最低的情况下利用变压器原理获取所述RS101辐射天线辐射的线缆信号。
优选地，所述比对模块还包括指示灯，所述指示灯连接在所述滤波模块与所述温控模块之间。
优选地，所述瞬态抑制与保护电路201包括一开关S1、一保险FS1以及一TVS瞬态抑制二极管D1，电源正端经所述连接器接口J1连接至所述开关K1的一端，所述开关K1的另一端经所述保险FS1连接至所述TVS瞬态抑制二极管D1的一端和所述滤波模块，电源负端即地经所述连接器接口J1连接至所述TVS瞬态抑制二极管D1的另一端。
优选地，所述滤波模块包括第一电感L1、第一电容C1、第二电感L2、第二电容C2和第一磁环F1，所述第一电感L1一端连接所述保险FS1以及所述TVS瞬态抑制二极管D1，所述第一电感L1的另一端连接所述第一电容C1的一端和所述第二电感L2的一端，所述第二电感L2的另一端连接所述第二电容C2的一端和所述第一磁环F1的一端，所述第一电容C1、所述第二电容C2的另一端接地；所述第一磁环F1的另一端连接所述指示灯。
优选地，所述温控模块包括变压器T、加热电阻R1和第二磁环F2，所述指示灯的另一端连接所述变压器T的初级的一端，所述变压器T的初级的另一端经所述加热电阻R1接地，所述变压器T的次级的一端连接至所述耦合线圈，次级的另一端经所述第二磁环F2连接至所述输出接口J2的地端。
优选地，所述耦合线圈的一端连接所述变压器T的次级，另一端连接至所述输出接口J2的输出端。
优选地，所述耦合线圈为小型化的极低磁导率的非磁性空心线圈。
优选地，所述测量设备为频谱仪。
优选地，所述比对装置的壳体及顶部测试位置周围的材质均采用极低磁导率的非磁性材料。
与现有技术相比，本发明一种磁场辐射敏感度测试设备的比对装置通过利用变压器原理实现对RS101辐射天线辐射的线缆信号的耦合提取与放大，并通过频谱仪进行实时监测与显示，同时在比对装置的电源线上设计有瞬态抑制与保护电路，以保护后端频谱仪及比对装置的使用安全；通过线圈互感实现对RS101辐射天线辐射的线缆信号的提取，并选取无磁材料和低磁导率材料进行比对装置的加工，可最大程度地减小对辐射磁场均匀性的影响。
附图说明
图1为一种磁场辐射敏感度测试设备的比对装置的结构示意图；
图2为本发明具体实施例中EUT连接器位置处的测量原理示意图；
图3为本发明具体实施例中比对装置连接示意图；
图4为本发明具体实施例中应用GJB151B-2013RS101项目的测试布置图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
图1为一种磁场辐射敏感度测试设备的比对装置的结构示意图。如图1所示，本发明一种磁场辐射敏感度测试设备的比对装置，包括：RS101辐射天线10、比对模块20和测量设备30。
其中，RS101辐射天线10实为RS101项目检测仪器的输出，为本发明的待测设备，用于辐射线缆信号；比对模块20由连接器接口J1、瞬态抑制与保护电路201、滤波模块202、指示灯(Z1)203、温控模块204、耦合线圈205和输出接口J2组成，用于从连接器接口J1处或从自由空间获取RS101辐射天线10辐射的线缆信号并输出；测量设备30为频谱仪等计量设备，用于衡量比对模块20输出的接收到的线缆信号大小。
具体地，瞬态抑制与保护电路201由开关S1、保险FS1和TVS瞬态抑制二极管D1组成，用于可靠接通或断开外接电源(28V)；滤波模块202由第一电感L1、第一电容C1、第二电感L2、第二电容C2和第一磁环F1组成，该些器件构成一截止频率大于300KHz的低通滤波器，用于隔离电源和测量电路如温控模块204、耦合线圈205间的瞬态噪声(例如开关闭合)；指示灯(Z1)203，用于标示电路的通断情况；温控模块204由变压器T、加热电阻R1和第二磁环F2组成，用于改变变压器T的磁性材料的温度以获取变压器因温度引起的实际变比从而衡量测试等待时间，利用变压器原理实现对RS101辐射天线辐射的线缆信号的耦合提取与放大；耦合线圈205为小型化的极低磁导率的非磁性空心线圈，用于在对辐射磁场的场强分布影响程度降到最低的情况下利用变压器原理获取RS101辐射天线10辐射的线缆信号。
电源正端(+28V)经接口J1连接至开关K1的一端，开关K1的另一端经保险FS1连接至TVS瞬态抑制二极管D1的一端和第一电感L1的一端，电源负端(0V)即地经接口J1连接至TVS瞬态抑制二极管D1的另一端；第一电感L1的另一端连接第一电容C1的一端和第二电感L2的一端，第二电感L2的另一端连接第二电容C2的一端和第一磁环F1的一端，第一电容C1、第二电容C2的另一端接地；第一磁环F1的另一端经指示灯Z1连接至变压器T的初级的一端，变压器T的初级的另一端经加热电阻R1接地，变压器T的次级的一端连接至耦合线圈205的一端，变压器T的次级的另一端经第二磁环F2连接至输出接口J2的地端，耦合线圈205的另一端连接至输出接口J2的输出端；频谱仪等测量设备连接至输出接口J2。
本发明通过设计有比对装置安全用电保险，即保险FS1，可防止设备内部电路故障而导致的安全现象；
本发明通过设计有瞬态抑制与保护电路，可防止比对装置通断电瞬间产生电流冲击，防止对监测端口频谱仪的过载保护。
本发明通过利用加热电阻R1来控制变压器T磁性的温度，并由此来影响变压器的实际变比；当比对装置中变压器磁性温度未稳定时，其实际变比将不稳定，从而导致次级信号的变化，并因此增加测量的不确定性；通过此设计可评估实验室实际测试操作是否在EUT工作稳定后进行。
本发明利用“升压变压器”原理，将连接器位置处耦合的磁场辐射信号进行耦合、放大，并发送至频谱仪监测端口进行信号幅度实时监测，从而实现对EUT连接器位置处的测量误差评估，具体原理如图2所示。
测量接口连接器处的测量误差时，RS101辐射天线10放置于电源正端(+28V)和输入接口J1间的线缆上，RS101辐射天线10辐射的电磁场被耦合至温控模块204的变压器的初级；
本发明之比对装置的壳体及顶部测试位置周围的材质均采用极低磁导率的非磁性材料，以将对辐射磁场的场强分布影响程度降到最低。
本发明之比对装置顶部测试位置处的耦合线圈采用极低磁导率的非磁性空心线圈，以将对辐射磁场的场强分布影响程度降到最低，同时线圈直径设计小型化，例如线圈直径<5mm，高度<3mm，可以量化辐射磁场的场强空间梯度分布情况。
图3为本发明具体实施例中比对装置连接示意图，图4为本发明具体实施例中应用GJB151B-2013RS101项目的测试布置图。在本发明具体实施例中，按照GJB151B-2013RS101项目要求，被测设备使用DC 28V电源供电，设备连接完毕后，比对过程如下：
a)测试限值选择为陆军限值；
b)按照GJB151B-2013RS101项目要求进行检测；
c)记录以下频点的接收机、频谱仪的读值和对应频点的电流探头修正系数：0.025kHz、0.070kHz、0.200kHz、2.000kHz、20.000kHz、63.000kHz、100.000kHz。
d)最后根据对应频点的频谱仪读值数据差异，寻找并评估RS1O1项目影响因素及各实验室的测量不确定度。
通过本发明，可对具备GJB151A-97、GJB151B-2013及MIL-STD-461标准中RS101项目检测能力的电磁兼容实验室进行RS101项目的比对试验，以确定实验室检测能力和准确度,通过实验室比对可以确定各个比对实验室对RS101试验或测量的技术能力,还能鉴别各测试人员间存在的差异,不断提升实验室检测质量水平。
综上所述，本发明一种磁场辐射敏感度测试设备的比对装置通过利用变压器原理实现对RS101辐射天线辐射的线缆信号的耦合提取与放大，并通过频谱仪进行实时监测与显示，同时在比对装置的电源线上设计有瞬态抑制与保护电路，以保护后端频谱仪及比对装置的使用安全；通过线圈互感实现对RS101辐射天线辐射的线缆信号的提取，并选取无磁材料和低磁导率材料进行比对装置的加工，可最大程度地减小对辐射磁场均匀性的影响。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (10)

1.一种磁场辐射敏感度测试设备的比对装置，包括：
RS101辐射天线，用于辐射线缆信号；
比对模块，用于利用变压器原理从连接器接口处或从自由空间对所述RS101辐射天线辐射的线缆信号耦合提取与放大；
测量设备，用于衡量所述比对模块输出的线缆信号大小。
2.如权利要求1所述的一种磁场辐射敏感度测试设备的比对装置，其特征在于：所述比对模块包括连接器接口J1、瞬态抑制与保护电路、滤波模块、温控模块、耦合线圈和输出接口J2，所述瞬态抑制与保护电路用于可靠接通或断开外接电源，所述滤波模块用于隔离所述瞬态抑制与保护电路和温控模块之间的瞬态噪声，所述温控模块用于改变变压器T的磁性材料的温度以获取实际变比从而衡量测试等待时间，并利用变压器原理实现对所述RS101辐射天线辐射的线缆信号的耦合提取与放大，所述耦合线圈用于在对辐射磁场的场强分布影响程度降到最低的情况下利用变压器原理获取所述RS101辐射天线辐射的线缆信号。
3.如权利要求2所述的一种磁场辐射敏感度测试设备的比对装置，其特征在于：所述比对模块还包括指示灯，所述指示灯连接在所述滤波模块与所述温控模块之间。
4.如权利要求3所述的一种磁场辐射敏感度测试设备的比对装置，其特征在于：所述瞬态抑制与保护电路201包括一开关S1、一保险FS1以及一TVS瞬态抑制二极管D1，电源正端经所述连接器接口J1连接至所述开关K1的一端，所述开关K1的另一端经所述保险FS1连接至所述TVS瞬态抑制二极管D1的一端和所述滤波模块，电源负端即地经所述连接器接口J1连接至所述TVS瞬态抑制二极管D1的另一端。
5.如权利要求4所述的一种磁场辐射敏感度测试设备的比对装置，其特征在于：所述滤波模块包括第一电感L1、第一电容C1、第二电感L2、第二电容C2和第一磁环F1，所述第一电感L1一端连接所述保险FS1以及所述TVS瞬态抑制二极管D1，所述第一电感L1的另一端连接所述第一电容C1的一端和所述第二电感L2的一端，所述第二电感L2的另一端连接所述第二电容C2的一端和所述第一磁环F1的一端，所述第一电容C1、所述第二电容C2的另一端接地；所述第一磁环F1的另一端连接所述指示灯。
6.如权利要求5所述的一种磁场辐射敏感度测试设备的比对装置，其特征在于：所述温控模块包括变压器T、加热电阻R1和第二磁环F2，所述指示灯的另一端连接所述变压器T的初级的一端，所述变压器T的初级的另一端经所述加热电阻R1接地，所述变压器T的次级的一端连接至所述耦合线圈，次级的另一端经所述第二磁环F2连接至所述输出接口J2的地端。
7.如权利要求6所述的一种磁场辐射敏感度测试设备的比对装置，其特征在于：所述耦合线圈的一端连接所述变压器T的次级，另一端连接至所述输出接口J2的输出端。
8.如权利要求1所述的一种磁场辐射敏感度测试设备的比对装置，其特征在于：所述耦合线圈为小型化的极低磁导率的非磁性空心线圈。
9.如权利要求1所述的一种磁场辐射敏感度测试设备的比对装置，其特征在于：所述测量设备为频谱仪。
10.如权利要求1所述的一种磁场辐射敏感度测试设备的比对装置，其特征在于：所述比对装置的壳体及顶部测试位置周围的材质均采用极低磁导率的非磁性材料。
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