CN114371356A - 一种低频高精度传导注入电压实时监测方法和系统 - Google Patents

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张明
倪超
任平
王馨怡
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Abstract

本发明提供了一种低频高精度传导注入电压实时监测方法和系统，采用高通滤波器有效滤除了测试过程中的供电电压，提高了测试安全性；通过高精度、高采样率的电压采样模块采集低频注入电压信号得到时域数据，经过处理后得到频域数据，提高了测试系统的动态范围；实现了在交流供电系统进行低频注入干扰试验时，快速准确地测试交流信号上叠加的小信号的功能。本发明适用于各种交直流供电系统中宽频段小信号测试，由于测试系统频率低，用采集卡即可完成对低频电压信号的采集，无需采用高采样率、高带宽示波器采集信号，在很大程度上降低了对示波器的要求，有效地降低了成本，也便于测试系统小型化，便于完成电磁兼容标准考核试验。

Description

一种低频高精度传导注入电压实时监测方法和系统
技术领域
本发明属于电磁兼容测试技术领域，具体涉及一种低频高精度传导注入电压实时监测方法和系统。
背景技术
在电磁兼容测试中，低频传导注入敏感度试验是电磁兼容测试领域最常用的考核项目之一，一般频率范围覆盖25Hz-150kHz，该项目用来验证EUT承受耦合到输入电源线上信号的能力。测试前需先对测试系统在纯阻负载下进行校准，得到一组输出功率校准值，测试过程中按照标准中要求的电压限值和校准过程中的功率值两者取较小者进行信号电平注入。当EUT是交流供电时，在交流供电系统中供电一般为220V或者380V，注入干扰信号将会叠加在交流供电信号上。按照测试依据标准要求，测试中需要对注入信号进行实时监测，而GJB151B-2013中在150kHz处需要注入电压为67mV(即96.5dBuV,见图5)，常用于此项目测试的示波器为8位或12位精度，测量220V供电电压信号时，示波器最小能分辨的信号约50mV，测量380V供电电压信号时，示波器最小能分辨的信号约93mV，最小分辨信号均接近甚至超过需要测试信号，故在交流供电系统的供电线路上测试此小信号会产生较大误差，甚至无法测到需要的小信号。如果提高示波器精度，将会带来极大测试成本。
在实际测试过程中，对较大交流信号上叠加的小信号进行测试时，如果直接用示波器测试无法直接获取小信号大小，常用方式是利用示波器FFT功能进行小信号测试，受测试精度影响，往往无法测试到准确的注入干扰信号。为此，需要研究新的测试方法以规避上述问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种低频高精度传导注入电压实时监测方法和系统，用于快速准确地测试交流信号上叠加的小信号。
本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种低频高精度传导注入电压实时监测方法，包括以下步骤：
S1：设计高通滤波器用于滤除测试过程中EUT被测设备的供电电压信号；拟合高通滤波器的频率响应曲线与国家标准的CS101电压限值，使注入电压在测试频段范围内保持平坦的监测值；
S2：校准高通滤波器的频率响应参数；
S3：设计高精度、高采样率的电压采样模块用于采集低频注入电压信号，并将采集到的时域信号转换成频域信号；
S4：将高通滤波器的第一输入端和第二输入端分别连接至EUT被测设备的供电端，将高通滤波器的输出端通过射频同轴连接器和同轴线连接电压采样模块的信号输入端；将耦合变压器、功率放大器、信号发生器依次连接到EUT被测设备的供电回路中；
S5：存储并分析电压采样模块采集的实时的时域信号，并进行FFT将时域信号转换成频域信号，按照测试标准要求的注入限值比较频域数据，实现闭环测试要求。
按上述方案，所述的步骤S2中，具体步骤为：
S21：将信号发生器的信号输出端分别连接高通滤波器的第一输入端和第二输入端，将示波器的高阻电压探头分别连接高通滤波器的第一输入端和第二输入端，将高通滤波器的输出端通过射频同轴连接器和同轴线连接测试接收机；
S22：将信号发生器选定适当的输出幅度，使信号频率从低频段按照一定步进调至高频段，记录每个频点处示波器的示数和测试接收机的示数，设高通滤波器的频率响应参数为k，单位是dB；示波器的示数为UOSC，单位是V；测试接收机的示数为Urec，单位是dBuV，按如下公式计算高通滤波器的频率响应参数k：
Figure BDA0003434453430000021
一种低频高精度传导注入电压实时监测系统，包括高通滤波器、电压采样模块、耦合变压器、功率放大器、信号发生器；高通滤波器的第一输入端和第二输入端分别连接至EUT被测设备的供电端，用于滤除测试过程中EUT被测设备的供电电压信号；电压采样模块的信号输入端通过射频同轴连接器和同轴线连接高通滤波器的输出端，用于采集低频注入电压信号并将采集到的时域信号转换成频域信号；耦合变压器、功率放大器、信号发生器依次连接到EUT被测设备的供电回路中。
进一步的，高通滤波器的第一输入端和第二输入端为测试夹子，高通滤波器的输出端为射频同轴连接器。
进一步的，高通滤波器的输入阻抗在20Hz～150kHz频段范围内为高阻。
进一步的，电压采样模块采用垂直分辨率为16位、采样率高于10Msa/s、具备FFT功能的采样芯片。
本发明的有益效果为：
1.本发明的一种低频高精度传导注入电压实时监测方法和系统，采用高通滤波器有效滤除了测试过程中的供电电压，提高了测试安全性；通过高精度、高采样率的电压采样模块采集低频注入电压信号得到时域数据，经过处理后得到频域数据，提高了测试系统的动态范围；实现了在交流供电系统进行低频注入干扰试验时，快速准确地测试交流信号上叠加的小信号的功能。
2.本发明适用于各种交直流供电系统中宽频段小信号测试，由于测试系统频率低，用采集卡即可完成对低频电压信号的采集，无需采用高采样率、高带宽示波器采集信号，在很大程度上降低了对示波器的要求，有效地降低了成本，也便于测试系统小型化，便于完成电磁兼容标准考核试验。
附图说明
图1是本发明实施例的高通滤波器频率响应曲线图。
图2是本发明实施例的高通滤波器示意图图。
图3是本发明实施例的高通滤波器频响校准框图。
图4是本发明实施例的原理框图。
图5是本发明实施例的CS101电压限值曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参见图4，本发明的实施例包括音频功率放大器、注入耦合变压器、高通滤波器和电压采样模块；
本发明实施例的一种低频高精度传导注入电压实时监测方法，包括以下步骤：
S1：综合设计一款高通滤波器，将高通滤波器的频率响应曲线(参见图1)与GJB151B中CS101电压限值(参见图5)拟合后，使监测的注入电压在要求测试频段范围内保持较为平坦的监测值。该高通滤波器输入阻抗在20Hz-150kHz为高阻，滤波器输入端引出两个测试端子，将测试端子通过测试夹子线连接至EUT供电端，滤波器输出端为射频同轴连接器，如图2所示。
高通滤波器用于滤除测试过程中的EUT供电电压信号(通常EUT交流供电信号频率为50Hz和航空领域使用较多的400Hz)。将EUT供电信号滤除后，供电信号衰减至毫伏级，从而极大程度降低了整个监测系统复杂性，并提高测试安全性。
S2：对高通滤波器频响参数进行校准，校准框图如图3。
信号发生器通过电缆连接至高通滤波器输入端，同时输入端通过连接至示波器的高阻电压探头对输入信号进行监测，高通滤波器输出端的射频同轴接口连接至测试接收机，信号发生器选定适当输出幅度，频率从低频段按照一定步进调至高频段，记录每个频点处示波器的示数和测试接收机的示数，通过公式(1)即可得出高通滤波器的频率响应参数，即系数k。
Figure BDA0003434453430000041
其中：k为高通滤波器系数，单位是dB；UOSC为示波器示数，单位是V；Urec为测试接收机示数，单位是dBuV。
S3：再设计一款高精度、高采样率的电压采样模块用于采集低频注入电压信号；高精度数据采集模块采用垂直分辨率为16位，采样率高于10Msa/s的芯片用于满足本系统的测试要求，高精度数据采集模块具备FFT功能，用于将采集到达时域信号转换成频域信号。
S4：通过软件将电压采集系统获得实时的时域数据进行存储分析，并对时域数据进行FFT，即可最终得到频域数据，按照测试标准要求的注入限值对频域数据进行比较，实现闭环测试要求。
以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种低频高精度传导注入电压实时监测方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：设计高通滤波器用于滤除测试过程中EUT被测设备的供电电压信号；拟合高通滤波器的频率响应曲线与国家标准的CS101电压限值，使注入电压在测试频段范围内保持平坦的监测值；
S2：校准高通滤波器的频率响应参数；
S3：设计高精度、高采样率的电压采样模块用于采集低频注入电压信号，并将采集到的时域信号转换成频域信号；
S4：将高通滤波器的第一输入端和第二输入端分别连接至EUT被测设备的供电端，将高通滤波器的输出端通过射频同轴连接器和同轴线连接电压采样模块的信号输入端；将耦合变压器、功率放大器、信号发生器依次连接到EUT被测设备的供电回路中；
S5：存储并分析电压采样模块采集的实时的时域信号，并进行FFT将时域信号转换成频域信号，按照测试标准要求的注入限值比较频域数据，实现闭环测试要求。
2.根据权利要求1所述的一种低频高精度传导注入电压实时监测方法，其特征在于：所述的步骤S2中，具体步骤为：
S21：将信号发生器的信号输出端分别连接高通滤波器的第一输入端和第二输入端，将示波器的高阻电压探头分别连接高通滤波器的第一输入端和第二输入端，将高通滤波器的输出端通过射频同轴连接器和同轴线连接测试接收机；
S22：将信号发生器选定适当的输出幅度，使信号频率从低频段按照一定步进调至高频段，记录每个频点处示波器的示数和测试接收机的示数，设高通滤波器的频率响应参数为k，单位是dB；示波器的示数为UOSC，单位是V；测试接收机的示数为Urec，单位是dBuV，按如下公式计算高通滤波器的频率响应参数k：
Figure FDA0003434453420000011
3.一种用于权利要求1至2中任意一项所述的低频高精度传导注入电压实时监测方法的监测系统，其特征在于：包括高通滤波器、电压采样模块、耦合变压器、功率放大器、信号发生器；
高通滤波器的第一输入端和第二输入端分别连接至EUT被测设备的供电端，用于滤除测试过程中EUT被测设备的供电电压信号；
电压采样模块的信号输入端通过射频同轴连接器和同轴线连接高通滤波器的输出端，用于采集低频注入电压信号并将采集到的时域信号转换成频域信号；
耦合变压器、功率放大器、信号发生器依次连接到EUT被测设备的供电回路中。
4.根据权利要求3所述的监测系统，其特征在于：
高通滤波器的第一输入端和第二输入端为测试夹子，高通滤波器的输出端为射频同轴连接器。
5.根据权利要求3所述的监测系统，其特征在于：
高通滤波器的输入阻抗在20Hz～150kHz频段范围内为高阻。
6.根据权利要求3所述的监测系统，其特征在于：
电压采样模块采用垂直分辨率为16位、采样率高于10Msa/s、具备FFT功能的采样芯片。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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