CN116298653A - 瞬态电磁干扰注入装置、瞬态电磁干扰试验系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种瞬态电磁干扰注入装置、瞬态电磁干扰试验系统和方法，属于电磁干扰技术领域。瞬态电磁干扰注入装置包括：控制设备、有界波模拟器以及干扰信号耦合线；所述控制设备与所述有界波模拟器连接，用于控制所述有界波模拟器产生模拟电磁场；所述干扰信号耦合线设置在所述有界波模拟器的两极板的平行板段之间，且平行于所述有界波模拟器的平行板段产生的电场，用于将感应到的电磁场耦合成电磁干扰信号。该瞬态电磁干扰注入装置采用有界波模拟器作为干扰源，采用干扰信号耦合线将感应到的电磁场耦合成电磁干扰信号，以传导的形式将瞬态电磁干扰注入到待测设备的端口，能更接近设备实际应用过程中面临的严酷电磁环境。
Description
技术领域
本发明涉及电磁干扰技术领域，具体地涉及一种基于有界波模拟器的瞬态电磁干扰注入装置、一种基于有界波模拟器的瞬态电磁干扰注入试验系统以及一种基于有界波模拟器的瞬态电磁干扰试验方法。
背景技术
目前常见的瞬态干扰注入方法大多采用GB/T 17626系列标准（IEC 61000-4系列）定义的方法，比如浪涌、静电ESD和电快速瞬变脉冲群等，该系列方法适用于对各类电气与电子设备作电磁兼容性的测试。
有界波模拟器是一种常见的核爆电磁脉冲模拟装置，其工作空间电场分布均匀，被广泛应用于电磁脉冲对电子设备和分系统电磁耦合效应的研究。试验时有界波模拟器作为场源来模拟电磁环境，检验设备和系统在此环境中的电磁敏感性和抗扰度水平。
现有的技术方案采用有界波模拟器作为场源，以高压瞬态电场的形式施加到被测设备周围，对电磁场如何耦合进入设备内部，其对设备产生影响的路径没有定义清晰，会导致实验室内测试与实际场景应用产生较大偏差，不能对设备的电磁兼容设计做出明确指导。
发明内容
本发明实施方式的目的是提供一种瞬态电磁干扰注入装置、瞬态电磁干扰试验系统和方法，该瞬态电磁干扰注入装置采用有界波模拟器作为干扰源，采用干扰信号耦合线将感应到的电磁场耦合成电磁干扰信号，以传导的形式将瞬态电磁干扰注入到待测设备的端口，能更接近设备实际应用过程中面临的严酷电磁环境。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种基于有界波模拟器的瞬态电磁干扰注入装置，所述装置包括：控制设备、有界波模拟器以及干扰信号耦合线；
所述控制设备与所述有界波模拟器连接，用于控制所述有界波模拟器产生模拟电磁场；
所述干扰信号耦合线设置在所述有界波模拟器的两极板的平行板段之间，且平行于所述有界波模拟器的平行板段产生的电场，用于将感应到的电磁场耦合成电磁干扰信号。
在本申请实施例中，所述干扰信号耦合线为多根线缆构成的线束。多根线缆的耦合电压大于单根线缆的耦合电压，且随着线缆根数的增加，边界效应递减。
在本申请实施例中，所述干扰信号耦合线为5根线缆构成的线束。5根线缆构成的干扰信号耦合线一方面耦合强度适合，另一方面测量便捷性高。
在本申请实施例中，所述干扰信号耦合线的长度为有界波模拟器两极板的平行板段之间能够放置的最大长度。干扰信号耦合线的长度越长，耦合电压越强。将干扰信号耦合线的长度设置为有界波模拟器两极板的平行板段之间能够放置的最大长度，能够为电磁干扰注入提供最大耦合路径。
在本申请实施例中，所述有界波模拟器包括高压脉冲激励源、两极板及终端负载，两极板分为前过渡段、平行板段和后过渡段，所述高压脉冲激励源与两极板的前过渡段连接，两极板的后过渡段与终端负载连接；所述控制设备与所述高压脉冲激励源连接，用于控制高压脉冲激励源产生脉冲，所述脉冲在两极板间产生瞬态电场。高压脉冲激励源能够在控制设备的控制下按需求产生对应的脉冲，从而产生瞬态电场，便于对注入的瞬态电磁干扰进行度量。
在本申请实施例中，所述装置还包括支架，所述支架用于将所述干扰信号耦合线固定在所述有界波模拟器的两极板的平行板段之间。支架将干扰信号耦合线固定在平行板段之间，以保障干扰信号耦合线与电磁场水平，对干扰进行有效耦合。
本发明第二方面提供一种基于有界波模拟器的瞬态电磁干扰注入试验系统，所述系统包括：
上位机以及所述的基于有界波模拟器的瞬态电磁干扰注入装置；
所述基于有界波模拟器的瞬态电磁干扰注入装置用于产生电磁干扰信号并通过设备线缆将电磁干扰信号注入待测设备；
所述上位机用于测试设备在注入的电磁干扰信号的干扰下的工作状态。使用该系统在对待测设备进行电磁干扰试验时，电磁干扰通过传导的方式注入待测设备的端口，模拟了待测设备的实际应用场景，能更接近设备实际应用过程中面临的严酷电磁环境。
在本申请实施例中，所述设备线缆为电源线缆或信号线缆。线缆根据需要验证的待测设备的性能来选择，若验证待测设备的信号在瞬态电磁干扰下的工作状态，则采用信号线缆；若验证的是待测设备的电特性在瞬态电磁干扰下的变化状态，则采用电源线缆。
本发明第三方面提供一种基于有界波模拟器的瞬态电磁干扰试验方法，所述方法基于所述的基于有界波模拟器的瞬态电磁干扰注入试验系统，所述方法包括：
控制所述基于有界波模拟器的瞬态电磁干扰注入装置按照初始激励电压产生电磁干扰信号并通过设备线缆将电磁干扰信号注入待测设备；
通过上位机监测设备的工作状态；
若确定设备工作状态正常，则按照预设步进增加激励电压，重复测试；
确定测试完成，记录测试结果。通过上述方法可以实现对待测设备的电磁干扰测试，按照本方法测试通过后的设备能在恶劣电磁环境下正常运行。
在本申请实施例中，出现下述状态之一，确定测试完成：
确定设备工作状态异常，或者测试达到预设的最大激励电压；
所述记录测试结果包括：记录设备的异常现象或者最大激励电压。若在中间某一激励电压时，待测设备异常，则该设备在更大的激励电压下稳定性更弱，无需再进行测量；若已经达到最大激励电压，则该设备在预设的瞬态电磁干扰下可以正常工作，不需再进行测试。
通过上述技术方案，该瞬态电磁干扰注入装置采用有界波模拟器作为干扰源，采用干扰信号耦合线将感应到的电磁场耦合成电磁干扰信号，以传导的形式将瞬态电磁干扰注入到待测设备的端口，能更接近设备实际应用过程中面临的严酷电磁环境。
本发明实施方式的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明实施方式的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施方式，但并不构成对本发明实施方式的限制。在附图中：
图1是本发明第一种实施方式提供的基于有界波模拟器的瞬态电磁干扰注入装置示意图；
图2是本发明第一种实施方式提供的基于有界波模拟器的瞬态电磁干扰注入试验系统示意图；
图3是本发明第二种实施方式提供的基于有界波模拟器的瞬态电磁干扰注入装置示意图；
图4是本发明第二种实施方式提供的基于有界波模拟器的瞬态电磁干扰注入试验系统示意图；
图5是本发明一种实施方式提供的基于有界波模拟器的瞬态电磁干扰注入试验方法流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本发明实施例中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系。
术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平、竖直或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
此外，“大致”、“基本”等用语旨在说明相关内容并不是要求绝对的精确，而是可以有一定的偏差。例如：“大致相等”并不仅仅表示绝对的相等，由于实际生产、操作过程中，难以做到绝对的“相等”，一般都存在一定的偏差。因此，除了绝对相等之外，“大致等于”还包括上述的存在一定偏差的情况。以此为例，其他情况下，除非有特别说明，“大致”、“基本”等用语均为与上述类似的含义。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例一
图1是本发明一种实施方式提供的基于有界波模拟器的瞬态电磁干扰注入装置示意图。如图1所示，所述装置包括：控制设备、有界波模拟器以及干扰信号耦合线；
所述控制设备与所述有界波模拟器连接，用于控制所述有界波模拟器产生模拟电磁场；
所述干扰信号耦合线设置在所述有界波模拟器的两极板的平行板段之间，且平行于所述有界波模拟器的平行板段产生的电场，用于将感应到的电磁场耦合成电磁干扰信号。干扰信号耦合线实现干扰信号耦合的原理是：电磁脉冲产生的空间电磁场，在线缆上产生感应电流，感应电流再经过多径效应的叠加沿着线缆传导，形成瞬态电磁干扰信号。
在本申请实施例中，所述干扰信号耦合线为多根线缆构成的线束。多根线缆的耦合电压大于单根线缆的耦合电压，且随着线缆根数的增加，边界效应递减。在本实施例中，干扰信号耦合线为3根线缆构成的线束，其中，3根线缆相互编织构成线束，线束整体与有界波模拟器的平行板段产生的电场平行，即线束两端点之间的连线与有界波模拟器的平行板段产生的电场平行。
在本申请实施例中，所述干扰信号耦合线的长度为有界波模拟器两极板的平行板段之间能够放置的最大长度。干扰信号耦合线的长度越长，耦合电压越强。将干扰信号耦合线的长度设置为有界波模拟器两极板的平行板段之间能够放置的最大长度能够为电磁干扰注入提供最大耦合路径。
在本申请实施例中，所述有界波模拟器包括高压脉冲激励源、两极板及终端负载，两极板分为前过渡段、平行板段和后过渡段，所述高压脉冲激励源与两极板的前过渡段连接，两极板的后过渡段与终端负载连接；所述控制设备与所述高压脉冲激励源连接，用于控制高压脉冲激励源产生脉冲，所述脉冲在两极板间产生瞬态电场。高压脉冲激励源能够在控制设备的控制下按需求产生对应的脉冲，从而产生瞬态电场，便于对注入的瞬态电磁干扰进行度量。
高压脉冲激励源包括直流高压模块、充电电阻、储能电容以及空气开关，直流高压模块用于输出直流高压，并通过充电电阻将直流高压压缩至储能电容，为储能电容充电，当储能电容充电等级达到设定要求后，触发空气开关击穿以形成对应的电压脉冲，电压脉冲经两极板传输到终端负载。有界波模拟器的两极板可以分为前过渡段、平行板段和后过渡段，前过渡段与高压脉冲激励源连接，后过渡段与终端负载连接，平行板段设置在前过渡段和后过渡段之间，分别与前过渡段和后过渡段连接。在本申请实施例中，空气开关形成的脉冲为双指数脉冲，脉冲的上升沿时间为5ns，持续时间为1us，这样在有界波模拟器中间的工作区域产生瞬态电场。
在本申请实施例中，为了保障干扰信号耦合线与电磁场水平，将干扰信号耦合线固定在有界波模拟器的上棱。
本发明还提供一种基于有界波模拟器的瞬态电磁干扰注入试验系统，如图2所示，所述系统包括：
上位机以及实施例一中所述的基于有界波模拟器的瞬态电磁干扰注入装置；
所述基于有界波模拟器的瞬态电磁干扰注入装置用于产生电磁干扰信号并通过设备线缆将电磁干扰信号注入待测设备；
所述上位机用于测试设备在注入的电磁干扰信号的干扰下的工作状态。使用该系统在对待测设备进行电磁干扰试验时，电磁干扰通过传导的方式注入待测设备的端口，模拟了待测设备的实际应用场景，能更接近设备实际应用过程中面临的严酷电磁环境。
在本申请实施例中，所述设备线缆为电源线缆或信号线缆。线缆根据需要验证的待测设备的性能来选择，若验证待测设备的信号在瞬态电磁干扰下的工作状态，则采用信号线缆；若验证的是待测设备的电特性在瞬态电磁干扰下的变化状态，则采用电源线缆。
实施例二
本实施例提供一种基于有界波模拟器的瞬态电磁干扰注入装置，如图3所示，所述装置包括：控制设备、有界波模拟器以及干扰信号耦合线；
所述控制设备与所述有界波模拟器连接，用于控制所述有界波模拟器产生模拟电磁场；
所述干扰信号耦合线设置在所述有界波模拟器的两极板的平行板段之间，且平行于所述有界波模拟器的平行板段产生的电场，用于将感应到的电磁场耦合成电磁干扰信号。干扰信号耦合线实现干扰信号耦合的原理是：电磁脉冲产生的空间电磁场，在线缆上产生感应电流，感应电流再经过多径效应的叠加沿着线缆传导，形成瞬态电磁干扰信号。
在本申请实施例中，所述干扰信号耦合线为多根线缆构成的线束。多根线缆的耦合电压大于单根线缆的耦合电压，且随着线缆根数的增加，边界效应递减。在本实施例中，干扰信号耦合线为5根线缆构成。5根线缆构成的干扰信号耦合线一方面耦合强度适合，另一方面测量便捷性高。其中，5根线缆相互编织构成线束，线束整体与有界波模拟器的平行板段产生的电场平行，即线束两端点之间的连线与有界波模拟器的平行板段产生的电场平行。
在本申请实施例中，所述干扰信号耦合线的长度为有界波模拟器两极板的平行板段之间能够放置的最大长度。干扰信号耦合线的长度越长，耦合电压越强。将干扰信号耦合线的长度设置为有界波模拟器两极板的平行板段之间能够放置的最大长度能够为电磁干扰注入提供最大耦合路径。
在本申请实施例中，所述有界波模拟器包括高压脉冲激励源、两极板及终端负载，两极板分为前过渡段、平行板段和后过渡段，所述高压脉冲激励源与两极板的前过渡段连接，两极板的后过渡段与终端负载连接；所述控制设备与所述高压脉冲激励源连接，用于控制高压脉冲激励源产生脉冲，所述脉冲在两极板间产生瞬态电场。高压脉冲激励源能够在控制设备的控制下按需求产生对应的脉冲，从而产生瞬态电场，便于对注入的瞬态电磁干扰进行度量。
在本申请实施例中，所述装置还包括支架，所述支架用于将所述干扰信号耦合线固定在所述有界波模拟器的两极板的平行板段之间。支架将干扰信号耦合线固定在平行板段之间，以保障干扰信号耦合线与电磁场水平，对干扰进行有效耦合。
本发明还提供一种基于有界波模拟器的瞬态电磁干扰注入试验系统，如图4所示，所述系统包括：
上位机以及实施例二中所述的基于有界波模拟器的瞬态电磁干扰注入装置；
所述基于有界波模拟器的瞬态电磁干扰注入装置用于产生电磁干扰信号并通过设备线缆将电磁干扰信号注入待测设备；
所述上位机用于测试设备在注入的电磁干扰信号的干扰下的工作状态。使用该系统在对待测设备进行电磁干扰试验时，电磁干扰通过传导的方式注入待测设备的端口，模拟了待测设备的实际应用场景，能更接近设备实际应用过程中面临的严酷电磁环境。
在本申请实施例中，所述设备线缆为电源线缆或信号线缆。线缆根据需要验证的待测设备的性能来选择，若验证待测设备的信号在瞬态电磁干扰下的工作状态，则采用信号线缆；若验证的是待测设备的电特性在瞬态电磁干扰下的变化状态，则采用电源线缆。
本发明实施例还提供一种基于有界波模拟器的瞬态电磁干扰试验方法，所述方法基于所述的基于有界波模拟器的瞬态电磁干扰注入试验系统，所述方法包括：
控制所述基于有界波模拟器的瞬态电磁干扰注入装置按照初始激励电压产生电磁干扰信号并通过设备线缆将电磁干扰信号注入待测设备；
通过上位机监测设备的工作状态；
若确定设备工作状态正常，则按照预设步进增加激励电压，重复测试；
确定测试完成，记录测试结果。通过上述方法可以实现对待测设备的电磁干扰测试，按照本方法测试通过后的设备能在恶劣电磁环境下正常运行。
在本申请实施例中，出现下述状态之一，确定测试完成：
确定设备工作状态异常，或者测试达到预设的最大激励电压；
所述记录测试结果包括：记录设备的异常现象或者最大激励电压。若在中间某一激励电压时，待测设备异常，则该设备在更大的激励电压下稳定性更弱，无需再进行测量；若已经达到最大激励电压，则该设备在预设的瞬态电磁干扰下可以正常工作，不需再进行测试。
在实际应用中，可以采用中间的平行板段高1.2 m，宽1.9 m，前过渡段上、下两极板之间的夹角是37.7°，单个极板的顶角是66°，后过渡段与前过渡段相对称的有界波模拟器，该有界波模拟器前过渡段、平行板段、后过渡段在内的上、下极板都采用了厚度为3 mm的铝板。在该有界波模拟器中，可以设置的干扰信号耦合线长度为1米，可以为电磁干扰注入提供最大耦合路径。
在实际试验过程中，如图5所示，首先根据试验系统的设计完成待测设备连接，设计好初始激励电压和电压步进值，初始激励电压一般设置为5kV，具体可以根据待测设备及需求进行设置。然后通过上位机监测待测设备的工作状态。一般的，干扰注入的驻留时间设为1min，以保障上位机能够监测到待测设备的工作状态。如果待测设备工作状态正常，未发生故障，则按照预设电压步进值增加激励电压，监测待测设备的工作状态，重复增压-监测步骤，直到待测设备出现故障或者达到规定的最大激励电压，记录待测设备故障现象或最大激励电压，试验结束。一般的，预设电压步进值为500V。本发明以传导的形式将瞬态电场施加到设备端口，为电磁干扰注入提供最大耦合路径，相较于传统测试方法能更接近设备实际应用过程面临中最严酷的电磁环境，确保按照本方法测试通过后的设备能在恶劣电磁环境下正常运行。
本领域技术人员可以理解实现上述实施方式的方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器（processor）执行本发明各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上结合附图详细描述了本发明的可选实施方式，但是，本发明实施方式并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施方式的技术构思范围内，可以对本发明实施方式的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施方式的保护范围。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施方式对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施方式的思想，其同样应当视为本发明实施方式所公开的内容。
Claims (10)
1.一种基于有界波模拟器的瞬态电磁干扰注入装置，其特征在于，所述装置包括：控制设备、有界波模拟器以及干扰信号耦合线；
所述控制设备与所述有界波模拟器连接，用于控制所述有界波模拟器产生模拟电磁场；
所述干扰信号耦合线设置在所述有界波模拟器的两极板的平行板段之间，且平行于所述有界波模拟器的平行板段产生的电场，用于将感应到的电磁场耦合成电磁干扰信号。
2.根据权利要求1所述的基于有界波模拟器的瞬态电磁干扰注入装置，其特征在于，所述干扰信号耦合线为多根线缆构成的线束。
3.根据权利要求2所述的基于有界波模拟器的瞬态电磁干扰注入装置，其特征在于，所述干扰信号耦合线为5根线缆构成的线束。
4.根据权利要求1所述的基于有界波模拟器的瞬态电磁干扰注入装置，其特征在于，所述干扰信号耦合线的长度为有界波模拟器两极板的平行板段之间能够放置的最大长度。
5.根据权利要求1所述的基于有界波模拟器的瞬态电磁干扰注入装置，其特征在于，所述有界波模拟器包括高压脉冲激励源、两极板及终端负载，两极板分为前过渡段、平行板段和后过渡段，所述高压脉冲激励源与两极板的前过渡段连接，两极板的后过渡段与终端负载连接；所述控制设备与所述高压脉冲激励源连接，用于控制高压脉冲激励源产生脉冲，所述脉冲在两极板间产生瞬态电场。
6.根据权利要求1所述的基于有界波模拟器的瞬态电磁干扰注入装置，其特征在于，所述装置还包括支架，所述支架用于将所述干扰信号耦合线固定在所述有界波模拟器的两极板的平行板段之间。
7.一种基于有界波模拟器的瞬态电磁干扰注入试验系统，其特征在于，所述系统包括：
上位机以及权利要求1-6中任一项所述的基于有界波模拟器的瞬态电磁干扰注入装置；
所述基于有界波模拟器的瞬态电磁干扰注入装置用于产生电磁干扰信号并通过设备线缆将电磁干扰信号注入待测设备；
所述上位机用于测试设备在注入的电磁干扰信号的干扰下的工作状态。
8.根据权利要求7所述的基于有界波模拟器的瞬态电磁干扰注入试验系统，其特征在于，所述设备线缆为电源线缆或信号线缆。
9.一种基于有界波模拟器的瞬态电磁干扰试验方法，其特征在于，所述方法基于权利要求7-8中任一项所述的基于有界波模拟器的瞬态电磁干扰注入试验系统，所述方法包括：
控制所述基于有界波模拟器的瞬态电磁干扰注入装置按照初始激励电压产生电磁干扰信号并通过设备线缆将电磁干扰信号注入待测设备；
通过上位机监测设备的工作状态；
若确定设备工作状态正常，则按照预设步进增加激励电压，重复测试；
确定测试完成，记录测试结果。
10.根据权利要求9所述的基于有界波模拟器的瞬态电磁干扰试验方法，其特征在于，出现下述状态之一，确定测试完成：
确定设备工作状态异常，或者测试达到预设的最大激励电压；
所述记录测试结果包括：
记录设备的异常现象或者最大激励电压。
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