CN116930665A - 一种飞机静电放电射频噪声测试设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及飞机电磁环境测试技术领域，公开了一种飞机静电放电射频噪声测试设备及方法，该飞机静电放电射频噪声测试设备包括安装平台和监测单元，安装平台上安装有杯状电极，杯状电极的上方布置有静电放电器，静电放电器的放电端插入至杯状电极内，安装平台上还安装有环形天线，环形天线中心法线与杯状电极的中心相交，杯状电极的底部安装有连接轴，连接轴安装于安装平台上，连接轴的内部安装有导线一，导线一的一端与杯状电极的输入端连接，环形天线的输入端连接有导线二；本发明通过自动调节测试过程中天线的空间位置以及静电放电器插入到杯状电极的深度，大大提高了测试的效率和自动化程度，测试结果的精准度得到有效地提高。

Description

一种飞机静电放电射频噪声测试设备及方法

技术领域

本发明涉及飞机电磁环境测试领域，更具体地说，它涉及一种飞机静电放电射频噪声测试设备及方法。

背景技术

飞机在高空飞行时，其表面与大气摩擦产生沉积静电，在飞机上安装的静电放大器用于平稳的泄放机体表面产生的沉积静电荷，沉积静电在泄放过程中产生的射频噪声会被飞机上的天线接收，当噪声信号强度超过无线电接收机的接收门限时，就会对无线电设备产生干扰。现在需要测量静电放电的射频噪声，对静电放电器进行选型，以防止静电泄放产生的射频噪声通过天线对无线电接收机产生干扰。

在现有的测试方法中，首先将试验装置置于屏蔽室内，然后将可变电压源与杯状电极连通，静电放电器置于杯状电极中，通过逐渐增大可变电压源的电压，使杯状电极中存在电场差异，导致静电电荷积累并最终放电；而测试电路中还通过连接电流表，来监控放电过程中的放电电流大小；并且将环形天线与频谱分析仪连接，利用环形天线接收放电过程中的电磁波，在此过程中电磁波信号转换为高频电磁流信号，高频电磁流信号送入频谱分析仪，频谱分析仪显示其幅值，最后再通过移动环形天线的位置，观测频谱分析仪在电极放电过程中的最大幅值，以此了解到放电现象的强度和特征。

在放电过程中，环形天线起到接收或发射无线信号的作用，而杯状电极则是电场感应装置，用于检测环境中的电场变化。为了天线能够更好地接收到电极放电过程中产生的信号，以及确保天线与电极之间的最佳耦合效果，需要保持环形天线的法线与杯电极的中心始终相交；然后再移动环形天线的位置，观测频谱分析仪在电极放电过程中的最大幅值。

总而言之，环形天线的法线与杯状电极的中心相交是为了确保有效的信号传递，而移动环形天线的位置并测量频谱分析仪，可以帮助我们了解放电过程中的幅值变化。

但在目前的测试方法中，环形天线调整位置通常需要人工来手动调节，来保证每次环形天线的法线与杯状电极的中心都相交，由于需要多次测试，才能最终确定环形天线的最佳位置以观测到频谱分析仪在电极放电过程中的最大幅值，并且为了测试出静电放电器的放电阈值与杯电极位置之间的关系，还需要不停调整静电放电器插入到杯电极中的位置，每次静电放电器插入位置的变化都还需要环形天线根据上述调整操作进行人工调位，因此在一次完整的测试下来，人工的测试效率低，自动化程度低。

发明内容

本发明提供一种飞机静电放电射频噪声测试设备及方法，解决相关技术中人工调试环形天线和静电放电器的自动化程度和测试效率低的技术问题。

本发明提供了一种飞机静电放电射频噪声测试设备，包括安装平台和监测单元，安装平台上安装有杯状电极，杯状电极的上方布置有静电放电器，静电放电器的放电端插入至杯状电极内，安装平台上还安装有环形天线，环形天线中心法线与杯状电极的中心相交，杯状电极的底部安装有连接轴，连接轴安装于安装平台上，连接轴的内部安装有导线一，导线一的一端与杯状电极的输入端连接，环形天线的输入端连接有导线二；

监测单元包括可变电压源、电流表和频谱分析仪，导线一远离杯状电极的一端与可变电压源连接，电流表用于监控放电过程中的放电电流，导线二远离环形天线的一端与频谱分析仪连接；

安装平台上还安装有调节单元，调节单元包括第一调节机构和第二调节机构，第一调节机构用于驱动环形天线以杯状电极中心的竖直轴线为轴旋转，第二调节机构用于驱动环形天线以杯状电极中心的水平轴线为轴旋转。

在一个优选的实施方式中，第一调节机构包括驱动件二，驱动件二的输出端连接有齿轮一，安装平台上转动安装有转轴，转轴上套装有齿轮二，齿轮一与齿轮二啮合连接，环形天线与转轴连接。

在一个优选的实施方式中，转轴通过轴承套装于连接轴外，且转轴与连接轴同轴设置，转轴的顶端固定连接有十字架一，环形天线固定安装于十字架一上。

在一个优选的实施方式中，第二调节机构包括齿环架，齿环架固定安装于转轴上，且齿环架的中轴线与杯状电极的中心相交，齿环架上安装有行走机构，行走机构可沿齿环架的圆周轨迹行走，环形天线安装于行走机构上。

在一个优选的实施方式中，行走机构包括滑动架，滑动架上转动安装有主动轴，主动轴上固定安装有齿轮五，齿轮五与齿环架啮合连接，滑动架上还转动安装有从动轴，从动轴上固定安装有导轮，齿环架的外圈开设有导槽，导轮滚动设于导槽内，滑动架上固定安装有驱动件三，驱动件三的输出端固定安装有齿轮四，主动轴上还安装有齿轮三，齿轮三与齿轮四啮合连接。

在一个优选的实施方式中，滑动架上固定安装有直线滑轨，直线滑轨上滑动安装有滑板，直线滑轨上固定安装有驱动件四，驱动件四用于驱动滑板沿直线滑轨直线运动，且环形天线固定安装于滑板上。

在一个优选的实施方式中，齿环架设置有两个，且两个齿环架关于杯状电极的中心截面呈对称布置，两个齿环架之间固定连接有多个连接柱。

在一个优选的实施方式中，安装平台上还固定安装有十字架二，十字架二与十字架一平行且对应设置，十字架一与十字架二之间固定连接有连接杆，十字架二的中心固定连接有驱动件一，驱动件一的输出端固定连接有安装板，静电放电器固定安装于安装板上。

在一个优选的实施方式中，杯状电极由上半部分为柱体和下半部分为半球体组成，且杯状电极的内部为中空结构。

一种测试飞机静电放电射频噪声的方法，包括以下步骤：

步骤一、将可变电压源与杯状电极连通，静电放电器置于杯状电极中；

步骤二、逐渐增大可变电压源的电压，直至杯状电极放电，使用电流表来监控杯状电极放电过程中的放电电流大小；

步骤三、将环形天线与频谱分析仪连接，利用环形天线接收放电过程中的电磁波；

步骤四、调节单元驱动环形天线绕杯状电极的中心做球形轨迹运动，并停在待测空间位置，并且在待测空间位置的环形天线的法线始终与杯状电极的中心相交；

步骤五、驱动件一驱动静电放电器竖向运动，调整静电放电器插入至杯状电极中的待测深度；

步骤六、多次重复步骤四，观测频谱分析仪在不同环形天线的待测空间位置时，对应的杯状电极放电过程中的幅值变化，确定放电过程中的最大幅值以及放电过程中的最大幅值对应的环形天线和杯状电极的空间位置。

本发明的有益效果在于：本发明通过自动调节测试过程中环形天线的空间位置以及静电放电器插入到杯状电极的深度，大大提高了测试的效率和自动化程度，测试结果的精准度得到有效地提高。

附图说明

图1是本发明测试设备的结构示意图。

图2是本发明测试设备的正视结构示意图。

图3是本发明测试设备带第二调节机构的正视结构示意图。

图4是本发明图3的侧视结构示意图。

图5是本发明杯状电极、环形天线和静电放电器的结构示意图。

图6是本发明图1中A处结构的放大示意图。

图7是本发明第二调节机构的侧视结构示意图。

图8是本发明图3中B处结构的放大示意图。

图9是本发明行走机构的结构示意图。

图10是本发明测试方法的流程图。

图中：1、安装平台；11、十字架一；12、十字架二；13、连接杆；14、转轴；2、杯状电极；21、连接轴；22、导线一；3、环形天线；31、导线二；4、静电放电器；41、安装板；42、驱动件一；5、监测单元；6、第一调节机构；61、驱动件二；611、齿轮一；62、齿轮二；7、第二调节机构；71、齿环架；72、连接柱；73、行走机构；731、滑动架；732、主动轴；7321、齿轮三；733、从动轴；734、驱动件三；7341、齿轮四；735、直线滑轨；736、滑板；737、驱动件四。

具体实施方式

现在将参考示例实施方式讨论本文描述的主题。应该理解，讨论这些实施方式只是为了使得本领域技术人员能够更好地理解从而实现本文描述的主题，可以在不脱离本说明书内容的保护范围的情况下，对所讨论的元素的功能和排列进行改变。各个示例可以根据需要，省略、替代或者添加各种过程或组件。另外，相对一些示例所描述的特征在其他例子中也可以进行组合。

如图1-图9所示，一种飞机静电放电射频噪声测试设备，包括安装平台1和监测单元5，安装平台1上安装有杯状电极2，杯状电极2由上半部分为柱体和下半部分为半球体组成，且杯状电极2的内部为中空结构，杯状电极2的上方布置有静电放电器4，静电放电器4的放电端插入至杯状电极2内，安装平台1上还安装有环形天线3，环形天线3中心法线与杯状电极2的中心相交，杯状电极2的底部安装有连接轴21，连接轴21安装于安装平台1上，连接轴21的内部安装有导线一22，导线一22的一端与杯状电极2的输入端连接，环形天线3的输入端连接有导线二31；

监测单元5包括可变电压源、电流表和频谱分析仪，导线一22远离杯状电极2的一端与可变电压源连接，电流表用于监控放电过程中的放电电流，具体地，采用电流表在放电过程实时记录瞬态放电电流的大小，导线二31远离环形天线3的一端与频谱分析仪连接，环形天线3接收放电过程中的电磁波，并将电磁波信号转换为高频电磁流信号，高频电磁流信号送入频谱分析仪，频谱分析仪显示高频电磁流信号的幅值；

安装平台1上还安装有调节单元，调节单元包括第一调节机构6和第二调节机构7，第一调节机构6用于驱动环形天线3以杯状电极2中心的竖直轴线为轴旋转，第二调节机构7用于驱动环形天线3以杯状电极2中心的水平轴线为轴旋转。

需要说明的是，安装平台1、十字架一11、十字架二12、连接轴21和调节单元等一些其他用于支撑或调节的结构部件均采用金属屏蔽材料或电磁屏蔽材料制成，或者在上述结构部件表面涂布防电磁涂层，用于减小结构部件吸收电磁波，提高测试结果的准确性。

需要进一步说明的是，电流表与可变电压源的供电线路串联；逐渐增大可变电压源的电压，并实时观测频谱分析仪中数值变化，直至杯状电极2对静电放电器4放电，放电过程中，采用的可变电压源能够观测到静电放电的电压阈值，能够通过实验获得不同静电放电器4的放电阈值；环形天线3采用高频电缆，穿过屏蔽室与监测单元5的频谱分析仪连接。

第一调节机构6包括驱动件二61，驱动件二61的输出端连接有齿轮一611，安装平台1上转动安装有转轴14，转轴14上套装有齿轮二62，齿轮一611与齿轮二62啮合连接，环形天线3与转轴14连接。

需要说明的是，驱动件二61为电机，电机驱动齿轮一611旋转，齿轮一611啮合驱动齿轮二62旋转，从而带动转轴14自转，进而使环形天线3以转轴14为轴线水平旋转，并且在环形天线3水平旋转的过程中，环形天线3的法线与杯状电极2的中心始终相交。

转轴14通过轴承套装于连接轴21外，且转轴14与连接轴21同轴设置，转轴14的顶端固定连接有十字架一11，环形天线3固定安装于十字架一11上。

需要说明的是，转轴14自转的过程中，连接轴21不转动，转轴14旋转通过十字架一11带动环形天线3自转。

第二调节机构7包括齿环架71，齿环架71固定安装于转轴14上，且齿环架71的中轴线与杯状电极2的中心相交，齿环架71上安装有行走机构73，行走机构73可沿齿环架71的圆周轨迹行走，环形天线3安装于行走机构73上。

需要说明的是，齿环架71的中心轴线始终与杯状电极2的中心相交，但齿环架71所在平面与十字架一11所在平面为垂直设置，因而在行走机构73沿齿环架71上行走时，能够带动环形天线3以齿环架71的中心轴线竖向旋转，从而保证环形天线3的法线与杯状电极2的中心始终相交。

行走机构73包括滑动架731，滑动架731上转动安装有主动轴732，主动轴732上固定安装有齿轮五，齿轮五与齿环架71啮合连接，滑动架731上还转动安装有从动轴733，从动轴733上固定安装有导轮，齿环架71的外圈开设有导槽，导轮滚动设于导槽内，滑动架731上固定安装有驱动件三734，驱动件三734的输出端固定安装有齿轮四7341，主动轴732上还安装有齿轮三7321，齿轮三7321与齿轮四7341啮合连接。

需要说明的是，驱动件三734为驱动马达，用于通过齿轮四7341啮合齿轮三7321，从而驱动主动轴732的旋转，在齿轮五与齿环架71上的轮齿啮合下，以及导轮与齿环架71上导槽的配合，将滑动架731套在齿环架71上，使行走机构73沿齿环架71的圆周轨迹运动，进而带动环形天线3在竖向旋转，结合转轴14带动环形天线3的水平旋转，从而使环形天线3能够自动地以杯状电极2的中心做球体轨迹的调节运动，并且能够到达该球体轨迹上的任意空间位置，大大降低了调节难度。

滑动架731上固定安装有直线滑轨735，直线滑轨735上滑动安装有滑板736，直线滑轨735上固定安装有驱动件四737，驱动件四737用于驱动滑板736沿直线滑轨735直线运动，且环形天线3固定安装于滑板736上。

需要说明的是，驱动件四737为直线电机或者为气缸件，用于驱动滑板736带动环形天线3沿直线滑轨735做直线运动，从而改变调节单元调节环形天线3球体运动轨迹的直径，进一步拓展调节范围；具体地，在每次需要调整该球体运动轨迹的直径时，都尽量应让直线滑轨735的长度方向水平。

在本实施例中，实施场景具体为：通过调节单元的第一调节机构6驱动环形天线3以杯状电极2中心的竖直轴线为轴旋转，第二调节机构7驱动环形天线3以杯状电极2中心的水平轴线为轴旋转，共同实现环形天线3在绕球形结构旋转的动态调整过程中，自动化地带动环形天线3的法线始终以杯状电极2的中心相交做球体轨迹运动，通过自动化的多次调整环形天线3的空间位置，从而以观测到频谱分析仪在电极放电过程中的最大幅值，来确定出环形天线3的最佳位置，并且通过驱动件一42调整静电放电器4插入到杯状电极2中的位置，可以测试出静电放电器4的放电阈值与杯状电极2位置之间的关系，大大降低了测试调整部件位置的难度。

齿环架71设置有两个，且两个齿环架71关于杯状电极2的中心截面呈对称布置，两个齿环架71之间固定连接有多个连接柱72。

需要说明的是，两个齿环架71能够有效地平衡齿环架71对转轴14施加的扭曲力，避免转轴14一侧受力，影响转轴14的竖直。

安装平台1上还固定安装有十字架二12，十字架二12与十字架一11平行且对应设置，十字架一11与十字架二12之间固定连接有连接杆13，十字架二12的中心固定连接有驱动件一42，驱动件一42的输出端固定连接有安装板41，静电放电器4固定安装于安装板41上。

需要说明的是，驱动件一42为气缸件，用于调节静电放电器4插入杯状电极2中的深度。

如图10所示，一种飞机静电放电射频噪声测试方法，包括以下步骤：

步骤一、将可变电压源与杯状电极2连通，静电放电器4置于杯状电极2中；

步骤二、逐渐增大可变电压源的电压，直至杯状电极2放电，使用电流表来监控杯状电极2放电过程中的放电电流大小；

步骤三、将环形天线3与频谱分析仪连接，利用环形天线3接收放电过程中的电磁波；

步骤四、调节单元驱动环形天线3绕杯状电极2的中心做球形轨迹运动，并停在待测空间位置，并且在待测空间位置的环形天线3的法线始终与杯状电极2的中心相交；

步骤五、驱动件一42驱动静电放电器4竖向运动，调整静电放电器4插入至杯状电极2中的待测深度；

步骤六、多次重复步骤四，观测频谱分析仪在不同环形天线3的待测空间位置时，对应的杯状电极2放电过程中的幅值变化，确定放电过程中的最大幅值以及放电过程中的最大幅值对应的环形天线3和杯状电极2的空间位置。

需要说明的是，测试设备置于屏蔽室内，主要为了屏蔽电磁干扰和隔离外部噪音，降低外部环境对测试设备的影响，但测试设备的监测单元5位于屏蔽室外，且监测单元5与屏蔽室内的元件相连的导线一22和导线二31均穿过屏蔽室上的过孔，且对该过孔采用防电磁泄露措施。

上面对本实施例的实施例进行了描述，但是本实施例并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实施例的启示下，还可做出很多形式，均属于本实施例的保护之内。

Claims (10)

1.一种飞机静电放电射频噪声测试设备，其特征在于，包括安装平台（1）和监测单元（5），所述安装平台（1）上安装有杯状电极（2），所述杯状电极（2）的上方布置有静电放电器（4），所述静电放电器（4）的放电端插入至杯状电极（2）内，所述安装平台（1）上还安装有环形天线（3），所述环形天线（3）中心法线与杯状电极（2）的中心相交，所述杯状电极（2）的底部安装有连接轴（21），所述连接轴（21）安装于安装平台（1）上，所述连接轴（21）的内部安装有导线一（22），所述导线一（22）的一端与杯状电极（2）的输入端连接，所述环形天线（3）的输入端连接有导线二（31）；

所述监测单元（5）包括可变电压源、电流表和频谱分析仪，所述导线一（22）远离杯状电极（2）的一端与可变电压源连接，所述电流表用于监控放电过程中的放电电流，所述导线二（31）远离环形天线（3）的一端与频谱分析仪连接；

所述安装平台（1）上还安装有调节单元，调节单元包括第一调节机构（6）和第二调节机构（7），所述第一调节机构（6）用于驱动环形天线（3）以杯状电极（2）中心的竖直轴线为轴旋转，所述第二调节机构（7）用于驱动环形天线（3）以杯状电极（2）中心的水平轴线为轴旋转。

2.根据权利要求1所述的一种飞机静电放电射频噪声测试设备，其特征在于，所述第一调节机构（6）包括驱动件二（61），所述驱动件二（61）的输出端连接有齿轮一（611），所述安装平台（1）上转动安装有转轴（14），所述转轴（14）上套装有齿轮二（62），所述齿轮一（611）与齿轮二（62）啮合连接，所述环形天线（3）与转轴（14）连接。

3.根据权利要求2所述的一种飞机静电放电射频噪声测试设备，其特征在于，所述转轴（14）通过轴承套装于连接轴（21）外，且所述转轴（14）与连接轴（21）同轴设置，所述转轴（14）的顶端固定连接有十字架一（11），所述环形天线（3）固定安装于十字架一（11）上。

4.根据权利要求3所述的一种飞机静电放电射频噪声测试设备，其特征在于，所述第二调节机构（7）包括齿环架（71），所述齿环架（71）固定安装于转轴（14）上，且所述齿环架（71）的中轴线与杯状电极（2）的中心相交，所述齿环架（71）上安装有行走机构（73），所述行走机构（73）可沿齿环架（71）的圆周轨迹行走，所述环形天线（3）安装于行走机构（73）上。

5.根据权利要求4所述的一种飞机静电放电射频噪声测试设备，其特征在于，所述行走机构（73）包括滑动架（731），所述滑动架（731）上转动安装有主动轴（732），所述主动轴（732）上固定安装有齿轮五，所述齿轮五与齿环架（71）啮合连接，所述滑动架（731）上还转动安装有从动轴（733），所述从动轴（733）上固定安装有导轮，所述齿环架（71）的外圈开设有导槽，所述导轮滚动设于导槽内，所述滑动架（731）上固定安装有驱动件三（734），所述驱动件三（734）的输出端固定安装有齿轮四（7341），所述主动轴（732）上还安装有齿轮三（7321），所述齿轮三（7321）与齿轮四（7341）啮合连接。

6.根据权利要求5所述的一种飞机静电放电射频噪声测试设备，其特征在于，所述滑动架（731）上固定安装有直线滑轨（735），所述直线滑轨（735）上滑动安装有滑板（736），所述直线滑轨（735）上固定安装有驱动件四（737），所述驱动件四（737）用于驱动所述滑板（736）沿直线滑轨（735）直线运动，且所述环形天线（3）固定安装于滑板（736）上。

7.根据权利要求6所述的一种飞机静电放电射频噪声测试设备，其特征在于，所述齿环架（71）设置有两个，且两个所述齿环架（71）关于杯状电极（2）的中心截面呈对称布置，两个所述齿环架（71）之间固定连接有多个连接柱（72）。

8.根据权利要求7所述的一种飞机静电放电射频噪声测试设备，其特征在于，所述安装平台（1）上还固定安装有十字架二（12），所述十字架二（12）与十字架一（11）平行且对应设置，所述十字架一（11）与十字架二（12）之间固定连接有连接杆（13），所述十字架二（12）的中心固定连接有驱动件一（42），所述驱动件一（42）的输出端固定连接有安装板（41），所述静电放电器（4）固定安装于安装板（41）上。

9.根据权利要求8所述的一种飞机静电放电射频噪声测试设备，其特征在于，所述杯状电极（2）由上半部分为柱体和下半部分为半球体组成，且所述杯状电极（2）的内部为中空结构。

10.一种采用如权利要求1-9任意一项所述的飞机静电放电射频噪声测试设备测试飞机静电放电射频噪声的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、将可变电压源与杯状电极（2）连通，静电放电器（4）置于杯状电极（2）中；

步骤二、逐渐增大可变电压源的电压，直至杯状电极（2）放电，使用电流表来监控杯状电极（2）放电过程中的放电电流大小；

步骤三、将环形天线（3）与频谱分析仪连接，利用环形天线（3）接收放电过程中的电磁波；

步骤四、调节单元驱动环形天线（3）绕杯状电极（2）的中心做球形轨迹运动，并停在待测空间位置，并且在待测空间位置的环形天线（3）的法线始终与杯状电极（2）的中心相交；

步骤五、驱动件一（42）驱动静电放电器（4）竖向运动，调整静电放电器（4）插入至杯状电极（2）中的待测深度；

步骤六、多次重复步骤四，观测频谱分析仪在不同环形天线（3）的待测空间位置时，对应的杯状电极（2）放电过程中的幅值变化，确定放电过程中的最大幅值以及放电过程中的最大幅值对应的环形天线（3）和杯状电极（2）的空间位置。