CN116973672B - 一种低电平扫描电流测试装置及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及航空电磁防护技术领域，公开了一种低电平扫描电流测试装置及其测试方法，其装置包括天线、测试模块和电流探头及其所连接的检测机，天线分设于航空器的四侧，测试模块包括两组设备台，互连电缆架设于两组设备台之间，两组设备台之间设有滑轮组和平衡弹簧。本发明通过在电缆两侧设有牵拉结构，保证电缆维持水平状态，并在测试时，引入托举组件，将测试段的电缆由水平状态变为张紧状态，消除电缆上因自重而产生的弯曲现象，保证了监测探头与电缆之间的测试距离恒定，使感应电流在电缆上分布均匀，有效保证了测试电流数据和传递函数的准确性。

Description

一种低电平扫描电流测试装置及其测试方法

技术领域

本发明涉及航空电磁防护领域，更具体地说，它涉及一种低电平扫描电流测试装置及其测试方法。

背景技术

低电平扫频耦合试验，用来确定以电磁场强度和感应电缆电流表示的航空器内部环境。航空器内部环境等于或低于这个系统试验室合格鉴定试验水平，包括互连电缆电流和内部场强。测试互连电缆电流采用低电平扫频耦合试验中的低电平扫描电流法。

低电平扫描电流法是在飞机遭受外部HIRF环境时，电磁场通过其蒙皮耦合到飞机内部设备电缆上，或者通过蒙皮缝隙直接耦合到其电缆上，该电缆为互连电缆，找到外部HIRF环境对应内部电缆上感应电流的关系，称为传递函数，将电流探头布置在所关注的电缆，天线辐射一定大小的外部场强E，使用EMI接收机测量探头数据I，其传递函数TF为：TF=20Log（E/I）；

电流探头在对电缆进行测试时，需要电流探头在电缆上选取多个位置进行测试，电缆需要一定的测试长度，电缆测试时，电缆两端夹持后，电缆由于自重，位于中部测试区域的电缆是弯曲的，电缆弯曲则会使磁场线聚集在弯曲区域，相对较强的磁场会引起更大的感应电流，电流更倾向于沿着电缆的外侧表面流动，电流沿着所谓的“外弯”路径流动，即离开弯曲中心较远的一侧，由于电流更多地集中在外侧表面，导致感应电流在弯曲区域内分布不均匀，在弯曲处测量到的感应电流可能会比直线部分大，进而影响传递函数的准确性。

发明内容

本发明提供一种低电平扫描电流测试装置及其测试方法，解决相关技术中电流探头测试时，电缆存在弯曲区域，造成测试电流数据偏差，影响传递函数准确性的技术问题。

本发明提供了一种低电平扫描电流测试装置，用于对航空器中的互联电缆在电磁场环境下的防护测试，包括天线、测试模块和电流探头及其所连接的检测机，天线分设于航空器的四侧，测试模块包括两组设备台，互连电缆架设于两组设备台之间，两组设备台之间设有滑轮组和平衡弹簧；

滑轮组包括定滑轮、动滑轮和牵拉绳索，牵拉绳索套设于定滑轮、动滑轮之间，平衡弹簧安装于动滑轮一端，动滑轮上安装有托举组件，电流探头安装于托举组件上，牵拉绳索的牵拉端引出航空器，托举组件通过动滑轮在两组设备台之间移动；

托举组件包括支撑件和绝缘叉，绝缘叉设于支撑件的顶端，绝缘叉的顶端套设于互连电缆上，位于两个绝缘叉之间的互连电缆呈水平状，在托举组件随着滑轮组移动时，电流探头的检测端与互连电缆之间的检测距离相同。

进一步地，电流探头包括注入探头和监测探头，注入探头用于向互联电缆内注入电流，监测探头用于对互联电缆内的感应电流进行监测。

进一步地，支撑件包括基座、升降块和支撑弹簧，基座的顶端均设有垂直槽，升降块插设于垂直槽内，支撑弹簧安装于升降块的底端与基座的顶端之间，绝缘叉位于升降块的顶端外壁上。

进一步地，设备台上设有牵拉座，牵拉座的端部设有用于连接电缆的电缆固定件，互连电缆通过两侧的电缆固定件实现连接。

进一步地，电缆固定件包括插座、压扣和防脱圈，防脱圈套设于插座的端部，插座的端部设有插线孔，压扣的端部延伸至插线孔的孔壁内，压扣压合至插座时，压扣的端部抵压在位于插线孔内的互连电缆的外壁上。

进一步地，牵拉座包括座体和限位扣，限位扣可沿着铅垂向在座体的内侧移动，限位扣的底端与插接在牵拉座内的电缆固定件之间限位连接。

进一步地，插座靠近座体的一侧设有配合扣，配合扣与限位扣之间卡接配合。

进一步地，两侧的支撑弹簧的支撑力与位于绝缘叉之间的互连电缆的重力平衡，且位于绝缘叉之间的互连电缆呈张紧状态。

本发明还提供了一种低电平扫描电流测试方法，包括以下步骤：

S1：天线在航空器的四侧产生电磁场，天线辐射电磁场的场强E₁，电磁场通过航空器的蒙皮结构耦合到互连电缆上，或者通过蒙皮结构的缝隙耦合到其互连电缆上，将电流探头中的监测探头布置在互连电缆上，通过监测探头和检测机得到电流I₁，将其代入传递函数TF中，传递函数TF为：TF=20Log（E/I）；

S2：注入探头向互连电缆注入与电流I₂，通过传递函数TF得到等效场强E₂，再由E₁、E₂的比例评估航空器的蒙皮结构的电磁场环境下防护性能。

进一步地，步骤S1中电流I₁的测试过程，包括以下步骤：

S11：电缆固定件将互连电缆固定，两个电缆固定件将互连电缆拉平，将滑轮组的牵引端引出航空器，监测探头架设于互连电缆下侧；

S12：牵引端牵拉，动滑轮向着定滑轮一侧移动，平衡弹簧用于平衡动滑轮移动的拉力，动滑轮上托举组件水平移动，托举组件移动过程中，监测探头对其进行互连电缆上电流测试；

S13：牵拉过程中，托举组件中的绝缘叉始终抵靠在互连电缆的外壁上，随着滑动绝缘叉依次顶起互连电缆，使位于两个绝缘叉之间的互连电缆由拉平状态转为张紧状态，位于两个绝缘叉之间的互连电缆不存在弯曲，得到多个电流数据I₁₁、I₁₂、I₁₃……I_1n（n≥2）；

S14：通过多个电流数据求取平均值，得到电流I₁。

本发明的有益效果在于：本测试装置和测试方法，通过在电缆两侧设有牵拉结构，保证电缆维持水平状态，并在测试同时，引入托举组件，将测试段的电缆由水平状态变为张紧状态，消除电缆上因自重而产生的弯曲现象，保证了监测探头与电缆之间的测试距离恒定，使感应电流在电缆上分布均匀，有效保证了测试电流数据和传递函数的准确性。

附图说明

图1是本发明提出的一种低电平扫描电流测试装置的测试现场布置结构示意图；

图2是本发明提出的一种低电平扫描电流测试装置的测试模块在航空器内布置结构示意图；

图3是本发明的图2中测试模块的结构示意图；

图4是本发明的图3中局部A的放大图；

图5是本发明的图3的测试模块的主视图；

图6是本发明的图5中托举组件的结构示意图；

图7是本发明的图6中托举组件的动作效果示意图；

图8是本发明的图1中电流探头的测试结构示意图。

图中：100、航空器；110、蒙皮结构；120、测试平台；200、天线；300、检测机；400、测试模块；410、第一设备台；420、第二设备台；430、滑轮组；431、定滑轮；432、动滑轮；440、托举组件；441、基座；442、电流探头；442a、注入探头；442b、监测探头；443、升降块；444、支撑弹簧；445、绝缘叉；450、牵拉座；451、限位扣；452、座体；460、电缆固定件；461、防脱圈；462、压扣；463、插座；464、配合扣；470、平衡弹簧；500、互连电缆。

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。

参阅图1-图8所示，一种低电平扫描电流测试装置，应用于对航空器100中的互联电缆在电磁场环境下的防护测试，即低电平扫描电流法，低电平扫描电流法是在航空器100遭受外部HIRF环境时，电磁场通过其蒙皮结构110耦合到航空器100内部互连电缆500上，或者通过蒙皮结构110的缝隙直接耦合到其互连电缆500上，得到外部HIRF环境对应内部电缆上感应电流的关系，称为传递函数TF，在确保系统响应处在线性区情况下，在电缆上通过电流探头442注入相应大小的电流，再通过传递函数得到对应的场强值，从而完成航空器100级的HIRF验证，其测试频段为10kHz-400MHz。

测试装置包括天线200、测试模块400和电流探头442及其所连接的检测机300，如图1和图2所示，天线200分设于航空器100的四侧，在航空器100内搭建有测试平台120，测试模块400设置于测试平台120上，测试模块400包括两组设备台，即第一设备台410和第二设备台420，互连电缆500架设于第一设备台410和第二设备台420之间，第一设备台410和第二设备台420之间设有滑轮组430和平衡弹簧470；

其中天线200由直导体和极板组成，直导体的两端都有极板，就像电容器的极板一样，施加在导体中心的交流电压会导致电流在极板之间来回涌动，电流在导体周围产生一个连续变化的磁场，同时，由于电流的流入和流出，在极板上交替积聚的正电荷和负电荷在极板之间产生一个连续变化的电场。

在紧挨着天线200周围的区域，磁场相当强，每个磁场包含的大部分能量在每次振荡过程中都会返回给天线200，还有部分是在极板之间变化的电场在它的正上方产生一个变化的磁场，进而在磁场的正上方产生一个变化的电场，以此类推，类似地，导体周围变化的磁场在导体的正上方产生变化的电场，接着又产生变化的磁场，即可通过天线200辐射出一个电磁场。

电流探头442包括注入探头442a和监测探头442b，注入探头442a用于向互联电缆内注入电流，监测探头442b用于对互联电缆内的感应电流进行监测；

具体的，如图8所示，注入探头442a包括功率计、定向耦合器、功率放大器和信号源，其中信号源为输入源，输入源通过功率放大器和定向耦合器传输至注入探头442a，注入探头442a在互连电缆500上注入电流；

监测探头442b的信号端还包括测量接收机，即EMI接收机，在电缆的末端连接有相应检测设备，用于检测电缆内是否有电流通过，该电流可为感应电流或者直接注入电流。

如图5所示，滑轮组430包括定滑轮431、动滑轮432和牵拉绳索，牵拉绳索套设于定滑轮431、动滑轮432之间，平衡弹簧470安装于动滑轮432一端，动滑轮432上安装有托举组件440，电流探头442安装于托举组件440上，牵拉绳索的牵拉端引出航空器100，托举组件440通过动滑轮432在两组设备台之间移动；

其中动滑轮432包括两个滑轮，滑轮组430由三滑轮组430组成，定滑轮431和动滑轮432外侧均设有滑轮支架，牵拉绳索的一端固定连接在定滑轮431的滑轮支架上，然后绕至动滑轮432中靠近中部的滑轮，再穿过定滑轮431，由动滑轮432的另一个滑轮输出，输出端引出航空器100，可在航空器100的外侧由人工或带有屏蔽层的设备收放牵拉绳索；

滑轮组430的引入，避免用电件在航空器100内的电磁环境中的不稳定运行，提高了托举组件440在电缆之间的移动和测试稳定性；

其中托举组件440包括支撑件和绝缘叉445，绝缘叉445设于支撑件的顶端，绝缘叉445的顶端套设于互连电缆500上，位于两个绝缘叉445之间的互连电缆500呈水平状，在托举组件440随着滑轮组430移动时，电流探头442的检测端与互连电缆500之间的检测距离相同。

支撑件包括基座441、升降块443和支撑弹簧444，基座441的顶端均设有垂直槽，升降块443插设于垂直槽内，支撑弹簧444安装于升降块443的底端与基座441的顶端之间，绝缘叉445位于升降块443的顶端外壁上，两侧的支撑弹簧444的支撑力与位于绝缘叉445之间的互连电缆500的重力平衡，且位于绝缘叉445之间的互连电缆500张紧，电缆上无弯曲部分，即张紧状态。

设备台上设有牵拉座450，牵拉座450的端部设有用于连接电缆的电缆固定件460，互连电缆500通过两侧的电缆固定件460实现连接，电缆固定件460包括插座463、压扣462和防脱圈461，防脱圈461套设于插座463的端部，插座463的端部设有插线孔，压扣462的端部延伸至插线孔的孔壁内，压扣462压合至插座463时，压扣462的端部抵压在位于插线孔内的互连电缆500的外壁上，电缆的端部通过压扣462固定在插座463上，防脱圈461防止电缆与插座463之间相对滑动和扭曲；

牵拉座450包括座体452和限位扣451，限位扣451可沿着铅垂向在座体452的内侧移动，限位扣451的底端与插接在牵拉座450内的电缆固定件460之间限位连接，插座463靠近座体452的一侧设有配合扣464，配合扣464与限位扣451之间卡接配合，保证位于两个牵拉座450之间的电缆两侧均受拉力，使电缆维持基本水平的状态，即水平状态。

电缆在测试中弯曲，会使电流更多地集中在外侧表面，导致感应电流在弯曲区域内分布不均匀，在电流探头442在测试时，可能导致多组数据测试偏差，使整体的电流数据偏大，影响传递函数TF的准确性；

如图7所示，在电缆连接在两个电缆固定件460之间时，电缆呈水平状态，再通过托举组件440，转变为张紧状态，在张紧状态下的互连电缆500在测试时，减少了因为电缆因自重产生弯曲，造成感应电流的分布不均匀的问题。

实施例

一种低电平扫描电流测试方法，基于实施例一中的测试装置，包括以下步骤：

S1：天线200在航空器100的四侧产生电磁场，天线200辐射电磁场的场强E₁，电磁场通过航空器100的蒙皮结构110耦合到互连电缆500上，或者通过蒙皮结构110的缝隙耦合到其互连电缆500上，将电流探头442中的监测探头442b布置在互连电缆500上，通过监测探头442b和检测机300得到电流I₁，将其代入传递函数TF中，传递函数TF为：TF=20Log（E/I）；

S2：注入探头442a向互连电缆500注入与电流I₂，通过传递函数TF得到等效场强E₂，再由E₁、E₂评估航空器100的蒙皮结构110的电磁场环境下防护性能。

其中步骤S1中电流I₁的测试过程，包括以下步骤：

S11：电缆固定件460将互连电缆500固定，两个电缆固定件460将互连电缆500拉平，将滑轮组430的牵引端引出航空器100，监测探头442b架设于互连电缆500下侧；

S12：牵引端牵拉，动滑轮432向着定滑轮431一侧移动，平衡弹簧470用于平衡动滑轮432移动的拉力，动滑轮432上托举组件440水平移动，托举组件440移动过程中，监测探头442b对其进行互连电缆500上电流测试；

托举组件440中支撑弹簧444顶起升降块443及其上的绝缘叉445，绝缘叉445呈“Y”型结构，且绝缘叉445的支撑部分内侧为圆弧状，电缆可在绝缘叉445上滑动，绝缘叉445始终为立状结构；

S13：牵拉过程中，托举组件440中的绝缘叉445始终抵靠在互连电缆500的外壁上，随着滑动绝缘叉445依次顶起互连电缆500，使位于两个绝缘叉445之间的互连电缆500由拉平状态转为张紧状态，位于两个绝缘叉445之间的互连电缆500不存在弯曲，得到多个电流数据I₁₁、I₁₂、I₁₃……I_1n（n≥2）；

S14：通过多个电流数据求取平均值，得到电流I₁，即I₁=（I₁₁+I₁₂+I₁₃……I_1n）/n（n≥2）。

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)

1.一种低电平扫描电流测试装置，用于对航空器（100）中的互联电缆在电磁场环境下的防护测试，其特征在于，包括天线（200）、测试模块（400）和电流探头（442）及其所连接的检测机（300），天线（200）分设于航空器（100）的四侧，测试模块（400）包括两组设备台，互连电缆（500）架设于两组设备台之间，两组设备台之间设有滑轮组（430）和平衡弹簧（470）；

滑轮组（430）包括定滑轮（431）、动滑轮（432）和牵拉绳索，牵拉绳索套设于定滑轮（431）、动滑轮（432）之间，平衡弹簧（470）安装于动滑轮（432）一端，动滑轮（432）上安装有托举组件（440），电流探头（442）安装于托举组件（440）上，牵拉绳索的牵拉端引出航空器（100），托举组件（440）通过动滑轮（432）在两组设备台之间移动；

托举组件（440）包括支撑件和绝缘叉（445），绝缘叉（445）设于支撑件的顶端，绝缘叉（445）的顶端套设于互连电缆（500）上，位于两个绝缘叉（445）之间的互连电缆（500）呈水平状，在托举组件（440）随着滑轮组（430）移动时，电流探头（442）的检测端与互连电缆（500）之间的检测距离相同。

2.根据权利要求1所述的一种低电平扫描电流测试装置，其特征在于，电流探头（442）包括注入探头（442a）和监测探头（442b），注入探头（442a）用于向互联电缆内注入电流，监测探头（442b）用于对互联电缆内的感应电流进行监测。

3.根据权利要求2所述的一种低电平扫描电流测试装置，其特征在于，支撑件包括基座（441）、升降块（443）和支撑弹簧（444），基座（441）的顶端均设有垂直槽，升降块（443）插设于垂直槽内，支撑弹簧（444）安装于升降块（443）的底端与基座（441）的顶端之间，绝缘叉（445）位于升降块（443）的顶端外壁上。

4.根据权利要求3所述的一种低电平扫描电流测试装置，其特征在于，设备台上设有牵拉座（450），牵拉座（450）的端部设有用于连接电缆的电缆固定件（460），互连电缆（500）通过两侧的电缆固定件（460）实现连接。

5.根据权利要求4所述的一种低电平扫描电流测试装置，其特征在于，电缆固定件（460）包括插座（463）、压扣（462）和防脱圈（461），防脱圈（461）套设于插座（463）的端部，插座（463）的端部设有插线孔，压扣（462）的端部延伸至插线孔的孔壁内，压扣（462）压合至插座（463）时，压扣（462）的端部抵压在位于插线孔内的互连电缆（500）的外壁上。

6.根据权利要求5所述的一种低电平扫描电流测试装置，其特征在于，牵拉座（450）包括座体（452）和限位扣（451），限位扣（451）可沿着铅垂向在座体（452）的内侧移动，限位扣（451）的底端与插接在牵拉座（450）内的电缆固定件（460）之间限位连接。

7.根据权利要求6所述的一种低电平扫描电流测试装置，其特征在于，插座（463）靠近座体（452）的一侧设有配合扣（464），配合扣（464）与限位扣（451）之间卡接配合。

8.根据权利要求7所述的一种低电平扫描电流测试装置，其特征在于，两侧的支撑弹簧（444）的支撑力与位于绝缘叉（445）之间的互连电缆（500）的重力平衡，且位于绝缘叉（445）之间的互连电缆（500）呈张紧状态。

9.一种通过权利要求1-8任意一项所述的低电平扫描电流测试装置的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：天线（200）在航空器（100）的四侧产生电磁场，天线（200）辐射电磁场的场强E₁，电磁场通过航空器（100）的蒙皮结构（110）耦合到互连电缆（500）上，或者通过蒙皮结构（110）的缝隙耦合到其互连电缆（500）上，将电流探头（442）中的监测探头（442b）布置在互连电缆（500）上，通过监测探头（442b）和检测机（300）得到电流I₁，将其代入传递函数TF中，传递函数TF为：TF=20Log（E/I）；

S2：注入探头（442a）向互连电缆（500）注入与电流I₂，通过传递函数得到等效场强E₂，再由E₁、E₂的比例评估航空器（100）的蒙皮结构（110）的电磁场环境下防护性能。

10.根据权利要求9所述的一种低电平扫描电流测试方法，其特征在于，步骤S1中电流I₁的测试过程，包括以下步骤：

S11：电缆固定件（460）将互连电缆（500）固定，两个电缆固定件（460）将互连电缆（500）拉平，将滑轮组（430）的牵引端引出航空器（100），监测探头（442b）架设于互连电缆（500）下侧；

S12：牵引端牵拉，动滑轮（432）向着定滑轮（431）一侧移动，平衡弹簧（470）用于平衡动滑轮（432）移动的拉力，动滑轮（432）上托举组件（440）水平移动，托举组件（440）移动过程中，监测探头（442b）对其进行互连电缆（500）上电流测试；

S13：牵拉过程中，托举组件（440）中的绝缘叉（445）始终抵靠在互连电缆（500）的外壁上，随着滑动绝缘叉（445）依次顶起互连电缆（500），使位于两个绝缘叉（445）之间的互连电缆（500）由拉平状态转为张紧状态，位于两个绝缘叉（445）之间的互连电缆（500）不存在弯曲，得到多个电流数据I₁₁、I₁₂、I₁₃……I_1n（n≥2）；

S14：通过多个电流数据求取平均值，得到电流I_1。