CN117554717A - 列车关键设备电磁干扰测试系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了列车关键设备电磁干扰测试系统及方法，具体涉及电子设备测试领域，用于解决现有电子设备的电磁干扰测试在电波暗室中直接进行计算测量，测试时间过长且测试流程复杂的问题，包括信号采集模块、状态评估模块、验证处理模块，信号采集模块用于收集设备的电磁信号数据和环境数据进行预处理，状态评估模块根据数据计算设备的上升冲击系数和下降衰减系数，验证处理模块根据设备常规工作状态下的信号辐射强度，计算设备的冲击工况信号辐射强度和衰减工况信号辐射强度，并进行对比以确认设备的信号辐射强度极限，本发明能够在短时间内迅速完成测量和计算，能够合理简化电磁干扰测试流程。
Description
技术领域
本发明涉及电子设备测试领域，更具体地说，本发明是列车关键设备电磁干扰测试系统及方法。
背景技术
电磁干扰是指电磁能量(包括电磁波、电磁辐射)干扰了电子设备、电路或系统的正常运行，导致其性能受到影响或发生故障的现象，电磁干扰可以来源于各种电子设备或电磁辐射源等。这些设备会产生电磁辐射，以及与电源和通信信号相关的电磁波。这些电磁波可能在频谱上重叠或干扰其他设备的正常功能。
现有电子设备的电磁干扰测试方法是根据被测设备的电流、电流回路面积及频率进行计算，通过电波暗室屏蔽外界干扰信号辅助测量，此方法受限于不同设备的不同特性，对测试的要求不尽相同，为了获取电磁干扰极限状态而提高了测试流程的复杂度，延长了测试时间，不具有普遍的通用性意义。
为解决上述缺陷，现提供一种技术方案。
发明内容
本发明的目的是提供列车关键设备电磁干扰测试系统及方法，以解决背景技术中的不足。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：包括信号采集模块、状态评估模块、验证处理模块；
信号采集模块用于收集设备的电磁信号数据和环境数据，并对电磁信号数据和环境数据进行预处理，转送至状态评估模块；
状态评估模块用于根据电磁信号数据和环境数据计算设备的上升冲击系数和下降衰减系数；
验证处理模块用于根据设备常规工况信号辐射强度，结合上升冲击系数和下降衰减系数计算设备的冲击工况信号辐射强度和衰减工况信号辐射强度，并进行对比以确认设备的信号辐射强度极限。
在一个优选地实施方式中，上升冲击系数的计算方法；
上升冲击系数的表达式为式中，/>为温湿度比值，U1为峰值电压与稳定电压阈值的差值，t1为峰值时间，/>为浪涌冲击状态电场积压度，α1为/>的比例系数，且α1大于0；
峰值电压为设备所测试浪涌冲击电压的最高值，设定稳定电压阈值为浪涌冲击电压波形稳态中值的k％，即U1为峰值电压与稳态中值电压值的k％的差值；
以稳态中值电压的k％为计时起点，以达到峰值电压的(1-k)％为计时终点，计时时间为t0，则峰值时间t1＝2×t0。
在一个优选地实施方式中，浪涌冲击状态电场积压度的测量方法；
浪涌冲击状态电场积压度通过电波暗室进行测量，固定电场传感器位置于待测设备垂直上方1m处，进行浪涌冲击测试，当待测设备达到峰值电压，计算传感器位置有效频率上的电场场强之和。
在一个优选地实施方式中，下降衰减系数的计算方法；
下降衰减系数的表达式为式中，/>为温湿度比值，U2为电压下降偏差幅值，f1为电压基础频率，n为大于0的正整数，/>为电压下降状态电场积压度，α2为/>的比例系数，且α2大于0；
电压下降偏差幅值为电压降低值占下降前电压的幅度，若下降后电压为0，则电压下降偏差幅值为100％。
在一个优选地实施方式中，电压下降状态电场积压度的测量方法；
电压下降状态电场积压度通过电波暗室进行测量，固定电场传感器位置于待测设备垂直上方1m处，进行电压暂缓和短时中断试验，当待测设备的电压暂缓中断达到最大电压下降偏差幅值且持续频率最大，则计算此状态下电场传感器定点位置上的有效频率电场场强之和。
在一个优选地实施方式中，常规工况信号辐射强度计算方法；
常规工况信号辐射强度M0＝K×I×S×F2，式中，K为电路材料系数，I为电流值，S为电流回路面积，F为频率。
在一个优选地实施方式中，冲击工况信号辐射强度和衰减工况信号辐射强度的计算方法；
冲击工况信号辐射强度表达式为M1＝Rc×M0，式中，M1为冲击工况信号辐射强度，Rc为上升冲击系数，即为冲击工况下被测设备信号辐射强度的比例系数；
衰减工况信号辐射强度表达式为M2＝Dc×M0，式中，M2为衰减工况信号辐射强度，Dc为下降衰减系数，即为衰减工况下被测设备信号辐射强度的比例系数。
在一个优选地实施方式中，设备的信号辐射强度极限的比对确定逻辑；
根据计算所得的冲击工况信号辐射强度M1和衰减工况信号辐射强度M2，进行对比，若冲击工况信号辐射强度M1大于等于衰减工况信号辐射强度M2，则被测设备的电磁信号辐射强度极限为冲击工况信号辐射强度M1，若冲击工况信号辐射强度M1小于衰减工况信号辐射强度M2，则被测设备的电磁信号辐射强度极限为衰减工况信号辐射强度M2。
本发明还提供列车关键设备电磁干扰测试方法，所述方法有如下步骤；
在电波暗室中以浪涌冲击方式模拟被测设备的上升冲击状态，并计算被测设备的上升冲击系数；
以电压暂缓和短时中断方式模拟被测设备的下降衰减状态，并计算被测设备的下降衰减系数；
根据被测设备的常规工作状态计算设备的常规工况信号辐射强度，并通过上升冲击系数和下降衰减系数计算被测设备的冲击工况信号辐射强度和衰减工况信号辐射强度；
对冲击工况信号辐射强度和衰减工况信号辐射强度进行对比以决定被测设备的电磁信号辐射强度极限。
在上述技术方案中，本发明提供的技术效果和优点：
本发明通过收集设备的电磁信号数据和环境数据并进行预处理，计算设备的上升冲击系数和下降衰减系数，根据设备常规工作状态下的信号辐射强度，计算设备的冲击工况信号辐射强度和衰减工况信号辐射强度，并进行对比以确认设备的信号辐射强度极限。
本发明能够在短时间内迅速完成测量和计算，能够合理简化电磁干扰测试流程，降低电磁干扰测试的复杂程度，并对同类电子设备具有一定的通用性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的系统模块图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：请参阅图1所示，本发明是列车关键设备电磁干扰测试系统及方法，所述列车关键设备电磁干扰测试系统包括信号采集模块、状态评估模块、验证处理模块；
信号采集模块用于收集设备的电磁信号数据和环境数据，并对电磁信号数据和环境数据进行预处理，转送至状态评估模块；
状态评估模块用于根据电磁信号数据和环境数据计算设备的上升冲击系数和下降衰减系数；
验证处理模块用于根据设备在常规工作状态下的信号辐射强度，结合上升冲击系数和下降衰减系数计算设备的冲击工况信号辐射强度和衰减工况信号辐射强度，并进行对比以确认设备的信号辐射强度极限。
列车关键设备的电磁干扰测试中的辐射强度测量，由电波暗室进行检测，在非电波暗室环境中，被测设备的辐射表现受环境空间中不受控制来源的不规则电磁波信号干扰，电磁干扰信号强度与电流大小、电流回路面积大小及频率有关，常规工作状态下不受外界电磁波信号影响的正常设备，其电磁干扰信号基本为定值，当外界电磁波信号急剧变化，设备的电磁干扰信号也会改变，本发明以电压为例，描述被测设备的电信号变化维度，通过分别计算被测设备在电压急剧上升和急剧下降的两种极端变化状态下的影响系数，确定被测设备的电磁干扰辐射信号强度极限，以此进行设备的电磁干扰测试。
实施例2：电磁干扰测试核心在于设备短路或断路时刻的瞬态电磁信号变化，本实施例以典型浪涌冲击导致的电位差急剧上升和电压中断导致的电位差急剧下降进行表示，为确保测试结果的可信性，防止设备电磁波信号受外界干扰，本实施例以3m电波暗室作为电磁信号采集环境。
浪涌冲击是沿线路或电路传送的电流、电压或功率的瞬态波，其特征是先急剧上升后缓慢下降，实验室环境下模拟的浪涌冲击波，波形迅速爬升阶段的中部，上升斜率基本固定，仅在波形爬升初期及波形爬升末期斜率剧烈变化，上升冲击系数的计算过程中，取斜率固定区域爬升段，此阶段中待测设备的电磁场变化符合规律，利于电场传感器对待测设备环境电场强度的测量。
以浪涌状态下的电磁信号数据计算设备的上升冲击系数，上升冲击系数的表达式为式中，/>为温湿度比值，U1为峰值电压与稳定电压阈值的差值，t1为峰值时间，/>为浪涌冲击状态下的电场积压度，α1为/>的比例系数，且α1大于0。
浪涌冲击电压变化取特殊时间节点，浪涌电压接近峰值时，电压变化率迅速下降，实际电压上升周期所用时间比电压半周期时间更短，上升冲击系数只取浪涌冲击电压急剧上升部分特征信号，峰值时间的计算依靠对浪涌电压变化的分割细化。
本实施例中峰值电压为设备所测试浪涌冲击电压的最高值，设定稳定电压阈值为浪涌冲击电压波形稳态中值的k％，即U1为峰值电压与稳态中值电压值的k％的差值；
以稳态中值电压的k％为计时起点，以达到峰值电压的(1-k)％为计时终点，计时时间为t0，则峰值时间t1＝2×t0；
本实施例所述稳态电压阈值为冲击电压稳态中值的k％，能够有效去除浪涌冲击电压波形不稳定的爬升初期及爬升末期，通常k取值范围为[10，30]，本领域专业技术人员可根据实际测量情况进行自行设定。
电场积压度通过专业电波暗室进行测量，本实施例以3m电波暗室定点电场测量，计算电场积压度，固定电场传感器位置于待测设备垂直上方1m处，进行浪涌冲击测试，当待测设备达到峰值电压，计算传感器位置有效频率上的电场场强之和；
本实施例中所述的有效频率，根据列车设备的实际运行状态可取适用于低频到超高频的常用电磁信号频率，具体设定范围由本领域专业技术人员通过实际情况进行设定，需要指出的是，本实施例中所述定点位置为待测设备垂直上方1m处仅为实例举证，在本发明中，只要保证电场传感器测量结果的一致性和准确性，定点位置由本领域专业技术人员根据实际测量的设备情况进行确定。
电压暂缓或短时中断试验能够检验设备在电压短时间内下降一定幅度或完全中断电压的状态下的电磁信号特征，通过模拟电压下降能够评估设备在电压中断极端情况下的可靠性和稳定性。
本实施例以电压下降偏差幅值和频率控制电压暂缓的幅度和时间，电压暂缓或中断的时间通过设备电路的基础频率f1表示，即电压暂缓或中断的时间周期为整数倍基础频率(n×f1)的倒数。
以电压下降状态的电磁信号数据计算设备的下降衰减系数，下降衰减系数的表达式为式中，/>为温湿度比值，U2为电压下降偏差幅值，f1为电压基础频率，n为大于0的正整数，/>为电压下降状态下的电场积压度，α2为的比例系数，且α2大于0。
电压下降偏差幅值为下降后电压占下降前电压的幅度，若下降后电压为0，则电压下降偏差幅值为100％，若下降后电压为下降前电压的一半，则电压下降偏差幅值为50％；
电压下降状态的电场积压度通过专业电波暗室进行测量，本实施例以3m电波暗室定点电场测量，计算电场积压度，固定电场传感器位置与上述浪涌冲击测试相同的位置，即待测设备垂直上方1m处，进行电压暂缓中断试验，当待测设备的电压暂缓中断达到最大电压下降偏差幅值且持续频率最大，则计算此状态下电场传感器定点位置上的有效频率电场场强之和。
本实施例通过在电波暗室模拟对待测设备模拟进行浪涌冲击试验和电压暂缓或短时中断试验，评估待测设备在电压急剧升高或急剧下降状态下的电磁信号分布状况，计算上升冲击系数和下降衰减系数，能够有效检验待测设备在电信号波动峰谷两种极端情况下的电磁信号变化状态。
电磁干扰包括传导、辐射、电流谐波、电压闪烁等，在3m电波暗室实验环境中，将待测设备置于测试中心位置，通过导线接通电路，以常规工作状况计算待测设备的信号辐射强度，常规工况信号辐射强度M0＝K×I×S×F2，式中，K为电路材料系数，I为电流值，S为电流回路面积，F为频率，即电磁干扰线性正比于电流，电流回路面积以及频率的平方，则根据以上计算所得的上升冲击系数和下降衰减系数可得出待测设备的冲击工况信号辐射强度和衰减工况信号辐射强度，冲击工况信号辐射强度表达式为M1＝Rc×M0，式中，M1为冲击工况信号辐射强度，Rc为上升冲击系数，即为冲击工况下被测设备信号辐射强度的比例系数；衰减工况信号辐射强度表达式为M2＝Dc×M0，式中，M2为衰减工况信号辐射强度，Dc为下降衰减系数，即为衰减工况下被测设备信号辐射强度的比例系数。
根据计算所得的冲击工况信号辐射强度M1和衰减工况信号辐射强度M2，进行对比，若冲击工况信号辐射强度M1大于等于衰减工况信号辐射强度M2，则被测设备的电磁信号辐射强度极限为冲击工况信号辐射强度M1，若冲击工况信号辐射强度M1小于衰减工况信号辐射强度M2，则被测设备的电磁信号辐射强度极限为衰减工况信号辐射强度M2。
本实施例通过峰谷两种状态的极端表现对比，进行被测设备的信号辐射强度的极限确定，操作流程简短，降低了信号辐射强度的计算复杂度。
实施例3：本实施例所述是列车关键设备电磁干扰测试方法，所述方法包括以下步骤：
在电波暗室中以浪涌冲击方式模拟被测设备的上升冲击状态，并计算被测设备的上升冲击系数；以电压暂缓和短时中断方式模拟被测设备的下降衰减状态，并计算被测设备的下降衰减系数；根据被测设备的常规工作状态计算设备的常规工况信号辐射强度，并通过上升冲击系数和下降衰减系数计算被测设备的冲击工况信号辐射强度和衰减工况信号辐射强度；对冲击工况信号辐射强度和衰减工况信号辐射强度进行对比以决定被测设备的电磁信号辐射强度极限。
上述公式均是去量纲取其数值计算，公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最近真实情况的一个公式，公式中的预设参数由本领域的技术人员根据实际情况进行设置。
上述实施例，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或其他任意组合来实现。当使用软件实现时，上述实施例可以全部或部分地以计算机程序货物的形式实现。所述计算机程序货物包括一个或多个计算机指令或计算机程序。在计算机上加载或执行所述计算机指令或计算机程序时，全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以为通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集合的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质。半导体介质可以是固态硬盘。
应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的货物销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件货物的形式体现出来，该计算机软件货物存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例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(read-only memory，ROM)、随机存取存储器(random access memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.列车关键设备电磁干扰测试系统，其特征在于：包括信号采集模块、状态评估模块、验证处理模块；
信号采集模块用于收集设备的电磁信号数据和环境数据，并对电磁信号数据和环境数据进行预处理，转送至状态评估模块；
状态评估模块用于根据电磁信号数据和环境数据计算设备的上升冲击系数和下降衰减系数；
验证处理模块用于根据设备常规工况信号辐射强度，结合上升冲击系数和下降衰减系数计算设备的冲击工况信号辐射强度和衰减工况信号辐射强度，并进行对比以确认设备的信号辐射强度极限。
2.根据权利要求1所述的列车关键设备电磁干扰测试系统，其特征在于：上升冲击系数的计算方法；
上升冲击系数的表达式为式中，/>为温湿度比值，U1为峰值电压与稳定电压阈值的差值，t1为峰值时间，/>为浪涌冲击状态电场积压度，α1为的比例系数，且α1大于0；
峰值电压为设备所测试浪涌冲击电压的最高值，设定稳定电压阈值为浪涌冲击电压波形稳态中值的k％，即U1为峰值电压与稳态中值电压值的k％的差值；
以稳态中值电压的k％为计时起点，以达到峰值电压的(1-k)％为计时终点，计时时间为t0，则峰值时间t1＝2×t0。
3.根据权利要求2所述的列车关键设备电磁干扰测试系统，其特征在于：浪涌冲击状态电场积压度的测量方法；
浪涌冲击状态电场积压度通过电波暗室进行测量，固定电场传感器位置于待测设备垂直上方1m处，进行浪涌冲击测试，当待测设备达到峰值电压，计算传感器位置有效频率上的电场场强之和。
4.根据权利要求1所述的列车关键设备电磁干扰测试系统，其特征在于：下降衰减系数的计算方法；
下降衰减系数的表达式为式中，/>为温湿度比值，U2为电压下降偏差幅值，f1为电压基础频率，n为大于0的正整数，/>为电压下降状态电场积压度，α2为/>的比例系数，且α2大于0；
电压下降偏差幅值为电压降低值占下降前电压的幅度，若下降后电压为0，则电压下降偏差幅值为100％。
5.根据权利要求4所述的列车关键设备电磁干扰测试系统，其特征在于：电压下降状态电场积压度的测量方法；
电压下降状态电场积压度通过电波暗室进行测量，固定电场传感器位置于待测设备垂直上方1m处，进行电压暂缓和短时中断试验，当待测设备的电压暂缓中断达到最大电压下降偏差幅值且持续频率最大，则计算此状态下电场传感器定点位置上的有效频率电场场强之和。
6.根据权利要求1所述的列车关键设备电磁干扰测试系统，其特征在于：常规工况信号辐射强度计算方法；
常规工况信号辐射强度M0＝K×I×S×F2，式中，K为电路材料系数，I为电流值，S为电流回路面积，F为频率。
7.根据权利要求1所述的列车关键设备电磁干扰测试系统，其特征在于：冲击工况信号辐射强度和衰减工况信号辐射强度的计算方法；
冲击工况信号辐射强度表达式为M1＝Rc×M0，式中，M1为冲击工况信号辐射强度，Rc为上升冲击系数，即为冲击工况下被测设备信号辐射强度的比例系数；
衰减工况信号辐射强度表达式为M2＝Dc×M0，式中，M2为衰减工况信号辐射强度，Dc为下降衰减系数，即为衰减工况下被测设备信号辐射强度的比例系数。
8.根据权利要求7所述的列车关键设备电磁干扰测试系统，其特征在于：设备的信号辐射强度极限的比对确定逻辑；
根据计算所得的冲击工况信号辐射强度M1和衰减工况信号辐射强度M2，进行对比，若冲击工况信号辐射强度M1大于等于衰减工况信号辐射强度M2，则被测设备的电磁信号辐射强度极限为冲击工况信号辐射强度M1，若冲击工况信号辐射强度M1小于衰减工况信号辐射强度M2，则被测设备的电磁信号辐射强度极限为衰减工况信号辐射强度M2。
9.列车关键设备电磁干扰测试方法，基于权利要求1-8任一项所述的系统实现，其特征在于：所述方法有如下步骤；
在电波暗室中以浪涌冲击方式模拟被测设备的上升冲击状态，并计算被测设备的上升冲击系数；
以电压暂缓和短时中断方式模拟被测设备的下降衰减状态，并计算被测设备的下降衰减系数；
根据被测设备的常规工作状态计算设备的常规工况信号辐射强度，并通过上升冲击系数和下降衰减系数计算被测设备的冲击工况信号辐射强度和衰减工况信号辐射强度；
对冲击工况信号辐射强度和衰减工况信号辐射强度进行对比以决定被测设备的电磁信号辐射强度极限。
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| CN202311320817.2A CN117554717A (zh) | 2023-10-12 | 2023-10-12 | 列车关键设备电磁干扰测试系统及方法 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117970012A (zh) * | 2024-04-01 | 2024-05-03 | 南京晟迅信息科技有限公司 | 电磁抗干扰试验信号监测系统 |
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2023
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