产品厂商新闻方案技术培训下载招聘品牌展会视频媒体国防军民融合

  • ?
    ?

    电磁兼容性测试不确定度的评估和应用

    2008-01-18

    摘要:对于测试实验室和实验室认可评审,EMC测试不确定度评估和应用难度较大,但其重要性近年来也日益明显。由于军标测试与民标测试在试验仪器、场地、布置及限值要求等方面均有较大区别,在不确定度分析和评估方面,建模和评估方法可以参考民用标准,但在具体实施时必须充分考虑军用标准的特点。本文据此对军用实验室EMC测试不确定度的评估和应用进行了几点探讨。

    关键词:电磁兼容性测试;军用标准;不确定度;评估

    ?

    0 ?引言

    电磁兼容性测试因测试特点等原因,不确定度的分析和评估较为复杂,在我国起步也较晚。GB/Z 6113.401-2007、GB/T 6113.403-2007和GB/Z 6113.404-2007等3项国家标准已于2007年9月6日批准发布,将于2008年4月1日开始实施。上述3项标准的发布与去年发布的国家标准GB/T 6113.402-2006《无线电骚扰和抗扰度测量设备和测量方法规范第4-2部分:不确定度、统计学和限值建模 ?测量设备和设施的不确定度》一起构成EMC不确定度评估的国家基础系列标准。该系列标准的颁布和实施,将推进EMC实验室对不确定度评估工作的开展。

    对于EMC测试军用实验室而言,由于军标测试与民标测试在试验仪器、场地、布置及限值要求等方面均有较大区别,因此在不确定度分析和评估方面,建模和评估方法可以参考上述标准,但不能照搬。

    1? EMC军标测试不确定度的评估

    1.1? 评估方法

    对于EMC军标测试,实验室在进行不确定度评估时,必须同时考虑测量设备和设施的不确定度MIU和标准符合性不确定度SCU必需的影响量。其中MIU的主要依据来源为测试设备、仪器及附件的校准、检定证书和测试报告,而SCU中各值需要根据军标测试的场地、设备、布置等而定。SCU不但取决于被测量的特性、产品的等级,而且取决于包括线缆布设在内的EUT布置。在一阶近似中,SCU与MIU无关。某种程度上,SCU的大小不仅超过了检测实验室的控制能力,也超过了装备生产单位的控制能力。与传统计量测量相比,EMC测试SCU可能有较大的值,如何将其应用总不确定度评估和合格/不合格判据中是EMC风险评估的问题,尤其对EMI项目的测试影响更大。一般来说,MIU由各检测实验室根据各自的场地和设备情况自行计算,而SCU值的大小,应由实验室认可机构根据测试标准的情况专门评估后规定。

    EMC测量设备和设施的不确定度一般按照B类评定,评估方法如下:

    对每个影响量的估计值xi应评定其标准不确定度u(xi)(以分贝表示)和灵敏系数ci。被测量的估计值y的合成标准不确定度uc(y)按下式计算:

    对检测实验室来说,对大多数测量结果近似正态分布的典型情况,包含因子取=2,其置信水平近似为95%。则测量设备和设施的扩展不确定度按下式计算:

    对于GJB 151A-1997和GJB 152A-1997测试来说,试验仪器、场地、布置及限值要求等方面与民标测试均有较大区别,在影响量的选取上也应有所区别。同时,除上面计算的测量设备和设施的扩展不确定度MIU外,还应该考虑由于标准规定的测试布置等原因引起的标准符合性不确定度SCU。

    以电场辐射发射为例,GB/T 6113.402-2006未对SCU规定,规定以下影响量计入实验室测量设备和设施的扩展不确定度ULAB的计算:

    -接收机读数?????????????????????????????????? -天线和接收机间连接网络的衰减

    -天线系数?????????????????????????????????????? -接收机正弦波电压准确度

    -接收机脉冲幅度响应???????????????????? -接收机脉冲响应随重复频率的变化

    -接收机本底噪声??????????????????????????? -天线端口与接收机之间失配的影响

    -天线系数的频率内插???????????????????? -天线系数随高度的变化

    -天线方向性?????????????????????????????????? -天线相位中心

    -天线交叉极化响应???????????????????????? -天线平衡

    -测试场地?????????????????????????????????????? -被测设备和测量天线之间的距离

    -放置被测设备的桌子的高度

    根据以上输入量计算后的测量设备和设施扩展不确定度的参照值为UCISPER=5.2 dB,k=2。

    对于GJB 152A-1997中RE102电场辐射发射来说,测试场地、设备和布置不同,在应用GB/T 6113.402-2006评估方法时也应有所改变。较为明显的变化有以下几点:一是要增加10kHz~30MHz频段有源杆天线测量的不确定度评估;二是由于大部分频段为近场测量,同时测量场地和天线设备的不同,部分影响量估计值会发生变化;三是增加EUT型式(台式、机柜式等)、大小不同引入的不确定度;四是需要增加测试布置,尤其是EUT取向、互联线布置等引入的不确定度。

    上述影响量中,前两项可属于MIU部分,由实验室自行计算列入ULAB。后两项属于SCU部分,应根据GJB 152A-1997测量布置等由标准起草单位或实验室认可机构评估后确定,并有职责将其控制在一个可以接受的水平。

    在SCU未规定前,实验室可参照GB/T 6113.402-2006计算各自测量设备和设施的扩展不确定度,并在报告中说明。

    1.2? 对数和线性量限值不确定度的计算

    EMC测试中许多测量的量是对数量,其不确定度用dB表示。测试的技术指标也是以这种方式给出的,例如:dBmV。然而有一些测量量是线性量,其不确定度是用相对值表示的,例如n%。当进行不确定度合成时,扩展不确定度会因计算中使用对数还是使用线性不确定度而有差异。

    线性还是用对数方式进行不确定度计算,取决于概率分布用那一方式表示更好。如果不确定度的主要分量的贡献是用dB表示的,则其概率分布也只能按dB表示,则各不确定度分量贡献都保留为对数的函数,且合成不确定度的均方根值按对数方式计算就更准确。同样,如果主要不确定度分量的贡献是以线性表示的,则不确定度用线性量的贡献计算更准确。

    简化考虑,可以按照极限值的形式来决定不确定度的线性或对数计算及表述方式。对于GJB 151A-1997中极限值以对数形式给出的测试项目,不确定度也以对数方式计算和表述。对于以线性形式给出的测试项目,不确定度则以线性方式计算和表述。

    实验室测试不确定度的评估和计算应与测试设备和设施的计量周期一致,数据应在设备和设施校准检定后,重新计算和评估。

    2? 对计量服务机构和测试的要求

    EMC测试设备和设施的校准和检定,不仅是实验室实现量值溯源的重要环节,而且对测试不确定度也有重要影响。

    实验室应尽量确保从外部校准服务机构(包括认可校准实验室和法定计量机构)获得的校准/检定证书符合下列要求:

    a)校准证书应在认可校准实验室认可范围以内,并具有量值溯源信息(如:上一级标准器的标识和检定或校准证书号),有校准的技术依据,有具体的校准数据及其测量不确定度等信息。

    b)检定证书应在实验室的授权范围以内,并具有量值溯源信息(如:上一级标准器的标识和检定或校准证书号),具有检定的技术依据(检定规程)和检定结果,在可能的情况下具有校准数据。

    c)测试报告应在实验室的授权范围以内,并具有量值溯源信息(如:上一级标准器的标识和检定或校准证书号),具有测试的技术依据和测试结果,在可能的情况下具有测量数据。

    从以上要求可以看出,测试设备和设施的校准和检定不但为实验室量值溯源提供了依据,而且其校准和检定不确定度也直接为EMC测试提供了各输入量数据。需要注意的有两点,一是EMC实验室在设备仪器送检时应明确校准和检定要求,如校准、检定内容及不确定度等;二是选择不同级别的计量外部服务机构,对EMC实验室测试设备和设施的不确定度计算结果有直接影响,尽可能选择级别较高的计量外部服务机构。

    对于GJB 151A-1997而言,其限值要比民用标准同类项目限值严酷得多,所以对不确定度的要求也更高。以RE102电场辐射发射为例,RE102限值与CISPER11和CISPER22辐射骚扰测量限值相比,频段更宽,限值更严。比较如图1所示。

    图1? RE102限值与CISPER辐射骚扰测量限值比较

    从图1可以看出,测量设备和设施扩展不确定度参照值UCISPER=5.2 dB对于除潜艇内部设备外的测试来说,都比较高。尤其对于3、6、7、9类设备来说,若EMC实验室电磁环境电平仅满足低于限值6dB的基本要求,5.2dB的测量不确定度将使得绝大部分测量结果处于模糊范围内,给标准符合判定带来相当大的困难。对于敏感度测试项目也是如此,以RS103项目为例,敏感度电平最高可达200V/m,频段从10kHz到40GHz,而民标敏感度电平最高仅为10V/m,频段从30MHz到1GHz。对于200V/m的RS103测试来说,23%的相对扩展不确定度就比较高了。

    因此对于EMC测试军用实验室来说,必须尽量保证测试设备和设施有较小的不确定度。满足这点要求不但要配备高级别的测试设备,而且需要选择较高级别的计量服务单位。

    EMC实验室对测试设备和设施的不确定度评估后,并不等于测试结果就可以在一定的置信区间内保证不确定度范围内。由于标准的特殊性,在进行GJB 151A/152A测试时必须严格按照标准要求进行测试布置,并按照规定的测试程序进行测试,否则不确定度的评估就失去了其意义和作用。这点要求主要作用是控制实验室SCU值,使其尽量符合或低于规定的值。

    3? 不确定度评估结果的应用

    实验室对EMC测试不确定度评估后,不是仅简单地在测试报告中标明而已,不确定度的评估结果要在测试中得到具体的应用。

    3.1? 在发射测量中的应用

    对于GJB 151A/152A发射测量,制定的发射限值未考虑不确定度的影响,在具体判别测量结果与限值得符合性时,有以下几种情况,如图2所示。

    图2? 发射测量结果与限值关系

    a)测量结果高于限值与扩展不确定度之和

    b)测量结果高于限值,但低于限值与扩展不确定度之和

    c)测量结果低于限值,但高于限值与扩展不确定度之差

    d)测量结果低于限值与扩展不确定度之差

    情况a应判定为不合格,情况d应判定为合格。对于情况b和c,需要单独考虑。一般需要实验室认可机构做出规定,在没有规定前,可以由实验室与EUT生产单位、订购部门协商后决定。需要注意的是,不同的符合性判据,伴随不同的风险,主要取决于测试的目的和武器平台的电磁兼容性总体设计。

    3.2? 在敏感度测试中的应用

    由于测量不确定度的存在,可能导致施加的敏感电平达不到规定的值。考虑敏感度测试的特殊性,为确保测试能够达到武器装备考核要求,应按照不确定的大小提高测试电平。

    例如对于RS103辐射敏感度测试,应将测试电平提高相对扩展不确定度Ur倍。若实验室计算的RS103测试设备和设施相对扩展不确定度为10%,在对陆军地面设备进行测试时,规定的场强电平为50V/m,则测试实际施加的电平应提高到50V/m×(1+10%)=55V/m。

    对于其它的敏感度测试项目而言也是如此,应根据具体项目对数或线性形式的扩展测试不确定度提高测试考核电平。

    4? 结束语

    EMC军用标准测试不确定度的评估应用,实验室认可机构应制订有关的标准或指南,对评估方法和一些特有影响量做出规定,例如测量设备和设施的扩展不确定度参考值,标准符合性扩展不确定度参考值等,以供各测试实验室使用。实验室认可时,对申请实验室测试不确定度评估和应用的评审也是一项重要内容。测试实验室要对本实验室各测试项目的测量设备和设施扩展不确定度进行定期计算,在测试时具体应用,并在测试报告中正确表述。

    ?

    参考文献:

    [1] GB/Z 6113.401-2007 无线电骚扰和抗扰度测量设备和测量方法规范第4-1部分:不确定度、统计学和限值建模 ?标准化的EMC试验不确定度.

    [2] GB/T 6113.402-2006 无线电骚扰和抗扰度测量设备和测量方法规范第4-2部分:不确定度、统计学和限值建模 ?测量设备和设施的不确定度.

    [3] 叶德培.测量不确定度.北京国防工业出版社,1996




    分享到:
    ?
    ?
    ?
    ?
    热门产品
    ?
    推荐厂商
    ?
    关于我们 | 联系我们 | 广告服务 | 版权隐私 | 积分换礼 | 友情链接 | 站点导航 | 违规举报
    ?