電源端口騷擾電壓測量中的不確定度分析

摘 要： 測量不確定度是測量系統(tǒng)最重要的特性指標(biāo)，也是測量質(zhì)量的重要標(biāo)志。為了評估實(shí)驗(yàn)室電源端口騷擾電壓測試項(xiàng)目的測量質(zhì)量，確保實(shí)驗(yàn)室出具數(shù)據(jù)的可靠性。根據(jù)CNAS電磁干擾測量不確定度的評定指南，通過實(shí)驗(yàn)室的實(shí)地測量，充分考慮實(shí)驗(yàn)室設(shè)備、環(huán)境、人員等因素對不確定度的影響，對LED照明產(chǎn)品EMC檢測項(xiàng)目電源端口騷擾電壓測試中的不確定度分量進(jìn)行了詳細(xì)地分析和評定。在計(jì)算過程中，對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行了合理的簡化，評定結(jié)果完全符合標(biāo)準(zhǔn)要求，且置信度高。

關(guān)鍵詞： 測量不確定度； 電磁兼容； 騷擾電壓； 接收機(jī)

中圖分類號： TN919?34； TM937.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）22?0105?03

0 引 言

電磁兼容（EMC）測試中，一個(gè)完整的測量結(jié)果應(yīng)由測量的觀測值和測量結(jié)果的不確定度組成。不確定度依據(jù)其評定方法可以分為A、B兩類，按誤差的不同性質(zhì)可分為隨機(jī)誤差引起的不確定度和系統(tǒng)誤差引起的不確定度，不能簡單地將A類不確定度對應(yīng)于隨機(jī)誤差引起的不確定度，把B類不確定度對應(yīng)于系統(tǒng)誤差引起的不確定度。A類由觀測列統(tǒng)計(jì)分析所評定的不確定度，用試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差S表征；B類由不同于觀測列統(tǒng)計(jì)分析所做評定的不確定度，用以前的觀測數(shù)據(jù)和測量儀器特性的使用經(jīng)驗(yàn)或資料及假設(shè)的概率分布估計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)偏差表征。通過對實(shí)驗(yàn)室檢測項(xiàng)目不確定的研究，對實(shí)驗(yàn)室檢測能力的提升和檢測質(zhì)量的保障具有積極的作用。

1 電源端口騷擾電壓測量方法

電源端口騷擾電壓測量由線路阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)（LISN）和EMI測試接收機(jī)組成，其中LISN在給定頻率范圍內(nèi)為騷擾電壓的測量提供標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的50歐姆阻抗，并使受試設(shè)備（EUT）與電源相互隔離[1?2]。測量配置示意圖如圖1所示。

2 不確定度來源

EMC測試中，引起測量不確定度的因素很多，尋找不確定度來源時(shí)，可以從測量儀器、測量環(huán)境、測量人員、測量方法、被測量等方面全面考慮[3?5]。故電源端口騷擾電壓測量不確定度的來源有：系統(tǒng)測量重復(fù)性引起的不確定度，接收機(jī)脈沖幅度引起的不確定度，脈沖重復(fù)頻率響應(yīng)引起的不確定度，LISN電壓分壓系數(shù)，接收機(jī)、LISN和被測設(shè)備之間阻抗不匹配引起的不確定度，測量環(huán)境和實(shí)驗(yàn)室布置引起的不確定度[6?7]。

A類不確定度計(jì)算方法是從隨機(jī)誤差的計(jì)算方法中發(fā)展得來的，通過多次測量而得到其分散性，都是通過計(jì)算實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差來表征，所以一般主要體現(xiàn)隨機(jī)誤差的不確定度分量都采用A類評定方法，通常使用貝塞爾公式計(jì)算[9?10]。使用非統(tǒng)計(jì)的方法進(jìn)行B類不確定度的評定方法用估計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)偏差表征，一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或有關(guān)技術(shù)信息和資料分析判斷被測分量可能值的區(qū)間[a，-a]和被測量的值落在可能區(qū)間的概率分布，由要求的置信水平P和選取的包含因子k，估計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏差[u（xi）=ak]，k與分布狀態(tài)的關(guān)系見表1。

表1 常用分布與k，[u（xi）]的關(guān)系

3 數(shù)學(xué)建模與不確定度評定

在實(shí)際測量的很多情況下，被測量Y（輸出量）不能直接測得，而是由N個(gè)分量X1，X2，…，XN通過函數(shù)關(guān)系f來確定，當(dāng)Xi具有某概率分布時(shí)，這個(gè)符號的含義就是隨機(jī)變量[10]。如果被測量Y的估計(jì)值為y，輸入量Xi的估計(jì)值為xi，則有y=f（X1，X2，…，XN），Y的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

Y的擴(kuò)展不確定度為：[U（Y）=kUc（Y）]，k為包含因子。

根據(jù)電源端口的傳導(dǎo)騷擾不確定度的來源可得被測量V按下式計(jì)算：

3.1 系統(tǒng)測量重復(fù)性

系統(tǒng)測量重復(fù)性引起的不確定度Vr屬于隨機(jī)誤差導(dǎo)致的不確定度，通過A類評定方法來確定，用平均值的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差[s（x-）]來表征。

在頻率為0.25 MHz處，對電源端子N線的騷擾電壓進(jìn)行6次獨(dú)立的測量，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)測試數(shù)據(jù)如表2所示。

3.2 脈沖幅度

脈沖幅度引起的不確定度δVpa，根據(jù)儀器操作手冊可知，接收機(jī)正弦波電壓測量誤差δ11<1.5 dB，修正值δVpa的估計(jì)值為0，具有半寬度為1.5 dB的矩形分布。得[u（δVpa）=1.53=0.866 dB。]

3.3 脈沖重復(fù)頻率響

脈沖重復(fù)頻率響應(yīng)引起的不確定度δVpr，接收機(jī)脈沖電壓測量誤差符合CISPR16?1標(biāo)準(zhǔn)，則修正值的δVpr的估計(jì)值為0，具有半寬度為1.5 dB的矩形分布。得[u（δVpr）=1.53=0.866 dB。]

3.4 人工電源網(wǎng)絡(luò)分壓系數(shù)

人工電源網(wǎng)絡(luò)（LISN）電壓分壓系數(shù)Lamn可由儀器校準(zhǔn)報(bào)告獲得，具有半寬度為0.5 dB的正態(tài)分布。故[u（Lamn）=0.51.96=0.255 dB。]

3.5 阻抗不匹配

接收機(jī)和LISN之間阻抗不匹配引起的不確定度[δM]的修正值為：

3.6 測量環(huán)境

測量環(huán)境引起的不確定度δC ，包括環(huán)境溫濕度和環(huán)境噪聲電平的影響，但是實(shí)驗(yàn)室的工作環(huán)境一般都符合標(biāo)準(zhǔn)的要求，對測量結(jié)果基本沒什么影響，可以忽略[11]。

3.7 測量布置

實(shí)驗(yàn)室測量布置引起的不確定度δS，標(biāo)準(zhǔn)要求試驗(yàn)要在被測物最典型的工作狀態(tài)產(chǎn)生最大騷擾時(shí)測量，因此在測試中，讓被測物在典型工作狀態(tài)下工作達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，則該因素可以不予考慮。

4 測量結(jié)果表述

電源端口的傳導(dǎo)騷擾不確定度的來源Vr使用A類評定方法確定，其他因素使用B類評定方法確定，且各來源互不相關(guān)。綜上所述，由第3節(jié)中描述的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度公式可得測量合成不確定度為：

完整的測量結(jié)果應(yīng)包含兩個(gè)基本量，一是被測量的最佳估計(jì)值，一般由數(shù)據(jù)測量的算術(shù)平均值給出；另一個(gè)是描述測量結(jié)果分散性的量，即測量不確定度[10，12]。因此，在0.25 MHz處，電源端子騷擾電壓值為VN=59.37 dBμV，其擴(kuò)展不確定度為U=2.76 dB，包含因子k=2，置信水平p=95%。

5 結(jié) 語

根據(jù)CNAS標(biāo)準(zhǔn)要求的要求，實(shí)驗(yàn)室電源端子騷擾電壓測試不確定度的限值是4 dB，經(jīng)分析實(shí)驗(yàn)室的測量不確定度符合標(biāo)準(zhǔn)要求，測量結(jié)果可靠性高。本文對接收機(jī)噪聲本底、測量布置等因素引人的不確定度未做考慮，這些還有待進(jìn)一步深入研究。

參考文獻(xiàn)

[1] 中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.GB 17743?2007 電氣照明和類似設(shè)備的無線電騷擾特性的限值和測量方法[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007.

[2] 王守三.電磁兼容測試的技術(shù)和技巧[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

[3] UKAS. The expression of uncertainty in EMC testing [R]. UK： UKAS， 2002.

[4] MCCROAN K D. Guide to the expression of uncertainty in measurement [R]. Stateline， Nevada： KARLAP University， 2005.

[5] ISO. ISO/IEC guide express： 1995， guide to the expression of uncertainty in measurement [EB/OL]. [2012?06?24]. http：// www. users.encs.concordia..

[6] 王文濤.EMC測量中的不確定度分析[J].工業(yè)計(jì)量，2004，14（3）：18?20.

[7] 中國合格評定國家認(rèn)可委員會.CNAS?GL07 電磁干擾測量中不確定度的評定指南[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.

[8] Anon. EMC Measurement Uncertainty a handy guide [EB/OL]. [2003?09?01]. http：//www.freepatentsonline.com.

[9] 梁小什.實(shí)際檢定工作中重復(fù)性引起不確定度的計(jì)算[J].航空精密制造技術(shù)，1999，17（5）：14?15.

[10] 佚名.測量不確定度基礎(chǔ)知識[M].廣州：賽寶計(jì)量檢測中心，2004.

[11] 樊尚春.測量不確定度評定方法[J].測控技術(shù)，2009，28（6）：96?98.

[12] 巨改生.EMC測量中不確定度的分析與評估[J].電氣傳動自動化，2010，32（1）：51?54.