（环境工程专业论文）电磁兼容实验室测试能力验证方法研究.pdf

北京交通人学硕士学位论文 摘要 摘要 摘要：电磁兼容测试能力验证能够解决不同电磁兼容实验室测试结果偏差较 大的问题。鉴于关于能力验证的资料较少，本文分析和总结了能力验证的过程和 评估方法，并应用于辐射骚扰场强和辐射骚扰功率测试中。 能力验证过程和评估方法中包括骚扰源稳定性验证、数据处理方法和不确定 度限值评定。骚扰源稳定性验证采用a 类不确定度计算方法，多次重复测量，计 算标准差；数据处理侧重计算各种统计量；不确定度限值的评定采用b 类不确定 度评定方法计算合成不确定度。 在辐射骚扰场强测试中，采用偶极子天线场强公式，编程计算了测试距离和 发射天线高度对测试结果引入偏差的分布情况，确定其标准差和近似分布类型。 另外还应用以上程序分析计算了1 0 米法和3 米法开阔场的归一化场地衰减理论差 值。 在辐射骚扰功率测试中，定性分析了功率吸收钳测试模型，然后结合实验数 据分析了测试线到屏蔽墙的距离和辅助吸收钳对测试结果的影响，并做出推论。 本文还应用所提出的数据处理方法和不确定度限值评定方法，分析了以上两 个测试不确定度分量，进而确定了能力验证的标准值和合成不确定度限值，得出 了能力验证的结果。 关键字：电磁兼容；测试能力验证；不确定度：辐射骚扰场强；辐射骚扰功率 分类号：t n 0 6 ；t b 9 7 3 北京交通人学硕十学位论文 a b s t r a c t a b s t r a c t a b s t r a c t ：t h ev a l i d a t i o no ft h et e s t i n ga b i l i t yo fe m cl a b o r a t o r i e sc a ns o l v et h e p r o b l e mo ft e s td a t ad i s c r e p a n c i e sa m o n gl a b o r a t o r i e s w h e r e a st h er e f e r e n c e st ot h e e m cv a l i d a t i o na r es c a r c e t h i st h e s i se m p h a t i c a l l ya n a l y z e st h em a i np r o c e d u r ea n d m e t h o d sa p p l i e di nt h er a d i a t i o ni n t e r f e r e n c ef i e l ds t r e n g t ht e s ta n dt h er a d i a t i o n d i s t u r b a n c ep o w e rt e s t t h ep r o c e d u r e sa n dm e t h o d so fv a l i d a t i o nc o n t a i nt h ed i s t u r b a n c eg e n e r a t o rs t a b i l i t y v a l i d a t i o n , d a t ap r o c e s sm e t h o d sa n du n c e r t a i n t yl i m i t sa s s e s s m e n t t h ed i s t u r b a n c e g e n e r a t o rs t a b i l i t yv a l i d a t i o ni n v o l v e st h ec a l c u l a t i o nm e t h o d so f t y p eau n c e r t a i n t y , b y w h i c ht h eg e n e r a t o ri sr e p e a t e d l ym e a s u r e da n dt h es t a n d a r dd e v i a t i o ni sc a l c u l a t e d ；t h e s t a t i s t i c sc a l c u l a t i o ni sp a r t i c u l a r l ye m p h a s i z e di nt h ed a t ap r o c e s sm e t h o d s ；t h e u n c e r t a i n t yl i m i t sa s s e s s i n gi sa p p l i e db yt h ec a l c u l a t i o nm e t h o d so ft y p ebu n c e r t a i n t y t oc a l c u l a t et h ec o m b i n e du n c e r t a i n t yl i m i t s i nt h er a d i a t i o ni n t e r f e r e n c ef i e l ds t r e n g t ht e s t ，a f t e rc h o o s i n gt h et h e o r e t i c a lf i e l d s t r e n g t he x p r e s s i o n so fd i p o l ea n t e n n a ，ap r o g r a mi sw r o t et oc a l c u l a t et h ew a r po ff i e l d s t r e n g t hi n t r o d u c e db yt h er e c e i v i n gd i s t a n c ea n dt h eh e i g h to ft r a n s m i t t i n ga n t e n n a ， t h e ns t a n d a r dd e v i a t i o na n ds i m i l a rd i s t r i b u t i o nt y p e sc a nb ea s c e r t a i n e d m o r e o v e r , t h e p r o g r a mm e n t i o n e da b o v ei s a l s ou s e dt oc a l c u l a t et h e d i f f e r e n c ei nt h ea b s t r a c t n o r m a l i z e ds i t ea t t e n u a t i o no flo ma n d3 mo no p e nf i e l d i nt h er a d i a t i o nd i s t u r b a n c ep o w e rt e s t ，t h em o d e lo fa b s o r b i n gc l a m pi sq u a l i t a t i v e l y a n a l y z e d t h ee f f e c t so ft h es e c o n d a r ya b s o r b i n gc l a m pa n dt h ed i s t a n c eb e t w e e nt h e l e a du n d e rt e s ta n dt h ew a l lo ft h es h i e l dr o o ma r ea n a l y z e db yt h ed a t aa n dt h em o d e l a f t e r w a r d sad e d u c e dc o n c l u s i o na b o u tt h ee f f e c t so f f a c t o r si sg i v e n t h i st h e s i sa p p l i e st h ev a l i d a t i o nm e t h o d st ot h et e s tr e s u l t sp r o c e s s i n ga n dt h e u n c e r t a i n t yl i m i t sa s s e s s m e n ti nt h et w od i f f e r e n tt y p e so ft e s t sm e n t i o n e da b o v e ，s o s t a n d a r dr e s u l t sa n du n c e r t a i n t yl i m i t sa r ec a l c u l a t e d f i n a l l y , t h er e s u l to f t h ev a l i d a t i o n o f t e s t i n ga b i l i t yo f e m c l a b o r a t o r i e si sg i v e n k e y w o r d s ：e m c ；v a l i d a t i o no ft h et e s t i n ga b i l i t y ；u n c e r t a i n t y ；r a d i a t i o n i n t e r f e r e n c ef i e l ds t r e n g t h ；d i s t u r b a n c ep o w e r c l a s s n o ：t n 0 6 ；t b 9 7 3 l 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权北京交 通大学可以将学伉论文的全部或部分内容编入有天数据库进行检索，并采_ l 影印、缩印或扫 描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部j 或机构送交论文的复印 件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名 签字日期：y 7 年t j 月工泊 北京交通人学硕十学位论文独创性卢明 独创性声明 本人卢明所甓交的学位论文是本人在导师指导卜进行的研究| ：作和取得的研究成果，除 了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也 不包含为获得北京交通人学或其他教育机构的学位或证s 而使川过的材料。与我一同_ j ：作的 同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：韶攫童l 签字日期：炒7 年i 二月土罗日 致谢 论文的最终完成，得益于众多老师、学者和同学的指导和帮助。 衷心感谢我的导师周克生老师，从2 0 0 5 年入学以来，周老师一直在帮助我， 指导我，使我能不断学习科学文化知识，学会科学研究的方法，并为文论的完成 提出了很多宝贵的意见和建议。我一定在未来的工作和科研工作中发奋努力，不 辜负导师对我的期望。 衷心感谢中国计量科学研究院研究员滕俊恒老师。作为良师和益友，滕老师对 我的影响是巨大和深远的。在实习期i 日j 滕老师为我创造了很多锻炼、学习机会， 给了我非常宽松的条件进行研究实践，使我能从中学到实际知识。在工作态度和 做人方面滕老师也给我非常多的建议，我深深感到这些都是我一生受益的宝贵知 识。 衷心感谢实验室的沙斐老师、闻映红老师、王国栋老师、王风兰老师、朱云老 师，你们不仅在学术上帮助我解决了许多实际问题，而且教给我许多做人的道理。 感谢实验室的陈嵩师兄、陈家奎、尹成、安皓、李萧、李静、杨光、曲璐、许宏 岩、苏立轩、翟杰等同学给予我的帮助。 衷心感谢计量院生物、能源与环境所环境室的武彤高工、崔伟群高工、徐定华 高工、郑显玉工程师、沈庆飞工程师、郭瑞民工程师等老师的指导和在项目上给 与我无私的帮助。特别要感谢武彤老师在技术和实践当中关键的帮助和指导，有 了您的指导很多技术问题才迎刃而解。 另外还要感谢无线电处e m c 研究室谢鸣、洪力、王维龙、侯立新、胡白涛等在 项目过程中给与我的协助和指导。实习期间与大家建立了良好的关系，也得到大 家的很多帮助，感谢大家。 最后，感谢我的父母给我教诲和精神上莫大的支持，在今后人生的道路上一 定不辜负您们对我的期望。 感谢所有关心和支持我的人! 北京交通大学硕十学仿论文 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 研究背景 强制产品认证，通常指为了保护广大消费者人身安全和健康、保护环境及保 护国家安全等，国家通过立法而强制性实施的，一种评估产品是否符合国家规定 的技术要求( 标准和技术规范) 的产品认证制度。 至今有能力进行“c c c ”认证相关电磁兼容测试实验室已逾数十家，但由于各 实验室实验条件和人员素质不同，测试水平也参差不齐。另外，电磁兼容测试中 会向外辐射电磁场，由于场地、仪器仪表等原因电磁场分布复杂，且容易受到干 扰，造成测试结果产生较大偏差。因此为了保证测试数据的一致性，评估签约实 验室的测试能力，认监委组织各签约实验室进行电磁兼容能力验证。 1 2 意义和目的 能力验证是利用实验室自】比对来确定实验室的校准检测能力或检查机构 的检测能力。能力验证技术根掘检测物品的性质、使用的方法和参加实验室的数 目而有所不同。大部分能力验证具有共同的特征，即将一个实验室所得的结果与 其他一个或多个实验室所得的结果进行比对。在电磁兼容领域，能力验证活动主 要依据实验室之间的比对。 通过实验室之间的比对来确定偏差的大小是一种行之有效的方法。通过实验 室之间比对的方法，从结果中寻找差异的内在原因，修正人为误差、系统误差等， 改善测试方法，优化检测流程，使差异控制在可接受范围内。 电磁兼容与其它专业相比，要更多地依赖于测量。同时，电磁兼容测量对试 验条件的要求也很严格。虽然制定了对仪器仪表、实验室设施等方面要求的标准， 但从电磁兼容测量本身的要求来看，电磁兼容测试有其独有的特点，不同的实验 室检测结果往往存在较大的检测差异。 从对实验室能力验证的重视程度，可以看出其对于测试质量的重要意义。所 以本文的主要目的就是通过研究实验室能力验证方法，来组建一个对于电磁兼容 测试行之有效的能力验证系统。 另外，除了对样品和方法进行研究以外，本项目还有一个重要目的，通过分 析数据和测试时的布置，得到对比对有重要影响的因素，并通过分析这些因素， j 匕京变通人学硕七学位论文第1 章绪论 以达到尽量减小实验室测试偏差的目的。 1 3 论文研究内容和方法 本文主要的研究内容是辐射骚扰场强和辐射骚扰功率这两个测试项目的能力 验证方法，以及对这两个测试项目产生影响的因素分析。 电磁兼容测试的项目非常众多，因此首先通过第2 章对于验证方法进行总领 性的研究。在这部分，将对能力验证的整个过程进行详细的分析，包括样品稳定 性验证、测量审核和不确定度限值计算方法。接下来通过第3 章和第4 章来分析 辐射骚扰场强和辐射骚扰功率测试。在这两部分将着重分析不去确定度分量和对 实验有影响的因素。 由于本文主要目的是研究测量设备和系统之间的差异，所以在比对结果评价 和处理上，主要引用标准符合性不确定度，而不去考虑样品的影响。另外就是通 过理论方法计算某些不确定度分量的分布。 本项目采用了理论分析和实验相结合的方法进行研究。对于辐射骚扰场强和 辐射骚扰功率的原理进行分析，并根据数学模型编辑计算程序，对影响检测结果 的量进行详尽的分析。 2 北京变通人学硕士学何论文第2 章e m c 能力验让过稃分析 第2 章e m c 能力验证过程分析 2 1 e m c 能力验证的作用 在c n a l a r 0 7 ：2 0 0 3 能力验证规则当中规定，能力验证的定义是利用实验 室间比对确定实验室的校准、检测能力，包括了能力验证计划、实验室间比对计 划和测量审核。而能力验证计划则是为确定实验室在某个特殊领域的检测、测量 和校准能力而设计和运作的能力验证项目。 电磁兼容与其它专业相比，要更多地依赖于测量。同时，电磁兼容测量对试 验条件的要求也很严格。虽然制定了对仪器仪表、实验室设施等方面要求的标准， 但从电磁兼容测量本身的要求来看，电磁兼容测试有其独有的特点，不同的实验 室检测结果往往存在较大的检测差异。受实验室的测试环境差异( 比如测试场地、 测试天线、接收设备、测试电缆等等) 和被测试样品性能稳定性影响，不同实验 室检测的结果之间存在一定的差异。该差异可能导致在一个实验是检测合格的样 品在另一个实验室检测为不合格。解决这些问题的一个行之有效的方法是通过实 验室之间的比对，而比对又是能力验证的核心部分，所以通常都是通过比对计划 对参加验证的实验室特定的测试、校准项目的能力进行评价。通过实验室验证， 可以从结果中寻找差异的内在原因，修正人为误差、系统误差等，改善测试方法， 优化检测流程，使差异控制在可接受范围内。 2 2 e m c 实验室能力验证计划 2 2 1 确定测试方案 在得到能力验证任务之后，首先要做的就是确定能力验证方案。由于电磁兼 容测试的项目非常众多，一次能力验证通常只能完成一个测试项目的验证。在选 定检测项目之后，要确定有相关领域的电磁兼容实验室，即参加验证的是实验室。 另外还要进行必要的技术准备，包括测试场地说明、测试布置和步骤说明。 由于验证计划本身的特点，这些说明性的文档能够尽量保证测试的一致性，排除 粗大误差，这样采集的数据d 。有分析的意义。这些内容都针对不同的测试项目而 不同，在这罩不便列出。因此在进行相关测试分析时，将把这些文档重要的内容 北京交通人学硕十学位论文第2 章e m c 能力验让过群分析 添加到本文。为了保证测试的真实性，还要对测试数据的返回时i b j 进行严格的要 求，一般要求由送样品工程师在测试结束后带回。 测试方案的确定并不是多余的过程，好的测试方案能够保证数据的一致性和 真实性，并能够帮助数据分柝人员排除粗大的影响因素。 2 2 2 骚扰源稳定性验证 在电磁兼容比对实验中，样品的选择是非常关键的一个环节，应确保比对出 现的不满意结果不被归咎于样品的变异性。比对样品选择不合适，会导致难以对 最终数据进行统计：或者结果不能反映参加比对实验的所有测量能力。稳定的被 测设备，能减少测试结果的不确定性，排除导致测试差异的不稳定因素并缩小测 试差异的考察范围，简化测试差异的分析过程。 一个合适的比对样品，至少要满足以下要求： 1 )比对实验选择被测样品最重要的一点就是被测样品在测试过程中其运行 的稳定性。 2 ) 影响比对测试结果稳定性的主要原因除了被测样品自身的稳定性，另一个 就是测试布置的一致性。测试布置稍有差异，其结果的误差可能就很大。 在电磁兼容比对中，一般采用单一样品在多个实验室之间传递，其稳定性通 常用观测值的实验标准差s ( y ) 来表示。 稳定性验证采用a 类标准不确定度的评定方法 2 ，即通过多次测试评定出样 品输出的平均值和实验标准差。 在这里测试使用相同场地，假定能够消除系统误差，只存在随机误差，则测 量值应该散布在测量期望值附近。当曲若干组测量值时，它们的测量值也应当散 布在期望附近，但比单次测量值更加靠近期望值。因此，在这里使用多次观测值 的平均值为被测量的估计值，以平均值的试验标准差为测量结果的标准不确定度。 应采用一套稳定的检测系统，对比对样品重复测量n 次( n 应尽可能大) ，得 到n 个观测值y i ( i = l 、2 - - - n ) ，其平均值为y ，使用贝塞尔公式计算，于是单次 测量的实验标准差s ( y ) 为： s ) = 而a 类标准不确定度，即平均值的实验标准差为 4 北京交通人学硕十学位论文第2 章e m c 能力验证过程分析 “( 歹) ：s ( 歹) ：掣( 2 ) n 式中u ( y ) 为a 类标准不确定度，s ( y ) 为平均值的实验标准差。在这里u ( y ) 的自由 度为v = n 一1 。 盯是某个能力验证计划中能力评价标不确定度的目标值，有时可以理解为测 试系统的不确定度，u ( y ) 为样品不确定度。若u ( y ) 0 3 盯，则对在本能力验证计 划中使用样品是稳定的。 由于测试的频点较多( 3 0 m h z 3 0 0 m h z 间隔1 0 m h z 测一点) ，限于篇幅限制， 只给出如下频点数据。 本文当中使用的样品通过在1 个月内5 次辐射骚扰功率重复测量，在3 0 m h z 到3 0 0 m h z 的频带上的平均值实验标准差最大值为所得到的不确定度为1 1 d b ，即 重复测量所引入的不确定度为1 1 d b 。而c i s p r 给出的辐射骚扰功率标准不确定度 为4 5 d b ，易见u ( y ) o 3 盯。测试数据见表l 。 由此可以证明骚扰源稳定。 表1 骚扰源稳性验证数据 t a b l e1t h ed a t ao f t h ev a l i d a t i o no f d i s t u r b a n c eg e n e r a t o r 频率平均平均值实 ( m h z ) 12345 值标准差验标准差 3 05 2 4 45 7 5 05 5 o o5 5 5 05 3 1 05 4 7 l2 o lo 9 0 4 06 2 3 96 1 1 76 2 8 06 3 8 05 7 4 06 1 5 l2 4 81 1 1 6 06 1 6 46 0 0 56 0 6 06 0 8 06 1 6 06 0 9 4o 6 80 3 0 l o o5 2 8 85 4 9 l5 3 4 05 3 0 05 3 8 05 3 ，6 00 8 203 7 1 3 05 4 5 35 3 5 35 5 7 05 4 1 05 5 3 05 4 6 3o 8 8o 3 9 1 5 05 3 2 65 3 3 65 4 7 05 4 1 05 3 6 05 3 8 00 6 0o 2 7 1 8 05 3 9 45 3 8 45 4 0 05 1 8 05 2 3 05 3 1 81 0 40 4 7 2 0 05 3 2 75 3 7 2 5 5 0 0 5 0 7 05 2 5 05 3 0 41 5 90 7 l 2 4 05 0 9 95 0 ，5 05 0 5 04 9 0 05 2 1 05 0 6 21 1 2o 5 0 2 6 05 0 7 25 1 9 45 2 6 04 8 0 05 1 2 05 0 8 91 7 70 7 9 2 9 04 9 4 05 0 5 25 1 6 04 8 2 05 1 _ 4 05 0 2 21 4 3o 6 4 3 0 05 0 0 94 9 6 55 0 0 04 9 4 05 0 5 04 9 9 30 4 20 1 9 2 3 验证审核方法 在电磁兼容能力验证计划当中所用的样品一般都是只有一个，这个样品应当 已经通过样品稳定性验证，保证样品引入的不确定度已降至最小。样品传递后， 北京交通人学硕一卜学位论文第2 章e m c 能力验证过程分析 各个实验室应当将测量结果上交。 在验证计划筹划过程中，一个重要的统计考虑是，所用的分析是基于结果是 服从j 下态分布的假设。正态分布是一个连续的、对称的“钟形”曲线，并被定义 为大约有6 8 的值处于平均值的一倍标准偏差内，9 5 的值处于两倍标准偏差内， 9 9 的值处于三倍标准偏差内。因此，计划组织者必须注意从所用样品中获得的结 果应近似于正态分布。 在开始进行统计分析之前，应采取措施以确保所采集的数据对于分析而言是 正确、合理的。因此，一旦收到了所有结果( 或己超过了上报结果的最后期限) ， 必须仔细复查输入的数据。通过这个检查过程，一般可以识别出总体数据中的粗 大误差和潜在问题。 2 3 1 数据处理方法 对比对数据的处理是一件非常繁琐和复杂的操作。在数据采集回来后，由于 各种原因，可能出现离群值。这时要通过计算总体统计量，来显示出数据的分布 情况，找出离群值并剔除。然后还要根据不同的测试项目，计算出不确定度，这 样才能评定测试数据是否合格。 2 3 1 1 总计统计量 完成了数据准备，就可以用总计统计量来描述数据。至少应包含七种综合的 鳜试量m 维采数量、中位值、标准西分位数阃距( i 职) 稳健的变异系数( c v ) 、 最小笤，歇缘另外，有时还需要计算峰度和偏度。 这些统计量当中最重要的是中位值和标准i q r 它们是数据的集中和分散 的量度，与平均值和标准偏差相似。使用中位值和标准i q r 是因为它们是稳健的 统计量，即它们不受数据中存在的离群值的影响。 结果数量是从一个特定检n 样品中得到的结果的总数，符号为n 。其它的大 多数统计量是从编组结果中计算的，即从最低值到最高值。 中位值是一组数据的中间值，即有一半的结果高于它，一半的结果低于它。 如果n 是奇数，那么中位值是一个单一的中心值，即x ( n + i ) 2 。如果n 是偶数， 那么中位值是两个中心值的平均，即是( x n 2 + x ( n 2 ) + 1 ) 2 。例如，如果n 是 9 ，中位值是第5 个值，如果n 是1 0 ，那么中位值是第5 和第6 个值的平均值。 标准i q r 是一个结果变异性的量度。它等同于四分位问距( i q r ) 乘以一个因 子( 0 7 4 1 3 ) ，使其与一个标准偏差相类似。四分位b j 距是低四分位数值和高四分 北京交通人学硕七学位论文第2 章e m c 能力验i 止过程分析 位数值的差值。低四分位数值( q 1 ) 是低于结果的四分之一处的最近的值，高四 分位( 0 3 ) 是高于结果四分之三处的最近的值。在大多数情况下q l 和q 3 是通过 数据值之间的内插法获得的。 i q r = q 3 一q 1 ( 3 ) 标准i o r = i q n 0 7 4 1 3 ( 4 ) 稳健c v 是一个变异系数( 它可供比较不同样品n 试中的变异性时使用) ，它 等于标准i q r 除以中位值，用百分比表达即稳健c v = 1 0 0 标准i q r 中位值。 最小值是最低值( 即x 1 ) ，最大值是最高值( 即x n ) ，全距是它们之间的 差值( 即 n - x 1 ) 。 峰度就是描述某变量所有取之分布形态陡缓程度的统计量。其数据定义为： 1d 4 k u r t o s i s = ( 而一习s d 4 - 3 ( 5 ) n l 百 与正态分布相比，峰度为0 表示其数据分布与正态分布的陡缓程度相同；峰 度大于0 表示比正态分布高峰更陡，为尖顶峰；峰度小于0 表示比正态分布的高 峰要平坦，为平顶峰。 偏度也是刻画数据分布形态的，它是描述某变量所有取值分布形态的对称性的 统计量。其数学定义为： 1月 3 s k e w n e s s = 士( t i ) s d 3 ( 6 ) n l 百 与正态分布相比，偏度为0 表示其数据分布形态与正态分布偏度相同，左右 对称；偏度大于0 表示正偏差数值较大，为正偏或右偏，有一条长尾托在右边； 偏度小于0 表示负偏差值数值较大，为负偏或称左偏，有一条长尾托在左边。偏 度的绝对值越大表示数据的分布形念的偏斜程度就越大。 2 3 1 2 数据评价方法 比对实验的测量数据评价技术有多种方法，在电磁兼容比对实验中，多采用 单个样品进行传递，主要采用统计方法有利用e n 值和利用稳健的z 比分数来确定 离群值。 1 ) 多个测量系统比较的数据统计方法 在测量比对中，使用e n 比率来评价某一实验室的每一个单独结果。e n 代表标 准化误差，其定义为： 7 北京交通人学硕十学仿论文第2 章e m c 能力验证过程分析 l a b r e f 一镢忑 ( 7 ) 其中：l a b 是参加实验室的结果：r e f 是选定的参考值；u l a b 是参加实验室报告 的不确定度；u r e f 是参考不确定度。 对于一个结果，可接受的一个e n 比率( 也称e n 值) 应在一l 至l j + l 之间，即ie n l 3 的置信度约为 9 9 ( 相对于正态分布) ，即在总体结果中有少于1 几率的确切结果结果对非常容 易出现问题。类似的，z 比分数减为2 的置信度约为9 5 。 本文当中所用的离群值判别方法是z 比分数法。选择这个方法的原因，主要 是因为z 比分数法是通过对测试数据的计算来得到离群值的，这样就避免了e n 值 法中各个实验室提供的实验实不确定度不一定准确的问题。 2 3 2 合成不确定度限值评估方法 2 3 2 ，ib 类不确定度 如果实验室拥有足够的时间和资源，就可以对不确定度的每个了解到的原因 进行详细的统计研究。例如，采用各种不同类型的仪器、不同的测量方法、方法 的不同应用以及测量理论模型的不同近似。于是，所有不确定度分量就可以用观 测的统计标准来表征。换言之，所有不确定度分量都可以用a 类评定方法得到。 然而，这样的研究并非经济可行，很多不确定度分量实际上要用别的方法评定。 当被测量x 的估计值葺不是有重复观测得到，其标准不确定度“ ) 可用王的 可能变化的有关信息或资料进行评定。 b 类不确定度的信息来源有以下六项： 1 ) 以前的观测数据 2 ) 对有关技术资料和测量仪器特性的了解 3 ) 生产部门提供的技术说明文件 8 北京交通人学顶+ 学位论立 第2 章e m c 能力验i 止过拌分析 4 ) 校准证书、检定证书或其他文件提供的数据、准确度的等级或级别，包括 目前暂在使用的极限误差等； 5 ) 手册或某些资料给出的的参考数据及不确定度 6 ) 规定试验方法的国家标准或类似技术文件 2 3 2 2 合成不确定度 被测量y 的估计值y 的标准不确定度，是由相应的输入量五，而，而，_ ，t 的 标准不确定度适当的合成求得，估计值y 的合成标准不确定度记为群，( y ) ，它表征 合理赋予被测量估计值y 的分散性。 当所有输入量墨是彼此独立不相关的，合成标准不确定度“。( y ) 可由计算 识加喜c 务2 1 式中f 为测量y 与墨的函数关系；“( ) 为玉的标准不确定度。 要是函数厂在五：而时的偏导数，这些偏导数称为灵敏系数，符号为q ，即 观 q ：誓。它表示了输出估计值y 随输入估计值，而，毛，的变化而变化的过 假 一一 程度。特别是当输入估计值玉有微小变化她时，输出估计值y 的变化 ( 少) i = ( ) 鼍。如果这个变化来自输入估计量葺的标准不确定度，那么输出估计 观 值y 的相应变化就是( 兰) “( t ) 。因此，合成方差“；( j ，) 可视为伴随各项输入分量 僦 的估计方差而引起输出估计值y 的估计方差。因此式( 9 ) 可以表示为 “；( y ) = 泓( t ) 2 ( 1 0 ) 进而得到 心( y ) = 扩展不确定度u 由合成标准不确定度蚱乘以包含因子k 得到 9 北京交通人学硕 = 学位论文第2 章e m c 能力验证过程分析 u = 心( y ) k ( 1 2 ) 测量结果可以表示为y = y u ，y 是被测量的最佳估计值，被测量y 的可能以较 高的簧信水准落于区间 u + y ，u y 】内。对于任一给定的置信概率或置信水准p ，扩 展不确定度记为u 。，可表示为 = u 。( y ) 七p ( 1 3 ) 一般采用的p 值为9 9 和9 5 ，在本文当中才用p = 9 5 。由于所要进行的测试量 为正态分布，认为k = 2 。因此扩展不确定度按式( 1 4 ) 计算： 叽肚= 2 u 。( y ) ( 1 4 ) 下表给出了c i s p r 中的骚扰功率和骚扰场强的不确定度值，这些值是通过计 算了影响着两个实验的各个输入量，最后计算出的合成不确定度。 表2c i s p r 给出的【o 口值 3 4 】 被测量测量频率 ( ，m 骚扰功率 3 0 删z 一3 0 0 删z4 5 d b 辐射骚扰( 在开阔场地或 3 0 蛐z - 1 g l t z5 2 d b 替代场地上测得的电场强 度) 但是现在所得到的不确定度还不能应用于能力验证测试，还需要根据参加比 对的实验室数量n ，添加缩放因子，计算公式如下： 【，= ( 1 5 ) 应用这个公式才考虑到了参加实验室数量的影响。当n 较小时，即参加比对 的实验室较少时，u 的值应当距真实值较远；当n 较大时，即参加比对的实验室 较多时，u 的值应当距真实值较近：当n 无限大时，u 应当等于( 么。 2 3 2 。3 电磁骚扰接收机引入的不确定度 在g b 6 1 1 3 1 5 2 中对电磁骚扰测量接收机的技术指标进行了规定，满足这些要 求的接收机均可以在认证检测中使用。对于不同的类型的信号，接收机的响应是 不同的，如载波准确度、脉冲幅度响应准确度、脉冲重复响应准确度等。电磁骚 扰测量接收机的准确度对检测结构构成最直接的影响，这个是非常容易理解的， o 北京交通人学硕士学位论文第2 章e m c 能力验i 止过程分析 通常我们认为只要符合c l s p r 1 8 要求的接收机均为可以接受的，也就是晚这些接 收机对检测结果的影响在可以接受的范围内。 接收机读数的变化 6 】，包括测量系统不稳定、接收机噪声以及表头刻度内插 误差等因素引起。，的估计值是很多读数的平均值，其标准不确定度为平均值的 ， 试验标准差( 1 ( _ 1 ，服从两点分布) 。为了得到接收机读数变化的不确定度，使用 一台满足g b 6 1 1 3 1 的准峰值测量接收机，反复测量样品5 次，使用极差法替代贝 塞尔公式计算，如下式： ，、 尺 j 惦j 2 二 ( 1 6 ) 。( i ) ：掣 一 ( 1 7 ) 上两式中，r 为测量结果中最大值和最小值的差，成为极差；s ( i ) 为平均值的试验 标准差；n = 5 ，为测量次数。通过计算，可以得到接收机读数变化的不确定度为o 1 。 本文中比对所要处理的量为准峰值，可以得到准峰值接收机正弦波电压准确 度的修正值占e 。的不确定度为垃d 8 ，其估计值为0 ，具有半宽度为2 d b 的矩形概 率分布。 准峰值接收机脉冲响应特性分为脉冲幅度特性和脉冲重复频率特性。在 g b 6 1 1 3 ，1 中接受几脉冲幅度响应不确定度为1 5 d b ，其估计值为0 ，具有半宽度 为1 5 d b 的矩形概率分布。另外脉冲重复频率特性的不确定度也是1 5 d b ，其估 计值为0 ，具有半宽度为1 5 d b 的矩形概率分布。 一台g b 6 11 3 1 接收机的噪声本底往往远低于接收量的极限值，因此噪声本底 对接近极限值的测量结果的影响是可以忽略不计的。但对辐射骚扰场强测试，接 收机的本底的估计值为0 ，并具有半宽度为0 5 d b 的不确定度，包含因子k = 2 。 2 3 2 4 衰减引入的不确定度 接收机与吸收钳或天线之间的连接网络的衰减量l c 的估计值，可以由校准报 告获得，同时得到与其相对应的扩展不确定度和包含因子。如果对电缆或衰减器， 其衰减量l c 的估计值是由制造厂的数据获得的，则可以设定其可能值的半宽度等 于制造厂对衰减规定的允许误差限的绝对值，并设为矩形分布。如果连接网络是 电缆与衰减器串接而成，而且两者均有制造厂数据，则l c 有两个分量，每个分量 均有其自己的概率分布。 对于辐射骚扰场强和辐射骚扰功率测试，查得电缆衰减的不确定度为- + 0 1 d b ， 北京交通人学硕士学位论文第2 章e m c 能力验证过程分析 服从口= 0 7 1 梯形分布。 2 3 2 5 失配引入的不确定度 通常，人工电源网络、吸收钳或天线的接收机端口应连接到一个两端口网络 的端目1 上，其端1 3 2 则连接到反射系数为1 1r 的接收机上。这个两端口网络可以 是一根电缆、衰减器、衰减器和电缆的串联，或者是某些部件的其他方式的组合。 它可以用s 参数表征，则失配误差的修正值为： 万m = 2 0 1 9 ( 1 一f 。s i l ) ( 1 一f ，- 是2 ) 一$ 2 2 1 f 。f ， ( 1 8 ) 其中，re 是由接被测设备的人工电源网络或吸收钳的接收机端口，或作骚扰 测量时架设的天线的输出端口看进去的反射系数。所有参数都是针对5 0 q 阻抗的。 两端u 纠络 电缆 玻测设器 吸收钺 囊减器 接收机 ( e u t ) 天线也缆卡“囊_ 碱 嚣书联 s n s ：2 s 2 l 一 r er r 图1 反射系数示意图 f i g u r e1t h e s k e t c hm a po f t h er e f l e c t a n c e 当只知道这些参数的模值或模值的极限值时，要计算6 w 是不可能的，但是可 以确定其不会超出的极限值d m 2 ： 罗 ，2 = 2 0 l g 1 _ + ( i t 。j i 墨，i + l r ，i i ：l + i r 。i i 墨，l l r ，i i 蔓：i + i r 。i l r ，i l 是1 2 ) 】 ( 1 9 ) 踟彳的概率分布近似为u 形分布( 即反正弦分布) ，可能值的宽度不大于 ( 万m + 一万 彳一) ，其标准不确定度不大于半宽度除以i 。 对骚扰电压和骚扰功率的测量，r - e 是被测设备阻抗的函数，而被测设备的阻 抗通常是未知的和不受限制的。 2 北京交通人学硕+ 学位论文第3 章辐射骚扰场强比对测试 第3 章辐射骚扰场强比对测试 3 1 测试原理 辐射骚扰场强的理想测试场地是开阔场，考虑将对称振子置于无限大的道边 平面上的辐射情况。模型如图2 所示： 高度h 夕少 r i 高庙 瓜? 、_ 图2 偶极子辐射原理图 f i g u r e2t h ep r i n c i p l ef i go fd i p o l ea n t e n n a 根据关于偶极子的辐射理论计算 7 ，可以得到接收天线的场强： 肚一，掣l 等+ 警+ 半僻讹i ， 。 兄l 冠 足兄 i 式( 3 7 ) 中参数意义如下：厶，天线的有效高度；a ，自由空间波长；肘，直射路 径的长度；9 2 , 地面反射路径长度；f e 却地面反射系数；月j 综合地面衰减 系数：发射天线的电流；口蝴。 在式( 3 7 ) 中，第一项是指发射天线和接收天线都在自由空间中的场强，第二 项代表地面反射波，第一项和第二项矢量叠加，组成了空间的波。第三项是射频 电流流过地面产生的地表波。此外，还有电磁波还可以通过电离层和对流层的发 射从发射天线到达接收天线，在这忽略不计。在3 0 m h z 到1 0 0 0 m h z 频率范围内， 水平极化情况下，地表波非常小，可以忽略不计。 3 北京交通人学硕十学位论文第3 章辐射骚扰场强比对测试 3 2 比对目标设定 影响辐射骚扰场强检测 8 】结果的因素很多，表3 列出了影响检测结果的一些 因素。一般来说实验室的比对，应着重考虑测量设备和设施、环境条件的差异引 起的检测结果差异。如果测量设备和实旌、环境条件引起的差异在允许的范围内， 后续的比对可以安排考察测量程序、样品布嚣和运行、样品类型造成差异的。 表3 影响辐射骚扰场强检测结果的因素举例 t a b l e3t h el i s to f t h ef a c t o r sw h i c hc a ne f f e c tt h er a d i a t i o ni n t e r f e r e n c ef i e l ds t r e n g t ht e s t 测量设备和设施测量程序环境条件被测样品布置和运被测样品的类 行型 场地性能高度扫描辐射环境测量距离和高度允台式或落地设 接收天线性能扫描步欧确定传导环境 筹备 接收机技术指标接收机的设定温度、湿度单元的布置供电方式 电缆性能电缆布线尺寸 系统见匹配电缆端接 运行模式 除了上述原因以外，操作者的技巧、分析与计算、测量软件和质量体系等都有可 能引起对产品检测结果的差异。初次比对实验一般不考虑这些原因导致的差异。 14 米 ，f 二一1 ：h2 图3 辐射骚扰场强测试比对布置 f i g u r e3t h el a y o u to f t h er a d i a t i o ni n t e r f e r e n c ef i e l ds t r e n g t hi n t e r - l a b o r a t o r yc o m p a r i s o n 本文研究的比对实验主要是考察实验室之| 日j 测量设备、设施和环境不同造成 北京交通人学硕士学位论文第3 章辐射骚扰场强比对测试 的检测结果的差异。 3 3 测试布置 辐射骚扰场强测试的布置如图3 所示，包括标准梳状信号发生器、发射天线、 接受天线和电磁骚扰测量接收机。测试场地为开阔场地或其替代场地( 半电波暗 室) 。 3 3 1 样品研究 在电磁兼容比对实验中，样品的选择是非常关键的一个环节。以往进行的许 多电磁兼容比对实验，不能分析出结果，或者结果不能被参加比对实验的所有实 验室信服，选择的比对样品不合适是个重要的原因。稳定的被测设备，能大大 减少测试结果的不确定性，排除导致测试差异的大部分不稳定因素并缩小测试差 异考察范围，简化测试差异的分析过程。 不同的影响量取决于被测样品的类型，通常大的被测样品、小的被测样品或 者仅有一根或有多跟电缆的被测样品，对测量结果的影响不同。 对于多个单元和多根电缆组成的被测样品，这样的样品对于测量结果的不确 定度影响比较大。 表4 布置不确定度和被测样品类型之间的关系 t a b l e4t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ed i s p o s a lu n c e r t a i n t ya n de u t 被测样品的类型 布置的不确定度 台式：电池供电非常低 台式：单个单元、单根电缆连到电源低 台式：多个单元、多根电缆迮到电源和辅助设备高 落地式设备、单根电缆迮剑电源低 落地式设备、多根电缆连剑电源和辅助设备 高 骚扰的类型( 宽带、窄带或断续的) 可以影响由接收机和使用的测量方法( 宽 带信号的截取概率) 引起的不确定度的大小