一种低频磁场抗扰试验系统的制作方法

1.本实用新型实施例涉及电子测量技术领域，尤其涉及一种低频磁场抗扰试验系统。


背景技术：

2.随着汽车电动化、智能化的发展趋势，车辆的配置日趋丰富，车辆上电子电气零部件的种类及数量越来越多，其电磁兼容性能应满足相关标准要求。对汽车电子电气零部件在低频磁场环境下的抗扰性能进行考察是十分必要的。低频磁场抗扰度测试是对汽车电子产品的磁场抗扰度测试，属于电磁兼容性测试，用以考察电子电气零部件在低频磁场环境下的抗干扰性能。比如，低频磁场频率范围：15hz－150khz，最大场强1000a/m。通常情况下，低频测试系统包括信号发生器、电压驱动、磁场线圈、亥姆霍兹线圈、磁场探头、耦合变压器、电流和电压监控器与软件等。
3.磁场抗扰度根据测试频段分为dc(直流电)和15hz-150khz ac(交流电)，测试方法分为辐射环法和亥姆霍兹线圈法。现有技术中，传统的低频磁场抗扰试验布置方案未集成匹配网络，且未对试验设备作详细说明，从而造成磁场输出效率低下。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本实用新型提供一种低频磁场抗扰试验系统，能够提高磁场输出效率。
5.根据本实用新型的一方面，本实用新型实施例提供了一种低频磁场抗扰试验系统，该系统包括：
6.信号发生器、音频功放、阻抗匹配网络以及亥姆霍兹线圈；
7.所述信号发生器，与所述音频功放相连，用于在接收到外接设备发送的频点，生成对应频率的原始测试信号，并将所述原始测试信号输入至所述音频功放；
8.所述音频功放，与所述阻抗匹配网络相连，用于对所述信号发生器的原始测试信号进行功率放大，得到功率放大信号，并将所述功率放大信号输入至所述阻抗匹配网络；
9.所述阻抗匹配网络，与所述亥姆霍兹线圈相连，用于将所述功率放大信号的当前电流值调整至目标电流值，以使所述亥姆霍兹线圈产生与所述目标电流值相匹配的目标磁场强度对应的磁场。
10.本实用新型实施例的技术方案，通过阻抗匹配网络，与亥姆霍兹线圈相连，用于将功率放大信号的当前电流值调整至目标电流值，以使亥姆霍兹线圈产生与目标电流值相匹配的目标磁场强度对应的磁场，提高磁场输出效率，降低能耗，能够在保证测试结果的准确性的基础上，又能保证测试系统的稳定性。
11.应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本实用新型的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本实用新型的范围。本实用新型的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
12.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
13.图1为本实用新型一实施例提供的一种低频磁场抗扰试验系统的结构图；
14.图2为本实用新型实施例提供的又一种低频磁场抗扰试验系统的结构示意图；
15.图3为本实用新型实施例提供的一种校准阶段试验布置的结构示意图；
16.图4为本实用新型实施例提供的一种验证阶段试验布置的结构示意图；
17.图5为本实用新型实施例提供的一种测试阶段试验布置的结构示意图；
18.图6为本实用新型实施例提供的一种亥姆霍兹线圈磁场区域示意图。
具体实施方式
19.为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都应当属于本实用新型保护的范围。
20.需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“目标”、“第一”以及“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
21.在一实施例中，图1为本实用新型一实施例提供的一种低频磁场抗扰试验系统的结构图，如图1所示，该系统包括：
22.信号发生器120、音频功放130、阻抗匹配网络140以及亥姆霍兹线圈150；
23.信号发生器120，与音频功放130相连，用于在接收到外接设备110发送的频点，生成对应频率的原始测试信号，并将原始测试信号输入至音频功放130；
24.音频功放130，与阻抗匹配网络140相连，用于对信号发生器120的原始测试信号进行功率放大，得到功率放大信号，并将功率放大信号输入至阻抗匹配网络140；
25.阻抗匹配网络140，与亥姆霍兹线圈150相连，用于将功率放大信号的当前电流值调整至目标电流值，以使亥姆霍兹线圈产生与目标电流值相匹配的目标磁场强度对应的磁场。
26.其中，原始测试信号可以理解为信号发生器的信号源。当前电流值可以理解为当前亥姆霍兹线圈150中流经的电流值的大小。需要说明的是，阻抗匹配网络可以将功率放大信号的当前电流值调整至目标电流值。目标电流值可理解为经过阻抗匹配网络140调整后，流经亥姆霍兹线圈150中且能够使得亥姆霍兹线圈中的电流达到目标磁场强度的电流值。
目标磁场强度可以理解为在亥姆霍兹线圈150中能够达到标准预期磁场强度的电流值时，所产生的目标磁场强度。需要说明的是，亥姆霍兹线圈150中有相对应的目标磁场强度，可以体现出标准强度值与流经信号线的电流值与标准强度值之间的对应关系。
27.在本实施例中，信号发生器120可以理解为一种提供各种频率、波形和输出电平电信号的设备。在测量各种电信系统或电信设备的振幅特性、频率特性、传输特性及其它电参数时，以及测量元器件的特性与参数时，可以用作测试的信号源或激励源。音频功放130，也可以称为音频功率放大器，指的是对比较小的音频信号进行放大，使其功率增加，然后进行输出。阻抗匹配网络140可以理解为传输信号线的输入端或输出端处于阻抗匹配状态。需要说明的是，本实施例对信号发生器120、音频功放130、阻抗匹配网络140以及亥姆霍兹线圈150所使用的型号不受限制。
28.在本实施例中，外接设备110可以理解为带有外部存储器控制器 (external memory controller，emc)仿真软件的相关计算机系统。其中， emc软件能够提供一个有效的频率较高和高频率电磁仿真应用工具,它集高频率电路建模、仿真和优化由一体,用仿真代替实验,可以快速的帮助工程师完成高频率电路emc应用,实现信号完整性,减少研发费用,缩短研发周期。需要说明的是，外接设备还可以包括显示屏，可用于监测并显示低频磁场抗扰试验系统在每个阶段的工作状态。
29.在本实施例中，外接设备110可以向信号发生器发送相应的频点，以使得信号发生器120可以根据不同的频率点产生相应的原始测试信号，以输入至音频功放130中。其中，频点可以理解为频率点，根据相应的时间段，频率点可以形成相应的频率波形。
30.在本实施例中，阻抗匹配网络140至少包括可变电容器和/或可变电感器，用于抵消亥姆霍兹线圈150所产生的感抗，从而系统的阻抗会减小，在系统阻抗降低的情况下，流入亥姆霍兹线圈150的电流会相应的增加，从而亥姆霍兹线圈150需要相对较小的电压(电流)即可产生预期磁场。需要说明的是，亥姆霍兹线圈150处于均匀场强区域范围内。
31.在本实施例中，信号发生器120通过信号线与音频功放130相连，用于在接收到外接设备110发送的频率点，生成对应频率点的原始测试信号，并将原始测试信号输入至音频功放130；音频功放130通过信号线与阻抗匹配网络140相连，用于对信号发生器120的原始测试信号进行功率放大，得到功率放大信号，并将功率放大信号输入至阻抗匹配网络140；阻抗匹配网络 140通过信号线与亥姆霍兹线圈150相连，用于将功率放大信号的当前电流值调整至目标电流值，以使亥姆霍兹线圈150产生与目标电流值相匹配的目标磁场强度对应的磁场。
32.本实用新型的上述技术方案，通过阻抗匹配网络，与亥姆霍兹线圈相连，用于将功率放大信号的当前电流值调整至目标电流值，以使亥姆霍兹线圈产生与目标电流值相匹配的目标磁场强度对应的磁场，提高磁场输出效率，降低能耗，能够在保证测试结果的准确性的基础上，又能保证测试系统的稳定性。
33.在一实施例中，阻抗匹配网络140，至少包括下述之一：可变电容器；可变电感器。
34.在本实施例中，阻抗匹配网络140，至少包括可变电容器和/或可变电感器。其中，可变电容器可用于在一定范围内调节电容；可变电感器可用于在一定范围内调节电感。需要说明的是，为了满足达到目标磁场强度所对应的电流值大小，阻抗匹配网络140可以在相应的频段选择合适的电容，当电容太大时，容抗过于小，不足以抵消亥姆霍兹线圈150所产
生的感抗；当电容太小时，此时的容抗远远大于感抗，系统的阻抗会很大，所以需要选择合适的电容以抵消一部分亥姆霍兹线圈150所产生的感抗。
35.在一实施例中，亥姆霍兹线圈150处于均匀场强区域范围内，其中，均匀场强区域范围由亥姆霍兹线圈150的半径确定。
36.其中，均匀场强区域可以理解为内部的磁场强弱和方向处处相同的磁场，亥姆霍兹线圈150处于均匀场强区域范围内，可以保证测试系统的未定型，从而保证测试结果的准确性。
37.在本实施例中，亥姆霍兹线圈150处于均匀场强区域范围内，其中，均匀场强区域范围由亥姆霍兹线圈150的半径确定。
38.在一实施例中，外接设备110包括：显示屏，用于监测并显示低频磁场抗扰试验系统处于各个阶段的工作状态。
39.在本实施例中，外接设备110可以包括显示屏，可以用于监测并显示低频磁场抗扰试验系统处于各个阶段的工作状态。其中，各个阶段可以包括低频磁场抗扰试验系统处于校准阶段的情况下、低频磁场抗扰试验系统处于验证阶段的情况下以及低频磁场抗扰试验系统处于测试阶段的情况下，可以将每个阶段的情况实时在显示屏上进行相应的显示，工作人员可以通过显示屏实时监测低频磁场抗扰试验系统的工作状态，从而可以保证工作人员实时了解低频磁场抗扰试验系统的试验过程。
40.在一实施例中，在系统处于校准阶段的情况下，低频磁场抗扰试验系统，还包括：第一电流检测模块；
41.第一电流检测模块的第一端与阻抗匹配网络140相连，第一电流检测模块的第二端与亥姆霍兹线圈150相连，用于检测流经亥姆霍兹线圈150中的当前电流值；
42.在当前电流值未达到目标电流值时，调整信号发生器所生成的原始测试信号的频率，直至亥姆霍兹线圈150中的当前磁场强度达到目标磁场强度。
43.其中，第一电流检测模块可以由电流探头和电压表所构成，使用电流探头能够测量流经信号线的电流大小。当前磁场强度可以理解为第一电流检测模块所检测到的流入亥姆霍兹线圈150中的电流值。
44.在本实施例中，第一电流检测模块的第一端通过信号线与阻抗匹配网络 140相连，第一电流检测模块的第二端通过信号线与亥姆霍兹线圈150相连，用于检测流经亥姆霍兹线圈150中的当前电流值，在当前电流值未达到目标电流值时，需要调整信号发生器所生成的原始测试信号的相应频率，以使得信号发生器120所生成的原始测试信号的相应频率可以达到亥姆霍兹线圈 150中的目标磁场强度。需要说明的是，在功放增益一定，且实验的环境或者相关设备不变的情况下，信号发生器120所生成的原始测试信号的输出大小可以决定当前流进亥姆霍兹线圈150电流值的大小，此时，可以在外接设备的emc32软件中记录此时原始测试信号的输出大小以作为系统在验证阶段时的标准。
45.在一实施例中，在系统处于验证阶段的情况下，低频磁场抗扰试验系统，还包括：接收环和数字万用表；
46.接收环，与数字万用表相连，并置于两个亥姆霍兹线圈150之间，用于检测亥姆霍兹线圈150内的当前磁场强度；
47.数字万用表，与接收环相连，用于实时显示接收环检测到的当前磁场强度。
48.在本实施例中，将接收环置于亥姆霍兹线圈150正中央，接收环通过信号线与数字万用表相连，用于检测亥姆霍兹线圈150内的当前磁场强度；数字万用表通过信号线与接收环相连，用于实时显示接收环检测到的当前磁场强度。
49.需要说明的是，为了使亥姆霍兹线圈150内的当前磁场强度达到目标磁场强度，系统处于验证阶段的情况下与系统处于校准阶段的情况下所使用的原始测试信号是相同的。
50.在本实施例中，通过输入与系统处于校准阶段的情况下，达到目标磁场强度所使用的原始测试信号，可以采用接收环检测系统处于验证阶段的情况下亥姆霍兹线圈150内的当前磁场强度，以通过将亥姆霍兹线圈150内的当前磁场强度与系统处于校准阶段时同一原始测试信号所产生的目标磁场强度进行相应的比较，在信号发生器的原始测试信号相同的情况下，若校准阶段的亥姆霍兹线圈150内的目标磁场强度与验证阶段的亥姆霍兹线圈150内的当前磁场强度的误差在预设误差磁场强度范围内，认为低频磁场抗扰试验系统验证通过。
51.在一实施例中，在当前磁场强度与目标磁场强度之间的差值位于预设磁场强度范围内，则低频磁场抗扰试验系统验证通过。
52.其中，预设磁场强度范围可以理解为预先设置的符合目标磁场强度的范围。当然，预设磁场强度范围可以依据人工进行设置，也可以通过实验经验进行相应的设置，本实施例在此不作限制。示例性的，预设磁场强度范围可以为在[-3db至 3db]的范围内，则认为符合要求。
[0053]
在本实施例中，输入与系统处于校准阶段达到目标磁场强度所使用的原始测试信号时，若系统处于验证阶段的当前磁场强度与系统处于校准阶段的目标磁场强度之间的误差在预设磁场强度范围内，则低频磁场抗扰试验系统验证通过，相反的，则认为低频磁场抗扰试验系统验证未通过。
[0054]
在一实施例中，在系统处于测试阶段的情况下，低频磁场抗扰试验系统，还包括：第二电流检测模块、外围设备和待测零部件；
[0055]
第二电流检测模块的第一端与阻抗匹配网络140相连，第二电流检测模块的第二端与亥姆霍兹线圈150相连，用于检测流经亥姆霍兹线圈150中的电流值；
[0056]
外围设备，与待测零部件相连，并置于两个亥姆霍兹线圈150之间，用于为待测零部件提供工作电压；
[0057]
待测零部件，置于两个亥姆霍兹线圈150之间，在亥姆霍兹线圈150 的磁场强度达到目标磁场强度时，对待待测零部件的磁场抗扰性能进行测试。
[0058]
其中，外围设备可以理解为保证零部件的工作状态的相关设备，例如可以是电源，也可以为其他配有电源的相关设备。待测零部件可以理解为对亥姆霍兹线圈150所产生的磁场敏感的零器件，例如可以是汽车电子电器零部件，含有芯片的相关零器件，也可以为车载控制器，制动盘等等，本实施例在此不做限制。
[0059]
在本实施例中，第二电流检测模块的第一端通过信号线与阻抗匹配网络 140相连，第二电流检测模块的第二端通过信号线与亥姆霍兹线圈150相连，用于检测流经亥姆霍兹线圈150中的电流值；外围设备通过信号线与待测零部件相连，并置于两个亥姆霍兹线圈150之间，用于为待测零部件提供工作电压，待测零部件置于两个亥姆霍兹线圈150之间，在亥姆霍兹线圈150的磁场强度达到目标磁场强度时，对待待测零部件的磁场抗扰性能进行
测试。
[0060]
需要说明的是，在系统处于测试阶段时，需要把相关电子电器零部件放在亥姆霍兹线圈150均匀场强区域内，电子电器零部件依次沿x轴、y轴、 z轴方向摆放在均匀场强区域内，并且至少在均匀场强区域中暴露相应的时长。
[0061]
在一实施例中，待测零部件包括对亥姆霍兹线圈150所产生的磁场敏感的零器件。
[0062]
在本实施例中，待测零部件包括对亥姆霍兹线圈150所产生的磁场敏感的零器件，例如可以是车载控制器、发动机、转向器等等。
[0063]
在一实施例中，待测零部件依次按照x轴、y轴、z轴方向摆放在亥姆霍兹线圈150的均匀场强区域内，并且在均匀场强区域中暴露时长至少达到预设时长。
[0064]
其中，预设时长可以理解为预先设置的待测零部件在均匀场强区域中暴露时长。预设时长可以由人工直接进行设置，也可以通过试验经验进行相应的测试，本实施例在此不做限制。示例性的，预设时长至少为1s。
[0065]
在本实施例中，待测零部件依次按照x轴、y轴、z轴方向摆放在亥姆霍兹线圈150的均匀场强区域内，并且在均匀场强区域中暴露时长至少达到预设时长，以保证测试过程中测试结果的准确性。
[0066]
在一实施例中，为便于更好的理解低频磁场抗扰试验系统，可将本实施例作为优选实施例，对低频磁场抗扰试验系统进行进一步的说明。示例性地，假设亥姆霍兹线圈的型号为hhs5206-16，电流探头的型号为f-10a，阻抗匹配网络的型号为nfcn9734，音频功放的型号为ae7228/7224、任意信号发生器的型号为hmf2525，电压表的型号为ks34465a，接收环的型号为fesp 5133-7/41。图2为本实用新型实施例提供的又一种低频磁场抗扰试验系统的结构示意图，如图2所示，低频磁场抗扰试验系统主要包括：计算机系统(emc32)210、信号发生器220、音频功放230、阻抗匹配网络240以及亥姆霍兹线圈250。本实用新型中试验布置方案的各组成部分，试验在电波暗室内进行。
[0067]
在本实施例中，针对标准iso11452-8的试验要求提出了具体的交流电亥姆霍兹线圈法的设备布置与测试方案。本实施例中，采用型号为 nfcn9734的阻抗匹配网络240有效解决了线圈自身电感问题，使得试验效率极大提高，阻抗匹配网络240通过通用接口总线的连接方式与计算机系统(emc32)210相连，计算机系统(emc32)210通过emc软件中的远程操作来对阻抗匹配网络下达电容电阻切换指令。其中，emc软件能够提供一个非常有效的频率较高和高频率电磁仿真应用工具,它集高频率电路建模、仿真和优化由一体,用仿真代替实验,可以快速的帮助工程师完成高频率电路emc应用,实现信号完整性,减少研发费用,缩短研发周期。
[0068]
在本实施例中，针对亥姆霍兹线圈法的交流电试验部分提出一种新型低频磁场抗扰试验系统，对校准、验证和测试过程加以规定，该方案采用如下设备：亥姆霍兹线圈、电流探头、阻抗匹配网络、音频功放、任意信号发生器、电压表、接收环以及emc32软件。
[0069]
由于在测试过程中亥姆霍兹线圈会产生一定的感抗，随着试验频率的提高其感抗值会随之增大，导致线圈难以实现预期的磁场输出，从而导致试验效果不理想。在布置方案内设置了阻抗匹配网络nfcn9734，阻抗匹配网络中内置可变电容，为了满足达到目标磁场的电流值大小，阻抗匹配网络在相应频段需要选择合适的电容。电容太大，容抗太小，不足以抵消感抗；电容太小，容抗远大于感抗，系统阻抗大。阻抗匹配网络能够选择合适的电容
抵消一部分的感抗从而使系统整个阻抗减小。系统阻抗降低了，流入亥姆霍兹线圈的电流就会增加，从而亥姆霍兹线圈需要相对较小的电压(电流)即可产生预期磁场。
[0070]
在一实施例中，图3为本实用新型实施例提供的一种校准阶段试验布置的结构示意图。如图3所示，校准阶段试验布置的结构包含：亥姆霍兹线圈350、电流探头 电压表340、阻抗匹配网络330、音频功放320以及信号发生器310。
[0071]
在本实施例中，亥姆霍兹线圈350通过信号线与阻抗匹配网络330相联，中间串接电流探头 电压表340，另一端连接音频功放320与信号发生器310。通过电流探头 电压表340记录达到相应磁场强度流进亥姆霍兹线圈350线路中电流值大小，在功放增益一定其他参数条件不变的情况下，信号源的输出大小就决定了流进辐射环电流的大小，在emc32软件中通过记录此时信号源的输出大小作为第二步验证的校准。
[0072]
在一实施例中，图4为本实用新型实施例提供的一种验证阶段试验布置的结构示意图。需要说明的是，电压表表示上述实施例中的数字万用表。如图4所示，验证阶段试验布置的结构包含：亥姆霍兹线圈450、接收环 460、电压表440、阻抗匹配网络430、音频功放420以及任意信号发生器 410。
[0073]
在本实施例中，将接收环460置于亥姆霍兹线圈450正中央，接收环 460连接电压表440，亥姆霍兹线圈450通过信号线与阻抗匹配网络430 相联，另一端连接音频功放420与信号发生器410。在功放增益一定其他参数条件不变的情况下，按照校准阶段时信号源输出大小进行输出记录接收环的磁场强度，之后将其与校准阶段的相应标准磁场强度进行比较，如果在
±
3db以内，就算验证通过。
[0074]
在一实施例中，图5为本实用新型实施例提供的一种测试阶段试验布置的结构示意图。如图5所示，测试阶段试验布置的结构包含：亥姆霍兹线圈550、电流探 电压表540、阻抗匹配网络530、音频功放520、任意信号发生器510、待测零部件570、外围设备560以及外围设备与待测零部件之间的线束580。其中，线束580包含三根信号线。
[0075]
需要说明的是，测试时把待检测零部件放在亥姆霍兹线圈均匀场强区域内，待检测零部件依次x、y、z轴方向摆放在均匀场强区域内，至少暴露在磁场中1s。
[0076]
在一实施例中，图6为本实用新型实施例提供的一种亥姆霍兹线圈磁场区域示意图。如图6所示，亥姆霍兹线圈磁场区域中，亥姆霍兹线圈均匀场强区域以及r表示线圈半径，其中，r取值为300mm。
[0077]
应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本实用新型中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本实用新型的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
[0078]
上述具体实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本实用新型的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型保护范围之内。