屈仁超

(江蘇省電子信息產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室，無錫 214073)

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喀嚦聲分析儀校準(zhǔn)方法探討

屈仁超

(江蘇省電子信息產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室，無錫 214073)

本文簡述了喀嚦聲分析儀的基本工作原理，主要介紹了如何利用本實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)有儀器對喀嚦聲分析儀的中心頻率、正弦波電平測量、脈沖響應(yīng)測量以及喀嚦聲測量的校準(zhǔn)方法。

喀嚦聲；脈沖響應(yīng)；連續(xù)波脈沖

0 引言

喀嚦聲(click)分析儀(本文以校準(zhǔn)SCHAFFNER公司生產(chǎn)的DIA1512D喀嚦聲分析儀為例來說明)也叫斷續(xù)騷擾分析儀，是家用電器、電動(dòng)工具等產(chǎn)品電磁兼容測試的重要儀器之一，用來對諸如開關(guān)操作所引起的騷擾信號的幅度、發(fā)生率和持續(xù)時(shí)間進(jìn)行自動(dòng)評定。其測量誤差將直接影響到被檢家電產(chǎn)品是否符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的判斷，所以必須對其進(jìn)行定期校準(zhǔn)，以保證其測試結(jié)果的準(zhǔn)確可靠。

1 基本原理

喀嚦聲分析儀是由簡易的EMI接收機(jī)和時(shí)間判定電路及計(jì)數(shù)電路組成。DIA1512D嚦聲分析儀由電腦通過相關(guān)軟件控制操作(以下說明把電腦及軟件部分省略)，EMI接收機(jī)用來測量特定頻率下的準(zhǔn)峰值電平，一般有四個(gè)頻率模塊：150kHz、500kHz、1.4MHz和30MHz；時(shí)間判定電路及計(jì)數(shù)電路用來判斷超過電平設(shè)定限值的騷擾信號的持續(xù)時(shí)間、間隔時(shí)間，確定是否為喀嚦聲以及短喀嚦聲和長喀嚦聲，分別計(jì)數(shù)并計(jì)算喀嚦聲率(Nclickrate)。基本原理如圖1所示。

圖1 喀嚦聲分析儀原理框圖

2 中心頻率的校準(zhǔn)

DIA1512D喀嚦聲分析儀有四個(gè)頻率模塊：150kHz、500kHz、1.4MHz和30MHz，其中心頻率可能有偏差，但不能超過標(biāo)稱中心頻率的±2%。因此，校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)儀器需要一臺(tái)頻率準(zhǔn)確、輸出幅度穩(wěn)定的信號發(fā)生器，本校準(zhǔn)采用高性能AgilentE8257D信號發(fā)生器，校準(zhǔn)原理圖如圖2所示。

圖2 頻率校準(zhǔn)原理圖

E8257D信號發(fā)生器和DIA1512D喀嚦聲分析儀都開機(jī)并預(yù)熱30min以上，按圖2用射頻電纜相連，DIA1512D喀嚦聲分析儀每個(gè)頻率模塊的電平限值都設(shè)定為60dBμV，并進(jìn)行自校，若自校全通過，則繼續(xù)往下，若某一頻率模塊沒通過，說明該模塊有問題，以下就不要對該模塊進(jìn)行校準(zhǔn)了，只對自校通過的模塊進(jìn)行校準(zhǔn)。

為了校準(zhǔn)方便，喀嚦聲分析儀的測試時(shí)間盡量設(shè)定長些，選中150kHz頻率模塊，E8257D信號發(fā)生器頻率設(shè)定150kHz、幅度設(shè)定60dBμV，打開輸出，以0.1kHz頻率步進(jìn)上下改變頻率，直到喀嚦聲分析儀指示最大電平為止，此時(shí)的信號發(fā)生器頻率就是喀嚦聲分析儀150kHz頻率模塊的中心頻率。

同樣，500kHz、1.4MHz和30MHz頻率模塊的中心頻率的校準(zhǔn)跟150kHz頻率模塊的校準(zhǔn)大同小異，選擇相應(yīng)的頻率模塊，信號發(fā)生器E8257D頻率設(shè)定相應(yīng)的頻率，電平不變，頻率步進(jìn)也是0.1kHz，上下改變頻率，直到喀嚦聲分析儀指示最大電平為止，此時(shí)的信號發(fā)生器頻率就是喀嚦聲分析儀相應(yīng)頻率模塊的中心頻率。

3 正弦波電平測量的校準(zhǔn)

DIA1512D喀嚦聲分析儀正弦波電平測量準(zhǔn)確度應(yīng)優(yōu)于±2dB，校準(zhǔn)時(shí)需要一臺(tái)信號發(fā)生器，還是用E8257D，為了提高校準(zhǔn)準(zhǔn)確度，需要一臺(tái)N5530S測量接收機(jī)系統(tǒng)。校準(zhǔn)原理圖如圖3所示。

圖3 正弦波電平校準(zhǔn)原理圖

圖3所示儀器都開機(jī)并預(yù)熱30min以上，信號發(fā)生器的輸出用射頻電纜與喀嚦聲分析儀的輸入相連，喀嚦聲分析儀每個(gè)頻率模塊的電平限值仍都設(shè)定為60dBμV，因前面60dBμV電平已經(jīng)自校過，此時(shí)就不再自校了。

喀嚦聲分析儀的測試時(shí)間也盡量設(shè)定長些，選中150kHz頻率模塊，E8257D信號發(fā)生器頻率設(shè)定為之前所測150kHz頻率模塊的實(shí)際中心頻率，幅度設(shè)定60dBμV，打開輸出，以0.1dB電平步進(jìn)上下改變幅度，直到喀嚦聲分析儀條形指示的電平刻度為0dB，保持信號發(fā)生器頻率和幅度不變，用同樣的射頻電纜把信號發(fā)生器的輸出與N5530S測量接收機(jī)系統(tǒng)的輸入相連，此時(shí)測量接收機(jī)系統(tǒng)的電平讀數(shù)就是喀嚦聲分析儀150kHz頻率模塊在60dBμV電平上測量的校準(zhǔn)值。

同樣，500kHz、1.4MHz和30MHz頻率模塊在60dBμV電平上測量的校準(zhǔn)跟150kHz頻率模塊的校準(zhǔn)大同小異，選擇相應(yīng)的頻率模塊，E8257D信號發(fā)生器頻率設(shè)定相應(yīng)的實(shí)測中心頻率，其它操作同上。然后，在45dBμV、80dBμV和100dBμV電平上按上述方法校準(zhǔn)，并且在不同的電平上都要事先進(jìn)行自校。

4 脈沖響應(yīng)的校準(zhǔn)

DIA1512D喀嚦聲分析儀的檢波方式為準(zhǔn)峰值檢波，必須進(jìn)行脈沖響應(yīng)校準(zhǔn)，在調(diào)諧頻率上對基準(zhǔn)試驗(yàn)脈沖的響應(yīng)應(yīng)與調(diào)諧頻率上對未調(diào)制正弦波信號的響應(yīng)相等，誤差不得超過±1.5dB。校準(zhǔn)時(shí)需要一臺(tái)基準(zhǔn)試驗(yàn)脈沖發(fā)生器，IGUU2916EMI校準(zhǔn)脈沖信號發(fā)生器完全滿足要求。校準(zhǔn)原理圖如圖4所示：

圖4 脈沖響應(yīng)校準(zhǔn)原理圖

按圖4用射頻電纜把EMI校準(zhǔn)脈沖信號發(fā)生器的A/B頻段脈沖輸出端口與喀嚦聲分析儀的輸入相連，喀嚦聲分析儀每個(gè)頻率模塊的電平限值都設(shè)定為60dBμV，并再進(jìn)行自校。

EMI校準(zhǔn)脈沖信號發(fā)生器設(shè)到B頻段(150kHz～30MHz)脈沖信號，脈沖重復(fù)頻率設(shè)為100Hz，輸出電平設(shè)到60dBμV?？陈暦治鰞x開始測試，選中150kHz頻率模塊，EMI校準(zhǔn)脈沖信號發(fā)生器以1dB電平步進(jìn)上下改變幅度，直到喀嚦聲分析儀條形指示的電平刻度為0dB左右(因?yàn)镋MI校準(zhǔn)脈沖信號發(fā)生器IGUU2916的電平步進(jìn)最小是1dB，所以不一定能使喀嚦聲分析儀條形指示的電平刻度正好為0dB)，估計(jì)喀嚦聲分析儀條形指示的電平刻度為0dB時(shí)的EMI校準(zhǔn)脈沖信號發(fā)生器的電平值(估計(jì)誤差小于±0.5dB)，這個(gè)電平值與之前的正弦波電平測量的校準(zhǔn)值之差是否在±1.5dB以內(nèi)，這個(gè)差值就是150kHz頻率模塊的脈沖響應(yīng)。

喀嚦聲分析儀分別選中500kHz、1.4MHz和30MHz頻率模塊，EMI校準(zhǔn)脈沖信號發(fā)生器設(shè)到B頻段不變，脈沖重復(fù)頻率也設(shè)為100Hz，同樣按上述方法分別測得500kHz、1.4MHz和30MHz頻率模塊的脈沖響應(yīng)。

5 喀嚦聲的校準(zhǔn)

喀嚦聲的校準(zhǔn)是DIA1512D喀嚦聲分析儀校準(zhǔn)的特點(diǎn)，也是校準(zhǔn)的難點(diǎn)，因?yàn)楸拘?zhǔn)實(shí)驗(yàn)室沒有標(biāo)準(zhǔn)喀嚦聲發(fā)生器，必須想辦法利用現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)儀器來模擬標(biāo)準(zhǔn)喀嚦聲。根據(jù)喀嚦聲的定義，標(biāo)準(zhǔn)GB/T 6113.1—1995給出了標(biāo)準(zhǔn)的喀嚦聲試驗(yàn)信號波形，由波形不難看出喀嚦聲試驗(yàn)信號屬于連續(xù)波的脈沖調(diào)制信號，不過脈沖調(diào)制是非周期的，并且脈沖寬度以及脈沖間隔長短不一，有的是單個(gè)脈寬9.5ms(10.5ms、190ms和210ms)連續(xù)波脈沖，有的是間隔180ms(130ms和210ms)、脈寬30ms雙連續(xù)波脈沖，等等。經(jīng)過研究，E8257D信號發(fā)生器能滿足部分要求：有脈沖調(diào)制、脈寬在10ns～42s范圍內(nèi)可變(標(biāo)準(zhǔn)只要求在110μs～1.3s范圍內(nèi)可變即可)、周期70ns～42s可變、上升/下降時(shí)間遠(yuǎn)小于40μs(標(biāo)準(zhǔn)要求不大于40μs)，但只能產(chǎn)生周期脈沖調(diào)制，很顯然不能完全滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)E8257D信號發(fā)生器脈沖調(diào)制有外觸發(fā)輸入，如果給一個(gè)外觸發(fā)脈沖信號，E8257D就能輸出連續(xù)波脈沖(脈寬在10ns～42s范圍內(nèi)可變)，而HP8165A脈沖信號發(fā)生器可以產(chǎn)生1個(gè)或n個(gè)脈沖(脈沖頻率在1mHz～50MHz范圍內(nèi)可變)，這樣兩臺(tái)儀器組合就基本滿足要求。校準(zhǔn)原理圖如圖5所示：

圖5 喀嚦聲校準(zhǔn)原理圖

5.1 單個(gè)短喀嚦聲校準(zhǔn)

按圖5用射頻電纜把E8257D的輸出與喀嚦聲分析儀的輸入相連、HP8165A的輸出與E8257D的觸發(fā)輸入相連?？陈暦治鰞x每個(gè)頻率模塊的電平限值都設(shè)定為60dBμV，選中150kHz頻率模塊；E8257D信號發(fā)生器頻率設(shè)定為之前所測150kHz頻率模塊的實(shí)際中心頻率、幅度設(shè)定為65dBμV，設(shè)定脈寬為9.5ms的內(nèi)脈沖調(diào)制(內(nèi)脈沖周期設(shè)為1s或者更長些)及外觸發(fā)方式，打開輸出；HP8165A脈沖信號發(fā)生器設(shè)為50%方波，頻率1kHz(此時(shí)頻率沒有特殊要求)，脈沖數(shù)為1，輸出幅度為1V正脈沖?？陈暦治鰞x啟動(dòng)測量，按一下HP8165A脈沖信號發(fā)生器的“MAN”鍵，此時(shí)喀嚦聲分析儀應(yīng)該記錄一個(gè)短喀嚦聲。同樣，500kHz、1.4MHz和30MHz頻率模塊跟150kHz頻率模塊類似，不再贅述了。

目前室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測很少。然而，人類壽命周期的大約90%都是在室內(nèi)度過的。因此，建筑物內(nèi)部的空氣質(zhì)量對健康有很大的影響。

5.2 單個(gè)長喀嚦聲校準(zhǔn)

跟上面設(shè)置大致相同，不同點(diǎn)是E8257D信號發(fā)生器設(shè)定脈寬分別為10.5ms和190ms的內(nèi)脈沖調(diào)制進(jìn)行校準(zhǔn)，此時(shí)喀嚦聲分析儀應(yīng)該記錄一個(gè)長喀嚦聲。

5.3 單個(gè)非喀嚦聲校準(zhǔn)

和單個(gè)短喀嚦聲校準(zhǔn)類似，不同點(diǎn)是E8257D信號發(fā)生器設(shè)定脈寬為210ms的內(nèi)脈沖調(diào)制進(jìn)行校準(zhǔn)，此時(shí)喀嚦聲分析儀應(yīng)該不記錄喀嚦聲。

5.4 間隔180ms/脈寬30ms雙連續(xù)波脈沖(非喀嚦聲)校準(zhǔn)

與單個(gè)短喀嚦聲校準(zhǔn)類似，不同點(diǎn)是：E8257D信號發(fā)生器設(shè)定脈寬為30ms的內(nèi)脈沖調(diào)制；HP8165A脈沖信號發(fā)生器頻率設(shè)為4.762Hz(即周期約為210ms，因?yàn)殚g隔180ms+脈寬30ms等于210ms)，脈沖數(shù)為2，進(jìn)行校準(zhǔn)，此時(shí)喀嚦聲分析儀應(yīng)該不記錄喀嚦聲。

5.5 間隔130ms/脈寬30ms雙連續(xù)波脈沖(一個(gè)長喀嚦聲)校準(zhǔn)

5.6 間隔210ms/脈寬30ms雙連續(xù)波脈沖(兩個(gè)長喀嚦聲)校準(zhǔn)

同樣與上述類似，不同點(diǎn)就是HP8165A脈沖信號發(fā)生器頻率設(shè)為4.167Hz(即周期約為240ms，因?yàn)殚g隔210ms+脈寬30ms等于240ms)進(jìn)行校準(zhǔn)，此時(shí)喀嚦聲分析儀應(yīng)該記錄兩個(gè)長喀嚦聲。

5.7 喀嚦聲率N校準(zhǔn)

根據(jù)喀嚦聲率的定義(1min內(nèi)的喀嚦聲數(shù))，喀嚦聲率的校準(zhǔn)可以和單個(gè)短喀嚦聲校準(zhǔn)方法類似，不同點(diǎn)就是HP8165A脈沖信號發(fā)生器的頻率設(shè)為1Hz，脈沖數(shù)為60，進(jìn)行校準(zhǔn)，此時(shí)喀嚦聲分析儀應(yīng)該記錄60個(gè)短喀嚦聲，同時(shí)喀嚦聲率也應(yīng)該為60。

6 結(jié)束語

以上對DIA1512D喀嚦聲分析儀的校準(zhǔn)只能說達(dá)到了基本校準(zhǔn)要求，分析還不夠全面，根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)還有許多喀嚦聲試驗(yàn)信號需要校準(zhǔn)。另外，DIA1512D喀嚦聲分析儀只符合老的標(biāo)準(zhǔn)GB/T 6113.1—1995，和新標(biāo)準(zhǔn)GB/T 6113.101—2008有些差異，但校準(zhǔn)方法應(yīng)該差不多。通過對多臺(tái)喀嚦聲分析儀校準(zhǔn)證明，以上校準(zhǔn)方法是切實(shí)可行的。

[1] GB/T 6113.1—1995無線電騷擾和抗擾度測量設(shè)備規(guī)范

[2] GB/T 6113.101—2008無線電騷擾和抗擾度測量設(shè)備和測量方法規(guī)范第1-1部分：無線電騷擾和抗擾度測量設(shè)備測量設(shè)備

[3] JJF 1173—2007測量接收機(jī)校準(zhǔn)規(guī)范

[4] GB 4343.1—2003電磁兼容家用電器、電動(dòng)工具和類似器具的要求第一部分:發(fā)射

[5] DIA 1512D喀嚦聲分析儀使用說明書

10.3969/j.issn.1000-0771.2015.10.15