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計(jì)量論壇

標(biāo)題: EMC 測量不確定度分析與計(jì)算 [打印本頁]

作者: csxfjsw123 時(shí)間: 2007-6-27 15:21
標(biāo)題: EMC 測量不確定度分析與計(jì)算
摘要： 本文為了介紹 EMC 測量不確定度的分析計(jì)算方法 ,首先介紹了測量不確定度與誤差的基本概念和它們之間的異同；然后根據(jù) JJF1059-1999《測量不確定度評定與表示》，在輻射騷擾分析與計(jì)算基礎(chǔ)上，以傳導(dǎo)騷擾的測量不確定度為例說明了簡化計(jì)算方法。
關(guān)鍵詞： 誤差；不確定度；概念；計(jì)算
中圖分類號： TN912 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1003-0107(2004)08

一、前言
測量不確定度是測量系統(tǒng)最基本也是最重要的特性指標(biāo) ,是測量質(zhì)量的重要標(biāo)志。一個(gè) EMC 完整的測量過程 ,引起測量不確定度的因素有很多,測量系統(tǒng)的概念不只局限于測量儀器、測量設(shè)備的范疇,而是指用來對被測量值賦值的測量操作程序、測量人員、設(shè)備、環(huán)境及軟件等要素的綜合,是獲得測量結(jié)果的整個(gè)過程。 EMC 測量的準(zhǔn)確性咋樣？即 EMC 測量不確定度究竟咋樣？大家非常關(guān)心。

二、誤差和 測量 不確定度 比較
1、誤差的基本概念 : 測量時(shí)，由于種種原因，被測物理量的測量結(jié)果總是偏離真值。這種偏差就叫做誤差。誤差如果按性質(zhì)及特點(diǎn)可分為三類：系統(tǒng)誤差，隨機(jī)誤差，粗大誤差。由于在實(shí)際測量中如發(fā)現(xiàn)結(jié)果屬于粗大誤差即刪除不用，誤差按性質(zhì)就分為隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差兩類。
2、測量不確定度的基本概念 : 測量不確定度是說明測量值在測量結(jié)果附近分散性，意為對測量結(jié)果正確性的可疑程度，與測量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)。測量不確定度有兩種表示方式：一是標(biāo)準(zhǔn)不確定度，二是擴(kuò)展不確定度，大多數(shù)情況下，推薦使用擴(kuò)展不確定度。擴(kuò)展不確定度：它是確定測量結(jié)果區(qū)間的量，提高其置信水平，用標(biāo)準(zhǔn)偏差的倍數(shù)表示，將合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度 u c 擴(kuò)展k倍后得到。擴(kuò)展不確定度U表示置信水平的區(qū)間半寬度。
實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差是分析誤差的基本手段，也是不確定度理論的基礎(chǔ)，從本質(zhì)上說不確定度理論是在誤差理論基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其基本分析和計(jì)算方法是共通的。但測量不確定度與測量誤差在概念上有許多差異，列表說明如下。

三、評定 EMC 測量不確定度的三步曲
首先畫出測試系統(tǒng)圖，針對引起 EMC 測量不確定度的諸多因素 ,全面分析誤差源，從人、設(shè)備、法、環(huán)、軟件五個(gè)方面找出所有誤差源；同時(shí)，列出與這些誤差源可能相關(guān)的六個(gè)測量系統(tǒng)評定指標(biāo)：

這六個(gè)指標(biāo)反映了測量系統(tǒng)不確定性的基本特征 ,實(shí)際上也就是誤差源引起測量系統(tǒng)不確定度的主要原因。再次，選擇適合各指標(biāo)特征的不確定度評定方法 , 考慮誤差源的概率分布，分別將測量系統(tǒng)誤差源對應(yīng)相關(guān) 指標(biāo)轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)不確定度。第三，計(jì)算合成不確定度和擴(kuò)展不確定度。我們注意到以上提到的誤差源及轉(zhuǎn)化后的不確定度分量彼此獨(dú)立，計(jì)算合成不確定度有以下公式：

通過計(jì)算和分析可以知道，假若只有兩個(gè)分量，其中某個(gè)量小于另一量的三分之一，則計(jì)算時(shí)可以忽略這個(gè)量；假若有兩個(gè)以上的分量，則在保留十分之一的較大分量前提下，計(jì)算時(shí)可以忽略小一個(gè)數(shù)量級的其它分量。

四、輻射騷擾場強(qiáng)的測量不確定度分析與計(jì)算
根據(jù) JJF1059-1999《測量不確定度評定與表示》標(biāo)準(zhǔn)中對不確定度的定義和評定要求，我們對本中心輻射騷擾場強(qiáng)測試系統(tǒng)在 5米法暗室中30MHz—1GHz 的騷擾場強(qiáng) 測量不確定度進(jìn)行評定。
根據(jù) GB9254 輻射騷擾場強(qiáng)測試系統(tǒng)圖 ,輻射騷擾場強(qiáng)測試的合成不確定度涉及EMI接收機(jī)R&S ESIB26、場地和天線及其他因素。
步驟一：定性分析誤差源及不確定度分量

步驟二：定量分析及正確計(jì)算不確定度分量（上表中不確定度分量已知為“

0”的不再計(jì)算）
表 2：誤差源對應(yīng) 不確定度分量計(jì)算

1、測量不確定度的A類分量
觀測樣品采用某公司的液晶顯示器，操作人員不變， 5米法測試。每次測量完畢，接收機(jī)和樣品復(fù)位至初始狀態(tài)，關(guān)閉電源，拆除全部連接電纜，其目的在于使每次測量結(jié)果彼此獨(dú)立。某頻率點(diǎn) 輻射騷擾場強(qiáng)的準(zhǔn)峰值觀測值：

測量距離時(shí)尺子未充分拉直或拉直過度以及測量人員的讀數(shù)導(dǎo)致的樣品位置誤差是隨機(jī)誤差，已經(jīng)在上述的測量操作重現(xiàn)性 A類評定中考慮, 這里的樣品位置誤差是假使樣品按照標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)真正確布置，但由于桌子高度誤差、測量距離的尺子刻度誤差所產(chǎn)生的。正常情況下， 5米測試距離時(shí)，樣品位置距離誤差不會(huì)超過0.03米，即測試距離極限在4.97米與5.023米之間。應(yīng)按測量結(jié)果平均值估算場強(qiáng) 測量最大誤差。
遠(yuǎn)場概念下，場強(qiáng)與距離成反比，場強(qiáng) 測量最大誤差 :

五、 EMI注入電源騷擾電壓不確定度簡化計(jì)算
根據(jù) GB9254 注入電源騷擾電壓測試系統(tǒng)圖 , 注入電源騷擾電壓測試的合成不確定度涉及 EMI接收機(jī)R&S ESIB26、場地（屏蔽室）和 LISN 人工電源網(wǎng)絡(luò) 及其他因素。

六、 測量結(jié)果的正確表述 和意義
測量不確定度是對測量結(jié)果質(zhì)量的定量表征，完整的測量結(jié)果至少含有兩個(gè)基本量：一是被測量的測量值或最佳估計(jì)值（測量結(jié)果是在重復(fù)觀測的條件下確定時(shí)）；二是描述該測量結(jié)果分散性的量，即測量結(jié)果不確定度（需要有兩個(gè)數(shù)表示，一個(gè)是置信概率，另一個(gè)是對應(yīng)該置信概率的區(qū)間寬度）。
例如：我們可以說前述的輻射騷擾場強(qiáng)的準(zhǔn)峰值測定為 50.8(dB m v/m) 加或減 3.2 (dB m v/m)，有 95% 的置信概率。可以寫成： 50.8 ± 3.2 (dB m v/m)，置信概率為 95% 。這個(gè)表述是說我們對輻射騷擾場強(qiáng)的準(zhǔn)峰值在 47.6到 54 (dB m v/m) 之間有 95% 的把握。
同樣 , 前述的注入電源騷擾電壓的準(zhǔn)峰值測定為 56.2(dB m v) 加或減 1.8(dB m v)，有 95% 的置信概率?？梢詫懗桑?56.2 ± 1.8 (dB m v)，置信概率為 95% 。這個(gè)表述是說我們對注入電源騷擾電壓的準(zhǔn)峰值在 54.4到 58.0 (dB m v) 之間有 95% 的把握。

由于計(jì)算得到的Re Ce測量結(jié)果不確定度滿足下表要求

被測量	測量頻率	本擴(kuò)展不確定度	大小關(guān)系	CISPR規(guī)范擴(kuò)展不確定度
注入電源騷擾電壓	150kHz-30MHz	1.8 dB	小于	3.6dB
輻射騷擾場強(qiáng)	30MHz-1GHz	3.2 dB	小于	5.2dB

所以，在測量中判斷測量結(jié)果是否符合限值要求，因按照下述方式判定：

如果測得的騷擾都不超過騷擾限值，則可以判定為合格；

如果測得的騷擾超過騷擾限值，則可以判定為不合格。

七、小結(jié)
測量不確定度的評定是 EMC測試中一項(xiàng)非常重要的內(nèi)容，它定量反映測量結(jié)果正確性的可疑程度。測量不確定度分析從人、設(shè)備、法、環(huán)、軟件五個(gè)方面找出誤差源，列出與誤差源可能相關(guān)的六個(gè)指標(biāo)，分別將誤差源對應(yīng)相關(guān) 指標(biāo)轉(zhuǎn)化為不確定度分量 ,最后計(jì)算擴(kuò)展不確定度。 EMC測量不確定度的評定可以采取全面分析，計(jì)算簡化的方法：簡化法則之一，只考慮誤差源及六個(gè)指標(biāo)分析不確定度分量表中“ AA”欄對應(yīng)的不確定度分量即可；簡化法則之二，對于彼此獨(dú)立的不確定度分量，假若只有兩個(gè)分量，其中某個(gè)量小于另一量的三分之一，則計(jì)算時(shí)可以忽略這個(gè)量；假若有兩個(gè)以上的分量，則在保留十分之一的較大分量前提下，計(jì)算時(shí)可以忽略小一個(gè)數(shù)量級的其它分量。
EMC 中主要的測量不確定度來源為設(shè)備的精度，所以 EMC 設(shè)備精度越高越好， EMC 設(shè)備要定期計(jì)量檢定。由于在正常情況下，屏蔽室、暗室、天線、人工電源網(wǎng)絡(luò)、功率吸收鉗這類設(shè)備檢測費(fèi)用較高、費(fèi)時(shí)較長，計(jì)量頻次較低，所以 EMC 實(shí)驗(yàn)室經(jīng)常進(jìn)行設(shè)備自我校驗(yàn) ，合理安排系統(tǒng)預(yù)防性維護(hù)和糾正性維護(hù) , 提高測量系統(tǒng)的有效性，就更加重要和必要。

參考文獻(xiàn)：
[1] JJF1059-1999《測量不確定度評定和表示》；
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[5] 陳衛(wèi)斌,談?wù)劇稖y量不確定度評定與表示》的應(yīng)用思路；
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[7] CNAL/AR01：2002《認(rèn)可程序規(guī)則》；
[8] CNAL/AC01：2002《檢測和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可準(zhǔn)則》

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