专利名称：辐射和传导测量系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及测量领域，具体的说是一种对电磁辐射量和传导进行测量的系统。
众所周知，电子产品的电磁辐射是产生环境污染和危害人体健康的重要因素，而且电子系统的传输线在传送数据时由于辐射所造成的泄露，也会影响到产品的性能和系统的可靠性。传统的静态磁场测量是利用霍耳元件作为磁场传感器，利用霍耳效应把磁场强度转换成电压信号，其缺陷是它不能对瞬态变化的磁场进行测量。传统对传输线的动态测量是应用互感原理采用电流钳对导线中的交变电流进行测量，这种测量工具由于采用活动式开口结构，磁芯由非对称的两部分组成，一头需要铆接，另一头开口，嵌入被测对象。因而，存在有三方面的不足，一是用途单一，瞬态响应能力差，二是缝隙磁阻变化大，增益受到限制，三是不能对微弱电流和微弱辐射场进行测量。现有的电磁场测量仪器虽然有很多种，如散射计用来测量目标的散射近场，辐射计用来测量天线的辐射场强和角分布，还有用于微波测量的网络分析仪等，但由于它们都是专用仪器，只能用于专用频带和专用目的。目前随着工业现代化的步伐加快，电子设备骤增，造成了电磁环境的恶化，已导致某些电子设备不能正常工作。因此迫切需要一种方便灵活的测试系统对周围的电磁环境进行监测，以便发现那些不应该对环境造成危害的设备或设备部件，从而采取改进措施，使它们的电磁泄露减小到环境允许的范围，或者使在它周围正常工作受到影响的设备调整工作频率，以保证正常工作。
本发明的目的就是将传统的测试技术与计算机技术相结合，提供一种能对电子设备附近的微弱辐射场进行测量和对传输线在传送数据时的泄露进行测量的瞬态弱磁场信号测试系统，以找出辐射最强的频率成分，从而提出改进措施。
本发明的目的是这样实现的本发明主要包括有源磁场传感器，信号处理电路和测量系统软件三大部分，这三部分与一台计算机配合，构成一个瞬态磁场测量系统，即传感器的输出信号进入信号处理电路，由安装在计算机中的测量软件对电路进行控制并对来自传感器的信号进行处理，如
图1所示。其中各部件结构及功能分别为
传感器是一个“有源磁场传感器”，主要由探测体和放大电路两部分组成，如图2所示。探测体为传感器的敏感元件，是基于电流互感器和磁偶极天线的原理而设计。磁芯采用整体结构，磁芯内套接金属环，金属环上设有开口处，被测载流导线从金属环中穿出，磁芯上连接的信号引出线设有三个接点，分别与三个波段的低噪声放大电路输入接头G相连接；放大器设为1K-2MHz，1.8M-12MHz，10M-100MHz三个波段频率的三组相同结构的低噪声放大电路，每一组放大电路包括平衡电路、差动输入电路、放大电路和阻抗匹配电路，其中两路平衡电路A1、A2的输入端分别通过电子开关U1、U2与输入接点G相连接，输出端与差分电路A3的输入端相连接，以形成对地的单端输出信号，该差分输出信号再通过放大器A4与阻抗变换电路A5相连接。该传感器可以单独使用，与其它测量仪器组成一个测试系统。当测量辐射场时，可选用不同尺寸的金属环作为接收天线，将接收信号送到放大电路放大后的输出信号则为整个传感器的输出信号。
信号处理电路主要由波段选择、定时电路、直接数据通道控制(DMA)电路、增益选择、模拟——数字转换(ADC)电路、存储电路、译码电路、数据线缓冲、地址线驱动以及光电耦合电路相连接组成。
其中，波段选择电路是一个红外发射电路，主要用于当传感器与信号处理电路及软件联合使用时对传感器电子开关的导通与切断控制。波段选择电路采用编码发射方式，与传感器上三个波段放大电路的电子开关相对应的码分别为001，010，011，其中最高位“0”表示低电平导通，后两位是开关的编号。当传感器接收到其中一个码，与之对应的放大电路就与探头接通。而控制这三个码的发射是由译码电路、系统控制总线和软件三者配合来实现的。
定时电路由石英晶体振荡器(晶振)和可编程定时计数器(计数器)组成，连接方式如图7。晶振电路为计数器电路提供4MHz时钟信号，它的输出端与计数器的时钟输入端连接，而计数器的输出端与后面的直接数据通道(下面简称DMA)控制电路的中断控制端INT0连接。
定时电路的启动和停止是由软件控制的，当传感器的第一波段(1K-2MHz)放大电路接通并且系统测试低频周期信号时，由软件将定时计数器编程为计数方式，同时将DMA控制电路设置为中断允许方式。
增益选择电路的输入端与传感器的输出端相连接，增益选择电路的输出端与模拟——数字转换电路的输入端相连接，主要完成能够提供64量程程控放大功能，其中包括20路衰减和43路放大。
模拟——数字转换电路简称为ADC电路，选用高速芯片，内部有采样保持功能和精密基准电压源，8位数字量输出，其工作带宽与传感器一致，采用芯片制造企业提供的标准外围电路连接方式。它的作用是把增益选择电路输出的单极性模拟信号转换为数字量后送到后面的存储电路暂时保存，它的工作控制信号由地址译码电路和计算机系统的控制总线提供。
存储电路主要为了提高整个测试系统的动态响应能力，尽可能少占用计算机系统的硬件资源而设计。它有两个直接作用(1)充分发挥前一级ADC的高速性能，使ADC转换后的数据及时得以保存。(2)使系统具有在线测试和离线测试两种功能。在线测试功能体现在数据快速保存后，在计算机屏幕上完整显示测试结果。离线测试功能体现在测试结束后，数据仍然保留在存储器中，只要系统不断电，可以根据需要随时将这些数据在屏幕上显示或转存到计算机的硬盘中。电路提供8M字节(byte)的存储单元，当写入数据时，它的地址由与它连接的DMA控制电路管理。当把数据传送到计算机时，它的地址由计算机系统的地址总线管理。
直接数据通道控制(DMA)电路由可编程中断控制器U3和可编程计数器U4组成，主要完成对存储电路进行管理。
地址译码电路是计算机系统管理外部电路所必需的电路，它的输入端与计算机系统的地址总线连接，输出端就是分配给上面各个电路的“地址码”与上面的相应电路控制端连接，便于通过软件对这些电路进行控制。
数据总线缓冲电路使用双向总线收发器，一端与存储器数据线连接，另一端通过光电耦合电路与计算机系统的数据总线连接。它的作用是对上述电路的数据线进行驱动，保证数据传输的可靠。
地址总线驱动电路采用高速单向逻辑门电路，它的输入端通过光电耦合电路与计算机系统的地址总线连接，输出端与存储电路、译码电路以及增益选择电路中的多路选择器连接。
为了使上述电路与计算机系统的电路之间的相互影响最小，将它们与计算机系统连接的线路全部采用光电耦合电路进行隔离处理。
本发明的测量软件由控制程序和分析程序两部分组成。控制程序的作用是对整个信号处理电路的工作过程进行控制。包括波段选择、启动定时电路、启动模/数转换电路、对定时电路和DMA电路初始化、显示时域和频域波形、保存数据文件以及控制打印等。分析程序的作用是对采集的数据进行分析，如首先对背景测试结果进行分析，并显示分析结果。若超过一定限度，则显示超过的量，提示操作者将被测对象置于合理的环境中，如按国标《GB3907-83》的规定执行。其次是对测量的时域信号进行傅里叶变换(FFT)，转换成频域信号进行显示。整个操作过程是通过操作计算机键盘在Windows界面下完成的。
整个测量软件还可以在Windows 95操作系统下设置为“后台执行方式”，进行“日辐射均值监测”。操作者在前台进行其他工作。
本发明与同类设备相比，具有如下特点与效果1.传感器的增益高、可靠性强，在设计频带内线性响应性能好，适合测量弱的磁场信号如电子设备的辐射和数据传输线的泄露。测试结果如图14所示。
2.系统使用方便、灵活。本系统适合在电子设备较集中的场合使用，而这种场合一般肯定有计算机。测试系统的信号处理电路按标准计算机接口电路设计，只要将它插入任何一台微型计算机的扩展插槽上，把软件安装在Windows操作系统下，就可以对环境进行监测。还可以对电子设备的电磁兼容性(EMC)进行测试。
3.结构简单、便于制造。从系统的组成来讲，结构很简单。本系统的传感器探头是一个整体磁芯结构，便于加工，放大电路和信号处理电路采用非专用元件设计，便于生产。与计算机配合使用，就组成一个智能测试系统。传感器探测体的测试结果如图13所示。
4.动态范围宽，性能价格比高。与同类计算机产品相比，市场上的成品数据采集卡一般工作速度中等，适应的信号频率范围在2MHz以下，本系统处理的信号频率达100MHz，因采用市场上的主流芯片设计，二者的价格相当。从计算机角度讲，本测试系统相当于一个扩展外部设备，即给计算机增加了一项测试磁场的功能。因此，它是一个高性能、低成本的设备。它的性能价格比是专用设备的数十倍。
5.停止测量后，计算机的原有功能没有受到任何影响，而其它专用仪器只有在使用时具有设计者所赋予的功能，停止测量后，仅仅是一件仪器而已。
以下是本发明的附图及实施例。
图1是本发明的系统组成方框2是本发明的传感器组成方框3是本发明的传感器中的探测体结构4是本发明的传感器中的放大电路原理5是本发明的信号处理电路构成方框6是本发明的信号处理电路中波段选择电路发射管安装位置7是信号处理电路中的定时电路组成方框8是本发明的定时电路低频周期信号的数据采集原理示意9是本发明的信号处理电路中的直接数据通道控制电路组成方框10是本发明的测量软件流程11是本发明的测量软件界面12是本发明的探测体测试等效电路13是对探测体测试的幅频特性14、15是本发明传感器的幅频特性16是本发明的实例测试结果1中，计算机是一台微型个人计算机系统，要求CPU主频应大于200MHz，否则不能实现本测试系统的全部功能，还要装有Windows 95或windows NT操作系统。信号处理电路和测量软件密切配合，它们共同组成磁场信号测量系统。
图2中，探测体作为传感器的敏感元件，它是基于电流互感器和磁偶极天线的原理设计而成。对传输线进行测量时，应用互感原理，经过开口的金属小环将载流导线置于金属环内和磁环线圈两级耦合，在测量辐射场时，可选用不同尺寸的金属环作为接收天线。放大电路设为1K-2MHz，1.8M-2MHz，10M-100MHz三个波段。探测体输出的信号送到放大电路进行放大，放大电路的输出信号就是整个传感器的输出信号。
图3所示的探测体的结构，包括整体环形磁芯线圈1和与线圈套接的金属环2两部分。对传输线进行测量时，金属环上有一个开口3，把被测导线4通过开口嵌入小环。磁芯线圈上有一个信号引出线5。磁环和磁芯线圈的加工方法与环形变压器的加工方法及工艺相同，金属环采用裸铜线或镀银铜线加工而成。用于传导测量的金属环需要开口搭接，并且对开口处进行合金化处理和淬火处理，使其有足够的弹性以保证嵌入被测的绝缘导线后，两个接头能密切接触，使接触电阻足够小。用于辐射测量的金属环焊接成整体。
图4所示的传感器放大电路，其原理是把经过磁环线圈耦合过来的电压信号的幅值放大到足够大，使得后续电路在常规条件下就能够进行处理，或者与常规测试仪器连接就可以进行测量。它由三个频(波)段的放大电路组成，三个波段的放大电路结构相同，选用的运算放大器也相同，仅仅是与运算放大器连接的电阻和电容的值不同，图4是一个波段的原理图。图中G是探头信号的输入端，A1、A2和它们周围的电阻电容组成平衡电路，A3采用差动式输入，可以有效地抑制电路本身的共模干扰，输出一个对地的单极性信号。A4把A3输出的信号进一步放大，A5是一个阻抗变换电路，它把放大电路的输出电阻变换到与50欧姆的负载匹配。放大电路输入端的电子开关是一个红外光电开关。当传感器独立使用时，它上面的电子开关控制端由手动跳线接地使其导通，或者用红外遥控器控制三个电子开关分别导通。当传感器与信号处理电路配合使用时，它由信号处理电路上面的波段选择电路和软件共同控制。为了克服放大器电路本身的噪声，除了选用低噪声元件外，尽可能缩短元件间的连线。在制作时，把1K-2MHz，1.8M-12MHz两个波段的电路元件安放在印刷电路板的一面，而把10M-100MHz波段的电路元件安放在印刷电路板的另一面，为防止次生辐射干扰其它电路，把高频波段的全部元件用金属外壳屏蔽。
图5所示的信号处理电路，包括波段选择、定时电路、直接数据通道控制(DMA)、增益选择、模拟——数字转换(ADC)、存储电路、译码电路、数据线缓冲、地址线驱动和光电耦合10大部件，各部件之间通过多股或单股线连接。图中箭头指向代表信号的输入输出方向，双线代表多股连线，单线代表单股连线。DB、AB和CB分别代表计算机系统的数据总线、地址总线和控制总线。IN是与传感器输出端的连接点，Em代表波段选择电路中红外发光管发出的控制信号。考虑测量时操作的方便，将波段选择电路的红外发射管安装在计算机主机箱的后面，位于传感器输入线插孔的上方。如图6中的6所指的位置。图6中7为传感器输入线插孔，8为计算机主机板，9为信号处理电路，10为计算机主机箱外壳。
图7所示的定时电路，包括晶振电路和定时计数器，从晶振电路输出的时钟信号进入定时计数器，而计数器的输出端与DMA控制电路的中断控制端连接。为了防止在不到一个信号周期内，系统就采集到过多的数据而占用存储空间，使用定时电路将采集数据的时间间隔适当延长，其原理如图8所示。图8中的横轴代表时间，纵轴代表信号的幅值。时钟信号由晶振电路提供，每隔n1个时钟周期，计数器发出一个中断信号，DMA控制器接受中断信号，使存储器存入一个数据。如果在一个信号周期内，共保存了n2个数据，则信号的频率为f＝l/(n1n2Δt)，其中Δt是一个时钟周期。从图8中可以看出，n1＝4，n2＝4。图中一个三角波的周期等于16个时钟周期，每个信号周期内得到4个采样值，既满足了采样定理的要求，又使采样数据不至于过多。采用这个方法可以使本信号处理电路工作频率范围更宽，即使不使用前面介绍的磁场传感器，本电路还可以作为一个通用的数据采集电路，用于处理低频和高频信号。定时电路是根据需要而开启或停止的，当测量随机信号时，不需要定时电路工作，可用软件选择将定时计数器清0，使它停止工作。并设置DMA控制电路中的INT0为中断禁止方式。
图9所示的是信号处理电路中的DMA电路，它由可编程中断控制器U2和可编程计数器U4组成，负责对存储电路进行管理。DB和AB分别代表计算机系统的数据总线和地址总线。启动本测试系统时，由软件对中断控制器编程，并将计数器初值置为存储器第一个单元的地址。图中的A与定时电路的输出端连接，它的中断0(INT0)接受定时电路发出的中断请求，图中的B与模拟/数字转换(ADC)电路的转换结束信号输出端连接，中断1(INT1)接受ADC电路的转换结束信号。当响应中断0时，将中断1开启，计数器加1，存储电路读取一个数据后，将中断1关闭。即只有当中断0得到响应时，才能响应一次中断1，此后的中断1都不能被响应。这一点与图8密切相关，采样信号由定时电路的输出(INT0)控制，尽管ADC电路的工作没有停顿，但并不是每一个数据都被存入存储器中。当定时电路停止工作时，中断1永远开启，每次都能得到响应，即ADC电路采集的每个数据都能被存储电路保存。图中的C来自于计算机系统控制总线的“读”控制信号和地址译码电路输出的逻辑组合，中断2(INT2)接受计算机系统发出的控制信号。当响应中断2时，使计数器回到初值。只有当计算机系统从上面的存储电路中读取数据时，才向DMA电路发出中断请求，得到响应后，存储电路的地址由计算机系统管理。这一点与计算机系统的DMA电路和中断管理有所不同。
图10所示的测量软件流程按如下步骤进行1.开始执行测量软件后，启动整个信号处理电路。首先对定时电路编程，设定为计数方式，计数初值对应采样间隔n1，在屏幕上提示可供选择的数据以及对应的采样间隔(时间)根据需要选择输入，如果不输入，则提示定时器停止工作。其次对DMA电路编程，向中断控制器写入控制字，向地址计数器写入计数初值，该初值与存储电路第一个存储单元的地址对应。最后将增益选择选为“1”。
2.背景校验提示将传感器电源开启，得到回答“Y”后，软件自动轮流将传感器上三个放大电路接通，依次将测试数据保存。
3.显示校验结果将屏幕分为上、中、下三个区域，将传感器三个波段的信号同时在屏幕上显示。在程序内部根据传感器的设计参数把被测信号转换为对应的磁场强度，因此，屏幕上给出的是磁场强度与时间的函数对应关系。同时提示要不要显示频谱，若需要则显示频谱。无论是否显示频谱，接下来将提示测试是否继续，如回答“N”，则测试终止，软件退回到操作系统。如回答“Y”，则将上述测试结果以文件形式存盘，并执行下一步。
4.频段选择将被测对象准备好，根据软件提示，选择需要的频段。若选择第一频段，还提示选择定时间隔。当被测对象不是周期信号，可以不选择定时间隔。
5.采集数据软件启动ADC电路，每个波段采集220＝1048576(即1Mbyte)个数据后停止。这些数据暂存在信号处理电路的存储电路中。
6.显示时域波形将上面采集的数据转换为对应的磁场值后，在屏幕上显示，使我们能够观察到信号幅值的大小。一般情况下，波形是连续变化的，如果幅值太大，将在屏幕的上下边沿出现直线，此时应按照屏幕上的提示调整增益。注意屏幕上的图标有衰减和放大两个方向，若上下边沿出现直线，应向衰减方向调整。若信号幅值太小，集中在屏幕中心横线附近，则应向放大方向调整。这个过程一般需要重复几次，就象使用普通仪器一样。只不过这里是操作键盘和鼠标器，而使用普通仪器是手动旋钮。在屏幕上调整增益的动作与增益选择电路的动作密切相关，屏幕上向哪个方向调整，在软件的控制下，增益选择电路中就有相应的“开关”被接通。这一技术是软件与硬件结合的关键所在。信号的幅值调整到“满意”后，执行下一步。
7.傅里叶变换软件应用傅里叶变换的快速算法(FFT)对上述数据进行处理，得到幅值和频率的关系。这是频谱分析最常用的手段。
8.显示频域波形根据屏幕提示是否需要显示频域波形，如回答“Y”，则显示，回答“N”，则不显示。
综上所述，2和3实际上是自动执行了4、5、6、7和8五个步骤，基本没有人工干预。而从第4步开始，就象操作普通仪器一样操作这个测试系统。
该软件的界面如图11所示。屏幕左侧六分之五区域用于显示波形。右侧六分之一区域设计成一个仪表盘，从上到下依次有定时电路、DMA计数器、波段选择、增益选择、显示时域波形、显示频域波形等图标。在这个“仪表盘”的下方，还留有一个小窗口，用中文提示相应的操作。在屏幕的最下面有一行提示，说明当前屏幕上显示的曲线是什么内容。如“传感器响应”是指传感器的幅频特性。若提示“时域响应”或“频域响应”，则在这一行的左边还给出传感器的波段。
图12和图13是本发明的可靠性分析与测试。图12是探测体等效电路，其中L1、L2和L3分别为金属环、磁芯线圈的等效电感，R1、R2和R3分别为金属环、磁芯线圈的等效电阻，R4为输出阻抗，C1和C2为金属环和磁芯线圈的耦合电容。V＝F(H)为金属环接收到的由信号发生器发射的信号。将图12的电路参数输入到PSPICE电路分析软件中，对该电路进行模拟，所得结果如图13中的虚线(I)所示。用BT-3B扫频仪测试得到的探头增益——频率响应曲线(幅频特性)如图13中的实线(II)所示。图13中的纵轴是探头的增益(放大倍数)，单位是分贝，由表达式Ah(dB)＝20log(H/H0)定义，式中的Ah表示探头对测量信号中磁场强度分量的放大倍数，log是以10为底的对数，H和H0分别是输出和输入信号中磁场强度的值。横轴表示频率，单位是Hz。横轴下面数字表示10的幂，如“2”代表102＝100Hz，“3”代表103＝1000Hz＝1KHz，...而“8”则代表108＝100MHz。扫频仪从100Hz开始，到100MHz结束，在图的正下方用英文标出。从图13中的结果可以看出，探头的增益为25dB，对磁场的频率响应有很好的线性关系，低频截止频率小于1KHz。当频率大于1KHz时，增益的变化很小，小于0.2dB。在1KHz和100MHz之间，计算机模拟与实测结果吻合。
图14是将图12和图4相结合，并把两个图中的参数输入PSPICE电路分析软件，模拟的频率响应结果如图14中的虚线(III)所示，用HP8028A信号源和HP3577A分析仪测得的频率响应结果如图14中的实线(IV)所示。图14中的纵轴是传感器的增益(放大倍数)，单位是分贝，由表达式Ah(dB)＝20log(H/H0)定义，式中的Ah表示传感器对测量信号中磁场强度分量的放大倍数，log是以10为底的对数，H和H0分别是输出和输入信号中磁场强度的值。横轴表示频率，单位是Hz。这里需要注意的是横轴下面数字表示10的幂，如“2”代表102＝100Hz，“3”代表103＝1000Hz＝1KHz，...而“8”则代表108＝100MHz。扫频仪从100Hz开始，到100MHz结束，在图的正下方用英文标出。从图14中的结果可以看出，传感器的增益为65dB，对磁场的频率响应有很好的线性关系，低频截止频率为1KHz。当频率大于1KHz时，增益的变化小于3dB。在1KHz和100MHz之间，计算机模拟与实测结果基本吻合。
需要说明的是为了与计算机模拟的结果对比，已经将传感器三个波段的幅频响应曲线按照放大电路的频段划分进行了连接。三个波段的幅频特性如图15。图15中的坐标以及数字所表示的含义与图13、图14相同，实线(C)、虚线(D)和点画线(E)分别与波段1K-2MHz，波段1.8M-12MHz，波段10M-100MHz的测量结果对应。
实施例用本测量系统按照图1的连接方式对某设备进行测量，在相同条件下，用HP3577A对同一设备也进行测量，图16给出测量结果的对比。图中还给出了用上述两套测量系统对该设备辐射电场的测量，证实了传感器对电场的响应确实比对磁场的响应效果差。图16中的横坐标代表频率，与图15的含义相同。纵坐标同时代表电场和磁场幅值，最大值是-50，最小值是-130。代表磁场时，用公式20log(H/H0)定义，这里H0取1安培/米(A/m)，H代表测量值。纵坐标代表电场时，用公式20log(E/E0)定义，这里E0取1伏特/米(V/m)，E代表测量值。图16中的实线是用本发明(即图1所示的系统)测量的结果，虚线是用HP3577A测量的结果，(f)所指的实线和虚线是测得的磁场强度值，(g)所指的实线和虚线是测得的电场强度值，(h)给出的是磁场强度的最大值-55dB(A/m)，即1.8毫安/米(mA/m)。(i)给出的是电场强度的最大值-80dB(V/m)，即0.1毫伏/米(mV/m)。系统测量得到的磁场强度的相对值比所得到的电场强度的相对值大20dB，当频率大于100KHz时，这一差别还要大。因此可以看出，本发明的核心部分——传感器确实对磁场的响应比对电场的响应灵敏的多。
本发明电路原理图中所使用的集成块型号分别如下A1MAX4162 U3Intel8259AA2MAX4162 U4Intel8253AA3MAX4199A4MAX4329A2MAX4329
权利要求
1.一种辐射和传导测量系统，包括传感器，信号处理电路和测量软件，传感器的输出信号进入信号处理电路，并在测量软件的控制下对电子设备的辐射和传输线的泄露进行测量，其特征在于A.传感器是一个由探测体和放大电路构成的有源磁场传感器，磁芯(1)采用整体结构，磁芯(1)内套接金属环(2)，金属环(2)上设有开口处(3)，被测载流导线(4)从金属环(2)中穿出，磁芯(1)上连接的信号引出线设有三个接点，分别与三个波段的低噪声放大电路输入接头G相连接，放大器设为1K-2MHz，1.8M-12MHz，10M-100MHz三个波段频率的三组相同结构的低噪声放大电路，每一组放大电路包括平衡电路、差动输入电路、放大电路和阻抗匹配电路，其中两路平衡电路A1、A2的输入端分别通过电子开关U1、U2与输入接点G相连接，输出端与差分电路A3的输入端相连接，以形成对地的单端输出信号，该差分输出信号再通过放大器A4与阻抗变换电路A5相连接；B.信号处理电路主要由波段选择、定时电路、直接数据通道控制、增益选择、模拟——数字转换、存储电路、译码电路、数据线缓冲、地址驱动和光电耦合电路相连接组成，其中·波段选择电路是一个红外发射电路，采用编码发射方式，与传感器上三个波段的放大电路的电子开关相对应，分别为001，010，011；·定时电路由石英晶体振荡器和可编程定时计数器构成，晶振电路的输出端与计数器的时钟输入端连接，为计数器提供时钟信号，计数器的输出端与直接数据通道控制电路的中断控制端INT0连接，计数器由测量软件编程为计数方式，且在启动定时电路时，将直接数据通道控制电路设定为中断允许方式；·增益选择电路的输入端与传感器的输出端连接，输出端与模拟——数字转换电路的输入端连接，主要完成64路程控放大与衰减；·模拟——数字转换电路选用与传感器相同的工作带宽，主要完成将增益选择电路输出的单极性模拟信号转换为数字量输出到存储电路，并由地址译码电路和计算机控制总线提供工作控制信号；C.测量软件包括控制程序和分析程序两部分，控制程序主要完成对整个电路的工作过程进行控制，包括对定时电路和直接数据通道控制电路初始化、波段选择、启动定时电路、启动模拟——数字转换电路、显示时域和频域波形、保存数据文件以及控制打印，分析程序主要完成对采集的数据进行分析、对测量的时域信号进行傅里叶变换转换成频域信号进行显示。
2.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于当对传输线进行测量时，探测体的金属环(2)采用开口搭接结构，并经该开口处(3)将载流导线(4)置入金属环内和磁芯线圈两级耦合，探测体用于测量辐射场时，金属环(2)采用焊接成整体的结构，并可选用不同尺寸的金属环作为接收天线。
3.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于传感器的放大电路输入端连接的电子开关U1和U2采用红外光电开关，当传感器独立使用时，电子开关控制端由手动跳线接地使其导通，或用红外遥控器控制三波段电子开关分别导通；当传感器与信号处理电路配合使用时，由波段选择电路和测量软件共同控制。
4.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于波段选择电路的红外发射管安装在计算机主机箱的后面，位于传感器输入线插孔的上方。
5.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于定时电路中，由晶振电路提供时钟信号，计数器每隔n1个时钟周期，发出一个中断信号，直接数据通道电路接受中断信号，使存储器存入一个数据。
6.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于直接数据通道控制电路由可编程中断控制器U3和可编程计数器U4组成，U3的A端与定时电路的输出端连接，U3的中断INT0接受定时电路发出的中断请求，U3的B端与模拟——数字转换电路的转换结束信号输出端连接，中断INT1接受模拟——数字转换电路的转换结束信号。
7.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于测量软件按如下流程进行①开始执行测量软件后，启动整个信号处理电路，首先对定时电路编程，设定为计数方式，计数初值对应采样间隔n1，在屏幕上提示可供选择的数据以及对应的采样间隔(时间)根据需要选择输入，如果不输入，则提示定时器停止工作，其次对DMA电路编程，向中断控制器写入控制字，向地址计数器写入计数初值，该初值与存储电路第一个存储单元的地址对应，最后将增益选择设为“1”；②背景校验提示将传感器电源开启，得到回答“Y”后，软件自动轮流将传感器上三个放大电路接通，依次将测试数据保存；③显示校验结果将屏幕分为上、中、下三个区域，将传感器三个波段的信号同时在屏幕上显示，在程序内部根据传感器的设计参数把被测信号转换为对应的磁场强度，屏幕上给出的是磁场强度与时间的函数对应关系，同时提示要不要显示频谱，若需要则显示频谱；④频段选择将被测对象准备好，根据软件提示，选择需要的频段，若选择第一频段，还提示选择定时间隔；⑤采集数据软件启动ADC电路，每个波段采集220＝1048576(即1Mbyte)个数据后停止，这些数据暂存在信号处理电路的存储电路中；⑥显示时域波形将上面采集的数据转换为对应的磁场值后，在屏幕上显示，按照信号幅值大小调整增益选择电路；⑦傅里叶变换软件应用傅里叶变换的快速算法(FFT)对上述数据进行处理，得到幅值和频率的关系；⑧显示频域波形根据屏幕提示，按需要显示频域波形。
全文摘要
本发明涉及一种对电磁辐射量和传输线泄露进行测量的测量系统。该系统主要解决现有测量仪器不能对瞬态变化磁场进行测量,或者能够测量的设备都比较庞大、昂贵这一问题。其技术方案是将传统的测试技术与现代计算机技术相结合。整个测量系统包括有源磁场传感器、信号处理电路、测量软件。传感器的输出信号进入信号处理电路并通过安装在计算机中的测量软件对电路进行控制和对信号进行处理。具有传感器增益高,系统的可靠性强,动态范围宽,性能价格比高等优点,可用于对电子设备附近的微弱辐射场进行测量和对传输线在传送数据时的泄露进行测量。
文档编号G01R29/08GK1258007SQ0011371
公开日2000年6月28日 申请日期2000年1月19日 优先权日2000年1月19日
发明者郑宏兴 申请人:郑宏兴