专利名称：电缆转移阻抗时域测试系统及测试方法
技术领域：
本发明涉及一种电缆转移阻抗的测试系统及测试方法，具体地说，涉及一种电缆 转移阻抗时域测试系统及测试方法。
背景技术：
电缆的屏蔽质量是衡量电缆性能的重要因素，而电缆的表面转移阻抗是一个可以 相对客观地反映电缆的屏蔽质量的重要参数，因此，对多种电缆的表面转移阻抗进行测试 研究，就可以确定这些电缆屏蔽质量的性能优劣，从而为电缆的选用带来方便。目前现有的电缆转移阻抗的基本都是在频域下进行测量的，其中有的采用点频测 量法、有的直接利用网络分析仪进行的S参数分析转移阻抗。它具有以下不足之处在评估 屏蔽电缆的电磁脉冲防护能力时，一方面测试结果不够直观，另一方面测试数据也不便于 时域分析应用。目前也出现了转移阻抗的时域测量方法。周启明等人曾设计了一种时域测量装 置。通过该方法能够得到电缆转移阻抗的传递函数，但是该方法所用的设备复杂，并且使用 了光纤传输系统。此外，测试结果与成熟的频域测试方法的一致性还有待考察。另外随着 工程中各种综合电缆的广泛应用，电缆的屏蔽层和芯线都越发复杂，现有的表面转移阻抗 测量装置和测试方法所能达到的测量范围受到了挑战，设计一种具有更广泛的测试范围、 更实用的测试方法成为必然的发展趋势。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足之处，提供一种新的电缆转移阻抗时域测试 系统及测试方法。本发明的电缆转移阻抗时域测试系统，包括下列组成部分用于产生激励信号的高压脉冲信号发生器；用于接收注入信号和响应信号的示波器，带有用于接收注入信号的通道和接收响 应信号的通道；用于衰减激励信号的衰减器；用于同时观察注入信号和响应信号的同轴结构电流探头，带有与高压脉冲信号发 生器相连的输入端口、与示波器相连的监测端口和与阻抗电路相连的输出端口 ；用于固定被测电缆的同轴夹具；阻抗匹配网络。优选地，所说的高压脉冲信号发生器选自能够产生前沿小于3ns的双指数脉冲信号和方 波信号的高压脉冲信号发生器；所说的同轴结构电流探头选自罗氏线圈；所说的同轴夹具上套有屏蔽管套，两端带有BNC接头。
本发明的电缆转移阻抗的时域测试方法，包括下列步骤1)高压脉冲发生通过高压脉冲信号发生器产生幅度和周期可控的高压脉冲激励信号；2)读取激励信号将步骤1)中产生的高压脉冲激励信号通过同轴结构电流探头 的监测端口输出至示波器，接收并读取测试系统获得的注入脉冲；3)激励被测电缆将步骤1)中产生的高压脉冲激励信号，通过同轴结构电流探头 的输出端口输出至由被测电缆的屏蔽层和芯线组成的内电路，对内电路施加方波信号进行 激励；4)确定阻抗匹配网络根据被测电缆及同轴夹具构成的装置的特性阻抗以及示 波器的阻抗计算并确定阻抗匹配网络中电阻的阻值；5)接收响应信号将由被测电缆的屏蔽层和同轴夹具组成的外电路连接至示波 器，接收并读取测试系统获得的响应脉冲；6)获得被测电缆的转移阻抗根据步骤2)和步骤5)所得的注入脉冲和响应脉 冲，通过运算获得被测电缆的转移阻抗；运算方式如下根据测量到的注入系统的电SU1 (t)及内电路的特性阻抗R1，得到内电路中的电 流为
(3)分别将采集到的队⑴和IJt)做快速傅里叶变换，得到电流和电压的频域值 《(/ )和/,(/ )，由式(4)求得电缆的转移阻抗的频谱； 7)建立转移阻抗计算模型根据步骤2)和步骤5)所得的注入脉冲I1 (t)和响应 脉冲U2 (t)，采用参数估计的方法获得转移阻抗的系统传递函数模型。 本发明电缆转移阻抗时域测试系统的工作原理是由电缆的屏蔽层和芯线组成内 电路，被测电缆的屏蔽层和同轴夹具组成外电路，进而通过测量内外电路的电流和电压的 方法获得被测电缆的转移阻抗。本发明的数据处理方法是根据注入测试系统的脉冲信号和系统的响应脉冲，运 用参数估计方法建立转移阻抗的系统传递函数模型，再将注入脉冲经过以电缆表面转移阻 抗为传递函数的系统，得到一个新的输出信号，对比原始响应脉冲与注入脉冲通过所建立 的系统得到的新的输出信号是否一致，从而验证对转移阻抗项所建系统的正确性。本发明的测试系统及测试方法具有如下技术效果1)本发明不仅适用于时域测试方法也可通过数据处理获得频域转移阻抗曲线；2)本发明的转移阻抗时域测试系统，可同时观测注入脉冲和响应脉冲波形，可直 接获得电缆的脉冲波屏蔽效能；3)通过本发明的时域测试测试方法和数据处理方法获得的模型可应用于电缆对电磁脉冲耦合情况的分析中。
下面结合附图和具体实施方式
来对本发明作进一步地详细说明。图1是电缆转移阻抗时域测试系统连接示意图；图2是时域测试系统中的同轴结构电流探头内部结构示意图；图3(a)是特性阻抗Z小于50Ω的时域测试系统中的阻抗匹配网络连接示意图图3(b)是特性阻抗Z大于50Ω的时域测试系统中的阻抗匹配网络连接示意图图4 (a)是时域测试系统的注入脉冲；图4(b)是时域测试系统的响应脉冲；图5是时域、频域测得的转移阻抗及建模所得结果的对比。
具体实施例方式实施例1如图1、图2所示，本发明的电缆转移阻抗时域测试系统，包括下列组成部分1) 用于产生激励信号的高压脉冲信号发生器，所用的高压脉冲信号发生器能够产生前沿小于 3ns的双指数脉冲信号和方波信号；2)用于接收注入信号和响应信号的示波器，带有用于 接收注入信号的通道1和接收响应信号的通道2 ；3)用于衰减激励信号的衰减器；4)用于 同时观察注入信号和响应信号的同轴结构电流探头，带有与高压脉冲信号发生器相连的输 入端口、与示波器相连的监测端口和与阻抗电路相连的输出端口 ；5)用于固定被测电缆的 同轴夹具；同轴夹具是一个圆柱形铜质屏蔽管套。该夹具与装在其中的被测电缆同轴，并且 两端均采用BNC接头与外界设备相连接。6)阻抗匹配网络。同轴结构电流探头是一种特殊结构的罗氏线圈(Rogowski线圈，罗科夫斯基线 圈)，该电流探头所使用的罗氏线圈骨架为锰锌铁氧体，骨架外型尺寸为外径10mm，内径 6mm，高度5mm，绕线线径0. 5mm，共绕10圈；负载电阻为50 Ω。本发明的电缆转移阻抗时域测试系统中所用的阻抗匹配网络用于抑制信号反射。 测试中所采用的仪器端口电阻都是50 Ω，如果测试系统内电路的特性阻抗与仪器端口不匹 配，并且反射系数大于0. 2时则需要添加此匹配电路。实施例2以型号为SYV 50-3的电缆为例，采用本发明的测试系统测量其转移阻抗，按以下 步骤进行1)高压脉冲发生通过高压脉冲信号发生器产生幅度和周期可控的高压脉冲信 号；2)读取激励信号将步骤1)中产生的高压脉冲激励信号通过同轴结构电流探头 的监测端口输出至示波器，接收并读取测试系统获得的注入脉冲；波形如图4(a)所示，此 处需根据高压脉冲信号的幅度及示波器的耐压选取合适的衰减器衰减激励信号；3)激励被测电缆将步骤1)中产生的高压脉冲激励信号，通过同轴结构电流探头 的输出端口输出至由被测电缆的屏蔽层和芯线组成的内电路，对内电路施加方波信号进行 激励；
4)确定阻抗匹配网络根据被测电缆及同轴夹具构成的装置的特性阻抗以及所 用示波器的阻抗(一般为50 Ω )计算并确定阻抗匹配网络中电阻的阻值。具体计算方法为添加匹配电路时，若特性阻抗Z小于50 Ω，则匹配电路的连接方 式如图3(a)所示，其中RS、RP分别为 若特性阻抗Z大于50 Ω，则匹配电路的连接方式如图3 (b)所示，其中Rs、Rp分别 为 5)接收响应信号将由被测电缆的屏蔽层和同轴夹具组成的外电路连接至示波 器，接收并读取测试系统获得的响应脉冲，如图4(b)所示；6)获得被测电缆的转移阻抗根据如图4(a)、(b)所示的步骤2)和步骤5)所得 的注入脉冲和响应脉冲，通过运算获得被测电缆的转移阻抗；运算方式如下根据测量到的注入系统的电SU1 (t)及内电路的特性阻抗R1，得到内电路中的电 流为 由于转移阻抗的定义是在频域内给出的，为了从时域结果换算，需要对测量数据 进行傅里叶分析。分别将采集到的队(0和I1U)做快速傅里叶变换，得到电流和电压的频 域值和/,(>)，进而可由式⑷求得电缆的转移阻抗的频谱。( 7)转移阻抗计算模型的建立根据步骤2)和步骤5)所得的注入脉冲I1 (t)和响 应脉冲U2 (t)，采用参数估计的方法获得转移阻抗的系统传递函数模型 8)效果验证将步骤2)产生的输入信号经过以电缆表面转移阻抗为传递函数的系统H(Z)，得 到一个新的输出信号《(O，对比原始响应脉冲U2(t)与注入脉冲通过所建立的系统得到的 新的输出信号仏(/)是否一致，从而验证对转移阻抗项所建系统的正确性。图5为采用本发明的电缆转移阻抗时域测试系统及测试方法测得的电缆转移阻 抗和传统的频域方法测得的电缆转移阻抗以及建模所得结果的对比。该图中，实线a表示 时域方法测试的结果，即由本发明所提供的方法测量的结果；实线b表示频域测试的结果， 即由基于网络分析仪方法测得的结果；虚线表示建模所得结果。其中，横坐标表示频率，纵 坐标表示转移阻抗。
由图上可以看出两种测量方法以及建模得到的转移阻抗的幅频特性达到了相似 的效果，得到的转移阻抗幅频特性吻合得较好，即本系统和方法可替代现有的频域测试方 法，并具有一定的优越性。此外，建模结果不仅能够用利用较少的参数(M+N+1个参数)很 好地反映出转移阻抗的变化规律，而且去除了测试中带来的噪声干扰，能够更准确、更直观 地表示出电缆转移阻抗的幅频特性。
权利要求
电缆转移阻抗时域测试系统，其特征在于，包括下列组成部分用于产生激励信号的高压脉冲信号发生器；用于接收注入信号和响应信号的示波器，带有用于接收注入信号的通道和接收响应信号的通道；用于衰减激励信号的衰减器；用于同时观察注入信号和响应信号的同轴结构电流探头，带有与高压脉冲信号发生器相连的输入端口、与示波器相连的监测端口和与阻抗电路相连的输出端口；用于固定被测电缆的同轴夹具；阻抗匹配网络。
2.根据权利要求1所述的电缆转移阻抗时域测试系统，其特征在于，所说的高压脉冲 信号发生器选自能够产生前沿小于3ns的双指数脉冲信号和方波信号的高压脉冲信号发 生器。
3.根据权利要求1所述的电缆转移阻抗时域测试系统，其特征在于，所说的同轴结构 电流探头选自罗氏线圈。
4.根据权利要求1所述的电缆转移阻抗时域测试系统，其特征在于，所说的同轴夹具 上套有屏蔽管套，两端带有BNC接头。
5.电缆转移阻抗的时域测试方法，其特征在于，包括下列步骤1)高压脉冲发生通过高压脉冲信号发生器产生幅度和周期可控的高压脉冲激励信号；2)读取激励信号将步骤1)中产生的高压脉冲激励信号通过同轴结构电流探头的监 测端口输出至示波器，接收并读取测试系统获得的注入脉冲；3)激励被测电缆将步骤1)中产生的高压脉冲激励信号，通过同轴结构电流探头的 输出端口输出至由被测电缆的屏蔽层和芯线组成的内电路，对内电路施加方波信号进行激 励；4)确定阻抗匹配网络根据被测电缆及同轴夹具构成的装置的特性阻抗以及示波器 的阻抗计算并确定阻抗匹配网络中电阻的阻值；5)接收响应信号将由被测电缆的屏蔽层和同轴夹具组成的外电路连接至示波器，接 收并读取测试系统获得的响应脉冲；6)获得被测电缆的转移阻抗根据步骤2)和步骤5)所得的注入脉冲和响应脉冲，通 过运算获得被测电缆的转移阻抗；运算方式如下根据测量到的注入系统的电SU1⑴及内电路的特性阻抗R1，得到内电路中的电流为 φ⑶分别将采集到的队⑴和I1U)做快速傅里叶变换，得到电流和电压的频域值和 /,( ，由式⑷求得电缆的转移阻抗的频谱；—纖⑷7)建立转移阻抗计算模型根据步骤2)和步骤5)所得的注入脉冲IJt)和响应脉冲 U2 (t)，采用参数估计的方法获得转移阻抗的系统传递函数模型。
全文摘要
本发明提供了一种电缆转移阻抗时域测试系统，包括下列组成部分用于产生激励信号的高压脉冲信号发生器；用于接收注入信号和响应信号的示波器；用于衰减激励信号的衰减器；用于同时观察注入信号和响应信号的同轴结构电流探头；用于固定被测电缆的同轴夹具；阻抗匹配网络。本发明具有如下技术效果1)不仅适用于时域测试方法也可通过数据处理获得频域转移阻抗曲线；2)可同时观测注入脉冲和响应脉冲波形，可直接获得电缆的脉冲波屏蔽效能；3)获得的模型可应用于电缆对电磁脉冲耦合情况的分析中。
文档编号G01R27/16GK101871975SQ201010204030
公开日2010年10月27日 申请日期2010年6月21日 优先权日2010年6月21日
发明者周璧华, 周颖慧, 张琦, 李炎新, 石立华, 苏丽媛, 陆峰, 陈彬, 高成 申请人:中国人民解放军理工大学