本发明涉及在线阻抗测量技术和传导抗扰度测试的替代技术，具体是以电力电子系统中常用的开关电源为例，对其在实验室环境和工业环境下进行在线回路阻抗测试，然后根据两种情况下的回路阻抗及回路电流，对实验室环境和工业环境下传导抗扰度测试进行等效替换，这是一种传导抗扰度测试的替代方法，尤其是一种工业环境下的回路阻抗的测试设备及传导抗扰度测试方法。
(二)
背景技术：
：
随着电力电子设备的开关频率和功率密度的不断增大，设备所处的电磁环境愈加恶劣，其电磁兼容问题亦逐渐受到人们重视，故需对其抗扰度进行研究以保证其正常运行。根据标准en61000-4-6可知，在频段150khz-80mhz进行的传导抗扰度测试广泛应用于工业和实验室环境中。并且抗扰度的相关标准大多都是为实验室设计的，根据标准en61000-4-6可知，在实验室进行传导抗扰度测试，常用到cdn(couplingdecouplingnetwork——耦合去耦网络)。这项测试的主要原理是将干扰信号发生器产生的干扰信号，用共模模式感应到被测设备里，实现对传导抗扰度的测试。但因某些限制，有时在实验室使用耦合去耦网络或电磁钳进行测试是难以实现的。如被测设备太庞大或所需电流太大时，将被测设备送到实验室用cdn进行测试是不太可能的。因此研究在工业环境下的新的传导抗扰度测试方法具有重要的作用。
所谓抗扰度，是指装置、设备或系统在电磁干扰的影响下还能正常工作的一种能力。对设备进行抗扰度测试是为了知道设备在什么样的环境下仍然能够正常工作。设备在电磁干扰的影响下的表现可分为以下四级：(1)eut(equipmentundertest——被测设备)正常工作，即不受干扰影响；(2)eut工作指标或功能出现非期望偏离，但当骚扰消失后能够自动恢复；(3)eut工作指标或功能出现非期望偏离，当骚扰消失后无法自动恢复，必须让操作人员的进行调控，才能够恢复；(4)eut的元器件损坏、数据丢失、软件故障等。
目前，抗扰度测试大多都是将有用试验信号(即正常工作信号)和无用试验信号(即干扰信号)加入到eut来完成的。常用的抗扰度测试有浪涌抗扰度测试、衰减振荡波抗扰度测试、电快速瞬变脉冲群抗扰度测试、静电放电抗扰度测试以及射频场感应的传导干扰抗扰度测试。
随着电磁兼容测试仪器的不断更新升级，电磁兼容的测量结果的精度要求也需越来越准确。目前，对元器件的阻抗测试大多都是利用阻抗分析仪来完成，此测量方法是在被测设备断电停止工作时进行的。但是元器件在通电工作时，其内部电路情况可能会发生变化，进而使其阻抗发生改变，那么用阻抗分析仪在其断电情况下得到的阻抗值可能会与其在通电工作时的实时阻抗有所差异。因此，研究一种在元器件通电工作时进行阻抗测试的方法是很有必要的，这正是本发明要解决的技术问题。
现有的阻抗测试法有谐振法、插入损耗法等方法，但都存在一些问题。谐振法中选取无源器件的正确值以及协调谐振的过程是很困难和繁琐的。尤其是在高频时，无源器件的寄生效应更为明显，这会影响测量的准确性。用插入损耗法来测量未知阻抗需要满足某些特定条件，比如插入元件阻抗必须足够大或足够小。所以一旦满足不了这些条件，这种方法也就失去其准确性。虽然目前关于传导抗扰度测试的研究还算丰富，但是关于工业环境下的传导抗扰度测试以及其与实验室间的联系的研究很少。
(三)
技术实现要素：
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本发明的目的在于提供一种工业环境下的回路阻抗的测试设备及传导抗扰度测试方法，它可以解决之前方法中存在的问题，采用双电流探头法来测量未知阻抗，是一种结构简单，操作方便，测量结果准确，且通用性强的抗扰度测试方法及回路阻抗的测试设备。
本发明的技术方案：一种工业环境下的回路阻抗的测试设备，其特征在于它包括射频耦合电路、射频信号发生器和电磁干扰测试接收机；其中，所述射频耦合电路是由注入电流探头、接收电流探头和耦合电容构成；所述射频耦合电路的一侧分别通过注入电流探头和接收电流探头与射频信号发生器和电磁干扰测试接收机连接，另一侧与未知待测电阻连接，即与回路阻抗连接。
所述耦合电容可以等效为由电容c、电阻rc和电感lc串联连接的电路结构；所述电阻rc和电感lc是由于耦合电容元器件内部的寄生效应而产生的寄生参数。
所述射频信号发生器的型号为cit-10；所述注入电流探头的型号为f-16a，频率范围10khz-100mhz；所述接收电流探头的型号为flukei400s，频率范围20khz-100mhz；所述电磁干扰测试接收机的型号为esl3，频率范围9khz-3ghz。
一种工业环境下的传导抗扰度测试方法，其特征在于它包括以下步骤：
(2)测试回路的回路阻抗的测试：
由两个电流探头和耦合电容构成射频耦合电路，用以测量未知阻抗，即回路阻抗zx的大小；设置射频耦合电路与两个电流探头接触的一侧为端口i和端口ii，与未知阻抗zx连接的一侧为端口iii和端口iv；耦合电容里有等效串联电阻rc和等效串联电感lc，这都是由于元器件内部的寄生效应而产生的寄生参数；
通过端口i和端口ii由射频信号发生器注入干扰，由端口iii和端口iv接未知阻抗zx；此时由基尔霍夫电压定律可知：
vs＝(zs+jωlp)ip-jωmiw(1)
vw＝jωlwiw-jωmip(2)
其中，vs和zs分别为信号发生器的输出电压和输出阻抗，ip为注入探头上的注入电流，lp为注入探头的自感，lw为射频耦合回路上感应导线的自感，iw为射频耦合回路上感应出的电流，m为注入探头和耦合回路间的互感，vw为注入探头感应耦合回路上的电压；
将公式(1)代入公式(2)，消去ip可得：
vw＝[-jωm/(zs+jωlp)]vs+[jωlw+((ωm)2/zs+jωlp)]iw(3)
令，
vm1＝[-jωm/(zs+jωlp)]vs，zm1＝-[jωlw+((ωm)2/zs+jωlp)]
可得，
vw＝vm1-zm1iw(4)
由公式(4)可以看出，此时注入电流探头端可以等效成在端口i和端口ii之间有一个电压源vm1和一个阻抗zm1的相互串联；
根据电磁波传播公式c＝λf，其中，c为电磁波传播速度，λ为电磁波波长，f电磁波频率，由此可知，整个测试中波长最小值为：
λmin＝c/fmax
此波长即为电磁波波长的最小值，若该值远大于测试中所使用的的导线的长度，根据传输线理论即可得到“导线长度远小于电磁波波长时，则可以认为导线上的电流是一致的”的结论，即可得：
vm1＝(zm1+zm2+zc+zx)iw(5)
这里，zc为耦合电容的阻抗，zm2为接收探头对耦合回路进行感应而产生的阻抗；
令ze＝zm1+zm2+zc，则公式(5)可变成：
vm1＝(ze+zx)iw(6)
进一步有，
其中，iw为耦合回路的电流，可由接收探头测得，令vp2为接收探头测得的电压，zt2为接收探头校正后的转移阻抗，分析可知：
将vm1＝[-jωm/(zs+jωlp)]vs和公式(8)带入到公式(7)可得：
令k＝-jωmzt2/(zs+jωlp)可得，
由此分析可知，当频率不变时，公式(10)的各项均不变，vp2可由接收电流探头测得，因此若知道kvs和ze，即可得出未知阻抗zx；
若用一个已知标准阻抗r(r>>|ze|)来替代zx，则可得
若用一个已知标准阻抗r(r>>|ze|)来代替zx可得，
将公式(11)和公式(12)带入公式(10)可得：
由公式(13)可知，当频率一定时，只需用接收电流探头测出电压vp2就可求出未知阻抗zx；
由于开始测试时并不知道ze的大小，故可通过以下方法保证r>>|ze|；分别用标准阻抗r和短路来替代zx，则有：
因此，只要vp2|zx＝0>>vp2|zx＝r，即可保证r>>|ze|，从而求出未知阻抗zx，相应地，也可以得出整个回路阻抗；
(2)求取传导抗扰度测试回路的校正因数：
定义校正因数cf：
其中，zlab是实验室环境下的回路阻抗；zind是工业环境下的回路阻抗；实验室环境下的回路阻抗由两个150ω阻抗和eut组成，工业环境下的回路阻抗由eut和两个未知阻抗zae1及zae2组成；
(3)将校正因数应用到工业环境下的注入功率中，根据校正因数实现实验室和工业环境下的传导抗扰度测试。
所述步骤(1)中的测试是在频段150khz-80mhz进行的，根据电磁波传播公式c＝λf可知，整个测试中波长最小值为：
λmin＝c/fmax＝3×108/8×107＝3.75m
而测试时的导线一般最长0.5m，故整个测试中导线的长度远小于电磁波波长。
本发明的工作原理：本发明涉及到的是射频场感应的传导干扰抗扰度测试。一般来说，频率较低的干扰波，如80mhz以下频率，其波长要比eut的大的多。设备引线，如电源线以及架空线的延伸、通信线和接口电缆线等，其长度或许为干扰波波长的几倍甚至更长。据此可知，设备引线就类似于被动天线，接受射频场的感应，感应的信号就会变成传导干扰进入到设备内部，从而影响设备的正常运行。
射频场感应的传导干扰抗扰度测试是使受试设备在骚扰源作用下形成电场和磁场模拟来自实际发射机的电场和磁场。这些骚扰场则是由测试设备所产生的电压或电流形成的近区电场和磁场来近似表示的。用耦合和去耦装置提供骚扰信号给某一电缆，同时保持其他电缆不受影响，只近似于骚扰源以不同的幅度和相位范围同时作用于全部电缆的实际情况。测试中要用到1khz的正弦波进行幅度调制，调制深度为80％。
本发明以电力电子系统中常用的开关电源为例，用回路阻抗测试方法分别测得实验室和工业环境下传导抗扰度测试回路的回路阻抗，从而得到理论上的校正因数；用电流探头分别测出实验室和工业环境下传导抗扰度测试回路的回路电流，得到实际上的校正因数；将理论上的校正因数和实际上的校正因数进行对比，便可以上方法的正确性。把校正因数应用到工业环境下传导抗扰度测试的注入功率里，利用电流探头就可得到应用校正因数后的回路电流。
本发明的优越性：两个电流探头分别作为注入探头和接收探头，与导线无直接接触，这样就能比较方便的测出未知阻抗，进而得到回路阻抗；测量结果具有良好的准确性；提取出了一个校正因数cf，用以在实验室测试方法和工业测试方法之间建立联系，从而实现两者的等效替代；这种双电流探头的回路阻抗测试方法相比于以前用阻抗分析仪的测试方法，显得更为精确；此测试方法是在被测设备通电运行时进行阻抗测试，相比于用阻抗分析仪在被测设备断电情况进行测试，实时性好；本发明是以电力电子系统中常用的开关电源为例，因此对其他电气设备也具有通用性。
(四)附图说明：
图1为本发明所涉一种回路阻抗测试设备的双电流探头基本结构框图。
图2为本发明所涉一种回路阻抗测试设备的注入电流探头的等效电路图。
图3为本发明所涉一种工业环境下的传导抗扰度测试方法中回路阻抗的测试法的双电流探头法等效电路图。
图4为本发明所涉一种工业环境下的传导抗扰度测试方法的传导抗扰度测试实验室和工业分布框图(其中，图4-a为实验室分布框图，图4-b为实验室分布框图)。
图5为本发明所涉一种工业环境下的传导抗扰度测试方法中传导抗扰度测试实验室和工业设备简化电路图(其中，图5-a为实验室分布框图，图5-b为实验室分布框图)。
图6为本发明所涉一种工业环境下的传导抗扰度测试方法中校正因数求取方法中的cdn校准结构示意图。
图7为本发明所涉一种工业环境下的传导抗扰度测试方法中所测得的开关电源的回路阻抗测试曲线示意图。
图8为本发明所涉一种工业环境下的传导抗扰度测试方法中所测得的开关电源的校正因数曲线示意图。
图9为本发明所涉一种工业环境下的传导抗扰度测试方法中应用校正因数方法前后所得的开关电源注入测试结果对比示意图(其中，图9-a为使用前，图9-b为使用后)。
(五)具体实施方式：
一种回路阻抗测试设备，它是由射频耦合电路、射频信号发生器和电磁干扰测试接收机构成(见图1)；其中，所述射频耦合电路是由注入电流探头、接收电流探头和耦合电容构成；所述射频耦合电路的一侧分别通过注入电流探头和接收电流探头与射频信号发生器和电磁干扰测试接收机连接，另一侧与未知待测电阻连接，即与回路阻抗连接。
所述耦合电容可以等效为由电容c、电阻rc和电感lc串联连接的电路结构；所述电阻rc和电感lc是由于耦合电容元器件内部的寄生效应而产生的寄生参数。
所述射频信号发生器的型号为cit-10；所述注入电流探头的型号为f-16a，频率范围10khz-100mhz；所述接收电流探头的型号为flukei400s，频率范围20khz-100mhz；所述电磁干扰测试接收机的型号为esl3，频率范围9khz-3ghz。
本发明以电力电子系统中常用的开关电源为例，下面结合附图和实例对本发明做进一步介绍工业环境下的传导抗扰度测试方法：
第一步：得到测试回路的回路阻抗。
本发明用双电流探头法来测量回路阻抗，图1为此方法的基本结构图。
此测试方法所需设备包括一个注入电流探头，一个接收电流探头，一台信号发生器和一台电磁干扰测试接收机。两个电流探头和一个耦合电容构成射频耦合电路，用以测量未知阻抗zx的大小。从图1可看出，耦合电容里有等效串联电阻rc和等效串联电感lc，这都是由于元器件内部的寄生效应而产生的寄生参数。端口i-ii用来注入干扰，端口iii-iv接未知阻抗。注入电流探头的等效电路如图2所示。
vs和zs分别为信号发生器的输出电压和输出阻抗，ip为注入探头上的注入电流，lp为注入探头的自感，lw为射频耦合回路上感应导线的自感，iw为射频耦合回路上感应出的电流，m为注入探头和耦合回路间的互感，vw为注入探头感应耦合回路上的电压。
对图2所示电路由基尔霍夫电压定律可得
vs＝(zs+jωlp)ip-jωmiw(1)
vw＝jωlwiw-jωmip(2)
将公式(1)带入到公式(2)消去ip可得：
vw＝[-jωm/(zs+jωlp)]vs+[jωlw+((ωm)2/zs+jωlp)]iw(3)
令vm1＝[-jωm/(zs+jωlp)]vs，zm1＝-[jωlw+((ωm)2/zs+jωlp)]可得
vw＝vm1-zm1iw(4)
从公式(4)可以看出电路的注入探头端可等效成在端口i和ii之间一个电压源vm1和一个阻抗zm1的串联，故整个测试电路的等效电路图如图3所示。这里，zc为耦合电容的阻抗，zm2为接收探头对耦合回路进行感应而产生的阻抗。整个测试是在频段150khz-80mhz进行的，根据电磁波传播公式c＝λf，这里c为电磁波传播速度，λ为电磁波波长，f电磁波频率，可知，整个测试中波长最小值
λmin＝c/fmax＝3×108/8×107＝3.75m
而测试时的导线一般最长0.5m，故整个测试中导线的长度远小于电磁波波长。根据传输线理论可知，在导线长度远小于电磁波波长时，可以认为导线上的电流是一致的，则可得：
vm1＝(zm1+zm2+zc+zx)iw(5)
令ze＝zm1+zm2+zc，则公式(5)可变成
vm1＝(ze+zx)iw(6)
移项可得
iw为耦合回路的电流，可由接收探头测得，分析可知
这里，vp2为接收探头测得的电压，zt2为接收探头校正后的转移阻抗。
将vm1＝[-jωm/(zs+jωlp)]vs和公式(8)带入到公式(7)可得
令k＝-jωmzt2/(zs+jωlp)可得，
分析可知，当频率不变时上式各项均不变，vp2可由接收电流探头测得，因此若知道kvs和ze，即可得出未知阻抗zx。若用一个已知标准阻抗r(r>>|ze|)来替代zx，则可得
若短路zx可得
将公式(11)和公式(12)带入公式(10)可得：
由公式(13)可知，当频率一定时，只需用接收电流探头测出电压vp2就可求出未知阻抗zx。因开始测试时并不知道ze的大小，故可通过以下方法保证r>>|ze|。分别用标准阻抗r和短路来替代zx，可得
因此，只要vp2|zx＝0>>vp2|zx＝r，即可保证r>>|ze|，故可用以上方法求出未知阻抗zx，相应地，也可以得出整个回路阻抗了。
这种双电流探头的回路阻抗测试方法相比于以前用阻抗分析仪的测试方法，显得更为精确。因为此测试方法是在被测设备通电运行时进行阻抗测试，相比于用阻抗分析仪在被测设备断电情况进行测试，此方法显得更具有实时性，因此更准确，这也为本发明后续方法的正确性提供保证。
(2)求取传导抗扰度测试回路的校正因数：
根据标准en61000-4-6可知，在频段150khz-80mhz进行的传导抗扰度测试的设备分布框图如图4所示。图4中eut(equipmentundertest)表示被测设备，ae(auxiliaryequipment)表示辅助设备。图4-a中各设备都是实验室标准规定的，因此相关参数在标准里会有说明。图4-b为工业环境下的测试图，因工业环境的变化性以及有些设备的不明确性，故其辅助设备的阻抗未知。图5为两种情况下的简化电路图，其中，图5-a为实验室分布框图，图5-b为实验室分布框图。从图5-a可看出，实验室环境下的回路阻抗由两个150ω阻抗和eut组成，从图5-b可看出，工业环境下的回路阻抗由eut和两个未知阻抗zae1及zae2组成。从图5可看出，实验室环境下的回路阻抗由两个150ω阻抗和eut组成，工业环境下的回路阻抗由eut和两个未知阻抗zae1及zae2组成。这里对校正因数cf进行定义
图4和图6中射频信号发生其器型号为cit-10，里面包括射频信号源，放大器和射频功率计三个部分；衰减器为6db同轴衰减器；cdn型号m2-50a；阻抗适配器型号cr100a；注入电流探头型号f-16a，频率范围10khz-100mhz，接收电流探头型号flukei400s，频率范围20khz-100mhz；电磁干扰测试接收机型号esl3，频率范围9khz-3ghz。电流探头校正与上面cdn类似，因此这里不再赘述。图4-a和4-b中射频信号发生器的注入恒定功率是一致的，图4-a中开关电源两端分别接在cdn上，图4-b中开关电源一端接在电源上，另一端则短接到地，这是为了模拟工业环境。对图4-a和图4-b中电路进行回路阻抗测试，回路阻抗及校正因数如图7和图8所示。
图7为所测得的开关电源的回路阻抗测试曲线示意图。图8为所测得的开关电源的校正因数曲线示意图。
根据本发明第一步提到的回路阻抗测试法，可分别得出实验室和工业环境下的回路阻抗zlab和zind，从而求得校正因数cf。这里求得的校正因数cf为理论值，实际值可用电流探头分别测两种情况下的回路电流来得到。之后通过对比两者，可看出此方法的有效性。
(3)将校正因数应用到工业环境下的注入功率中，根据校正因数实现实验室和工业环境下的传导抗扰度测试。
在校正因数应用到工业环境下的注入功率前后，分别对对实验室和工业环境下的测试回路进行回路电流的测量。图9为应用校正因数方法前后所得的开关电源注入测试结果对比示意图(其中，图9-a为使用前，图9-b为使用后)。分析图9，比较前后两种情况下实验室和工业环境下的回路电流情况，即可体现出校正因数的作用，从而实现实验室和工业环境下的传导抗扰度测试的等效替代。