EMC 测量 不确定度分析与计算

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EMC 测量 不确定度分析与计算
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) J8 \$ I4 V+ A摘要： 本文为了介绍 EMC 测量不确定度的 分析计算方法 ,首先 介绍了 测量 不确定度与误差的基本概念和它们之间的 异同；然后 根据 JJF1059-1999《测量不确定度评定与表示》，在辐射骚扰分析与计算基础上，以传导骚扰的测量不确定度为例说明了简化计算方法。
1 M# H& q* z6 @. ~, X1 x. l    关键词： 误差；不确定度；概念； 计算
' [- q) Z2 M  l    中图分类号： TN912 文献标识码： A                       文章编号： 1003-0107(2004)08

1 H) |. O' l0 L  t    一、前 言
    测量不确定度是测量系统最基本也是最重要的特性指标 ,是测量质量的重要标志。一个 EMC 完整的测量过程 ,引起测量不确定度的因素有很多,测量系统的概念不只局限于测量仪器、测量设备的范畴,而是指用来对被测量值赋值的测量操作程序、测量人员、设备、环境及软件等要素的综合,是获得测量结果的整个过程。 EMC 测量的准确性咋样？即 EMC 测量不确定度究竟咋样？大家非常关心。

    二、误差和 测量 不确定度 比较
4 P( E1 o5 F( Z    1、误差的基本概念 : 测量时，由于种种原因，被测物理量的测量结果总是偏离真值。这种偏差就叫做误差。 误差如果按性质及特点可分为三类：系统误差，随机误差，粗大误差。由于在实际测量中如发现结果属于粗大误差即删除不用，误差 按性质就分为随机误差和系统误差两类 。
/ V: L. S$ ~" T1 I  \& E    2、测量不确定度的基本概念 : 测量不确定度是说明测量值在测量结果附近分散性，意为对测量结果正确性的可疑程度， 与测量结果相联系的参数。 测量不确定度有两种表示方式：一是标准不确定度，二是扩展不确定度，大多数情况下，推荐使用扩展不确定度。扩展不确定度：它是确定测量结果区间的量，提高其置信水平，用标准偏差的倍数表示，将合成标准不确定度 u c 扩展k倍后得到。扩展不确定度U表示置信水平的区间半宽度。
  M9 S9 I7 ?# b8 E    实验标准差是分析误差的基本手段，也是不确定度理论的基础，从本质上说不确定度理论是在误差理论基础上发展起来的，其基本分析和计算方法是共通的。但测量不确定度与测量误差在概念上有许多差异，列表说明如下。
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    三、 评定 EMC 测量不确定度的三步曲
    首先画出测试系统图，针对引起 EMC 测量不确定度的诸多因素 ,全面分析误差 源 ，从人、设备、法、环、软件五个方面找出所有误差 源； 同时，列出与这些误差 源 可能 相关的 六个测量系统评定指标：
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& P- G5 C8 ^5 g    这六个指标反映了测量系统不确定性的基本特征 ,实际上也就是误差 源 引起测量系统不确定度的主要原因。再次，选择适合各指标特征的不确定度评定方法 , 考虑误差源的概率分布， 分别将测量系统误差 源对应相关 指标转化为标准不确定度。第三，计算合成不确定度和 扩展 不确定度。 我们注意到以上提到的 误差 源及 转化后的不确定度分量 彼此独立，计算合成不确定度有以下公式：
    http://www.set.org.cn/set/00910.gif通过计算和分析可以知道，假若只有两个分量，其中某个量小于另一量的三分之一，则计算时可以忽略这个量；假若有两个以上的分量，则在保留十分之一的较大分量前提下，计算时可以忽略小一个数量级的其它分量。
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/ O) A  i0 ^; V    四、辐射骚扰场强的测量不确定度分析与计算
! G6 T' m% b' j  o" J; _    根据 JJF1059-1999《测量不确定度评定与表示》标准中对不确定度的定义和评定要求，我们对 本中心辐射骚扰场强测试系统在 5米法暗室中30MHz—1GHz 的 骚扰场强 测量不确定度进行评定。
& S+ W. H( v9 B$ q    根据 GB9254 辐射骚扰场强测试系统图 ,辐射骚扰场强测试的合成不确定度涉及EMI接收机R&S ESIB26、场地和天线及其他因素。
) ?! k# z" h5 M# S! Q    步骤一：定性 分析误差源及 不确定度分量
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! e2 c' L9 n' d% x. G+ L1 E    步骤二：定量 分析及 正确 计算 不确定度分量（上表中不确定度分量已知为“ http://www.qschina.com/tradeinfo/admin/clip_image007.gif0”的不再计算）
* ~# M5 E7 v% E/ B! l    表 2：误差 源对应 不确定度分量 计算
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! f% R$ c  R- ^    1、测量不确定度的A类分量
    观测样品采用某公司的液晶显示器，操作人员不变， 5米法测试。 每次测量完毕，接收机和样品复位至初始状态，关闭电源，拆除全部连接电缆，其目的在于使每次测量结果彼此独立。某频率点 辐射骚扰场强的准峰值观测值：
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! q7 n, {& V0 p9 e5 m: F, e% W    测量距离时尺子未充分拉直或拉直过度以及测量人员的读数导致的样品位置误差是随机误差，已经在上述的测量操作重现性 A类评定中考虑, 这里的样品位置误差是假使样品按照标准认真正确布置，但由于桌子高度误差、测量距离的尺子刻度误差 所产生的 。正常情况下， 5米测试距离时，样品位置距离误差不会超过0.03米，即测试距离极限在4.97米与5.023米之间。应按测量结果平均值 估算场强 测量最大误差 。
    远场概念下，场强与距离成反比，场强 测量最大误差 :
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    五、 EMI注入电源骚扰电压不确定度简化计算
, a; |9 {+ D7 i- e- \9 n6 y    根据 GB9254 注入电源骚扰电压 测试系统图 , 注入电源骚扰电压测试的合成不确定度涉及 EMI接收机R&S ESIB26、场地 （屏蔽室） 和 LISN 人工 电源网络 及其他因素。
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/ I/ b; e5 j7 H8 R    六、 测量结果的正确表述 和意义
2 E. ]6 l6 e* f* l    测量不确定度是对测量结果质量的定量表征，完整的测量结果至少含有两个基本量：一是被测量的 测量值或 最佳估计值（测量结果是在重复观测的条件下确定时）；二是描述该测量结果分散性的量，即测量结果不确定度（ 需要有两个数表示，一个是置信概率，另一个是对应该置信概率的区间宽度）。
    例如：我们可以说前述的 辐射骚扰场强的准峰值 测定为 50.8(dB m v/m) 加或减 3.2 (dB m v/m)，有 95% 的置信概率。可以写成： 50.8 ± 3.2 (dB m v/m)， 置信概率为 95% 。这个表述是说我们对 辐射骚扰场强的准峰值 在 47.6到 54 (dB m v/m) 之间有 95% 的把握。
    同样 , 前述的 注入电源骚扰电压的准峰值 测定为 56.2(dB m v) 加或减 1.8(dB m v)，有 95% 的置信概率。可以写成： 56.2 ± 1.8 (dB m v)， 置信概率为 95% 。这个表述是说我们对 注入电源骚扰电压的准峰值 在 54.4到 58.0 (dB m v) 之间有 95% 的把握。

& {1 G  W) G7 h$ c- C0 R    由于计算得到的Re Ce测量结果不确定度满足下表要求

被测量	测量频率	本扩展不确定度	大小关系	CISPR规范扩展不确定度
注入电源骚扰电压	150kHz-30MHz	1.8 dB	小于	3.6dB
辐射骚扰场强	30MHz-1GHz	3.2 dB	小于	5.2dB

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6 F9 D! ]- |9 }" ^1 d9 }: T. D1 X6 S    所以，在测量中判断测量结果是否符合限值要求，因按照下述方式判定：
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5 e6 N. F* }0 }. Z如果测得的骚扰都不超过骚扰限值，则可以判定为合格；

如果测得的骚扰超过骚扰限值，则可以判定为不合格。

( s" Z  O. W: w  i& c& O    七、小结
    测量不确定度的评定是 EMC测试中一项非常重要的内容，它定量反映测量结果正确性的可疑程度。测量不确定度分析 从人、设备、法、环、软件五个方面找出误差 源， 列出与误差 源 可能 相关的 六个指标，分别将误差 源对应相关 指标转化为不确定度分量 ,最后计算 扩展不确定度。 EMC测量不确定度的评定可以采取全面分析， 计算简化的方法：简化法则之一， 只考虑 误差源及 六个指标分析不确定度分量表中“ AA”栏对应的不确定度分量即可； 简化法则之二，对于 彼此独立的 不确定度分量， 假若只有两个分量，其中某个量小于另一量的三分之一，则计算时可以忽略这个量；假若有两个以上的分量，则在保留十分之一的较大分量前提下，计算时可以忽略小一个数量级的其它分量。
    EMC 中主要的 测量不确定度来源为设备的精度，所以 EMC 设备精度越高越好， EMC 设备要定期计量检定。由于 在正常情况下，屏蔽室、暗室、天线、人工电源网络、功率吸收钳 这类设备 检测 费用较高、费时较长， 计量频次较低，所以 EMC 实验室 经常进行设备自我校验 ， 合理安排系统预防性维护和纠正性维护 , 提高测量系统的有效性，就更加重要和必要。
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) y% T7 ?! \: z+ f" E    参考文献：
& i' u0 y7 I6 q/ z$ ^3 k* q  U    [1] JJF1059-1999《测量不确定度评定和表示》 ；
3 M7 K8 p8 s+ m- B    [2] 测量不确定度表述导则ISO：1993(E)；
; L9 F3 F6 W: I, Q% d* @    [3] Guide to the expression of uncertainty in measurement [GUM]. BIPM, IEC, IFCC, ISO, IUPAC, OIML,1st dition,1995.《测量不确定度表示指南》 ；
% X' k2 R  n! U" W/ Q    [4] 刘智敏等，现代不确定度方法与应用;
& A% n3 D, m3 N% U1 \& c' G    [5] 陈卫斌,谈谈《测量不确定度评定与表示》的应用思路；
( o( o$ @5 g0 I    [6] 王池 李芳, 测量不确定度在流量领域的应用；
% ]8 y( b, a! q0 |- v    [7] CNAL/AR01：2002《认可程序规则》 ；
    [8] CNAL/AC01：2002《检测和校准实验室认可准则》
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