王丹，王琦，陳思方

（陜西省電子信息產(chǎn)品監(jiān)督檢驗(yàn)院，陜西西安，710000）

關(guān)鍵字：測試；騷擾電壓；評估；測量不確定度

1 不確定度的概念及意義

“不確定度”這個詞意指可疑程度，廣義而言，“測量不確定度”指對測量結(jié)果的有效性的可疑程度。ILAC-G17:2002：測量不確定度是一個結(jié)果或一種檢測方法的質(zhì)量的一種重要度量。當(dāng)報(bào)告物理量的測量結(jié)果時，必須對測量結(jié)果的質(zhì)量給出定量的表述，以便使用者能評估其可靠性，如果沒有這樣的表述，則測量結(jié)果之間、測量結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范中指定的參考值之間都不可能進(jìn)行比較[1-2]。所以必須要有一個便于實(shí)現(xiàn)、容易理解和公認(rèn)的方法來表征測量結(jié)果的質(zhì)量，也就是要評定和表示其不確定度。不確定度的概念和其定量表示的方法都必須滿足許多不同測量應(yīng)用的不同需求。

當(dāng)對己知的或可疑的誤差分量都作了評定，并進(jìn)行了適當(dāng)?shù)男拚?，即由顯著的系統(tǒng)效應(yīng)引起的所有誤差分量，都評定并修正，這樣的測量結(jié)果的修正仍然存在著不確定度，也就是測量結(jié)果是否代表被測量之值，存有可疑。在市場全球化時代，評定和表示不確定度的方法在全世界統(tǒng)一是必不可少的，使不同國家進(jìn)行的測量可以容易地相互比較。

2 不確定度的基本要求及評定方法

有效不確定度評定需明確，且沒有任何模棱兩可定義被測量，即擬測量的量，或需測量的，分析的或測試的特性；對測量程序和測量對象有全面的了解；對影響測量結(jié)果的影響量有全面的分析；識別不確定度的主要分量；給定相關(guān)影響量/不確定度來源的完整列表，就可運(yùn)用不同的方法實(shí)施不確定度評定[3-4]。測量不確定度的評定方法如下：

2.1 分析不確定度的來源

不確定度來源的分析取決于對測量方法、測量設(shè)備和被測量的詳細(xì)了解及認(rèn)識，從被測量定義、測量方法、測量設(shè)備計(jì)量特性、測量環(huán)境條件、人員操作過程、測量重復(fù)性、測量程序及數(shù)據(jù)處理等方面定性分析測量不確定度的主要來源，不重復(fù)、不遺漏。

2.2 建立被測量的數(shù)學(xué)模型

在測量中，被測量Y由n個其它量X1，X2，X3，…Xn，通過函數(shù)關(guān)系f來確定，即：Y=f（X1，X2，X3，…Xn）。

被測量的測量結(jié)果就是被測量Y的估計(jì)值y，它是由各輸入量Xi的估計(jì)值或測量值xi按數(shù)學(xué)模型確定的函數(shù)關(guān)系計(jì)算得到的，即：y=f（x1，x2，x3，…xn）。

當(dāng)被測量X由直接測量得到，各個影響量的影響不便用函數(shù)關(guān)系表示時，一般不建立其數(shù)學(xué)模型，測量結(jié)果通常為n個測量值的算術(shù)平均值。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)不確定度的A類評定

用對觀測列進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的方法，評定A類測量不確定度，用符號uA表示。

式中：

xi—被測量的值，i=1、2、3、…n；

n—測量次數(shù)（n≥6）。

2.4 標(biāo)準(zhǔn)不確定度的B類評定

用不同于對觀測列進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的方法，評定B類測量不確定度，用符號uB表示。

式中：

a—區(qū)間半寬度；

k—置信因子。

注1：區(qū)間半寬度a的確定：測量儀器的允許誤差極限為±△，則a=△；證書和報(bào)告提供數(shù)據(jù)文件給出了擴(kuò)展不確定度為U，則a=U；引用資料（手冊）上該參數(shù)的區(qū)間為[b-,b+]，則a=（b+-b-）/2；數(shù)字顯示的分辨力為1個數(shù)字代表量δ，則a=δ/2。

注2：置信因子k的確定：通過概率分布的分析確定取得k值，一般情況如下：

正態(tài)分布的置信因子k與概率P的關(guān)系：

幾種常用概率分布的置信因子k：

2.5 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的確定

在測量結(jié)果是由若干個其他量求得的情況下，測量結(jié)果的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度等于這些其他量的方差和協(xié)方差適當(dāng)和的正平方根，用符號uc表示。

注：經(jīng)分析，以上各不確定度分量獨(dú)立不相關(guān)，后面的相關(guān)系數(shù)一項(xiàng)才能去掉。

總的有效自由度reff：

2.6 確定擴(kuò)展不確定度

用合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的倍數(shù)表示的測量不確定度為擴(kuò)展不確定度，用符號U表示。

U=k?uc

k在2～3范圍內(nèi)，U取一位或兩位有效數(shù)字，并與測量結(jié)果的末尾一致。

擴(kuò)展不確定度是測量結(jié)果取值區(qū)間的半寬度，可期望該區(qū)間包含了被測量值分散的大部分。

測量不確定度也可相對形式表示，如U/y表示相對不確定度。

2.7 測量不確定度的報(bào)告

一般報(bào)告測量不確定度是報(bào)告測量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度，報(bào)告U時，同時需要報(bào)告k值，如U=0.072gk=2。

2.8 測量結(jié)果的表達(dá)形式

測量結(jié)果的表述一定需要說明測量結(jié)果的最佳估計(jì)值（或平均值）和測量不確定度。

Y=y±U

3 電源端子騷擾電壓測試目的

傳導(dǎo)騷擾是用來衡量電子產(chǎn)品在運(yùn)行過程中整個電網(wǎng)發(fā)送電子干擾信號大小的一個概念，所有的電子產(chǎn)品在用電時都會對電網(wǎng)發(fā)出干擾信號，帶來電磁污染，騷擾周圍電子設(shè)備的正常工作，嚴(yán)重的還可能對電網(wǎng)的安全運(yùn)行及人體健康造成不良影響。因此，大多數(shù)國家要求電子產(chǎn)品的傳導(dǎo)騷擾指標(biāo)都要符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，

4 測試過程描述

電源端子傳導(dǎo)騷擾試驗(yàn)，測試頻率0.15MHz-0.5MHz-30MHz。把被測設(shè)備（EUT）放在距兩個接地平面適當(dāng)?shù)木嚯x（如果使用接地平面），把EUT的電源線插在LISN上，把LISN接外電源。把頻譜分析儀接到LISN的電壓測量端口，把頻譜分析儀的分辨率帶寬設(shè)置為10kHz，使用峰值或準(zhǔn)峰值檢波器。測量每條線對地的共模電壓（相線對地和中線對地），并與規(guī)范中的限值比較。把頻譜分析儀設(shè)置到平均值檢波進(jìn)行重復(fù)測量[5]。傳導(dǎo)發(fā)射測量通常從150kHz～30MHz，如果不使用LISN，測量端口應(yīng)當(dāng)接50Ω的終端電阻。

本次測試EUT通過人工電源網(wǎng)絡(luò)(AMN)（AFJ型號：LS16）供電。在AMN的射頻輸出端，用EMI接收機(jī)（AFJ型號：ER55CR）檢測EUT電源輸入線上的傳導(dǎo)發(fā)射，測試原理框如圖1所示。

圖1 測試原理框

5 不確定度分析

5.1 不確定度來源

EMC測試中，引起測量不確定度的因素很多，不確定度來源可以從測量儀器、測量環(huán)境、測量人員、測量方法等方面全面考慮，本文從測量儀器方面考慮，故電源端口傳導(dǎo)騷擾測量要考慮的影響量有：接收機(jī)讀數(shù)；人工電源網(wǎng)絡(luò)和接收機(jī)間連接網(wǎng)絡(luò)的衰減；人工電源網(wǎng)絡(luò)電壓分壓系數(shù)；接收機(jī)正弦波電壓準(zhǔn)確度；接收機(jī)脈沖幅度響應(yīng)；接收機(jī)脈沖響應(yīng)隨重復(fù)頻率的變化；接收機(jī)噪聲本底；人工電源網(wǎng)絡(luò)的接收機(jī)端口與接收機(jī)之間失配的影響；人工電源網(wǎng)絡(luò)的阻抗。

5.2 不確定度各輸入量估計(jì)及其不確定度分量評定

測量不確定度一般由若干分量組成。其中一些分量可根據(jù)一系列測量值的統(tǒng)計(jì)分布，按測量不確定度的A類評定進(jìn)行評定，并可用標(biāo)準(zhǔn)差表征。而另一些分量則可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或者其他信息所獲得的概率密度函數(shù)，按測量不確定度的B類評定進(jìn)行評定，也用標(biāo)準(zhǔn)差表征。

5.2.1 接收機(jī)讀數(shù)變化引入的不確定度

表1 按照標(biāo)準(zhǔn)不確定度的A類評定方法10MHz 單位：dBμV

騷擾電壓的標(biāo)準(zhǔn)差

表2 不確定度評定結(jié)果一覽表

5.2.2 接收機(jī)與AMN間連接網(wǎng)絡(luò)的衰減的不確定度u(Lc)

按不確定度的B類評定方法，擴(kuò)展不確定度為0.1dB，包含因子k=2。

5.2.3 人工電源網(wǎng)絡(luò)的電壓分壓系數(shù)的不確定度u(Lamn)

按不確定度的B類評定方法，由校準(zhǔn)報(bào)告獲得擴(kuò)展不確定度為0.30dB，正態(tài)分布，k=2。

5.2.4 接收機(jī)正弦波電壓準(zhǔn)確度的不確定度u(δVsw)

按不確定度的B類評定方法，由校準(zhǔn)報(bào)告得接收機(jī)正弦波電壓準(zhǔn)確度在2dB允差內(nèi)，則修正值δVsw的估計(jì)值取0，擴(kuò)展不確定度為0.60dB，正態(tài)分布，k=2。

5.2.5 接收機(jī)脈沖幅度響應(yīng)的不確定度u(δVpa)

5.2.6 接收機(jī)重復(fù)頻率響應(yīng)的不確定度u(δVpr)

5.2.7 接收機(jī)本底修正的不確定度u(δVnf)

本地噪聲與信噪比、騷擾類型、檢波方式有關(guān)，騷擾電壓（150kHz-30MHz）測試中接收機(jī)本底噪聲遠(yuǎn)低于測試值，其影響可以忽略不計(jì)。

5.2.8 接收機(jī)與AMN間失配引起的不確定度u(δM)

5.2.9 AMN阻抗不理想引入的不確定度u(δZ)

6 不確定度的計(jì)算

按下式計(jì)算：

6.1 不確定度評定結(jié)果一覽表

相對合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：uc(V)=1.50dB

擴(kuò)展不確定度為U=2uc(V)=3.0dB

7 結(jié)語

本文依據(jù)CNAS-CL01-G003：《測量不確定度的要求》的要求，對電源端子騷擾電壓試驗(yàn)進(jìn)行不確定度評估，對不同的分量采用不同的評定方法，A類評定方法、B類評定方法，最后計(jì)算得到相對合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度、擴(kuò)展不確定度。當(dāng)傳導(dǎo)騷擾在頻率為150kHz～30MHz的范圍時，所測不確定度3.0dB小于Ucispr=3.6ddB。如果測得的騷擾都不超過騷擾極限值，則可以判定為合格；如果測得的騷擾超過騷擾極限值，則可以判定為不合格。