多步驟短過(guò)程器具的電磁騷擾測(cè)量探討

蔡永華，程麗玲，張 斌，李 利

CAI Yong-hua, CHENG Li-ling, ZHANG Bin, LI Li

（浙江出入境檢驗(yàn)檢疫局，杭州 310020）

0 引言

智能化使得器具實(shí)現(xiàn)某一特定功能的過(guò)程變得越來(lái)越復(fù)雜，如咖啡機(jī)須由加熱、研磨、沖泡、咖啡豆渣打包和蒸汽（打沫）等諸過(guò)程才能完成研制咖啡，洗衣機(jī)由浸泡、洗滌、漂洗、脫水以及烘干等過(guò)程完成整個(gè)洗衣功能，這些器具工作時(shí)有一個(gè)共同的特征，就是實(shí)現(xiàn)某一功能不是由一個(gè)單一的過(guò)程如加熱或研磨完成，而是系列較短過(guò)程的組合，這些較短的過(guò)程其持續(xù)時(shí)間隨著實(shí)現(xiàn)功能的需要從幾秒到幾十分鐘不等，從電磁兼容騷擾產(chǎn)生的機(jī)理分析，這些不同的短過(guò)程會(huì)產(chǎn)生不同的電磁騷擾。目前電磁兼容騷擾測(cè)量，一般采用峰值預(yù)掃、最大值搜索和準(zhǔn)峰值終測(cè)的方法[1]。分析表明，對(duì)于上述描述的多步驟短過(guò)程的器具，用這種方法幾乎很難測(cè)得準(zhǔn)確值或者真值，由于器具工作的短時(shí)性，器具騷擾的出現(xiàn)也具備了短時(shí)性，同時(shí)由于器具工作時(shí)是按一個(gè)個(gè)短過(guò)程步驟順序工作的，所以該種器具還具備了騷擾出現(xiàn)的瞬變性，由此峰值預(yù)掃得到的最大值與準(zhǔn)峰值終測(cè)捕捉到的最大值往往不一致；另一方面，由于器具各步驟間的切換，最終的測(cè)量結(jié)果里還可能包含了其他類型的騷擾，這些因素將導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性得不到保證。

1 器具的多步驟短過(guò)程特性對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響

對(duì)多步驟短過(guò)程器具測(cè)量結(jié)果進(jìn)行研究，按照其對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響可以分為兩類，第一類測(cè)量可能會(huì)造成測(cè)試結(jié)果偏大，甚至造成器具合格誤判的嚴(yán)重后果。因?yàn)檫B續(xù)騷擾和斷續(xù)騷擾的測(cè)量方式和限值要求有著很大的區(qū)別。斷續(xù)騷擾按照上四分位法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)考核，而連續(xù)騷擾則在每個(gè)頻點(diǎn)都有最高的限定值。在評(píng)估連續(xù)騷擾的時(shí)候，我們希望能剔除由于工作過(guò)程的切換以及開(kāi)關(guān)器件、半導(dǎo)體器件的開(kāi)通和關(guān)斷引起的斷續(xù)騷擾疊加效應(yīng)，而實(shí)際器具發(fā)出的電磁騷擾卻沒(méi)有斷續(xù)騷擾和連續(xù)騷擾的區(qū)分，那么我們?cè)诮K測(cè)連續(xù)騷擾時(shí)，若有不連續(xù)騷擾的工作過(guò)程出現(xiàn)，測(cè)試結(jié)果必將比實(shí)際連續(xù)騷擾結(jié)果偏大甚至出現(xiàn)誤判的結(jié)果。例如，在測(cè)試雙桶洗衣機(jī)電磁騷擾時(shí)，按照標(biāo)準(zhǔn)要求定時(shí)器切換引起的騷擾屬斷續(xù)騷擾，應(yīng)按照喀嚦聲的要求進(jìn)行評(píng)估，但在測(cè)量連續(xù)騷擾時(shí)由于定時(shí)器切換周期僅為幾秒，測(cè)量結(jié)果受到定時(shí)器切換的影響，包含了部分?jǐn)嗬m(xù)騷擾，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果里有些頻點(diǎn)超過(guò)了標(biāo)準(zhǔn)限值，但這些頻點(diǎn)卻是標(biāo)準(zhǔn)要求不需要的，顯然這樣測(cè)得的準(zhǔn)峰值結(jié)果是不可信的，不是真值。

第二類測(cè)量可能會(huì)造成測(cè)試結(jié)果偏小，按照標(biāo)準(zhǔn)要求，帶有多個(gè)工作過(guò)程的器具，每一個(gè)工作過(guò)程都需要進(jìn)行測(cè)量，而多步驟短過(guò)程器具因每一個(gè)短過(guò)程持續(xù)時(shí)間太短不能完成正常方法進(jìn)行的測(cè)試，即在峰值預(yù)掃和最大值搜索時(shí)由于器具短過(guò)程狀態(tài)的變化很難保證測(cè)到最大騷擾頻率點(diǎn)，同時(shí)即使能夠找到最大頻率點(diǎn)峰值，在進(jìn)行終測(cè)時(shí)由于器具工作過(guò)程的變化也很難保證能測(cè)到最大的準(zhǔn)峰值騷擾。圖1和圖2是某品牌咖啡機(jī)的兩次騷擾電壓測(cè)試曲線，比較不難發(fā)現(xiàn)兩次測(cè)試結(jié)果存在很大的差異，其主要原因就是咖啡機(jī)在工作中存在諸多的短過(guò)程，在峰值掃描過(guò)程中由于工作狀態(tài)的變化，導(dǎo)致峰值掃描曲線每次測(cè)量的不一致性，而準(zhǔn)峰值測(cè)量也會(huì)因?yàn)轵}擾出現(xiàn)的時(shí)間過(guò)短而可能找不到最大騷擾的頻率。

圖1 某品牌咖啡機(jī)第1次騷擾電壓測(cè)量的測(cè)試曲線

圖2 某品牌咖啡機(jī)第2次騷擾電壓測(cè)量的測(cè)試曲線

2 多步驟短過(guò)程器具電磁騷擾測(cè)量建議和測(cè)量案例

2.1 測(cè)量建議

器具的多步驟短過(guò)程工作特性會(huì)對(duì)電磁騷擾測(cè)量結(jié)果造成嚴(yán)重的影響，因此在測(cè)量時(shí)可根據(jù)器具產(chǎn)生的騷擾特性采取不同的測(cè)試手段：

1）延長(zhǎng)器具短過(guò)程的工作時(shí)間。這個(gè)方法一般需要器具制造商方技術(shù)人員的配合，將器具的工作時(shí)間延長(zhǎng)，使測(cè)試系統(tǒng)有足夠的時(shí)間來(lái)完成測(cè)試。

2）分段測(cè)試法。根據(jù)短過(guò)程的工作時(shí)間，在

要測(cè)試的頻域內(nèi)分成若干個(gè)子過(guò)程進(jìn)行測(cè)試，然后再對(duì)子過(guò)程測(cè)量結(jié)果進(jìn)行分析判定，最終給出測(cè)試結(jié)果。

3）直接準(zhǔn)峰值測(cè)量法。對(duì)于一些可疑頻率段，通過(guò)準(zhǔn)峰值多次掃頻，并讓器具不斷重復(fù)不穩(wěn)定的工作過(guò)程，使測(cè)試結(jié)果逐漸接近真值。

4）特征頻點(diǎn)法。在測(cè)量開(kāi)始之前，先對(duì)器具的工作原理和關(guān)鍵元器件的電磁騷擾特性進(jìn)行分析，選擇可疑的頻率點(diǎn)直接進(jìn)行準(zhǔn)峰值和平均值的測(cè)量。如電機(jī)、負(fù)離子發(fā)生器等產(chǎn)生的電磁騷擾為寬帶騷擾，在整個(gè)頻域內(nèi)選擇一些關(guān)鍵點(diǎn)作為特征點(diǎn)，而開(kāi)關(guān)電源、微處理器等產(chǎn)生的騷擾為窄帶騷擾，其特征頻點(diǎn)只要選擇其工作頻率的倍頻點(diǎn)即可。

5）手動(dòng)測(cè)量法。這種方法要求測(cè)試時(shí)放棄接收機(jī)控制軟件系統(tǒng)，通過(guò)手動(dòng)的方式保證在最短的時(shí)間內(nèi)完成特定頻段內(nèi)電磁騷擾的測(cè)量。

6）綜合分析法。在實(shí)際的測(cè)試過(guò)程中，用上述單一方法往往很難解決實(shí)際測(cè)量的結(jié)果準(zhǔn)確度問(wèn)題，因此測(cè)試人員還需要對(duì)具體的器具進(jìn)行綜合分析后，選用一種或多種方法的組合進(jìn)行測(cè)量。

2.2 測(cè)量案例

針對(duì)第1節(jié)提出的兩款器具的測(cè)量問(wèn)題，建議采取的測(cè)量手段：

1）雙桶洗衣機(jī)騷擾電壓的測(cè)量

首先用峰值檢波器預(yù)掃曲線并按常規(guī)方法進(jìn)行準(zhǔn)峰值測(cè)量，其次檢查測(cè)量結(jié)果和曲線，根據(jù)器具的工作原理識(shí)別可能的可疑頻率點(diǎn)，判定若是喀嚦聲，則該點(diǎn)不計(jì)入測(cè)量結(jié)果，若是連續(xù)騷擾，則對(duì)該窄小區(qū)域再次進(jìn)行手動(dòng)準(zhǔn)峰值測(cè)量，找出真值。圖3為雙桶洗衣機(jī)改進(jìn)測(cè)量手段后的騷擾電壓測(cè)試曲線。

圖3 雙桶洗衣機(jī)改進(jìn)測(cè)量手段后的騷擾電壓測(cè)試曲線

2）咖啡機(jī)騷擾電壓的測(cè)量

第一步首先識(shí)別咖啡機(jī)的短過(guò)程有加熱、研磨、沖泡、咖啡豆渣打包和蒸汽（打沫），用峰值檢波器SWEEP預(yù)掃每一個(gè)短過(guò)程的曲線，了解每一過(guò)程的騷擾電壓包絡(luò)，第二步對(duì)每一過(guò)程的曲線選騷擾較高的頻率點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)峰值測(cè)量，第三步對(duì)每一過(guò)程的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行合格判定，最終得出測(cè)量結(jié)果。

3 結(jié)束語(yǔ)

鑒于多步驟短過(guò)程器具不穩(wěn)定的工作特性會(huì)對(duì)電磁兼容測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生重大影響，實(shí)驗(yàn)室必須對(duì)這些器具的工作過(guò)程加以識(shí)別和控制。對(duì)器具多步驟短過(guò)程的識(shí)別主要有兩種方法：首先是過(guò)程分析法，從器具運(yùn)行控制程序來(lái)分析，掌握器具的運(yùn)行過(guò)程并加以分析，必要時(shí)采用示波器等監(jiān)測(cè)手段來(lái)掌握運(yùn)行過(guò)程中的每一個(gè)細(xì)節(jié)包括運(yùn)

行時(shí)間、運(yùn)行電路和關(guān)鍵元器件工作狀態(tài)等。對(duì)于時(shí)間特別短的過(guò)程，要借助示波器區(qū)分是否是斷續(xù)騷擾，200ms以上的電磁騷擾要按照短過(guò)程加以識(shí)別。其次是結(jié)果分析法，電磁騷擾測(cè)試一般會(huì)以圖表的形式輸出測(cè)試結(jié)果，若測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)峰值大于該頻率的峰值，那么這個(gè)結(jié)果是可疑的，對(duì)于這些可疑的結(jié)果，我們必須重新分析器具的短過(guò)程工作特性，并通過(guò)第2.1節(jié)的測(cè)試方法進(jìn)行重新測(cè)量，最后獲得滿意的結(jié)果。

[1] GB4343.1家用電器. 電動(dòng)工具和類似器具的電磁兼容要求 第1部分: 發(fā)射[L]. 北京 中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局, 2009.Electromagnetic compatibility-Requirements for household appliances electric tools and similar apparatus-Part 1:Emission.