EMC 測量 不確定度分析與計算

摘要： 本文為了介紹 EMC 測量不確定度的 分析計算方法 ,首先 介紹了 測量 不確定度與誤差的基本概念和它們之間的 異同；然后 根據 JJF1059-1999《測量不確定度評定與表示》，在輻射騷擾分析與計算基礎上，以傳導騷擾的測量不確定度為例說明了簡化計算方法。
    關鍵詞： 誤差；不確定度；概念； 計算
    中圖分類號： TN912 文獻標識碼： A                       文章編號： 1003-0107(2004)08

    一、前 言
    測量不確定度是測量系統最基本也是最重要的特性指標 ,是測量質量的重要標志。一個 EMC 完整的測量過程 ,引起測量不確定度的因素有很多,測量系統的概念不只局限于測量儀器、測量設備的范疇,而是指用來對被測量值賦值的測量操作程序、測量人員、設備、環境及軟件等要素的綜合,是獲得測量結果的整個過程。 EMC 測量的準確性咋樣？即 EMC 測量不確定度究竟咋樣？大家非常關心。

    二、誤差和 測量 不確定度 比較
    1、誤差的基本概念 : 測量時，由于種種原因，被測物理量的測量結果總是偏離真值。這種偏差就叫做誤差。 誤差如果按性質及特點可分為三類：系統誤差，隨機誤差，粗大誤差。由于在實際測量中如發現結果屬于粗大誤差即刪除不用，誤差 按性質就分為隨機誤差和系統誤差兩類 。
    2、測量不確定度的基本概念 : 測量不確定度是說明測量值在測量結果附近分散性，意為對測量結果正確性的可疑程度， 與測量結果相聯系的參數。 測量不確定度有兩種表示方式：一是標準不確定度，二是擴展不確定度，大多數情況下，推薦使用擴展不確定度。擴展不確定度：它是確定測量結果區間的量，提高其置信水平，用標準偏差的倍數表示，將合成標準不確定度 u c 擴展k倍后得到。擴展不確定度U表示置信水平的區間半寬度。
    實驗標準差是分析誤差的基本手段，也是不確定度理論的基礎，從本質上說不確定度理論是在誤差理論基礎上發展起來的，其基本分析和計算方法是共通的。但測量不確定度與測量誤差在概念上有許多差異，列表說明如下。


    三、 評定 EMC 測量不確定度的三步曲
    首先畫出測試系統圖，針對引起 EMC 測量不確定度的諸多因素 ,全面分析誤差 源 ，從人、設備、法、環、軟件五個方面找出所有誤差 源； 同時，列出與這些誤差 源 可能 相關的 六個測量系統評定指標：

    這六個指標反映了測量系統不確定性的基本特征 ,實際上也就是誤差 源 引起測量系統不確定度的主要原因。再次，選擇適合各指標特征的不確定度評定方法 , 考慮誤差源的概率分布， 分別將測量系統誤差 源對應相關 指標轉化為標準不確定度。第三，計算合成不確定度和 擴展 不確定度。 我們注意到以上提到的 誤差 源及 轉化后的不確定度分量 彼此獨立，計算合成不確定度有以下公式：
    通過計算和分析可以知道，假若只有兩個分量，其中某個量小于另一量的三分之一，則計算時可以忽略這個量；假若有兩個以上的分量，則在保留十分之一的較大分量前提下，計算時可以忽略小一個數量級的其它分量。

    四、輻射騷擾場強的測量不確定度分析與計算
    根據 JJF1059-1999《測量不確定度評定與表示》標準中對不確定度的定義和評定要求，我們對 本中心輻射騷擾場強測試系統在 5米法暗室中30MHz—1GHz 的 騷擾場強 測量不確定度進行評定。
    根據 GB9254 輻射騷擾場強測試系統圖 ,輻射騷擾場強測試的合成不確定度涉及EMI接收機R&S ESIB26、場地和天線及其他因素。
    步驟一：定性 分析誤差源及 不確定度分量

    步驟二：定量 分析及 正確 計算 不確定度分量（上表中不確定度分量已知為“ 0”的不再計算）
    表 2：誤差 源對應 不確定度分量 計算

    1、測量不確定度的A類分量
    觀測樣品采用某公司的液晶顯示器，操作人員不變， 5米法測試。 每次測量完畢，接收機和樣品復位至初始狀態，關閉電源，拆除全部連接電纜，其目的在于使每次測量結果彼此獨立。某頻率點 輻射騷擾場強的準峰值觀測值：

    測量距離時尺子未充分拉直或拉直過度以及測量人員的讀數導致的樣品位置誤差是隨機誤差，已經在上述的測量操作重現性 A類評定中考慮, 這里的樣品位置誤差是假使樣品按照標準認真正確布置，但由于桌子高度誤差、測量距離的尺子刻度誤差 所產生的 。正常情況下， 5米測試距離時，樣品位置距離誤差不會超過0.03米，即測試距離極限在4.97米與5.023米之間。應按測量結果平均值 估算場強 測量最大誤差 。
    遠場概念下，場強與距離成反比，場強 測量最大誤差 :


    五、 EMI注入電源騷擾電壓不確定度簡化計算
    根據 GB9254 注入電源騷擾電壓 測試系統圖 , 注入電源騷擾電壓測試的合成不確定度涉及 EMI接收機R&S ESIB26、場地 （屏蔽室） 和 LISN 人工 電源網絡 及其他因素。




    六、 測量結果的正確表述 和意義
    測量不確定度是對測量結果質量的定量表征，完整的測量結果至少含有兩個基本量：一是被測量的 測量值或 最佳估計值（測量結果是在重復觀測的條件下確定時）；二是描述該測量結果分散性的量，即測量結果不確定度（ 需要有兩個數表示，一個是置信概率，另一個是對應該置信概率的區間寬度）。
    例如：我們可以說前述的 輻射騷擾場強的準峰值 測定為 50.8(dB m v/m) 加或減 3.2 (dB m v/m)，有 95% 的置信概率?？梢詫懗桑?50.8 ± 3.2 (dB m v/m)， 置信概率為 95% 。這個表述是說我們對 輻射騷擾場強的準峰值 在 47.6到 54 (dB m v/m) 之間有 95% 的把握。
    同樣 , 前述的 注入電源騷擾電壓的準峰值 測定為 56.2(dB m v) 加或減 1.8(dB m v)，有 95% 的置信概率。可以寫成： 56.2 ± 1.8 (dB m v)， 置信概率為 95% 。這個表述是說我們對 注入電源騷擾電壓的準峰值 在 54.4到 58.0 (dB m v) 之間有 95% 的把握。

    由于計算得到的Re Ce測量結果不確定度滿足下表要求

被測量	測量頻率	本擴展不確定度	大小關系	CISPR規范擴展不確定度
注入電源騷擾電壓	150kHz-30MHz	1.8 dB	小于	3.6dB
輻射騷擾場強	30MHz-1GHz	3.2 dB	小于	5.2dB

    所以，在測量中判斷測量結果是否符合限值要求，因按照下述方式判定：

如果測得的騷擾都不超過騷擾限值，則可以判定為合格；

如果測得的騷擾超過騷擾限值，則可以判定為不合格。

    七、小結
    測量不確定度的評定是 EMC測試中一項非常重要的內容，它定量反映測量結果正確性的可疑程度。測量不確定度分析 從人、設備、法、環、軟件五個方面找出誤差 源， 列出與誤差 源 可能 相關的 六個指標，分別將誤差 源對應相關 指標轉化為不確定度分量 ,最后計算 擴展不確定度。 EMC測量不確定度的評定可以采取全面分析， 計算簡化的方法：簡化法則之一， 只考慮 誤差源及 六個指標分析不確定度分量表中“ AA”欄對應的不確定度分量即可； 簡化法則之二，對于 彼此獨立的 不確定度分量， 假若只有兩個分量，其中某個量小于另一量的三分之一，則計算時可以忽略這個量；假若有兩個以上的分量，則在保留十分之一的較大分量前提下，計算時可以忽略小一個數量級的其它分量。
    EMC 中主要的 測量不確定度來源為設備的精度，所以 EMC 設備精度越高越好， EMC 設備要定期計量檢定。由于 在正常情況下，屏蔽室、暗室、天線、人工電源網絡、功率吸收鉗 這類設備 檢測 費用較高、費時較長， 計量頻次較低，所以 EMC 實驗室 經常進行設備自我校驗 ， 合理安排系統預防性維護和糾正性維護 , 提高測量系統的有效性，就更加重要和必要。

    參考文獻：
    [1] JJF1059-1999《測量不確定度評定和表示》 ；
    [2] 測量不確定度表述導則ISO：1993(E)；
    [3] Guide to the expression of uncertainty in measurement [GUM]. BIPM, IEC, IFCC, ISO, IUPAC, OIML,1st dition,1995.《測量不確定度表示指南》 ；
    [4] 劉智敏等，現代不確定度方法與應用;
    [5] 陳衛斌,談談《測量不確定度評定與表示》的應用思路；
    [6] 王池 李芳, 測量不確定度在流量領域的應用；
    [7] CNAL/AR01：2002《認可程序規則》 ；
    [8] CNAL/AC01：2002《檢測和校準實驗室認可準則》