EMC 測(cè)量 不確定度分析與計(jì)算

摘要： 本文為了介紹 EMC 測(cè)量不確定度的 分析計(jì)算方法 ,首先 介紹了 測(cè)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(jù) JJF1059-1999《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》，在輻射騷擾分析與計(jì)算基礎(chǔ)上，以傳導(dǎo)騷擾的測(cè)量不確定度為例說(shuō)明了簡(jiǎn)化計(jì)算方法。
    關(guān)鍵詞： 誤差；不確定度；概念； 計(jì)算
    中圖分類號(hào)： TN912 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A                       文章編號(hào)： 1003-0107(2004)08

    一、前 言
    測(cè)量不確定度是測(cè)量系統(tǒng)最基本也是最重要的特性指標(biāo) ,是測(cè)量質(zhì)量的重要標(biāo)志。一個(gè) EMC 完整的測(cè)量過(guò)程 ,引起測(cè)量不確定度的因素有很多,測(cè)量系統(tǒng)的概念不只局限于測(cè)量?jī)x器、測(cè)量設(shè)備的范疇,而是指用來(lái)對(duì)被測(cè)量值賦值的測(cè)量操作程序、測(cè)量人員、設(shè)備、環(huán)境及軟件等要素的綜合,是獲得測(cè)量結(jié)果的整個(gè)過(guò)程。 EMC 測(cè)量的準(zhǔn)確性咋樣？即 EMC 測(cè)量不確定度究竟咋樣？大家非常關(guān)心。

    二、誤差和 測(cè)量 不確定度 比較
    1、誤差的基本概念 : 測(cè)量時(shí)，由于種種原因，被測(cè)物理量的測(cè)量結(jié)果總是偏離真值。這種偏差就叫做誤差。 誤差如果按性質(zhì)及特點(diǎn)可分為三類：系統(tǒng)誤差，隨機(jī)誤差，粗大誤差。由于在實(shí)際測(cè)量中如發(fā)現(xiàn)結(jié)果屬于粗大誤差即刪除不用，誤差 按性質(zhì)就分為隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差兩類 。
    2、測(cè)量不確定度的基本概念 : 測(cè)量不確定度是說(shuō)明測(cè)量值在測(cè)量結(jié)果附近分散性，意為對(duì)測(cè)量結(jié)果正確性的可疑程度， 與測(cè)量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)。 測(cè)量不確定度有兩種表示方式：一是標(biāo)準(zhǔn)不確定度，二是擴(kuò)展不確定度，大多數(shù)情況下，推薦使用擴(kuò)展不確定度。擴(kuò)展不確定度：它是確定測(cè)量結(jié)果區(qū)間的量，提高其置信水平，用標(biāo)準(zhǔn)偏差的倍數(shù)表示，將合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度 u c 擴(kuò)展k倍后得到。擴(kuò)展不確定度U表示置信水平的區(qū)間半寬度。
    實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差是分析誤差的基本手段，也是不確定度理論的基礎(chǔ)，從本質(zhì)上說(shuō)不確定度理論是在誤差理論基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，其基本分析和計(jì)算方法是共通的。但測(cè)量不確定度與測(cè)量誤差在概念上有許多差異，列表說(shuō)明如下。


    三、 評(píng)定 EMC 測(cè)量不確定度的三步曲
    首先畫出測(cè)試系統(tǒng)圖，針對(duì)引起 EMC 測(cè)量不確定度的諸多因素 ,全面分析誤差 源 ，從人、設(shè)備、法、環(huán)、軟件五個(gè)方面找出所有誤差 源； 同時(shí)，列出與這些誤差 源 可能 相關(guān)的 六個(gè)測(cè)量系統(tǒng)評(píng)定指標(biāo)：

    這六個(gè)指標(biāo)反映了測(cè)量系統(tǒng)不確定性的基本特征 ,實(shí)際上也就是誤差 源 引起測(cè)量系統(tǒng)不確定度的主要原因。再次，選擇適合各指標(biāo)特征的不確定度評(píng)定方法 , 考慮誤差源的概率分布， 分別將測(cè)量系統(tǒng)誤差 源對(duì)應(yīng)相關(guān) 指標(biāo)轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)不確定度。第三，計(jì)算合成不確定度和 擴(kuò)展 不確定度。 我們注意到以上提到的 誤差 源及 轉(zhuǎn)化后的不確定度分量 彼此獨(dú)立，計(jì)算合成不確定度有以下公式：
    通過(guò)計(jì)算和分析可以知道，假若只有兩個(gè)分量，其中某個(gè)量小于另一量的三分之一，則計(jì)算時(shí)可以忽略這個(gè)量；假若有兩個(gè)以上的分量，則在保留十分之一的較大分量前提下，計(jì)算時(shí)可以忽略小一個(gè)數(shù)量級(jí)的其它分量。

    四、輻射騷擾場(chǎng)強(qiáng)的測(cè)量不確定度分析與計(jì)算
    根據(jù) JJF1059-1999《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)不確定度的定義和評(píng)定要求，我們對(duì) 本中心輻射騷擾場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試系統(tǒng)在 5米法暗室中30MHz—1GHz 的 騷擾場(chǎng)強(qiáng) 測(cè)量不確定度進(jìn)行評(píng)定。
    根據(jù) GB9254 輻射騷擾場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試系統(tǒng)圖 ,輻射騷擾場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試的合成不確定度涉及EMI接收機(jī)R&S ESIB26、場(chǎng)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(jì)算 不確定度分量（上表中不確定度分量已知為“ 0”的不再計(jì)算）
    表 2：誤差 源對(duì)應(yīng) 不確定度分量 計(jì)算

    1、測(cè)量不確定度的A類分量
    觀測(cè)樣品采用某公司的液晶顯示器，操作人員不變， 5米法測(cè)試。 每次測(cè)量完畢，接收機(jī)和樣品復(fù)位至初始狀態(tài)，關(guān)閉電源，拆除全部連接電纜，其目的在于使每次測(cè)量結(jié)果彼此獨(dú)立。某頻率點(diǎn) 輻射騷擾場(chǎng)強(qiáng)的準(zhǔn)峰值觀測(cè)值：

    測(cè)量距離時(shí)尺子未充分拉直或拉直過(guò)度以及測(cè)量人員的讀數(shù)導(dǎo)致的樣品位置誤差是隨機(jī)誤差，已經(jīng)在上述的測(cè)量操作重現(xiàn)性 A類評(píng)定中考慮, 這里的樣品位置誤差是假使樣品按照標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)真正確布置，但由于桌子高度誤差、測(cè)量距離的尺子刻度誤差 所產(chǎn)生的 。正常情況下， 5米測(cè)試距離時(shí)，樣品位置距離誤差不會(huì)超過(guò)0.03米，即測(cè)試距離極限在4.97米與5.023米之間。應(yīng)按測(cè)量結(jié)果平均值 估算場(chǎng)強(qiáng) 測(cè)量最大誤差 。
    遠(yuǎn)場(chǎng)概念下，場(chǎng)強(qiáng)與距離成反比，場(chǎng)強(qiáng) 測(cè)量最大誤差 :


    五、 EMI注入電源騷擾電壓不確定度簡(jiǎn)化計(jì)算
    根據(jù) GB9254 注入電源騷擾電壓 測(cè)試系統(tǒng)圖 , 注入電源騷擾電壓測(cè)試的合成不確定度涉及 EMI接收機(jī)R&S ESIB26、場(chǎng)地 （屏蔽室） 和 LISN 人工 電源網(wǎng)絡(luò) 及其他因素。




    六、 測(cè)量結(jié)果的正確表述 和意義
    測(cè)量不確定度是對(duì)測(cè)量結(jié)果質(zhì)量的定量表征，完整的測(cè)量結(jié)果至少含有兩個(gè)基本量：一是被測(cè)量的 測(cè)量值或 最佳估計(jì)值（測(cè)量結(jié)果是在重復(fù)觀測(cè)的條件下確定時(shí)）；二是描述該測(cè)量結(jié)果分散性的量，即測(cè)量結(jié)果不確定度（ 需要有兩個(gè)數(shù)表示，一個(gè)是置信概率，另一個(gè)是對(duì)應(yīng)該置信概率的區(qū)間寬度）。
    例如：我們可以說(shuō)前述的 輻射騷擾場(chǎng)強(qiáng)的準(zhǔn)峰值 測(cè)定為 50.8(dB m v/m) 加或減 3.2 (dB m v/m)，有 95% 的置信概率。可以寫成： 50.8 ± 3.2 (dB m v/m)， 置信概率為 95% 。這個(gè)表述是說(shuō)我們對(duì) 輻射騷擾場(chǎng)強(qiáng)的準(zhǔn)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(zhǔn)峰值 測(cè)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(gè)表述是說(shuō)我們對(duì) 注入電源騷擾電壓的準(zhǔn)峰值 在 54.4到 58.0 (dB m v) 之間有 95% 的把握。

    由于計(jì)算得到的Re Ce測(cè)量結(jié)果不確定度滿足下表要求

被測(cè)量	測(cè)量頻率	本擴(kuò)展不確定度	大小關(guān)系	CISPR規(guī)范擴(kuò)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(chǎng)強(qiáng)	30MHz-1GHz	3.2 dB	小于	5.2dB

    所以，在測(cè)量中判斷測(cè)量結(jié)果是否符合限值要求，因按照下述方式判定：

如果測(cè)得的騷擾都不超過(guò)騷擾限值，則可以判定為合格；

如果測(cè)得的騷擾超過(guò)騷擾限值，則可以判定為不合格。

    七、小結(jié)
    測(cè)量不確定度的評(píng)定是 EMC測(cè)試中一項(xiàng)非常重要的內(nèi)容，它定量反映測(cè)量結(jié)果正確性的可疑程度。測(cè)量不確定度分析 從人、設(shè)備、法、環(huán)、軟件五個(gè)方面找出誤差 源， 列出與誤差 源 可能 相關(guān)的 六個(gè)指標(biāo)，分別將誤差 源對(duì)應(yīng)相關(guān) 指標(biāo)轉(zhuǎn)化為不確定度分量 ,最后計(jì)算 擴(kuò)展不確定度。 EMC測(cè)量不確定度的評(píng)定可以采取全面分析， 計(jì)算簡(jiǎn)化的方法：簡(jiǎn)化法則之一， 只考慮 誤差源及 六個(gè)指標(biāo)分析不確定度分量表中“ AA”欄對(duì)應(yīng)的不確定度分量即可； 簡(jiǎn)化法則之二，對(duì)于 彼此獨(dú)立的 不確定度分量， 假若只有兩個(gè)分量，其中某個(gè)量小于另一量的三分之一，則計(jì)算時(shí)可以忽略這個(gè)量；假若有兩個(gè)以上的分量，則在保留十分之一的較大分量前提下，計(jì)算時(shí)可以忽略小一個(gè)數(shù)量級(jí)的其它分量。
    EMC 中主要的 測(cè)量不確定度來(lái)源為設(shè)備的精度，所以 EMC 設(shè)備精度越高越好， EMC 設(shè)備要定期計(jì)量檢定。由于 在正常情況下，屏蔽室、暗室、天線、人工電源網(wǎng)絡(luò)、功率吸收鉗 這類設(shè)備 檢測(cè) 費(fèi)用較高、費(fèi)時(shí)較長(zhǎng)， 計(jì)量頻次較低，所以 EMC 實(shí)驗(yàn)室 經(jīng)常進(jìn)行設(shè)備自我校驗(yàn) ， 合理安排系統(tǒng)預(yù)防性維護(hù)和糾正性維護(hù) , 提高測(cè)量系統(tǒng)的有效性，就更加重要和必要。

    參考文獻(xiàn)：
    [1] JJF1059-1999《測(cè)量不確定度評(píng)定和表示》 ；
    [2] 測(cè)量不確定度表述導(dǎo)則ISO：1993(E)；
    [3] Guide to the expression of uncertainty in measurement [GUM]. BIPM, IEC, IFCC, ISO, IUPAC, OIML,1st dition,1995.《測(cè)量不確定度表示指南》 ；
    [4] 劉智敏等，現(xiàn)代不確定度方法與應(yīng)用;
    [5] 陳衛(wèi)斌,談?wù)劇稖y(cè)量不確定度評(píng)定與表示》的應(yīng)用思路；
    [6] 王池 李芳, 測(cè)量不確定度在流量領(lǐng)域的應(yīng)用；
    [7] CNAL/AR01：2002《認(rèn)可程序規(guī)則》 ；
    [8] CNAL/AC01：2002《檢測(cè)和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可準(zhǔn)則》