TS9980测试系统S1测量不确定的评定

1.引言

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。

测量误差可分为随机误差、系统误差、粗大误差三类。

在同一测量条件下，多次重复测量同一量值时，每次测量误差的绝对值和符号都以不可预知的方式变化的误差，称为随机误差。随机误差由对测量值影响微小但却互不相关的大量因素共同造成。

在同一测量条件下，多次测量重复同一量时，测量误差的绝对值和符号都保持不变，或在测量条件改变时按一定规律变化的误差，称为系统误差。

粗大误差是一种显然与实际值不符的误差，又称疏失误差。含有粗差的测量值称为坏值或异常值，在数据处理时，应剔除掉。

随机误差与系统误差对测量结果的影响可通过图l表示出来。

测量不确定度不等同于测量误差。

测量不确定度是说明测量结果可能的分散程度的参数。可用标准偏差表示，也可用标准偏差的倍数或置信区间的半宽度表示。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，又分为：

①A类标准不确定度：用统计方法得到的不确定度;

②B类标准不确定度：用非统计方法得到的不确定度。

二是扩展不确定度。

A类不确定度具有随机误差的效应，B类不确定度具有系统误差的效应，图2示意了应用修正系数对测量结果修正后减小了B类不确定度的影响。

2.EMC测量不确定度

EMC测试是一种测量过程。当对一个量进行测量，结果永远不是完全精确的值，所得到的值不可避免地与真值之间有差异，当然是希望差异越小越好。这在测量长度、电压、时间或其他简单或者复杂的任何参数时都是同样的情况。EMC测量也不例外。只是EMC测量的不确定程度可能比其他的量更为复杂，因为：

●被测设备往往不具有明确的测试量，即--对被测设备而言，没有“EMC”连接端口：

●测试方法中通常包含了影响测量结果的所谓“测试布置”的因素;

●测量设备本身较为复杂，而且往往包括许多单独的或相互影响的成分;

●测量的量大多是电磁场相关的，在空间上有变化的，可能是瞬态或连续的。

这些因素经常是无规律变化的。

一般来说，被认可的测试实验室都会被要求其提供相关测试的不确定度。即使不是被认可的实验室，埘其测试进行不确定度的评估也是很有意义的。当对不确定度有贡献的因素被识别，既可采取措施在测量过程中尽可能减少它对结果的影响。反之，这些因素也可能成为对测试设备或测试程序放松而不会影响整个测试结果的证据。

3.测量不确定度的评定

抗扰度测试是EMC测试中的难点，其中音视频产品的抗扰度测量更是复杂。作为一次抗扰度测量不确定度评定的例子，本文将将遵循国际规范的相关要求GuM)和.T、I F 1 O 5 9的方法，进行一次收音机输入抗扰度测试的不确定度评定。

根据音视频产品抗扰度测试系统TS9980的测试原理和EN55020：2002的测试方法，音视频产品抗扰度的测试主要包括以下5个项目，分别以S1、S2a、S2b、S3和S4表示：

◆输入抗扰度

――Input immunity(S1)

◆传导电压抗扰度

――Immunity to conductedvoltages(S2a)

◆传导电流抗扰度

――Immunity to c ond ucte dcurrents(S2b)

◆场强辐射抗扰度

――I mmunity to radiatedfields(S3)

◆屏蔽效能

――Shie1ding effecti—veness(S4)

系统通过模拟实际测试时的连接，对实际测试时使用的仪器、电缆和各连接器进行自校，得到系统修正值，并在实际测试中修正。所以测量的结果与中间连接仪器的绝对误差无关，主要与自校时使用的射频电平表、其它仪器的重复性和自校使用的校正件(75/50 Ω RAM)等有关。

3.1 评定数学模型

图3是S1测试连接图和自校连接图：

对S1的测量：

1)数学模型：y=x

其中y――输入抗扰度，单位：dbμV

x――射频电平表的读数，单位：dbμV

2)方差和灵敏系数方差灵敏系数

方差:

灵敏系数:

3.2 分析不确定度来源和分量

本文对输入抗扰度的测量不确定度进行分析。根据自校布置和测量布置，以及测试系统和测试方法的特点，分别测量或评估出各不确定度分量，过程如下：

①S1测试中对频率点87.2MH z重复10次测量结果如下表1：

②通过查阅射频电平表的计量证书得到其误差为±0.02dB μ V，半带宽a=0.02d μ VB的范围内服从均匀分布，包含因子

③测试时使用了75 Ω到50 Ω的阻抗转换器，理论上会由于转换器的阻值误差导致射频阻抗的不匹配，引起干扰电平的误差，该器件为R&S公司的高精密转换器，这里分析时忽略其影响。

④系统在测试前先对干扰信号回路进行自校准，得到系统修正数据，在接下来的测试中进行补偿。实际得到的修正数据与期望的理论修正值之间有差异，可从校准图中估读得到，最大约为±o.5 d B，服从均匀分布，包含因子

⑤实验发现，改变音质评判依据(40db)，可得到不同的抗扰度电平。可以合理推测，UPL测量信噪比的误差会导致抗扰度电平的误差。进一步的实验得到如下表2的测量值：

⑥试验发现，测试中所用网络接地线的长度对测量结果有影响。进一步的实验得到如下表3所示数据：

⑦不确定度汇总表(表4)：

3.3 合成标准的不确定度和扩展不确定度

跟据测试系统的组成原理和标准的要求，可同理对S2a至S4能测量不确定度进行合理的评定。

4.小结

完整的测量结果至少含有两个基本量：一足被测量的测量值或最佳估计值;二是描述该测量结果分散性的量，即测量结果不确定度。

测试实验室应当能认识到其测量不确定度是否会影响对测试结果的判定：当测试结果接近限值时，不确定度会最后决定测量结论是合格或者不合格。这种影响可能会造成消费者、工业界、政府和市场对合格评定活动提出更高的要求。图4解释了考虑不确定度时测量结果是否满足要求的产品合格性判定：考虑不确定度的测量结果，若不劣于限值，则可以判定为合格;若劣于限值，则可以判定为不合格。