CN107907817A - 一种复合环境下测评电路板质量的实验装置及实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种复合环境下测评电路板质量的实验装置，包括测试箱，还包括与所述测试箱箱体侧壁连接向所述测试箱内发射电磁波的射频系统、向待测电路板进行高压放电的脉冲电压发生系统、放置待测电路板的支架、测量待测电路板附近电磁波强度的功率探头以及数据处理系统。本发明同时提供了一种复合环境下测评电路板质量的实验方法，采用如上的实验装置。本发明提供的一种复合环境下测评电路板质量的实验装置和实验方法，可在不同温度、射频干扰、高电场情况下，分别对电路板的质量检测。

Description

一种复合环境下测评电路板质量的实验装置及实验方法

技术领域

本发明涉及一种电路板的测试装置，尤其是一种可以在复合环境下测评电路板质量的实验装置以及相应的实验方法

背景技术

随着轨道交能不断进步，动车组以其特有的高速，人们出行的也越来越多的选择动车组，动车组成行驶过程中，显示系统电路、广播电路以及各种其他用途的电路板均处于复杂的电磁环境中，而动车组上每节车厢内所有的电子设备及控制系统采用集中式安装而导致局部高温，这些因素是电路板损坏并且导致电路发生故障的主要因素。

目前研究电磁干扰对各类电路板的性能影响主要是能过权威的实验中心完成测试，测试过程费时费力，同时电磁抗扰度实验和高压对电子元器件的损伤实验是分开进行的，不能有效测评接近高速列车实际工况下的产品质量，所以急需一种能准确、快捷测定工况下动车组各类电路板质量的实验装置及相应的实验方法。

发明内容

本发明主要目的在于解决上述问题和不足，提供了一种复合环境下测评电路板质量的实验装置及实验方法，可在不同温度、射频干扰、高电场情况下，分别对电路板的质量检测。

为实现上述目的，本发明首先提供了一种复合环境下测评电路板质量的实验装置，其技术方案是：

一种复合环境下测评电路板质量的实验装置，包括测试箱，还包括与所述测试箱箱体侧壁连接向所述测试箱内发射电磁波的射频系统、向待测电路板进行高压放电的脉冲电压发生系统、放置待测电路板的支架、测量待测电路板附近电磁波强度的功率探头以及数据处理系统。

进一步的，还包括可调节和控制所述测试箱内部温度的温度调节系统。

进一步的，所述射频系统包括通过传输线相互连接的射频信号源、功率控制系统及复合天线，所述功率控制系统接收射频信号源发射的电磁波，放大处理到相应的功率后经复合天线向所述测试箱体内发射电磁波。

进一步的，所述功率控制系统包括功率放大器及功率控制回路，所述功率放大器分别与所述射频信号源、复合天线及功率控制回路连接，所述功率控制回路与所述功率探头连接。

进一步的，所述数据处理系统包括数据采集系统、数据分析显示系统，所述数据采集系统将采集的脉冲电压信号、射频功率信号、温度信号、放电量信息传输给所述数据分析系统进行数据分析处理，并显示。

本发明进一步提供了一种复合环境下测评电路板质量的实验方法，采用如下技术方案：

一种复合环境下测评电路板质量的实验方法，使用如前文所述的实验装置，测试过程包括如下步骤，

S1，温度调节装置预设不同的控制温度，并对测试箱加热，使箱内维持在相应的预设控制温度水平；

S2，射频系统向测试箱内发射电磁波，并通过功率控制系统调节待测周围的电磁波强度在预设范围内；

S3，待测电路板周围围的温度和电磁波达到恒定，开启脉冲电压发生系统，使待测电路板处于强电场下，在复合环境中对待测电路板进行高压放电损伤测试，采集测试过程中的相关信号；

S4，数据处理系统对步骤S3中采集的信号做相应的处理，计算得出不同复合环境下电路板的质量等级评估系数；

S5，计算得到的评估系统与现有评价分级表对照，得出待测电路板的质量等级。

进一步的，采用如下公式计算评估系数，

其中，η为评估系数，T为温度控制系统提供的某一预设温度，Γ板为电路板反射系数，Γ空气为空气反射系数，Q测为滤波回路获取的电路板的放电量，P设为功率控制系统提供的某一预设的输出功率，U设为脉冲电压系统提供的某一预设脉冲电压。

进一步的，当η>7.5时，质量等级为差，当η≤7.5，且η>4.5时，质量等级为中，当η≤4.5，且η>1.5时，质量等级为优。

进一步的，所述数据采集系统与放大滤波回路连接，通过特高频天线获取待测电路板中的放电量信息。

进一步的，所述测试箱的六个侧壁的中央部位均设置有所述复合天线。

综上所述，本发明提供的一种复合环境测评电路板质量的实验装置及实验方法，与现有技术相比，具有如下优点：

1.通过温度调节系统调节和控制测试箱内的温度，通过一个回路，实现加热控制和监控，使得箱内维持预设温度，测试环境温度稳定；

2.通过功率控制系统放大射频信号源射的电磁波的信号，并根据功率探头的反馈及时调整电磁波的强度，使测试箱接收稳定的预设电磁波，通过一个回路，实现电磁波信号的放大、监控、调整的功能；

3.装置可同时模拟不同工况下的复合环境，并可根据需要随时调整环境内的工况系数，适应不同电路板进行测试。

附图说明：

图1：本发明一种复合环境下电路板质量检测装置示意图；

图2：本发明一种复合环境下电路板质量检测装置中测试箱结构示意图；

其中：传输线1，射频系统2，数据处理系统3，功率控制系统4，220V交流电源5，射频信号源6，功率放大器7，功率控制回路8，特高频天线9，脉冲电压发生系统10，直流电源11，温度调节系统12，放大滤波回路13，数据采集系统14，直流供电线15，绝缘托板16，复合天线17，托板支架18，吸波材料19，测试箱20，电加热装置21，温度调节装置22，温度传感器25，功率探头26，电路板27，数据分析显示系统33，绝缘材料36，托板支架下段37、托板支架中段38、托板支架上段39、

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。

本发明提供了一种复合环境下测评电路板质量的实验装置，包括测试箱20，还包括与测试箱20箱体侧壁连接向测试箱20内发射电磁波的射频系统2、向待测电路板27进行高压放电的脉冲电压发生系统10、放置待测电路板的支架、测量待测电路板27附近电磁波强度的功率探头26以及数据处理系统3。

如图1和图2所示，测试箱20为密封结构，包括相互连接固定的六个侧壁，内部设有绝缘材料36，在底壁上固定有可放置待测电路板27(后称为电路板27)的支架，支架包括托板支架18和绝缘托板16，托板支架18底部与测试箱20的底壁固定，顶部与绝缘托板16固定，绝缘托板16用于放置电路板27，同时，在绝缘托盘上表面上，还固定有一个或多个温度传感器25和功率探头26，用以感知电路板周围的温度和电磁波的强度。如图2所示，托板支架18包括顺序垂直连接的托板支架下段37、托板支架中段38，托板支架上段39，形成大体呈“ㄣ”状的托板支架18，托板支架下段37的底部与测试箱20的底壁固定，托板支架上段的顶部安装绝缘托板16，且三段均为长方体结构。

在本发明提供的实施例中，测试箱20为边长为2400mm的立方体，将测试箱20内部用厚度为3mm的绝缘材料围成一个边长为2350mm的立方体空间；托板支架下段37是一个长、宽均40mm，高为1025mm的长方体，托板支架中段38是一个长为280mm，宽、高均为40mm的长方体，托板支架上段39是一个长、宽均为40mm，高位100mm的长方体；在托板支架上段39安装一个长、宽均为200mm，厚度为10mm的绝缘托板16。以上为本发明提供的适用于车载显示系统电路的测试箱的示例，在实际应用中，可以根据待测电路板的大小确定测试箱20以及内部绝缘托板16和托板支架18的具体尺寸。

如图1所示，射频系统2通过传输线1与固定在测试箱20内壁上的复合天线17连接，包括通过顺序连接的220V交流电源5、射频信号源6以及功率控制系统4，220V交流电源为射频信号源提供电源，射频信号源6发射一定功率的射频信号，即电磁波，功率控制系统4对射频信号源6发射的电磁波信号进行调节和控制，传输线1与复合天线17连接，向测试箱20内部提供预定功率的电磁波。功率控制系统4包括功率放大器7、功率控制回路8及固定在绝缘托板16上的功率探头26，功率放大器7具有三个功能接口，分别与射频信号源6、功率控制回路8及测试箱20内壁上的复合天线17连接，功率控制回路8一端与功率放大器7连接，另一端通过传输线1与绝缘托板16上的功率探头26连接。

由于附图1中表现的为测试箱20的示意图，从图1所示的方向来看，安装在内壁前、后面上的复合天线17不可见，因此，在图1中两条较短的虚线表示与内壁前、后面上固定的复合天线17连接的传输线1，另一条较长的虚线表示绕过测试箱20背部与右侧面上的复合天线17连接的传输线1。

220V交流电源5为射频信号源6供电，射频信号源6将输出的高频电磁波输入功率放大器7进行放大处理，使用耐高温胶带将复合天线17固定在测试箱20的内壁上，在本发明提供的实施例中，复合天线17有6根，分别固定在测试箱20内壁的六个面的中央，使得测试箱20内部的电磁波信号均衡，各复合天线17分别通过传输线1与功率放大器7连通，接收由功率放大器7传输过来的电磁波信号，并朝测试箱20内发射电磁波。在测试箱20内壁上还粘贴有吸波材料19，吸收残余的电磁波，避免电磁波向装置外发散。用耐高温胶带将功率探头26固定在绝缘托板16上，用于探测电路板27附近的电磁波功率，并将探测到的电磁波功率通过控制功率放大器7来控制和调节电路板27周围的电磁波环境。

为使测试箱20内达到复合环境，实验装置还设置有可调节和控制测试箱内部温度的温度调节系统12，包括电加热装置21、温度传感器25及温度调节装置22，利用耐高温胶带将电加热装置21固定测试箱20内壁上，避免电加热装置21在高温状态下在内壁上脱落，同样利用耐高温胶带将温度传感器25固定在绝缘托板16上为准确感知电路板27周围的加热温度，避免检测温度信号失真，或是内部温度不均衡，温度传感器25可为多个，位置均衡的设置在电路板27周边，同样，功率探头26也为多个，位置均衡的设置在电路板27周边，温度传感器25和功率探头26的设置需要不影响电路板27的平衡、水平放置。直流电源11通过直流供电线15向电加热装置11供电，使电加热装置11工作，使测试箱20温度升高到预定温度，温度传感器采集电路板27周围围的温度信号，并传回温度调节装置22，温度调节装置22通过控制直流电源11的功率控制电路板27附近的温度。在本发明提供的实施例中，电加热装置21为可为电加热丝，实际应用中，还可用其他任何可实现电加热的装置。

脉冲电压发生系统10与电路板27连接，用于发出脉冲电压，产生高电压，产生不同强度的电场，对电路板27进行高压放电测试。将电路板27上产生的放电信号通地放大滤波回路13进行信号初步处理，然后通过数据处理系统3收集放电量信息，并进行数据分析处理。

数据处理系统3包括数据采集系统14、数据分析显示系统33，数据采集系统14将采集的脉冲电压信号、射频功率信号、温度信号、放电量信息传输给所述数据分析显示系统33进行数据分析处理，并显示。

本发明同时提供了一种复合环境下测评电路板质量的实验方法，包括如下步骤：

S1，接通直流电源11，对测试箱20内壁进行加热，对温度调节装置22预设不同的控制温度，并对测试箱20加热，并通过温度传感器25检测到的温度信号，及时调整直流电源11的输出功率，使箱内维持在相应的预设控制温度水平；

S2，接通220V交流电源5，射频系统2向测试箱20内发射电磁波，并通过功率控制系统调节待测电路板27周围的电磁波强度在预设范围内；

S3，待测电路板27周围的温度和电磁波达到恒定，开启脉冲电压发生系统10，使待测电路板处于强电场下，在复合环境中对待测电路板进行高压放电损伤测试，开启放大滤波回路13和数据采集系统14，采集测试过程中的相关信号；

S4，数据采集系统14对步骤S3中采集的信号做相应的处理，计算得出不同复合环境下电路板的质量等级评估系数。

其中，在本发明提供的实施例中，采用如下公式计算评估系数：

其中，η为评估系数，T为温度控制系统提供的某一预设温度，Γ板为电路板反射系数，Γ空气为空气反射系数，Q测为滤波回路获取的电路板的放电量，P设为功率控制系统提供的电磁波的某一预设的输出功率，U设为脉冲电压系统提供的某一预设脉冲电压。

在实际应用中，可以无限循环步骤S1至S4中复合环境下的电磁波功率、温度以及脉冲电压值，分别计算不同条件下的评估系数。同时，也可以仅根据电路板27在使用过程中最常见的复合环境下的电磁波功率、温度进行高压放电测试，进一步计算评估系数，评估电路板27的质量。

S5，计算得到的评估系统与现有评价分级表对照，得出待测电路板的质量等级。

在本发明提供的实施例中，以车载显示系统的电路板为例，通过前述方法收集相关数据，通过上述公式计算评估系数，当η>7.5时，质量等级为差，当η≤7.5，且η>4.5时，质量等级为中，当η≤4.5，且η>1.5时，质量等级为优。在实际应用中，相似用途或是使用环境的电路板可以根据上述数据范围进行电路板复合环境下质量等级的分级，或者仅参考上述数据，或在实际应用中，可以使用本发明提供的测试装置以及测试方法对电路板进行大量的实验，总结实验数据和相应的电路板的质量，总结得出电路板的质量等级分级的数据范围。

综上所述，本发明提供的一种复合环境测评电路板质量的实验装置及实验方法，与现有技术相比，具有如下优点：

1.通过温度调节系统调节和控制测试箱内的温度，通过一个回路，实现加热控制和监控，使得箱内维持预设温度，测试环境温度稳定；

2.通过功率控制系统放大射频信号源射的电磁波的信号，并根据功率探头的反馈及时调整电磁波的强度，使测试箱接收稳定的预设电磁波，通过一个回路，实现电磁波信号的放大、监控、调整的功能；

3.装置可同时模拟不同工况下的复合环境，并可根据需要随时调整环境内的工况系数，适应不同电路板进行测试。

如上所述，结合所给出的方案内容，可以衍生出类似的技术方案。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种复合环境下测评电路板质量的实验装置，包括测试箱，其特征在于：还包括与所述测试箱箱体侧壁连接向所述测试箱内发射电磁波的射频系统、向待测电路板进行高压放电的脉冲电压发生系统、放置待测电路板的支架、测量待测电路板附近电磁波强度的功率探头以及数据处理系统。

2.如权利要求1所述的一种复合环境下测评电路板质量的实验装置，其特征在于：还包括可调节和控制所述测试箱内部温度的温度调节系统。

3.如权利要求1所述的一种复合环境下测评电路板质量的实验装置，其特征在于：所述射频系统包括通过传输线相互连接的射频信号源、功率控制系统及复合天线，所述功率控制系统接收射频信号源发射的电磁波，放大处理到相应的功率后经复合天线向所述测试箱体内发射电磁波。

4.如权利要求3所述的一种复合环境下测评电路板质量的实验装置，其特征在于：所述功率控制系统包括功率放大器及功率控制回路，所述功率放大器分别与所述射频信号源、复合天线及功率控制回路连接，所述功率控制回路与所述功率探头连接。

5.如权利要求1至4任一项所述的一种复合环境下测评电路板质量的实验装置，其特征在于：所述数据处理系统包括数据采集系统、处理及显示系统，所述数据采集系统将采集的脉冲电压信号、射频功率信号、温度信号、放电量信息传输给所述数据分析系统进行数据分析处理，并显示。

6.一种复合环境下测评电路板质量的实验方法，其特征在于：使用如权利要求1至5任一项所述的实验装置，测试过程包括如下步骤，

S1，温度调节装置预设不同的控制温度，并对测试箱加热，使箱内维持在相应的预设控制温度水平；

S2，射频系统向测试箱内发射电磁波，并通过功率控制系统调节待测周围的电磁波强度在预设范围内；

S3，待测电路板周围围的温度和电磁波达到恒定，开启脉冲电压发生系统，使待测电路板处于强电场下，在复合环境中对待测电路板进行高压放电损伤测试，采集测试过程中的相关信号；

S4，数据处理系统对步骤S3中采集的信号做相应的处理，计算得出不同复合环境下电路板的质量等级评估系数；

S5，计算得到的评估系统与现有评价分级表对照，得出待测电路板的质量等级。

7.如权利要求6所述的一种复合环境下测评电路板质量的实验方法，其特征在于：采用如下公式计算评估系数，

其中，η为评估系数，T为温度控制系统提供的某一预设温度，Γ_板为电路板反射系数，Γ_空气为空气反射系数，Q_测为滤波回路获取的电路板的放电量，P_设为功率控制系统提供的某一预设的输出功率，U_设为脉冲电压系统提供的某一预设脉冲电压。

8.如权利要求6所述的一种复合环境下测评电路板质量的实验方法，其特征在于：当η>7.5时，质量等级为差，当η≤7.5，且η>4.5时，质量等级为中，当η≤4.5，且η>1.5时，质量等级为优。

9.如权利要求6所述的一种复合环境下测评电路板质量的实验方法，其特征在于：所述数据采集系统与放大滤波回路连接，通过特高频天线获取待测电路板中的放电量信息。

10.如权利要求3所述的一种复合环境下测评电路板质量的实验装置，其特征在于：所述测试箱的六个侧壁的中央部位均设置有所述复合天线。