一种车内低频磁场回放系统

技术领域

本发明属于电磁兼容测试领域，尤其是涉及一种车内低频磁场回放系统。

背景技术

随着新能源汽车的发展和全面电动化趋势的加快，消费者接触电动汽车的时间越来越长、频次也越来越高，车内的电磁辐射问题成为消费者日益关心的话题。为解答消费者的疑虑，使用专用的磁场曝露分析仪对在实际道路运行的车辆磁场辐射进行测试分析，同时为避免磁场探头方向对测试结果的影响，目前采用的多是三轴各向同性的磁场探头。但是道路测试易受环境因素的影响，且成本更高。为此，考虑在试验室条件下进行测试，同时还可以基于动物试验分析车内电磁辐射对生物效应的影响。

由于车载电器元件种类繁多，电器元件之间、电器元件与线束之间存在着复杂的电磁辐射耦合问题。因此无法像电力线等工频磁场、手机和基站等射频信号一样通过信号源直接在试验室内进行模拟。

目前市场上的亥姆霍兹线圈多是通过信号源产生单一调制、场强或正弦、PWM等标准波形，无法将采集的数据信号直接在试验室条件下进行模拟。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种车内低频磁场回放系统，基于该装置完成对采集的车内低频磁场信号在试验室进行回放，从而实现在试验室场景下模拟车内低频磁场环境的目的。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种车内低频磁场回放系统，包括数据采集单元、模拟输出单元和上位机；

利用数据采集单元对特性位置点的磁场辐射值进行采集；

上位机读取采集的磁场数据，通过模拟输出单元输出。

进一步的，所述利用数据采集单元对特性位置点的磁场辐射值进行采集，包括：

数据采集单元包括磁场探头和数据采集卡，对车内特性位置点的磁场辐射值进行采集。

进一步的，所述上位机读取采集的磁场数据，通过模拟输出单元输出，包括：

通过上位机读取数据采集单元采集的磁场数据，通过模拟输出卡输出，经由功率放大器放大，最终通过亥姆霍兹线圈产生所需要的均匀磁场环境。

进一步的，在通过亥姆霍兹线圈产生所需要的均匀磁场环境时，利用三轴亥姆霍兹线圈避免磁场探头采集时方向性和相位的影响。

进一步的，三轴亥姆霍兹线圈的每轴包括两个线圈，两个线圈以串联的方式连接，两个线圈馈送的电流相同从而产生两个相同的磁场，叠加后在两个并行线圈中心产生均匀的磁场。

进一步的，在最终通过亥姆霍兹线圈产生所需要的均匀磁场环境后，需要对场均匀区域计算及验证，涉及磁场计和外围设备，磁场计与外围设备通过线束连接。

进一步的，本方案公开了一种车内低频磁场回放方法，根据一种车内低频磁场回放系统，包括：

基于Narda ELT-400磁场曝露分析仪和示波器，对车内特性位置点的磁场辐射值进行采集；

通过上位机软件读取采集的磁场数据，通过模拟输出卡输出；

经由功率放大器放大；

最终通过亥姆霍兹线圈产生所需要的均匀磁场环境。

进一步的，本方案公开了一种电子设备，包括处理器以及与处理器通信连接，且用于存储所述处理器可执行指令的存储器，所述处理器用于执行一种车内低频磁场回放系统。

进一步的，本方案公开了一种服务器，包括至少一个处理器，以及与所述处理器通信连接的存储器，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述处理器执行，以使所述至少一个处理器执行一种车内低频磁场回放系统。

进一步的，本方案公开了一种计算机可读取存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现一种车内低频磁场回放系统。

相对于现有技术，本发明所述的一种车内低频磁场回放系统具有以下有益效果：

(1)本发明所述的一种车内低频磁场回放系统，可以实现将采集的车内低频磁场信号进行回放，并且可根据需求调整增益的大小，从而实现在试验室条件下模拟车内电磁环境的目的；

(2)本发明所述的一种车内低频磁场回放系统，既降低了车辆在实际道路上运行时测试的成本，又可以调整场强。三轴线圈也可以避免因场强探头方向的不同导致的误差。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的采集和回放系统框图示意图；

图2为本发明实施例所述的磁感应强度计算示意图；

图3为本发明实施例所述的单轴亥姆霍兹线圈结构示意图；

图4为本发明实施例所述的系统框图示意图；

图5为本发明实施例所述的场均匀区验证布置图示意图。

附图标记说明：

1-亥姆霍兹线圈；2-电流监测器；3-低频放大器；4-信号源；5-磁场计；6-线束；7-外围设备。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

1)试验方案设计

工频磁场和射频磁场由于发射源和频率单一在进行动物试验时多是在试验室进行，但是与之相比，车辆的配备的车载电器种类繁多、发射频率和调制方式也各不相同(见表1)，无法直接采用信号源在实验室条件下进行模拟。为此，考虑采用采集-回放的方案进行，即通过设计磁场采集装置实时采集包括车内各频段的磁场信号，并研制满足相应频段且具备固定场均匀区的回放设备将车内的电磁环境信号进行回放，通过将试验动物放置在场均匀区进行试验，见图1。

考虑到采集车辆磁场数据的磁场探头是三轴各向同性的，每个测试数据是由X/Y/Z三轴数据合成，因此场发生装置也设计为三轴。

表1车辆辐射、工频、射频对比

2)场发生装置设计

磁感应强度的计算

根据毕奥-萨伐尔定律可知，若一根长度为l的有限长载流直导线中流过的电流为I，则距离该导线P点(见图3)位置处磁感应强度计算公示如下：电流元Idl在P点处产生的磁感应强度为：

l＝actg(π-θ)＝-arctgθ

dl＝acsc

r＝acscθ

亥姆霍兹线圈可以看作是由四条有限长导线组成且具有对称性，所以在中心点出产生磁场强度为4B，亥姆霍兹线圈结构如图3所示；

回放系统框图如图4所示，该系统主要由上位机软件、模拟输出卡、功率放大器、三轴亥姆霍兹线圈组成。其中：

——上位机软件：存储车内磁场原数据，转成模拟输出卡可以识别的数据格式输出；

——模拟输出卡：将采集的磁场数据以模拟信号的方式输出给场发生装置；——功率放大器：将采集的磁场信号按照需求进行放大；

——三轴亥姆霍兹线圈：场发生装置，产生稳定的场均匀区；三轴的线圈可以避免磁场探头采集时方向性和相位的影响。

场均匀区域计算及验证如图5所示，

表2场均匀性测试结果表(X轴特性)

表3场均匀性测试结果表(Y轴特性)

表4场均匀性测试结果表(Z轴特性)

在具体实施过程中，考虑到设备的使用场景，外型及尺寸设计如下：

——外尺寸：≤80cm*80cm*80cm；

——场均匀区：≥40cm*40cm*40cm；

——场均匀度：≤3dB；

——发射频率范围：1Hz～400kHz

——三轴两两正交，每轴包括两个线圈，两个线圈以串联的方式连接在一起，馈送的电流也相同，从而产生两个相同的磁场，叠加在一起就会在两个并行线圈中心产生均匀的磁场；

——发射磁场强度(每个频点不低于)：1Hz，32000A/m；8Hz，500A/m；25Hz，160A/m；1.2kHz，3.33A/m；2.9kHz，3.3A/m；57kHz，0.18A/m；100kHz，0.1A/m；400kHz，0.1A/m。

回放步骤如下：

1)基于Narda ELT-400磁场曝露分析仪和示波器，对车内特性位置点的磁场辐射值进行采集；

2)通过上位机软件读取采集的磁场数据，通过模拟输出卡输出；

3)经由功率放大器放大；

4)最终通过亥姆霍兹线圈产生所需要的均匀磁场环境。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及方法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法和系统，可以通过其它的方式实现。例如，以上所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。上述单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。