射频探头校准方法及校准装置

技术领域

本发明涉及射频探头校准领域，具体涉及一种射频探头校准方法及校准装置。

背景技术

随着经济建设的发展和科学技术的进步，我国在电力设备、通讯网络、交通工具等方面都取得了可喜的成就。各个领域的发展及先进电子设备的应用，使人们的生活快捷便利，不仅提高了人们物质文化生活水平，也给我们带来了新的课题：如何测量和防护电磁波的辐射。

大量的电子设备在正常运行的同时也往外发射电磁能量,可能对其他设备产生不良影响,甚至造成严重的危害,这就是电磁干扰。在有限的时间、空间和有限的频率资源条件下,由于电气电子设备的数量与日俱增,使用的密集程度越来越大,电磁干扰的严重性受到了人们的普遍关注。尽管现代电子设备的工作频率已扩展至光波波段，但经常使用的频率范围集中在40GHz以下，由于频率资源有限，大量的不同类型电子设备不得不重复使用某些频段，因而易于造成彼此间相互干扰。由于电子技术向集成化、数字化、密集化和高速化方向迅速发展，发射机和接收机灵敏度有很大提高，电子电气设备所产生的干扰电平在不断提高。

现代电子、电气设备或系统和电磁环境犹如一对难舍难分的孪生兄弟，设备或系统越是高技术，它所造成的电磁环境越复杂，同时，复杂的电磁环境又对设备提出了更高的要求。电磁干扰不仅仅限于电气电子设备，而且涉及到自然干扰源、核电磁脉冲、静电放电、电磁辐射对人体的生态效应,信息处理设备电磁泄漏产生的失密，检测地震前的电磁辐射进行震前预报等等问题。

超过一定强度的电磁场辐射，会引起人的中枢神经系统的机能障碍和以交感神经疲乏紧张为主的植物神经失调，其临床症状可表现为头昏脑胀、失眠多梦、疲劳无力、记忆力减退、心悸、头疼、四肢酸痛、食欲不振、脱发、多汗等，部分人员还会出现心动过缓、血压下降、心律不齐等症状。电磁场是无声、无光、无味的作用场，不达到很强的程度，人是感觉不到的，所以这种危害具有很强的“隐蔽性”，往往不被人们所察觉和重视。为了保障人民身体健康，我国已颁布的与电磁场危害有关的环境和卫生标准有：电磁辐射防护规定(GB8702-88)、环境电磁波卫生标准(GB9175-88)、作业场所微波辐射卫生标准(GB10436-89)、作业场所超高频辐射卫生标准(GB10437-89)等，国家制定了相应的法律法规和国家标准，对于电磁辐射环境管理，国家有了较系统的法规和标准，武汉碧海云天科技股份有限公司依据相应的法律法规和国家标准，已研制成功便携式射频电场测量仪。该仪器的研制成功，为环境监测、安全监督、职业病防治等政府职能部门执法提供了有效地科学依据，广泛应用于工矿企业、劳动保护、职业病防治、环境监测等部门。该仪器的生产制造的关键是仪器的传感器————射频探头，该传感器没有现成商品供应，要靠生产厂家自己研制，需研究射频探头的校准方法，解决繁杂校准过程效率低下、产品的一致性、准确度不高等问题，这就是本发明/实用新型专利要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种射频探头校准方法及校准装置，装置结构外观美观，操作精准、便捷，降低了劳动强度，提高了工作效率和产品的合格率。

本发明的技术方案：

一种射频探头校准装置，包括射频电场测量仪、旋转托盘架、夹持旋转机构、横波室、射频探头、高频信号发生器、功率放大器、高频毫伏表、衰减器以及计算机，

所述射频电场测量仪安装在旋转托盘架上，射频电场测量仪通过探头导管连接到射频探头；

所述探头导管安装在夹持旋转机构上，射频探头处于横波室内，夹持旋转机构带动探头导管转动从而带动射频探头在横波室内旋转；

所述高频信号发生器的输出端连接功率放大器的输入端，功率放大器的输出端连接到横波室的一端；

所述高频毫伏表连接到衰减器，衰减器连接到横波室的另一端；

所述射频电场测量仪连接到计算机。

所述旋转托盘架包括底盘，底盘上安装联结座，联结座上安装有支撑导杆，在支撑导杆上安装三角支架，三角支架的横杆与支撑导杆连接处安装有套在支撑导杆上的锁紧螺套，三角支架的斜支撑杆与支撑导杆连接处安装有套在支撑导杆上的滑套筒，滑套筒的下方也设置有锁紧螺套，锁紧螺套通过蝶形螺钉进行锁紧，所述三角支架的横杆远离支撑导杆的一端安装有深沟球轴承，深沟球轴承通过上轴承位托安装在三角支架的横杆顶端，所述深沟球轴承上安装有用以托住射频电场测量仪的旋转托盘。

所述夹持旋转机构包括安装在横波室上方的底板，底板的下方焊接有定位板，底板的上方安装有旋转盘，在旋转盘的外周通过激光打标有竖直环形刻度尺，在旋转盘上安装有旋转支撑杆，所述旋转支撑杆的下端与旋转盘连接，上端与连接板固定连接，所述连接板与抱扎组件固定连接，抱扎组件将射频探头的探头导管抱扎锁紧，所述抱扎组件与射频探头的探头导管连接处还设置有硅胶护套管，在旋转盘的上表面通过激光打标有水平角度刻度盘。

所述旋转盘内安装有下轴承位，在下轴承位上安装有第二深沟球轴承，旋转盘绕第二深沟球轴承转动。

所述抱扎组件包括两块抱紧块，所述两块抱紧块的右端分别连接两块右耳板，两块右耳板通过铰链连接，所述两块抱紧块的左端分别连接后左耳板和前左耳板，在前左耳板上通过铆钉连接锁紧卡槽。

所述底板上还设置有与竖直环形刻度尺和水平角度刻度盘相配合的底板角度刻度盘。

所述定位板嵌入横波室上方方孔内，起到定位作用，防止夹持旋转机构在横波室上方移动、转动位置，保证被测试的射频探头处于有效匀电场区内。

所述功率放大器与横波室以及衰减器与横波室均通过N型连接器连接。

一种射频探头校准方法，包括以下具体步骤：

按照上述的射频探头校准装置，连接各仪器设备装置，接通电源，预热10分钟待用；

将旋转托盘架的托盘转至夹持旋转机构的抱扎中心的上方；

调整托盘高度，射频探头传感测试点位于横波室匀强电场中心位置，固定其位置；

在射频探头的装夹位置，套上硅胶护套管；

射频探头的航插穿过旋转托盘的中心孔，插入射频电场测量仪的对应端口，将射频电场测量仪立于旋转托盘上；

射频探头自然下垂，装入夹持旋转机构的抱扎中心，抱扎锁紧，待测试校准；

射频电场测量仪连接计算机通讯线；

射频电场测量仪、计算机接通电源，开机；

调节高频信号发生器输出的旋钮，至高频毫伏表显示1000mV；

旋转盘旋转至0°起始位置，每隔0.5°采集一个数据，记下最强输出信号点的角度位置，在旋转360°中有6个极大值值点，观察计算机记录的数据和射频电场测量仪显示的X、Y、Z三轴的数据变化，记下各轴的最大极值点的角度位置，即记下αX、αY、αZ的角度值，分别为X、Y、Z轴的校准点位置；

在各轴校准点位置上，每隔25mV输入一个信号，直至满量程，计算机记录输出信号数据、拟合数据，得到校准曲线；在3个轴的校准点处依次分别进行，将得到3轴的三个拟合曲线方程；

计算机将3个拟合曲线方程通过导入射频电场测量仪的CPU中；

检验其正确性及是否满足准确度要求；

单台仪器校准完成，拆卸已校准的射频探头；

依次进行下一台套仪器的校准。

检验其正确性及是否满足准确度要求的方法为，调节高频信号发生器输出，检测点为：

检出限、5％FS、20％FS、40％FS、60％FS、80％FS、100％FS；

在各检测点，输入对应值，通过旋转盘带动射频探头旋转，任意转动角度，观察各轴场强Ex、Ey和Ez变化，综合场强E不变，即具有各向同性；

综合场强E与理论计算满足准确度要求则判定产品指标合格。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)由于装置的精准定位，为批量产品的校准提供了一致的标准源，保证了产品的性能准确度、批量产品的一致性，改善了产品的互换性。

(2)装置设计新颖，旋转盘和旋转托盘均设计为与轴承联接，调节轻便灵活；抱扎中心与旋转盘同心设计，可使与探头联接的测量仪绕轴心转动无晃动，通过静摩擦力带动旋转托盘转动，避免外观摩擦损伤；通过增大旋转盘的直径，可提高角度刻度盘的分辨率，减轻操作者的视觉疲劳；为旋转盘设计有水平刻度盘和竖直刻度盘，无论操作者是坐姿还是站姿，都能方便地读数刻度盘上的角度；抱扎组件上的卡槽，在硅胶护套管配合下，锁住卡紧探头便捷，硅胶护套管的弹性提供了防止探头轴向窜的夹紧预紧力，又防止了探头导管的夹伤。

(3)装置结构外观美观，操作精准、便捷，降低了劳动强度，提高了工作效率和产品的合格率。

附图说明

图1是本发明的总体结构图。

图2是本发明的旋转托盘架结构示意图。

图3是本发明的夹持旋转机构示意图一。

图4是本发明的夹持旋转机构示意图二。

图5是本发明图4的A-A向示意图。

图6是本发明的抱扎组件俯视示意图。

图7是本发明的抱扎组件正视示意图。

图8是本发明的抱扎组件打开状态示意图。

图9是本发明的抱扎组件与射频探头连接步骤示意图。

图10是本发明的射频探头各轴的最大极值点的角度位置表盘示意图。

图11是本发明的射频探头各轴vi-α曲线。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了解决射频探头校准问题，首先介绍一下射频探头组成及测量原理。它由三个振子、泡沫体、联接杆、联接航插组成，三个振子构成X、Y、Z三个轴，集成到泡沫体内，这是传感器的核心件。

测量射频电场的原理是：射频电场测量传感器通过航插对接射频电场测量仪主机，可以同时探测到空间X、Y、Z三个自由轴向的电场强度，射频电场测量传感器有相互正交的三个天线组成，传感器有高灵敏度的检波器将信号通过高频专用航插插件传输到主机，经主机的放大器、微处理器处理显示，得到X、Y、Z三个自由轴向的电场强度Ex、Ey、Ez，通过公式计算，得到综合射频电场场强，仪器探头具有各向同性。

为了保证振子的一致性和探头三轴正交，要对一批振子进行测试，选配输出特性相近的三个振子分为一组，集成为一个全向射频探头。有了射频探头，如何校准？如何保证测量准确度？如何保证射频探头的一致性，如何提高校准工作效率和减轻校准工作的劳动强度呢？这就需要研究校准方法，设计校准系统及装置。解决方案叙述如下：

请参阅图1至图11，本发明提供一种技术方案：

一种射频探头校准装置，包括射频电场测量仪1、旋转托盘架2、夹持旋转机构3、横波室4、射频探头5、高频信号发生器6、功率放大器7、高频毫伏表8、衰减器9以及计算机10，

所述射频电场测量仪1安装在旋转托盘架2上，射频电场测量仪1通过探头导管连接到射频探头5；

所述探头导管安装在夹持旋转机构3上，射频探头5处于横波室4内，夹持旋转机构3带动探头导管转动从而带动射频探头5在横波室4内旋转；

所述高频信号发生器6的输出端连接功率放大器7的输入端，功率放大器7的输出端连接到横波室4的一端；

所述高频毫伏表8连接到衰减器9，衰减器9连接到横波室4的另一端；

所述射频电场测量仪1连接到计算机10。

所述旋转托盘架2包括底盘20，底盘20上安装联结座21，联结座1上安装有支撑导杆22，在支撑导杆22上安装三角支架26，三角支架26的横杆与支撑导杆22连接处安装有套在支撑导杆22上的锁紧螺套23，三角支架26的斜支撑杆与支撑导杆22连接处安装有套在支撑导杆22上的滑套筒25，滑套筒25的下方也设置有锁紧螺套23，锁紧螺套23通过蝶形螺钉24进行锁紧，所述三角支架26的横杆远离支撑导杆22的一端安装有深沟球轴承27，深沟球轴承27通过上轴承位托28安装在三角支架26的横杆顶端，所述深沟球轴承27上安装有用以托住射频电场测量仪1的旋转托盘29。底盘是基座，直径在250mm至300mm之间，使其具有足够的抗翻转力矩的能力。要求支撑杆与底盘垂直，不得有歪斜现象。三角支架与上轴承位托、锁紧螺套、滑套筒焊接构成稳定安装的结构主体，轴承外圈与轴承位小间隙配合安装，旋转托盘与轴承内圈过渡配合安装，保证旋转托盘轻便灵活旋转，其作用是托住射频测量仪，旋转托盘与射频测量仪接触面作相对静止的旋转。滑套筒作用是安装导向；锁紧套作用是安装导向、锁紧方向定位。

所述夹持旋转机构3包括安装在横波室4上方的底板30，底板30的下方焊接有定位板31，底板30的上方安装有旋转盘32，在旋转盘32的外周通过激光打标有竖直环形刻度尺33，在旋转盘32上安装有旋转支撑杆34，所述旋转支撑杆34的下端与旋转盘32连接，上端与连接板35固定连接，所述连接板35与抱扎组件36固定连接，抱扎组件36将射频探头5的探头导管抱扎锁紧，所述抱扎组件36与射频探头5的探头导管连接处还设置有硅胶护套管37，在旋转盘32的上表面通过激光打标有水平角度刻度盘38。硅胶护套管选用内径比探头导管外径小1mm、壁厚2mm的硅胶管,长度比抱紧块长20mm,延轴向剪一道直缝，可方便套在探头导管上。硅胶护套管作用有二：其一，保护探头导管，避免夹磨损伤产品外观；其二，为卡槽提供夹紧预紧力，防止导管轴向窜动。旋转支撑杆与旋转盘焊接，焊接时要保证其与旋转盘上表面的垂直度要求，焊接连接板时，要保证抱扎组件的抱扎中心与轴承中心同轴度要求。

所述旋转盘32内安装有下轴承位321，在下轴承位321上安装有第二深沟球轴承320，旋转盘32绕第二深沟球轴承320转动。旋转盘32上表面圆孔为旋转支撑杆34定位孔，中心孔尺寸比被测探头直径大1～2cm，以利于探头的出入。

所述抱扎组件36包括两块抱紧块362，所述两块抱紧块362的右端分别连接两块右耳板361，两块右耳板361通过铰链360连接，所述两块抱紧块362的左端分别连接后左耳板363和前左耳板364，在前左耳板364上通过铆钉365连接锁紧卡槽366。锁紧卡槽366截面形状呈直角梯形，当抱紧块中放入带橡胶护套管探头的导管后，合拢抱紧块，按下锁紧卡槽，在按下过程中，就会逐渐抱扎锁紧探头导管，工作过程见图9。

所述底板30上还设置有与竖直环形刻度尺33和水平角度刻度盘38相配合的底板角度刻度盘39。

所述定位板31嵌入横波室4上方方孔内，起到定位作用，防止夹持旋转机构3在横波室4上方移动、转动位置，保证被测试的射频探头5处于有效匀电场区内。

所述功率放大器7与横波室4以及衰减器9与横波室4均通过N型连接器连接。

一种射频探头校准方法，包括以下具体步骤：

按照权利要求1中的射频探头校准装置，连接各仪器设备装置，接通电源，预热10分钟待用；

将旋转托盘架2的托盘转至夹持旋转机构3的抱扎中心的上方；

调整托盘高度，射频探头传感测试点位于横波室4匀强电场中心位置，固定其位置；

在射频探头的装夹位置，套上硅胶护套管；

射频探头5的航插穿过旋转托盘的中心孔，插入射频电场测量仪1的对应端口，将射频电场测量仪1立于旋转托盘上；

射频探头5自然下垂，装入夹持旋转机构3的抱扎中心，抱扎锁紧，待测试校准；

射频电场测量仪1连接计算机10通讯线；

射频电场测量仪1、计算机10接通电源，开机；

调节高频信号发生器6输出的旋钮，至高频毫伏表显示1000mV；

旋转盘旋转至0°起始位置，每隔0.5°采集一个数据，记下最强输出信号点的角度位置，在旋转360°中有6个极大值值点，观察计算机10记录的数据和射频电场测量仪1显示的X、Y、Z三轴的数据变化，记下各轴的最大极值点的角度位置，即记下αX、αY、αZ的角度值，分别为X、Y、Z轴的校准点位置；

在各轴校准点位置上，每隔25mV输入一个信号，直至满量程，计算机10记录输出信号数据、拟合数据，得到校准曲线；在3个轴的校准点处依次分别进行，将得到3轴的三个拟合曲线方程；

计算机10将3个拟合曲线方程通过导入射频电场测量仪1的CPU中；

检验其正确性及是否满足准确度要求；

单台仪器校准完成，拆卸已校准的射频探头；

依次进行下一台套仪器的校准。

检验其正确性及是否满足准确度要求的方法为，调节高频信号发生器6输出，检测点为：

检出限、5％FS、20％FS、40％FS、60％FS、80％FS、100％FS；

在各检测点，输入对应值，通过旋转盘带动射频探头旋转，任意转动角度，观察各轴场强Ex、Ey和Ez变化，综合场强E不变，即具有各向同性；

综合场强E与理论计算满足准确度要求则判定产品指标合格。

制造与加工工艺：

机械零件加工

装置中与轴承配合的零件，零件与轴承配合的部位有7～8的精度要求，与轴承外圈配合的零件采用基轴制，最小间隙配合；与轴承内圈配合的零件采用基孔制，最松的过渡配合。

焊接加工

装置中需焊接的零件材质均为不锈钢304，采用氩弧焊接；

焊接不得有由焊接引起的弯扭变形现象；装置焊接有三个地方值得注意：

①抱扎组件的定位焊接

为了保证抱扎中心与旋转盘内孔同轴，采用辅助工装定位，设计一个定位块，定位块与旋转盘同心过渡配合，定位块中心孔与外圈配合面同心，中心孔与探头导管过渡同心配合，先焊接旋转盘上的支撑杆，在支撑杆上焊接连接块，待焊连接块与抱扎组件的焊缝；将导管带上护套管放入抱扎中心抱扎紧，调整好抱扎组件的高度位置，将导管插入定位块中心，分点慢慢焊接抱扎组件与连接块的连接处，防止焊接应力拉升变形。

②旋转托盘架的焊接，要保证支撑杆与水平面垂直，用水平仪校正；③旋转托盘架上的上轴承位焊接，要保证旋转托盘装入后，托盘上表面水平，用水平仪校正。

射频探头校准方法及校准检测装置的技术要点：

提高射频探头性能和一致性，从为被校准对象射频探头提供准确一致标准源做起，提供射频电场的横波室体积有限，在横波室内的匀强电场区域不大，必须保证射频探头传感测试点位于横波室内的匀强电场区内，以匀强电场区中心为宜。否则，传感器感受的就不是标准的匀强电场，导致有误。因此，为保证探头传感测试点位于匀强电场区中心区域，设计制造探头的夹持定位装置。

电场是有大小有方向的矢量。探头的三个振子，在横波室匀强电场中，场强大小一定时，放置方向不同，即使三个振子性能一致，输出的大小也各相不同。射频探头3轴振子必须以振子感受最强方向上校准，故需设计制造校准探头的旋转角度调整机构，通过探头在装置上旋转，找到探头三轴振子的校准点，通过旋转机构的刻度盘指示校准点的角度位置。

分别在三轴振子感受最强方向上全量程校准，记录数据，拟合曲线，得拟合曲线方程，通过计算机导入射频电场测量仪。

在批量振子中，用装置测试筛选分组，用输出特性相近的3个振子分为一组，组成一个射频探头，是提高产品一致性的因素之一。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。