場敏感型電磁脈沖防護(hù)材料性能測試方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種場敏感型電磁脈沖防護(hù)材料性能測試方法，包括如下步驟：第一步，將測試材料固定安裝在測試裝置中；第二步，使用高頻噪聲模擬器向測試裝置中的測試材料施加電壓；第三步，觀察示波器的波形，并根據(jù)波形計算被測材料的電阻率和響應(yīng)時間，完成測試；使用高頻噪聲模擬器作為信號源，測試裝置的信號輸出端口連接衰減器，經(jīng)過衰減的信號通過示波器顯示，高頻噪聲模擬器作為信號輸入源，為測試系統(tǒng)提供方波信號輸入；由于輸出方波的電壓值達(dá)到上千伏，示波器的電壓承受范圍僅有幾十伏，因此在測試裝置和示波器之間需要連接相應(yīng)參數(shù)的衰減器，最后，由示波器顯示輸出波形，通過觀察示波器的波形來確定被測材料的響應(yīng)時間以及電阻率。
【專利說明】
場敏感型電磁脈沖防護(hù)材料性能測試方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及電磁兼容實驗技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種場敏感型電磁脈沖防護(hù)材料性能測試方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的理想的場敏感型環(huán)境自適應(yīng)電磁防護(hù)材料在平時低場強(qiáng)情況下為絕緣材料，對電磁波沒有屏蔽作用，當(dāng)受到外部強(qiáng)電磁脈沖干擾或攻擊的時候，即外部電磁場突然顯著增加且超過某臨界場強(qiáng)的時候，由于材料特有的電化學(xué)和能量結(jié)構(gòu)特征，能夠感知外部電磁環(huán)境的變化并能快速調(diào)節(jié)其電磁性能，可以在微納秒時間內(nèi)即刻發(fā)生絕緣/導(dǎo)電相變現(xiàn)象，電導(dǎo)率可以提升12?15數(shù)量級，使平時為絕緣體的材料迅速變?yōu)楦邔?dǎo)電的類金屬材料，對外來電磁波產(chǎn)生高反射和屏蔽，將強(qiáng)電磁脈沖能量阻擋在防護(hù)殼體之外，當(dāng)外部干擾和攻擊強(qiáng)場消失以后，材料恢復(fù)到原始狀態(tài);而基于這種工作機(jī)理研制的電磁防護(hù)材料能不能在微納秒的時間內(nèi)發(fā)生相變，不進(jìn)行相應(yīng)測試是無法獲知的，而這類電磁防護(hù)材料本身屬于新材料，如何測試其在強(qiáng)電磁脈沖下的絕緣體/導(dǎo)體相變響應(yīng)時間和電阻率還未有相關(guān)報道。
[0003]現(xiàn)有的材料電磁測試方法中的自由空間法、諧振法、同軸傳輸/反射法可以用來測試材料的介電常數(shù)、磁導(dǎo)率，但這些方法都屬于材料的靜態(tài)測試方法，無法測量電磁防護(hù)材料的動態(tài)響應(yīng)時間；而目前對于響應(yīng)時間的測量主要用于半導(dǎo)體器件，比如:瞬態(tài)抑制二極管，在進(jìn)行測量時，被測半導(dǎo)體器件可以通過焊接或直接插入相應(yīng)測試管腳固定在測試夾具上，而由于電磁防護(hù)材料本身的特殊性質(zhì)，無法進(jìn)行焊接或插入等操作；四探針法只可以用來測試半導(dǎo)體材料的電阻率，其測試電壓很低，無法滿足強(qiáng)場下場敏感型電磁防護(hù)材料的電阻率測試，因此，急需研制一種可以用來測試在強(qiáng)電磁脈沖下場敏感型電磁防護(hù)材料響應(yīng)時間和電阻率的測試方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種場敏感型電磁脈沖防護(hù)材料性能測試方法，通過使用測試系統(tǒng)對被測材料進(jìn)行電磁兼容測試，解決現(xiàn)有技術(shù)無法測試場敏感型電磁防護(hù)材料響應(yīng)時間、電阻率的問題。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是:一種場敏感型電磁脈沖防護(hù)材料性能測試方法，采用測試系統(tǒng)對測試材料進(jìn)行測試，測試系統(tǒng)包括高頻噪聲模擬器、測試裝置、衰減器和示波器，所述高頻噪聲模擬器信號輸出端通過同軸電纜連接測試裝置信號輸入端口，所述測試裝置信號輸出端口連接衰減器，衰減器信號輸出端連接示波器信號端，測試方法包括如下步驟:
第一步，將測試材料固定安裝在測試裝置中；
第二步，使用高頻噪聲模擬器向測試裝置中的測試材料施加電壓，在施加電壓過程中采用逼近法調(diào)整電壓，確定被測材料發(fā)生相變的場強(qiáng)閾值； 第三步，觀察示波器的波形，在被測材料發(fā)生相變的狀態(tài)下，并根據(jù)波形計算被測材料的電阻率和響應(yīng)時間，完成測試；
所述測試裝置包括屏蔽殼體、高頻電路板、地線、第一鍍銀銅板、第二鍍銀銅板、微帶信號線、信號輸入端口和信號輸出端口所述高頻電路板豎向安裝在屏蔽殼體內(nèi)，高頻電路板上部過孔安裝地線，高頻電路板正面下方安裝微帶信號線，微帶信號線兩端連接位于屏蔽殼體兩側(cè)的信號輸入端口和信號輸出端口，所述微帶信號線、地線和高頻電路板背面覆銅，高頻電路板背面與屏蔽殼體電氣連接、且高頻電路板、地線和屏蔽殼體等電位，第一鍍銀銅板垂直焊接在微帶信號線中部，所述第二鍍銀銅板焊接在地線上，第一鍍銀銅板和第二鍍銀銅板呈上下布置，第一鍍銀銅板和第二鍍銀銅板形成固定待測材料的空間，第一鍍銀銅板和第二鍍銀銅板的相對面積與相對距離的比值為20:1—10:1。
[0006]所述第一鍍銀銅板和第二鍍銀銅板結(jié)構(gòu)相同，均包括上部鍍銀銅板和下部鍍銀銅板，上部鍍銀銅板和下部鍍銀銅板借助于螺釘安裝，所述第一鍍銀銅板的下部鍍銀銅板與微帶信號線焊接，第一鍍銀銅板的上部鍍銀銅板借助于螺釘安裝在下部鍍銀銅板正上方，所述第二鍍銀銅板的結(jié)構(gòu)與第一鍍銀銅板的結(jié)構(gòu)呈上下對稱結(jié)構(gòu)。
[0007]所述第一鍍銀銅板與信號輸入端口之間的距離為微帶信號線長度的2/3，所述第二鍍銀銅板與信號輸入端之間的水平距離等于地線長度的2/3。
[0008]所述微帶信號線的長為103.3mm，寬為2.74mm，所述微帶信號線、信號輸入端口的特性阻抗為50 Ω。
[0009]所述屏蔽殼體為鋁質(zhì)殼體。
[0010]采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于:使用高頻噪聲模擬器作為信號源，測試裝置的信號輸出端口連接衰減器，經(jīng)過衰減的信號通過示波器顯示，高頻噪聲模擬器作為信號輸入源，為測試系統(tǒng)提供方波信號輸入；由于輸出方波的電壓值達(dá)到上千伏，示波器的電壓承受范圍僅有幾十伏，因此在測試裝置和示波器之間需要連接相應(yīng)參數(shù)的衰減器，最后，由示波器顯示輸出波形，通過觀察示波器的波形來確定被測材料的響應(yīng)時間以及電阻率。
【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明的使用流程圖；
圖2是測試系統(tǒng)原理框圖；
圖3是測試裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
其中:1、屏蔽殼體;2、微帶信號線;3、地線;4、信號輸入端口；5、信號輸出端口；6、第一鍍銀銅板;7、第二鍍銀銅板;8、高頻電路板。
【具體實施方式】
[0012]下面結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0013]在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施例的限制。
[0014]如圖1所示，本發(fā)明公開了一種場敏感型電磁脈沖防護(hù)材料性能測試方法，采用測試系統(tǒng)(參見附圖2)對測試材料進(jìn)行測試，測試系統(tǒng)包括高頻噪聲模擬器、測試裝置、衰減器和示波器，所述高頻噪聲模擬器信號輸出端通過同軸電纜連接測試裝置信號輸入端口，所述測試裝置信號輸出端口連接衰減器，衰減器信號輸出端連接示波器信號端，測試方法包括如下步驟:
第一步，將測試材料固定安裝在測試裝置中；
第二步，使用高頻噪聲模擬器向測試裝置中的測試材料施加電壓，在施加電壓過程中采用逼近法調(diào)整電壓，確定被測材料發(fā)生相變的場強(qiáng)閾值，對于場強(qiáng)的調(diào)整，主要是通過調(diào)整輸入波形的電壓實現(xiàn)的，電壓調(diào)整采用逼近法進(jìn)行調(diào)整，比如起始升壓步距為500V，當(dāng)被測材料發(fā)生相變時，輸入電壓下降500V，再一次采用逼近法進(jìn)行調(diào)整，第二次調(diào)整步距縮小，可以選用100V的步距，重復(fù)上述步驟確定使被測材料發(fā)生相變的場強(qiáng)閾值；
第三步，觀察示波器的波形，在被測材料發(fā)生相變的狀態(tài)下，并根據(jù)波形計算被測材料的電阻率和響應(yīng)時間，完成測試；
所述測試裝置(參見附圖3)包括屏蔽殼體1、高頻電路板8、地線3、第一鍍銀銅板6、第二鍍銀銅板7、微帶信號線2、信號輸入端口 4和信號輸出端口 5，所述高頻電路板8豎向安裝在屏蔽殼體I內(nèi)，高頻電路板8上部過孔安裝地線3，高頻電路板8正面下方安裝微帶信號線2，微帶信號線2兩端連接位于屏蔽殼體I兩側(cè)的信號輸入端口 4和信號輸出端口 5，所述微帶信號線2、地線3和高頻電路板8背面覆銅，高頻電路板8背面與屏蔽殼體I電氣連接、且高頻電路板8、地線3和屏蔽殼體I等電位，第一鍍銀銅板6垂直焊接在微帶信號線2中部，所述第二鍍銀銅板7焊接在地線3上，第一鍍銀銅板6和第二鍍銀銅板7呈上下布置，第一鍍銀銅板6和第二鍍銀銅板7形成固定待測材料的空間。
[0015]通過仿真試驗發(fā)現(xiàn)，兩塊鍍銀銅塊之間的場強(qiáng)越靠近下方，場強(qiáng)越大，越容易使得被測材料發(fā)生相變，另外，由于被測材料具有一定的寬度和厚度，想要使兩塊鍍銀銅塊能夠更好的固定被測材料，就需要鍍銀銅塊具有一定的高度和寬度，因此，兼顧這兩方面的因素，將第一鍍銀銅板6和第二鍍銀銅板7的相對面積與相對距離的比值為20:1—10:1。
[0016]所述第一鍍銀銅板6和第二鍍銀銅板7結(jié)構(gòu)相同，均包括上部鍍銀銅板和下部鍍銀銅板，上部鍍銀銅板和下部鍍銀銅板借助于螺釘安裝，所述第一鍍銀銅板6的下部鍍銀銅板與微帶信號線2焊接，第一鍍銀銅板6的上部鍍銀銅板借助于螺釘安裝在下部鍍銀銅板正上方，所述第二鍍銀銅板7的結(jié)構(gòu)與第一鍍銀銅板6的結(jié)構(gòu)呈上下對稱結(jié)構(gòu);所述第一鍍銀銅板6與信號輸入端口 4之間的距離為微帶信號線2長度的2/3，所述第二鍍銀銅板7與信號輸入端之間的水平距離等于地線3長度的2/3;所述微帶信號線2的長為103.3mm，寬為2.74mm，所述微帶信號線2、信號輸入端口4的特性阻抗為50Ω ;所述屏蔽殼體I為鋁質(zhì)殼體。
[0017]由于被測材料為場敏感型電磁防護(hù)材料，這種材料在平常情況下是絕緣狀態(tài)，在強(qiáng)電磁脈沖下會發(fā)生相變，變成類金屬材料，這樣就需要使被測材料在很高的場強(qiáng)下進(jìn)行試驗，進(jìn)而要求電路板基材、輸入端口和輸出端口能夠承受高電壓，電路板采用聚四氟乙烯，厚度Imm，輸入端口和輸出端口采用的是承受高壓的N型接頭。
[0018]本發(fā)明在使用過程中，使用高頻噪聲模擬器作為信號源，高頻噪聲模擬器通過同軸電纜連接測試裝置的信號輸入端口，測試裝置的信號輸出端口連接衰減器，經(jīng)過衰減的信號通過示波器顯示，高頻噪聲模擬器作為信號輸入源，為測試系統(tǒng)提供方波信號輸入;同軸電纜連接高頻噪聲模擬器的輸出端和測試裝置的信號輸入端口，如果兩者的端口類型不一致，還需添加相應(yīng)的轉(zhuǎn)接頭，由于輸出方波的電壓值達(dá)到上千伏，示波器的電壓承受范圍僅有幾十伏，因此在測試裝置和示波器之間需要連接相應(yīng)參數(shù)的衰減器，最后，由示波器顯示輸出波形，通過觀察示波器的波形來確定被測材料的響應(yīng)時間以及電阻率。
[0019]在進(jìn)行測試前，需要先進(jìn)行驗證試驗，判斷測試裝置本身對測試結(jié)果是否產(chǎn)生影響，判斷的方法是:在測試裝置不帶材料的情況下，給測試裝置的信號輸入端口輸入一個方波信號，如果測試裝置具有良好的阻抗匹配以及耐高壓特性，那么通過測試裝置信號輸出端口在示波器上顯示的輸出信號應(yīng)該與原輸入方波完全一致，這也證明該測試裝置不會影響到被測材料特性的測試。通過試驗驗證，輸入波形和輸出波形的幅值、脈沖寬度、上升沿均一致。
[0020]使用流程請參見附圖3，將測試材料固定在測試裝置的兩組鍍銀銅塊之間，使被測材料保證良好的電氣連接，調(diào)節(jié)高頻噪聲模擬器的輸出電壓和脈沖寬度，為測試裝置提供輸入波形，使被測材料處在一個均勻場強(qiáng)下，通過示波器觀察輸出波形，如果輸出波形和原輸入波形一致，那就是被測材料還處于絕緣狀態(tài)，被測材料在測試電路中未其作用，然后逐步調(diào)高輸入波形的電壓，進(jìn)而提高被測材料所處的場強(qiáng)，如果輸出波形發(fā)生了變化，就說明被測材料由原來的ΜΩ級在很短的時間內(nèi)下降到百Ω級，通過觀察輸出波形電壓幅值的變化可以估算出被測材料的電阻率，通過觀察輸出波形發(fā)現(xiàn)的突變來計算其響應(yīng)時間，發(fā)生變化的場強(qiáng)就是能夠使被測材料發(fā)生相變的場強(qiáng)閾值。
[0021]通過試驗發(fā)現(xiàn)，所述測試裝置對被測材料的性能有一定的要求，如果被測材料達(dá)不到這個要求就無法進(jìn)行測試，這是因為測試裝置中的微帶信號線、輸入端口、輸出端口、示波器輸入阻抗均為50 Ω，當(dāng)被測材料在強(qiáng)場下發(fā)生了相變，使其從絕緣材料突變?yōu)轭惤饘俨牧?，突變后類金屬材料的等效電阻如果能夠達(dá)到IkQ以下，微納秒級的響應(yīng)時間，所述測試裝置就可以對被測材料進(jìn)行測試。
【主權(quán)項】
1.一種場敏感型電磁脈沖防護(hù)材料性能測試方法，其特征在于:采用測試系統(tǒng)對測試材料進(jìn)行測試，測試系統(tǒng)包括高頻噪聲模擬器、測試裝置、衰減器和示波器，所述高頻噪聲模擬器信號輸出端通過同軸電纜連接測試裝置信號輸入端口，所述測試裝置信號輸出端口連接衰減器，衰減器信號輸出端連接示波器信號端，測試方法包括如下步驟: 第一步，將測試材料固定安裝在測試裝置中； 第二步，使用高頻噪聲模擬器向測試裝置中的測試材料施加電壓，在施加電壓過程中采用逼近法調(diào)整電壓，確定被測材料發(fā)生相變的場強(qiáng)閾值； 第三步，觀察示波器的波形，在被測材料發(fā)生相變的狀態(tài)下，并根據(jù)波形計算被測材料的電阻率和響應(yīng)時間，完成測試； 所述測試裝置包括屏蔽殼體(I)、高頻電路板(8)、地線(3)、第一鍍銀銅板(6)、第二鍍銀銅板(7)、微帶信號線(2)、信號輸入端口(4)和信號輸出端口(5)，所述高頻電路板(8)豎向安裝在屏蔽殼體(I)內(nèi)，高頻電路板(8)上部過孔安裝地線(3)，高頻電路板(8)正面下方安裝微帶信號線(2)，微帶信號線(2)兩端連接位于屏蔽殼體(I)兩側(cè)的信號輸入端口(4)和信號輸出端口(5)，所述微帶信號線(2)、地線(3)和高頻電路板(8)背面覆銅，高頻電路板(8)背面與屏蔽殼體(I)電氣連接、且高頻電路板(8)、地線(3)和屏蔽殼體(I)等電位，第一鍍銀銅板(6)垂直焊接在微帶信號線(2)中部，所述第二鍍銀銅板(7)焊接在地線(3)上，第一鍍銀銅板(6)和第二鍍銀銅板(7)呈上下布置，第一鍍銀銅板(6)和第二鍍銀銅板(7)形成固定待測材料的空間，第一鍍銀銅板(6)和第二鍍銀銅板(7)的相對面積與相對距離的比值為 20:1—10:1。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的場敏感型電磁脈沖防護(hù)材料性能測試方法，其特征在于:所述第一鍍銀銅板(6)和第二鍍銀銅板(7)結(jié)構(gòu)相同，均包括上部鍍銀銅板和下部鍍銀銅板，上部鍍銀銅板和下部鍍銀銅板借助于螺釘安裝，所述第一鍍銀銅板(6)的下部鍍銀銅板與微帶信號線(2)焊接，第一鍍銀銅板(6)的上部鍍銀銅板借助于螺釘安裝在下部鍍銀銅板正上方，所述第二鍍銀銅板(7)的結(jié)構(gòu)與第一鍍銀銅板(6)的結(jié)構(gòu)呈上下對稱結(jié)構(gòu)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的場敏感型電磁脈沖防護(hù)材料性能測試方法，其特征在于:所述第一鍍銀銅板(6)與信號輸入端口(4)之間的距離為微帶信號線(2)長度的2/3，所述第二鍍銀銅板(7)與信號輸入端之間的水平距離等于地線(3)長度的2/3。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的場敏感型電磁脈沖防護(hù)材料性能測試方法，其特征在于:所述微帶信號線(2)的長為103.3mm，寬為2.74mm，所述微帶信號線(2)、信號輸入端口(4)的特性阻抗為50 Ω。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的場敏感型電磁脈沖防護(hù)材料性能測試方法，其特征在于:所述屏蔽殼體(I)為鋁質(zhì)殼體。
【文檔編號】G01N27/04GK106018491SQ201610331336
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月18日
【發(fā)明人】王慶國, 趙敏, 王赟, 周星, 王妍, 成偉, 曲兆明, 張希軍, 王小亮
【申請人】中國人民解放軍軍械工程學(xué)院