利用示波器和近场探头进行磁场测试的操作指南

　　一、引言

　　在电子设备的研发、电磁兼容性(EMC)测试以及故障排查等工作中，对磁场的测量是非常重要的内容。示波器与近场探头的组合为磁场测量提供了一种有效的手段。本文将详细介绍如何使用示波器和近场探头来测试磁场。

　　二、测试原理

　　1.近场探头工作原理

　　近场探头是一种用于检测近场电磁场的传感器。对于磁场测量，近场探头通常采用感应线圈的形式。根据法拉第电磁感应定律，当磁场发生变化时，穿过闭合线圈的磁通量发生变化，线圈中就会产生感应电动势。感应电动势的大小与磁通量的变化率成正比，即，其中E为感应电动势,N为线圈匝数，Φ为磁通量。

　　不同类型的近场探头在设计上会有不同的频率响应特性、灵敏度和方向性等。例如，环形近场探头对于垂直于环平面的磁场分量较为敏感。

　　2.示波器工作原理

　　示波器是一种能够显示电信号随时间变化波形的仪器。当近场探头检测到磁场变化产生的感应电动势信号后，将该信号传输到示波器。示波器通过对输入信号进行放大、采样、处理等操作，将信号的波形显示在屏幕上。

　　示波器可以测量信号的幅度(对应磁场强度的相关信息)、频率、相位等参数。通过分析这些参数，可以获取关于磁场的特性，如磁场的强度变化规律、频率成分等。

　　三、测试设备及准备

　　1.设备清单

　　示波器：应具备足够的带宽以满足测试频率范围的要求。例如，对于测量高频磁场(如GHz频段)，需要使用带宽较高的示波器，如带宽为1 GHz或更高的数字示波器。

　　近场探头：根据测试频率和磁场类型选择合适的近场探头。对于低频磁场(kHz - MHz范围)，可以使用较大尺寸、匝数较多的环形探头以提高灵敏度;对于高频磁场，需要使用小型化、特殊设计的近场探头，如高频磁场探头，其频率响应可达到数GHz。

　　被测设备(DUT)：需要测试磁场的电子设备或电路模块。

　　必要的连接线：用于连接近场探头和示波器，如BNC电缆等。

　　2.设备连接与设置

　　将近场探头的输出端口通过连接线连接到示波器的输入通道。确保连接牢固，避免信号传输过程中的干扰。

　　打开示波器，根据测试信号的大致范围设置示波器的垂直刻度(V/div)、水平刻度(s/div或ms/div等)、触发模式等参数。

　　对于垂直刻度的设置，需要根据近场探头的灵敏度和预期的磁场强度对应的感应电动势大小进行调整。如果不确定信号幅度，可以先从较大的刻度开始，然后根据实际显示的波形再进行优化。

　　触发模式可以选择边沿触发等常见模式，设置合适的触发电平，以确保示波器能够稳定地显示波形。

　　四、磁场测试步骤

　　1.探头定位

　　将近场探头靠近被测设备中可能产生磁场的区域，如变压器、电感线圈、电源线等部位。对于环形近场探头，应使探头平面垂直于磁场方向以获得最大的感应信号。在定位过程中，可以缓慢移动探头，观察示波器上波形的变化，以找到磁场最强的位置。

　　2.磁场强度测量

　　一旦找到合适的探头位置，通过示波器测量感应电动势的峰值或有效值。根据近场探头的校准系数(通常由探头制造商提供，单位为V/T或类似单位)，可以计算出磁场强度。例如，如果示波器测量到的感应电动势峰值为Epeak，近场探头的校准系数为k（V/T），则磁场强度的峰值。

　　3.磁场频率分析

　　观察示波器上波形的周期或频率。如果波形是周期性的，可以使用示波器的自动测量功能来获取频率值。这个频率值反映了磁场的变化频率，对于分析被测设备中的电磁干扰源或正常工作频率下的磁场特性非常重要。例如，在开关电源中，磁场的频率可能与开关频率及其谐波相关。

　　4.磁场相位测量(可选)

　　如果需要分析磁场与其他电信号(如电压信号)之间的相位关系，可以使用示波器的双通道功能。将近场探头连接到一个通道，另一个相关电信号连接到另一个通道。然后通过示波器的相位测量功能来获取磁场信号与电信号之间的相位差。这对于研究电磁耦合等现象很有帮助。

　　五、测试注意事项

　　1.避免干扰

　　在测试过程中，要尽量避免外界电磁场的干扰。可以将测试环境设置在屏蔽室内，或者远离大型电机、变压器等强电磁干扰源。同时，近场探头的连接线也应尽量短且避免与其他信号线平行敷设，以减少信号传输过程中的干扰。

　　2.探头校准

　　近场探头需要定期校准，以确保测量的准确性。校准应按照探头制造商提供的校准方法进行，通常需要使用标准磁场源等设备。

　　3.示波器带宽限制

　　要注意示波器的带宽对测量结果的影响。如果测试的磁场频率较高，而示波器带宽不足，会导致测量到的波形失真，无法准确获取磁场的高频成分。因此，应根据测试需求选择合适带宽的示波器。

　　六、结论

　　使用示波器和近场探头测试磁场是一种方便、有效的方法。通过正确选择设备、合理连接和设置，以及按照科学的测试步骤进行操作，可以准确地测量磁场的强度、频率、相位等特性。这对于电子设备的设计优化、EMC性能提升以及故障诊断等方面都具有重要的意义。在实际应用中，不断积累测试经验并结合相关理论知识，能够更好地发挥这种测试方法的优势。

　　以上内容由普科科技/PRBTEK整理分享， 西安普科电子科技有限公司致力于打造仪器配附件一站式供应平台。主营范围：示波器测试附件配件的研发、生产、销售。涵盖产品包含电流探头、差分探头、高压探头、无源探头、柔性电流探头、近场探头、电流互感器、射频测试线缆、各类仪器测试附件等。更多信息，欢迎登陆官方网站进行咨询：http://www.prbtek.cn