能量测试模拟卡磁场强度计量方法技术

本发明专利技术公开了一种能量测试模拟卡磁场强度计量方法，首先连续产生标准电磁场信号，待测能量测试模拟卡在标准电磁场中与标定装置发生电感耦合，最后用测量仪器在它的输出端进行检测，纪录在标准磁场强度下待测能量测试模拟卡的直流电压值。本发明专利技术填补国内的空白，为参考PICC标准装置提供测量技术支持。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及仪器测试
，更具体地，涉及适用于13.56MHz的能量测试模拟卡的磁场强度的计量方法研究。背景内容随着身份证在人们日常社会活动中的广泛应用，居民身份证阅读器的需求量增大。为了保障法定证件的正常使用，公安部发布实施了GA450-2013居民身份证阅读器通用技术要求，中国安全技术防范认证中心对社会发布实施社会公共安全产品认证实施规则(以下简称《认证实施规则》)。就居民身份证阅读器而言，保证能够与身份证正常通讯的首要指标就是输出的能量值要符合要求，因此对输出的能量值的定量测试及溯源性研究，是产品质量一致性、使用可靠性与稳定性的关键点，是身份证件公共安全管理的重要技术支持。能量测试模拟卡(参考PICC(Hmax、Hmin))是用于13.56MHz射频识别设备的关键参数，即射频识别设备能量值测试的专用计量标准器，能量测试模拟卡根据使用需求分为两种，一种是用于最大工作场强，即7.5A/m(rms)测量的称为最大场强测试模拟卡(参考PICC(Hmax)，一种是用于最小工作场强即1.5A/m(rms)测试的称为最小场强测试模拟卡(参考PICC(Hmin)，对此在GA450、《认证实施规则》、身份证产品标准中均有详细使用规定。能量测试模拟卡有两个关键参数：谐振频率与磁场强度。但是到目前为止，在中国无法实现计量和量值溯源，使得能量测试模拟卡无法作为计量器具在相关产品质量控制、评价中使用。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术旨在给出一种能量测试模拟卡磁场强度计量方法，根据磁场强度与感应电压的关系输出标准场强信号，利用电磁场在空间对称的特性，通过测量电路标定参考PICC(Hmin，Hmax)。本专利技术填补国内的空白，为研制参考PICC标准装置提供测量技术支持。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：能量测试模拟卡磁场强度计量方法，包括如下步骤：S1正弦波信号发生器发出参数一定幅度连续变化的信号并经过功率放大器至标定装置，直至标定装置连续产生标准电磁场信号；定标线圈与标定装置的天线平面一端同轴且平行放置，与定标线圈连接的示波器显示连续变化的波形幅度，标定装置产生的场强大小以示波器幅度显示值为标准值；S2待测能量测试模拟卡的线圈部分在标准电磁场中与标定装置的天线平面另一端同轴且等距离平行放置，线圈与标定装置的天线发生电感耦合，记录在标准磁场强度下高阻抗直流电压表所显示的待测能量测试模拟卡的直流电压值；所述定标线圈的测量接触点的大小为1.5×1.5mm2，电感值为200nH，电阻为0.25Ω，定标线圈的测量面积为3000mm2；定标线圈输出端的一端为镀镍铜插座，另一端采用镀镍铜线绕制成￠6mm、高度为5mm的禁锢端，与示波器的输入端连接；示波器的输入端采用探针，其电容值≤13pF，与定标线圈输出端连接后总体其分布电容≤20pF，输入阻抗为1MΩ。需要说明的是，所述正弦波信号发生器的频率范围为正弦波10kHz-250MHz，MPE：±5×10-7，输出功率0～15W，输出阻抗Z＝50Ω；频率为13.56MHz。需要说明的是，定标线圈的长×宽为72×42mm，导线直径0.5mm，不确定度为U＝2.3um(k＝2)。需要说明的是，所述标定装置的天线尺寸为170×170mm，天线直径为150mm，装配间距为37.5mm。本专利技术的有益效果在于：提供了能量测试模拟卡磁场强度的计量方法，为制作能量测试模拟卡产品、调试提供技术方法；实现能量测试模拟卡在中国量值溯源和传递。为法定证件产品质量控制和管理提供计量保障，为13.56MHz射频识别相关产品的技术进步提供技术服务。附图说明图1为本专利技术的电路示意图；图2为本专利技术的原理示意图；图3为能量测试模拟卡的结构示意图；图4为能量测试模拟卡的电路示意图；图5为定标线圈的结构示意图；图6为能量测试模拟卡磁场强度的量值溯源与传递示意图。具体实施方式以下将结合附图对本专利技术作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围并不限于本实施例。参考PICC(Hmin，Hmax)由于用途不同分为：用于测量最小场强(1.5A/m)的能量测试模拟卡参考PICC(Hmin)和用于测量最大场强(7.5A/m)的能量测试模拟卡参考PICC(Hmax)。参考PICC(Hmin，Hmax)的主要技术指标如下：参考PICC(Hmin)谐振频率：13.56MHz，最大允许误差不超过±2kHz；直流电压：3V，最大允许误差不超过±6％；参考PICC(Hmax)谐振频率：19MHz，最大允许误差不超过±2kHz；直流电压：3V，最大允许误差不超过±6％。参考PICC(Hmin，Hmax)由PICC活动区和PICC功能模拟区组成，如图3所示。参考PICC(Hmin，Hmax)根据电磁感应定律，采用电感耦合方式与射频读写设备进行能量的传递和工作。其中活动区部分模拟IC卡的天线线圈，功能模拟区模拟IC卡能量电路，将感应信号转换为给微型芯片提供工作需要的直流电压。如图4所示，参考PICC(Hmin，Hmax)从电路上分包括2个模块，分别是：(1)谐振电路模块：由(线圈)电感L2和电容C2C3组成的谐振电路。功能：谐振在特定的频率点，接收高频信号的能量。工作原理：参考PICC(Hmin，Hmax)线圈回路的分布电容C2和外接调谐振电容C3线圈电感L2并联形成LC振荡回路2，其谐振频率为f，当参考PICC(Hmin，Hmax)线圈置于阅读器的交变磁场中并且谐振频率f与阅读器交变磁场的频率f0相同时，谐振回路1，2产生谐振。谐振使的阅读器天线线圈产生非常大的电流，使得参考PICC(Hmin，Hmax)线圈L2上的感应电压达到最大值。(2)电压模块：由两部分组成：第一部分由四个二极管D1D2D3D4组成的检波电路。功能：是把高频信号变成直流信号。第二部分是由后面的C3、R1R2R3组成的滤波输出电路。功能：主要是平滑滤波前面检波出来的直流信号并按照要求调整为3V输出。工作原理：将线圈上获得的感应电压经过二极管整流滤波转化为稳定的直流电压。根据上述能量测试模拟卡的结构特点和工作原理，本专利技术提供一种能量测试模拟卡磁场强度校准装置。如图1-2所示，能量测试模拟卡磁场强度校准装置，包括正弦波信号发生器、功率放大器、标定装置、定标线圈、示波器、高阻抗直流电压表，所述正弦波信号发生器、功率放大器、标定装置依次连接组成磁场发生器，定标线圈和示波器组成标准场强值控制部分，标定装置和高阻抗直流电压表组成直流电压测量部分；所述定标线圈的输出端与所述示波器的输入端相连接；所述高阻抗直流电压表连接于待测能量测试模拟卡的输出端，所述能量测试模拟卡的天线线圈安装于所述标定装置的天线一端(A端)的中心位置并与所述标定装置的天线平行且同轴，所述定标线圈安装在所述标定装置的天线另一端(B端)的中心位置并与所述标定装置的天线平行且同轴；所述定标线圈与所述能量测试模拟卡的天线线圈平行且同轴并到标定装置的中心位置距离相等。所述磁场发生器用于发出13.56MHz，功率0-15W的磁场信号。标准场强值控制部分中，由定标线圈和示波器组成。主要功能：控制标准场强输出。直流电压测量部分用于标定能量本文档来自技高网...

【技术保护点】
能量测试模拟卡磁场强度计量方法，其特征在于，包括如下步骤：S1正弦波信号发生器发出参数一定幅度连续变化的信号并经过功率放大器至标定装置，直至标定装置连续产生标准电磁场信号；定标线圈与标定装置的天线平面一端同轴且平行放置，与定标线圈连接的示波器显示连续变化的波形幅度，标定装置产生的场强大小以示波器幅度显示值为标准值；S2待测能量测试模拟卡的线圈部分在标准电磁场中与标定装置的天线平面另一端同轴且等距离平行放置，线圈与标定装置的天线发生电感耦合，记录在标准磁场强度下高阻抗直流电压表所显示的待测能量测试模拟卡的直流电压值；所述定标线圈的测量接触点的大小为1.5×1.5mm2，电感值为200nH，电阻为0.25Ω，定标线圈的测量面积为3000mm2；定标线圈输出端的一端为镀镍铜插座，另一端采用镀镍铜线绕制成￠6mm、高度为5mm的禁锢端，与示波器的输入端连接；示波器的输入端采用探针，其电容值≤13pF，与定标线圈输出端连接后总体其分布电容≤20pF，输入阻抗为1MΩ。

【技术特征摘要】
1.能量测试模拟卡磁场强度计量方法，其特征在于，包括如下步骤：S1正弦波信号发生器发出参数一定幅度连续变化的信号并经过功率放大器至标定装置，直至标定装置连续产生标准电磁场信号；定标线圈与标定装置的天线平面一端同轴且平行放置，与定标线圈连接的示波器显示连续变化的波形幅度，标定装置产生的场强大小以示波器幅度显示值为标准值；S2待测能量测试模拟卡的线圈部分在标准电磁场中与标定装置的天线平面另一端同轴且等距离平行放置，线圈与标定装置的天线发生电感耦合，记录在标准磁场强度下高阻抗直流电压表所显示的待测能量测试模拟卡的直流电压值；所述定标线圈的测量接触点的大小为1.5×1.5mm2，电感值为200nH，电阻为0.25Ω，定标线圈的测量面积为3000mm2；定标线圈输出端的一端为镀镍铜插座，另一端采用镀镍铜线...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪民，胡志昂，滕旭，李文洁，邬鹏程，刘飞，胡佳，谢峰，席小雷，田昕，金明亮，张艳军，孙静，
申请(专利权)人：公安部第一研究所，北京中盾安全技术开发公司，
类型：发明
国别省市：北京;11