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本专题的考点是:关于磁场的基础知识及应川、了解电和磁之间的联系、知道电磁波在真空中的传播速度、了解电磁波的应用.
本专题的难点是:认识磁场、会用磁感线描述磁场,弄清发电机和电动机的工作原理.重点是:用磁感线描述磁场、电磁继电器、电动机的原理、发电机的原理、电磁波的产生及应用,考试热点是:磁感线、安培定则、发电机和电动机的原理、电磁波的应用.
本专题知识在中考试卷中的考查主要以填空题、选择题、作图题为主.利用选择题可以将相近、易混的知识点放在一起考查,既扩大了考查面,又可以考查同学们对概念的理解程度,这几年考题中经常出现,同学们在平时的学习和练习巾要学会进行比较,弄清相近、易混的知识点之问的联系和区别,加深理解.
第1节 简单的磁现象
重点考点
这部分内容有四个重要考点:磁极间相互作用的规律、磁场的基本性质、磁场的方向、地磁场.对本知识点的考查,一般是通过考查磁极之问的相互作用及磁场方向来命题.
中考常见题型
例1(2014.宜宾)请利用图1中给出的信息,在图中标出电源的正极、小磁针的N极,并用箭头标出磁感线的方向.
思路分析:由图1可知通电螺线管的右端为S极,则左端为N极,根据异名磁极相互吸引,小磁针的右端为S极,则左端为N极,因为在磁体外部,磁感线总是从N极发出,回到S极,所以在磁体外部磁感线的方向是指向右的.根据右手螺旋定则,伸出右手使大拇指指示螺线管的左端,则四指弯曲所指的方向为电流的方向,所以电流从螺线管的右端流人,则电源的右端为正极.答案如图2所示.
第2节 电流的磁效应
重点考点
奥斯特实验表明通电导线周围存在着磁场――电流的磁场,这就是电流的磁效应,其本质可以简记为:电生磁.电流的磁场方向跟电流方向有关.根据电流的磁效应,人们发明制作了螺线管、电磁铁、电磁继电器.通电螺线管外部的磁场和条形磁体的磁场一样,通电螺线管的两端相当于条形磁体的两个极,其两端的极性跟螺线管中的电流方向有关,可以用安培定则来判定,
电磁铁的极性、电流方向,以及磁性强弱的判断、探究影响电磁铁磁性强弱的因素、电磁铁的应用是中考的重点和热点,经常以填空题、选择题、作图题、实验探究题的形式出现.
电磁继电器就是利用电磁铁来控制r作电路的一种开关,是利用电流的磁效应工作的.了解电磁继电器的工作原理,必须区分控制电路与厂工作电路.控制电路就是电磁铁电路,电磁继电器是通过电磁铁电路的通、断而改变电磁铁的磁性有无,从而控制工作电路的.
利用某种方式来操纵电磁继电器控制电路的通、断,就可以实现对工作电路的自动控制,例如水位自动报警器就是由水位的升降来操纵电磁继电器控制电路的通、断.这部分知识在近年的中考试题中出现频率、所占分值呈上升趋势.
中考常见题型
例2 (2014.南昌)家庭电路中常用带有开关的移动插座,插座上的开关与插座是________联,插座与插座之间是____ 联.如图3所示.A、B弹簧下方分别吊着软铁棒和条形磁铁,闭合开关,将滑动变阻器的滑片逐渐向左移动时,A弹簧的长度将____,B弹簧的长度将____.(均填“伸长”“缩短”或“不变”)
思路分析:本题考查了家庭电路的连接,影响电磁铁磁性强弱的因素和根据右手定则判断通电螺线管的极性.插座是用来连接用电器的,开关与被控制的用电器是串联的,所以插座上的开关与插座是串联的,用电器之间是并联的,所以插座与插座之间是并联的.开关闭合,滑动变阻器滑片向左移动时,电路中的电流变大,电磁铁磁性增强,对铁棒的吸引力增强,弹簧A长度会伸长,根据安培定则判断通电螺线管的上端为s极,同名磁极相互排斥,弹簧长度会缩短.当滑动变阻器滑片向左移动时,电路中的电流变大,电磁铁磁性增强,条形磁铁的排斥力增大,所以弹簧B长度会缩短.
答案:串 并 伸长 缩短
例3 (2014.东营)学校教学楼里安装的应急照明灯,内部结构如图4所示,分电器的作用是把220 V的交流高压转化为12 V的直流低压,并且分两路输出.请说出220 V的供电线路有电和停电时,蓄电池、灯泡的工作状态分别是什么.
思路分析:电磁继电器一般由电磁铁、衔铁、触点簧片、弹簧等组成,只要在线圈两端加上一定的电压,线圈中就会流过一定的电流,从而产生电磁效应,衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服弹簧的拉力吸向铁芯,从而带动衔铁的动触点与静触点(常开触点)吸合;当线圈断电后,电磁力也随之消失,衔铁就会在弹簧的作用下返回原来的位置,使动触点与原来的静触点(常闭触点)吸合;这样吸合、释放,从而达到了在电路中的导通、切断的目的.在220 V照明电源正常情况下,应急照明灯通过分电器给蓄电池充电,此时,电磁铁吸引衔铁,将灯泡与蓄电池所在电路形成断路,灯泡不发光.当照明电源突然停电时,电磁铁没有磁性,衔铁在弹簧的作用下向上抬起,使灯泡和蓄电池所在的电路形成通路,灯泡发光,从而实现自动应急照明,
答案:有电时,应急灯熄灭,蓄电池充电;停电时,应急灯由蓄电池供电而点亮.
例4(2014.泰安)如图5,闭合开:关,将滑动变阻器的滑片P向右移动时,弹簧测力计的示数变小.则下列分析正确的是().
A.电磁铁的上端为S极
B.电源左端为“+”极
C.断开开关,弹簧测力计的示数为零
D.若滑动变阻器的滑片P不动,抽去电磁铁铁芯,弹簧测力计的示数增大
思路分析:滑动变阻器的滑片P向右移动时,电路中的电阻变小,则电路中的电流变大,从而可以确定电磁铁的磁性变强.而条形磁体的下端为N极,并FL弹簧测力计的示数变小,由于异名磁极相互吸引,同名磁极相互排斥,所以电磁铁的上端为N极,故A不符合题意,由安培定则可知,电流由电磁铁的下端流人,故电源右端为正极,左端为负极,故B不符合题意,断开开关,电路中没有电流,所以电磁铁无磁性,即电磁铁对条形磁体既不吸引也不排斥,但由于条形磁体的F1重,故弹簧测力计有示数,故C不符合题意.抽去铁芯后,电磁铁的磁性变弱,而电磁铁的上端为N极,并月一同名磁极相互排斥,电磁铁对条形磁体的排斥力减小,弹簧测力计的示数将变大,故D符合题意.选D.
第3节 磁场对电流的作用 电动机
重点考点
通电导体在磁场中会受到力的作用.两个磁体间的相互作用是通过磁场而发生的,电流周围也存在着磁场,当把通电导体放人磁场中时,相当于把一个磁体放入了此磁场中,由于磁场对磁体会产生力的作用,所以通电导体在磁场中也会受到力的作用,而作用的实质,还是两个磁场间发生了力的作用.
通电导体在磁场中的受力方向与磁场方向和电流方向都有关系,人们发明制造的电动机就是利用通电线圈在磁场中受力转动的原理制成的,它把电能转化为机械能,电动机分为交流和直流两种.磁场对电流的作用简单理解就是“因电而动”,
动圈式扬声器足利用通电导体在磁场中受力运动的原理把电信号转换成声信号的一种装置.
中考常见题型
例5(2014-安徽)图6为直流电动机的工作原理图.以下相关的分析中正确的是().
A.电动机工作过程中.消耗的电能全部转化为内能
B.电动机工作过程中,消耗的电能全部转化为机械能
C.电动机工作过程中,线圈中也产生感应电流
D.电动机工作过程中,线圈中的电流方向保持不变
思路分析:直流电动机是根据通电线圈在磁场中受力转动的原理制成的,通电线圈在磁场中受力转动,将电能转化为机械能.电动机工作过程中,消耗的电能几乎全部转化5转化为机械能,只有很少一部分电能转化为内能,A、B错.电动机工作过程中,线圈切割磁感线,线圈中也产生感应电流,C对.存制作直流电动机时安装了换向器,当线圈转过平衡位置时及时改变线圈中电流的方阳,从而改变线圈的受力方向,使线圈能够保证持续转动.矿选项D错误.选C.
第4节 电磁感应现象发电机
重点考点
闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时,导体中就产生电流,这种现象叫作电磁感应,产生的电流叫作感应电流,感应电流的方向跟磁场方向和导体切割感线运动方向有关(三者互相垂直),改变磁场方向或改变导体切割磁感线方向都会改变感应电流的方向.发电机、动圈式话筒就是利用电磁感应原理制成的.其实质可以婵解为“因动而电”或“磁生电”.发电机工作时,将机械能转化为电能.
这部分知识在中招考试中出现的频率很高,每年的试题可以变换新颖的背景,而形式最多的是将发电机和电动机的原理进行比较,考查同学们是否理解其实质.中考常见题型
例6(2014.邵阳)下列哪种电器设备是利用电磁感应现象来工作的?()
A.电热器 B.电动机 C.发电机 D.电磁铁
思路分析:先要知道电磁感应现象原理的含义.闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时,会产生感应电流,这叫电磁感应现象,其前提条件是施加运动,结果是产生电流.电热器的主要部件是发热体,足利用电流的热效应工作的,故A不符合题意.电动机是利用通电线圈在磁场中受力转动来工作的,是利用通电导线在磁场中受力的作用的原理工作的,故B不符合题意,发电机就是通过线圈在磁场中做切割磁感线的运动,此时电路中会产生电流,故是电磁感应现象,故C正确.电磁铁足利用电流的磁效应的原理制成的,故D不符合题意,故选c,
小结:明确各设备的结构及工作原理,掌握电流的三种效应,即可解决本题.
第5节 信息的传递
重点考点
1.电话的结构及工作原理:最简单的电话由话筒和听筒组成.话筒把声音变成相应的电流信号,听筒再把电信号变成声音.
2.模拟信号和数字信号:信号电流的变化情况与声音的变化情况完全一样的信号叫模拟信号:信号是用不同符号的不同组合来表示,这种信号叫数字信号.使用数字信号的通信方式叫数字通信.
3.电磁波:变化的电流产生电磁波,电磁波的家族庞大、应用广泛,如无线电台、无线电视节日发射、雷达、手机等,都利用电磁波传递信号,电磁波的传播不需要介质.电磁波在真空中的传播速度等于光速,即c=3xl0 8 m/s.电磁波的传播速度c、波长λ、频率f的关系为c=λf.
中考常见题型
例7 (2014.广安)随着数字时代的到来,3G与4G的相继出现,现在我们已经可以很方便地使用 3G或4G.手机进行无线网络登陆,对手机上网的说法中,正确的是().
A.使用电磁波传输数字信号
B.使用超声波传输数字信号
C.使用红外线传输数字信号
关键词:静电;屏蔽;静磁;电磁
中图分类号:TL351文献标识码: A
电磁场的屏蔽,是一个既具有实际意义又具有理论意义的问题。
一、静电屏蔽
在静电平衡状态下,不论是空心导体还是实心导体;不论导体本身带电多少或者导体是否处于外电场中,必定为等势体,其内部场强为零,这是静电屏蔽的理论基础。
因为封闭导体壳内的电场具有典型意义和实际意义,我们以封闭导体壳内的电场为例对静电屏蔽作一些讨论。
(一)封闭导体壳内部电场不受壳外电荷或电场影响。
如壳内无带电体而壳外有电荷q,则静电感应使壳外壁带电。静电平衡时壳内无电场。这不是说壳外电荷不在壳内产生电场,根据电场迭加原理,任何点电荷要按点电荷场强在空间任何点激发电场。由于壳外壁感应出异号电荷,它们与q在壳内空间任一点激发的合场强为零。因而导体壳内部不会受到壳外电荷q或其他电场的影响。壳外壁的感应电荷起了自动调节作用。
如果把上述空腔导体外壳接地,则外壳上感应正电荷将沿接地线流入地下。静电平衡后空腔导体与大地等势,空腔内场强仍然为零。
如果空腔内有电荷,则空腔导体仍与地等势,导体内无电场。这时因空腔内壁有异号感应电荷,因此空腔内有电场。此电场由壳内电荷产生,壳外电荷对壳内电场仍无影响。
由以上讨论可知,封闭导体壳不论接地与否,内部电场不受壳外电荷影响。
(二)接地封闭导体壳外部电场不受壳内电荷的影响
如果壳内空腔有电荷q,因为静电感应,壳内壁带有等量异号电荷,壳外壁带有等量同号电荷,壳外空间有电场存在,此电场可以说是由壳内电荷q间接产生。也可以说是由壳外感应电荷直接产生的。
但如果将外壳接地,则壳外电荷将消失,壳内电荷q与内壁感应电荷在壳外产生电场为零。可见如果要使壳内电荷对壳外电场无影响,必须将外壳接地。这与第一种情况不同。
这里还须注意:①我们说接地将消除壳外电荷,但并不是说在任何情况壳外壁都一定不带电。假如壳外有带电体,则壳外壁仍可能带电,而不论壳内是否有电荷。②实际应用中金属外壳不必严格完全封闭,用金属网罩代替金属壳体也可达到类似的静电屏蔽效果,虽然这种屏蔽并不是完全、彻底的。③在静电平衡时,接地线中是无电荷流动的,但是如果被屏蔽的壳内的电荷随时间变化,或者是壳外附近带电体的电荷随时间而变化,就会使接地线中有电流。屏蔽罩也可能出现剩余电荷,这时屏蔽作用又将是不完全和不彻底的。
总之,封闭导体壳不论接地与否,内部电场不受壳外电荷与电场影响;接地封闭导体壳外电场不受壳内电荷的影响。这种现象,叫静电屏蔽。
静电屏蔽有两方面的意义,一是实际意义:屏蔽使金属导体壳内的仪器或工作环境不受外部电场影响,也不对外部电场产生影响。有些电子器件或测量设备为了免除干扰,都要实行静电屏蔽,在高压带电作业中,工人穿上用金属丝或导电纤维织成的均压服,可以对人体起屏蔽保护作用。在静电实验中,因地球附近存在着大约100V/m的竖直电场。要排除这个电场对电子的作用,研究电子只在重力作用下的运动,则必须有eE<meg,可算出E<10-10V/m,这是一个几乎没有静电场的“静电真空”,这只有对抽成真空的空腔进行静电屏蔽才能实现。事实上,由一个封闭导体空腔实现的静电屏蔽是非常有效的。
二是理论意义:间接验证库仑定律。高斯定理可以从库仑定律推导出来的,如果库仑定律中的平方反比指数不等于2就得不出高斯定理。反之,如果证明了高斯定理,就证明库仑定律的正确性。根据高斯定理,绝缘金属球壳内部的场强应为零,这也是静电屏蔽的结论。若用仪器对屏蔽壳内带电与否进行检测,根据测量结果进行分析就可判定高斯定理的正确性,也就验证了库仑定律的正确性。
二、静磁屏蔽
静磁场是稳恒电流或永久磁体产生的磁场。静磁屏蔽是利用高磁导率μ的铁磁材料做成屏蔽罩以屏蔽外磁场。它与静电屏蔽作用类似而又有不同。
静磁屏蔽的原理可以用磁路的概念来说明。如将铁磁材料做成截面回路,则在外磁场中,绝大部份磁场集中在铁磁回路中。这可以把铁磁材料与空腔中的空气作为并联磁路来分析。因为铁磁材料的磁导率比空气的磁导率要大几千倍,所以空腔的磁阻比铁磁材料的磁阻大得多,外磁场的磁感应线的绝大部份将沿着铁磁材料壁内通过,而进入空腔的磁通量极少。这样,被铁磁材料屏蔽的空腔就基本上没有外磁场,从而达到静磁屏蔽的目的。
静磁屏蔽在电子器件中有着广泛的应用。例如变压器或其他线圈产生的漏磁通会对电子的运动产生作用,影响示波管或显像管中电子束的聚焦。为了提高仪器或产品的质量,必须将产生漏磁通的部件实行静磁屏蔽。
静电屏蔽的效果是非常好的。这是因为金属导体的电导率要比空气的电导率大十几个数量级,而铁磁物质与空气的磁导率的差别只有几个数量级,通常约大几千倍。所以静磁屏蔽总有些漏磁。为了达到更好的屏蔽效果,可采用多层屏蔽,把漏进空腔里的残余磁通量一次次地屏蔽掉。所以效果良好的磁屏蔽一般都比较笨重。但是,如果要制造绝对的“静磁真空”,则可以利用超导体的迈斯纳效应。即将一块超导体放在外磁场中,其体内的磁感应强度B永远为零。
三、电磁屏蔽
电磁场在导电介质中传播时,其场量(E和H)的振幅随距离的增加而按指数规律衰减。从能量的观点看,电磁波在导电介质中传播时有能量损耗,因此,表现为场量振幅的减小。导体表面的场量最大,愈深入导体内部,场量愈小。这种现象也称为趋肤效应。利用趋肤效应可以阻止高频电磁波透入良导体而做成电磁屏蔽装置。它比静电、静磁屏蔽更具有普遍意义。
电磁屏蔽是抑制干扰,增强设备的可靠性及提高产品质量的有效手段。合理地使用电磁屏蔽,可以抑制外来高频电磁波的干扰,也可以避免作为干扰源去影响其他设备。如在收音机中,用空芯铝壳罩在线圈外面,使它不受外界时变场的干扰从而避免杂音。音频馈线用屏蔽线也是这个道理。示波管用铁皮包着,也是为了使杂散电磁场不影响电子射线的扫描。在金属屏蔽壳内部的元件或设备所产生的高频电磁波也透不出金属壳而不致影响外部设备。
为了得到有效的屏蔽作用,屏蔽层的厚度必须接近于屏蔽物质内部的电磁波波长(λ=2πd)。如在收音机中,若f=500kHz,则在铜中d=0.094mm(λ=0.59mm)。在铝中d=0.12mm(λ=0.75mm)。所以在收音机中用较薄的铜或铝材料已能得到良好的屏蔽效果。因为电视频率更高,透入深度更小些,所需屏蔽层厚度可更薄些,如果考虑机械强度,要有必要的厚度。在高频时,由于铁磁材料的磁滞损耗和涡流损失较大,从而造成谐振电路品质因素Q值的下降,故一般不采用高磁导率的磁屏蔽,而采用高电导率的材料做电磁屏蔽。在电磁材料中,因趋肤电流是涡电流,故电磁屏蔽又叫涡流屏蔽。
在工频(50Hz)时,铜中的d=9.45mm,铝中的d=11.67mm。显然,采用铜、铝已很不适宜了,如用铁,则d=0.172mm,这时应采用铁磁材料。因为在铁磁材料中电磁场衰减比铜、铝中大得多。又因是低频,无需考虑Q值问题。可见,在低频情况下,电磁屏蔽就转化为静磁屏蔽。
电磁屏蔽和静电屏蔽有相同点也有不同点。相同点是都应用高电导率的金属材料来制作;不同点是静电屏蔽只能消除电容耦合,防止静电感应,屏蔽必须接地。而电磁屏蔽是使电磁场只能透入屏蔽体一薄层,借涡流消除电磁场的干扰,这种屏蔽体可不接地。但因用作电磁屏蔽的导体增加了静电耦合,因此即使只进行电磁屏蔽,也还是接地为好,这样电磁屏蔽也同时起静电屏蔽作用。
四、结语
综上所述,静电屏蔽、静磁屏蔽、电磁屏蔽的物理内容、物理条件、屏蔽作用是不同的,所用材料也要从具体情况出发。但它们都是屏蔽电磁场,是有本质联系的。
参考文献:
(1.北京市产品质量监督检验院,北京101300;2.国家中文信息处理产品质量监督检验中心,北京101300)
摘要:随着信息技术的不断发展,多种电磁辐射源同时存在的电磁辐射环境日益复杂,各类场所的人为电磁能量显著增加。为了实现对复杂电磁辐射环境的分析,预防或减少电磁辐射的伤害,通过对单一辐射源检测方法开展研究,创新性地提出了复杂电磁辐射环境的概念及检测方法,包括相对中心检测法和相对轴线检测法,并结合单一辐射源检测结果,对现代城市环境中常见的复杂电磁辐射环境开展了检测,最后对电磁辐射情况进行总结并提出建议。
关键词 :复杂电磁辐射环境;电磁辐射;辐射源;辐射强度
中图分类号:TN03?34 文献标识码:A 文章编号:1004?373X(2015)15?0123?03
收稿日期:2015?01?12
0 引言
随着信息技术的广泛应用和现代城市化进程的加快,各种频率电磁波的交互作用使城市空域、公共环境及居民住宅在内的各类场所的人为电磁能量显著增加。城市电磁环境污染已成为继PM2.5之后,又一环境污染因子,与人们熟知的大气污染、水污染和噪音污染相比,电磁污染由于不易被人们直接感知、隐蔽性强,短期效应不显著容易被人们疏忽。但是,随着消费者健康、环保意识的不断加强,对于电磁辐射的关注度也在不断增加。
现阶段电磁辐射的研究和检测还主要集中于对单一电磁辐射源的定性研究,随着技术的不断发展,电磁环境复杂性日益提高,对多种电磁辐射源同时存在的复杂电磁辐射环境的研究势必成为电磁辐射污染研究的热点。本文中复杂电磁辐射环境是指由多辐射源引起的多频率、多场强的电磁环境。当众多电磁辐射源处于同一区域环境中时,其产生的电磁波彼此之间交错作用,其呈现出的电磁环境变得相当复杂[1]。本文在对单一辐射源电磁辐射情况进行研究的基础上,针对复杂电磁辐射环境的检测方法进行分析和研究。
1 单一辐射源
1.1 检测方法
单一辐射源的电磁辐射情况采用多点检测法,如图1所示,单一辐射源多点检测法是通过不同的方位(根据消费者实际使用、接触情况),对辐射源的电磁辐射情况进行检测,获得的检测数据主要包括辐射源的工作频率、电磁信号种类、功率,检测结果能够较全面地反映辐射源的电磁辐射情况[2]。
1.2 检测设备
针对工频、低频电磁场强度检测,需要使用各向同性响应或者有方向性电场探头或者磁场探头的宽带电磁辐射测量仪;检测移动基站等射频电磁辐射强度检测,则应使用具有各向同性响应或有方向性探头(天线)的非选频式宽带辐射测量仪[3]。
1.3 检测数据和结果分析
针对17 类典型电器产品的电磁辐射情况进行检测,对数据进行汇总并分析如下:
(1)单一辐射源辐射强度与检测距离成反比。在对典型单一辐射源电磁辐射强度进行检测时,以辐射源为坐标轴零点,在一系列与辐射源间距不同的位置点进行检测,辐射源的电磁辐射强度与检测点距辐射源的距离成反比,由检测结果可知,日常生活中大部分辐射源的电磁辐射强度在检测距离为0.5~1 m 时降低到可接受水平。以某品牌吸尘器产品为例,检测数据如图2所示。
(2)单一辐射源辐射强度与检测位置相关。在对典型辐射源电磁辐射强度进行检测时,以辐射源为相对中心,对不同检测位置的电磁辐射强度进行实地检测,这里所说的不同位置是指以辐射源为圆心,半径为恒定值的圆上不同方位的点,不同检测位置电磁辐射强度存在差异。表1列举了本次检测到的17类产品中不同位置检测点电磁辐射强度差异较大的辐射源。由此可见,大部分辐射源的电磁辐射强度最大值出现在辐射源侧面、发动机所在处和信号(音频、无线)发射区。
2 复杂电磁辐射环境
2.1 家居复杂电磁辐射环境
2.1.1 电磁辐射来源
伴随着智能家居概念的不断推广,家居数字化程度不断提高,就目前智能家居系统的安装来说,其在安装调试过程中主要有无线方式和有线方式,由于有线方式布线繁杂、连接端多、工作量大、成本高、维护困难等特点无法进行大规模的推广,而无线方式则由于不受这些原因限制得到广泛的应用。常见的用于传输信号的无线电技术包括:蓝牙(工作频率2.4 GHz),WiFi(工作频率:2.4 GHz,5.8 GHz)等,在低功率情况下无线传输受限于距离,这种情况下产生的无线电辐射非常小,假如要求有足够的距离,就要提高设备功率,相应会产生比低功率情况下强的电磁辐射。
再加上家庭中原有的各种家用电器、低频电磁场设备(如电线、开关等)、广播电视信号、通信信号等,所有这些信号重叠在一起使本来居住环境中的电磁辐射环境更加复杂。
2.1.2 检测方法
虽然家庭中不同时间段电磁环境是复杂的而且是多变的,但由于辐射源总数量相对固定,对不同信号的不同组合累积实时进行测量即可,最终选取最差值进行统计。根据家庭环境中电磁辐射源相对集中的特点,设计了如图3所示的相对中心检测法和如图4所示的相对轴线检测法。
对家居环境复杂电磁辐射情况进行多次重复检测[4],检测过程中需记录的数据包括:
(1)频率占用度
频率占用度测量的目的是了解一个频域内辐射源的多少和密集程度,由于环境中辐射源工作情况存在不同的组合,需要针对每种组合情况进行检测积累,将频谱进行分类统计和记录。
(2)电磁信号类型
对于不同辐射源发射的电磁信号的种类进行记录,其大小反映了复杂电磁辐射环境组成中电磁信号的复杂程度。
(3)功率密度
功率密度用以描述复杂电磁辐射环境的功率强度,功率密度的定义为:功率与带宽的比值,即功率带宽。
通过对以上参数的分析和统计,并结合检测值进行分析,可确定该复杂电磁辐射环境中主要的辐射源及辐射贡献。
2.2 公共环境中复杂电磁辐射环境
2.2.1 电磁辐射来源
公共环境主要包括商场、超市和街道等公共场所,除包含特殊设备外,由于公共环境相对开阔,复杂电磁辐射危害相对较弱。
2.2.2 检测方法
根据公共环境中辐射源分布相对分散的特点,设计了如图5所示的随机不规则多点检测法对复杂电磁辐射情况检测。
检测过程中需记录的数据同样包括频率占用度、电磁信号类型和功率密度。
2.3 检测建议
采用本文提出的复杂电磁辐射环境检测方法,针对日常生活中接触较多的超市、家庭、公共道路和地铁站等复杂电磁辐射环境进行检测,检测结果显示,家庭中由于电器相对聚集,当多种电器同时开启时,电磁辐射强度增加较为明显;除非近距离接触公共环境中的特殊辐射源(例如公共道路中的高压变电站等),普遍公共环境较为开阔,电磁辐射强度均在可接受范围之内。提出建议如下:
(1)应注意不要把电器摆放得过于集中,使自己暴露在超剂量辐射的危险环境中;
(2)不应同时开启大量电器,同时处于工作状态容易造成电磁辐射量显著增大;
(3)不宜在卧室集中摆放电器;
(4)对于公共场所中的辐射源使用完应尽快远离、及时通过,由于工作关系需要长期接触的,需尽量远离辐射环境,保持安全距离。
3 结语
本文基于对单一辐射源和复杂电磁辐射环境的检测方法开展研究,并采用相应的检测方法针对现代城市环境中常见的单一辐射源进行检测,得到检测结论,并对现代城市环境中电磁辐射情况进行了总结。
参考文献
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[2] 中国航天工业总公司.QJ 2803?1996电磁环境场测量方法[S].北京:中国航天工业总公司,1996.
[3] 国家环境保护局.HJ/T 10.2?1996 辐射环境保护管理导则:电磁辐射测试仪器和方法[S].北京:国家环境保护局,1996.
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[5] 崔本亮.电器电磁辐射对人的影响及保护措施的研究[J].现代电子技术,2011,34(20):140?146.
[6] 杨晟健,钟清华.基于FFT和电磁辐射的低压电弧故障检测[J].现代电子技术,2012,35(18):86?88.
【关键词】电子设备 电磁 干扰 防范
目前大多数认为汽车的主要电磁干扰是其点火系统,实际上,在汽车上的所有的电子有关的产品都会产生电磁的干扰,这么电磁的干扰不仅仅是对车辆之外的一些无线的设备有影响,其也会造成车辆内部的不同的电子产品之间的相互影响。
1 汽车内的电子器件之间电磁干扰现象
汽车内的电子器件之间电磁是存在着相互干扰的现象的。比如:
(1)具有ABS 系统的轿车, 在模拟雨天的虚拟时, 打开了雨刮器,当汽车达到了一定速度的时候 ABS 作用突然失灵。
(2)一种国产小汽车,发电机调节器总是出现损坏的例子,最后调查发现没当雨刷工作的时候,损坏更频繁的发生。
原因是断电的时候雨刷产生反向的电流,对电源的系统有干扰脉冲, 造成部分的电子产品无法正常工作,更严重会造成直接损坏。
2 汽车电子设备中的EMI 产生的危害
EMI:是电池干扰,或者电磁噪声。它与工业发展带来的污染是不同的,电磁噪声是看不见摸不着的,但是确实存在着,而且对人们的生活产生一定的危害和影响。不仅会使汽车上的零部件失灵,更会对我们的身体健康造成危害。汽车上不同的电子产品,其工作方式和原理不尽相同,当他们同时工作的时候,会产生彼此之间的干扰,当电子产品中的电路中电流产生震荡的时候,这种震荡会以电磁波的形式向四周辐射,会对收音机,手机等一些电子产品产生电磁干扰。同时广播电台发射产生的无线电波, 会对汽车上的一些电子仪器产生电磁干扰, 使其电子产品失去控制或者损坏。所以,现代的汽车都配置好的屏蔽装备。可以起到对电磁波的屏蔽。
3 车内电磁干扰传播方式特点
3.1 感性负载沿电源线传播
3.2 静电放电对车内电子产品产生的影响
和导电体相遇的时候释放电流。电流积累过多的时候,可以由空气放电,有时候遇到火花产生的现象, 人体与火花接触的时候就会产生明显的触电感觉。我们平日里在用汽车的时候, 经常遇到静放电过程。
3.3 辐射的干扰
电磁波形式的辐射,其频率在150kHz~1000MHz。汽车的EMI 干扰源:点火系统, 主要的表现有规律的爆声或滴答声, 且音调受擎速度的影响。一般的解决方法是安装有电阻火花塞。电阻火花塞可以减小早上的影响, 多数噪声都是由于点火系统元件故障引起的。
4 无线电的干扰的原因和分类
无线电的干扰频率一般是在(9kHz~3000GHz)范围内, 无线电的干扰分类,可以根据干扰源分为:自然干扰和人为干扰两中干扰方式。其中人为的干扰方式又分为无线电的设备干扰和非无线电设备干扰。无线电设备干扰方式主要的有:
4.1 同频的干扰
信号源不同的信号但是频率相同的,可以进入收信机中频通带的我们叫做同频干扰。当两个不同的信号出现载频差的时候,就会存在干扰失真。干扰的信号越大,其信噪比就会越小。当干扰信号达到一定的程度的时候,就会出现接收的阻塞干扰。
4.2 带内产生的干扰,叫做邻频干扰
邻频干扰可以使收信机信噪比下降,灵敏度降低; 信号强的时候也会出现阻塞干扰。
5 汽车电子产品减小无线电干扰的措施
抵抗车内的供电系统的干扰因素, 常用的是用蓄电池作为阻抗、来吸收各种瞬变电压产生的干扰。现在多用蓄电池,对于减小干扰的措施。多采用下列的方法来防止这种干扰的产生:
5.1 安装减扰的电阻
5.2 加装减扰电容器
5.3 用金属来屏蔽
对可以发射电磁波的电器和导体,用金属材料的网或者金属材料屏蔽罩包起来。屏蔽后的电磁波或高频电磁振荡会使产生的电磁感应在金属材料的屏蔽内产生一个涡流,涡流可以把电池波消耗殆尽,不再向外发射, 进而减小了对无线电波的干扰。想要更好地避免干扰, 必须遮掩完全。另外, 可以将发动机体用铜丝编带和驾驶室的金属材料紧固的地连接在一起, 用作金属屏蔽, 来防止干扰。配备灵敏度比较好的无线电设备的防干扰装置见图2,配备有收音机的汽车防干扰系统见图3。
6 总结
汽车行业和电子行业的迅速发展,使得电子产品在汽车上的运用越来月广泛,但是不同电子产品之间会出现电磁干扰的问题,本文简单的谈论了目前汽车上的电子产品的一些相互之间干扰的现象,和危害,以及预防电磁干扰的方法和防范的方法。尽可能的降低电磁的干扰。目前大多数认为汽车的主要电磁干扰是其点火系统,实际上,在汽车上的所有的电子有关的产品都会产生电磁的干扰,这么电磁的干扰不仅仅是对车辆之外的一些无线的设备有影响,其也会造成车辆内部的不同的电子产品之间的相互影响。
参考文献
[1]林艳萍.汽车电磁兼容试验室及测试技术[J].安全与电磁兼容,2003(01):1-6.