电磁辐射原理

前言：想要写出一篇令人眼前一亮的文章吗？我们特意为您整理了5篇电磁辐射原理范文，相信会为您的写作带来帮助，发现更多的写作思路和灵感。

电磁辐射原理范文第1篇

关键词：电磁辐射防护技术措施

电磁辐射又称电子烟雾，是一种复合的电磁波，以相互垂直的电场和磁场随时间的变化而传递能量。人体生命活动包含一系列的生物电活动，这些生物电对环境的电磁波非常敏感，因此，电磁辐射可以对人体造成影响和损害，如头晕、失眠、健忘等，严重者甚至导致心血管疾病、糖尿病、癌突变等，同时，还会影响通讯信号、破坏建筑物和电器设备以及植物的生存等，必须采取措施进行防护。

电磁辐射防护的出发点就是要减低电磁辐射对人们的正常生活的影响，更重要的是，要减少其对人们身体健康的危害。

一、电磁辐射的防护技术

屏蔽防护技术

屏蔽防护技术的目的是采用一定的技术手段，将电磁辐射的作用和影响限制在指定的空间之内，屏蔽防护技术是目前使用最为广泛的电磁辐射防护技术。

电磁辐射的屏蔽防护技术须采用合适的屏蔽材料，一般认为，铜、铝等金属材料宜用作屏蔽体以隔离磁场和屏蔽电场。专家的研究表明，铝箔纸及铝箔纸加太空棉对高频电磁场的电场分量和磁场分量之屏蔽效果十分显著。

吸收防护技术

吸收防护技术是将根据匹配原理与谐振原理制造的吸收材料，置于电磁场中，用以吸收电磁波的能量并转化为热能或者其他能量，从而达到防护目的的技术。采用吸收材料对高频段的电磁辐射，特别是微波辐射与泄露抑制，效果良好。

接地防护技术

接地防护技术的作用就是将在屏蔽体内由于应生成的射频电流迅速导入大地，使屏蔽体本身不致再成为射频的二次辐射源，从而保证屏蔽作用的高效率。射频防护接地情况的好坏，直接关系到防护效果。射频接地的技术要求有：①射频接地电阻要最小；②接地极一般埋设在接地井内；③接地线与接地极以用铜材为好；④接地极的环境条件要适当。

距离防护技术

从电磁辐射的原理可知，感应电磁场强度与辐射源到被照体之间的距离的平方成反比；辐射电磁场强度与辐射源到被照体之间的距离成反比。因此，适当地加大辐射源与被照体之间的距离可较大幅度地衰减电磁幅射强度。

二、电磁辐射防护措施

（一）注意饮食习惯

减轻电磁辐射影响的最简单的办法就是在每天喝2至3杯绿茶。因为茶叶中含有丰富的维生素A原，它被人体吸收后，能迅速转化为维生素 A。维生素A不但能合成视紫红质，还能使眼睛在暗光下看东西更清楚。

使用专业的电磁辐射防护产品

电磁辐射防护服装

一般来讲，金属化织物具有防电磁辐射的功能，其原理主要是采用高科技纺织技术将金属纤维网融合在纺织物中。目前，市场上大多数防辐射服也都是根据这个原理制作而成，实现防护电磁辐射效果。

穿用注意事项

穿用防辐射服时，纽扣要完全扣好，同时应避免接触酸、碱、油脂或其他腐蚀性的化学品。用后挂起来，尽量不要折叠，以免破坏屏蔽层；

采用中性或弱碱性洗涤剂洗涤，防辐射服切忌揉搓绞扭，最后用清水冲后放在通风阴凉处晾干，不能暴晒。可脱卸式的，只洗外罩，不洗屏蔽层。

电磁辐射防护卡

电磁辐射防护卡是由多种高能材料组成，利用电磁能量转换热能的原理，吸收并消除辐射，形成一个以卡为中心的电磁波减弱平面区，从而起到防护电磁辐射的作用。性能类似于隐形飞机涂层，是一种能够吸收并消除电磁辐射污染的高科技产品。产品能阻隔消除电器产生的低频、中频、高频等7个频段的电磁辐射。适用于家庭和工作环境。

电磁辐射防护玻璃

电磁辐射防护玻璃是由玻璃或树脂和经特殊工艺制成的屏蔽丝网在高温、高压下合成；不仅能提供有效的电磁屏蔽，还可以提供有效的透光。已被广泛应用于通信、IT行业、科研实验室、电力、医疗等电磁辐射过量的工作场所。主要用于建筑物重点部位的观察窗，例如采光屏蔽窗、屏蔽室可视窗、可视隔断屏风等；还有电子设备的显示窗口。

电磁辐射防护屏

电磁辐射防护屏采用隐行飞机吸波技术，能有效吸收电脑显示器发出的对人体有害的电磁辐射和静电，尤其是电磁辐射对面部皮肤的伤害，并且使电脑光线更加柔和，防止眼睛疲劳，同时保证非常高的透光率，完全不影响显示器的显示效果。

常用电子设备的电磁辐射防护

电脑的电磁辐射防护

经常接触和操作电脑的人员配备专业电磁辐射防护装备，如服装、防护卡、防护屏等措施，以减少或杜绝电磁辐射的伤害；

调整好屏幕的亮度，一般来说，屏幕亮度越大，电磁辐射越强，反之越小。如果使用的是CRT显示屏，建议在显示屏上加装电磁辐射防护屏。

操作电脑时定时用清水洗脸，并且经常擦拭屏幕，减轻所受电磁辐射。

使用完电脑之后，将机箱、显示器、音箱等电源全部关闭，杜绝电磁辐射。

手机的电磁辐射防护

尽量不要在信号很弱的地方使用手机。信号差会使手机的功率自动加大，从而造成其辐射的强度增大。

不要把手机挂在脖子上或腰间。手机的辐射范围是一个以手机为中心的环状带，而手机与人体之间的距离决定了人体受到辐射的程度。

接电话时避免频繁移动。频繁地移动位置会造成手机信号的强弱起伏，从而会加大手机的辐射量。

电磁辐射原理范文第2篇

关键词 电磁辐射；煤岩动力灾害；煤与瓦斯突出；冲击地压

中图分类号：TD324 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）21-0083-02

随着我国煤炭开采历史的增长，矿井的深度越来越深，随之而来的是越来越显著的煤岩动力灾害（主要包括煤与瓦斯突出，冲击矿压等）。虽然近年来我国百万吨死亡率逐年下降，但由煤岩动力灾害产生的直接或间接事故已约占全年煤矿事故的2/3，直接导致煤矿安全、经济的严峻态势，所以建立健全有效的动力灾害预报系统对煤矿和工人都有重要的意义。本文所描述的煤岩电磁辐射（EME）法就是一种近年由中国矿业大学率先研究应用的新方法。

目前，我国对冲击地压的监测方法主要有钻屑法、顶板动态仪法、钻孔应力计法等方法，这几种都属于接触式间接反映岩体应力变化的探测法，具有相对较明显的缺陷：钻屑法要想达到较高的预测精度需要较大范围的打孔，工作量较大，而且，其计算要求的数据都与人工的操作时间性有较大关系，相对误差较大；顶板动态测量系统则是在顶板外壁有较显著变形才能被人警觉，达到其极限报警值时往往发育接近完成，而钻孔应力计法一方面在测量过程中对密封要求高，另一方面，本身打孔测应力就对对煤岩应力有一定的破坏，所以结果定与实际情况有出入。

而电磁辐射法则是一种非接触可连续预测的方法，实验验证和实际应用效果都很好。

1 电磁辐射（EME）预测法基本原理

电磁辐射（EME）方法是一种地球物理法，其发现和研究首先是由前苏联的科学家在研究岩石的形变时发现的，主要应用于桥梁隧道等工程方面，后来经过发展才应用于煤矿及其他有电磁辐射现象的地方。

煤、岩等其他一些固体中都含有束缚态的带电离子和呈自由态的带电电子，当其受到外部应力压迫时，因受载的不均匀，煤体或岩体的各部分发生不规则的变形及其破裂，导致固体内部电荷发生迁移，而裂缝的发展也会带动带电粒子的变速运动，这样就会产生电磁辐射的现象。研究已经表明当应变不均匀时，自由电荷与压缩区域的压力是成正相关的，这样高浓度的自由电荷必然会向低浓度区域扩散，这样电荷的电场在运动中产生磁场，从而产生电磁辐射。在实际中已经发现：应力越集中，变形破坏过程越强烈，的到的电磁辐射信号越强，集中量化指标体现在电磁辐射强度和脉冲。

在煤矿应用EME方法预报地压危险时应用的方法如下：

1）临界值法。这种方法是在地压危险较小或没有的区域布置测量点，连续观测10个班的数据，然后将监测到的电磁辐射值、脉冲的个数、电磁辐射的幅值平均值平均，之后乘以系数k，得到的数据即作为为临界报警值。系数取值一般为1.4～1.5。

2）偏差方法。这种方法是以前一班监测到的电磁辐射的平均值为基础，以当班实时监测到的数据减去基础值得到差值，和基础值比较，从而事先预警。

2 电磁辐射（EME）预测法的优势

与传统的预防冲击地压的方法来比，电磁辐射（EME）的预测有明显的优势。

首先符合煤矿自动化发展的方向，它不需要打钻等一系列费时费力的强体力劳动，在一定程度上解放了生产力，节省财力。

再者，与传统的方法相比电磁辐射（EMS）预测突出的系统为非接触式的，能够克服煤岩体在空间分布不均、时间上不稳定等因素的影响，在不额外扰动煤岩状态的前提下，不占用较多人力实现大区域动态连续实时的监测；

而且，相对传统的监测方法，电磁辐射（EME）法可以使用远程控制系统：EME方法反应灵敏，即使煤体发生缓慢的变化也会有信号显示，其监测到的井下各区域电磁辐射强度和脉冲能够综合反应煤岩的变形破裂情形，现代系统结合PLC显示器和工业网络，根据电磁辐射预测法基本原理，主要对这两项指标的监测数据进行人机对话或临突阈值系统自动作的方法对实际区域情况做出反应。

3 现场实验及应用描述

中国矿业大学教授钱建生、王恩元曾对电磁辐射法在煤矿的应用做过很多的验证，经过他们在平煤集团的研究表明：当一个煤层很稳定没有突出可能时，其煤岩电磁辐射强度很弱，脉冲数很少，应用EME方法几乎得不到数据；而当仪器测得的煤岩体的电磁辐射的信号变强，脉冲数随时间变高时，此时的煤体有较大的突出危险性，这时采取一定的措施就可以避免发生事故。通过长时间的观测以及实验分析得到的集团某矿的临突电磁辐射强度值和脉冲数值在后来的一系列预测预报中得到验证，是完全可靠的，这也说明EMS法在预防区域的煤岩动力灾害是可靠的。

抚顺某矿选择78002号二期、-680m东、西探巷及78002号初期回采未受保护的40m煤柱等地点利用电磁辐射预测法进行重点测试。在四个月的测试中，对54个测站，81个测点，共测试数据4800余批，500多万组数据，历经1.5级以上矿震29次，从每次矿震前的测试结果中得到的结论：矿震与电磁辐射强度不是线性的，但是其测试数据表现出一定的变化规律“电磁辐射强度出现连续、密集、大幅度的振荡”。通过分析知道，电磁辐射能量在一段时间内平稳上升时预示着冲激能量集聚，当其达到一定数值时，预示该地段具备了冲击地压发生条件。

应用电磁辐射法很好的是徐州三河尖煤矿。该矿自1911年9月首次发生冲击矿压以来，到2001年累计发生破坏性冲击矿压达25次，仅在西翼坚硬顶板区发生冲击矿压为19次，累计破坏巷道1700多米。中国矿业大学曾运用KBD5电磁辐射监测仪在该矿进行了电磁辐射预测冲击地压的试验与应用，取得了非常满意的结果，使该矿回采速度明显提高，实验结果显示：当煤矿某区域来压明显时，对应区域的电磁辐射就对应的出现辐射异常，具体的对应关系表现为，矿压越大，电磁辐射强度明显增强或出现强烈的振荡，实验过程中有3次预测有危险后采取了措施，未发生冲击地压，而在某先未采取泄压或泄压不完全的地方发生了突出，得到了验证。在根据EME预测无危险区域，未经任何认为干预，也没有发生冲击地压。现在该矿应用KBD-5电磁辐射仪，具体采用电磁辐射的临界值预测方法和变化率预测方法，在具有高度冲击危险条件的9112工作面和9202工作面成功地进行冲击矿压的检测与控制，并且在该矿《冲击矿压控制管理细则》中规定，当检测点的幅值达到80mV、脉冲数增加1倍及以上时，查明该区域范围，并分析该区域冲击矿压危险性，如果处于临界状态，则立即组织卸压，实现安全生产。

4 结束语

现在对煤岩电磁辐射现象的微观解释还不是很系统，这可能对EME方法在其他也有电磁辐射的领域应用会有一定的约束，但是基于煤岩电磁辐射法（EME）对煤矿煤岩动力灾害的监测、预报系统理论及实际应用都已经确定是可行的。而且这种应用的意义不仅在煤矿，对于地下交通正在加紧建设的中国来说也是很有借鉴性的，若能够有所突破，建立一套普适的系统将是一个非常有意义的科研课题。

参考文献

[1]王恩元，何学秋，刘贞堂.煤岩电磁辐射特性及其应用研究发展[J].自然科学进展，2006，16（5）：532-536.

[2]钱建深，王恩元.煤岩破裂电磁辐射的监测与应用[J].电波科技学报，2004，19（2）：161-165.

[3]阚士凯，张扬，朱劼，等.电磁辐射技术在煤矿系统中的应用[J].山西焦煤科技，2010.

[4]胡千庭.矿井瓦斯防治技术优选—煤与瓦斯突出和爆炸防治[M].徐州：中国矿业大学出版社，2008：45-46.

[5]王恩元，何学秋，聂百胜，等.电磁辐射法预测煤与瓦斯突出原理[J].中国矿业大学学报，2000，29（2）：225-229.

[6]撒占友，何学秋，张永亮，等.煤岩电磁辐射效应及其在煤与瓦斯突出预测中的应用[J].中国矿业，2006，15（1）：48-54.

[7]刘明举，刘彦伟，何学秋，等.用电磁辐射法预测煤与瓦斯突出的实验理论基础[J].安全与环境学报，2003，3（4）：7-10.

[8]白慧敏，李忠辉，沈荣喜，等.电磁辐射技术在煤与瓦斯突出预测中的应用[J].煤矿安全，2010.

[9]宋刚，张舒.电磁辐射法在冲击地压预测中的应用[J].山西煤炭，2010，30（9）：67-71.

[10]蓝航，齐庆新，潘俊锋，等.我国煤炭冲击地压特点级防治技术分析[J].煤炭科学技术，2011，39（1）：11-36.

[11]孙学会.复杂开采条件下冲击地压及其预防技术[M].北京：冶金工业出版社，2009：126-127.

[12]张周权，吴兴荣，陈立高.煤矿冲击矿压控制技术——三河尖矿模式[M].北京：煤炭工业出版社，2009.

电磁辐射原理范文第3篇

论文关键词:计算机　电磁辐射　信息安全　TEMPEST

论文摘要:利用电磁学的方法分析了计算机电磁信息辐射的原理?引入偶极子分析计算了计算机电磁信息辐射场的频谱与场强;研究了计算机电磁信息辐射接收机的接收原理?进一步定量分析了辐射场强与接收机带宽、噪声系数、接收天线定向性和增益之间的数值关系;阐述了计算机电磁信息泄露的方式和途径?概括了基于实际的军队计算机应用中电磁信息安全与防护的主要手段。

随着信息技术的发展和微型计算机的普及应要处理、传输、存储的军事机密的安全构成了严重的用?计算机已成为目前最关键、应用最广泛的信息处威胁?给国家和军队造成重大损失。理、传输和存储的电子设备。军队指挥自动化、国防为了确保涉及军事机密的信息的处理、传输、存工程的通讯与指挥、现代化的武器装备以及智能化储更安全有效?就必须重视军用计算机的电磁信息的信息技术产品等无不与计算机有关。由于计算机安全与防护?研制、开发和使用防信息泄漏的计算的特殊构造方式?它在工作时?会向周围空间辐射电机。在计算机信息安全领域?电磁信息辐射的研究磁波?这些电磁辐射信号包含丰富的频谱资源?携带属于TEMPEST(Transient ElectroMagnetic Pluse Em-大量有用信息?一旦被敌方接收并破译?就对计算机anationStandard)的研究范围。

1电磁信息泄露原理

1。1计算机辐射原理

麦克斯韦于1846年归纳出了麦克斯韦方程组。根据麦克斯韦方程组(方程组(1))可知?电路中只要有电流的变化就会有电磁波的产生?任何时变电磁场都会向四周空间辐射电磁信号?任何载有时变电磁信号的导体都可作为发射天线向周围空间辐射电磁信号。

由公式(2)、()3可以看出?偶极子所载信号幅度越大?频率越高;功率越大?辐射场强越强;信号波形越尖锐?其频谱越宽;高频分量越丰富?其辐射场强越强。

计算机系统的主要硬件有主机、显示器、键盘、鼠标、打印机和其他外设备?电源线、主机与外设备间的互连线缆(信号线、数据线和控制线)?连接主机、外设备与互连线缆的连接器。计算机电路组成复杂?各个部件以及各种时钟电路都存在电磁辐射?产生携带大量信息的辐射电磁波。这些电磁波就通过计算机的主机、外设备、线缆和连接器向周围空间辐射?产生的电磁信息泄漏伴随计算机对信息的接收、处理和发送的全过程。

从信息种类来分?计算机电磁辐射信息包括视频信息、键盘输人信息、磁盘读写信息等。从辐射部件来分?计算机的电磁辐射可以分为处理器的辐射、通信线路的辐射、转换设备的辐射、输出设备的辐射等。

从辐射方式来分?还可以分为一次泄漏和二次泄漏。对于处于复杂电磁环境中的计算机?周围的电磁波接收和发射装置有可能成为计算机二次泄漏辐射的载体。如果计算机辐射信号以某种形式藕合到计算机周围的发射电路中?它以两种形式二次发射出去:辐射信号藕合在放大器的前级?被放大器直接放大发射出去;辐射信号藕合在混频器前级?与发射机内的本振经混频器混频再经放大器发射出去。二次泄露辐射的强度可能超过一次泄漏的辐射强度?降低了计算机设备的防护等级?增加了信号泄露的危险。

1.2计算机辐射信息的接收

计算机工作时产生的极其丰富的谐波资源可达兆赫兹(GHz)以上?电磁辐射最强的频带范围一般在20~so Hz之间?计算机的串口、并口、线缆和连接器?其信息泄露的带宽一般较低?约在01 MH:?只要接收机的带宽大于01 MHz?就能有效地接收计算机的辐射信息。计算机视频信息的电磁辐射较为严重?随着显示器的分辨率越来越高?辐射的频率范围也越来越宽?辐射强度也不断增加?被接收还原的可能性也不断增大。1958年?vna.Eck在论文中提出?可以在1仪x〕m处接收还原视频信息?20世纪90年代英国人称可以在160 m接收还原视频信号。其余部件的辐射?在满足接收机条件的情况下?

当确定了接收机的带宽B、接收机的噪声系数凡、接收机天线的定向性D(或者增益G)?便可以确定接收机能接收到的最低场强?只要大于最低接收场强的计算机电磁辐射信号均可以被接收机接收。

2安全与防护

为了降低计算机电磁辐射信息泄露的危险?确保涉及军事机密的信息的处理、传输、存储更安全有效?必须采取安全防护措施。目前的计算机防电磁信息泄露所采取的措施主要有3种?即信号干扰技术、电磁屏蔽技术和TEMPEST技术。

2.1信号千扰技术

信号干扰技术是指利用相关原理?将能够产生噪声的干扰机放在计算机旁?把干扰机发射出来的噪声电磁波和计算机辐射出来的信息电磁波混在一起?通过不同技术途径实现与计算机辐射信息的相关联?并产生了大量与计算机相同频谱特性的伪随机干扰信号?使干扰信号与计算机设备的信息辐射混合在一起向外辐射?所以能破坏原辐射信号的形态?降低辐射信息被接收后还原的可能。它具有造价低廉、移动方便、体积小、质量轻等特点?是目前国际上应用最广泛的一种防泄漏措施。

信号干扰技术主要是针对计算机的视频辐射信息泄漏采取的一种防护措施?缺点是干扰机的干扰噪声(白噪声)和计算机的辐射信号(主要是视频信号)的特性是不同的?可以被接收者区分开?提取到其中的有用信息。而且?信号干扰技术多采用覆盖式干扰信号?容易造成电磁污染和防护对象单一。

2.2电磁屏蔽技术

电磁屏蔽技术是利用电磁屏蔽原理?将计算机关键部分用特殊材料包起来?抑制近场感应和远场辐射、中断电磁辐射沿空间的传播途径?是解决电磁信息泄漏的重要手段。

电磁屏蔽有双重作用:减小电磁辐射泄漏;防止外界电磁干扰。屏蔽方法有多种?根据不同需要可以采用整体屏蔽、部件屏蔽和元器件屏蔽。如:屏蔽电缆、屏蔽电路、屏蔽机柜、屏蔽室等。屏蔽效果与材料性能、辐射频率、屏蔽体结构和辐射源的距离等有关。屏蔽体都需与大地相连?为屏蔽体上的电荷提供一条低阻抗的电气泄放通路。电磁屏蔽的效果与屏蔽体接地的好坏密切相关?一般屏蔽体的接地电阻都要求。从使用的效果来看?屏蔽室更理想?好的屏蔽室可使信号衰减60一140dB?缺点是造价高。采用电磁屏蔽的方法防止电磁辐射泄漏时?并不是所有的设备和元器件都能完全封闭在屏蔽室?内。比如?电源线、信号线等均与外界有联系?辐射电磁波可以通过传导方式传到屏蔽室外造成信息泄漏。

2.3 TEMPEST技术

TEMPEST技术即低辐射技术?是指在设计和生产计算机设备时?对可能产生电磁辐射的元器件、集成电路、连接线、显示器等采取防辐射措施?从而达到减少计算机信息泄漏的目的。前景较好的是红、黑设备分离技术。采用红黑分离技术制造红黑分离式计算机?是指在系统设计中引人红黑工程概念?将计算机设备上的信号分为红黑两种信号?红信号是指能被接收破译?并复现出有用信息的信号;黑信号是指即使被接收到?也不能复现出有用信息的信号。把红信号与黑信号完全隔离开来?然后对隔离后的红信号采取特殊处理措施?使其达到防电磁信息泄漏极限值的要求。在计算机设备中?相应地也定义了红设备、黑设备等概念。红设备是处理保密数据信息的设备?黑设备是处理非保密数据信息的设备。

红黑设备之间是不允许进行数据传输的。通常是在两者之间建立红黑隔离界面?仅仅实现黑到红设备之间的单向信息传输。

软件TEMPEST技术191是国外近年发展起来的新的电磁防护技术?基本原理是通过给视频字符添加高频“噪声”并伴随发射伪字符?使敌方无法正确还原真实信息?而我方可正常显示。它替代了过去由硬件完成的抑制干扰功能?成本较低。采用TEM-PEST技术的防护型TEMPEST计算机?使用软件来控制计算机辐射信号的发射?同时加入了专用的攻击程序?当有人企图截获信息时系统能自动保护并进行自卫反击。

电磁辐射原理范文第4篇

关键词：电磁辐射；能量转换；能量收集；能量存储

引言

电场和磁场的交互变化产生电磁波，电磁波向空中发射或泄露的现象，叫电磁辐射。电磁辐射由自然电磁辐射源和人为电磁辐射源组成，其中自然界电磁辐射源包括雷电、太阳黑子活动和宇宙射线等；人类社会形成的电磁辐射源则包括电脑、电视、音响、微波炉、电冰箱、手机、传真机、通讯站、高压电线、电动机、航空、电气铁路、广播、电视发射台、移动通信基站、雷达系统、电力产业的机房、卫星地面工作站、调度指挥中心等。电磁辐射覆盖了所有频段，几乎无处不在，且电磁波在传播时有一个电场和磁场分量的振荡，分别在两个相互垂直的方向传播能量，具有能量的电磁辐射充斥整个宇宙空间。这种电磁辐射能量积累到一定的程度，将会对人体造成永久不可逆的伤害。

因此，设计一个能够将电磁辐射变废为宝的能量转换和收集装置显得尤为迫切和重要，一方面可警示人们主动地远离电磁辐射源，另一方面使具有巨大累积能量的电磁辐射能够为社会服务。

关于将自然界中存在的能量进行转换和存储的文献、专利和应用多见于风能转换、太阳能转换和机车类等能量回收。目前尚未见将电磁辐射能量进行转换和存储的相关文献，因此，展开该技术的研究和探索具有极为重要的意义和价值。

1 系统模型

1.1 电磁辐射的特点

在复杂电磁环境下，通常在某一接收感应点会聚集各个频段各种能量的空中无线信号，包括直达波、发射波和绕射波等。系统模型如图1所示。

图1 电磁辐射模型

虽然电磁信号在传播时存在着能量损耗，如自由空间损耗公式为：

（1）

其中f单位为MHz；d的单位为千米。考虑城区应用模型，则损耗公式为：

（2）

其中L50为传播路径损耗值的50%（即中值）；Amu（f，d）为自由空间中值损耗；G（hte）为发射站天线高度增益因子；G（hre）为接收天线高度增益因子；GAREA为环境类型的增益。

如果f取1000MHz，d取1千米，则LS为92.45dB，可见电磁信号空中传播虽然存在一定的衰减，但由于信号众多，空间仍然具有极大的电磁波能量。

由此可见，完全有必要展开电磁能量感应、转换、收集和存储技术的研究。

1.2 系统架构

针对电磁辐射的特点，设计了图2所示的电磁辐射能量转换和存储电路。

图2 电磁辐射能量转换和收集存储电路

整个电路包括天线、无源能量转换和存储电路、能量指示电路、开关电路以及充电电路。电路中的天线用以感应和接收空中的电磁辐射波。无源能量转换和存储电路由电磁感应转换模块和能量存储模块两部分组成，电磁感应转换模块可根据实际需求采用宽带化射频接收通道设计，首先电磁感应转换模块将天线感应的电信号进行能量累积，并通过T型无源高阻抗电路将电信号转换成电压型电信号后送到能量存储模块，能量存储模块采用超能存储器件设计，感应的电磁能量进行存储，其中超能存储器采用超级电容实现微弱能量的快速回收。能量指示电路则实时将感应到的信号强度进行计算，并进行结果显示和警示。

开关电路为低耗能电路，当能量存储模块存储的电能达到一定的幅值后，将触发开关电路，通过开关电路及充电电路将能量存储电路存储的能量转换为电池所需的额定电压和电流对可充电电池进行充电。

1.3 能量转换和存储原理

能量转换和存储电路的核心部件为超能存储器件，研究时采用超级电容作为超能存储器件。单体超级电容外观如图3所示。而实际使用时，往往采用超级电容系统来实现能量的转换和存储，超级电容系统由单体超级电容串并联组成，如图4所示。

超级电容的基本原理是通过极化电解质来实现能量转换和存储。超级电容在储能的过程中并不发生化学反应，并且这种储能过程可逆，即可以进行放电处理，也就是说，超级电容可以反复充放电。其储能过程可以被视为电解质中的两个无反应的活性的多孔电极板，在极板上加电，正极板吸引电解质中的负离子，负极板吸引正离子，从而形成两个容性存储层，被分离开的正离子在负极板附近，负离子在正极板附近。

超级电容的表面积采用多孔碳材料，多孔碳的材料结构使其面积可达2000m2/g，与电解液接触的面积大大增加。超级电容的电荷之间的距离是由被吸引到带电电极的电解质离子尺寸决定的，这个距离相当小，仅为几个纳米。足够大的表面积再加上非常小的电荷分离距离使得超级电容较传统电容器而言有惊人的静电容量，这也是超级电容的“超级”所在。其内部结构如图5所示。

图5 超级电容内部结构

当超级电容内部两个电极板间电势低于电解液的氧化还原电位时，电解液界面上的电荷则被吸附，超级电容处在正常充电工作状态。当超级电容两端电压超过电解液的氧化还原电极电位时，电解液将分解，处于非正常状态。随着超级电容的放电，正负极板上的电荷被外电路泄放。由此可以看出超级电容的充放电过程始终是物理过程，没有化学反应，因此性能是稳定的。

电容器存储的电势能为E=■CU2，再利用库仑定律Q=CU可得：

E=■ （3）

其中C是电容器容量；U是电压；Q是电容器的总电荷量，只要影响电压和总电荷量就会影响能量密度，电解液的变化是影响能量密度的重要原因之一。

在本项目中利用超级电容上述的特性来实现能量存储，其过程如同“移峰填谷”，如图6所示。

图6 能量转换和存储原理

其实质就是将波动的能量变成较平滑的能量输入，在达到一定的电压值后进行能量释放，如为附属充电电路进行充电。

2 试验和分析

2.1 电磁辐射能量可收集性测试

为了进一步验证论文研究的必要性和测试的直观简单，采用800～3000MHz的移动通信板型天线对移动通信信号进行了测试，因为该频段信号较为密集，依据国家信工部对移动通信频率的划分，可以得到表1所示的频率分配表。

首先借助800MHz～3000MHz宽带接收机对频率范围的信号进行了搜索，然后采用FFT算法将实际测试的信号进行了频谱显示，得到如图7所示的频谱图和图8所示的频谱占用图。

图7 实测频谱图 图8 城区频谱占用情况

由图可见，移动通信信号辐射无处不在、无时不有，密集存在且强度较大，实际最大值可达-39dBm，如距离移动通信基站50米左右，平均值约-65dBm。可见将这些能量累积并收集具有重大的社会和现实意义。

2.2 能量转换可行性测试

试验首先测试了电磁辐射能量转换和收集存储电路的能量和转换收集能力。试验时在电磁辐射能量转换和收集存储电路前方5米处利用手机屏蔽器发射扫频干扰信号。电磁辐射能量转换和收集存储电路则可以将干扰信号的能量进行累积并感应和转换，为了验证有无能量转换和存储，采用了微功耗的LED指示灯进行了试验，如图9所示。

图9 能量转换能力测试

测试过程中可见LED灯处于时亮时灭的状态，这表明的确有能量转换且被存储，并可以用来驱动LED指示灯。

2.3 能量转换能力测试

为了验证能量转换的可行性，验证能量存储模块的能量存储能力，试验时实时监测和描绘了转换的效率波形，即实时记录能量存储模块的电压波动情况，并进行图形描绘，如图10所示。

图10 能量转换速率

由图10可见，整体转换速率较为缓慢的。主要原因在于：测试过程没有采用全频段天线，仅仅对800～3000MHz范围内的信号进行了感应，而且天线效率极低，大量的电磁能量没有得到有效的转换；超级电容较为简单。但也可以看出，文章研究的能量转换、收集和存储技术是可行的。

如果经过进一步的软硬件优化和修改，尤其是高性能的感应天线和大容量的超级电容，则可将该技术应用于各种小电压可充电电池的充电，也可广泛应用于其他场合。

电磁辐射原理范文第5篇

关键词:计算机 电磁辐射 电磁场

        1　概述

        任何带电物体的周围都存在电场，而周期变化的电场将会产生周期变化的磁场，也就存在电磁波，产生电磁辐射，如果这种辐射的量超过限定条件，那么就会对环境形成电磁污染。和无处可躲的大气污染、水污染、噪声污染一样，电磁辐射同样无处不在，这使它成为公认的“第四污染源”。

        只要存在电场变化的地方就会有电磁辐射。目前，能造成大面积电磁污染的主要有高压输配电系统、发射设备、微波设备、家用电器、计算机等等。其中高压输电系统的电磁辐射强度最大，对人体的危害最明显。为了保障从业者的健康，在辐射环境下的工作时间有着严格的限定。相比之下，诸如彩电、手机、微波炉、空调机、电冰箱、计算机等等家庭必需的电气设备所影响的人群更广泛。在上述常见的电气设备中，与人们工作、生活息息相关的计算机更值得关注。许多上班族和沉迷于网络世界的网虫每天面对计算机的时间往往超过8小时。而计算机本身就是一个不可小觑的电磁辐射源：微处理器、主板、显卡、声卡、内存、硬盘、光驱、显示器、USB接口等主要部件在工作时都会向外界辐射电磁能量。计算机所产生的电磁辐射，对那些长期接触计算机的人的身心健康有巨大的危害。

        2　计算机电磁辐射对人体的危害

        计算机已进入现代社会的各行各业和千家万户，它给人们的工作、学习、生活带来了极大的方便。但“计算机病”也与日俱增，严重的影响了人们的身心健康。“计算机病”的症状表现为神经衰弱综合癌(头晕、头痛、疲劳、失眠或噩梦、记忆力减退、情绪低落等)、肩颈腕综合症(骨骼不适、手指麻等、感觉异常、震颤、有压痛)，以及腰背酸痛、抗病能力降低、易感冒等，发病率最高的是那些每天在计算机旁敲击键盘的专业人员。这些专业人员精神压力大，大脑处于高度集中和紧张状态，这是产生神经衰弱综合症的根源。流产、面部褐斑、类似红斑或湿疹等的出现，亦与精神因素密切相关。专业人员连续注视计算机屏幕，长时间近距离盯着闪烁的荧光屏，易使眼睛充血、干燥、怕光，严重者还会使眼球视网膜的感光功能失调，晶体受损，暗适应能力降低，造成视力减退，甚至可导致微波自内障、夜盲症等。如人体受辐射还可导致人体循环系统异常，男性生殖能力下降，人体激素分泌异常等。孕妇、儿童、心脏起搏器佩戴者和老人是电磁辐射的易感人群，而心脏、眼睛和生殖系统等是电磁辐射敏感器官。近年来的畸形儿出生率和儿童的自血病增多，心脏起搏器佩戴者的死亡率增加，电磁辐射难逃其咎。

        3　计算机辐射的主要来源

        虽然微处理器、主板、显卡、声卡、内存、硬盘、光驱、显示器、USB接口等主要部件在工作时都会向外界辐射电磁能量，但幸运的是，除显示器之外，这些配件都是被装在具有电磁屏蔽能力的机箱里面，阻挡了大部分电磁辐射。所以，我们通常受到的辐射一方面来自显示器，而另一方面则来自主机。倘若显示器在电磁屏蔽技术方面不够严谨，那么用户可能一周5天、每天8小时都会受到电磁辐射，对健康的危害显而易见。而机箱同样如此，设计不良的产品往往台发生电磁辐射泄漏，如果机箱与用户之间的距离太近，外泄的电磁辐射同样会影响到用户健康。

        上述表明，计算机的电磁辐射主要来源于显示器和主机。其中显示器又分为CRT显示器（阴极射线管显示器）和LCD显示器（液晶显示器）。CRT显示器是计算机中最严重的辐射源。CRT显示器通过电子枪发射电子束实现画面显示，对外发射电子本身就会产生严重的电磁辐射，尽管厚厚的含铅玻璃屏幕可在一定程度上阻隔辐射，但仍然有不少电子穿透阻隔层而直接照射到使用者。所以，如何削弱这部分辐射至关重要。

        按照物理学的定义，来自CRT显示器的辐射伤害主要可分为光辐射、低能x射线、无线电场、静电场和低频电磁场。其中光辐射为电子枪打在屏幕背后荧光层而发出的可见光和少量紫外线，只有少量的紫外线会对人体造成危害。X射线由电子束碰撞阴极射线管的内部前屏所产生，但因为能量极低，其辐射程度也可忽略不计。无线电场主要从CRT的控制电路部分发出，强度非常弱，经过短距离后基本上就衰减到零。静电场则是从CRT电子枪内部的加速电场所产生，最直接的体现就是会让屏幕吸附灰尘。而被认为对人体健康损害最严重的应该是低频电磁场，它主要由显示器的电源部分(高压包)和垂直／水平扫描电场所产生，电磁场频率在5Hz～400kHz之间。

        LCD电磁辐射相对低很多。从原理上说，LCD显示器以液晶材料作为光线通过的开关来控制光线照射屏幕，进而获得画面输出。而这个过程并没有涉及紫外线、静电场、高压电源等容易产生辐射的部件，因此从这个方面考虑可以说LCD正面几乎是零辐射。另外，LCD和CRT显示器一样，机内同样需要一个高压电源，只是电源驱动的并不是电子枪，而是LCD背光模组中的冷阴极荧光管。此种荧光灯管其实和我们常见的日光灯一样，都需要较高的电压才能驱动，只是点亮之后电压会迅速回落到较低的水平。因此，LCD的电源只需要维持一定时间的高压状态（可达到l000V），然后转为常压甚至低压状态，而不必像CRT显示器的高压包一样始终得保持高电压状态。因此相对而言，LCD显示器电源部分对外辐射的低频电磁波会比CRT要弱很多，加上LCD的摆放位置往往贴近墙面．所以不会背对着人体，这种辐射对人的影响可减弱到零。