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【关键词】环境;电磁辐射;监测;对策
中图分类号:TN931文献标识码: A 文章编号:
前言
随着信息时代的带来,各种通信设备、电气设备(如电视台、卫星站、电话等)广泛应用,导致人们生活环境充满了电磁波,对人们生活环境造成严重影响,并对人体健康造成严重威胁,成为目前环境污染的重要污染源之一。因此,必须引起环境监测部门的高度重视,掌握电磁辐射来源,了解电磁辐射危害性,对电磁辐射污染进行有效的监测,以减少电磁辐射对环境和人体的危害。
环境电磁辐射的危害
各种通信设备和电气设备在给人们带来方便的同时,导致环境电磁波的增加,使得频带变宽,对各种电子设备运行造成严重干扰,强化电磁辐射的化学反应、物理反应及生物反应,对环境造成严重的污染,同时危害人体健康,其主要危害主要表现在以下三个方面:
(1)电磁干扰。由于功率较大的无线电设备在运行过程中会产生大量的电磁波,对周围的电台、通信及广播等造成电磁干扰,导致这些通信设备无法正常运行,提高电气设备和通信设备故障发生率,对电力安全造成严重影响[1]。
(2)系统威胁。计算机系统本身具有一定的电磁辐射,但是如果电磁波不断增加,就可能被不法人员利用电磁波来获取计算机系统里的资料,或者对计算机系统造成破坏,给人们带来很大的损失。
(3)人体危害。有关研究表明,电磁辐射对人的神经系统造成严重的危害,低频率的电磁场可导致人的神经系统发生紊乱,出现忧郁、烦闷及神经衰弱等症状,而较高频率的电磁辐射则导致人体中枢神经系统出现交感疲乏、机能障碍、头昏脑胀、记忆力变差等症状,对人体健康造成严重威胁。因此,加强对环境电磁辐射的监测很重要[2]。
环境电磁辐射的监测
3.1一般环境监测
主要是指对大面积范围内电磁辐射各种来源形成的电磁辐射值进行监测。监测人员可根据《环境电磁辐射管理与电磁辐射监测》要求来进行监测,把相关标准在某个区域划分网格,并把网格中心点当做监测点,并对树木屏蔽和建筑物屏蔽等因素进行充分考虑,对监测点进行合理的调整。以电场强度作为电磁辐射评价标准,对环境中的电磁辐射进行合理的评价,评价内容主要包括分布规律、环境特点及环境质量等,通过对环境中的电磁辐射进行评价,可以充分了解该区域环境电磁辐射情况,及时采取有效的防治措施[3]。
3.2特定环境监测
主要是指对特定区域内的固定电磁辐射来源形成的电磁辐射值进行监测。监测人员需对该区域内电磁辐射来源类型、规模及数量等进行深入的调查分析,以为环境电磁辐射监测提供重要依据。以下是几种常见电磁辐射来源及监测方法:
3.2.1移动通信站监测
(1)工作原理。移动通信主要是通过控制设备和射频发射器经过网内通信用户和收发站来进入无线通信,而无线通信则由通信在发射和接收形成的电磁波形成的。所以移动通信站在运行过程中,会使周围环境的电磁辐射发生改变。(2)监测方法。监测人员应根据《环境电磁辐射管理与电磁辐射监测》要求,选择适宜的监测仪器、布置监测点、掌握好监测时间、规范监测技术,并对监测结果进行有效的评估,监测电磁强度应小于5.4 V/m。若大于5.4 V/m,则应采取相应的防治措施,减少电磁辐射对环境的污染,对人体的危害。
3.2.2电台发射设备监测
(1)工作原理。主要是把传输信号经由调制器来进行控制,并通过高频率的振荡器来实现高频率的电流,把调制完成的高频电流防止相应电频,送至天线上方,最终以电磁波的方式进行发射。(2)监测方法。监测人员要根据《环境电磁辐射管理与电磁辐射监测》要求,在电台发射设备周围区域、发射塔及电磁辐射较为敏感位置设置监测点,对这些区域电磁辐射情况进行有效的监测。电磁强度应小于5.4 V/m。
3.2.3 电力设备监测
(1)工作原理。主要是电力设备周围环境电磁辐射情况进行检查,电力设备主要有变电站、架空电线等;电磁场特点主要表现为电晕、电场及磁场等;电磁辐射污染表现为:绝缘及电晕放电导致的干扰现象,并存在较强的生物效应。(2)监测方法。监测人员要根据《环境电磁辐射管理与电磁辐射监测》要求,按照不同等级电压,选择不同监测仪器和监测技术,并明确电力设备电磁强度和电场强度指标,规范电磁辐射监测技术[4]。
3.3较极低频率电磁辐射监测方法
(1)收集与环境电磁辐射有关资料,主要包括电场强度、磁场强度、电流密度以及磁感应强度等。(2)明确监测时间和监测范围。一般情况下,每个监测点需不间断检测五次,每次检测时间在15s以上,以较为稳定的读值为准。但是若果检测读值波动性较大,则应延长检测时间。监测人员应在离地面0.5米、1米及1.5米的位置设测量点。(3)监测点布置。针对于输电线路电磁辐射监测点的布置:应选择具有代表性意义的档距,并以档距内线路中心位置作为监测点,监测点间距应为5米。针对于变电站电磁辐射监测点布置:控制中心设一个监测点;每个高压设备区各设一个监测点;每个低压设备区各设一个监测点;低压和高压区旁主变位置设一个监测点;开关设备各设一个监测点;监测点间距应为5米。针对于电厂电磁辐射监测点布置:主要是在主控室、发电机、励磁机等位置各设两个监测点,而电厂变电低压侧、变电高压侧、开关室、避雷器及电流互感器等,则各设一个监测点[5]。(4)检测要求。首先在应有检测仪器对周围环境进行有效的检测,并做好检测记录;根据检测对象,选择适宜的检测仪器,并旋转具有代表性的检测结果;尽可能的排除周围辐射源产生的干扰;对检测数据进行有效的统计和整理。(5)注意要点。选择双轴或者以上检测仪器;检测环境温度应为0至40℃,相对湿度应为5至80%;防止人出现在检测位置周围,检测人员应离检测仪器5m远;检测时应将手机登具有电磁辐射设备关闭;检测点位置要平坦且无多余杂物;对检测仪器进行有效的防护,防止其内部存在冷凝水;检测仪器频率要求:检测ELF为50Hz、微波为3GHz至30GHz,三轴检测要求:必须同时对Z、X、Y方向进行检测,检测路程要求:磁场: 10μT至10 mT、电场0·1kV/m至100 kV/m。
结语
随着信息时代的带来,电力设备和通信设备的不断发展和应用,给人们生活带来极大的便利,但是同时也导致环境电磁辐射量的增加,对环境造成严重的污染,干扰电力设备、通信设备的正常运行,对人体健康造成严重的危害。因此,为了减少电磁辐射对设备的干扰、对环境的污染,对人体的危害,必须加强对环境电磁辐射的监测,以为电磁辐射污染的防治提供重要依据,为人们提供一个良好的生活环境。
【参考文献】
[1]朴光玉,徐秀华,罗凤平,成英.刍议电磁辐射的危害及其防护措施[J].黑龙江科技信息,2009,5(19):89-90.
[2]罗穆夏,张普选,马晓薇,杨文芬.电磁辐射与电磁防护[J].中国个体防护装备, 2009,12(05):76-78.
[3]黄春锋,吴建平.环境电磁辐射的监测方法[J].黑龙江科技信息,2009,8(35):90-92.
关键词 电磁辐射;频道;金属硫蛋白(MT);人造电磁波源
中图分类号X591 文献标识码A 文章编号 1674-6708(2012)58-0076-02
1 电磁辐射是危害人类健康的隐形“杀手”
目前电磁辐射危害人类健康较大主要是两大类:人造电磁波源辐射和电脑辐射。来自太阳和天体的电磁辐射需要经过地球大气层中的臭氧层的过滤,因此对人类的伤害相对较少。
自从 1862年英国科学家麦克斯韦奠定了电磁理论和 1888年德国物理学家赫兹实验证实电磁波的存在后,人类社会迎来了无线电通信的新时代,为人类远距离信息传播带来极大方便的同时,人造电磁波源辐射危害了人类的健康。电磁波辐射对人体有伤害:1)细胞癌化促进作用;2)荷尔蒙分泌不正常;3)钙离子激烈流失;4)引发痴呆症;5)异常妊娠异常生产;6)高血压心脏病;7)电磁波过敏症;8)自杀者的增加。
电脑辐射的危害:电脑,作为一种现代高科技的产物和电器设备,在给人们的生活带来更多便利、高效与欢乐的同时,也存在着一些有害于人类健康的不利因素。电脑对人类健康的隐患,从辐射类型来看,主要包括电脑在工作时产生和发出的各种电磁射线和电磁波、紫外线等多种辐射。电脑所散发出的辐射电波往往被人们所忽视,依国际MPRⅡ防辐射安全规定:在50cm距离内必须小于等于25V/m的辐射暴露量。但是您知道电脑的辐射量是多少吗?电脑的辐射量:键盘1 000V/m,鼠标450V/m,屏幕218V/m,主机170V/m,Notebook2 500V/m。使用电脑的你要注意电脑辐射的四大危害如下:1)电脑辐射污染会影响人体的循环系统、免疫、生殖和代谢功能,严重的还会诱发癌症、并会加速人体的癌细胞增殖;2)影响人们的生殖系统主要表现为男子质量降低,孕妇发生自然流产和胎儿畸形等;3)影响人们的心血管系统表现为心悸、失眠,部分女性经期紊乱、心动过缓、心搏血量减少、窦性心率不齐、白细胞减少、免疫功能下降等;4)对人们的视觉系统有不良影响由于眼睛属于人体对电磁辐射的敏感器官,过高的电磁辐射污染还会对视觉系统造成影响。主要表现为视力下降,引起白内障等。
国家质检总局最近公布的最新电脑产品质量国家监督抽查结果表明,电脑中的电磁辐射不容乐观:国家质检总局抽查了北京、上海、天津、重庆、浙江、湖北等14个省市的电脑产品,抽样合格率为72%。因此我们对电脑辐射的危害不容忽视,电脑辐射的危害防护已成为当务之急。
2 传统方法对电磁辐射防护效果有限
1)在电脑旁放上几盆仙人掌,它可以吸收一定的电磁辐射;2)还对于生活紧张而忙碌的人群来说,抵御电脑辐射最简单的办法就是在每天上午喝2杯~3杯的绿茶,吃一个橘子。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,因此,绿茶不但能消除电脑辐射的危害,还能保护和提高视力。如果不习惯喝绿茶,茶同样也能起着抵抗电脑辐射和调节身体功能的作用,螺旋藻、沙棘油也具有抗辐射的作用;3)上网前先做好护肤隔离,如使用珍珠膜,独特的“南珠翠膜”在肌肤上形成一层0.001mm珍珠膜,可以有效防止污染环境的侵害和辐射,其次电脑使用后,脸上会吸附不少电磁辐射的颗粒,要及时用清水洗脸,这样将使所受辐射减轻70%以上;4)操作电脑时最好在显示屏上安一块电脑专用滤色板以减轻辐射的危害,室内不要放置闲杂金属物品,以免形成电磁波的再次发射。使用电脑时,要调整好屏幕的亮度,一般来说,屏幕亮度越大,电磁辐射越强,反之越小。不过,也不能调得太暗,以免因亮度太小而影响效果,且易造成眼睛疲劳;5)应尽可能购买新款的电脑,一般不要使用旧电脑,旧电脑的辐射一般较厉害,在同距离、同类机型的条件下,一般是新电脑的1倍~2倍;6)电脑摆放位置很重要。尽量别让屏幕的背面朝着有人的地方,因为电脑辐射最强的是背面,其次为左右两侧,屏幕的正面反而辐射最弱。以能看清楚字为准,至少也要50cm~75cm的距离,这样可以减少电磁辐射的伤害;7)注意室内通风:科学研究证实,电脑的荧屏能产生一种叫溴化二苯并呋喃的致癌物质。所以,放置电脑的房间最好能安装换气扇,倘若没有,上网时尤其要注意通风。
3 金属硫蛋白(MT)是电磁辐射防护的新秀
金属硫蛋白(Metallothionein,MT)也称为金属硫氨酸甲基内盐,具有抗辐射的功能,能有效对抗电离辐射及电磁辐射,是目前发现的最有效的抗辐射物质之一。
1957年哈佛大学的Margoshes和Valee等在研究马肾脏蓄积镉的过程中首次发现并分离出MT,此后,在真核微生物、高等植物、原核生物等均发现有MT存在并能被分离出来。在1997年的第四届国际MT会议上,被发现并确定氨基酸序列的MT共有170多种。MT是一种具有天然生物活性的物质,具有广泛的生物学功能,涉及生物有机体的生长、发育、生殖、衰老、肿瘤发生、免疫、应激等各个方面。其主要作用是:参与体内微量元素的储存、运输和代谢,解除重金属的毒性,清理体内自由基,拮抗电离辐射,增强机体的免疫力和抗应激能力,参与DNA的复制、转录和能量代谢的调节过程。因此,MT在拮抗电离辐射和清除体内多余自由基方面具有十分重要的作用。
对MT的研究自50年代末开始以来,已有50余年的历程,研究成果涉及生物化学、环境科学、学、毒理学、方法学及营养学等诸多领域。MT在人体内能合成分泌的稀有的极其重要的生理物质,对自由基的清除能力,比体内分泌的自由基专职清除剂SOD强一万倍。MT是非药物,但有药所不及之功。MT进入人体内不用通过生物转化,能直接发挥其生理作用。在治疗或辅助治疗疾病中,是通过清除体内自由基,为细胞提供良好的洁净的生理环境,分化年轻细胞,使体内腺体组织得于修复活化,分泌大量的生理物质;如;酶类及激素类等,使人体代谢处于动态平衡。金属硫蛋白(MT)是一类广泛存在于生物中的低分子量、富含金属和半胱氨酸,且能被金属或其它因素诱导生成的金属结合蛋白。是一种具有天然生物活性的物质,具有广泛的生物学功能,其主要作用是:提高人类对抗电离辐射和电磁辐射能力,免受电磁辐射对人类健康伤害;参与微量元素的储存、重金属解毒、清理自由基、增强机体的免疫力;以及参与DNA的复制、转录和能量代谢的调节过程都具有重要生物学作用,启示金属硫蛋白在中具有诱人的应用前景。
近年来,对MT的研究和应用已经涉及到农业、医药、保健、生物工程、环境保护等诸多领域。特别是发现了MT能有效对抗电离辐射及电磁辐射的功能后,尤其显示出了金属硫蛋白开发和利用的诱人前景。
目前的科学研究证实了金属硫蛋白(Metallothionein,MT)具有以下功能:1)清除自由基。它清除自由基的能力比体内专职的自由基清除剂超氧化歧酶(SOD)和谷胱甘肽(GSH)强一万倍;2)抗辐射和紫外线照射:MT含丰富的细胞组织,可抵抗离辐射或紫外线引起的细胞组织损伤。小鼠药效试验己初步证实,MT具有桔抗Co60辐射、对由急性放射线疾病所引起的血小板损伤有恢复作用功能,能有效对抗电离辐射及电磁辐射,是目前发现的最有效的抗辐射物质之一;3)现代美容护肤品富含的ZnMT(金属硫蛋白)被世界卫生组织列为向全世界重点推荐的抵御电脑辐射、抗衰老驻容颜的医学、美容品生物制品,在肌肤表面形成酸性电离保护膜, 有效阻隔电脑辐射对面部肌肤的损害,专为长时间使用电脑的工作者设计;4)参与体内微量元素代谢: MT可根据体内微量元素状况,自动释放出金属离子,补充体内所缺元素,调节体内微量元素平衡增强体质;5)防止细胞癌变:MT可消除自由基、重金属,从而防止它们致癌、致突变作用。帮助维持细胞正常代谢和分裂,激发人体免疫功能,增强肌体的防癌抗癌作用。细胞是组成人体最基本的单位,一切生命活动都在细胞之间完成,能量的供给最终是为细胞服务,只有健康的细胞,人体才能发挥正常的生理功能,才有靓丽的表现。
鉴于电磁辐射无处不在的危害性,经过人们多年的努力,就电脑等电子产品的生产制造,在辐射、节能、环保、人体工程学等方面制定出了MPR、TCO、FCC、UL等多种严格的认证标准,因此近年来节能、环保、辐射少的“绿色电脑”也应运而生,以确保减轻电脑辐射对人类健康的伤害。然而在无线电通信十分发达的21世纪新时代,人类赖以生存的地球已经笼罩在人造电磁波源的辐射当中。MT金属硫蛋白作为电磁辐射防护的新秀,它清除自由基的能力比体内专职的自由基清除剂超氧化歧酶(SOD)和谷胱甘肽(GSH)强一万倍。并能有效对抗电离辐射及电磁辐射,是目前发现的最有效的抗辐射物质之一,又是一种结合有微量金属元素的低分子蛋白质,极易被机体吸收利用,因此MT是一种十分有前景的抗电磁辐射的新型保健食品,也将成为美容护肤品的添加剂和消除电磁辐射危害的首选物质,我们应加快MT开发利用的步伐。
参考文献
[1]陈春英.用同步辐射X荧光分析法研究兔肝金属硫蛋白中的微量元素[J].核技术,2003(1).
防电脑辐射的方法
第一招:在电脑旁放上几盆仙人掌,它可以有效地吸收辐射。
第二招:还对于生活紧张而忙碌的人群来说,抵御电脑辐射最简单的办法就是在每天上午喝2至3杯的绿茶,吃一个橘子。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,因此,绿茶不但能消除电脑辐射的危害,还能保护和提高视力。如果不习惯喝绿茶,茶同样也能起着抵抗电脑辐射和调节身体功能的作用,螺旋藻、沙棘油也具有抗辐射的作用;
第三招:上网前先做好护肤隔离,如使用珍珠膜,独特的“南珠翠膜”在肌肤上形成一层0.001mm珍珠膜,可以有效防止污染环境的侵害和辐射;其次电脑使用后,脸上会吸附不少电磁辐射的颗粒,要及时用清水洗脸,这样将使所受辐射减轻70%以上!
第四招:操作电脑时最好在显示屏上安一块电脑专用滤色板以减轻辐射的危害,室内不要放置闲杂金属物品,以免形成电磁波的再次发射。使用电脑时,要调整好屏幕的亮度,一般来说,屏幕亮度越大,电磁辐射越强,反之越小。不过,也不能调得太暗,以免因亮度太小而影响效果,且易造成眼睛疲劳。
第五招:应尽可能购买新款的电脑,一般不要使用旧电脑,旧电脑的辐射一般较厉害,在同距离、同类机型的条件下,一般是新电脑的1-2倍。
防手机辐射的方法
1、当手机接通时,辐射量会达到正常通话时的三倍。为了减少手机辐射的危害,专家提出四点建议:第一尽量缩短通话时间;第二在手机接通的瞬间,将天线远离头部;第三使用分离式耳机;第四,使用手机防辐射套。
2、避免辐射,打手机应取下金属架的眼镜。据英国移动中心一项测试表明,金属眼镜框明显导致电磁场增强,其使用者对电子辐射的吸收率增加63%。打手机时产生的电子辐射通过金属眼镜框这种导体,进入人脑,可能会将射线导入眼和大脑从而使之受损。
3、手机信号只有一格时,辐射较大,这时建议不要接通电话。
4、在车上打手机对人危害非常大,越大的车上打手机危害越大。城市上班族一般都会在上下班乘车途中接听手机,由于车厢都是金属外壳,所以大量的手机电磁波在车内来回反射。这些电磁波密度大大超过国际安全标准,严重影响了大家的健康。
5、手机别放枕头边。尽量不要用手机聊天,睡觉时也注意不要把手机放在枕头边。
6、不要把手机挂在胸前。许多人尤其很多女孩子喜欢把手机挂在胸前,但是研究表明,手机挂在胸前,会对心脏和内分泌系统产生一定影响。有专家认为,电磁辐射还会影响内分泌功能,导致女性月经失调。即使在辐射较小的待机状态下,手机周围的电磁波辐射也会对人体造成伤害。心脏功能不全、心律不齐的人尤其要注意不能把手机挂在胸前。
7、不要把手机挂在腰部或腹部旁。电磁波辐射不但可以导致孕妇流产、少儿畸形,还严重威胁中青年男性的生育能力。专家建议手机使用者尽量让手机远离腰、腹部,不要将手机挂在腰上或放在大衣口袋里。当使用者在办公室、家中或车上时,最好把手机摆在一边。外出时可以把手机放在皮包里,这样离身体较远。
8、手机充电器、便携式单放机在插座上的变压器磁场较高,不过距离仅30厘米远磁场可降低了不少,所以要保持距离。
9、手机不用时尽量关闭,手机只要接通电源,就会发出电磁辐射,只是在通信的时候发出的辐射量要大于待机时的辐射量,处于待机状态时尽量放在离身体远一点的地方。
10、使用耳机来接听手机也能有效减少手机辐射的影响。配备手机专用耳机,实现远距离的使用是减少手机辐射比较有效的办法。
使电脑辐射对人体的危害降到最低
1、避免长时间连续操作电脑,注意中间休息。要保持一个最适当的姿势,眼睛与屏幕的距离应在40~50厘米,使双眼平视或轻度向下注视荧光屏。
2、室内要保持良好的工作环境,如舒适的温度、清洁的空气、合适的阴离子浓度和臭氧浓度等。
3、电脑室内光线要适宜,不可过亮或过暗,避免光线直接照射在荧光屏上而产生干扰光线。工作室要保持通风干爽。
4、电脑的荧光屏上要使用滤色镜,以减轻视疲劳。最好使用玻璃或高质量的塑料滤光器。
5、安装防护装置,削弱电磁辐射的强度。
6、注意保持皮肤清洁。电脑荧光屏表面存在着大量静电,其集聚的灰尘可转射到脸部和手部皮肤裸露处,时间久了,易发生斑疹、色素沉着,严重者甚至会引起皮肤病变等。
7、注意补充营养。电脑操作者在荧光屏前工作时间过长,视网膜上的视紫红质会被消耗掉,而视紫红质主要由维生素A合成。因此,电脑操作者应多吃些胡萝卜、白菜、豆芽、豆腐、红枣、橘子以及牛奶、鸡蛋、动物肝脏、瘦肉等食物,以补充人体内维生素A和蛋白质。而多饮些茶,茶叶中的茶多酚等活性物质会有利于吸收与抵抗放射性物质。
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关键词 电磁防护;飞机;设计
中图分类号V22 文献标识码A 文章编号 1674-6708(2014)116-0173-02
0 绪论
随着现代电子战飞机的发展,任务系统的发射功率越来越大,作用距离越来越远,对飞机其他系统及人员的影响就越来越严重,因此电磁防护性能对载机安全性、可靠性方面显示出越来越重要的的作用。
1 电磁辐射危害初步分析
电磁辐射场对人员和设备的安全性危害“看不见、摸不着”,其危害性不容易被人们认识。电磁辐射造成的瞬时过电压不仅会引起机载电子系统中的敏感元器件暂时故障或永久性损害,甚至还会引起机载人员生理机能的暂时或永久性损伤。现就飞机任务系统电磁辐射初步分析,电磁辐射可能危害在如下几个方面:
1)超量的电磁辐射对人体有害,系统设计中应考虑人员的电磁防护问题;
2)燃油和其它易燃物在强电磁环境下可能发生危险,系统设计中要采取有效措施,尽量避免发生危险;
3)强电磁能会危害部分结构、系统装置、部品器件的非金属零部件、绝缘材料的物理特性、系统设计中应分析可能的危害,采取有效措施避免发生危害;
4)电磁辐射会直接造成部分元器件及电子电气设备的物理损坏。系统设计中应分析可能的危害,采取有效措施避免发生危害;
5)强电磁辐射可能危及飞机发动机的系统装置、危及发动机的非金属零部件、电子电气设备等,造成部分系统装置、部品期间的失效或损坏。系统设计中应分析电磁辐射可能的危害,采取措施避免发生危害;
6)机上部分设备的自毁装置、信号弹等在强电磁场环境中,可能接受传导发射或辐射发射能量而意外引爆。故系统设计中应分析可能的危害,采取适当措施避免发生意外引爆。
2 电磁防护设计
2.1 电磁防护定义
电磁防护是利用连续导电材料减少电磁场向机体内指定区域穿透,控制电磁波由辐射源经泄露途径向飞机各指定舱室传导和辐射传播。
飞机结构电磁防护设计是基于电磁波传播特性采取的结构设计措施。对一个完整的导电连续体,可以阻挡外部电磁波的辐射进入或大大降低辐射进入的强度,对内部的人员或设备就不会造成安全问题。但飞机因使用和制造要求,存在大量的活动门、窗、结构缝隙、电介质结构等,这些部位就是通过电磁波辐射进入的通路,通过这些辐射进入的电磁波,当能量达到一定强度时,就会危害到舱内人员安全和设备的正常工作。
2.2 电磁防护原理
电磁防护原理就是对非导电连续结构采取必要的设计措施,阻断电磁辐射从一个区域进入另一个区域的通路,或通过降低辐射进入的强度,达到满足人员安全和设备安全可靠工作的目的。
2.3 电磁防护材料和要求
为保证人员安全,驾驶舱、工作舱、休息舱的电磁环境应满足一定的安全限值。
电磁防护材料选择的原则是使用标准、导电性材料,或则使用铁磁性材料;在选择时主要考虑的是材料的机械性能而不是铁磁特性。通常选择的电磁防护材料为以下几种:
1)金属丝网
材料通常为蒙乃尔合金、铍铜、镀锡铜丝等。屏蔽材料在低频电磁波时较高、高频时屏蔽效能较低,一般是用在1GHZ以下的环境。
2)导电布
是以纤维布经过前置处理后施以电镀金属镀层使其具有导电性能的导电纤维布。一般使用镍包铜的镀层顺序(镍―铜―镍)制成,其表面电阻小于0.08Ω/sq,最佳屏蔽电磁波频率范围为100KHZ~3GHZ,屏蔽效能大于60dB,对高频电磁波屏蔽效果不理想。
3)硅脂导电胶
利用硅脂的高粘性和金属颗粒的高导电性结合而成,是一种室温固话的导电胶,固化后形成一个易弯曲且有弹性的导电连接头或密封垫。
硅脂导电胶包括72-00002、72-00192/00139、50-02-1030-0000、72-00236、72-00035、TP-SAS-200-0251等牌号。
4)导电布衬垫
由镀有铜镍等导电织物包覆不导电的泡沫棉制成,屏蔽性能可超过95~120dB,具有导电性高,抗腐蚀特性;多背部贴胶,方便安装,对于宽频段电磁波都具有较好的屏蔽性能。但频繁摩擦会损坏导电表层。
5)导电橡胶
导电橡胶是将导电颗粒填料均匀分布在硅橡胶中,通过压力使导电颗粒接触达到良好的导电性能,兼具良好的密封和屏蔽性能。
导电橡胶填料一般包括镍包铜粉填料、铝镀银填料、铜镀银填料、玻璃镀银填料、纯银填料等。
6)导电腻子
导电腻子由四种填有玻璃银或铜镀银微粒的单组分树脂组成。用于提高结构接口、孔缝和空隙的完整性,填实较大范围的。使用安全性较高、耐腐蚀性强、最大屏蔽效能可达100dB。
导电腻子包括72-00005、72-00014、72-00151、72-00202等牌号。
2.4 机体结构电磁防护设计
在飞机的电磁防护设计过程中,要求对内部隔框、地板、顶棚等进行电磁防护设计。飞机内部电磁防护设计主要用于防止内部辐射源或泄漏源辐射进入工作舱或设备舱,对人员或设备造成辐射危害。对内部辐射场的防护,通常由隔框、地板、机身壁板、顶棚、纵向墙等机身结构组成电磁屏蔽线,将电磁辐射场控制在电磁屏蔽线内。
由于舱内空间有限,设备多,电缆铺设密集,内部辐射场对全机的电磁干扰难以排除,为降低电磁辐射设计难度,应考虑采取以下措施来提高人员或设备电磁辐射安全性设计要求:
1)设计合理的屏蔽线;
2)设置屏蔽舱。若有多个发射机,尽可能将发射机集中布置后设计屏蔽舱,再对屏蔽舱采取电磁防护设计,以降低电磁防护设计难度,降低电磁防护设计成本,减轻电磁防护设计重量;
3)在管接头、接缝、通过孔处,采用屏蔽材料包扎,以封堵辐射能量泄露。
2.5 电磁防护设计存在的技术问题
电磁防护设计在飞机结构中存在以下几方面的技术问题:
1)飞机电磁防护设计是关系到飞机在复杂电磁环境下的安全性和可靠性的设计技术。在电磁防护设计时,应明确飞机使用剖面的外部辐射场,避免过设计或设计不足;
2)国内还没有能适应飞机电磁防护设计的屏蔽材料,目前所使用的屏蔽材料如导电胶、导电腻子、导电布、导电橡胶板、导电布衬垫、铍铜簧片等很难适应飞机结构耐环境、大间隙、变间隙、空中变形等条件下的适应性要求;
3)现有技术条件下,电磁防护设计缺乏全状态试验验证,难以真实反映飞机结构的防护性能。
3 结论
飞机电磁防护设计在国内外还没有相关技术资料和成熟经验可借鉴,要形成完整成熟的技术体系,还需很多问题去解决。由于电磁辐射危害与电磁防护设计工作的复杂性,对这一方面的问题需要更多的工程技术人员去关注和参与,努力尽快提升我国飞机电磁防护设计技术水平,提高飞机在复杂电磁环境下的适应能力和生存能力。
摘要:从分析显示模组的设计方法及LED显示模组电磁辐射干扰现象入手,比较灯驱分离与灯驱一体电磁兼容(EMC)设计特点。从EMC线路设计、屏蔽、吸波、滤波技术以及合理的接地措施探讨电磁兼容对策。
关键词:LED显示屏;电磁兼容
中图分类号:TN312+.8文献标识码:A
LED Display Module Design and Electromagnetic Compatibility (EMC)
WANG Qiao-li,XIA Zhi-qing
(Shenzhen SANSUN Hi-tech Co.,Ltd.,Shenzhen 518057,China)
Abstract: From the display module design and LED display modules electromagnetic radiation harassment, compared with the lamp lights flooding from flooding one of electromagnetic compatibility (EMC) design features. EMC lines from design, shielding, absorbing and filtering technology, reasonable measures to investigate the grounding of electromagnetic compatibility (EMC) countermeasures.
Keywords:LED display;electromagnetic compatibility(EMC)
前言
LED显示屏使用的电源电压为220V,工作时需与计算机相连,国家认证监督管理委员会于2002年将LED室内电子显示屏列入《第一批实施强制性产品认证的产品目录》;信息技术设备中与计算机连用的显示设备,应经过强制性产品认证后,方可出厂、销售、进口,或者在其它经营性活动中使用。LED显示屏3C认证的难点是电磁兼容(electromagnetic compatibiliy,EMC)问题。各种电流信号,如时钟、数据、锁存、寻址等脉冲信号成为辐射干扰的辐射激励源,而内部的各种连接线缆及PCB上的布线,则会形成辐射通道的辐射器,形成对外电磁辐射干扰,本文就此论述LED显示模组灯驱分离与灯驱一体的电磁辐射干扰设计优劣。
1 LED显示模组的电磁辐射干扰
LED显示模组是由数字电路构成的显示单元。其高速的工作频率、同步的脉冲大电流驱动(15~50mA)以及数量极大的LED发光管引脚和接插件产生的干扰因LED显示面的需要而无法完全屏蔽,使得LED显示屏是一个电磁辐射干扰较大的电子设备。由于LED显示屏具有高速刷新功能,抗干扰的能力相对较强,一般能满足GB/T19954.2电磁兼容的要求。所以本文着重讨论LED显示模组的电磁辐射干扰,特别是灯驱分离与灯驱一体电磁辐射干扰。
1.1LED显示模组电磁辐射干扰源分析
LED显示板的LED灯板和LED驱动板,通过排针连接,简称灯驱分离。LED灯板与LED驱动板设计在一张线路板上,简称为灯驱一体。
由于LED显示屏采用全数字化灰度形成方法,完全依靠电流脉冲驱动灯板LED发光,因而在形成高品质图像时,所使用的信号频率也被同步地大幅度提高,产生变频电脉冲,频谱延伸非常宽,已经落入对其它电子设备产生干扰的频段内,电磁干扰幅度大。如果不采取EMC设计,产品将无法满足GB9254的要求。对于现有不采取EMC设计的LED显示模组,其主要的电磁干扰来源于以下方面,以灯驱分离为例说明。
现有的灯驱分离,LED灯板与IC驱动板分离,通过大量的排针连接,灯板为双面PCB板,驱动板亦为双面PCB板。某一路信号导通时,产生差模辐射。如图1即形成闭环辐射。由于灯驱分离,其闭环的路径较长。差模电磁辐射值最大由公式(1)计算。得出减少信号闭环面积是最积极的办法,相对于灯驱一体的设计,由于其闭环面积大,其电磁辐射值要大。
E=131.6×10-16(f2AI)/r(1)
上述公式中,E为电场强度;单位V/m;f为电流频率,单位Hz;A为闭环面积(m2);I为电流强度,单位A,r为观测点到电流环路的距离,单位m。
某一路信号未闭合,将产生共模辐射,如图2所示。共模辐射,与信号路径长短有直接关系,其最大值为:
E=12.6×10-7×(fIL)/r(2)
其中L为路径长度,单位为m。灯驱分离相对于灯驱一体,因为信号路径不同,显然LED灯板与驱动板分离,其电磁辐射要强。
上述公式,在同一线路设计和测试条件下,f、I、r相同,产生的差模与共模辐射强度直接与闭环面积和信号路径长短成正比。
现有的灯驱分离或者是灯驱一体,其PCB板按双面板设计,其设计缺乏有效的屏蔽措施,合理的接地措施。对器件的布局,因要考虑设计需要和热量管理,也很难保证IC或LED灯合理布局,加之对LED显示模组设计的电流高频信号及实际使用的需求设计,控制电磁辐射仍非常困难。因此,灯驱分离或灯驱一体的双面PCB板的设计,是一种不合理的EMC设计。
2LED模组PCB板电磁辐射EMC设计要点
抗电磁辐射EMC线路板设计要点分为屏蔽、滤波,以及器件合理布局。
2.1屏蔽
由于双层线路板构成LED显示模组,其发光面是无法屏蔽的,因此,线路设计用双层PCB是一种不合理的设计。采用四层PCB设计,将是比较理想的屏蔽办法。对于大间距像素模组,采用四层PCB设计,灯驱合一将有效改善电磁辐射;对于小间距像素模组,在考虑LED显示模组的热量管理的前提下,采用灯板和驱动板分离,都用四层PCB板做灯驱分离设计,也能较好地解决屏蔽的问题。
线路设计中,供电电源走线路板一面,而地线走另一面的重合部分,供电电源线尽量与地线靠近,LED灯在显示面只保留焊盘,布线层是中间层。这样既解决屏蔽问题,又充分考虑减少差模发射的闭环面积,从而减少辐射量。
2.2器件的合理布局将减少线路差模辐射和共模辐射
滤波及器件的合理分布是在热量管理优先的前提下,实现减少闭环面积和缩短高频信号传输距离。由于线路闭环面积及传输距离与对外电磁辐射成正比。减少面积或传输距离,就能减少辐射量。特别要关注时钟、数据及扫描驱动的闭环面积和传输距离,因为这些信号是电路中频率最高的,应尽量为时钟信号、高频信号、敏感信号等关键信号提供专门的布线层,并保证其最小的回路面积。必要时应采取手工优先布线、屏蔽和加大安全间距等方法,保证信号质量。
环路最小规则,即信号线与其回路构成的环面积要尽可能小,环面积越小,对外的辐射越少,接收外界的干扰也越小。针对这一规则,在地平面分割时,要考虑到地平面与重要信号走线的分布,防止由于地平面开槽等带来的问题;对一些关键信号尽量采用地线隔离,对一些频率较高的设计,需特别考虑其地平面信号回路问题,建议采用多层板为宜。
防止信号线在不同层间形成闭环。在多层板设计中容易发生此类问题,闭环将引起辐射干扰。
2.3滤波是线路设计必须的环节
在IC电源与地之间设置合适的去耦电容,引线要短,把地线设计成一个地线面,能使辐射的环路变得最小。在地线环路中设置多个与外壳串联的高耐压陶瓷电容,使得滤波屏蔽的效果更好。在印制版上增加必要的去耦电容,滤除电源上的干扰信号,使电源信号稳定。在多层板中,对去耦电容的位置一般要求不太高,但对双层板,去耦电容的布局及电源的布线方式将直接影响到整个系统的稳定性,有时甚至关系到设计的成败。在设计时,还要考虑到由于传输距离过长而带来的电压跌落给器件造成的影响,必要时增加一些电源滤波环路,避免产生电位差。能否正确地使用去耦电容,关系到整个板的稳定性。
2.4走线的方向控制规则
相邻层的走线方向应成正交结构。避免将不同的信号线在相邻层走成同一方向,以减少不必要的层间窜扰;当由于板结构限制(如某些背板)难以避免出现该情况,特别是信号速率较高时,应考虑用地平面隔离各布线层,用地信号线隔离各信号线。
3线路板接口端子连线设计
线路板接口端子连线设计是线路板辐射干扰重要环节。通常的做法是加装滤波装置和安装铁氧体磁环,更进一步的做法是尽量减少扁平线电缆,而使用双绞线或同轴电缆,外加氧体磁环。线缆的长度尽可能短。在通信距离较远的场所,最好的办法是使用光缆。
4结论
综上所述,为抑制电磁辐射干扰,完成LED显示屏3C认证,线路板的设计是最为关键的环节,改变设计理念,是规范电磁兼容线路设计必不可少的步骤,对推动LED显示屏行业健康发展,提高行业的整体素质是十分有意义的,特别是对推动各种认证、提高国际竞争力尤为重要。