電磁感應(yīng)輻射精選(九篇)

前言：一篇好文章的誕生，需要你不斷地搜集資料、整理思路，本站小編為你收集了豐富的電磁感應(yīng)輻射主題范文，僅供參考，歡迎閱讀并收藏。

第1篇：電磁感應(yīng)輻射范文

關(guān)鍵詞： 道路照明； 無極燈； 節(jié)能環(huán)保

中圖分類號： U653.95 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1009-8631（2011）04-0089-01

現(xiàn)代化城市室外照明不僅僅是傳統(tǒng)概念上對道路、廣場功能性照明，還包括室外的紀(jì)念物、招牌廣告、自然景點、建筑物、園林小品等的亮化、美化的景觀照明。功能性照明是為了滿足夜間視覺辨識的生理、心里需要及環(huán)境安全性提供的環(huán)境照明；景觀照明則是運用燈光創(chuàng)造以觀賞為主的藝術(shù)景觀，是自然科學(xué)和美學(xué)相結(jié)合而形成的藝術(shù)化照明。

在目前全球能源警長的大環(huán)境下，我國照明用電量已占總用電量的10%-20%。按照我國提出的“中國綠色照明工程”，照明節(jié)電已成為節(jié)能的重要方面。尤其是城市室外照明已經(jīng)成為現(xiàn)代文明的重要標(biāo)志，作為城市基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計的重要組成部分，在照明功能的體現(xiàn)之外它注重的是燈光亮度、色彩對比、表達(dá)的是景觀環(huán)境，產(chǎn)生的是社會和經(jīng)濟(jì)的價值而不是照明的本身?？茖W(xué)節(jié)能的城市室外照明將是一個地區(qū)文化、科技水平和經(jīng)濟(jì)實力的綜合體現(xiàn)。

一、電磁感應(yīng)燈的工作原理及特點

電磁感應(yīng)燈又叫無極燈，其中可分為高頻無極燈和低頻無極燈，且低頻無極燈各項指標(biāo)更優(yōu)。顧名思義，無極燈就是沒有燈芯的燈，大家都知道普通的白熾燈是依靠燈芯（電極）的燃燒來提供照明的，包括道路照明上用的比較多的高壓鈉燈、汞燈等都是有燈芯的，無極燈沒有燈芯，靠什么來照明呢？靠的就是電磁感應(yīng)原理。在環(huán)狀的燈管外套著一對鐵芯，鐵芯上包著繞組，當(dāng)繞組通交流電后，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，鐵芯周圍就產(chǎn)生了交變的磁場，變化的磁場產(chǎn)生感應(yīng)電流，再利用耦合震蕩原理將產(chǎn)生的高頻電壓注入到真空的玻殼或玻管里，使低壓汞和惰性氣體的混合蒸汽產(chǎn)生放電，輻射出紫外線，再通過三基色熒光粉轉(zhuǎn)化為可見光。正是基于法拉第電磁感應(yīng)定律的工作原理，電磁感應(yīng)燈才有了諸多的優(yōu)點：

（1）長壽命。由于電磁感應(yīng)燈沒有電極，從而有效的避免了電極燃燒的損耗，壽命一般可達(dá)到6萬小時以上，比普通的白熾燈長100倍，即使對比壽命超長的美國GE的高壓鈉燈，也要高出一倍以上（GE的高壓鈉燈一般標(biāo)稱壽命為2.8萬小時）。

（2）節(jié)能。電磁感應(yīng)燈的功率因數(shù)很高，一般都在0.98左右，而高壓鈉燈即使在加裝電容補(bǔ)償后，功率因數(shù)也只能達(dá)到0.85左右，因此，電磁感應(yīng)燈的節(jié)能效果是毋庸置疑的。另外，電磁感應(yīng)燈的發(fā)光效率達(dá)到了80-85Im|W，屬于高光效，雖然比金鹵燈和高壓鈉燈稍低，但是用于室外照明也已足夠。

（3）高顯色性。電磁感應(yīng)燈采用三基色熒光粉，顯色指數(shù)Ra>80，在夜晚色彩還原性好，可以有效的幫助司機(jī)和行人分辨各類物體，增加道路交通的安全。色溫范圍較廣，從2700K～6400K，而且有紅、綠、蘭、白、黃等多種顏色可選。

（4）無眩光、無閃爍。電磁感應(yīng)燈的光源多采用高頻（210-230kHz）電子鎮(zhèn)流器來驅(qū)動，無閃爍。

（5）燈功率及電源電壓的范圍寬。電磁感應(yīng)燈的功率現(xiàn)在可以做到20W～250W，無論在民用還是在工業(yè)用途中，它的適用范圍都可以滿足要求。另外，電磁感應(yīng)燈的適用電壓范圍極廣，從85V～277V，有著較好的通用性和穩(wěn)定性。

二、電磁感應(yīng)燈在綠色照明的重要作用

談到綠色照明，首先要理解它的含義，綠色照明的科學(xué)定義是：綠色照明是指通過科學(xué)的照明設(shè)計，采用效率高、壽命長、安全和性能穩(wěn)定的照明電器產(chǎn)品（電光源、燈用電器附件、燈具、配線器材，以及調(diào)光控制調(diào)和控光器件），改善提高人們工作、學(xué)習(xí)、生活的條件和質(zhì)量，從而創(chuàng)造一個高效、舒適、安全、經(jīng)濟(jì)、有益的環(huán)境并充分體現(xiàn)現(xiàn)代文明的照明。

綠色照明在我國并不是一個新鮮的課題，早在1998年1月1日，我國就頒布了《節(jié)能法》，在“十一五”規(guī)劃中，綠色照明更是十大重點節(jié)能工程之一。我國的人均資源，特別是電力資源還是比較匱乏的，目前，我國照明耗電占全國總發(fā)電量的10-20%，相當(dāng)于二個三峽發(fā)電站的發(fā)電量，因此綠色照明工程的節(jié)能意義就顯得非常重大。

根據(jù)綠色照明的含義，除了科學(xué)的設(shè)計外，采用什么樣的照明電器產(chǎn)品在綠色照明中有著舉足輕重的作用，光源是能量轉(zhuǎn)換成光的器件，是實施綠色照明的核心。對照“效率高、壽命長、安全和性能穩(wěn)定”的要求，我們可以發(fā)現(xiàn)，無論在光效、壽命和安全穩(wěn)定性方面，電磁感應(yīng)燈都具有良好的表現(xiàn)，是綠色照明光源的絕佳選擇。

三、電磁感應(yīng)燈的發(fā)展及推廣應(yīng)用

電磁感應(yīng)燈既然有如此眾多的好處，那么為什么不大力推廣加以使用呢？我分析原因有以下幾點：

（1）電磁感應(yīng)燈的推出時間不長，還沒有被廣大的使用者所了解。電磁感應(yīng)燈目前還僅僅只是在專業(yè)的使用者中得聞其名，至于眾多的使用者，根本是聞所未聞。

（2）電磁感應(yīng)燈的價格不菲，目前還處在一個比較高的地位，和自鎮(zhèn)流式的節(jié)能燈及路燈所用的高壓鈉燈相比，雖然有著眾多的優(yōu)點，不過短時間內(nèi)還難以被廣泛使用。

（3）電磁感應(yīng)燈的質(zhì)量還有待提高，國家標(biāo)準(zhǔn)亟待出臺。目前，國家對于電磁感應(yīng)燈還沒有出臺相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，電磁感應(yīng)燈的生產(chǎn)廠家良莠不齊，標(biāo)準(zhǔn)不一，導(dǎo)致用戶對電磁感應(yīng)燈的信任度不夠，沒有推而廣之的積極性。

（4）電磁感應(yīng)燈的燈具和安裝方式和現(xiàn)有的路燈燈具不統(tǒng)一，不利于舊燈改造。

電磁感應(yīng)燈要發(fā)展，可以采用試點工程的方式加以推廣。在新建道路的路燈安裝中，可以整條道路使用電磁感應(yīng)燈，這樣，即能夠達(dá)到整條道路的和諧統(tǒng)一，也可以方便統(tǒng)計數(shù)據(jù)，查看節(jié)能效果，使廣大使用者和人民群眾能夠了解電磁感應(yīng)燈的節(jié)能功效，無形之中宣傳了電磁感應(yīng)燈的良好效果，配合完成了國家有關(guān)綠色照明示范崗工程的要求，達(dá)到一舉多得的效果。

推廣應(yīng)用的方法：

（1）加大宣傳力度，提高全社會綠色照明意識。要廣泛深入持久開展綠色照明的宣傳，提高全民的資源憂患意識和節(jié)約意識，增強(qiáng)全社會的照明節(jié)能意識和可持續(xù)發(fā)展意識。要充分利用新聞媒體和各種宣傳手段大力宣傳節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境是基本國策，大力宣傳實施城市綠色照明工程的意義和目標(biāo)任務(wù)，大力宣傳綠色照明示范工程的成效和經(jīng)驗。通過各種生動活潑的宣傳教育，吸引全社會廣泛參與，使綠色照明工程逐步成為全社會的共同意識。

（2）堅持技術(shù)創(chuàng)新，推廣普及綠色照明工程，要在滿足城市照明的功能需要的基礎(chǔ)上，堅持科技創(chuàng)新，加大設(shè)施投入和新技術(shù)、新光源的推廣應(yīng)用，做到安全可靠、科學(xué)合理、經(jīng)濟(jì)實用、維護(hù)方便，提高城市綠色照明的效率。在新建和改造過程中嚴(yán)禁和杜絕使用高耗能、低壽命、光污染嚴(yán)重的燈具和光源。推廣使用高光效、高壽命、節(jié)能環(huán)保（如：無極燈）等的應(yīng)用，保證城市照明功效達(dá)到節(jié)能效果。

（3）建設(shè)一批綠色照明示范工程，提升城市照明品位，全面推行具有環(huán)保、節(jié)能和人文特性的綠色照明工程。

第2篇：電磁感應(yīng)輻射范文

【關(guān)鍵詞】電磁感應(yīng)；ANSYS仿真；地?zé)犭娎|

1.引言

地?zé)犭娎|采暖是近年來出現(xiàn)在國內(nèi)外的一種較新型的采暖方式。由于利用蓄熱式地?zé)犭娎|地板輻射采暖具有舒適程度高、使用成本低、環(huán)保無污染等優(yōu)點，更受到大眾的青睞。同時，大面積使用地?zé)犭娎|采暖供暖還可以有效調(diào)節(jié)冬季夜間閑置電力，減少能源的浪費。我國南方地區(qū)也可以家庭或廠房為單位鋪設(shè)，所以地?zé)犭娎|采暖的普及已經(jīng)成為當(dāng)前采暖方式的重點發(fā)展趨勢。

但是對于電纜故障的斷點檢測一直沒有方便實用的技術(shù)和儀器出現(xiàn)。隨著我國地?zé)犭娎|采暖市場的逐年擴(kuò)大，地?zé)犭娎|的損傷修復(fù)問題也越來越突出。由于地?zé)犭娎|鋪裝時預(yù)埋在地面混凝土之下，在施工和后期維護(hù)的過程中一旦電纜本身出現(xiàn)故障，維修起來相當(dāng)困難。目前在國內(nèi)針對地?zé)犭娎|故障的定點檢測儀尚屬空白。業(yè)內(nèi)普遍采用將地面混凝土整體破壞，再把整根電纜取出重新安裝新電纜替代的辦法進(jìn)行維護(hù)。這種辦法耗時長、不利于操作，還要破壞室內(nèi)地面裝修，維修成本高，造成了大量人力、物力的浪費，業(yè)主也不易接受。目前對于電纜故障的診斷方法主要有電容比對法、脈沖反射法等方法[1-3]。本文利用電磁感應(yīng)原理，利用ANSYS軟件進(jìn)行了電磁場的仿真計算，在軟件仿真的基礎(chǔ)上設(shè)計了檢測電路，可以在不破壞地面鋪設(shè)的情況下，檢測電纜故障點。

2.電磁感應(yīng)原理簡介

根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，感應(yīng)電動勢E＝nΔΦ/Δt，n：感應(yīng)線圈匝數(shù)，ΔΦ/Δt：磁通量的變化率。對載流I，長為L的直導(dǎo)線，其周圍磁場為：

，其中，為場點到載流直導(dǎo)線的垂直距離，和分別為導(dǎo)線的電流流入端和流出端電流元與矢徑之間的夾角，被測電纜可以看作無限長直線載流導(dǎo)線，則，，所以磁場。該系統(tǒng)的激勵信號由1000Uf電容的充放電產(chǎn)生，結(jié)合電容充放電公式推導(dǎo)出該系統(tǒng)中勵磁信號產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最大為：

，其中，：激勵信號電壓；：感應(yīng)線圈的匝數(shù)；：感應(yīng)線圈的面積；：地面或墻面的磁導(dǎo)率；：任一點到電纜軸線的垂直距離；：勵磁電路中的充、放電電阻；：勵磁電路中的充、放電電容。由此可知，當(dāng)上述參數(shù)確定后，線圈中的感應(yīng)電動勢即可求出。

3.地?zé)犭娎|電磁場仿真

常用的地?zé)犭娎|為雙芯電纜，以消除正常工作時的電磁輻射影響。一般的室內(nèi)地?zé)岵膳到y(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。從圖中可以看出，從地面位置，即瓷磚之上，檢測地?zé)犭娎|的電磁場的電路設(shè)計難點在于磁場強(qiáng)度信號的強(qiáng)度。

利用有限元分析軟件ANSYS的電磁場分析模塊對圖1所示的典型電纜鋪設(shè)狀態(tài)進(jìn)行建模和仿真。根據(jù)地?zé)犭娎|采暖系統(tǒng)布置情況，考慮到混凝土和空氣對電磁場的影響方面的性能相像，在仿真模型中只考慮了通電電纜和空氣兩種材質(zhì)和模型。施加不同的電壓信號，得到的B-H值計算結(jié)果如圖2、3所示。

從仿真結(jié)果圖可以發(fā)現(xiàn)，在地面檢測時，由于混凝土和瓷磚等物體的隔離距離很大，所以電流產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度很微弱。而且B-H值跟信號發(fā)生器的電壓關(guān)系比較大。

4.斷點診斷電路設(shè)計

利用電磁感應(yīng)原理，給地下電纜上加上一定頻率的交流信號產(chǎn)生交變磁場，在地面上移動感應(yīng)線圈，利用線圈內(nèi)磁通的變化量產(chǎn)生感應(yīng)電壓信號來尋找故障點，將感應(yīng)信號通過放大、濾波等處理后，用儀表顯示出來或利用耳機(jī)聽。在故障點，信號最強(qiáng)，當(dāng)探頭從故障點左右前后移動時，信號即減弱或中斷，因此，信號最強(qiáng)處即為故障點。電路原理圖如圖4所示，根據(jù)發(fā)光二極管的變化可探測地?zé)犭娎|故障點在地下的位置。由于地面附近的電磁場強(qiáng)度較弱，線圈采集到的信號需經(jīng)放大后才能顯示。這也是電路設(shè)計的重點和難點之一。然后經(jīng)濾波和整流后，以LED燈顯示的方式確定故障點位置。

5.實驗

選用銅鎳鉻合金雙導(dǎo)線地?zé)犭娎|，上面依次覆蓋聚苯乙烯泡沫保溫板、水泥和瓷磚，電感線圈的電感量為0.01H，兩端并聯(lián)4700uF，根據(jù)公式，選頻頻率約為340Hz。實驗測得激勵信號的波形如圖5所示。在距地面最遠(yuǎn)約為15公分處可以感應(yīng)到信號，故障點范圍半徑在10cm以內(nèi)。

參考文獻(xiàn)

[1]姚旻,胡必宸.便攜式電纜斷點定位儀[J].淮南工業(yè)學(xué)院學(xué)報.2002,23(2):67-71.

[2]張棟國.電纜故障分析與測試[M].北京:中國電力出版社,2005.

[3]孫啟飛.電纜檢測技術(shù)的應(yīng)用及提高[J].低壓電器, 2010(1):49-51．

基金項目：浙江省大學(xué)生科技創(chuàng)新活動計劃（新苗人才計劃）項目（2011R409021）。

作者簡介：

第3篇：電磁感應(yīng)輻射范文

近日，據(jù)國外媒體報道，美國杜克大學(xué)普拉特工程學(xué)院的兩位學(xué)生發(fā)明了一種可以將手機(jī)WiFi信號轉(zhuǎn)化成電流的新技術(shù)，有望在未來徹底取代手機(jī)充電器。此外，英國南安普頓大學(xué)的科學(xué)家目前正與諾基亞合作，希望共同研究利用閃電這一自然現(xiàn)象所產(chǎn)生的電壓極不穩(wěn)定的電流來為移動設(shè)備充電。那么，手機(jī)無線充電是不是指日可待了？

新型充電技術(shù)多為雞肋

我們所期待的無線充電，可能真的就像藍(lán)牙、WiFi一樣，走到哪就可以充到哪，從根本上杜絕充電器和移動電源。但是，目前的無線充電技術(shù)卻很難使這一“夢想”普及，衍生出了一系列各式各樣的新型充電技術(shù)。

目前，手機(jī)太陽能充電器算是一種比較普遍的充電產(chǎn)品，價格多在一百到兩百元不等。充電器將太陽能轉(zhuǎn)換為電能后存儲在蓄電池里面，調(diào)節(jié)電壓從3.7伏到6伏，可以對MP3、MP4、iPad、數(shù)碼相機(jī)和手機(jī)等產(chǎn)品充電。而專門的太陽能手機(jī)充電器則是直接將太陽能的能量轉(zhuǎn)換為電能存儲在太陽能手機(jī)充電器的內(nèi)置電池里，在需要對手機(jī)充電時，太陽能手機(jī)充電器里的蓄電池將電能輸出，對手機(jī)進(jìn)行充電。

但是，太陽能充電器也有很多缺點。國家發(fā)改委能源研究所研究員姜克雋告訴記者，利用太陽能充電確實很容易實現(xiàn)又環(huán)保，但電量轉(zhuǎn)換效率非常低，充電速度慢是它最大的雞肋，僅適用于在陽光充足的情況下臨時救急。而且，太陽能充電也并沒有真正意義上脫離充電器，還是需要隨身攜帶一個太陽能轉(zhuǎn)換器。

此外，姜克雋介紹，手搖、納米充電等也適用于沒有電源線的時候充電，但是手搖的頻率以及通過納米摩擦產(chǎn)生的小輸出率的電量也很難充滿手機(jī)。

北京郵電大學(xué)電子工程學(xué)院的張洪欣教授也認(rèn)為，太陽能以及手搖充電雖然很可行，但是手搖充電和太陽能充電與目前的技術(shù)有關(guān)，現(xiàn)在還達(dá)不到市場化的要求，即電量不好保證，很難獲得市場。

看來，這些新型的充電技術(shù)看起來很潮，實際應(yīng)用起來并不是很順手，相較于用戶徹底擺脫充電線的需求還相差甚遠(yuǎn)，它們始終不能代替用戶對無線充電的需求。新型充電技術(shù)多為雞肋，用戶對手機(jī)無線充電時代的到來愈發(fā)期待。

充電革命還處于起步階段

三年前，麻省理工學(xué)院研發(fā)出一種可以在空氣中傳導(dǎo)電流的技術(shù)，這意味著，在一臺需要充電的設(shè)備如筆記本電腦和放電器之間，不需要任何物理接觸。這種技術(shù)依靠磁場傳導(dǎo)，科學(xué)家相信，該技術(shù)在不遠(yuǎn)的未來可以大規(guī)模運用。

一年前，連混合動力車都可以無線充電。有日本科學(xué)家展示了對混合動力車進(jìn)行無線充電的新技術(shù)：一輛日產(chǎn)混合動力車，停在距離充電柱幾米遠(yuǎn)的地方，借助電磁場導(dǎo)電，很快充上了電。雖然距離很近，但都給無線充電技術(shù)的應(yīng)用普及帶來了一絲希望。

目前，無線充電的技術(shù)大多借助了無形的磁場來傳輸電流，首先就是通過手機(jī)來普及的。

據(jù)了解，目前市面上還確實存在一種Qi標(biāo)準(zhǔn)無線充電器，而且淘寶上銷售這類產(chǎn)品的商家已經(jīng)超過2萬。

Qi便是基于電磁感應(yīng)原理進(jìn)行輸電的一項技術(shù)，這種充電器對手機(jī)有一定的要求。首先手機(jī)電池上必須有無線觸點，然后在電池?zé)o線觸點上吸附一個紙張薄厚的無線接收端，再將Qi無線充電器緊貼于無線接收端后面，就像把手機(jī)放在一個“電磁爐”上，便可以給手機(jī)充電了。如果是蘋果手機(jī)這種電池不能拆卸的手機(jī)，就要在手機(jī)外面套一個無線接收端手機(jī)殼，手機(jī)殼要與手機(jī)充電接口相連，才可以實現(xiàn)無線充電。

據(jù)介紹，Qi現(xiàn)階段的設(shè)計目的是為5W以下的電子產(chǎn)品提供無線電力供應(yīng)，供電效率已有70%左右，相較常用的直流電源適配器72%的平均效率相差不遠(yuǎn)。但是，此款產(chǎn)品雞肋的地方在于它并沒有擺脫充電器的束縛，還必須將手機(jī)緊貼充電器，相較于有線充電，更不利于邊充電邊使用手機(jī)。

其實，Qi無線充電器的出現(xiàn)已經(jīng)向無線充電革命邁進(jìn)了一大步，可能百年之后它會被譽(yù)為無線充電技術(shù)的前身，Qi充電技術(shù)所基于電磁感應(yīng)原理是目前最主流的無線充電技術(shù)的一種，雖限制不少，但基于電磁感應(yīng)的無線充電技術(shù)也是目前最成熟的技術(shù)。

隨著全球智能手機(jī)市場競爭愈演愈烈，無線充電成為各大手機(jī)制造商志在必奪的蛋糕。據(jù)統(tǒng)計，在年初諾基亞Lumia920、三星GalaxyS系列、谷歌Nexus4、HTC8X等都已上市且具備無線充電功能的智能機(jī)，它們都可以通過感應(yīng)無線充電器充電。

但是如果想要不把手機(jī)放在“電磁爐”上，電磁感應(yīng)充電技術(shù)恐怕要徹底革新。目前已知的其他技術(shù)有磁共振充電技術(shù)，可以讓支持該技術(shù)的設(shè)備能夠放在離電源最多幾英尺開外的地方進(jìn)行充電。磁共振充電基于與磁感應(yīng)同樣的發(fā)射器技術(shù)，但是它能夠?qū)崿F(xiàn)更遠(yuǎn)距離的輸電。但是目前這項技術(shù)并沒有什么太大的進(jìn)展。

無線充電還需繼續(xù)探索

有網(wǎng)友認(rèn)為：“無線的方式除了方便一點似乎沒有任何好處，而且如果列一張單子的話估計還是缺點更多，比如電磁損耗之類的?！贝_實，無線充電的今天，存在著一些尚待解決的問題。

北京郵電大學(xué)計算機(jī)學(xué)院的楊旭東教授曾經(jīng)帶領(lǐng)他的科研團(tuán)隊研究了無線充電技術(shù)，該團(tuán)隊負(fù)責(zé)人表示，電磁感應(yīng)是目前最普遍的充電方式，得到的電量也較為充裕，足夠手機(jī)使用。而目前正在進(jìn)一步研發(fā)的是磁共振技術(shù)，當(dāng)然還沒有到成熟的階段。不論是哪一種方式，最大的制約都在于無線充電技術(shù)產(chǎn)生了對人體有害的電磁波，這個電磁波的輻射會影響人們的神經(jīng)系統(tǒng)和心血管系統(tǒng)，這也是需要繼續(xù)探索克服的問題。

第4篇：電磁感應(yīng)輻射范文

【關(guān)鍵詞】磁流體電磁感應(yīng)洛倫茲力微觀動生電動勢法拉第

磁流體發(fā)電技術(shù)，是高溫氣體電離成導(dǎo)電的離子流，高速通過磁場時，“磁流體”切割磁感線，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的技術(shù)，可以把熱能直接轉(zhuǎn)換成電流，而不再多經(jīng)過內(nèi)能到機(jī)械能這一過程，理論上發(fā)電的效率要比傳統(tǒng)發(fā)電更高，這種技術(shù)也稱為"等離子體發(fā)電技術(shù)"。

對磁流體發(fā)電原理的分析，可以很好的鍛煉高中生的邏輯推理能力與想象力。從微觀角度來看，如右圖：一群電量為q的離子，以速率v，垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度B的勻強(qiáng)磁場，正負(fù)電荷所受洛倫茲力方向相反，偏轉(zhuǎn)方向相反，上下兩板積累電荷激發(fā)電場。穩(wěn)定時有：

qE=qvB，粒子不在偏轉(zhuǎn)即有E=Bv，

兩板間形成勻強(qiáng)電場有：

U=Ed聯(lián)立兩式有U=Bdv。

教學(xué)過程中，不少學(xué)生發(fā)現(xiàn)這個式子與法拉第電磁感應(yīng)定律中，導(dǎo)體棒切割磁感線的電動勢表達(dá)形式一致。兩者間是否有聯(lián)系呢？若導(dǎo)體棒切割磁感線，不難發(fā)現(xiàn)導(dǎo)體中自由電子與棒一起定向移動，而磁流體發(fā)電中，等離子體定向移動，切割的是“磁流體”，導(dǎo)電的流體起到了金屬導(dǎo)線的作用。當(dāng)然法拉第電磁感應(yīng)定律完全可以使用了。這個時候教師可以提出疑問，動生電動勢的公式Bdv又是怎么得到的呢，大部分學(xué)生會想到是法拉第電磁感應(yīng)定律磁通量變化快慢得出的。再問為什么磁通量變化快慢可以表示電動勢呢？其實法拉第并沒有做出解釋，它是通過大量實驗總結(jié)得到的。麥克斯韋對此做出了較好的解釋。

麥克斯韋在法拉第電磁感應(yīng)定律的基礎(chǔ)上，提出麥克斯韋電磁理論，認(rèn)為變化的磁場在空間中會產(chǎn)生渦旋電場，這也是感生電動勢產(chǎn)生的原因。從微觀角度看磁流體發(fā)電，我們能得到什么啟發(fā)嗎？經(jīng)過思考，發(fā)現(xiàn)棒電動勢的原因又是什么呢？想象力是最偉大的，導(dǎo)體棒切割磁場，棒中自由電子類似磁流體中離子的定向移動，如下圖所示。

取極短一段導(dǎo)體研究有：

導(dǎo)體水平切割磁場，自由電子受到如右圖所示洛倫茲力沿著導(dǎo)線向下，自由電子向下運動，電子在下端堆積，上端就有較多的正電荷分布，直到分布在導(dǎo)體棒上的電荷在棒內(nèi)產(chǎn)生的電場力qE=qvxB，有E=Bv，極短的棒兩端的電勢差U=BVd，若求整根棒的電壓，只要進(jìn)行累加即可。

看來產(chǎn)生動生電動勢的根本原因是磁偏轉(zhuǎn)，產(chǎn)生電能的、克服靜電力做功是磁場力了？洛倫茲力永不做功？其實這沒有矛盾。如右圖洛倫茲力的合力垂直于合速度，所以洛倫茲力永不做功。洛倫茲力分力fx做負(fù)功與分力fy所做正功抵消Wfy+Wfx=0，我們平時說的安培力FB，從微觀角度認(rèn)為是所有自由電子fx的總和，故WFB=Wfx=-Wfy。我們常說的切割磁感線產(chǎn)生的電能等于克服安培力所做的功，即洛倫茲力分力fy所做的功。（不少同學(xué)這里恍然大悟）

比較另一物理情景，固定的閉合導(dǎo)體環(huán)中磁場變化產(chǎn)生感應(yīng)電流，電能是從哪里來呢？有電流，有安培力，但是無位移顯然安培力沒有做功。其實這里是由于變化磁場在空間產(chǎn)生渦旋電場，渦旋電場對導(dǎo)體環(huán)中自由電子做功，提供能量?？磥韯由c感生電動勢產(chǎn)生的原理微觀角度來說是不同的啊，能量的轉(zhuǎn)化也不同。

在解題過程中運用動生電動勢微觀角度考慮問題，比磁通量的變化角度有很大優(yōu)越性。如右圖，導(dǎo)體棒向右切割，要判斷是否有感應(yīng)電動勢。閉合回路總面積沒有變化，磁通量不變，但是a部分磁通量增加，b部分磁通量減少。學(xué)生在閉合回路的選擇存在困難。如果從動生電動勢微觀角度分析，只要導(dǎo)體棒切割磁感線，就會有電動勢產(chǎn)生，而不用去費心去研究哪一部分磁通量是否變化。

再看下圖所示，一個很長的豎直放置的圓柱形磁鐵，在其外部產(chǎn)生一個中心輻射磁場（磁場水平向外），設(shè)一個與磁鐵同軸的圓形鋁環(huán)，鋁環(huán)所在處磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，下落過程中鋁環(huán)平面始終水平，鋁環(huán)半徑為R試求：（1）鋁環(huán)下落的速度為v時鋁環(huán)的感應(yīng)電動勢是多大？

從磁通量變化的角度來看，磁感線始終平行于線圈平面，磁通量為0，沒有變化，沒有感應(yīng)電動勢。從微觀角度，導(dǎo)體環(huán)切割磁感線，自由電子磁偏轉(zhuǎn)，可以把環(huán)形導(dǎo)線“拉直”，環(huán)中的感應(yīng)電動勢E=BV（2ΠR）。為什么兩種角度思考有不同結(jié)論呢？法拉第經(jīng)過實驗，總結(jié)出了“只要穿過閉合電路中的磁通量發(fā)生變化，閉合電路中就有感應(yīng)電流。”這是正確結(jié)論，但反過來不能說“只要有感應(yīng)電流就一定有磁通變化。動生電動勢雖然恰好也可以由磁通量變化角度導(dǎo)出，但這樣做往往會導(dǎo)致忽視了動生 電動勢與感生電動勢的微觀角度本質(zhì)的區(qū)別。

同樣的圓盤轉(zhuǎn)動切割磁感線，圓盤中磁通量也沒有變化，從磁通量得角度來解釋，學(xué)生很難理解，但是從動生電動勢角度卻很好解釋。

這是某地市質(zhì)檢題目：如下圖所示，在豎直平面內(nèi)放置一長為L、內(nèi)壁光滑的薄壁玻璃管，在玻璃管的a端放置一個直徑比玻璃管直徑略小的小球，小球帶電荷量為-q、質(zhì)量為m。玻璃管右邊的空間存在著勻強(qiáng)電場與勻強(qiáng)磁場.勻強(qiáng)磁場方向垂直于紙面向外，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B；勻強(qiáng)電場方向豎直向下，電場強(qiáng)度大小為mg/q，場的左邊界與玻璃管平行，右邊界足夠遠(yuǎn).玻璃管帶著小球以水平速度V0垂直于左邊界進(jìn)入場中向右運動，由于水平外力F的作用，玻璃管進(jìn)入場中速度保持不變，一段時間后小球從玻璃管b端滑出并能在豎直平面內(nèi)自由運動，最后從左邊界飛離電磁場.運動過程中小球的電荷量保持不變，不計一切阻力，求：（1）小球從玻璃管b端滑出時的速度大小；（2）從玻璃管進(jìn)入磁場至小球從b端滑出的過程中，外力F所做的功；

本題第2個問學(xué)生出錯的很多，主要在于洛倫茲力到底有沒有做功。其實把帶電小球看“成自由電子”，考慮與導(dǎo)體棒切割磁場類比，如右圖對小球受力分析的豎直分量做功，而洛倫茲力水平分力做功為負(fù)，總洛倫茲力不做功。Wfy+Wfx=0，F(xiàn)=N=fx，故WF=-Wfx=Wfy.若平時教學(xué)中，學(xué)生能正確分析動生的微觀原理，那么本題就不會出現(xiàn)洛倫茲力分力做功的疑惑了。

2012年福建省高考理科綜合第22題?？疾炝藢溈怂鬼f定律及法拉第電磁感應(yīng)定律渦旋裝電場的理解。即感生電動的理解。看來在動生電動勢的教學(xué)中我們也應(yīng)該引起足夠重視。

另外教學(xué)過程中也可以穿插物理學(xué)史，如1832年法拉第首次提出有關(guān)磁流體力學(xué)問題。他根據(jù)海水切割地球磁場產(chǎn)生電動勢的想法，測量泰晤士河兩岸間的電位差，希望測出流速，但因河水電阻大、地球磁場弱和測量技術(shù)差，未達(dá)到目的。1937年哈特曼根據(jù)法拉第的想法，對水銀在磁場中的流動進(jìn)行了定量實驗，并成功地提出粘性不可壓縮磁流體力學(xué)流動（即哈特曼流動）的理論計算方法。讓同學(xué)感受物理學(xué)習(xí)過程中，想象力的重要，同時也體會到物理的樂趣。

總得來說磁流體發(fā)電技術(shù)是物理教學(xué)的一個很好切入點，可以加深對法拉第電磁感應(yīng)定律的理解，這在高考中應(yīng)試中難題的突破是有幫助的，也可以豐富同學(xué)的物理學(xué)知識，放飛想象的翅膀。相比傳統(tǒng)發(fā)電，它可以減少由內(nèi)能到機(jī)械能這一環(huán)節(jié)，提高能量的使用效率，對實現(xiàn)美麗中國或有促進(jìn)，給我們同學(xué)留下一個很好的展望空間。

第5篇：電磁感應(yīng)輻射范文

 

經(jīng)過科學(xué)家的長期研究發(fā)現(xiàn)，電磁干擾是一種“電磁感應(yīng)”現(xiàn)象，它會嚴(yán)重干擾防空警報的無線通信效果和質(zhì)量，因此，針對防空警報無線通信的電磁干擾進(jìn)行防范非常有必要。

 

一、防空警報控制系統(tǒng)的功能

 

1)控制功能。控制系統(tǒng)是整個防空警報系統(tǒng)的指揮中心，控制著防空警報系統(tǒng)中的每個終端，負(fù)責(zé)發(fā)送命令，使警報終端發(fā)揮其應(yīng)有的功能。單點報警與多點報警的區(qū)別是，多點報警信息來自不同的終端地址，需要系統(tǒng)對其一一識別后，再按照相應(yīng)的順序?qū)ζ湎掳l(fā)指令;而單點報警，則只需找出信息終端的名稱即可，對其指令信息。2)監(jiān)視功能。在防空警報系統(tǒng)中，對于每個被點擊的警報終端，控制系統(tǒng)都會有所記錄，并在數(shù)字地圖界面上進(jìn)行標(biāo)識，若控制該終端，則系統(tǒng)會將控制命令發(fā)送給警報終端，從而實現(xiàn)了對警報終端的監(jiān)視。3)管理功能?？刂葡到y(tǒng)的控制中心具備管理模塊，只要將警報終端的個體信息預(yù)先輸入數(shù)據(jù)庫，管理模塊便可實現(xiàn)對這些終端的分類管理。

 

二、防空警報電磁干擾的構(gòu)成要素

 

1)干擾源。目前，研究人員判斷電磁干擾的來源主要集中于微處理器、微控制器、傳送器等元件。以微處理器為例，其在運行時會產(chǎn)生過大的噪聲頻率，進(jìn)而擴(kuò)散到半導(dǎo)體元件，最終產(chǎn)生了諧波干擾。2)傳播路徑。電磁波并非單獨形式的傳播，其必須要借助不同的媒介才能實現(xiàn)傳遞。電磁干擾最常見的方式是通過導(dǎo)線傳播，導(dǎo)線在高負(fù)荷工作狀態(tài)下產(chǎn)生噪聲，這為電磁波傳播提供了空間。無論是通信設(shè)備或電力設(shè)備均有導(dǎo)線連接，因而導(dǎo)線已經(jīng)成為最主要的電磁干擾傳播媒介。3)接收器。干擾破壞也需要有接收器才能產(chǎn)生作用，若設(shè)備未安裝可以感應(yīng)干擾的元件，就不可能出現(xiàn)電磁破壞。根據(jù)相關(guān)研究表明大多數(shù)造成電磁干擾的電磁波都是通過接收器來進(jìn)入收信機(jī)的，從而影響了信號傳輸?shù)馁|(zhì)量，只有極少量是因為射頻輻射的影響。

 

三、防空警報無線通信中的電磁干擾

 

(一)無線電臺中的電磁干擾

 

再無線電臺運營中常見的電磁干擾問題如下所述：

 

1)同頻道干擾。因為部分信號的頻段比較相似，收信機(jī)在接受信號時很容易出現(xiàn)信號混亂，這就被稱為通信道干擾。因為收信機(jī)接受信號的方式是一樣的，所以中頻通帶是不能對信號進(jìn)行篩選和屏蔽的。此類問題造成的最主要影響是降低信息接受的精度，阻礙信息的通信速度和通信質(zhì)量，進(jìn)而致使信息傳遞出現(xiàn)錯誤，嚴(yán)重影響了無線電臺的正常工作。2)鄰頻道干擾。鄰頻道干擾產(chǎn)生的原因是因為信號發(fā)射機(jī)信在進(jìn)行無線電波信號輸送時，出現(xiàn)了接收錯誤，進(jìn)而就會給臨近頻道的信息接收工作造成影響，降低了無線電臺的傳輸質(zhì)量和工作效率。3)互調(diào)干擾。a.發(fā)信機(jī)互調(diào)，其產(chǎn)生原因是因為臨近發(fā)射天線的間隔設(shè)置不合理，在天線發(fā)出信號時，就會引起信號之間的互調(diào)，進(jìn)而出現(xiàn)另一個頻率，隨同原有頻率一同發(fā)出，這必然會影響信號傳輸?shù)馁|(zhì)量。b.接收機(jī)互調(diào)，當(dāng)接收機(jī)同時接受同時多個信號時，會因為進(jìn)入非線性作用的影響，造成內(nèi)部信號互調(diào)。

 

(二)非無線設(shè)施的干擾

 

電磁波干擾也被稱之為無線設(shè)施干擾，其發(fā)生的原因是因為靜電感應(yīng)與電磁感應(yīng)出現(xiàn)傳輸沖突，或者是電磁波的輻射干擾，從而影響信號接受設(shè)備的靈敏度與準(zhǔn)確度。同時，載流導(dǎo)體彼此間也會互相作用，產(chǎn)生電磁感應(yīng)，而電磁感應(yīng)也是造成無線信號傳輸質(zhì)量下降的原因之一，所以其也會影響無線電臺的正常工作。

 

四、防范防空警報無線通信電磁干擾的對策

 

(一)防治無線電臺電磁干擾的對策

 

1)防治同頻干擾的對策。為了降低同頻干擾的影響，必須嚴(yán)格按照要求制定頻率，保證其與基站的輸出頻率一致。為同頻道制訂合理的間距，保證彼此之間互相協(xié)調(diào)，以避免出現(xiàn)信號干擾的問題;根據(jù)實際的地形情況和設(shè)置要求，制定出科學(xué)實用的基臺建設(shè)方案 確保無線通信工作的質(zhì)量和效率。2) 防治互調(diào)干擾的對策。第一，在滿足頻道數(shù)量規(guī)定的情況下，優(yōu)先使用頻道使用量低的頻道組。同時為了降低互調(diào)干擾的影響，多組發(fā)信機(jī)共用一個天線時，要注意對天線共用器間間距的控制;但是天線是單獨配置的，要注意架設(shè)的方式要使用垂直架設(shè)。同時，在動臺發(fā)信機(jī)中合理的運用APC技術(shù)，也能夠降低互調(diào)的影響。 3)防治鄰頻干擾的對策。為了降低鄰頻干擾的影響，經(jīng)常使用的方案是將發(fā)射信號寬帶控制在一定范圍內(nèi)，并提升中濾波的選擇功能和優(yōu)化控制系統(tǒng)，但是注意需要把發(fā)信機(jī)調(diào)制解調(diào)器調(diào)整為IDC電路，這樣才能實現(xiàn)對信號寬帶的控制。將功率控制設(shè)置為自動控制，系統(tǒng)會根據(jù)實際變化自動調(diào)整信號的輸出功率，有效避免了鄰頻的影響。

 

(二)防治非無線電臺電磁干擾對策

 

只有確定了造成干擾的根本原因，才能根據(jù)具體的情況采取相應(yīng)的策略來降低干擾的影響。比較容易造成干擾的部分有繼電器開合、電機(jī)運轉(zhuǎn)等位置，因為其常有電流和電壓的大范圍波動。通?？梢允褂谜{(diào)整電壓等方式降低電磁的干擾。如果因為元件的原因造成電磁干擾，可將其替換為更加穩(wěn)定和降噪效果更好的元件。切斷電磁干擾耦合的方法有兩種：限制電磁傳導(dǎo)和隔斷輻射干擾。

 

限制傳導(dǎo)的常見辦法有四種：串接低通、高通、帶通和帶組四種，并依據(jù)實際情況配置相應(yīng)的濾波器。而輻射則是用屏蔽和分層兩種方法來實現(xiàn)隔斷。

 

接收機(jī)的敏感度高低與電磁干擾影響和接收機(jī)的信號傳輸質(zhì)量都成正比例關(guān)系，靈敏度高電磁干擾強(qiáng)，傳輸質(zhì)量也越好，反之亦然。所以在選擇使用降低接收機(jī)的敏感度時，必須慎重考慮，在保證傳輸?shù)馁|(zhì)量的前提下，選擇相應(yīng)的處理措施。

 

五、結(jié)語

 

綜上所述，針對防空警報之中的無線通信電磁干擾問題，有關(guān)人員須要采取更加有效的防范措施，確保防空警報的無線通信能夠更加通暢，減少電磁干擾對其產(chǎn)生的各種不良影響。

第6篇：電磁感應(yīng)輻射范文

關(guān)鍵詞：110kV變電所；工頻電磁場；強(qiáng)度監(jiān)測；實測數(shù)據(jù)；環(huán)境影響 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TM631 文章編號：1009-2374（2015）29-0133-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2015.29.067

1 概述

變動的電場會產(chǎn)生磁場，變動的磁會產(chǎn)生電場。1831年，英國人法拉第發(fā)現(xiàn)了這一奇妙的現(xiàn)象，后人稱之為法拉第電磁感應(yīng)定律，并利用這個原理開始發(fā)電，各種用電設(shè)施逐漸出現(xiàn)在人類生活的各個方面。經(jīng)過一百多年的發(fā)展，電力已經(jīng)成為人類社會不可缺少的能源之一。由于電能必須經(jīng)過變電所輸送、分配，隨著電能的廣泛應(yīng)用，變電所的數(shù)量逐漸增加，其電壓等級也不斷提高，使人們居住環(huán)境中的工頻電磁場隨之增大。人類在享受著電力帶來生活改善的同時，也開始感到憂慮，諸如“電磁污染危害人類健康”“隱形殺手-電磁輻射”等的報道開始出現(xiàn)在各種媒體中傳播，導(dǎo)致公眾漸漸對電力電磁現(xiàn)象產(chǎn)生恐懼，甚至達(dá)到談之色變的

情況。

眾所周知，變電所的工作頻率為50Hz（簡稱“工頻”），其周圍的電場與磁場是單獨存在的，屬于低頻電磁場，通常情況下不會涉及電磁輻射問題。國際權(quán)威組織在極低頻環(huán)境健康影響領(lǐng)域內(nèi)，也只涉及電場與磁場分析，而不使用“電磁輻射”這一籠統(tǒng)模糊的概念，更沒有任何國際權(quán)威組織會在該領(lǐng)域誤用“電磁輻射”這一術(shù)語。

2 監(jiān)測實施

2.1 監(jiān)測儀器

意大利產(chǎn)PMM8053電磁場強(qiáng)度儀、PMMEHP-50A極低頻電場分析器。該儀器通過華東國家計量測試中心校準(zhǔn)，其計量性能溯源至國家計量基準(zhǔn)，并在有效期內(nèi)。

2.2 評價依據(jù)

國內(nèi)暫未制定有關(guān)居民區(qū)工頻電場評價標(biāo)準(zhǔn)，可引用國家環(huán)?？偩帧董h(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則 輸變電工程》（HJ 24-2014）中規(guī)定的推薦值作為指引標(biāo)準(zhǔn)。規(guī)范中“推薦暫以4kV/m作為居民區(qū)工頻電場評價標(biāo)準(zhǔn)，推薦暫以應(yīng)用國際輻射保護(hù)協(xié)會關(guān)于對公眾全天輻射時的工頻限值0.1mT作為磁感應(yīng)強(qiáng)度的評價標(biāo)準(zhǔn)”。

3 監(jiān)測過程

3.1 樣本及監(jiān)測點的選取

紹興市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢測院在電力部門的配合下，選取了三類典型的110kV變電所：戶外布置式變電站、戶外設(shè)備戶內(nèi)布置式變電站、氣體絕緣（GIS）變電站。額定負(fù)荷均為2×50MVA，高壓進(jìn)出線回路均為2回。測試點分主變、控制室、進(jìn)出線、圍墻外四個

區(qū)域。

3.2 測量條件

3.2.1 測量距離的選擇：測量高度選1.5m，測量人員離測量傳感器探頭2.5m以上，測量探頭距主變壓器（分高壓側(cè)、低壓側(cè)和兩主變中間）或控制室控制屏外殼1m、2.5m、5m。圍墻內(nèi)進(jìn)出線正下方距圍墻1～2m開始測，向垂直于進(jìn)出線方面每間隔2m測一次，共測4～8點。圍墻外從距圍墻1m開始測，沿進(jìn)出線方向每間隔2m測一次，共測6點。測量讀數(shù)：每1min讀一個數(shù)，每次測量時間不小于15s，共測5次，取5次的平均值為測量結(jié)果。

3.2.2 測量點數(shù)量：本次監(jiān)測主變周圍共設(shè)15個點，圍墻內(nèi)進(jìn)出線周圍各設(shè)8個點，控制室設(shè)6個點，圍墻外各設(shè)6個點。

3.3 監(jiān)測結(jié)果

3.3.1 戶外布置式變電站。主變周圍電場強(qiáng)度最高2.32kV/m，最低0.73kV/m，平均值為1.03kV/m。磁感應(yīng)強(qiáng)度最高23.126uT，最低1.805uT。圍墻內(nèi)進(jìn)出線周圍電場強(qiáng)度最高2.881kV/m，最低0.177kV/m，平均值為0.89kV/m。磁感應(yīng)強(qiáng)度最高18.345uT，最低0.237uT。控制室內(nèi)電場強(qiáng)度最高0.33kV/m，最低0.16kV/m，平均值為0.19kV/m。磁感應(yīng)強(qiáng)度最高0.312uT，最低0.121uT。圍墻外電場強(qiáng)度最高2.22kV/m，最低0.21kV/m，平均值為0.33kV/m，磁感應(yīng)強(qiáng)度最高2.417uT，最低0.123uT。

3.3.2 戶外設(shè)備戶內(nèi)布置式變電站。主變周圍電場強(qiáng)度最高1.69kV/m，最低0.70kV/m，平均值為0.95kV/m。磁感應(yīng)強(qiáng)度最高13.124uT，最低1.705uT。圍墻內(nèi)進(jìn)出線周圍電場強(qiáng)度最高1.84kV/m，最低0.176kV/m，平均值為0.89kV/m。磁感應(yīng)強(qiáng)度最高12.410uT，最低0.217uT?？刂剖覂?nèi)電場強(qiáng)度最高0.33kV/m，最低0.15kV/m，平均值為0.18kV/m。磁感應(yīng)強(qiáng)度最高0.315uT，最低0.122uT。圍墻外電場強(qiáng)度最高1.77kV/m，最低0.22kV/m，平均值為0.31kV/m，磁感應(yīng)強(qiáng)度最高2.417uT，最低0.123uT。

3.3.3 氣體絕緣（GIS）變電站。主變周圍電場強(qiáng)度最高0.88kV/m，最低0.36kV/m，平均值為0.41kV/m。磁感應(yīng)強(qiáng)度最高7.718uT，最低1.705uT。圍墻內(nèi)進(jìn)出線周圍電場強(qiáng)度最高0.84kV/m，最低0.192kV/m，平均值為0.64kV/m。磁感應(yīng)強(qiáng)度最高8.044uT，最低0.236uT?？刂剖覂?nèi)電場強(qiáng)度最高0.32kV/m，最低0.14kV/m，平均值為0.17kV/m。磁感應(yīng)強(qiáng)度最高0.318uT，最低0.120uT。圍墻外電場強(qiáng)度最高0.77kV/m，最低0.20kV/m，平均值為0.29kV/m，磁感應(yīng)強(qiáng)度最高0.835uT，最低0.123uT。

3.4 結(jié)果分析

3.4.1 戶外布置式變電站圍墻周界處的工頻磁場水平最大不超過3μT。該類變電站周界處較高的磁場水平是由110kV架空進(jìn)線產(chǎn)生的，在現(xiàn)場測得的最大磁感應(yīng)強(qiáng)度值為23.126μT（110kV架空線與另一路110kV電纜的共同影響）；對采用110kV電纜進(jìn)線的戶外布置式變電站，在110kV進(jìn)線電纜溝上方實測得的最大工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度均小于19μT。戶外設(shè)備戶內(nèi)布置式變電站在主變壓器滿負(fù)荷（2×50MVA）情況下，墻界處的工頻磁場，除進(jìn)線電纜溝上方（由地下電纜產(chǎn)生的磁場）外，均不超過2μT（110kV進(jìn)線電纜溝上方產(chǎn)生的最大工頻磁場水平不超過15μT）。戶外設(shè)備戶內(nèi)布置式變電站。氣體絕緣（GIS）變電站由于大部分母線都有屏蔽，整個變電站總體的磁場水平較低。即使在滿負(fù)荷（2×50MVA）運行時，除臨近110kV電纜進(jìn)線部位以外，建筑物外5m距離處的磁場水平不超過1μT（110kV電纜進(jìn)線溝上方最大不超過10μT）。

3.4.2 位于市外的變電站。監(jiān)測表明，該類變電站周圍環(huán)境空曠，電磁場變化趨勢明顯，變電站外的電磁環(huán)境受進(jìn)出線的影響非常大。就工頻磁場而言，圍墻外工頻磁場小于3μT。

3.4.3 位于市內(nèi)的變電站。圍墻外1m處的磁感應(yīng)強(qiáng)度一般小于1.25μT。而且由于該類變電站多數(shù)位于市區(qū)，變電站外環(huán)境復(fù)雜，易受進(jìn)出線和路邊10kV或380V電力線路影響，很難看出變電站產(chǎn)生的電磁場的變化趨勢。

3.4.4 電場強(qiáng)度與變電所種類無關(guān)，只與距離

有關(guān)。

3.4.5 作業(yè)點磁場強(qiáng)度比較。戶外布置式變電站較高，戶外設(shè)備戶內(nèi)布置式變電站次之，氣體絕緣（GIS）變電站。各類變電所磁場強(qiáng)度依兩主變周圍、進(jìn)出線下、控制室、圍墻外遞減。

4 結(jié)論

（1）三類110kV變電站中，電場強(qiáng)度均小于3kV/m，產(chǎn)生的磁場均低于25μT，屬于合格范圍內(nèi)，比限值低1個數(shù)量級以上，而且在距變電所約4～5m處，電磁場已降至環(huán)境背景值；（2）主變、進(jìn)出線上方的電磁場較其他區(qū)域大，所以現(xiàn)場作業(yè)人員在兩主變周圍、進(jìn)出線下方應(yīng)做出相應(yīng)的安全保護(hù)；（3）相同負(fù)荷時，電磁場從大到小的順序是：戶外布置式變電站、戶外設(shè)備戶內(nèi)布置式變電站、氣體絕緣（GIS）變電站。

5 結(jié)語

通過現(xiàn)場測試可以看出，變電站外工頻電場和磁場均符合標(biāo)準(zhǔn)限值。報告建議，在建設(shè)高壓變電站時，要注意設(shè)計和布置好架空進(jìn)出線的走向和位置，使之盡量避讓民房。

參考文獻(xiàn)

[1] 中華人民共和國國家環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)：環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則 輸變電工程（HJ 24-2014）[S].

[2] 中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)：電磁環(huán)境控制限值（GB 8702-2014）[S].

[3] 中華人民共和國國家環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)：交流輸變電工程電磁環(huán)境監(jiān)測方法（試行）（HJ 681-2013）[S].

[4] 中華人民共和國國家環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)：輻射環(huán)境保護(hù)管理導(dǎo)則 電磁輻射監(jiān)測儀器和方法（HJ/T 10.2-1996）[S].

第7篇：電磁感應(yīng)輻射范文

關(guān)鍵詞：無線輸電；電磁耦合；特斯拉線圈；共振線圈；太空輸電

引言：隨著人們對世界的探索和對知識的融匯，誕生了很多無線的高科技產(chǎn)品，如無線電話，藍(lán)牙耳機(jī)，紅外傳輸，無線鼠標(biāo)……大家是否盼望電能的傳輸也能像電話一樣開啟無線的時代，相信在未來的不久輸電的無線時代會逐步走進(jìn)人們的生活。無線輸電嚴(yán)格來講就是無線電源，一切用電設(shè)備將不在需要連接電源的導(dǎo)線。

無線輸電優(yōu)點

電能作為一種能量，傳統(tǒng)的電能傳輸主要是靠導(dǎo)線或?qū)w進(jìn)行輸送，但是從發(fā)電，輸電，變電，配電，用電在這些復(fù)雜的環(huán)節(jié)中，要使用大量的導(dǎo)線，桿塔，變電設(shè)備和換流設(shè)備，對電網(wǎng)的日常維護(hù)也是離不開的。無線輸電能夠省去電力輸送過程中的諸多環(huán)節(jié)，使電能輸送變得更為經(jīng)濟(jì)。而且傳統(tǒng)的蓄電池也可以不再需要，因為無線輸電可以直接將電能輸送到用電設(shè)備，比如筆記本，手機(jī)，電動車……這樣就可以為人們的日常生活帶來了很多的方便，擺脫了電線及充電器的束縛。所以將電能輸送無線化是有很大前景的。

無線輸電原理

特斯拉無線輸電：尼古拉·特斯拉這位架起電與磁之間橋梁的科學(xué)巨匠，也是最早提出無線輸電的大師。他的理論是將低頻高壓電流轉(zhuǎn)化為高頻電流，然后再由空氣作為傳輸媒介來輸電。經(jīng)?？吹降奶厮估€圈就是能夠生產(chǎn)出既高頻又低電流的高壓交流電。而且在一次記者招待會上，特斯拉做出了一個經(jīng)特斯拉線圈產(chǎn)生的高頻電流經(jīng)過自己的身體，使一顆無線燈泡發(fā)亮的展示。特斯拉線圈的線路和原理都很簡單，本質(zhì)是一個可以獲得高頻電流的變壓器。后來特斯拉又發(fā)明了放大發(fā)射機(jī)，也就是現(xiàn)在的大功率高頻傳輸共振變壓器。特斯拉把地球作為內(nèi)導(dǎo)體，地球電離層作為外導(dǎo)體，通過放大發(fā)射機(jī)，這種放大發(fā)射機(jī)特有的電磁波振蕩模式，在地球與電離層之間建立起了低頻共振，利用地球表面的電磁波作為媒質(zhì)來傳輸能量?？上厮估猩隂]有財力實現(xiàn)這一發(fā)明，在這位巨匠隕落之后，這項技術(shù)被擱置，目前此技術(shù)又被重新研究。特斯拉線圈結(jié)構(gòu)如圖1所示

圖1

電磁耦合共振的無線輸電：這種技術(shù)已經(jīng)得到了應(yīng)用，并且制造出了一些科技產(chǎn)品，為數(shù)碼相機(jī)，手機(jī)，筆記本進(jìn)行無線感應(yīng)充電。既然是感應(yīng)充電，需要將用電設(shè)備置于感應(yīng)裝置上才能對其進(jìn)行充電，即充點墊。此技術(shù)尚在研究階段，感應(yīng)距離是很微小的，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足輸電的要求。近日麻省理工學(xué)院的一個研究小組在2米的距離內(nèi)實現(xiàn)了無線輸電，但是傳輸效率只有40%。這種無線輸電的原理是：采用兩個耦合共振線圈，一個線圈接電源成為送電端，另外一個為接收端。讓兩個線圈具有相同的頻率，線圈之間就可以進(jìn)行電能的輸送，這兩個共振線圈不會被其他頻率的物體所干擾，因此可以讓兩個耦合共振的線圈透過同一磁場傳輸電力，相當(dāng)于開啟了一個電能傳輸?shù)耐ǖ馈?/p>

電磁耦合式無線輸電是一種基于電磁感應(yīng)原理的輸電方式，可以達(dá)到輸電設(shè)備與用電設(shè)備間非物理接觸就可以傳輸電能的效果，也是目前極有可能成為無線輸電的技術(shù)手段。該系統(tǒng)主要由三個部分組成，能量發(fā)送端，無接觸變壓器和能量接收端。簡化圖如圖2所示

圖2

由于這種系統(tǒng)屬于疏松耦合系統(tǒng)，傳輸效率低，為了提高傳輸能力，初級變壓器通常采用高頻變壓器。無接觸變壓器是系統(tǒng)中的樞紐部分，對穩(wěn)定電流，高效傳輸起決定性作用。能量發(fā)射端由整流濾波電路，高頻逆變裝置和控制電路構(gòu)成，與變壓器的初級相連。能量接收端由輸出整流濾波器和控制電路組成，與變壓器次級相連。系統(tǒng)簡化圖如圖3所示，耦合程度如圖4所示。

圖3

圖4

無線輸電前景展望

無線輸電的科技實踐，證實無線輸電理論切實可行。如果將這種無線輸電的方式擴(kuò)展為太空輸電，那么能源是取之不盡用之不竭的。太陽內(nèi)部熱核反應(yīng)所造出的太陽能是非常巨大的，太陽每小時所釋放的能量，可供人類使用5萬年，然而輻射到地球的能量只有22億分之一。若將太陽能盡可能利用，則可以解決全球因煤炭發(fā)電，引起的全球變暖問題，同時環(huán)境污染得到了有效遏制，屆時人類將會用到廉價、清潔、 可持續(xù)的能源。

由于地面受云層等天氣狀況的影響，不利于陽光的收集，但是太空中陽光的輻射強(qiáng)度是地面的15倍，從地表發(fā)射一個帶有單晶硅太陽能電池板的衛(wèi)星，其高度超過35800公里后沒有云層遮蓋，晝夜變化，四季之分，相對位置與地球保持不變。將電池板收集儲存的能量通過無線輸電的技術(shù)傳送到地表，然后通過無線輸電技術(shù)將其輸送至千家萬戶。這將是人類能源利用的一次革命性突破，會給各科領(lǐng)域帶來新的輝煌。其簡化圖如圖5所示。

結(jié)束語

本文將特斯拉線圈的電磁感應(yīng)與電磁耦合相融合，使電磁感應(yīng)無線輸電的低效率與電磁耦合輸電的短距離相彌補(bǔ)。以現(xiàn)有的研究水平對無線輸電進(jìn)行了說明和推導(dǎo)公式的展示，以及筆者大膽建立的太空無線輸電模式，希望為研究無線輸電盡微薄之力。

參考文獻(xiàn)

[1]曾翔，基于磁耦合共振的無線輸電系統(tǒng)設(shè)計[J]，四川理工學(xué)院學(xué)報:自然科學(xué)版,2010,23(5)

[2] 松浦虔士著，電力傳輸工程[M]，曹廣益（譯者），錢允琪（譯者），北京科學(xué)出版社，2001

[3] 趙相濤,無線輸電技術(shù)研究現(xiàn)狀及應(yīng)用前景,2010

[4] 李 平，諧振式無線輸電的可行性研究 [ J]， 廣西師范學(xué)院學(xué)報: 自然科學(xué)版, 2009, 26( 1): 107 109.

[5] K re in Philip T. E lem en ts of Pow Electronics [M].New York: Oxford University Press, 2004.

[6]候清江，無線供電方案及應(yīng)用 2009（2）

第8篇：電磁感應(yīng)輻射范文

【關(guān)鍵詞】管道企業(yè)SCADA系統(tǒng)；雷電影響；防雷措施

0 引言

SCADA是Supervisory Control And Data Acquisition的英文首字母縮寫，意思是數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，是一種實時采集和分析數(shù)據(jù)的計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。SCADA系統(tǒng)主要由兩大部分組成：一是下位機(jī)系統(tǒng)，即可編程邏輯控制器控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)為熱備可編程邏輯控制器控制系統(tǒng)；二是上位機(jī)系統(tǒng)，即計算機(jī)實時監(jiān)控系統(tǒng)，實時監(jiān)視與控制現(xiàn)場設(shè)備。該系統(tǒng)包括CPU模塊，電源模塊，各種通訊模塊，各種輸入輸出模塊和UPS電源安放在PLC機(jī)柜室；各輸入輸出模塊電纜與站場的液位開關(guān)、液位計、壓力變送器等現(xiàn)場儀表通訊，采集數(shù)據(jù)，輸出指令，保證輸油生產(chǎn)正常運行；CPU通過以太網(wǎng)模塊、交換機(jī)、協(xié)議轉(zhuǎn)換器、路由器通過光纖到通訊系統(tǒng)，通過局域網(wǎng)與公司SCADA服務(wù)器通訊，站控工作站通過交換機(jī)與下位機(jī)系統(tǒng)通訊。SCADA系統(tǒng)電子信息設(shè)備的耐壓和抗電磁干擾性能比較低，雷電所伴隨的強(qiáng)大的感應(yīng)電磁場以及在金屬導(dǎo)體中產(chǎn)生的感應(yīng)過電壓，影響著SCADA系統(tǒng)電子設(shè)備的正常工作，每年雷雨季節(jié)，時常有輸入輸出模塊擊壞的現(xiàn)象，給輸油生產(chǎn)帶來很大的隱患，為了輸油生產(chǎn)正常運行，有必要對SCADA系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行防雷保護(hù)。

1 雷電的本質(zhì)及效應(yīng)

早在1772年美國科學(xué)家富蘭克林就首先揭示了雷電的本質(zhì)，實際上是一種電現(xiàn)象，雷電發(fā)生時可在千分之幾秒到十分之幾秒產(chǎn)生幾百千安的電流、幾百千伏的電壓、十億到上億瓦的電能、上萬度的高溫、猛烈的沖擊波、劇變的靜電場和強(qiáng)烈的電磁輻射等物理效應(yīng)，給人類造成多種危害。人類通過總結(jié)認(rèn)識到了雷電的效應(yīng)：雷電對人體的生理效應(yīng)；雷電的電動力效應(yīng)；雷電沖擊波效應(yīng)；雷電光輻射效應(yīng)；雷電的熱效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)；雷電的靜電感應(yīng)效應(yīng)；雷電電磁感應(yīng)效應(yīng)；高電壓引入效應(yīng)。認(rèn)識到了雷電各種入侵路徑，提出各種預(yù)防雷電的方法。下面主要談?wù)勏挛粰C(jī)系統(tǒng)防雷措施。

2 現(xiàn)場儀表的防雷

現(xiàn)場儀表主要處于室外，容易遭受直擊雷的襲擊，雷電直接擊在儀表上，產(chǎn)生高電壓高電流，因此必須電氣防雷結(jié)合，盡量避免儀表成為接閃器；雷電的靜電感應(yīng)效應(yīng)和電磁感應(yīng)效應(yīng)而在儀表及線路上感應(yīng)高電壓大電流，擊毀儀表設(shè)備絕緣和設(shè)備，必須采取有效的措施加以防范，可以采取以下屏蔽措施：儀表的金屬外殼、金屬保護(hù)箱應(yīng)為全封閉的，屏蔽各種靜電和電磁干擾；需要進(jìn)行雷電防護(hù)的非金屬外殼的儀表應(yīng)裝在鋼板材質(zhì)的儀表保護(hù)箱內(nèi)；現(xiàn)場儀表的金屬外殼、儀表保護(hù)箱、接線箱及機(jī)柜的金屬外殼應(yīng)就近接地或與接地的金屬體相連接，以便雷電流盡快泄放到大地，以防雷電高電壓高電流對儀表內(nèi)電子設(shè)備損壞，現(xiàn)場儀表金屬外殼可以通過金屬安裝支架或金屬設(shè)備自然接地；金屬容器、塔器和操作平臺上現(xiàn)場儀表應(yīng)與操作平臺和設(shè)備等電位連接，防止雷電流產(chǎn)生的電位差，造成儀表損壞或?qū)θ梭w的傷害；連接電纜應(yīng)采用鎧裝的屏蔽電纜或屏蔽電纜全程穿鋼管或封閉的金屬電纜槽敷設(shè)，外屏蔽層至少兩端接地，內(nèi)屏蔽層一端接地；儀表信號線采用雙絞線芯對；對雷電產(chǎn)生的浪涌電流，現(xiàn)場儀表應(yīng)采用裝配式電涌防護(hù)器，也可以采用內(nèi)置集成式電涌防護(hù)器或通用的電涌防護(hù)器，安裝電涌防護(hù)器不能破壞儀表的防護(hù)等級的要求。

3 PLC機(jī)房的防雷

PLC機(jī)房的特點是具有大量的電子設(shè)備，PLC的輸入輸出模塊通過電纜與現(xiàn)場儀表設(shè)備相連，系統(tǒng)遭受雷擊的路徑主要有以下三種：直擊雷，感應(yīng)雷，高電位沿電源線、信號線和控制線傳入。

3.1 直擊雷的防護(hù)

當(dāng)直擊雷擊中機(jī)房時，機(jī)房會有很強(qiáng)的雷電流，平均有30KA，如果機(jī)房沒有直擊雷的防護(hù)設(shè)備，當(dāng)雷電擊中時，機(jī)房的電壓降分布不均勻，進(jìn)而造成局部高電位反擊，從而損壞設(shè)備，甚至傷害人員；再有，強(qiáng)大的直擊雷電流使機(jī)房的地電位升高到幾萬伏，甚至幾十萬伏，并通過電源線和信號線的接地系統(tǒng)同時破壞接在電網(wǎng)和信號線上其他設(shè)備，這種雷擊是對機(jī)房設(shè)備危害最嚴(yán)重一種，在雷雨季節(jié)，在管道的基層站隊時常有機(jī)房設(shè)備遭雷擊的事件發(fā)生，損壞PLC模塊、儀表和其他計算機(jī)設(shè)備，一些管道基層站隊的PLC機(jī)房沒嚴(yán)格按照石化企業(yè)計算機(jī)機(jī)房設(shè)計規(guī)范的要求設(shè)計，只是一般企業(yè)廠房，達(dá)不到PLC機(jī)房的防雷要求。機(jī)房所在大樓應(yīng)設(shè)置獨立的避雷針和避雷網(wǎng)把整座建筑物保護(hù)起來，將雷電流引入足夠遠(yuǎn)的地方入地，避免雷電流入地時產(chǎn)生的高電位通過電源線、信號線和控制線反饋造成破壞 。

3.2 感應(yīng)雷的防護(hù)

感應(yīng)雷是因為直擊雷放電而感應(yīng)到附近的金屬導(dǎo)體中的，感應(yīng)雷通過兩種不同的感應(yīng)方式入侵導(dǎo)體。

靜電感應(yīng)：當(dāng)雷云中的電荷積聚時，附近的導(dǎo)體也會感應(yīng)相反的電荷，當(dāng)雷擊放電時，雷云中的電荷迅速釋放，而導(dǎo)體中原來被云電場束縛得靜電也會沿導(dǎo)體流動尋找釋放通道，會在電路中形成電脈沖。

電磁感應(yīng)：在雷電放電時，迅速變化的雷電流在周圍產(chǎn)生瞬變的電磁場，在其附近的導(dǎo)體中產(chǎn)生很高的感生電動勢。研究表明，靜電感應(yīng)方式引起的浪涌數(shù)倍于電磁感應(yīng)引起的浪涌。

管道企業(yè)幾年前的通訊系統(tǒng)采用的微波通訊的方式，每個基層站隊都有微波塔，高的有100多米，矮的也有大幾十米，應(yīng)是很好的避雷裝置，但是，站隊的PLC設(shè)備仍然常常遭受雷擊，微波塔沒成為避雷器，反而成為了引雷器，測試接地電阻也符合標(biāo)準(zhǔn)，原來雷云對微波塔放電電流有極大峰值和陡度在它周圍的空間內(nèi)有強(qiáng)大的變化得電磁場，處在這樣電磁場中的導(dǎo)體會產(chǎn)生出較大的電動勢，如果形成閉合回路還會有感生電流，由于微波塔的存在，基層站隊落雷機(jī)會反而增加了。這是防感應(yīng)雷的措施不到位而導(dǎo)致的。

為防止感應(yīng)雷對SCADA系統(tǒng)的破壞，SCADA系統(tǒng)電源線、信號線、控制線采用有金屬屏蔽層的電纜，全線直接埋地進(jìn)線或沒有金屬屏蔽得電纜穿金屬管進(jìn)線，如果不能做到全線直接埋地，直接埋地的絕對長度不應(yīng)小于15M，在架空線與埋地線交界處應(yīng)焊接氧化鋅避雷器。為防止雷電波的沖擊，所有進(jìn)出大樓的金屬物包括各種金屬管道各種電纜的金屬外皮，建筑物本身的基礎(chǔ)鋼筋網(wǎng)以及大型的金屬構(gòu)件如配電屏、UPS機(jī)柜、PLC機(jī)柜等都應(yīng)連接成統(tǒng)一的電器整體，與同一的接地網(wǎng)相聯(lián)；所有進(jìn)出建筑物的金屬傳輸線得不能直接接地的部分，如電源相線、數(shù)據(jù)線都應(yīng)接上合適的避雷器，并將其接地與機(jī)柜外殼接地接到統(tǒng)一的接地網(wǎng)，構(gòu)成等電位連接，避免雷電反擊，由于雷擊產(chǎn)生的暫態(tài)電磁脈沖可以直接輻射到PLC模塊上，也可以在電源和信號線上感應(yīng)出暫態(tài)過電壓波，沿線路侵入PLC模塊，使PLC模塊失靈或損壞，利用屏蔽體來阻擋或衰減電磁脈沖的能量傳播是一種有效措施，模塊的金屬外殼，PLC金屬機(jī)柜，電纜的金屬保護(hù)套等都是很好屏蔽材料；由于樓的頂層容易遭受側(cè)擊雷的襲擊，機(jī)房應(yīng)盡可能安裝樓的底層靠中間的地方，盡量避開樓的頂層和墻。

3.3 電源線、信號線、控制線雷電防護(hù)

為了避免高電壓經(jīng)過避雷器對地放電后的殘壓過大或因更大的雷電流擊毀避雷器后繼續(xù)毀壞后繼設(shè)備，以及進(jìn)一步防止電纜遭受二次感應(yīng)，電源線應(yīng)采取多級保護(hù)，管道企業(yè)基層單位的供電一般經(jīng)過高壓變電到低壓間配電，再進(jìn)入PLC機(jī)房給UPS電源供電，已經(jīng)進(jìn)行2級保護(hù)，但在雷雨季節(jié)仍然發(fā)生過雷電擊毀UPS電源的現(xiàn)象，因此UPS電源進(jìn)線端仍有必要加裝電涌保護(hù)器的需要，從配電間到PLC機(jī)房的電源線應(yīng)采用有金屬屏蔽層的電纜全線埋地進(jìn)線或無金屬屏蔽層的電纜穿金屬管進(jìn)線，屏蔽層兩端接地或多點接地，以盡快泄放雷電流。

信號線和控制線與現(xiàn)場的儀表設(shè)備相連，易遭受雷擊，而在線路導(dǎo)體上產(chǎn)生高電壓，以雷電波的形式向線路兩端轉(zhuǎn)播，毀壞現(xiàn)場儀表和PLC模塊， 信號和控制線必須采用鎧裝的屏蔽電纜全線埋地進(jìn)線或無金屬屏蔽層的電纜穿金屬管進(jìn)線，根據(jù)電流的趨膚效應(yīng)，大部分電流是通過金屬外表流過，因此線路外表應(yīng)做金屬屏蔽處理，做好屏蔽接地，使雷電電磁感應(yīng)通過屏蔽層泄流到大地而起保護(hù)作用。鎧裝層必須兩點接地或多點接地，屏蔽層一端接地，芯線采用雙絞線的線對，以消除雷電共模干擾，不能直接接地的芯線加裝電涌防護(hù)器接地，采用等電位連接，消除雷電暫電流路徑與金屬物體之間的擊穿放電，需要對室內(nèi)的金屬構(gòu)件進(jìn)行等電位連接與建筑物的防雷接地系統(tǒng)相連接，形成一個電氣連續(xù)整體，避免發(fā)生雷擊時不同的金屬外殼或構(gòu)架之間出現(xiàn)暫態(tài)電位差，造成絕緣或設(shè)備的損壞。

工作站的雷電防護(hù)與PLC機(jī)房的防護(hù)類似。

4 結(jié)束語

近年隨著SCADA系統(tǒng)規(guī)模越來越大，控制的設(shè)備越多，企業(yè)加強(qiáng)了對雷電重視，采取了一些防雷措施，取得了一些成果，但所有防雷措施不可能取得100%的防護(hù)效果，防雷設(shè)計是一個系統(tǒng)工程，必須具有整體觀念，綜合考慮。

【參考文獻(xiàn)】

第9篇：電磁感應(yīng)輻射范文

【關(guān)鍵詞】 電池； 供電； 轉(zhuǎn)換效率； 植入式醫(yī)療器件

【Abstract】 Based on the introduction about the power supply and the classification of implantable medical devices，the advantages and disadvantages of each power supply mode was analyzed and the work principle and the application scope of each mode was also discussed.Then the battery capacity，the power supply mode，the energy conversion efficiency and the energy source of implantable medical devices was summarized.Finally，the developing trend of these power supply modes of implantable medical devices is presented.

【Key words】 Capacitance； Power supply； Energy conversion efficiency； Implantable medical devices

First-author’s address：Medical Imaging Academy of Xuzhou Medical University，Xuzhou 221004，China

doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2016.14.038

植入式醫(yī)療器件是一種植入后能夠?qū)崟r測量人體的各種參數(shù)變化或是對某種器官起到輔助作用的儀器。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，植入式醫(yī)療器件開始廣泛的被人們接受而在臨床醫(yī)學(xué)中得到廣泛運用[1]。然而，所有的儀器都離不開能量，而在它的發(fā)展進(jìn)程中，最主要的制約因素也必然是能量的供給。植入式醫(yī)療器件的供電方式成為研究的關(guān)鍵和難點。

1 植入式醫(yī)療器件簡介

1.1 植入式醫(yī)療器件分類 在各類醫(yī)療電子產(chǎn)品中，有的直接在生物體外進(jìn)行使用，有的則需要通過手術(shù)植入到生物體內(nèi)才能工作，稱為植入式醫(yī)療器件（Implanted Medical Devices，IMDs）[2]。植入式醫(yī)療器件的種類繁多，包括了對人體整個身體部件的各種輔助和救助設(shè)備，常見的植入式醫(yī)療器件主要用于代替某些功能喪失的器官工作，測量生命體的生理生化參數(shù)，或者治療某些疾病[3]。

植入式醫(yī)療器件可分為被動式和主動式兩種，大多數(shù)被動式的植入式醫(yī)療器件是非電子產(chǎn)品，如心臟支架、人造關(guān)節(jié)、人造瓣膜等組織結(jié)構(gòu)裝置。主動式的植入式醫(yī)療器件包括調(diào)整心律的心臟起搏器，消除心室纖維顫動、心動過速的心臟除顫器，輔助聽力的電子耳蝸，神經(jīng)刺激器、治療弱視或者視盲的植入式視網(wǎng)膜等各種激勵系統(tǒng)，需要能量供給才能代替或提高某個器官的功能，或者治療某種疾病[4]。目前，植入式心臟起搏器和除顫器維持著上百萬心臟病患者的生命，神經(jīng)刺激器用于治療如癲痛癥、帕金森綜合癥等疾病，其他激勵系統(tǒng)可以治療如小便失禁以及慢性疼痛之類的疾病[5]。

1.2 植入式醫(yī)療器件基本組成 植入式醫(yī)療器件通常由兩大部分組成，即體內(nèi)植入部分和體外測控部分。體外部分的任務(wù)是人體信息的測量與控制，從而完成疾病的診斷和治療。整個裝置包括信息的獲取、處理、存檔、控制、指令、顯示與記錄功能。體外部分與一般的醫(yī)學(xué)儀器相同， 系統(tǒng)的關(guān)鍵點主要集中在植入部分以及體內(nèi)外的信息和能量的交換。

2 植入式醫(yī)療器件的基本供電方式

2.1 鋰電池技術(shù) 鋰電池技術(shù)是目前醫(yī)療行業(yè)最常見的用于植入式醫(yī)療器件供電的一種電源，該技術(shù)已成熟，并且有單體輸出電壓高、體積小、安全性高等諸多優(yōu)點[6]，但由于人體的植入空間有限，植入電池的體積有著非常嚴(yán)格的控制，這意味著植入電池的容量不會很大。當(dāng)電池能量耗盡時，植入式醫(yī)療器件也就停止工作，必須進(jìn)行手術(shù)更換電池。對于心臟起搏器，鋰離子電池的理論設(shè)計壽命是6～10年，當(dāng)電池消耗了約85%時（一般約為5～7年），就不能保證它在人體內(nèi)的運轉(zhuǎn)，對于患者來說十分危險，必須及時更換，重新植入新的起搏器[7]。另一方面，植入電池雖然小，但其占總體積的比例仍然超過50%，是妨礙植入器件微型化的關(guān)鍵因素。

2.2 磁感應(yīng)技術(shù) 除了鋰電池已被應(yīng)用于臨床外，另一種被應(yīng)用的供能技術(shù)是電磁感應(yīng)技術(shù)。該技術(shù)是利用植入人體內(nèi)的線圈和體外線圈電磁耦合來對電能進(jìn)行傳輸[8]，對體內(nèi)的電池進(jìn)行無線充電，如圖1所示。磁感應(yīng)技術(shù)能夠進(jìn)行電能的無線傳輸，將體外豐富的能量輸入體內(nèi)對器件供電，極大的延伸了植入式醫(yī)療器件使用壽命，解決了當(dāng)鋰電池用完后必須進(jìn)行手術(shù)更換的弊端，大大減輕了患者的痛苦。但是，磁感應(yīng)技術(shù)的能量傳遞效率較低，一般來說，距離越近，傳輸效率越高，當(dāng)距離大于4 cm時，基本實現(xiàn)不了充電[9]。并且該技術(shù)需要專門的充電設(shè)備，充電效率不理想。提高該技術(shù)的充電效率是必須進(jìn)一步研究的關(guān)鍵。

3 植入式醫(yī)療器件供電方式的新進(jìn)展

3.1 植入式無線供電系統(tǒng) 植入式無線供電系統(tǒng)結(jié)合了無線傳輸和均衡電路特點，設(shè)計了一種滿足超級電容充電要求的閉環(huán)無線充電方案[10-12]，設(shè)計原理見圖2。其充電方式還是主要利用電磁感應(yīng)原理，外部電源經(jīng)初級線圈與人體內(nèi)的次級線圈進(jìn)行能量傳遞，通過均衡電路后存儲在超級電容。并且通過對電容參數(shù)的檢測，用天線傳輸回體外單片機(jī)，來調(diào)節(jié)充電過程中的電壓與電流等參數(shù)。

對于植入式醫(yī)療器件的供能方式，需要長壽命、安全、穩(wěn)定、無需維護(hù)。超級電容（SC）是一種新型的電能存儲元件， 能夠滿足上述所有要求。它有著超長的使用壽命，在需要長壽命、免維護(hù)的設(shè)備中，如地球衛(wèi)星、IMED等，具有很大的發(fā)展?jié)摿13]。

3.2 體導(dǎo)能量傳遞模型 植入式醫(yī)療器件的體導(dǎo)電能量傳遞是一種新興的無線充電方式。它利用人體內(nèi)游離的離子在外加電場的作用下會發(fā)生定向移動的原理，產(chǎn)生電流[14]。植入式醫(yī)療器件的體導(dǎo)電能量傳遞原理如圖3所示。該模型的外部電源把電壓施加在兩片電極上，通過人體內(nèi)游離離子把能量傳遞到植入人體內(nèi)的電極上，電極再把電能儲存在植入式醫(yī)療器件的電池內(nèi)[15]。在充電過程中，把體導(dǎo)電能的工作頻率控制在kHz級，從而減少生物背景信號干擾，提高了充電的效率[16]。

3.3 基于人體動能驅(qū)動的電磁感應(yīng)供電模型 基于人體動能驅(qū)動的電磁感應(yīng)供電模型是通過采集人體即時產(chǎn)生的機(jī)械能進(jìn)而轉(zhuǎn)化為電能的一種方式[17]。該供電方式最重要的優(yōu)點在于以人體下肢作為能量提供場所，用腳的運動提供機(jī)械能，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為電能予以收集、利用，相對于普通的電池供電而言，避免了當(dāng)電池電量耗盡時，再通過手術(shù)跟換電池時對患者造成的痛苦和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。圖4所示的是人體典型動能驅(qū)動模型。該供能模型選擇以下肢為供能載體，是因為人體的生命活動離不開腳的運動，如散步、慢跑等，因此可以直接從這些日常人體活動中獲得能量來帶動一種裝置，從而產(chǎn)生電能并對電能進(jìn)行儲存、利用[18]。但是該模型的產(chǎn)電能力較弱，且在運動過程中如何存儲電能，如何將所存儲電能調(diào)整到植入式醫(yī)療器件工作電路所需的電路參數(shù)仍然有待于進(jìn)一步研究。

3.4 生物燃料電池技術(shù) 生物燃料電池是一類特殊的燃料電池，是利用酶或者微生物組織作為催化劑，將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，具有原料豐富、工作條件相對寬裕、生物相容性好、無毒性等諸多普通燃料電池不具備的優(yōu)點[19]。正是利用這些特性，生物燃料電池才被研究用于為植入式醫(yī)療器件的供電。

生物燃料電池能夠利用體內(nèi)的葡萄糖、氧等有機(jī)物或無機(jī)物作為燃料源源不斷的產(chǎn)生電能，工作于常溫、常壓，并且酸堿度適中的環(huán)境中，這使得它維護(hù)成本低廉并且安全度很高，對人體無毒無害[20]。目前該技術(shù)最需要解決的是電能轉(zhuǎn)換效率的問題，一旦解決，生物燃料電池將有望大規(guī)模應(yīng)用于植入式醫(yī)療器件。

3.5 光電供電技術(shù) 功能性光電材料近年來發(fā)展迅速，即利用光電效應(yīng)將光輻射的能量轉(zhuǎn)化為電能。如經(jīng)皮直接照射近紅外光，通過光電池產(chǎn)生電能，該方法還可以結(jié)合可充電電池用，從而無需一直實施紅外照射[21]。另有研究是利用光纖從腹部植入皮下，通過光纖傳輸光能至光電池并轉(zhuǎn)化為電能，使用850 nm激光源照射，光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)40%，可產(chǎn)生3 V的電壓，功率達(dá)到10 mW[22]。隨著新技術(shù)的發(fā)展，太陽能電池在植入式醫(yī)療器件供電領(lǐng)域也有研究報道，有研究通過太陽能薄膜電池為植入式醫(yī)療器件，該薄膜電池的厚度大約為2～3 ?m，可以方便植入到體內(nèi)，其轉(zhuǎn)化效率也在進(jìn)一步的研究中[23]。

3.6 核能技術(shù) 核電池是一種將核能轉(zhuǎn)化為電能，并且能夠為植入式醫(yī)療器件長期提供很高能量的裝置。該技術(shù)具有體積小，重量輕，壽命長，不受外界影響等優(yōu)點。核電池在醫(yī)療領(lǐng)域中最重要的應(yīng)用就是心臟起搏器的供能裝置。如用半衰期為87年的放射源钚（238 Pu），以其裂變產(chǎn)生的能量再通過熱耦合技術(shù)轉(zhuǎn)化為電流，150 mg即能夠為心臟起搏器提供10年以上的能量[24-26]。

核電池壽命長的優(yōu)點使患者減少了更換電池而反復(fù)進(jìn)行開胸手術(shù)的巨大痛苦。但核電池有放射性，必須把它儲存在精密的封閉單元中，所以體積較大且重。而且不論使用與否，隨著放射源的衰變，其供電性能也會隨著時間逐漸衰減。該技術(shù)可適用的范圍受到核燃料特殊性的局限。

4 總結(jié)與展望

醫(yī)療植入式電子器件不同于體外應(yīng)用的醫(yī)學(xué)儀器，植入人體后，它能直接接觸人體器官和組織，人體能夠活動自如，能夠在自然狀態(tài)下高精度測定人體的生理、生化參數(shù)，研究生物體的生理、心理狀態(tài)。植入式醫(yī)療器械的研制和發(fā)展很大程度取決于支持它們在體內(nèi)連續(xù)工作的電能供給方法。由于植入式裝置功能、尺寸等有所不同，必然造成供電方式的差異。

目前以下兩種方法被認(rèn)為是可行的，一種是通過電池供能，另外一種方法是通過體外電源無線傳輸能量對植入器械進(jìn)行能量的補(bǔ)充，但其效果并不確定。低功耗或是極少出現(xiàn)高功耗使用情況的植入式醫(yī)療電子器件通?？梢岳脙?nèi)部電池供電，例如植入式心臟起搏器的電池的一半功率用于心臟刺激， 而另一半功率用來完成監(jiān)測、數(shù)據(jù)記錄等工作。某些植入式醫(yī)療電子設(shè)備也可以用便攜的外部電源供電，通過射頻電磁感應(yīng)進(jìn)行能量傳輸被認(rèn)為是能使人工心臟持續(xù)工作的一種有前景的供能方法[27-29]。

從儲能元件上來說，目前最廣泛使用的還是鋰電池儲能，鋰電池安全，技術(shù)成熟并且制造成本低。現(xiàn)在臨床應(yīng)用的心臟起搏器就是通過鋰電池組提供能量，電池壽命約5～7年，以患者平均佩戴20年來算，至少需要更換三次電池或者進(jìn)行三次充電，這必定增加患者的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，但最主要的還是增加了患者手術(shù)的痛苦。為了解決這一問題，大容量儲能元件應(yīng)運而生，核電池的出現(xiàn)即為植入式醫(yī)療器件解決了能源問題。以核能供能的植入式醫(yī)療器件，完全解決了電池的壽命問題，但因其核燃料的放射性使得適用性受到局限。近幾年，又出現(xiàn)了一種超級電容的新型儲能元件，解決了電池的壽命問題，并且無需維護(hù)，安全穩(wěn)定，但它的成本相對較高，而且技術(shù)尚未成熟，尚不能應(yīng)用于臨床。

隨著植入式醫(yī)療器件的復(fù)雜化，系統(tǒng)的功耗越來越大，對于短期植入式醫(yī)療器件，電池完全可以勝任，但對于長期植入式醫(yī)療器件往往不能滿足要求，體外無線供電方式解決了以上問題。基于E類放大器的電磁感應(yīng)供電效率可達(dá)70%左右，還可以同時傳輸數(shù)據(jù)，但電磁耦合方式會與其他電子器件發(fā)生干擾；光電供電同樣可實現(xiàn)長期供電，但轉(zhuǎn)換效率不高。此外，以上供電方式也可結(jié)合使用，如將經(jīng)皮能量傳輸與可充電電池結(jié)合起來，為人工心臟提供能量，這就為功耗較高、長期植入的醫(yī)療器件提供了一種解決方法[30-31]。

植入式醫(yī)療器件目前主要還是依靠特定的設(shè)備來提供電能，但最理想的還是能夠利用人體自身或者人周邊的環(huán)境來進(jìn)行供能，如機(jī)械能（身體運動、肌肉拉伸、血管收縮）、振動能（聲波）、化學(xué)能（葡萄糖）、液壓能（體液流動及血液流動）等。光電池、生物燃料電池以及人體動能驅(qū)動的電磁感應(yīng)供電模型等方式就應(yīng)運而生了，但是同樣面臨能量轉(zhuǎn)換效率的問題仍需進(jìn)一步研究。

隨著植入式醫(yī)療裝置的廣泛使用，推動了植入式醫(yī)療器件供電方式的進(jìn)一步發(fā)展，植入式醫(yī)療器件發(fā)展迅速，微型化、納米化正成為一種趨勢。由于植入式裝置的功能、尺寸等各有不同，植入式醫(yī)療器件供電裝置的電池容量、無線充電效率以及能量來源將是研究的關(guān)鍵和難點。

參考文獻(xiàn)

[1] Takeuchi K J，Leising R A，Palazzo M J，et al.Advanced lithium batteries for implantable medical devices：mechanistic study of SVO cathode synthesis[J].Journal of Power Sources，2003，119（121）：973-978.

[2] Suzuki S N，Katane T，Saotome H.Electric power generating system using magnetic coupling for deeply implanted medical electronic devices[A].IEEE Transaction on Magnetics，2002，38（5）：3006-3008.

[3] Szczesny S，Jetzki S，Leonhardt S.Review of current actuator suitability for use in medical implants[A].28th Annual International Conference of the IEEE Digital Object Identifier，2006：5956-5959.

[4] Guha A，Maddox W R，Colombo R，et al.Cardiac implantable electronic device infection in patients with end stage renal disease[J].Heart Rhythm，2015，12（12）：2395-2401.

[5] Klersy C，Boriani G，De Silvestri A，et al.Effect of telemonitoring of cardiac implantable electronic devices on healthcare utilization： a meta-analysis of randomized controlled trials in patients with heart failure[J].Eur J Heart Fail，2016，18（2）：195-204.

[6] Liang C C，Holmes C F.Lithium pacemaker batteries-an overview[A].The Electrochemical Society，1980，80（4）：27-33.

[7] Shiba K，Koshiji K.Electromagnetic compatibility of transcutaneous energy transmission system for totally implantable artificial heart[J].Transactions of the Institute of Electrical Engineers of Japan，2003，123（35）：1219-1227.

[8] Suzuki S，Katane T，Saotome H，et al.Electric power generating system using magnetic coupling，for medical electronic devices implanted deeply[A].2002 IEEE International Magnetics Conference，2002：13.

[9] Suzuki S N，Katane T，Saotome H，et al.A proposal of electric power generating system for implanted medical devices[J].IEEE Transactions on Magnetics，1999，35（5）： 3586-3588.

[10] Pengfei L，Bashindlah R，Principe J C.A low power battery management system for rechargeable wireless implantable electronics[A].IEEE Proceeding of Circuits and Systems，2006：4.

[11] Omeni O，Toumazou C.A cmosm icro-power wideband data/power transfer system for biomedical implants[A].Proceedings of the 2003 IEEE International Symposium on Circuits and Systems，2003：61-64.

[12] Suzuki S，Katane T，Saotome H，et al.Electric power generating system using magnetic coupling，for medical electronic devices implanted deeply[A].2002 IEEE International Magnetics Conference，2002：13.

[13] Uno M，Tanaka K. Accelerated ageing testing and cycle life prediction of supereapacitors for alternative battery applications[A].Telecommunications Energy Conference，2011，2011：1-16.

[14] Tang Z D，Sun C X，Sclabassi R，et al.Transcutaneous battery recharging by volume conduction and its circuit modeling[C].28th Annual International Conference of IEEE Engineering in Medicine and Biology Society，2006：644-647.

[15] Fernandez C，Garcia O，Cobos J A，et al.A simple dc-dc convener for the power supply of a cochlear implant[A].34th Annual Power Electronics Specialists Conference，2003，4：1965-1970.

[16] Wang G X，Liu W，Bashirullah R，et al.A closed loop transcutaneous power transfer system for implantable devices with enhanced stability[A].2004 IEEE International Symposium on Circuits and Systems，2004，4：17-20.

[17] Stephen R，Shane F，Hani H.On Low-frequency electric power generation with PZT ceramics[J].IEEE/ASME Transactions on Mechatronics，2005，10（2）：240-252.

[18]楊陽，孫斌.基于人體動能驅(qū)動的電磁感應(yīng)供電模塊的實體模型制作與實驗[J].科技視界，2013，12（13）：63-64.

[19] Stetten F V，Kerzenmacher S，Lorenz A，et al.One compartment，direct glucose fuel cell for powering long term medical implants fAl[A].Micro Electro Mechanical Systems-1 9th IEEE International Conference，2006：934-937.

[20] Marcela A，Gerardo G，Teresita Kessler. Synthesis and characterization of polyaniline and polyaniline-Carbon nanotubes nanostructures for electrochemical supercapacitors[J].Journal of Power Sources，2014，56（245）：475-481.

[21] Goto K，Nakagawa T，Nakamura O，et al.An implantable power supply with an optically rechargeable lithium battery[A].IEEE Transactions on Biomedical Engineering，2001，48：830-833.

[22] Hwang N J，Patterson W R，Song Y K，et al.Photovoltaic energy converter as a chipscale high efficiency power source for implanted active microelectronic devices[A].Conference Proceedings-26th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society，2004：4091-4092.

[23] Karpowicz J， Gryz K.An assessment of hazards caused by electromagnetic interaction on humans present near short-wave physiotherapeutic devices of various types including hazards for users of electronic active implantable medical devices（AIMD）[J].Biomed Res Int，2013，2013（11）：150 143.

[24] Greenborg J，Smith T H，Matheson W E.Risk/benefit analysis of the Betacel nuclear-powered pacemaker[J].Transactions of the American Nuclear Society，1973，17（6）：100-101.

[25]Parsonnet V，Driller J，Cook D，et al. Thirty-one years of clinical experience with “nuclear-powered” pacemakers[J].Pacing Clin Electrophysiol，2006，29（2）：195-200.

[26] Aludaat C，Gay A，Guetlin A，et al. Favorable evolution of a 43-year-old starr-edwards valve in the tricuspid position[J].

J Heart Valve Dis，2012， 21（5）：679-681.

[27] Royle T J，Davies R E，Gannon M X.Totally implantable venous access devices-20 years’ experience of implantation in cystic fibrosis patients[J].Ann R Coll Surg Engl，2008，90（8）：679-684.

[28] Dubner S，Auricchio A，Steinberg J S，et a1.Ishne/ehra expert consensus on remote monitoring of cardiovascular implantable electronic devices （cieds）[J].Europace，2012，14（2）：278-93.

[29] Pantchenko O S，Seidman S J，Guag J W，et al.Electromagnetic compatibility of implantable neurostimulators to rfid emitters[J].Biomed Eng Online，2011，10（1）：50.

[30] Ivorra A.Remote electrical stimulation by means of implanted rectifiers[J].PLoS One，2011，6（8）：e23 456.