電磁發射技術范文

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篇1

關鍵詞：請登電磁探測；閉環控制系統；數字補償；數字調制

中圖分類號：TH762 文獻標志碼：A

Near-surface Electromagnetic Detection Transmitting System Control Technology

ZHOU Fengdao，LIAN Shibo，XU Fei，HUANG Weining，SUN Caitang

（College of Instrumentation & Electrical Engineering， National Geophysical Exploration Equipment

Engineering Research Center， Jilin University， Changchun 130061，China）

Abstract：Combined with the feature of near-surface electromagnetic emission signals in the frequency domain， an average current and a voltage feedback control were introduced. A digital dual-loop feedback control system was built based on DSP （Digital Signal Processor）. A feedback model was also established in z domain to make the system stability. The steady voltage in low frequency and steady current in high frequency was also realized. Meanwhile， the amplitude of the load-current range of transmitting antennas was reduced， while the requirements of antenna design were decreased. The problems that the broadband detection transmitter was not enough due to the large attenuation of the current in the high frequency and the broadband detection transmitting was not stable due to the large current in low frequency were also avoided. Further， this control technology provided a protection of circuit. Through comparing the simulation after the introduction of dual-loop feedback and open-loop， the parallel dual-loop feedback output current variation was 8.5% of open-loop one from low to high frequencies. The measured results achieved the purpose of design， and provided references for the improvements of near-surface electromagnetic launch system.

Key words：Electromagnetic detection； closed loop control systems； digital compensation； Digital modulation

目前，l率域電磁探測技術被廣泛應用于淺層地質調查[1]，工程地質調查[2]，土壤調查[3]，地下設施勘查及地下埋藏金屬物、未爆炸物探測等[4].其探測原理是通過發射線圈向地下發射不同頻率的電磁波，檢測異常體被激發產生的二次場，來對埋藏的物體進行定位及成像.

不同頻率反映不同深度的地層信息，在近地表探測中采用的頻帶范圍通常為300 Hz～96 kHz.對于呈感性的發射天線負載，由I=U/R2+（ωL）2可知，隨著頻率的增加負載阻抗不斷增加，高頻時負載電流下降，無法保證發射矩.而低頻時又由于負載較小，系統難以穩定運行，不必要的大電流對天線的設計也會帶來一定的難度.同時，多頻發射時，不同頻率間的快速切換，引起負載劇烈變化[5]，需要有較快的響應速度才能保證系統快速達到穩定工作狀態.為克服負載不穩定的問題，本文引入雙環反饋控制，在z域構建電路反饋模型，采用bode圖法設計反饋補償.利用SIMULINK平臺進行計算及仿真.通過DSP搭建硬件平臺[6]，實現發射系統的雙環控制.保證低頻穩流，高頻穩壓，縮小了發射天線負載電流幅值的變化范圍，避免寬頻發射帶來的問題，提高設備的響應速度并提供短路保護功能.

1 雙環反饋結構的建立

基于近地表電磁探測發射系統需求，系統選用buck+全橋拓撲結構.總體框圖如圖1所示，直流電源通過斬波穩流電路和逆變橋路輸送到發射天線（其中：IL為buck回路中電感電流，i0為流過負載天線的電流）.針對發射矩波動大的問題，在電路中引入雙環反饋[7]，其中內環電流環檢測點選取buck電感電流IL ，根據基爾霍夫電流定律，IL可以時時反應負載電流值I0的變化，克服了直接測量天線電流時，由于非線性負載引起的不規則電流波形，平均值計算困難的問題[8]，同時，IL為標準的鋸齒波，便于均值的計算.外環電壓環通過時時檢測輸出電壓vo構成電壓反饋，防止電路出現過壓，并提供短路保護.

系統采用電壓電流并聯反饋結構，其參數整定更容易，響應速度更快.如圖2所示為反饋系統結構示意圖，內環電流環穩流，外環電壓環穩壓，并對電路進行保護[9].當逆變橋路工作在低頻時，由于負載阻抗小，負載電流大，系統工作在穩流模式下，穩流環工作保證系統輸出電流不至過大，燒毀天線；高頻時，系統工作在穩壓模式.由于天線阻抗增加，若保持原有的輸入電流必須提高輸入電壓，但對于高頻探測，其響應多為地表物體，一味提高發射電壓不僅會帶來元器件選型問題，還會造成高壓引起的波動較大，故高頻穩壓、低頻穩流是十分必要的.

2 雙環反饋電路建模

2.1 電流環模型建立

對于內環電流環在考慮電容ESR時，由小信號模型分析法可得到其輸出電流與輸入電壓的傳遞函數為式（1）[10-12].隨著頻率的變化，負載阻抗不斷變化，傳遞函數模型也隨之變化.圖3所示為Gid在線圈L0=54 μH， R0=0.5Ω時的傳遞函數bode圖，負載只對低頻增益有一定影響，當f大于1000rad/sec時，負載對于傳遞函數基本沒有影響.

式中：iL0為輸出電流，vd為輸入電壓，C為輸出濾波電容，Rc為電容C的等效電阻，L為電感，R=（ωL0）2+R20為等效負載阻抗，其中，L0為線圈等效電感，R0為線圈內阻.

在圖3所示的開環bode圖中，f在1 000rad/sec時，系統bode圖幅值有明顯的過零尖峰，可見系統的開環傳遞函數并不穩定，需要進行頻率補償才能保證系統的穩定運行，對于電流環反饋其斬波穩流系統框圖如圖4所示.Fm為調制比較器；GVin為buck拓撲模型；Vn為外部噪聲；Vd為buck輸出電壓；通過逆變系統G（z），得到輸出電流io，經補償電路Fc，對電流進行補償運算，補償方法如下.

對于數字控制的離散系統，將系統Gvin（s）進行零極點匹配等效法進行離散化，得到圖4中Gvin（z），零極點匹配法能夠保證系統的零極點在轉化過程中一一對應，故對經過補償后，系統穩定性能夠得到保證，利用雙線性變換z-1=（2-ωT）/（2+ωT）將系統轉換到w’平面，對其進行bode圖補償法設計.

為保證系統穩定，進行補償時，需滿足以下條件：，采樣頻率選擇閉環系統帶寬的10倍，穿越頻率選取為開關頻率的1/4～1/5；確保開環增益在穿越頻率處的斜率為-1；要保證穿越頻率小于右半平面的零點（RHP零點）.引入調節器Fc（z），Fc（z）為具有兩個極點，一個零點的PI控制[13]，其傳遞函數如式（2）所示

式中：ωz1和ωp1、ωp2為理想補償系統的零、極點；Kc為常數；

利用bode圖法進行數字反饋控制的直接設計在f=96KHz時.使低頻段高增益，以減少靜態誤差；中頻段保證響應速度；高頻段滿足抑制高頻噪聲的要求.得到加入控制函數D（z）后的系統閉環傳遞函數bode圖，如圖5所示，補償后其相位域度約為50°.

2.2 電壓環模型建立

對于電壓環路，其開環傳遞函數表達式如下：

其中，R=（ωL0）2+R20，在線圈L0=54 μH， R0=0.5Ω時的開環傳遞函數bode圖如圖6所示，該傳遞函數不穩定，需進行補償，對于電壓環路其穩定的補償原則與電流環路類似，利用雙線性離散化將系統轉換到w’域，在w’域進行補償，當f=300 Hz時，得到的系統傳遞函數bode圖，如圖7所示，可見系統魯棒性明顯提高.

2.3 仿真模型的搭建

根據電壓電流反饋參數，利用SIMULINK搭建了如圖8所示的電路結構進行仿真分析，通過控制電流環和電壓環，實現低頻穩流高頻穩壓控制.

其中，電源電壓為24 V，負載為0.5Ω/54 μH，電感.開關管Q5的開關頻率為50 kHz，開關管Q1～Q4通過改變脈沖觸發器調節開關頻率300 Hz～96 kHz中固定l點.

對于低頻段，如圖9所示為f=300 Hz時無buck斬波穩流和有雙環反饋時穩態發射電流波形圖，開環和閉環發射電流峰峰值分別為66 A和7 A.由仿真結果能夠得到，改進后的輸出電流變化范圍僅為改變前的10.6%，達到預期效果.

仿真結果對于高頻段，如圖10所示為96 kHz時線圈兩端電壓波形，由圖可知，高頻段系統工作在穩壓模式，輸出電壓峰峰值穩定在22 V.

3 數字控制器設計

利用TMS320F2812控制器進行穩壓穩流控制，系統時鐘150MHz，12位AD轉換.數字控制器部分主要實現：數據采集控制、數字補償、數字脈寬調制，為減輕DSP控制器的計算壓力，利用FPGA產生逆變橋路的驅動信號.

3.1 電流均值檢測

對于電流均值的計算，若采用傳統的均值計算均值計算方法，對每個周期進行取平均，則需要大量的存儲空間及計算時間，對于系統調節會帶來一定的延遲，本設計將四點采樣法用于均值計算[14]，即判斷每個周期的起始點、峰值點、谷值點和結束點，進行均值計算，實現降采樣，保證運算速度，又能控制平均值的精度.其表達式（4）如下：

iavg（n）=Vs（n-1）+Vp（n-1）+Vl（n-1）+Vs（n）4（4）

其中：iavg（n）為第n個周期平均值，is為第n個周期的起始點值，ip為第n個周期峰值，il為第n個周期谷值.每次采樣得到一個新的有效點后重新計算平均值，控制算法最多只有半個周期的延遲時間，能夠滿足系統的需要.

3.2 控制器補償算法實現

根據閉環傳遞函數表達式（5），將其轉換為差分序列（6），即可得到控制器的控制算法.

利用DSP內部的存儲器和乘法器，實現上式（6）的離散表達式，對于2812型DSP由于其為定點DSP，在計算中需要進行浮點數的轉換，實際計算進行一次乘法運算的時間為一個指令周期，遠遠低于系統的控制工作頻率.

3.3 數字調制器設計

對于調制波的產生，相對于電流峰值/谷值檢測，電流的均值檢測無需斜坡補償，但引入了大幅值的三角波調制信號，滿足誤差信號的下降斜率，小于三角波電壓的上升斜率，兩者比較后產生開關控制信號，由于誤差信號遠遠小于三角波信號的斜率，所以，平均值電流控制法具有良好的抗干擾能力.

鋸齒波的產生利用自增、自減計數器實現，將每個周期的鋸齒波均勻分成若干個點，通過一個時鐘計數器，在上升時間段執行加計算.其數學表達式（7）.

式中：B為三角波幅值，f為系統時鐘，fc為三角載波頻率，n=0，1，2，3….

4 測試結果與分析

在實驗室環境下，利用DSP作為控制器，供電電源為24 V，負載為20匝，邊長為30 cm的圓形印制PCB線圈，參數為0.5Ω/54 μH，同時，引入RC匹配電路，其中R=12.8Ω，C=0.1 μF.線圈處串入R=0.1Ω采樣電阻，經放大10倍后測得穩態時輸出波形如圖11所示.

圖11（a）為f=300 Hz時流過負載線圈的電流波形輸出電流峰峰值為7.2 A，圖11（b）為f=96 kHz時流過負載線圈的電流波形，由于匹配電路諧振的影響，輸出電流峰峰值為2.2 A.同時，測試電阻寄生電感的影響，輸出電流波形中引入部分干擾，實測結果與仿真結果相仿，單頻發射時滿足電流要求，高頻保證發射矩，低頻保證系統穩定工作.

（a）300 Hz時波形

（b）96 kHz時波形

5 結 語

采用雙環反饋控制原理，實現了低頻穩流，高頻穩壓控制，通過仿真對比引入雙環反饋后輸出電流變化量為開環時輸出電流變化量的8.5%，實測結果與仿真結果相符，低頻時保持輸出電流恒定在峰峰值7.2 A.高頻時保持橋路母線電壓穩定電流峰峰值為2.2 A.

基于DSP平臺，將四點采樣法應用于均值計算，設計并實現了淺地表電磁探測系統，在滿足系統工作要求的同時，提供電路保護，避免了現有系統由于頻帶變寬后負載電流變化大而引起的一系列問題.通過軟件仿真和實驗驗證了該方法的可行性.

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篇2

關鍵詞：變電站；二次設備檢修技術；二次設備檢修方法

前言

近幾年來，我國的電力行業呈現出了快速穩定的發展勢頭，促使我國的電網結構正向著復雜化方向發展，這要求繼電保護能夠在電力系統的整體運行中切實發揮其重要的作用。由于變電站二次設備正逐漸增多，電力系統的復雜性也隨之增強。因此，傳統的變電站運維方法已經開始行不通，周期性的檢修工作會耗費較高的成本。同時，過多的停電檢修次數也會給電力設備的使用壽命帶來不利的影響，致使電力企業的經濟效益和社會效益大打折扣。

1.變電站二次設備狀態檢修技術分析

1.1對二次設備運行狀態的鑒定

為了判斷變電站二次設備的運行狀態是否良好，或者是否存在技術故障，可從其實際運行過程中的狀態量與標準值的對比中得出結論。如果二者互不相符，則說明二次設備在運行中出現了問題。如果此時出現了設備停電的現象，應立即禁止設備帶電運行，直至確定此問題的嚴重程度，在鑒定出二次設備確實存在故障后，應采取跟蹤監測的方法進行技術檢修，并將這種異常情況向當地管理人員匯報[1]。應該注意的是，檢測二次設備在運行中的狀態量時若發現設備警示，就必須首先實行故障診斷或采取停電維修的方法排查故障，進行試驗性的故障處理，徹底根除運行的安全隱患，從而保證二次設備的正常運行，發揮其應有的作用。

1.2二次設備狀態的周期性調整

對變電站二次設備的檢修應盡量保證其使用周期性的正常，避免人為縮短設備周期，這就需要對二次設備在實際運行中的狀態周期性做出合理的調整，以保證其能夠正常使用。對二次設備運行狀態的周期性的調整主要是通過帶點巡檢工作從而及時獲知設備情況正常與否來實現的。在帶點巡檢中若發現設備確有異常存在，應立即報告給上級有關部門，等待專業技術人員對該設備的具體運行問題做出判斷，分析問題存在的原因，并決定是否應對設備進行停電檢修，從而對其運行情況進行試驗。

1.3二次設備檢修整體方案的構建

為了能夠對變電站二次設備的實際運行狀態進行全面和動態的了解，隨時掌握設備情況和運行中的問題，構建切實有效的設備運行狀態檢修方案并嚴格執行是十分必要的。應制定科學合理的具體檢修計劃，且在檢修計劃的實施過程中對二次設備的狀態量以及巡檢結構進行有效評估。應以變電站二次設備能夠安全運行為原則，保證變電站二次設備在常規工作的前提下得以實施試驗、狀態分析以及維修等工作。

1.4二次設備的檢修技術手段運用

對變電站二次設備運行狀態的調查分析及管理，離不開多種檢修技術手段的合理運用。這些手段主要包括裝置技術和監測技術兩個方面。通過使用這些技術手段，無論是在線或是離線，都能夠實現對變電站二次設備實際運行狀態的有效監測[2]。

2.分析檢修變電站二次設備狀態的主要方法

2.1變電站二次設備的故障診斷措施

通過對變電站二次設備的檢修與一次設備的檢修進行對比，可以得知目前二次設備的檢修措施沒有利用傳感器的輔助作用。為了將檢修成本控制在能夠接受的范圍內，可采取目前廣泛應用的PT斷線監測或CT斷線監測等檢修方法，在絕緣監測的前提下對二次保險完成直流回路以及熔斷報警等一系列檢測。由于近幾年來我國的微機保護以及微機自身裝置等診斷技術發展迅速，因此能夠為變電站的故障診斷及維修提供支持和基礎，以保證其在變電站模塊在實際運行中的保護裝置做出自動診斷，從而實現立體化的設備診斷并能夠對存儲裝置、I/Q接口、A/D轉換甚至CPU等進行巡查保護。這種巡查保護的措施應由定時器、比較及校驗等過程來完成，從而能夠對變電站二次設備的運行狀態得以進行全面檢修。

2.2變電站二次設備的具體檢修措施

對變電站二次設備的檢修應嚴格遵守規范的操作流程并對防范事項加以注意。首先從變電站二次設備的檢測對象來說，完成對其運行狀態的檢測主要依靠屏蔽接地、信號強度、通信、交流測量、直流操作加之邏輯判斷等綜合因素。其次從技術操作性質上來說，變電站二次設備中的直流控制系統其中的信號回路、回路完整性、動力等都具有良好的絕緣性。而變電站交流控制系統的測量則主要包括元件完整性測量、PT及CT二次回路的絕緣性測量以及回路完整性測量這幾方面[3]。針對邏輯判斷系統的檢修，則需同時具備硬件判斷能力及軟件判斷能力。變電站二次設備運行狀態的檢修的工作核心是電力單元或電力系統的檢修，其檢修方式為可持續性檢測，從而達到對不同單元動態的根本性掌控、其中，狀態檢測是變電站二次設備檢修工作中的基本環節。

3.結論

本文通過對我國目前電力系統的快速發展進行分析，指出變電站二次設備運行狀態的檢修工作的重要意義。對變電站二次設備狀態檢修技術所包含的各個方面做出了較為詳盡的介紹，同時也對變電站二次設備狀態的檢修方法進行了討論。其中主要強調了應在節約檢修成本的前提下，采用最先進的技術手段和最為合理的檢修方法，保障變電站運行的安全，促進我國電力行業的健康發展。

參考文獻：

[1]劉冬生.變電站二次設備狀態檢修方法探析[J].科技信息，2011，16（27）：292-293.

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【關鍵詞】 中短波 發射機 電磁干擾 解決問題

電磁干擾作為一種電磁現象，其同電磁效應一起被科學家發現。電磁干擾的發現引起了電磁干擾問題的研究。在廣播通訊系統中應用中短波發射機的電子設備較多，而設備間電磁干擾的現象也比較明顯，為了保證發射機設備的正常運作，就必須分析和研究電磁干擾問題，并采取相應的措施來避免設備間電磁干擾等問題對于發射系統的不良影響。

一、發射機之間電磁干擾問題

1.1關于電磁干擾問題的分析

中短波給人們提供了許多的廣播節目，其在傳播時會受到高頻電磁場的干擾，從而影響廣播質量。為了保證廣播節目高質量地傳播，相關技術人員針對電磁互擾的問題，提出了許多解決辦法，但都不太樂觀。改善電磁干擾的問題便成了廣播通訊行業的首要任務。為了解決這個問題，就必須了解中短波電磁含義。中短波電磁干擾的范圍較為寬廣，其中有電源系統、控制系統及監控系統等電磁干擾。

1.2關于強電磁場的分析

隨著科技的發展，計算機技術與數字電路技術相繼被應用到生活實踐中。這些技術的快速發展，使得廣播通訊系統及發射機等在系統及配置上發生了許多變化，同樣也使得電磁環境越來越復雜，其中脈沖信號包含了大多數的電磁頻率，而且與其他一些設備具有相同頻率的電磁頻段，這些相同頻率的電磁波將會影響其他設備的正常運行。

二、解決電磁干擾措施

1、降低機房的電磁干擾。如何降低電磁干擾是克服電磁干擾的關鍵所在，這將使用到隔離屏蔽法。隔離屏蔽法大概可以分為：電屏蔽、磁屏蔽和靜電屏蔽三大類。磁屏蔽在強磁場中容易發揮它的作用，其里面含有導磁率較高的材料，通過這種材料，來影響磁力線感應從而起到屏蔽的作用。電磁屏蔽在高頻的情況下比較適用，其含有的低電阻金屬起著重要作用。而靜電屏蔽，就是指減少靜電對電磁的干擾。

建立一個簡單的值班室可以實現中短波機房之間的隔離。其不僅仍然可以作為一個整體，還可以使短波機房和長波機房之間保持獨立。機房能否成為一個感應體取決于其接地狀況，這就體現了接地情況的重要性，在建造中需要十分認真。中短波機房的接地網絡連接上其他部分的網絡，就可以構建成一個比較有效的屏蔽層。使用鋁合金雙層門窗可以隔離一定的電磁干擾。同時，對于一些監控值班室和新裝的短波發射機，可以使用網狀屏蔽。三腳架或者木質的骨架能夠對網狀屏蔽室進行良好的固定，在固定完成后，還需要用特定的框式骨架進行進一步完善。

2、節目信號的電磁干擾。廣播信號的發射傳播和發射離不開節目信號線，節目信號線的抗干擾性對中短波信號的發射影響很大。節目信號發射機常用屏蔽層音頻電纜線來降低電磁干擾。因其安裝了屏蔽金屬管，節目信號線的抗干擾性會增強。屏蔽管將機房的屏蔽層和設備相連，兩端分別與屏蔽層外層和設備相連。通過這些設置，來有效降低節目信號傳播過程中的電磁干擾，從而保證系統的穩定運行。

3、系統抗干擾性的增強。發射機和屏蔽層是系統的兩個主要組成部分，它們都需要跟大地相連。高頻時的地線電感會增大，從而導致電磁干擾，這主要是因為地線連線長或者多造成的。為防止這種情況的發生，要適當控制地線的長度和數量?？梢酝ㄟ^利用地極，把它直接埋在發射機的下面，來減少接地線的數量。在此操作之前，要選取合適的銅板，兩者以并聯的方式連接，銅板和其焊接也要穩固。然后將其放在一定深度的地底，還要加入降阻的材料來降低電阻。電阻在干燥的環境下會增大，需要采取措施解決電阻過大的問題。在安置地極時加入一條四分管，可以在一定程度上減小電阻阻值。屏蔽層有感應電流，將其接地可以避免其因帶電造成的影響。為了防止接地線對天線的作用造成影響而引起的一系列感應，在接地線的過程中，可以多增加幾個接地點，從而為安裝鐵管起到屏蔽的作用。

三、結語

廣播通訊行業在我國已經進入了新的發展時期，其在信息傳播方面也發揮越來越大的作用。但是發展的同時也出現了一些問題，如中短波廣播發射機在運行過程中會受到來自外界的電磁干擾，影響了廣播訊號傳播的質量。中短波廣播發射機作為我國常用的發射機，其理想狀態是不受外界任何干擾。但在實際的應用中，這種干擾難以避免，遇到較強的電磁干擾時，電視廣播的質量就會大大降低。所以，如何消除中短波廣播發射過程中所遇到的電磁干擾的問題，引起了人們的重視和思考。本文對此做出了分析和討論，希望能夠為電視廣播的訊號質量問題，提出更好的解決策略。

參 考 文 獻

[1]王磊.如何解決中短波發射機之間的電磁干擾[J].中國新技術新產品，2014（24）.

篇4

【關鍵詞】中短波 廣播發射 電磁干擾 措施

目前我國用于廣播通訊行業的是中短波廣播發射機，其工作的理想狀態是不受外界的任何干擾，但在實際的工作過程中，中短波廣播發射機間存在的電磁干擾會嚴重影響廣播信號的正常傳播，降低了廣播中心的工作效率和質量，因此，加強解決中短波廣播發射機間的電磁干擾，對提高廣播中心的工作水平具有重要的實際意義。

1 電磁干擾的分類

電磁干擾按照形式劃分可分為兩種：一是傳導干擾，傳導干擾指的是干擾源通過電解質對其他電磁網絡所造成的信號干擾；二是輻射干擾，指的是干擾源對電磁網絡通過空間所造成的信號干擾。其中輻射干擾是電磁干擾的常見形式，依據輻射干擾的干擾來源不同可將輻射干擾劃分為兩種：一是人為干擾，指的是干擾源是人為安裝的各類裝置，其產生的電磁能量形成的電磁干擾；二是自然干擾，指的是大氣層、地球外層空間中的自然噪聲。另外，電磁干擾按照屬性又可劃分為非功能型干擾以及功能型干擾兩種，二者的主要區別在于形成的干擾是否伴隨著設備功能的實現。功能型干擾是設備在實現自身的功能時對其他設備產生了干擾，而非功能干擾則是干擾的形成并不不伴隨設備功能的實現。

2 中短波信號干擾類型和干擾來源

2.1 被測信號干擾

廣播信號發射過程中最常見的電磁干擾就是信號干擾，而信號干擾按照干擾方式不同又可分為兩種：一種是常態干擾，是在有用的直流信號或基本沒有變化的交變信號上疊加變化快且沒有用的交變信號，我們通常稱之為在被測信號上疊加干擾噪聲；另一種是共模干擾，指的是當轉換器輸入端出現干擾電壓時，輸入端的交流電壓或者是直流電壓都會產生信號干擾。另外，監控系統里被測信號的輸入方式需要我們重視，要采用雙端輸入方式，防止單端輸入方式下電壓從共模干擾轉變成常態干擾。

2.2 程序干擾

中短波發射機間另一種重要的電磁干擾是程序干擾，其存在于中短波廣播發射機的復雜電磁環境里。目前大部分廣播發射站都設置了自動化監控、監測系統，但具體工作時，沒有處理好電位接地、屏蔽等工作，導致工控機、可編程邏輯控制器容易受到電磁干擾，影響了中短波廣播發射機程序的正常、有序運行。為了有效解決此問題，可采取評估可編程控制器局部、電纜和使用高壓泄放元件等方式。

2.3 線間耦合干擾

電容性耦合、電磁性耦合以及電感性耦合三種干擾是線間耦合干擾的主要形式，其實質是線路中存在表面耦合干擾。兩個回路之間存在電磁場，電感性耦合是由于線間磁場的相互作用形成的；而電容性耦合的形成主要是由于電場間的作用；電磁耦合的產生是由于電磁場同電場間的相互作用。

2.4 地面干擾

地面發射設備本身的雜散指標不滿足標準或要求，導致傳輸的信號波里存在諧波或者雜波，從而形成地面干擾。另外變頻器、高功放等地面工作設備的放置位置不正確，也會造成信號波里的噪聲太高，極大程度的降低了中短波信號的傳輸質量。

3 解決中短波廣播發射機間電磁干擾的有效措施

3.1 共模干擾抗性措施

通常采取降低共模干擾的措施主要包括兩種：一是采用雙端輸入的運算放大器作為模數轉換器的前置放大器，可有效隔離數字信息源同各項模擬負載，此措施使被測信號獲得相應的通路，阻礙共模干擾形成回路，從而消除共模干擾，提高中短波信號的傳輸效果。二是采用數字濾波技術，數字信號的傳輸通過數字濾波技術把多個通道共用一個濾波程序，進而有效消除了共模干擾，保障了中短波信號的傳輸質量。

3.2 常態干擾抗性措施

有效解決常態干擾的措施要從干擾來源控制和干擾信號特性上的控制兩方面入手，另外需要注意干擾頻率和被測信號頻率的對比。若被測信號低于常態干擾頻率，就采用低通濾波器過濾及抑制被測信號中的干擾信號；若被測信號頻率高于常態干擾頻率，可采用高通濾波器對被測信號中的干擾信號進行過濾和消除；若被測信號相似于常態干擾信號頻率時，此時實現中短波信號傳輸效果最佳的措施是采用帶通濾波器。此外，若在電磁感應環境里形成常態干擾，應將被測信號無限放大，快速、有效的進行數模轉換同時采取必要的隔離或屏蔽措施。采取合理的措施對干擾來源及在干擾信號特性上進行控制，可將中短波信號發射機間的常態干擾進行及時、有效的消除，進而有效保障廣播信號傳輸的質量。

3.3 線間耦合干擾抗性措施

中短波信號的輸入及輸出功能，主要是通過信號線路實現的，信號線路既實現了中短波的信號傳輸功能，也直接形成了中短波信號傳輸中的電磁干擾。電力線與信號線之間的電場和電磁場之間的作用產生了耦合干擾，有效處理的措施就是采用同軸電纜或雙絞線抑制干擾源，從而有效實現抗線間耦合干擾的效果。

4 結語

綜上所述，隨著新技術、新設備的層出不窮以及人們生活水平的逐步提高，對廣播通訊行業提出了更高的標準和要求，需要廣播通訊行業加快自身的建設步伐，必須解決好中短波廣播發射機間的電磁干擾問題，提高廣播信號的傳輸效率和質量，為人們提供優質的廣播通訊服務，進而促進自身更深層次的可持續發展。

參考文獻

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[3]周楊，趙福祥，林炬，潘崴.中短波廣播發射臺電磁輻射環境影響預測模型[J].環境監測管理與技術，2011，01：31-33.

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隨著科學技術的發展，越來越多的電子、電氣設備進入了人們生活和生產的各個領域。其中在生物醫學領域：滅菌（食品、流動票劵、飼料等）、診斷（CT等）、理療（高頻、微波）、手術（激光手術刀、微波手術刀）等。但這些設備在正常運行的同時也向外輻射電磁能量，可能對其他設備產生不良的影響，甚至造成嚴重的危害，這就是電磁干擾。據統計，全世界空間電磁能量平均每年增長7%～14%，在有限的空間和有限的頻率資源條件下，由于各種電子、電氣設備的數量與日俱增，使用的密集程度越來越大，電磁干擾的嚴重性也就越來越突出。

采用一定的技術手段，使同一電磁環境中的各種電子、電氣設備都能正常工作，并且不干擾其他設備的正常工作，這就是電磁兼容（Electromagnetic Compatibility ，EMC）。在國家標準GB/T4365-1995中對電磁兼容嚴格的定義是：設備或系統在其電磁環境中能正常工作且不對該環境中任何事物構成不能承受的電磁騷擾的能力。

就目前醫療設備小型、高靈敏度和智能化的實現，使它們更易受電磁干擾的影響，特別是那些電磁兼容性差的診斷儀器，為醫生提供了失真的數據、波形及圖像等信息，使得醫生不能做出正確診斷，從而影響有效的治療，甚至危及人的生命。

醫用電氣設備的電磁兼容性主要包括2個方面 ：發射和抗擾度。（1）發射：醫用電氣設備對周圍環境 (例如：醫院、家用環境、手術室、病房、救護車等 ) 產生的電磁干擾；（2）抗擾度 ：醫用電氣設備抵抗環境電磁干擾的能力。醫用電氣設備適用的電磁兼容標準是IEC60601-1-2。IEC60601-1-2 的第一版于1993年，規定輻射發射、傳導發射2項發射試驗和靜電放電、輻射抗擾度、電快速瞬變脈沖群、浪涌4項抗擾度試驗。

IEC60601-1-2 的第二版于 2001年，對第一版做較大的改動，增加2項發射試驗（諧波發射，電壓波動和閃爍），增加 3 項抗擾度試驗（傳導抗擾度、工頻磁場、電壓跌落和中斷），在實驗方法上也有更細致的描述。

隨著醫療設備的電磁兼容問題日益突顯，國際上許多國家從法規上采取了措施對醫療設備產品的電磁兼容性進行控制，我國政府也非常重視這個問題，已于2005年4月1日，由國家食品藥品監督管理局批準發了：“YY05 05-2005 醫用電氣設備電磁兼容性要求和試驗” 行業標準，經過兩年執行過渡期，已于2007年4月1日起正式執行。這就需要我們在醫療實踐中貫徹這個行業標準，努力提高醫療設備的電磁兼容性，提升設備的抗干擾能力，將潛在的電磁干擾風險降到最低。此外，我國的電磁兼容標準和國際上類似，分為四大類：基礎標準（Basic Standards）、通用標準（Generic Standards）、產品類標準(Product Family Standards)和系統間電磁兼容標準（Standards of Intersystem Compatibility）。

提高敏感設備的抗擾度是實現電磁兼容的有效手段，解決電磁兼容問題只需從以下3個要求來著手，控制干擾源的電磁輻射，抑制電磁干擾的傳播途徑，增加敏感設備的抗干擾能力。作為一個醫用設備的用戶，我們更多的是考慮系統間的電磁兼容性的問題，系統間的兼容性技術也是通過屏蔽，接地和濾波等技術實現，只不過實施方法不同。

系統間的屏蔽是對兩個空間區域進行金屬隔離，以控制電場、磁場和電磁波由一個區域對另一區域感應和輻射，其目的是隔斷電磁場的r合途徑。它有兩個方面：一是將敏感設備或系統用屏蔽體包圍起來，防止受外界磁場的干擾。另一方面是將干擾源屏蔽起來，防止干擾磁場向外擴散，影響其它的無線設備或人體。

接地技術的引入最初是為了防止電力或電子等設備遭雷擊而采取的保護性措施。隨著電子通信和其它數字領域的發展，在接地系統中只考慮防雷和安全已遠遠不能滿足要求了。而且隨著電子設備的復雜化，信號頻率越來越高，因此，在接地設計中，信號之間的互擾等電磁兼容問題必須給予特別關注，否則，接地不當就會嚴重影響系統運行的可靠性和穩定性。電路和用電設備的接地按功能分為安全接地或信號接地兩方面。安全接地就是采用低阻抗的導體將用電設備的外殼連接到大地上，使操作使用人員不致因設備外殼漏電或故障放電而發生觸電危險；信號接地是在系統和設備中采用低阻抗的導 線或地平面為各種電路提供具有共同參考電位的信號返回通路，使流經該地線的各電路信號電流互不影響，信號接地的主要目的是為了抑制電磁干擾，是以電磁兼容性為目標的接地方式。

對于醫院這個醫療設備的主要使用方，其對于設備的抗電磁干擾有更高的要求。對于X線診斷系統、CT系統、磁共振成像系統及超生診斷系統，不能因為電磁干擾而影響診斷的圖像質量或出現與患者病灶部位不相符的圖像。超生治療設備、體外碎石設備和伽瑪刀，這類設備不能由于干擾而影響或改變其治療參數或影響治療部位，否則對患者的正常部位就會造成傷害。因此，對醫護人員和采購人員甚至維修人員的電磁兼容知識的學習培訓就顯得尤為重要。按照使用現場的電磁環境選購符合電磁兼容要求的產品并正確的使用操作。減少醫療場所的電磁干擾，是對患者的尊重，也是對生命的敬畏。

參考文獻：

[1]電磁兼容-原理、技術和應用

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關鍵詞：GSM 基站輻射；輻射污染；輻射監測

一、GSM基站的天線

一般GSM基站的天線都有三個扇區，每個扇區的覆蓋范圍為120度，每個扇區通過向特定的一個方向發射，來覆蓋一定的范圍，這樣三個扇區能對四周進行360度全覆蓋。一般來說，天線有定向天線和全向天線，定向天線可以根據需要調整俯仰角和方位角，以達到覆蓋需求，功率相對較大，全向天線一般用于覆蓋鄉鎮，人比較少的地方。

二、GSM基站的發射功率

GSM基站的發射功率。GSM基站是通過頻分復用和時分復用的方式工作。一個基站它有多個頻率發射，發射功率為15W到20W左右。在城市，除了要保證通話還要支持無線上網等業務，假如以18個頻率為基本配置的話，它的發射功率在270W到360W之間，若配置頻率再多的話，發射功率超過360W。

三、GSM通信基站的發射方式

基站的輻射方式分為連續輻射和脈沖式輻射兩種方式。連續輻射方式是指基站的每一個扇區以一個固定的廣播頻率，每天滿功率24小時連續發射每個扇區的特定信息。脈沖式輻射方式是不固定頻率，只是在通話的時候發射，并可根據通話者的遠近自動調節基站的發射功率。一般的基站即使是微基站在掛上高增益大天線、俯仰角很小并且沒有直接阻擋而且功率開到足夠大的情況下，也可以覆蓋至少5公里遠，理論上可以達到35公里，如果把兩個空中接口信道合為一個的話，可以達到70公里。

四、電磁輻射不等于電磁污染

電磁輻射是指電場和磁場的交互變化產生的電磁波向空中發射或匯聚的現象。電磁輻射在一定限度內時，它是有益于人體、有機體及其他生物體的，它不但可以促進生物體的微循環，還可促進植物的生長和發育。

“電磁污染”是指超過一定的頻率和功率的電磁輻射，它才會對人體產生危害。因此，電磁輻射不等同于電磁污染，更不能與人體的健康直接畫上等號。

電磁輻射還與距離（人或房屋與基站的距離）有關。當距離700米時，輻射峰值約為2W；在1-200米時，輻射峰值約為0.1W；站在基站100米開外的地方，受到的輻射水平可能比用一次微波爐還要低。記者在清華大學的實驗室中曾做過這樣的試驗，將接收天線放置到距離微波爐0.5米（使用微波爐時的大致距離）時，測到的電磁輻射數值約為12伏/米；距離2米遠時，測得的數值為10伏/米。將手機緊貼耳朵時，當手機接通的一瞬間，電磁輻射為4伏/米左右，而當手機距離測量儀為一臂遠時，電磁輻射為0.5伏/米。通過試驗可以看出，放置在半米遠的微波爐與百米開外的基站比，微波爐的輻射值確實有可能大于基站。

五、基站的電磁輻射符合國家標準

根據國家環保局的《電磁輻射防護規定》要求，環境中的電磁輻射的電場強度小于12伏/米。而 衛生部的《環境電磁波衛生標準》要求，電磁輻射的功率密度要小于40微瓦/平方厘米。這兩種要求比歐美發達國家還要嚴格。目前，我國的移動通信基站標準嚴格按照此類標準進行建設。

目前，我國移動通信采取都是微蜂窩技術，它的發出功率和接收功率在十幾毫瓦到二十幾毫瓦之間，這個功率非常低，完全不會造成輻射污染。例如： 25瓦的大功率基站，離基站10米范圍內的微波功率每平方厘米只有2微瓦左右，在5米范圍內功率是每平方厘米是8微瓦，比衛生部規定的每平方厘米17微瓦的標準還要小一半。而且，GSM的輻射頻率約為900兆赫茲，與電視的輻射頻率基本相當。

電磁輻射在空中是快速衰減的。發射功率為20瓦的大功率基站，在天線前10米的范圍內，通過測試發現功率密度僅為每平方厘米0.6微瓦左右，相對于國家標準（每平方厘米40微瓦）的千分之十五，衰減很快。

另外，電磁波穿過不同介質的建筑物時衰減的程度也是不一樣的。例如通過穿過帶鋼筋的墻比一般磚墻要衰減的多三倍左右，分別衰減20dB和6dB左右。因此，GSM基站天線一般建在住宅樓頂或山頂上，基站一般較高，約為35-55米，宅內的居民完全是安全的。檢測結果表明，農村基站天線在塔基地面半徑50米以內輻射功率值大約為0.02～0.08微瓦/平方厘米，在半徑50米以外為0.06～0.14微瓦/平方厘米，遠低于8微瓦/平方厘米的最大限值。城市基站距天線30米外的環境敏感處的功率密度值均低于8微瓦/平方厘米的限值。這些也都在安全范圍之內的，居民可以完全放心。

六、基站的建設符合國家標準

各公司都會被要求在基站的建設過程中，嚴格執行國家基站輻射標準。此外，所有基站在建設和擴容時，都必須委托環保部門和無線電管理局進行電磁輻射環境影響評價，以保證基站不會造成輻射污染，對居民造成危害。

在基站建設和運營過程中，都要嚴格按照環保部門的要求，進行立項、選址、規劃、管理維護等，以確保輻射環境安全。在基站規劃時，基站建設都會預留有一定的調整范圍，要求市區至少50米，要求農村至少一公里，這些是安全距離的數值。安全距離數值是指假設基站天線處于最大功率發射狀態，同時假設正對天線、無阻擋，在室內、外符合環境電磁波容許輻射場強GB9175-88一級強度的最小距離（即安全防護距離）。而現實的情況是，居民或建筑物一般都不會近距離接近天線，更不會正對天線。

同時，手機基站的輻射會隨距離的增加而快速衰減。在實際傳輸過程中，基站受背景輻射、天線架設方式、地形、溫度、濕度及大氣環境等多種因素影響，特別是障礙物的阻擋作用，電磁輻射的實際衰減速率會遠遠大于理論值。另外，在空氣中傳播時，會遇到建筑物、植被的阻擋，通過大氣層時，小液滴、固體小顆粒也會吸收和散射電磁波，都會加劇電磁輻射的衰耗。在實際情況下，天線只有在滿載荷的情況下才會以最大的功率發射（情況很少發生），即使以最大功率發射，持續的時間不會太長，因此，實際的安全距離應比理論距離推算的要小。對于一棟樓房，樓層越低輻射越小，樓層越高，輻射越大。

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【關鍵詞】電磁兼容；EMC；醫療產品；YY 0505；IEC 60601-1-2；標準；測試

一、引言

隨著現代電子通信技術的迅速發展，各種智能化的電子設備已廣泛地應用于人類生活的各個領域。電子設備的廣泛應用和發展，導致其周圍空間產生的電磁場電平不斷增加，電磁干擾不斷增強。也就是說，電子設備不可避免地在電磁環境中工作而且電磁干擾除影響電子系統和設備的正常工作外，對人體健康也會造成有害的影響。我國早在2002年起，就開始實施電磁兼容性強制認證，廣泛涉及到家用電器、電動工具、照明設備、音視頻設備等領域。2014年1月1日起，與我們生命安全息息相關的醫療產品的電磁兼容認證也將強制實施。屆時，首次申報注冊的III類醫用電氣設備在注冊申報時應提交由醫療器械檢測機構出具的電磁兼容符合性報告。2015年1月1日后，首次申報注冊的II類和I類醫用電氣設備在注冊申報時也需提供由醫療器械檢測機構出具的電磁兼容符合性報告。本文在醫療產品電磁兼容國家標準YY 0505-2012即將開始實施之前，簡要介紹YY 0505的測試要求，并將YY 0505-2012與現行的國際標準IEC 60601-1-2：2007作一詳細比較。以供國內廠家在產品設計時進行參考，使得產品可同時滿足國內國際規范的要求。

二、電磁兼容簡介

電磁兼容在國家標準GB/T 4365-2003中的定義為：設備或系統在其電磁環境中能正常工作且不對該環境中任何事物構成不能承受的電磁騷擾的能力[1]。即采用一定的技術手段，使同一電磁環境中的各種電子、電氣設備都能正常工作，并且不干擾其他設備的正常工作，這就是電磁兼容（Electromagnetic Compatibility，EMC）。

形成電磁干擾必須同時具備以下3個因素，即：電磁干擾源，耦合途徑和敏感設備。也就是俗稱的電磁干擾3要素。電磁干擾源發出的電磁能量，經過某種耦合途徑傳輸至敏感設備，導致敏感設備出現某形式的響應，并產生干擾效果。電磁兼容測試的目的其一就是控制電子產品對外界的電磁騷擾能量可以滿足對應產品標準要求的限值，其二就是保證電子設備自身具有一定的抗干擾的能力可以經受得住各種模擬的電磁騷擾源發出的干擾影響。

目前與醫療產品相關的電磁兼容測試有：電磁干擾（EMI）測試，（1）傳導發射，（2）輻射發射，（3）諧波電流發射，（4）電壓閃爍與波動；電磁抗擾度（EMS）測試，（1）靜電放電抗擾度，（2）射頻輻射抗擾度，（3）電快速脈沖群抗擾度，（4）浪涌抗擾度，（5）射頻傳導抗擾度；（6）工頻磁場抗擾度，（7）電壓暫降與跌落抗擾度，（8）電源頻率變換抗擾度等。

三、YY 0505-2012測試要求介紹

我國國家食品藥品監督管理局于2005年4月5日了第一版醫療產品電磁兼容標準：YY 0505-2005《醫用電氣設備 第1-2部分：安全通用要求并列標準：電磁兼容 要求和試驗》，并規定2007年4月1日起開始實施YY 0505-2005，但是在過去的幾年里醫療產品注冊過程中YY 0505-2005電磁兼容要求并未真正強制實施。2012年12月17日國家食品藥品監督管理局修訂了YY 0505標準并了更新版本即YY 0505-2012，同時規定了自2014年1月1日之后，醫療產品根據風險分類的不同逐步開始強制執行YY 0505-2012電磁兼容符合性的要求。

YY 0505-2012的測試要求包含電磁干擾（EMI）和電磁抗擾度（EMS）兩大部分，兩部分具體包括的測試項目及對應的參考標準參見圖1所示。

對于大部分醫療設備或醫療系統，都需要滿足圖2的測試等級要求。其中EMI測試中，傳導發射和輻射發射測試根據醫療產品的分組和分類適用于不同的限值。1組、2組、A類、B類在GB 4824-2004《工業、科學和醫療（ISM）射頻設備 電磁騷擾特性 限值和測量方法》中有明確的定義。通常2組產品指的是：包括放電加工和弧焊設備，以及為材料處理而有意產生和（或）使用電磁輻射射頻能量的所有工科醫設備，例如：磁共振成像系統（MRI）、微波治療設備、短波治療設備等。1組產品指的是：為發揮其自身功能的需要而有意產生和（或）使用傳導耦合射頻能量的所有工科醫設備，一般除2組產品以外的工科醫設備都為1組產品。A類設備是指：非家用和不直接連接到住宅低壓供電網設施中使用的設備。B類設備是指：家用設備和直接連接到住宅低壓供電網設施中使用的設備[2]。就我們的醫療產品而言，僅在醫院環境中使用的設備可以劃分為A類設備；而應用于私人診所或家用環境中的醫療設備劃分為B類設備，如：電子體溫計和血壓計等。EMS測試中，對于“生命支持式”醫療產品和“非生命支持式”醫療產品，射頻傳導抗擾度和射頻輻射抗擾度測試等級會有所不同，“生命支持式”產品要求的測試等級要高于“非生命支持式”產品，具體等級詳見圖2。

四、YY 0505-2012與IEC 60601-1-2：2007的異同點比較

YY 0505-2012等同采用IEC 60601-1-2：2001+A1：2004，與最新的國際標準IEC 60601-1-2：2007之間還是存在一些差異的，主要表現在：引用標準的不同，條款編號的差異，測試限值的差異及測試布置的不同等。

1.引用標準的不同

YY 0505-2012所引用的基礎標準均為國家標準，IEC 60601-1-2：2007引用的標準均為現行的最新CISPR和IEC標準，參見表1。

2.條款編號的差異

YY 0505-2012的條款編號與IEC 60601-1-2：2001+A1：2004，即2.1版本相對應，卻不同于第3版的標準IEC 60601-1-2：2007，參見表2示例。

3.測試限值的差異

如表3所示，YY 0505-2012與IEC 60601-1-2：2007之間限值的差異，主要表現在：諧波電流發射的限值差異、傳導發射限值的差異及輻射發射限值的差異。

4.測試布置的不同

電快速脈沖群抗擾度測試中，GB/T 17626.4-2008與IEC 61000-4-4：2012對受試設備與耦合去耦網絡之間的距離規定有所不同。GB/T 17626.4-2008要求耦合去耦網絡與受試設備之間電源線和信號線的長度為0.5m±0.05m，超出的電纜長度需進行無感性捆扎，如圖3所示。而IEC 61000-4-4：2012規定：耦合去耦網絡與臺式的受試設備之間電源線和信號線的長度為0.5m～0.6m，與落地式設備之間的電源線和信號線長度為1.0m±0.1m，如圖4所示。從測試距離的變化來看，GB/T 17626.4-2008的要求相對于IEC 61000-4-4：2012更加嚴格一些。

五、結論

本文介紹了YY 0505-2012電磁兼容測試要求，使得醫療器械生產廠家首先對國標中的電磁兼容要求有所了解。同時本文對YY 0505-2012和IEC 60601-1-2：2007之間的差異也進行了分析比較，從中可以看出，國標的電磁兼容要求和國際標準之間還是有一些區別的。我們的醫療器械生產廠家可以根據本文的比對，綜合國標與國際標準之間的差異，按照嚴格的要求來設計自己的產品，這樣可以使得產品既能滿足國家標準的要求又能滿足國際標準的要求。

參考文獻

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關鍵詞：礦井煤巖破裂；探測技術

1 引言

煤礦采礦活動造成地下巖體應力的重新分布和巖體的破裂損傷，伴隨著采動的影響，將會誘發礦山煤巖體的震動破壞（即礦震或沖擊）。煤礦煤巖動力災害的發生往往與人工開挖過程具有特定的聯系，例如：采動損傷造成煤巖體內部積聚的大量能量瞬間釋放，將會導致沖擊礦壓；采動損傷極大地改變圍巖的滲透性，將會導致頂板、斷層帶或底板突水事故；采動損傷造成煤巖體的卸壓以及松散，將會導致煤與瓦斯涌出（突出），甚至發生瓦斯爆炸災害，這些災害事故隨著開采深度增加日益嚴重。煤礦采場圍巖空間破裂形態與應力場的關系，是預測和控制沖擊地壓、礦井突水、煤與瓦斯突出以及頂板整體冒落等礦井災害的基礎。因此，探究煤巖破裂的機理和煤巖破裂的探測技術十分重要。

2 煤巖破裂及其動力災害發生原理

裂紋的擴展開始是零星和隨機的，隨著應力變形的增加，裂紋不斷擴展和連通，而且逐漸集中在某一局部范圍；當應力達到煤巖體峰值強度以后的階段，煤巖體的破壞方式為剪切滑移，而且破壞集中在局部區域；針對沖擊礦壓與突出的發生需要滿足能量條件、剛度條件和沖擊傾向性條件。煤礦中，煤層、底板、頂板構成一個平衡系統。其中頂底板的強度均比煤層的大，而且煤體是開采的對象，故在壓力作用下，煤體極易遭到破壞，如果是穩定破壞，則表現為煤柱的變形、巷道的壓縮等，如果是非穩定破壞，則表現為沖擊礦壓或突出（即煤層沖擊）。

3 煤巖破裂探測技術的分析

煤巖災害動力現象的發生過程，或者結構材料的失穩破壞，實際上是一種能量釋放的物理或化學過程，通過檢測聲波、聲發射，電磁輻射、地電或溫度變化規律，就可以對其變形破裂過程和特點進行分析與預測。

3.1 煤巖破裂的聲波探測。采用聲波技術來評價開采引發的采礦動力危險（沖擊地壓、煤和瓦斯突出），其基本原理是沖擊礦壓等采礦動力危險是巖體中的應力造成的，與巖體的物理力學特性有關，而巖體中的應力分布狀態與巖體的物理力學參數和聲波的分布有關。聲波測量的基本參數是不同類型的地震波的傳播速度，以及在阻尼系數的影響下，振幅和能量的變化。

上述聲波的參數，特別是地震波的傳播速度與巖體中的應力應變狀態有很大的關系。巖體中重要的礦山壓力參數為裂隙率。巖體的破壞過程伴隨著裂隙區域的變化，對應聲波參數的變化及范圍的變化，那么就可以通過測量波速來辨別。

3.2 煤巖破裂的聲發射探測。巖石在荷載作用下發生破壞，主要與裂紋的產生、擴展及斷裂過程有關。裂紋擴展，造成應力弛豫，貯存的部分能量以彈性波的形式突然釋放出來，產生聲發射（Aeoustlc Emis-sion）。巖石的每一個聲發射信號都反映巖石內部缺陷性質的豐富信息，對這些信息加以處理分析和研究，可以推斷巖石內部的形態變化。

巖石聲發射研究的目的是確定巖體中的應力狀態以及預測采掘面及周圍巖體突然、猛烈的破壞。如沖擊礦壓、煤和瓦斯突出、垮落等。

聲發射法是以脈沖形式記錄弱的、低能量的地音現象。其主要特征是頻率從幾十到至少2000Hz或更高，能量低于100J，下限不定，振動范圍從幾米到大約200m，甚至更多。

采礦聲發射方法主要用來確定在掘進的巷道或正在回采的工作面的沖擊礦壓危險，采用的方法主要有站式連續監測和便攜式流動地音監測。用來監測和評價局部震動的危險狀態及隨時間的變化情況。主要記錄聲放射頻度（脈沖數量）、一定時間脈沖能量的總和、采礦地質條件及采礦活動等，

3.3 煤巖破裂的電磁輻射探測。煤巖體裂紋擴展時，處于裂紋尖端表面區域中在應力誘導極化作用下積聚大量正負電荷，裂紋尖端表面區域的擴展運動、電荷的遷移過程以及破壞停止后正負電荷的快速中和過程均會伴隨電磁輻射效應。煤巖剪切摩擦過程微觀上是破壞過程，同樣也會伴隨電磁輻射效應。因此，承載煤巖在微觀上非均勻應力作用下的變形及破裂過程必然伴隨著電磁輻射效應。煤體中應力越高，變形破裂過程越強烈，電磁輻射信號越強，其主頻帶也越高。

地層中的煤巖體未受采掘影響時，基本處于準平衡狀態。當掘進或回采空間形成后，周圍煤巖體失去應力平衡，處于不穩定狀態，發生變形或破裂，以向新的應力平衡狀態過渡，即發生變形或破裂，從而產生電磁輻射。即使當采掘空間或巷道周圍煤巖體處于基本穩定狀態時，由于煤巖體仍然承受著上覆巖層的應力作用，此時工作面煤體處于流變狀態，同樣會產生電磁輻射。

煤體受載破裂時，其聲發射信號的頻譜不是一成不變的，而是隨載荷及變形破裂過程而發生變化，基本上是隨著載荷的增大及變形破裂過程的增強，聲發射信號增強，主頻帶增高。因此，可將聲發射技術應用于預測預報煤巖動力災害、研究煤巖體等材料的破裂過程。

3.4 煤巖破裂的地電探測。采礦電法是利用巖石電特性的變化來解決頂板、地質及采場技術的問題。

其探測方法有電阻法和雷達法兩種。在電阻法中，主要是測量巖體的電阻及其隨時間變化的規律，測量電阻可以獲得采礦影響下巖體結構及變化信息。雷達法是屬于電磁波傳播的方法之一，其物理基礎是利用電磁波傳播和阻尼與巖體結構和性能之間的關系，這種波的傳播就像地震波的傳播一樣。電磁波正傳播途中遇到電介質不同的邊界會反射回來，形成反射波。根據反射波傳回的時間和速度可對邊界定位，從而可以探測煤巖體的破裂及裂隙等。

3.5 煤巖破壞的紅外溫度探測。紅外遙感對物質的溫度十分敏感，在軍事和國民經濟的諸多部門得到了廣泛的應用，取得了巨大的效果。紅外遙感目前探測的物理量主要是物質的紅外輻射溫度。

煤柱承載直到屈服破壞是一個動力過程；煤爆、煤巖與瓦斯的突出也是一個動力過程；煤層頂板運動破壞也是一個動力過程，它們在地應力和采動應力的共同作用于產生移動變形，并會引起煤巖內部結構的物理化學變化，其中必然包括能量的轉移和電子的躍遷。那么，作為電磁輻射之―的熱紅外輻射溫度的特征變化必然反應上述物理化學過程，并提供一些前兆信息。

4 結束語

總之，目前應用較為廣泛的煤巖破裂探測方法有聲波法、聲發射法和電磁輻射法，這些測試方法不受人工和工作面煤巖體分布均勻及穩定的影響，預測準確率高，成本低，不需打鉆，對生產影響小，預測費用大幅度降低。其中電磁輻射法真正實現了非接觸預測，而且這些方法能夠連續監測采掘工作面的煤巖體活動，但是由于使用的探頭需要和煤巖體耦合，這給探測帶來了誤差。地電法中的雷達（地質雷達）法也有一定的應用，但是地下巖層包含黏土、水和鹽類物質的這些特性，顯著減小了雷達的穿透能力，因而有待于進一步的改進。 近年來，紅外溫度探測法雖然有了很大的發展，但是輻射衰減以及其他輻射源的干擾仍然是面臨的新問題，還需要進一步的探索。

參考文獻：

[1]孫玉成，煤巖破裂產生的沖擊破壞及其探測技術，《煤炭科技》雜志，2009、11

篇9

歷史悠久的無線充電技術

無線充電技并不是什么新興技術，最早可追溯到一百多年前特斯拉(Nikola Tesla，1856―1943)的沃登克里佛廣播塔實驗，其本質就是借助電磁場或電磁波進行能量傳遞的一種技術。隨著技術的日益成熟，無線充電可分為電磁感應式、電磁諧振式和電磁輻射式三種。電磁感應可用于低功率、近距離傳輸；電磁諧振適用于中等功率、中等距離傳輸；電磁輻射則可用于大功率、遠距離傳輸。對于普通消費者來說，最常見到的是電磁感應和電磁諧振兩種技術。

當前消費者在市場上見到的無線充電設備大多采用電磁感應技術，成本相對低廉，通常售價在150元左右。不過這類無線充電器不但充電效率較低，而且需要較長時間才能為手機充滿電，受手機外殼材質、阻礙物等因素影響也較大，消費者體驗感受較差。

超極本殺手锏

相比傳統基于電磁感應技術的無線充電，Intel在IDF2012推出的無線充電技術采用電磁諧振，用超極本作為充電源，配合充電軟件和發射端,能方便地為智能手機充電。這一方案不僅系統功耗較低，而且對智能手機的擺放位置幾乎沒有要求（傳統電磁感應技術需要接收器（Rx）在發送器（Tx）上面）。

從Intel無線充電技術硬件架構圖中可以看出，發送端和接收端均采用了高度集成設計，如此可有效降低產品生產成本。此外，Intel還表示將為無線充電設計專門的軟件，用于檢測充電設備、智能控制充電、設備位置校驗等。讓人興奮的是，該軟件還可以控制發射端的電磁波發射范圍和方向，從而既保證了無線充電效率，又可防止別人盜電。

Intel無線充電技術采用的諧振技術，具備可與電磁感應相匹配的效率，一般是指線圈到線圈的效率，而實際效率則包括右圖中的整個流程。通過實驗發現，無線充電的效率隨著線圈之間（發送端與接收端）的距離增加而迅速下降，相比電磁感應技術，諧振技術能提供更平穩的變化，也就是說對位置的敏感度低一些。

篇10

【關鍵詞】射頻電磁場；抗擾度；單極天線

一、研究目的

隨著科學技術的日益發展，越來越多的帶有電磁輻射的設施進入了人們生活和科技生產的各個領域，可以說我們所處環境的任何地方都存在著人為的電磁輻射。在這些電磁設備提供給人們現代化生活所必須的電能、通信、廣播等重要需求的同時，也使人們擔心“電磁污染”對人體健康的損害以及不同電磁波之間的相互干擾。

射頻電磁場輻射抗擾度是電磁兼容抗擾度的一項重要測試項目，其目的是驗證電磁場由空間耦合到被測設備后，被測設備對此方面的抗干擾能力。圖1為輻射抗擾度測試簡圖。

實際測試除上述信號源、功率放大器、天線、鐵氧體、尖劈，還有功率計、定向耦合器、GPIB、計算機等輔助設備，是一個復雜的測試系統。進行現場測試時非常不便，如果進行跨省測試幾乎是不可能的。為此，需要一套小型化檢測裝備在沒有測試系統的情況下對被測物進行定性分析。

二、實現方法

國際輻射抗擾度標準（IEC60601—1—2）中描述了手機、步話機和無繩電話等通訊設備產生的電磁場可以部分模擬輻射抗擾度騷擾源。就在在今年，課題組協同上海TUV電磁兼容檢測人員在現場檢測的過程中也探討了這方面的問題，使用手機和步話機在大型設備現場是國際上的通用方法。而步話機的通訊范圍一般在18公里，一個如此小巧的手臺具有這樣的傳輸能力說明其發射功率是相當驚人的。其內部結構包括頻率調諧、微型功放、發射天線等裝置，極其類似輻射抗擾度系統的基本配置，通過單極天線的空間發射原理可以推斷步話機單極天線在發射狀態下具有很強的空間輻射場強。

如圖2所示，步話機在單極天線垂直方向平行與被測設備。輻射抗擾度標準中，工業類設備抗擾度等級為10V/m。這樣，如何控制空間輻射場強量級成為另一關鍵點。

如圖3所示，把步話機至于全電波暗室中，可以將需要測試或設置的頻率調整為發射狀態，調整步話機功率發射電平，調整步話機天線與場強探頭之間的距離，當場強探頭轉換器輸出達到10V/m要求時，記錄此時標尺的距離刻度、頻率點等信息。

三、理論模型驗證

豎直的具有四分之一波長的天線稱為單極子天線。單極子天線是由直接垂直安裝在地面或導電平面上的直導體組成的天線。如圖4所示，在三維空間中模擬單極子天線模型。

圖5為單極子天線的激勵源（即發射源），這些激勵源的參數可以通過一個控制器進行智能控制，從而可以動態調整單極子天線的有效長度、輻射功率、輻射方向圖等參數以適應各種情況的高頻通信系統。圖6為單極子天線和一根加載傳輸線的互耦，紅色點及紅色直線為發射點，藍色點為線纜耦合端口。使用地面來模擬一個無限大導體地板。

在現代天線設計中，利用電磁場仿真軟件對天線進行仿真成為天線設計的主要方式。本文使用的電磁場仿真軟件采用時域有限差分法，在時域進行計算。由于激勵信號可以是具有很寬頻譜分量的窄脈沖，與傅里葉變換相結合，可以通過一次計算得到計算對象所需頻帶寬度內的特性，因此特別適合寬帶問題的研究。

瞬變問題或時域問題：線天線的瞬變問題或線天線的時域問題有三種求解方法。經典法或傅里葉變換法：先求出線天線的頻域解，然后再利用傅里葉變換將頻域解化為時域解；直接時域解法：先建立以線天線的時空分布為待求函數的時域積分方程，然后用數值法求解，從而得到輸入特性和輻射特性。在這里，線天線本身和時間都必須分割成小段。但線天線的時域嚴格解，只有當線天線為無限長時才能求得；奇異性展開法：主要是用復頻率平面上的奇異性展開來表示線天線的時域響應。根據實驗發現，用脈沖源激勵的天線或散射體的瞬變響應主要由一些衰減的正弦型響應組成，而每個響應的特征是用拉普拉斯變換復頻率平面上的一個極點或一對極點來表示。天線或散射體在這些極點附近的頻率有很大的電磁響應。這就引出了奇異性展開法。寬頻帶的脈沖激發了這些極點，后者則是天線或散射體自由振蕩的解。自然模的波形與源脈沖波形無關，但其復振幅系數（稱為耦合系數或諧振強度）卻與源函數有關。圖7、圖8分別為空間求解域和求解域輻射方式。

天線的作用是將發射機送來的高頻電流（或導波）變換為無線電波并傳送到空間；將空間傳來的無線電波轉變為接收機能夠傳送的高頻電流。因此，天線是一個導波和輻射波的變換裝置，即能量轉換器件。由于時變電流能輻射電磁波，因而天線也被稱為輻射源。但要產生有效的輻射或接收，它的結構應當是一個開放系統。

為了有效地將能量從發射機饋送到天線，或將空間電磁波轉換成高頻電流（或導波）送至接收機，需要解決如下三個問題：第一，有效地進行能量轉換，提高輻射功率或提高天線系統的信噪比。天線作為傳輸線的終端負載，要求天線與傳輸線匹配；第二，天線作為一直輻射或接收器件，應具有向所需方向輻射無線電波的能力；第三，天線作為極化器件分為線極化、圓極化和橢圓極化三種。同一系統中收、發天線應具有相同的極化形式，若不一致，則產生極化失配。圖9、圖10分別為天線輻射角度極化方向圖和天線輻射場強分布3D圖。

由圖10可以看出在發射天線耦合的空間場強以天線拉桿為軸心向外發射，場強逐漸遞增，也就是說單極天線在求解域最外場輻射能量均勻穩定，天線垂直面與被測物平行時，場強和均勻性達到最理想狀態，這也為實際檢測工作提供了指導性理論依據。

四、總結

本文首先介紹了平面單極子天線的分析理論和單極子天線的輻射機理，然后利用仿真軟件對單極子天線進行了仿真。通過觀察天線輻射場強分布圖和方向圖，驗證了所做工作的正確性，完成了現場輻射抗擾度測試，并在齊齊哈爾重型機床廠的現場試驗中達到了預期效果，并協助企業找到了其數控系統輻射敏感頻率點。

參考文獻

[1]JB/T8832—2001機床數控系統[J].通用技術條件.

[2]電子設備的電磁兼容設計[M].電子工業出版社.

[3]世紀星數控裝置[S].武漢華中數控股份有限公司.

基金項目：沈陽市科技專項資金資助（F10—171—8—00）。

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