电磁发射技术范文

导语：如何才能写好一篇电磁发射技术，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

关键词：请登电磁探测；闭环控制系统；数字补偿；数字调制

中图分类号：TH762 文献标志码：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率域电磁探测技术被广泛应用于浅层地质调查[1]，工程地质调查[2]，土壤调查[3]，地下设施勘查及地下埋藏金属物、未爆炸物探测等[4].其探测原理是通过发射线圈向地下发射不同频率的电磁波，检测异常体被激发产生的二次场，来对埋藏的物体进行定位及成像.

不同频率反映不同深度的地层信息，在近地表探测中采用的频带范围通常为300 Hz～96 kHz.对于呈感性的发射天线负载，由I=U/R2+（ωL）2可知，随着频率的增加负载阻抗不断增加，高频时负载电流下降，无法保证发射矩.而低频时又由于负载较小，系统难以稳定运行，不必要的大电流对天线的设计也会带来一定的难度.同时，多频发射时，不同频率间的快速切换，引起负载剧烈变化[5]，需要有较快的响应速度才能保证系统快速达到稳定工作状态.为克服负载不稳定的问题，本文引入双环反馈控制，在z域构建电路反馈模型，采用bode图法设计反馈补偿.利用SIMULINK平台进行计算及仿真.通过DSP搭建硬件平台[6]，实现发射系统的双环控制.保证低频稳流，高频稳压，缩小了发射天线负载电流幅值的变化范围，避免宽频发射带来的问题，提高设备的响应速度并提供短路保护功能.

1 双环反馈结构的建立

基于近地表电磁探测发射系统需求，系统选用buck+全桥拓扑结构.总体框图如图1所示，直流电源通过斩波稳流电路和逆变桥路输送到发射天线（其中：IL为buck回路中电感电流，i0为流过负载天线的电流）.针对发射矩波动大的问题，在电路中引入双环反馈[7]，其中内环电流环检测点选取buck电感电流IL ，根据基尔霍夫电流定律，IL可以时时反应负载电流值I0的变化，克服了直接测量天线电流时，由于非线性负载引起的不规则电流波形，平均值计算困难的问题[8]，同时，IL为标准的锯齿波，便于均值的计算.外环电压环通过时时检测输出电压vo构成电压反馈，防止电路出现过压，并提供短路保护.

系统采用电压电流并联反馈结构，其参数整定更容易，响应速度更快.如图2所示为反馈系统结构示意图，内环电流环稳流，外环电压环稳压，并对电路进行保护[9].当逆变桥路工作在低频时，由于负载阻抗小，负载电流大，系统工作在稳流模式下，稳流环工作保证系统输出电流不至过大，烧毁天线；高频时，系统工作在稳压模式.由于天线阻抗增加，若保持原有的输入电流必须提高输入电压，但对于高频探测，其响应多为地表物体，一味提高发射电压不仅会带来元器件选型问题，还会造成高压引起的波动较大，故高频稳压、低频稳流是十分必要的.

2 双环反馈电路建模

2.1 电流环模型建立

对于内环电流环在考虑电容ESR时，由小信号模型分析法可得到其输出电流与输入电压的传递函数为式（1）[10-12].随着频率的变化，负载阻抗不断变化，传递函数模型也随之变化.图3所示为Gid在线圈L0=54 μH， R0=0.5Ω时的传递函数bode图，负载只对低频增益有一定影响，当f大于1000rad/sec时，负载对于传递函数基本没有影响.

式中：iL0为输出电流，vd为输入电压，C为输出滤波电容，Rc为电容C的等效电阻，L为电感，R=（ωL0）2+R20为等效负载阻抗，其中，L0为线圈等效电感，R0为线圈内阻.

在图3所示的开环bode图中，f在1 000rad/sec时，系统bode图幅值有明显的过零尖峰，可见系统的开环传递函数并不稳定，需要进行频率补偿才能保证系统的稳定运行，对于电流环反馈其斩波稳流系统框图如图4所示.Fm为调制比较器；GVin为buck拓扑模型；Vn为外部噪声；Vd为buck输出电压；通过逆变系统G（z），得到输出电流io，经补偿电路Fc，对电流进行补偿运算，补偿方法如下.

对于数字控制的离散系统，将系统Gvin（s）进行零极点匹配等效法进行离散化，得到图4中Gvin（z），零极点匹配法能够保证系统的零极点在转化过程中一一对应，故对经过补偿后，系统稳定性能够得到保证，利用双线性变换z-1=（2-ωT）/（2+ωT）将系统转换到w’平面，对其进行bode图补偿法设计.

为保证系统稳定，进行补偿时，需满足以下条件：，采样频率选择闭环系统带宽的10倍，穿越频率选取为开关频率的1/4～1/5；确保开环增益在穿越频率处的斜率为-1；要保证穿越频率小于右半平面的零点（RHP零点）.引入调节器Fc（z），Fc（z）为具有两个极点，一个零点的PI控制[13]，其传递函数如式（2）所示

式中：ωz1和ωp1、ωp2为理想补偿系统的零、极点；Kc为常数；

利用bode图法进行数字反馈控制的直接设计在f=96KHz时.使低频段高增益，以减少静态误差；中频段保证响应速度；高频段满足抑制高频噪声的要求.得到加入控制函数D（z）后的系统闭环传递函数bode图，如图5所示，补偿后其相位域度约为50°.

2.2 电压环模型建立

对于电压环路，其开环传递函数表达式如下：

其中，R=（ωL0）2+R20，在线圈L0=54 μH， R0=0.5Ω时的开环传递函数bode图如图6所示，该传递函数不稳定，需进行补偿，对于电压环路其稳定的补偿原则与电流环路类似，利用双线性离散化将系统转换到w’域，在w’域进行补偿，当f=300 Hz时，得到的系统传递函数bode图，如图7所示，可见系统鲁棒性明显提高.

2.3 仿真模型的搭建

根据电压电流反馈参数，利用SIMULINK搭建了如图8所示的电路结构进行仿真分析，通过控制电流环和电压环，实现低频稳流高频稳压控制.

其中，电源电压为24 V，负载为0.5Ω/54 μH，电感.开关管Q5的开关频率为50 kHz，开关管Q1～Q4通过改变脉冲触发器调节开关频率300 Hz～96 kHz中固定l点.

对于低频段，如图9所示为f=300 Hz时无buck斩波稳流和有双环反馈时稳态发射电流波形图，开环和闭环发射电流峰峰值分别为66 A和7 A.由仿真结果能够得到，改进后的输出电流变化范围仅为改变前的10.6%，达到预期效果.

仿真结果对于高频段，如图10所示为96 kHz时线圈两端电压波形，由图可知，高频段系统工作在稳压模式，输出电压峰峰值稳定在22 V.

3 数字控制器设计

利用TMS320F2812控制器进行稳压稳流控制，系统时钟150MHz，12位AD转换.数字控制器部分主要实现：数据采集控制、数字补偿、数字脉宽调制，为减轻DSP控制器的计算压力，利用FPGA产生逆变桥路的驱动信号.

3.1 电流均值检测

对于电流均值的计算，若采用传统的均值计算均值计算方法，对每个周期进行取平均，则需要大量的存储空间及计算时间，对于系统调节会带来一定的延迟，本设计将四点采样法用于均值计算[14]，即判断每个周期的起始点、峰值点、谷值点和结束点，进行均值计算，实现降采样，保证运算速度，又能控制平均值的精度.其表达式（4）如下：

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

其中：iavg（n）为第n个周期平均值，is为第n个周期的起始点值，ip为第n个周期峰值，il为第n个周期谷值.每次采样得到一个新的有效点后重新计算平均值，控制算法最多只有半个周期的延迟时间，能够满足系统的需要.

3.2 控制器补偿算法实现

根据闭环传递函数表达式（5），将其转换为差分序列（6），即可得到控制器的控制算法.

利用DSP内部的存储器和乘法器，实现上式（6）的离散表达式，对于2812型DSP由于其为定点DSP，在计算中需要进行浮点数的转换，实际计算进行一次乘法运算的时间为一个指令周期，远远低于系统的控制工作频率.

3.3 数字调制器设计

对于调制波的产生，相对于电流峰值/谷值检测，电流的均值检测无需斜坡补偿，但引入了大幅值的三角波调制信号，满足误差信号的下降斜率，小于三角波电压的上升斜率，两者比较后产生开关控制信号，由于误差信号远远小于三角波信号的斜率，所以，平均值电流控制法具有良好的抗干扰能力.

锯齿波的产生利用自增、自减计数器实现，将每个周期的锯齿波均匀分成若干个点，通过一个时钟计数器，在上升时间段执行加计算.其数学表达式（7）.

式中：B为三角波幅值，f为系统时钟，fc为三角载波频率，n=0，1，2，3….

4 测试结果与分析

在实验室环境下，利用DSP作为控制器，供电电源为24 V，负载为20匝，边长为30 cm的圆形印制PCB线圈，参数为0.5Ω/54 μH，同时，引入RC匹配电路，其中R=12.8Ω，C=0.1 μF.线圈处串入R=0.1Ω采样电阻，经放大10倍后测得稳态时输出波形如图11所示.

图11（a）为f=300 Hz时流过负载线圈的电流波形输出电流峰峰值为7.2 A，图11（b）为f=96 kHz时流过负载线圈的电流波形，由于匹配电路谐振的影响，输出电流峰峰值为2.2 A.同时，测试电阻寄生电感的影响，输出电流波形中引入部分干扰，实测结果与仿真结果相仿，单频发射时满足电流要求，高频保证发射矩，低频保证系统稳定工作.

（a）300 Hz时波形

（b）96 kHz时波形

5 结 语

采用双环反馈控制原理，实现了低频稳流，高频稳压控制，通过仿真对比引入双环反馈后输出电流变化量为开环时输出电流变化量的8.5%，实测结果与仿真结果相符，低频时保持输出电流恒定在峰峰值7.2 A.高频时保持桥路母线电压稳定电流峰峰值为2.2 A.

基于DSP平台，将四点采样法应用于均值计算，设计并实现了浅地表电磁探测系统，在满足系统工作要求的同时，提供电路保护，避免了现有系统由于频带变宽后负载电流变化大而引起的一系列问题.通过软件仿真和实验验证了该方法的可行性.

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关键词：变电站；二次设备检修技术；二次设备检修方法

前言

近几年来，我国的电力行业呈现出了快速稳定的发展势头，促使我国的电网结构正向着复杂化方向发展，这要求继电保护能够在电力系统的整体运行中切实发挥其重要的作用。由于变电站二次设备正逐渐增多，电力系统的复杂性也随之增强。因此，传统的变电站运维方法已经开始行不通，周期性的检修工作会耗费较高的成本。同时，过多的停电检修次数也会给电力设备的使用寿命带来不利的影响，致使电力企业的经济效益和社会效益大打折扣。

1.变电站二次设备状态检修技术分析

1.1对二次设备运行状态的鉴定

为了判断变电站二次设备的运行状态是否良好，或者是否存在技术故障，可从其实际运行过程中的状态量与标准值的对比中得出结论。如果二者互不相符，则说明二次设备在运行中出现了问题。如果此时出现了设备停电的现象，应立即禁止设备带电运行，直至确定此问题的严重程度，在鉴定出二次设备确实存在故障后，应采取跟踪监测的方法进行技术检修，并将这种异常情况向当地管理人员汇报[1]。应该注意的是，检测二次设备在运行中的状态量时若发现设备警示，就必须首先实行故障诊断或采取停电维修的方法排查故障，进行试验性的故障处理，彻底根除运行的安全隐患，从而保证二次设备的正常运行，发挥其应有的作用。

1.2二次设备状态的周期性调整

对变电站二次设备的检修应尽量保证其使用周期性的正常，避免人为缩短设备周期，这就需要对二次设备在实际运行中的状态周期性做出合理的调整，以保证其能够正常使用。对二次设备运行状态的周期性的调整主要是通过带点巡检工作从而及时获知设备情况正常与否来实现的。在带点巡检中若发现设备确有异常存在，应立即报告给上级有关部门，等待专业技术人员对该设备的具体运行问题做出判断，分析问题存在的原因，并决定是否应对设备进行停电检修，从而对其运行情况进行试验。

1.3二次设备检修整体方案的构建

为了能够对变电站二次设备的实际运行状态进行全面和动态的了解，随时掌握设备情况和运行中的问题，构建切实有效的设备运行状态检修方案并严格执行是十分必要的。应制定科学合理的具体检修计划，且在检修计划的实施过程中对二次设备的状态量以及巡检结构进行有效评估。应以变电站二次设备能够安全运行为原则，保证变电站二次设备在常规工作的前提下得以实施试验、状态分析以及维修等工作。

1.4二次设备的检修技术手段运用

对变电站二次设备运行状态的调查分析及管理，离不开多种检修技术手段的合理运用。这些手段主要包括装置技术和监测技术两个方面。通过使用这些技术手段，无论是在线或是离线，都能够实现对变电站二次设备实际运行状态的有效监测[2]。

2.分析检修变电站二次设备状态的主要方法

2.1变电站二次设备的故障诊断措施

通过对变电站二次设备的检修与一次设备的检修进行对比，可以得知目前二次设备的检修措施没有利用传感器的辅助作用。为了将检修成本控制在能够接受的范围内，可采取目前广泛应用的PT断线监测或CT断线监测等检修方法，在绝缘监测的前提下对二次保险完成直流回路以及熔断报警等一系列检测。由于近几年来我国的微机保护以及微机自身装置等诊断技术发展迅速，因此能够为变电站的故障诊断及维修提供支持和基础，以保证其在变电站模块在实际运行中的保护装置做出自动诊断，从而实现立体化的设备诊断并能够对存储装置、I/Q接口、A/D转换甚至CPU等进行巡查保护。这种巡查保护的措施应由定时器、比较及校验等过程来完成，从而能够对变电站二次设备的运行状态得以进行全面检修。

2.2变电站二次设备的具体检修措施

对变电站二次设备的检修应严格遵守规范的操作流程并对防范事项加以注意。首先从变电站二次设备的检测对象来说，完成对其运行状态的检测主要依靠屏蔽接地、信号强度、通信、交流测量、直流操作加之逻辑判断等综合因素。其次从技术操作性质上来说，变电站二次设备中的直流控制系统其中的信号回路、回路完整性、动力等都具有良好的绝缘性。而变电站交流控制系统的测量则主要包括元件完整性测量、PT及CT二次回路的绝缘性测量以及回路完整性测量这几方面[3]。针对逻辑判断系统的检修，则需同时具备硬件判断能力及软件判断能力。变电站二次设备运行状态的检修的工作核心是电力单元或电力系统的检修，其检修方式为可持续性检测，从而达到对不同单元动态的根本性掌控、其中，状态检测是变电站二次设备检修工作中的基本环节。

3.结论

本文通过对我国目前电力系统的快速发展进行分析，指出变电站二次设备运行状态的检修工作的重要意义。对变电站二次设备状态检修技术所包含的各个方面做出了较为详尽的介绍，同时也对变电站二次设备状态的检修方法进行了讨论。其中主要强调了应在节约检修成本的前提下，采用最先进的技术手段和最为合理的检修方法，保障变电站运行的安全，促进我国电力行业的健康发展。

参考文献：

[1]刘冬生.变电站二次设备状态检修方法探析[J].科技信息，2011，16（27）：292-293.

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【关键词】 中短波 发射机 电磁干扰 解决问题

电磁干扰作为一种电磁现象，其同电磁效应一起被科学家发现。电磁干扰的发现引起了电磁干扰问题的研究。在广播通讯系统中应用中短波发射机的电子设备较多，而设备间电磁干扰的现象也比较明显，为了保证发射机设备的正常运作，就必须分析和研究电磁干扰问题，并采取相应的措施来避免设备间电磁干扰等问题对于发射系统的不良影响。

一、发射机之间电磁干扰问题

1.1关于电磁干扰问题的分析

中短波给人们提供了许多的广播节目，其在传播时会受到高频电磁场的干扰，从而影响广播质量。为了保证广播节目高质量地传播，相关技术人员针对电磁互扰的问题，提出了许多解决办法，但都不太乐观。改善电磁干扰的问题便成了广播通讯行业的首要任务。为了解决这个问题，就必须了解中短波电磁含义。中短波电磁干扰的范围较为宽广，其中有电源系统、控制系统及监控系统等电磁干扰。

1.2关于强电磁场的分析

随着科技的发展，计算机技术与数字电路技术相继被应用到生活实践中。这些技术的快速发展，使得广播通讯系统及发射机等在系统及配置上发生了许多变化，同样也使得电磁环境越来越复杂，其中脉冲信号包含了大多数的电磁频率，而且与其他一些设备具有相同频率的电磁频段，这些相同频率的电磁波将会影响其他设备的正常运行。

二、解决电磁干扰措施

1、降低机房的电磁干扰。如何降低电磁干扰是克服电磁干扰的关键所在，这将使用到隔离屏蔽法。隔离屏蔽法大概可以分为：电屏蔽、磁屏蔽和静电屏蔽三大类。磁屏蔽在强磁场中容易发挥它的作用，其里面含有导磁率较高的材料，通过这种材料，来影响磁力线感应从而起到屏蔽的作用。电磁屏蔽在高频的情况下比较适用，其含有的低电阻金属起着重要作用。而静电屏蔽，就是指减少静电对电磁的干扰。

建立一个简单的值班室可以实现中短波机房之间的隔离。其不仅仍然可以作为一个整体，还可以使短波机房和长波机房之间保持独立。机房能否成为一个感应体取决于其接地状况，这就体现了接地情况的重要性，在建造中需要十分认真。中短波机房的接地网络连接上其他部分的网络，就可以构建成一个比较有效的屏蔽层。使用铝合金双层门窗可以隔离一定的电磁干扰。同时，对于一些监控值班室和新装的短波发射机，可以使用网状屏蔽。三脚架或者木质的骨架能够对网状屏蔽室进行良好的固定，在固定完成后，还需要用特定的框式骨架进行进一步完善。

2、节目信号的电磁干扰。广播信号的发射传播和发射离不开节目信号线，节目信号线的抗干扰性对中短波信号的发射影响很大。节目信号发射机常用屏蔽层音频电缆线来降低电磁干扰。因其安装了屏蔽金属管，节目信号线的抗干扰性会增强。屏蔽管将机房的屏蔽层和设备相连，两端分别与屏蔽层外层和设备相连。通过这些设置，来有效降低节目信号传播过程中的电磁干扰，从而保证系统的稳定运行。

3、系统抗干扰性的增强。发射机和屏蔽层是系统的两个主要组成部分，它们都需要跟大地相连。高频时的地线电感会增大，从而导致电磁干扰，这主要是因为地线连线长或者多造成的。为防止这种情况的发生，要适当控制地线的长度和数量。可以通过利用地极，把它直接埋在发射机的下面，来减少接地线的数量。在此操作之前，要选取合适的铜板，两者以并联的方式连接，铜板和其焊接也要稳固。然后将其放在一定深度的地底，还要加入降阻的材料来降低电阻。电阻在干燥的环境下会增大，需要采取措施解决电阻过大的问题。在安置地极时加入一条四分管，可以在一定程度上减小电阻阻值。屏蔽层有感应电流，将其接地可以避免其因带电造成的影响。为了防止接地线对天线的作用造成影响而引起的一系列感应，在接地线的过程中，可以多增加几个接地点，从而为安装铁管起到屏蔽的作用。

三、结语

广播通讯行业在我国已经进入了新的发展时期，其在信息传播方面也发挥越来越大的作用。但是发展的同时也出现了一些问题，如中短波广播发射机在运行过程中会受到来自外界的电磁干扰，影响了广播讯号传播的质量。中短波广播发射机作为我国常用的发射机，其理想状态是不受外界任何干扰。但在实际的应用中，这种干扰难以避免，遇到较强的电磁干扰时，电视广播的质量就会大大降低。所以，如何消除中短波广播发射过程中所遇到的电磁干扰的问题，引起了人们的重视和思考。本文对此做出了分析和讨论，希望能够为电视广播的讯号质量问题，提出更好的解决策略。

参 考 文 献

[1]王磊.如何解决中短波发射机之间的电磁干扰[J].中国新技术新产品，2014（24）.

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【关键词】中短波 广播发射 电磁干扰 措施

目前我国用于广播通讯行业的是中短波广播发射机，其工作的理想状态是不受外界的任何干扰，但在实际的工作过程中，中短波广播发射机间存在的电磁干扰会严重影响广播信号的正常传播，降低了广播中心的工作效率和质量，因此，加强解决中短波广播发射机间的电磁干扰，对提高广播中心的工作水平具有重要的实际意义。

1 电磁干扰的分类

电磁干扰按照形式划分可分为两种：一是传导干扰，传导干扰指的是干扰源通过电解质对其他电磁网络所造成的信号干扰；二是辐射干扰，指的是干扰源对电磁网络通过空间所造成的信号干扰。其中辐射干扰是电磁干扰的常见形式，依据辐射干扰的干扰来源不同可将辐射干扰划分为两种：一是人为干扰，指的是干扰源是人为安装的各类装置，其产生的电磁能量形成的电磁干扰；二是自然干扰，指的是大气层、地球外层空间中的自然噪声。另外，电磁干扰按照属性又可划分为非功能型干扰以及功能型干扰两种，二者的主要区别在于形成的干扰是否伴随着设备功能的实现。功能型干扰是设备在实现自身的功能时对其他设备产生了干扰，而非功能干扰则是干扰的形成并不不伴随设备功能的实现。

2 中短波信号干扰类型和干扰来源

2.1 被测信号干扰

广播信号发射过程中最常见的电磁干扰就是信号干扰，而信号干扰按照干扰方式不同又可分为两种：一种是常态干扰，是在有用的直流信号或基本没有变化的交变信号上叠加变化快且没有用的交变信号，我们通常称之为在被测信号上叠加干扰噪声；另一种是共模干扰，指的是当转换器输入端出现干扰电压时，输入端的交流电压或者是直流电压都会产生信号干扰。另外，监控系统里被测信号的输入方式需要我们重视，要采用双端输入方式，防止单端输入方式下电压从共模干扰转变成常态干扰。

2.2 程序干扰

中短波发射机间另一种重要的电磁干扰是程序干扰，其存在于中短波广播发射机的复杂电磁环境里。目前大部分广播发射站都设置了自动化监控、监测系统，但具体工作时，没有处理好电位接地、屏蔽等工作，导致工控机、可编程逻辑控制器容易受到电磁干扰，影响了中短波广播发射机程序的正常、有序运行。为了有效解决此问题，可采取评估可编程控制器局部、电缆和使用高压泄放元件等方式。

2.3 线间耦合干扰

电容性耦合、电磁性耦合以及电感性耦合三种干扰是线间耦合干扰的主要形式，其实质是线路中存在表面耦合干扰。两个回路之间存在电磁场，电感性耦合是由于线间磁场的相互作用形成的；而电容性耦合的形成主要是由于电场间的作用；电磁耦合的产生是由于电磁场同电场间的相互作用。

2.4 地面干扰

地面发射设备本身的杂散指标不满足标准或要求，导致传输的信号波里存在谐波或者杂波，从而形成地面干扰。另外变频器、高功放等地面工作设备的放置位置不正确，也会造成信号波里的噪声太高，极大程度的降低了中短波信号的传输质量。

3 解决中短波广播发射机间电磁干扰的有效措施

3.1 共模干扰抗性措施

通常采取降低共模干扰的措施主要包括两种：一是采用双端输入的运算放大器作为模数转换器的前置放大器，可有效隔离数字信息源同各项模拟负载，此措施使被测信号获得相应的通路，阻碍共模干扰形成回路，从而消除共模干扰，提高中短波信号的传输效果。二是采用数字滤波技术，数字信号的传输通过数字滤波技术把多个通道共用一个滤波程序，进而有效消除了共模干扰，保障了中短波信号的传输质量。

3.2 常态干扰抗性措施

有效解决常态干扰的措施要从干扰来源控制和干扰信号特性上的控制两方面入手，另外需要注意干扰频率和被测信号频率的对比。若被测信号低于常态干扰频率，就采用低通滤波器过滤及抑制被测信号中的干扰信号；若被测信号频率高于常态干扰频率，可采用高通滤波器对被测信号中的干扰信号进行过滤和消除；若被测信号相似于常态干扰信号频率时，此时实现中短波信号传输效果最佳的措施是采用带通滤波器。此外，若在电磁感应环境里形成常态干扰，应将被测信号无限放大，快速、有效的进行数模转换同时采取必要的隔离或屏蔽措施。采取合理的措施对干扰来源及在干扰信号特性上进行控制，可将中短波信号发射机间的常态干扰进行及时、有效的消除，进而有效保障广播信号传输的质量。

3.3 线间耦合干扰抗性措施

中短波信号的输入及输出功能，主要是通过信号线路实现的，信号线路既实现了中短波的信号传输功能，也直接形成了中短波信号传输中的电磁干扰。电力线与信号线之间的电场和电磁场之间的作用产生了耦合干扰，有效处理的措施就是采用同轴电缆或双绞线抑制干扰源，从而有效实现抗线间耦合干扰的效果。

4 结语

综上所述，随着新技术、新设备的层出不穷以及人们生活水平的逐步提高，对广播通讯行业提出了更高的标准和要求，需要广播通讯行业加快自身的建设步伐，必须解决好中短波广播发射机间的电磁干扰问题，提高广播信号的传输效率和质量，为人们提供优质的广播通讯服务，进而促进自身更深层次的可持续发展。

参考文献

[1]白磊.中短波天线电磁辐射分析[D].华北电力大学，2012.

[2]王保平.浅议如何预防与解决中短波发射机之间电磁干扰问题[A].2009中国电影电视技术学会影视技术文集[C].2010：3.

[3]周杨，赵福祥，林炬，潘崴.中短波广播发射台电磁辐射环境影响预测模型[J].环境监测管理与技术，2011，01：31-33.

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随着科学技术的发展，越来越多的电子、电气设备进入了人们生活和生产的各个领域。其中在生物医学领域：灭菌（食品、流动票劵、饲料等）、诊断（CT等）、理疗（高频、微波）、手术（激光手术刀、微波手术刀）等。但这些设备在正常运行的同时也向外辐射电磁能量，可能对其他设备产生不良的影响，甚至造成严重的危害，这就是电磁干扰。据统计，全世界空间电磁能量平均每年增长7%～14%，在有限的空间和有限的频率资源条件下，由于各种电子、电气设备的数量与日俱增，使用的密集程度越来越大，电磁干扰的严重性也就越来越突出。

采用一定的技术手段，使同一电磁环境中的各种电子、电气设备都能正常工作，并且不干扰其他设备的正常工作，这就是电磁兼容（Electromagnetic Compatibility ，EMC）。在国家标准GB/T4365-1995中对电磁兼容严格的定义是：设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。

就目前医疗设备小型、高灵敏度和智能化的实现，使它们更易受电磁干扰的影响，特别是那些电磁兼容性差的诊断仪器，为医生提供了失真的数据、波形及图像等信息，使得医生不能做出正确诊断，从而影响有效的治疗，甚至危及人的生命。

医用电气设备的电磁兼容性主要包括2个方面 ：发射和抗扰度。（1）发射：医用电气设备对周围环境 (例如：医院、家用环境、手术室、病房、救护车等 ) 产生的电磁干扰；（2）抗扰度 ：医用电气设备抵抗环境电磁干扰的能力。医用电气设备适用的电磁兼容标准是IEC60601-1-2。IEC60601-1-2 的第一版于1993年，规定辐射发射、传导发射2项发射试验和静电放电、辐射抗扰度、电快速瞬变脉冲群、浪涌4项抗扰度试验。

IEC60601-1-2 的第二版于 2001年，对第一版做较大的改动，增加2项发射试验（谐波发射，电压波动和闪烁），增加 3 项抗扰度试验（传导抗扰度、工频磁场、电压跌落和中断），在实验方法上也有更细致的描述。

随着医疗设备的电磁兼容问题日益突显，国际上许多国家从法规上采取了措施对医疗设备产品的电磁兼容性进行控制，我国政府也非常重视这个问题，已于2005年4月1日，由国家食品药品监督管理局批准发了：“YY05 05-2005 医用电气设备电磁兼容性要求和试验” 行业标准，经过两年执行过渡期，已于2007年4月1日起正式执行。这就需要我们在医疗实践中贯彻这个行业标准，努力提高医疗设备的电磁兼容性，提升设备的抗干扰能力，将潜在的电磁干扰风险降到最低。此外，我国的电磁兼容标准和国际上类似，分为四大类：基础标准（Basic Standards）、通用标准（Generic Standards）、产品类标准(Product Family Standards)和系统间电磁兼容标准（Standards of Intersystem Compatibility）。

提高敏感设备的抗扰度是实现电磁兼容的有效手段，解决电磁兼容问题只需从以下3个要求来着手，控制干扰源的电磁辐射，抑制电磁干扰的传播途径，增加敏感设备的抗干扰能力。作为一个医用设备的用户，我们更多的是考虑系统间的电磁兼容性的问题，系统间的兼容性技术也是通过屏蔽，接地和滤波等技术实现，只不过实施方法不同。

系统间的屏蔽是对两个空间区域进行金属隔离，以控制电场、磁场和电磁波由一个区域对另一区域感应和辐射，其目的是隔断电磁场的r合途径。它有两个方面：一是将敏感设备或系统用屏蔽体包围起来，防止受外界磁场的干扰。另一方面是将干扰源屏蔽起来，防止干扰磁场向外扩散，影响其它的无线设备或人体。

接地技术的引入最初是为了防止电力或电子等设备遭雷击而采取的保护性措施。随着电子通信和其它数字领域的发展，在接地系统中只考虑防雷和安全已远远不能满足要求了。而且随着电子设备的复杂化，信号频率越来越高，因此，在接地设计中，信号之间的互扰等电磁兼容问题必须给予特别关注，否则，接地不当就会严重影响系统运行的可靠性和稳定性。电路和用电设备的接地按功能分为安全接地或信号接地两方面。安全接地就是采用低阻抗的导体将用电设备的外壳连接到大地上，使操作使用人员不致因设备外壳漏电或故障放电而发生触电危险；信号接地是在系统和设备中采用低阻抗的导 线或地平面为各种电路提供具有共同参考电位的信号返回通路，使流经该地线的各电路信号电流互不影响，信号接地的主要目的是为了抑制电磁干扰，是以电磁兼容性为目标的接地方式。

对于医院这个医疗设备的主要使用方，其对于设备的抗电磁干扰有更高的要求。对于X线诊断系统、CT系统、磁共振成像系统及超生诊断系统，不能因为电磁干扰而影响诊断的图像质量或出现与患者病灶部位不相符的图像。超生治疗设备、体外碎石设备和伽玛刀，这类设备不能由于干扰而影响或改变其治疗参数或影响治疗部位，否则对患者的正常部位就会造成伤害。因此，对医护人员和采购人员甚至维修人员的电磁兼容知识的学习培训就显得尤为重要。按照使用现场的电磁环境选购符合电磁兼容要求的产品并正确的使用操作。减少医疗场所的电磁干扰，是对患者的尊重，也是对生命的敬畏。

参考文献：

[1]电磁兼容-原理、技术和应用

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关键词：GSM 基站辐射；辐射污染；辐射监测

一、GSM基站的天线

一般GSM基站的天线都有三个扇区，每个扇区的覆盖范围为120度，每个扇区通过向特定的一个方向发射，来覆盖一定的范围，这样三个扇区能对四周进行360度全覆盖。一般来说，天线有定向天线和全向天线，定向天线可以根据需要调整俯仰角和方位角，以达到覆盖需求，功率相对较大，全向天线一般用于覆盖乡镇，人比较少的地方。

二、GSM基站的发射功率

GSM基站的发射功率。GSM基站是通过频分复用和时分复用的方式工作。一个基站它有多个频率发射，发射功率为15W到20W左右。在城市，除了要保证通话还要支持无线上网等业务，假如以18个频率为基本配置的话，它的发射功率在270W到360W之间，若配置频率再多的话，发射功率超过360W。

三、GSM通信基站的发射方式

基站的辐射方式分为连续辐射和脉冲式辐射两种方式。连续辐射方式是指基站的每一个扇区以一个固定的广播频率，每天满功率24小时连续发射每个扇区的特定信息。脉冲式辐射方式是不固定频率，只是在通话的时候发射，并可根据通话者的远近自动调节基站的发射功率。一般的基站即使是微基站在挂上高增益大天线、俯仰角很小并且没有直接阻挡而且功率开到足够大的情况下，也可以覆盖至少5公里远，理论上可以达到35公里，如果把两个空中接口信道合为一个的话，可以达到70公里。

四、电磁辐射不等于电磁污染

电磁辐射是指电场和磁场的交互变化产生的电磁波向空中发射或汇聚的现象。电磁辐射在一定限度内时，它是有益于人体、有机体及其他生物体的，它不但可以促进生物体的微循环，还可促进植物的生长和发育。

“电磁污染”是指超过一定的频率和功率的电磁辐射，它才会对人体产生危害。因此，电磁辐射不等同于电磁污染，更不能与人体的健康直接画上等号。

电磁辐射还与距离（人或房屋与基站的距离）有关。当距离700米时，辐射峰值约为2W；在1-200米时，辐射峰值约为0.1W；站在基站100米开外的地方，受到的辐射水平可能比用一次微波炉还要低。记者在清华大学的实验室中曾做过这样的试验，将接收天线放置到距离微波炉0.5米（使用微波炉时的大致距离）时，测到的电磁辐射数值约为12伏/米；距离2米远时，测得的数值为10伏/米。将手机紧贴耳朵时，当手机接通的一瞬间，电磁辐射为4伏/米左右，而当手机距离测量仪为一臂远时，电磁辐射为0.5伏/米。通过试验可以看出，放置在半米远的微波炉与百米开外的基站比，微波炉的辐射值确实有可能大于基站。

五、基站的电磁辐射符合国家标准

根据国家环保局的《电磁辐射防护规定》要求，环境中的电磁辐射的电场强度小于12伏/米。而 卫生部的《环境电磁波卫生标准》要求，电磁辐射的功率密度要小于40微瓦/平方厘米。这两种要求比欧美发达国家还要严格。目前，我国的移动通信基站标准严格按照此类标准进行建设。

目前，我国移动通信采取都是微蜂窝技术，它的发出功率和接收功率在十几毫瓦到二十几毫瓦之间，这个功率非常低，完全不会造成辐射污染。例如： 25瓦的大功率基站，离基站10米范围内的微波功率每平方厘米只有2微瓦左右，在5米范围内功率是每平方厘米是8微瓦，比卫生部规定的每平方厘米17微瓦的标准还要小一半。而且，GSM的辐射频率约为900兆赫兹，与电视的辐射频率基本相当。

电磁辐射在空中是快速衰减的。发射功率为20瓦的大功率基站，在天线前10米的范围内，通过测试发现功率密度仅为每平方厘米0.6微瓦左右，相对于国家标准（每平方厘米40微瓦）的千分之十五，衰减很快。

另外，电磁波穿过不同介质的建筑物时衰减的程度也是不一样的。例如通过穿过带钢筋的墙比一般砖墙要衰减的多三倍左右，分别衰减20dB和6dB左右。因此，GSM基站天线一般建在住宅楼顶或山顶上，基站一般较高，约为35-55米，宅内的居民完全是安全的。检测结果表明，农村基站天线在塔基地面半径50米以内辐射功率值大约为0.02～0.08微瓦/平方厘米，在半径50米以外为0.06～0.14微瓦/平方厘米，远低于8微瓦/平方厘米的最大限值。城市基站距天线30米外的环境敏感处的功率密度值均低于8微瓦/平方厘米的限值。这些也都在安全范围之内的，居民可以完全放心。

六、基站的建设符合国家标准

各公司都会被要求在基站的建设过程中，严格执行国家基站辐射标准。此外，所有基站在建设和扩容时，都必须委托环保部门和无线电管理局进行电磁辐射环境影响评价，以保证基站不会造成辐射污染，对居民造成危害。

在基站建设和运营过程中，都要严格按照环保部门的要求，进行立项、选址、规划、管理维护等，以确保辐射环境安全。在基站规划时，基站建设都会预留有一定的调整范围，要求市区至少50米，要求农村至少一公里，这些是安全距离的数值。安全距离数值是指假设基站天线处于最大功率发射状态，同时假设正对天线、无阻挡，在室内、外符合环境电磁波容许辐射场强GB9175-88一级强度的最小距离（即安全防护距离）。而现实的情况是，居民或建筑物一般都不会近距离接近天线，更不会正对天线。

同时，手机基站的辐射会随距离的增加而快速衰减。在实际传输过程中，基站受背景辐射、天线架设方式、地形、温度、湿度及大气环境等多种因素影响，特别是障碍物的阻挡作用，电磁辐射的实际衰减速率会远远大于理论值。另外，在空气中传播时，会遇到建筑物、植被的阻挡，通过大气层时，小液滴、固体小颗粒也会吸收和散射电磁波，都会加剧电磁辐射的衰耗。在实际情况下，天线只有在满载荷的情况下才会以最大的功率发射（情况很少发生），即使以最大功率发射，持续的时间不会太长，因此，实际的安全距离应比理论距离推算的要小。对于一栋楼房，楼层越低辐射越小，楼层越高，辐射越大。

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【关键词】电磁兼容；EMC；医疗产品；YY 0505；IEC 60601-1-2；标准；测试

一、引言

随着现代电子通信技术的迅速发展，各种智能化的电子设备已广泛地应用于人类生活的各个领域。电子设备的广泛应用和发展，导致其周围空间产生的电磁场电平不断增加，电磁干扰不断增强。也就是说，电子设备不可避免地在电磁环境中工作而且电磁干扰除影响电子系统和设备的正常工作外，对人体健康也会造成有害的影响。我国早在2002年起，就开始实施电磁兼容性强制认证，广泛涉及到家用电器、电动工具、照明设备、音视频设备等领域。2014年1月1日起，与我们生命安全息息相关的医疗产品的电磁兼容认证也将强制实施。届时，首次申报注册的III类医用电气设备在注册申报时应提交由医疗器械检测机构出具的电磁兼容符合性报告。2015年1月1日后，首次申报注册的II类和I类医用电气设备在注册申报时也需提供由医疗器械检测机构出具的电磁兼容符合性报告。本文在医疗产品电磁兼容国家标准YY 0505-2012即将开始实施之前，简要介绍YY 0505的测试要求，并将YY 0505-2012与现行的国际标准IEC 60601-1-2：2007作一详细比较。以供国内厂家在产品设计时进行参考，使得产品可同时满足国内国际规范的要求。

二、电磁兼容简介

电磁兼容在国家标准GB/T 4365-2003中的定义为：设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力[1]。即采用一定的技术手段，使同一电磁环境中的各种电子、电气设备都能正常工作，并且不干扰其他设备的正常工作，这就是电磁兼容（Electromagnetic Compatibility，EMC）。

形成电磁干扰必须同时具备以下3个因素，即：电磁干扰源，耦合途径和敏感设备。也就是俗称的电磁干扰3要素。电磁干扰源发出的电磁能量，经过某种耦合途径传输至敏感设备，导致敏感设备出现某形式的响应，并产生干扰效果。电磁兼容测试的目的其一就是控制电子产品对外界的电磁骚扰能量可以满足对应产品标准要求的限值，其二就是保证电子设备自身具有一定的抗干扰的能力可以经受得住各种模拟的电磁骚扰源发出的干扰影响。

目前与医疗产品相关的电磁兼容测试有：电磁干扰（EMI）测试，（1）传导发射，（2）辐射发射，（3）谐波电流发射，（4）电压闪烁与波动；电磁抗扰度（EMS）测试，（1）静电放电抗扰度，（2）射频辐射抗扰度，（3）电快速脉冲群抗扰度，（4）浪涌抗扰度，（5）射频传导抗扰度；（6）工频磁场抗扰度，（7）电压暂降与跌落抗扰度，（8）电源频率变换抗扰度等。

三、YY 0505-2012测试要求介绍

我国国家食品药品监督管理局于2005年4月5日了第一版医疗产品电磁兼容标准：YY 0505-2005《医用电气设备 第1-2部分：安全通用要求并列标准：电磁兼容 要求和试验》，并规定2007年4月1日起开始实施YY 0505-2005，但是在过去的几年里医疗产品注册过程中YY 0505-2005电磁兼容要求并未真正强制实施。2012年12月17日国家食品药品监督管理局修订了YY 0505标准并了更新版本即YY 0505-2012，同时规定了自2014年1月1日之后，医疗产品根据风险分类的不同逐步开始强制执行YY 0505-2012电磁兼容符合性的要求。

YY 0505-2012的测试要求包含电磁干扰（EMI）和电磁抗扰度（EMS）两大部分，两部分具体包括的测试项目及对应的参考标准参见图1所示。

对于大部分医疗设备或医疗系统，都需要满足图2的测试等级要求。其中EMI测试中，传导发射和辐射发射测试根据医疗产品的分组和分类适用于不同的限值。1组、2组、A类、B类在GB 4824-2004《工业、科学和医疗（ISM）射频设备 电磁骚扰特性 限值和测量方法》中有明确的定义。通常2组产品指的是：包括放电加工和弧焊设备，以及为材料处理而有意产生和（或）使用电磁辐射射频能量的所有工科医设备，例如：磁共振成像系统（MRI）、微波治疗设备、短波治疗设备等。1组产品指的是：为发挥其自身功能的需要而有意产生和（或）使用传导耦合射频能量的所有工科医设备，一般除2组产品以外的工科医设备都为1组产品。A类设备是指：非家用和不直接连接到住宅低压供电网设施中使用的设备。B类设备是指：家用设备和直接连接到住宅低压供电网设施中使用的设备[2]。就我们的医疗产品而言，仅在医院环境中使用的设备可以划分为A类设备；而应用于私人诊所或家用环境中的医疗设备划分为B类设备，如：电子体温计和血压计等。EMS测试中，对于“生命支持式”医疗产品和“非生命支持式”医疗产品，射频传导抗扰度和射频辐射抗扰度测试等级会有所不同，“生命支持式”产品要求的测试等级要高于“非生命支持式”产品，具体等级详见图2。

四、YY 0505-2012与IEC 60601-1-2：2007的异同点比较

YY 0505-2012等同采用IEC 60601-1-2：2001+A1：2004，与最新的国际标准IEC 60601-1-2：2007之间还是存在一些差异的，主要表现在：引用标准的不同，条款编号的差异，测试限值的差异及测试布置的不同等。

1.引用标准的不同

YY 0505-2012所引用的基础标准均为国家标准，IEC 60601-1-2：2007引用的标准均为现行的最新CISPR和IEC标准，参见表1。

2.条款编号的差异

YY 0505-2012的条款编号与IEC 60601-1-2：2001+A1：2004，即2.1版本相对应，却不同于第3版的标准IEC 60601-1-2：2007，参见表2示例。

3.测试限值的差异

如表3所示，YY 0505-2012与IEC 60601-1-2：2007之间限值的差异，主要表现在：谐波电流发射的限值差异、传导发射限值的差异及辐射发射限值的差异。

4.测试布置的不同

电快速脉冲群抗扰度测试中，GB/T 17626.4-2008与IEC 61000-4-4：2012对受试设备与耦合去耦网络之间的距离规定有所不同。GB/T 17626.4-2008要求耦合去耦网络与受试设备之间电源线和信号线的长度为0.5m±0.05m，超出的电缆长度需进行无感性捆扎，如图3所示。而IEC 61000-4-4：2012规定：耦合去耦网络与台式的受试设备之间电源线和信号线的长度为0.5m～0.6m，与落地式设备之间的电源线和信号线长度为1.0m±0.1m，如图4所示。从测试距离的变化来看，GB/T 17626.4-2008的要求相对于IEC 61000-4-4：2012更加严格一些。

五、结论

本文介绍了YY 0505-2012电磁兼容测试要求，使得医疗器械生产厂家首先对国标中的电磁兼容要求有所了解。同时本文对YY 0505-2012和IEC 60601-1-2：2007之间的差异也进行了分析比较，从中可以看出，国标的电磁兼容要求和国际标准之间还是有一些区别的。我们的医疗器械生产厂家可以根据本文的比对，综合国标与国际标准之间的差异，按照严格的要求来设计自己的产品，这样可以使得产品既能满足国家标准的要求又能满足国际标准的要求。

参考文献

[1]GB/T 4365-2003.电工术语 电磁兼容[M].北京：中国标准出版社，2003，3.

[2]GB 4824-2004.工业、科学和医疗（ISM）射频设备 电磁骚扰特性 限值和测量方法[M].中国标准出版社，北京：中国标准出版社，2004，3.

[3]YY 0505-2012.医用电气设备 第1-2部分：安全通用要求 并列标准：电磁兼容 要求和试验[M].北京：中国标准出版社，2012，69.

[4]IEC 60601-1-2：2007.Medical electrical equipment-Part 1-2：General requirements for basic safety and essential performance-Collateral standard：Electromagnetic compatibility-Requirements and tests.Switzerland：IEC Central Office，2007：20-21.

[5]GB/T 17626.4-2008.电磁兼容 试验和测量技术 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验[M].北京：中国标准出版社，2008，11.

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关键词：矿井煤岩破裂；探测技术

1 引言

煤矿采矿活动造成地下岩体应力的重新分布和岩体的破裂损伤，伴随着采动的影响，将会诱发矿山煤岩体的震动破坏（即矿震或冲击）。煤矿煤岩动力灾害的发生往往与人工开挖过程具有特定的联系，例如：采动损伤造成煤岩体内部积聚的大量能量瞬间释放，将会导致冲击矿压；采动损伤极大地改变围岩的渗透性，将会导致顶板、断层带或底板突水事故；采动损伤造成煤岩体的卸压以及松散，将会导致煤与瓦斯涌出（突出），甚至发生瓦斯爆炸灾害，这些灾害事故随着开采深度增加日益严重。煤矿采场围岩空间破裂形态与应力场的关系，是预测和控制冲击地压、矿井突水、煤与瓦斯突出以及顶板整体冒落等矿井灾害的基础。因此，探究煤岩破裂的机理和煤岩破裂的探测技术十分重要。

2 煤岩破裂及其动力灾害发生原理

裂纹的扩展开始是零星和随机的，随着应力变形的增加，裂纹不断扩展和连通，而且逐渐集中在某一局部范围；当应力达到煤岩体峰值强度以后的阶段，煤岩体的破坏方式为剪切滑移，而且破坏集中在局部区域；针对冲击矿压与突出的发生需要满足能量条件、刚度条件和冲击倾向性条件。煤矿中，煤层、底板、顶板构成一个平衡系统。其中顶底板的强度均比煤层的大，而且煤体是开采的对象，故在压力作用下，煤体极易遭到破坏，如果是稳定破坏，则表现为煤柱的变形、巷道的压缩等，如果是非稳定破坏，则表现为冲击矿压或突出（即煤层冲击）。

3 煤岩破裂探测技术的分析

煤岩灾害动力现象的发生过程，或者结构材料的失稳破坏，实际上是一种能量释放的物理或化学过程，通过检测声波、声发射，电磁辐射、地电或温度变化规律，就可以对其变形破裂过程和特点进行分析与预测。

3.1 煤岩破裂的声波探测。采用声波技术来评价开采引发的采矿动力危险（冲击地压、煤和瓦斯突出），其基本原理是冲击矿压等采矿动力危险是岩体中的应力造成的，与岩体的物理力学特性有关，而岩体中的应力分布状态与岩体的物理力学参数和声波的分布有关。声波测量的基本参数是不同类型的地震波的传播速度，以及在阻尼系数的影响下，振幅和能量的变化。

上述声波的参数，特别是地震波的传播速度与岩体中的应力应变状态有很大的关系。岩体中重要的矿山压力参数为裂隙率。岩体的破坏过程伴随着裂隙区域的变化，对应声波参数的变化及范围的变化，那么就可以通过测量波速来辨别。

3.2 煤岩破裂的声发射探测。岩石在荷载作用下发生破坏，主要与裂纹的产生、扩展及断裂过程有关。裂纹扩展，造成应力弛豫，贮存的部分能量以弹性波的形式突然释放出来，产生声发射（Aeoustlc Emis-sion）。岩石的每一个声发射信号都反映岩石内部缺陷性质的丰富信息，对这些信息加以处理分析和研究，可以推断岩石内部的形态变化。

岩石声发射研究的目的是确定岩体中的应力状态以及预测采掘面及周围岩体突然、猛烈的破坏。如冲击矿压、煤和瓦斯突出、垮落等。

声发射法是以脉冲形式记录弱的、低能量的地音现象。其主要特征是频率从几十到至少2000Hz或更高，能量低于100J，下限不定，振动范围从几米到大约200m，甚至更多。

采矿声发射方法主要用来确定在掘进的巷道或正在回采的工作面的冲击矿压危险，采用的方法主要有站式连续监测和便携式流动地音监测。用来监测和评价局部震动的危险状态及随时间的变化情况。主要记录声放射频度（脉冲数量）、一定时间脉冲能量的总和、采矿地质条件及采矿活动等，

3.3 煤岩破裂的电磁辐射探测。煤岩体裂纹扩展时，处于裂纹尖端表面区域中在应力诱导极化作用下积聚大量正负电荷，裂纹尖端表面区域的扩展运动、电荷的迁移过程以及破坏停止后正负电荷的快速中和过程均会伴随电磁辐射效应。煤岩剪切摩擦过程微观上是破坏过程，同样也会伴随电磁辐射效应。因此，承载煤岩在微观上非均匀应力作用下的变形及破裂过程必然伴随着电磁辐射效应。煤体中应力越高，变形破裂过程越强烈，电磁辐射信号越强，其主频带也越高。

地层中的煤岩体未受采掘影响时，基本处于准平衡状态。当掘进或回采空间形成后，周围煤岩体失去应力平衡，处于不稳定状态，发生变形或破裂，以向新的应力平衡状态过渡，即发生变形或破裂，从而产生电磁辐射。即使当采掘空间或巷道周围煤岩体处于基本稳定状态时，由于煤岩体仍然承受着上覆岩层的应力作用，此时工作面煤体处于流变状态，同样会产生电磁辐射。

煤体受载破裂时，其声发射信号的频谱不是一成不变的，而是随载荷及变形破裂过程而发生变化，基本上是随着载荷的增大及变形破裂过程的增强，声发射信号增强，主频带增高。因此，可将声发射技术应用于预测预报煤岩动力灾害、研究煤岩体等材料的破裂过程。

3.4 煤岩破裂的地电探测。采矿电法是利用岩石电特性的变化来解决顶板、地质及采场技术的问题。

其探测方法有电阻法和雷达法两种。在电阻法中，主要是测量岩体的电阻及其随时间变化的规律，测量电阻可以获得采矿影响下岩体结构及变化信息。雷达法是属于电磁波传播的方法之一，其物理基础是利用电磁波传播和阻尼与岩体结构和性能之间的关系，这种波的传播就像地震波的传播一样。电磁波正传播途中遇到电介质不同的边界会反射回来，形成反射波。根据反射波传回的时间和速度可对边界定位，从而可以探测煤岩体的破裂及裂隙等。

3.5 煤岩破坏的红外温度探测。红外遥感对物质的温度十分敏感，在军事和国民经济的诸多部门得到了广泛的应用，取得了巨大的效果。红外遥感目前探测的物理量主要是物质的红外辐射温度。

煤柱承载直到屈服破坏是一个动力过程；煤爆、煤岩与瓦斯的突出也是一个动力过程；煤层顶板运动破坏也是一个动力过程，它们在地应力和采动应力的共同作用于产生移动变形，并会引起煤岩内部结构的物理化学变化，其中必然包括能量的转移和电子的跃迁。那么，作为电磁辐射之―的热红外辐射温度的特征变化必然反应上述物理化学过程，并提供一些前兆信息。

4 结束语

总之，目前应用较为广泛的煤岩破裂探测方法有声波法、声发射法和电磁辐射法，这些测试方法不受人工和工作面煤岩体分布均匀及稳定的影响，预测准确率高，成本低，不需打钻，对生产影响小，预测费用大幅度降低。其中电磁辐射法真正实现了非接触预测，而且这些方法能够连续监测采掘工作面的煤岩体活动，但是由于使用的探头需要和煤岩体耦合，这给探测带来了误差。地电法中的雷达（地质雷达）法也有一定的应用，但是地下岩层包含黏土、水和盐类物质的这些特性，显著减小了雷达的穿透能力，因而有待于进一步的改进。 近年来，红外温度探测法虽然有了很大的发展，但是辐射衰减以及其他辐射源的干扰仍然是面临的新问题，还需要进一步的探索。

参考文献：

[1]孙玉成，煤岩破裂产生的冲击破坏及其探测技术，《煤炭科技》杂志，2009、11

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历史悠久的无线充电技术

无线充电技并不是什么新兴技术，最早可追溯到一百多年前特斯拉(Nikola Tesla，1856―1943)的沃登克里佛广播塔实验，其本质就是借助电磁场或电磁波进行能量传递的一种技术。随着技术的日益成熟，无线充电可分为电磁感应式、电磁谐振式和电磁辐射式三种。电磁感应可用于低功率、近距离传输；电磁谐振适用于中等功率、中等距离传输；电磁辐射则可用于大功率、远距离传输。对于普通消费者来说，最常见到的是电磁感应和电磁谐振两种技术。

当前消费者在市场上见到的无线充电设备大多采用电磁感应技术，成本相对低廉，通常售价在150元左右。不过这类无线充电器不但充电效率较低，而且需要较长时间才能为手机充满电，受手机外壳材质、阻碍物等因素影响也较大，消费者体验感受较差。

超极本杀手锏

相比传统基于电磁感应技术的无线充电，Intel在IDF2012推出的无线充电技术采用电磁谐振，用超极本作为充电源，配合充电软件和发射端,能方便地为智能手机充电。这一方案不仅系统功耗较低，而且对智能手机的摆放位置几乎没有要求（传统电磁感应技术需要接收器（Rx）在发送器（Tx）上面）。

从Intel无线充电技术硬件架构图中可以看出，发送端和接收端均采用了高度集成设计，如此可有效降低产品生产成本。此外，Intel还表示将为无线充电设计专门的软件，用于检测充电设备、智能控制充电、设备位置校验等。让人兴奋的是，该软件还可以控制发射端的电磁波发射范围和方向，从而既保证了无线充电效率，又可防止别人盗电。

Intel无线充电技术采用的谐振技术，具备可与电磁感应相匹配的效率，一般是指线圈到线圈的效率，而实际效率则包括右图中的整个流程。通过实验发现，无线充电的效率随着线圈之间（发送端与接收端）的距离增加而迅速下降，相比电磁感应技术，谐振技术能提供更平稳的变化，也就是说对位置的敏感度低一些。

篇10

【关键词】射频电磁场；抗扰度；单极天线

一、研究目的

随着科学技术的日益发展，越来越多的带有电磁辐射的设施进入了人们生活和科技生产的各个领域，可以说我们所处环境的任何地方都存在着人为的电磁辐射。在这些电磁设备提供给人们现代化生活所必须的电能、通信、广播等重要需求的同时，也使人们担心“电磁污染”对人体健康的损害以及不同电磁波之间的相互干扰。

射频电磁场辐射抗扰度是电磁兼容抗扰度的一项重要测试项目，其目的是验证电磁场由空间耦合到被测设备后，被测设备对此方面的抗干扰能力。图1为辐射抗扰度测试简图。

实际测试除上述信号源、功率放大器、天线、铁氧体、尖劈，还有功率计、定向耦合器、GPIB、计算机等辅助设备，是一个复杂的测试系统。进行现场测试时非常不便，如果进行跨省测试几乎是不可能的。为此，需要一套小型化检测装备在没有测试系统的情况下对被测物进行定性分析。

二、实现方法

国际辐射抗扰度标准（IEC60601—1—2）中描述了手机、步话机和无绳电话等通讯设备产生的电磁场可以部分模拟辐射抗扰度骚扰源。就在在今年，课题组协同上海TUV电磁兼容检测人员在现场检测的过程中也探讨了这方面的问题，使用手机和步话机在大型设备现场是国际上的通用方法。而步话机的通讯范围一般在18公里，一个如此小巧的手台具有这样的传输能力说明其发射功率是相当惊人的。其内部结构包括频率调谐、微型功放、发射天线等装置，极其类似辐射抗扰度系统的基本配置，通过单极天线的空间发射原理可以推断步话机单极天线在发射状态下具有很强的空间辐射场强。

如图2所示，步话机在单极天线垂直方向平行与被测设备。辐射抗扰度标准中，工业类设备抗扰度等级为10V/m。这样，如何控制空间辐射场强量级成为另一关键点。

如图3所示，把步话机至于全电波暗室中，可以将需要测试或设置的频率调整为发射状态，调整步话机功率发射电平，调整步话机天线与场强探头之间的距离，当场强探头转换器输出达到10V/m要求时，记录此时标尺的距离刻度、频率点等信息。

三、理论模型验证

竖直的具有四分之一波长的天线称为单极子天线。单极子天线是由直接垂直安装在地面或导电平面上的直导体组成的天线。如图4所示，在三维空间中模拟单极子天线模型。

图5为单极子天线的激励源（即发射源），这些激励源的参数可以通过一个控制器进行智能控制，从而可以动态调整单极子天线的有效长度、辐射功率、辐射方向图等参数以适应各种情况的高频通信系统。图6为单极子天线和一根加载传输线的互耦，红色点及红色直线为发射点，蓝色点为线缆耦合端口。使用地面来模拟一个无限大导体地板。

在现代天线设计中，利用电磁场仿真软件对天线进行仿真成为天线设计的主要方式。本文使用的电磁场仿真软件采用时域有限差分法，在时域进行计算。由于激励信号可以是具有很宽频谱分量的窄脉冲，与傅里叶变换相结合，可以通过一次计算得到计算对象所需频带宽度内的特性，因此特别适合宽带问题的研究。

瞬变问题或时域问题：线天线的瞬变问题或线天线的时域问题有三种求解方法。经典法或傅里叶变换法：先求出线天线的频域解，然后再利用傅里叶变换将频域解化为时域解；直接时域解法：先建立以线天线的时空分布为待求函数的时域积分方程，然后用数值法求解，从而得到输入特性和辐射特性。在这里，线天线本身和时间都必须分割成小段。但线天线的时域严格解，只有当线天线为无限长时才能求得；奇异性展开法：主要是用复频率平面上的奇异性展开来表示线天线的时域响应。根据实验发现，用脉冲源激励的天线或散射体的瞬变响应主要由一些衰减的正弦型响应组成，而每个响应的特征是用拉普拉斯变换复频率平面上的一个极点或一对极点来表示。天线或散射体在这些极点附近的频率有很大的电磁响应。这就引出了奇异性展开法。宽频带的脉冲激发了这些极点，后者则是天线或散射体自由振荡的解。自然模的波形与源脉冲波形无关，但其复振幅系数（称为耦合系数或谐振强度）却与源函数有关。图7、图8分别为空间求解域和求解域辐射方式。

天线的作用是将发射机送来的高频电流（或导波）变换为无线电波并传送到空间；将空间传来的无线电波转变为接收机能够传送的高频电流。因此，天线是一个导波和辐射波的变换装置，即能量转换器件。由于时变电流能辐射电磁波，因而天线也被称为辐射源。但要产生有效的辐射或接收，它的结构应当是一个开放系统。

为了有效地将能量从发射机馈送到天线，或将空间电磁波转换成高频电流（或导波）送至接收机，需要解决如下三个问题：第一，有效地进行能量转换，提高辐射功率或提高天线系统的信噪比。天线作为传输线的终端负载，要求天线与传输线匹配；第二，天线作为一直辐射或接收器件，应具有向所需方向辐射无线电波的能力；第三，天线作为极化器件分为线极化、圆极化和椭圆极化三种。同一系统中收、发天线应具有相同的极化形式，若不一致，则产生极化失配。图9、图10分别为天线辐射角度极化方向图和天线辐射场强分布3D图。

由图10可以看出在发射天线耦合的空间场强以天线拉杆为轴心向外发射，场强逐渐递增，也就是说单极天线在求解域最外场辐射能量均匀稳定，天线垂直面与被测物平行时，场强和均匀性达到最理想状态，这也为实际检测工作提供了指导性理论依据。

四、总结

本文首先介绍了平面单极子天线的分析理论和单极子天线的辐射机理，然后利用仿真软件对单极子天线进行了仿真。通过观察天线辐射场强分布图和方向图，验证了所做工作的正确性，完成了现场辐射抗扰度测试，并在齐齐哈尔重型机床厂的现场试验中达到了预期效果，并协助企业找到了其数控系统辐射敏感频率点。

参考文献

[1]JB/T8832—2001机床数控系统[J].通用技术条件.

[2]电子设备的电磁兼容设计[M].电子工业出版社.

[3]世纪星数控装置[S].武汉华中数控股份有限公司.

基金项目：沈阳市科技专项资金资助（F10—171—8—00）。

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