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第1篇：電磁感應輻射范文

關鍵詞： 道路照明； 無極燈； 節能環保

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

現代化城市室外照明不僅僅是傳統概念上對道路、廣場功能性照明，還包括室外的紀念物、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、心里需要及環境安全性提供的環境照明；景觀照明則是運用燈光創造以觀賞為主的藝術景觀，是自然科學和美學相結合而形成的藝術化照明。

在目前全球能源警長的大環境下，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”，照明節電已成為節能的重要方面。尤其是城市室外照明已經成為現代文明的重要標志，作為城市基礎設施設計的重要組成部分，在照明功能的體現之外它注重的是燈光亮度、色彩對比、表達的是景觀環境，產生的是社會和經濟的價值而不是照明的本身。科學節能的城市室外照明將是一個地區文化、科技水平和經濟實力的綜合體現。

一、電磁感應燈的工作原理及特點

電磁感應燈又叫無極燈，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更優。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？靠的就是電磁感應原理。在環狀的燈管外套著一對鐵芯，鐵芯上包著繞組，當繞組通交流電后，根據電磁感應原理，鐵芯周圍就產生了交變的磁場，變化的磁場產生感應電流，再利用耦合震蕩原理將產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生放電，輻射出紫外線，再通過三基色熒光粉轉化為可見光。正是基于法拉第電磁感應定律的工作原理，電磁感應燈才有了諸多的優點：

（1）長壽命。由于電磁感應燈沒有電極，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的高壓鈉燈一般標稱壽命為2.8萬小時）。

（2）節能。電磁感應燈的功率因數很高，一般都在0.98左右，而高壓鈉燈即使在加裝電容補償后，功率因數也只能達到0.85左右，因此，電磁感應燈的節能效果是毋庸置疑的。另外，電磁感應燈的發光效率達到了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。電磁感應燈采用三基色熒光粉，顯色指數Ra>80，在夜晚色彩還原性好，可以有效的幫助司機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。電磁感應燈的光源多采用高頻（210-230kHz）電子鎮流器來驅動，無閃爍。

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

二、電磁感應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，綠色照明的科學定義是：綠色照明是指通過科學的照明設計，采用效率高、壽命長、安全和性能穩定的照明電器產品（電光源、燈用電器附件、燈具、配線器材，以及調光控制調和控光器件），改善提高人們工作、學習、生活的條件和質量，從而創造一個高效、舒適、安全、經濟、有益的環境并充分體現現代文明的照明。

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《節能法》，在“十一五”規劃中，綠色照明更是十大重點節能工程之一。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電量的10-20%，相當于二個三峽發電站的發電量，因此綠色照明工程的節能意義就顯得非常重大。

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

三、電磁感應燈的發展及推廣應用

電磁感應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。電磁感應燈目前還僅僅只是在專業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）電磁感應燈的價格不菲，目前還處在一個比較高的地位，和自鎮流式的節能燈及路燈所用的高壓鈉燈相比，雖然有著眾多的優點，不過短時間內還難以被廣泛使用。

（3）電磁感應燈的質量還有待提高，國家標準亟待出臺。目前，國家對于電磁感應燈還沒有出臺相應的標準，電磁感應燈的生產廠家良莠不齊，標準不一，導致用戶對電磁感應燈的信任度不夠，沒有推而廣之的積極性。

（4）電磁感應燈的燈具和安裝方式和現有的路燈燈具不統一，不利于舊燈改造。

電磁感應燈要發展，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燈，這樣，即能夠達到整條道路的和諧統一，也可以方便統計數據，查看節能效果，使廣大使用者和人民群眾能夠了解電磁感應燈的節能功效，無形之中宣傳了電磁感應燈的良好效果，配合完成了國家有關綠色照明示范崗工程的要求，達到一舉多得的效果。

推廣應用的方法：

（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約意識，增強全社會的照明節能意識和可持續發展意識。要充分利用新聞媒體和各種宣傳手段大力宣傳節約資源和保護環境是基本國策，大力宣傳實施城市綠色照明工程的意義和目標任務，大力宣傳綠色照明示范工程的成效和經驗。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）堅持技術創新，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上，堅持科技創新，加大設施投入和新技術、新光源的推廣應用，做到安全可靠、科學合理、經濟實用、維護方便，提高城市綠色照明的效率。在新建和改造過程中嚴禁和杜絕使用高耗能、低壽命、光污染嚴重的燈具和光源。推廣使用高光效、高壽命、節能環保（如：無極燈）等的應用，保證城市照明功效達到節能效果。

（3）建設一批綠色照明示范工程，提升城市照明品位，全面推行具有環保、節能和人文特性的綠色照明工程。

第2篇：電磁感應輻射范文

【關鍵詞】電磁感應；ANSYS仿真；地熱電纜

1.引言

地熱電纜采暖是近年來出現在國內外的一種較新型的采暖方式。由于利用蓄熱式地熱電纜地板輻射采暖具有舒適程度高、使用成本低、環保無污染等優點，更受到大眾的青睞。同時，大面積使用地熱電纜采暖供暖還可以有效調節冬季夜間閑置電力，減少能源的浪費。我國南方地區也可以家庭或廠房為單位鋪設，所以地熱電纜采暖的普及已經成為當前采暖方式的重點發展趨勢。

但是對于電纜故障的斷點檢測一直沒有方便實用的技術和儀器出現。隨著我國地熱電纜采暖市場的逐年擴大，地熱電纜的損傷修復問題也越來越突出。由于地熱電纜鋪裝時預埋在地面混凝土之下，在施工和后期維護的過程中一旦電纜本身出現故障，維修起來相當困難。目前在國內針對地熱電纜故障的定點檢測儀尚屬空白。業內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行維護。這種辦法耗時長、不利于操作，還要破壞室內地面裝修，維修成本高，造成了大量人力、物力的浪費，業主也不易接受。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]。本文利用電磁感應原理，利用ANSYS軟件進行了電磁場的仿真計算，在軟件仿真的基礎上設計了檢測電路，可以在不破壞地面鋪設的情況下，檢測電纜故障點。

2.電磁感應原理簡介

根據法拉第電磁感應定律，感應電動勢E＝nΔΦ/Δt，n：感應線圈匝數，ΔΦ/Δt：磁通量的變化率。對載流I，長為L的直導線，其周圍磁場為：

，其中，為場點到載流直導線的垂直距離，和分別為導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線，則，，所以磁場。該系統的激勵信號由1000Uf電容的充放電產生，結合電容充放電公式推導出該系統中勵磁信號產生的感應電動勢最大為：

，其中，：激勵信號電壓；：感應線圈的匝數；：感應線圈的面積；：地面或墻面的磁導率；：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，當上述參數確定后，線圈中的感應電動勢即可求出。

3.地熱電纜電磁場仿真

常用的地熱電纜為雙芯電纜，以消除正常工作時的電磁輻射影響。一般的室內地熱采暖系統整體結構如圖1所示。從圖中可以看出，從地面位置，即瓷磚之上，檢測地熱電纜的電磁場的電路設計難點在于磁場強度信號的強度。

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狀態進行建模和仿真。根據地熱電纜采暖系統布置情況，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和模型。施加不同的電壓信號，得到的B-H值計算結果如圖2、3所示。

從仿真結果圖可以發現，在地面檢測時，由于混凝土和瓷磚等物體的隔離距離很大，所以電流產生的磁場強度很微弱。而且B-H值跟信號發生器的電壓關系比較大。

4.斷點診斷電路設計

利用電磁感應原理，給地下電纜上加上一定頻率的交流信號產生交變磁場，在地面上移動感應線圈，利用線圈內磁通的變化量產生感應電壓信號來尋找故障點，將感應信號通過放大、濾波等處理后，用儀表顯示出來或利用耳機聽。在故障點，信號最強，當探頭從故障點左右前后移動時，信號即減弱或中斷，因此，信號最強處即為故障點。電路原理圖如圖4所示，根據發光二極管的變化可探測地熱電纜故障點在地下的位置。由于地面附近的電磁場強度較弱，線圈采集到的信號需經放大后才能顯示。這也是電路設計的重點和難點之一。然后經濾波和整流后，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線地熱電纜，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4700uF，根據公式，選頻頻率約為340Hz。實驗測得激勵信號的波形如圖5所示。在距地面最遠約為15公分處可以感應到信號，故障點范圍半徑在10cm以內。

參考文獻

[1]姚旻,胡必宸.便攜式電纜斷點定位儀[J].淮南工業學院學報.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.電纜檢測技術的應用及提高[J].低壓電器, 2010(1):49-51．

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

作者簡介：

第3篇：電磁感應輻射范文

近日，據國外媒體報道，美國杜克大學普拉特工程學院的兩位學生發明了一種可以將手機WiFi信號轉化成電流的新技術，有望在未來徹底取代手機充電器。此外，英國南安普頓大學的科學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象所產生的電壓極不穩定的電流來為移動設備充電。那么，手機無線充電是不是指日可待了？

新型充電技術多為雞肋

我們所期待的無線充電，可能真的就像藍牙、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。

目前，手機太陽能充電器算是一種比較普遍的充電產品，價格多在一百到兩百元不等。充電器將太陽能轉換為電能后存儲在蓄電池里面，調節電壓從3.7伏到6伏，可以對MP3、MP4、iPad、數碼相機和手機等產品充電。而專門的太陽能手機充電器則是直接將太陽能的能量轉換為電能存儲在太陽能手機充電器的內置電池里，在需要對手機充電時，太陽能手機充電器里的蓄電池將電能輸出，對手機進行充電。

但是，太陽能充電器也有很多缺點。國家發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又環保，但電量轉換效率非常低，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生的小輸出率的電量也很難充滿手機。

北京郵電大學電子工程學院的張洪欣教授也認為，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有關，現在還達不到市場化的要求，即電量不好保證，很難獲得市場。

看來，這些新型的充電技術看起來很潮，實際應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，它們始終不能代替用戶對無線充電的需求。新型充電技術多為雞肋，用戶對手機無線充電時代的到來愈發期待。

充電革命還處于起步階段

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

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

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

據了解，目前市面上還確實存在一種Qi標準無線充電器，而且淘寶上銷售這類產品的商家已經超過2萬。

Qi便是基于電磁感應原理進行輸電的一項技術，這種充電器對手機有一定的要求。首先手機電池上必須有無線觸點，然后在電池無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，就像把手機放在一個“電磁爐”上，便可以給手機充電了。如果是蘋果手機這種電池不能拆卸的手機，就要在手機外面套一個無線接收端手機殼，手機殼要與手機充電接口相連，才可以實現無線充電。

據介紹，Qi現階段的設計目的是為5W以下的電子產品提供無線電力供應，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。但是，此款產品雞肋的地方在于它并沒有擺脫充電器的束縛，還必須將手機緊貼充電器，相較于有線充電，更不利于邊充電邊使用手機。

其實，Qi無線充電器的出現已經向無線充電革命邁進了一大步，可能百年之后它會被譽為無線充電技術的前身，Qi充電技術所基于電磁感應原理是目前最主流的無線充電技術的一種，雖限制不少，但基于電磁感應的無線充電技術也是目前最成熟的技術。

隨著全球智能手機市場競爭愈演愈烈，無線充電成為各大手機制造商志在必奪的蛋糕。據統計，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，它們都可以通過感應無線充電器充電。

但是如果想要不把手機放在“電磁爐”上，電磁感應充電技術恐怕要徹底革新。目前已知的其他技術有磁共振充電技術，可以讓支持該技術的設備能夠放在離電源最多幾英尺開外的地方進行充電。磁共振充電基于與磁感應同樣的發射器技術，但是它能夠實現更遠距離的輸電。但是目前這項技術并沒有什么太大的進展。

無線充電還需繼續探索

有網友認為：“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。”確實，無線充電的今天，存在著一些尚待解決的問題。

北京郵電大學計算機學院的楊旭東教授曾經帶領他的科研團隊研究了無線充電技術，該團隊負責人表示，電磁感應是目前最普遍的充電方式，得到的電量也較為充裕，足夠手機使用。而目前正在進一步研發的是磁共振技術，當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產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系統和心血管系統，這也是需要繼續探索克服的問題。

第4篇：電磁感應輻射范文

【關鍵詞】磁流體電磁感應洛倫茲力微觀動生電動勢法拉第

磁流體發電技術，是高溫氣體電離成導電的離子流，高速通過磁場時，“磁流體”切割磁感線，產生感應電動勢的技術，可以把熱能直接轉換成電流，而不再多經過內能到機械能這一過程，理論上發電的效率要比傳統發電更高，這種技術也稱為"等離子體發電技術"。

對磁流體發電原理的分析，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，垂直進入磁感應強度B的勻強磁場，正負電荷所受洛倫茲力方向相反，偏轉方向相反，上下兩板積累電荷激發電場。穩定時有：

qE=qvB，粒子不在偏轉即有E=Bv，

兩板間形成勻強電場有：

U=Ed聯立兩式有U=Bdv。

教學過程中，不少學生發現這個式子與法拉第電磁感應定律中，導體棒切割磁感線的電動勢表達形式一致。兩者間是否有聯系呢？若導體棒切割磁感線，不難發現導體中自由電子與棒一起定向移動，而磁流體發電中，等離子體定向移動，切割的是“磁流體”，導電的流體起到了金屬導線的作用。當然法拉第電磁感應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，大部分學生會想到是法拉第電磁感應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定律的基礎上，提出麥克斯韋電磁理論，認為變化的磁場在空間中會產生渦旋電場，這也是感生電動勢產生的原因。從微觀角度看磁流體發電，我們能得到什么啟發嗎？經過思考，發現棒電動勢的原因又是什么呢？想象力是最偉大的，導體棒切割磁場，棒中自由電子類似磁流體中離子的定向移動，如下圖所示。

取極短一段導體研究有：

導體水平切割磁場，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，直到分布在導體棒上的電荷在棒內產生的電場力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，只要進行累加即可。

看來產生動生電動勢的根本原因是磁偏轉，產生電能的、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。（不少同學這里恍然大悟）

比較另一物理情景，固定的閉合導體環中磁場變化產生感應電流，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生渦旋電場，渦旋電場對導體環中自由電子做功，提供能量。看來動生與感生電動勢產生的原理微觀角度來說是不同的啊，能量的轉化也不同。

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越性。如右圖，導體棒向右切割，要判斷是否有感應電動勢。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，只要導體棒切割磁感線，就會有電動勢產生，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，在其外部產生一個中心輻射磁場（磁場水平向外），設一個與磁鐵同軸的圓形鋁環，鋁環所在處磁感應強度為B，下落過程中鋁環平面始終水平，鋁環半徑為R試求：（1）鋁環下落的速度為v時鋁環的感應電動勢是多大？

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，沒有感應電動勢。從微觀角度，導體環切割磁感線，自由電子磁偏轉，可以把環形導線“拉直”，環中的感應電動勢E=BV（2ΠR）。為什么兩種角度思考有不同結論呢？法拉第經過實驗，總結出了“只要穿過閉合電路中的磁通量發生變化，閉合電路中就有感應電流。”這是正確結論，但反過來不能說“只要有感應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出，但這樣做往往會導致忽視了動生 電動勢與感生電動勢的微觀角度本質的區別。

同樣的圓盤轉動切割磁感線，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。

這是某地市質檢題目：如下圖所示，在豎直平面內放置一長為L、內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、質量為m。玻璃管右邊的空間存在著勻強電場與勻強磁場.勻強磁場方向垂直于紙面向外，磁感應強度為B；勻強電場方向豎直向下，電場強度大小為mg/q，場的左邊界與玻璃管平行，右邊界足夠遠.玻璃管帶著小球以水平速度V0垂直于左邊界進入場中向右運動，由于水平外力F的作用，玻璃管進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，總洛倫茲力不做功。Wfy+Wfx=0，F=N=fx，故WF=-Wfx=Wfy.若平時教學中，學生能正確分析動生的微觀原理，那么本題就不會出現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。考察了對麥克斯韋定律及法拉第電磁感應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中我們也應該引起足夠重視。

另外教學過程中也可以穿插物理學史，如1832年法拉第首次提出有關磁流體力學問題。他根據海水切割地球磁場產生電動勢的想法，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差，未達到目的。1937年哈特曼根據法拉第的想法，對水銀在磁場中的流動進行了定量實驗，并成功地提出粘性不可壓縮磁流體力學流動（即哈特曼流動）的理論計算方法。讓同學感受物理學習過程中，想象力的重要，同時也體會到物理的樂趣。

總得來說磁流體發電技術是物理教學的一個很好切入點，可以加深對法拉第電磁感應定律的理解，這在高考中應試中難題的突破是有幫助的，也可以豐富同學的物理學知識，放飛想象的翅膀。相比傳統發電，它可以減少由內能到機械能這一環節，提高能量的使用效率，對實現美麗中國或有促進，給我們同學留下一個很好的展望空間。

第5篇：電磁感應輻射范文

 

經過科學家的長期研究發現，電磁干擾是一種“電磁感應”現象，它會嚴重干擾防空警報的無線通信效果和質量，因此，針對防空警報無線通信的電磁干擾進行防范非常有必要。

 

一、防空警報控制系統的功能

 

1)控制功能。控制系統是整個防空警報系統的指揮中心，控制著防空警報系統中的每個終端，負責發送命令，使警報終端發揮其應有的功能。單點報警與多點報警的區別是，多點報警信息來自不同的終端地址，需要系統對其一一識別后，再按照相應的順序對其下發指令;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)監視功能。在防空警報系統中，對于每個被點擊的警報終端，控制系統都會有所記錄，并在數字地圖界面上進行標識，若控制該終端，則系統會將控制命令發送給警報終端，從而實現了對警報終端的監視。3)管理功能。控制系統的控制中心具備管理模塊，只要將警報終端的個體信息預先輸入數據庫，管理模塊便可實現對這些終端的分類管理。

 

二、防空警報電磁干擾的構成要素

 

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，其在運行時會產生過大的噪聲頻率，進而擴散到半導體元件，最終產生了諧波干擾。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傳遞。電磁干擾最常見的方式是通過導線傳播，導線在高負荷工作狀態下產生噪聲，這為電磁波傳播提供了空間。無論是通信設備或電力設備均有導線連接，因而導線已經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生作用，若設備未安裝可以感應干擾的元件，就不可能出現電磁破壞。根據相關研究表明大多數造成電磁干擾的電磁波都是通過接收器來進入收信機的，從而影響了信號傳輸的質量，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，收信機在接受信號時很容易出現信號混亂，這就被稱為通信道干擾。因為收信機接受信號的方式是一樣的，所以中頻通帶是不能對信號進行篩選和屏蔽的。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量，進而致使信息傳遞出現錯誤，嚴重影響了無線電臺的正常工作。2)鄰頻道干擾。鄰頻道干擾產生的原因是因為信號發射機信在進行無線電波信號輸送時，出現了接收錯誤，進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量和工作效率。3)互調干擾。a.發信機互調，其產生原因是因為臨近發射天線的間隔設置不合理，在天線發出信號時，就會引起信號之間的互調，進而出現另一個頻率，隨同原有頻率一同發出，這必然會影響信號傳輸的質量。b.接收機互調，當接收機同時接受同時多個信號時，會因為進入非線性作用的影響，造成內部信號互調。

 

(二)非無線設施的干擾

 

電磁波干擾也被稱之為無線設施干擾，其發生的原因是因為靜電感應與電磁感應出現傳輸沖突，或者是電磁波的輻射干擾，從而影響信號接受設備的靈敏度與準確度。同時，載流導體彼此間也會互相作用，產生電磁感應，而電磁感應也是造成無線信號傳輸質量下降的原因之一，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調，以避免出現信號干擾的問題;根據實際的地形情況和設置要求，制定出科學實用的基臺建設方案 確保無線通信工作的質量和效率。2) 防治互調干擾的對策。第一，在滿足頻道數量規定的情況下，優先使用頻道使用量低的頻道組。同時為了降低互調干擾的影響，多組發信機共用一個天線時，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，要注意架設的方式要使用垂直架設。同時，在動臺發信機中合理的運用APC技術，也能夠降低互調的影響。 3)防治鄰頻干擾的對策。為了降低鄰頻干擾的影響，經常使用的方案是將發射信號寬帶控制在一定范圍內，并提升中濾波的選擇功能和優化控制系統，但是注意需要把發信機調制解調器調整為IDC電路，這樣才能實現對信號寬帶的控制。將功率控制設置為自動控制，系統會根據實際變化自動調整信號的輸出功率，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，才能根據具體的情況采取相應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、電機運轉等位置，因為其常有電流和電壓的大范圍波動。通常可以使用調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：限制電磁傳導和隔斷輻射干擾。

 

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

 

接收機的敏感度高低與電磁干擾影響和接收機的信號傳輸質量都成正比例關系，靈敏度高電磁干擾強，傳輸質量也越好，反之亦然。所以在選擇使用降低接收機的敏感度時，必須慎重考慮，在保證傳輸的質量的前提下，選擇相應的處理措施。

 

五、結語

 

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生的各種不良影響。

第6篇：電磁感應輻射范文

關鍵詞：110kV變電所；工頻電磁場；強度監測；實測數據；環境影響 文獻標識碼：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

變動的電場會產生磁場，變動的磁會產生電場。1831年，英國人法拉第發現了這一奇妙的現象，后人稱之為法拉第電磁感應定律，并利用這個原理開始發電，各種用電設施逐漸出現在人類生活的各個方面。經過一百多年的發展，電力已經成為人類社會不可缺少的能源之一。由于電能必須經過變電所輸送、分配，隨著電能的廣泛應用，變電所的數量逐漸增加，其電壓等級也不斷提高，使人們居住環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”等的報道開始出現在各種媒體中傳播，導致公眾漸漸對電力電磁現象產生恐懼，甚至達到談之色變的

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。國際權威組織在極低頻環境健康影響領域內，也只涉及電場與磁場分析，而不使用“電磁輻射”這一籠統模糊的概念，更沒有任何國際權威組織會在該領域誤用“電磁輻射”這一術語。

2 監測實施

2.1 監測儀器

意大利產PMM8053電磁場強度儀、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，其計量性能溯源至國家計量基準，并在有效期內。

2.2 評價依據

國內暫未制定有關居民區工頻電場評價標準，可引用國家環保總局《環境影響評價技術導則 輸變電工程》（HJ 24-2014）中規定的推薦值作為指引標準。規范中“推薦暫以4kV/m作為居民區工頻電場評價標準，推薦暫以應用國際輻射保護協會關于對公眾全天輻射時的工頻限值0.1mT作為磁感應強度的評價標準”。

3 監測過程

3.1 樣本及監測點的選取

紹興市質量技術監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、戶外設備戶內布置式變電站、氣體絕緣（GIS）變電站。額定負荷均為2×50MVA，高壓進出線回路均為2回。測試點分主變、控制室、進出線、圍墻外四個

區域。

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、低壓側和兩主變中間）或控制室控制屏外殼1m、2.5m、5m。圍墻內進出線正下方距圍墻1～2m開始測，向垂直于進出線方面每間隔2m測一次，共測4～8點。圍墻外從距圍墻1m開始測，沿進出線方向每間隔2m測一次，共測6點。測量讀數：每1min讀一個數，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果。

3.2.2 測量點數量：本次監測主變周圍共設15個點，圍墻內進出線周圍各設8個點，控制室設6個點，圍墻外各設6個點。

3.3 監測結果

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

3.3.2 戶外設備戶內布置式變電站。主變周圍電場強度最高1.69kV/m，最低0.70kV/m，平均值為0.95kV/m。磁感應強度最高13.124uT，最低1.705uT。圍墻內進出線周圍電場強度最高1.84kV/m，最低0.176kV/m，平均值為0.89kV/m。磁感應強度最高12.410uT，最低0.217uT。控制室內電場強度最高0.33kV/m，最低0.15kV/m，平均值為0.18kV/m。磁感應強度最高0.315uT，最低0.122uT。圍墻外電場強度最高1.77kV/m，最低0.22kV/m，平均值為0.31kV/m，磁感應強度最高2.417uT，最低0.123uT。

3.3.3 氣體絕緣（GIS）變電站。主變周圍電場強度最高0.88kV/m，最低0.36kV/m，平均值為0.41kV/m。磁感應強度最高7.718uT，最低1.705uT。圍墻內進出線周圍電場強度最高0.84kV/m，最低0.192kV/m，平均值為0.64kV/m。磁感應強度最高8.044uT，最低0.236uT。控制室內電場強度最高0.32kV/m，最低0.14kV/m，平均值為0.17kV/m。磁感應強度最高0.318uT，最低0.120uT。圍墻外電場強度最高0.77kV/m，最低0.20kV/m，平均值為0.29kV/m，磁感應強度最高0.835uT，最低0.123uT。

3.4 結果分析

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架空進線產生的，在現場測得的最大磁感應強度值為23.126μT（110kV架空線與另一路110kV電纜的共同影響）；對采用110kV電纜進線的戶外布置式變電站，在110kV進線電纜溝上方實測得的最大工頻磁感應強度均小于19μT。戶外設備戶內布置式變電站在主變壓器滿負荷（2×50MVA）情況下，墻界處的工頻磁場，除進線電纜溝上方（由地下電纜產生的磁場）外，均不超過2μT（110kV進線電纜溝上方產生的最大工頻磁場水平不超過15μT）。戶外設備戶內布置式變電站。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。即使在滿負荷（2×50MVA）運行時，除臨近110kV電纜進線部位以外，建筑物外5m距離處的磁場水平不超過1μT（110kV電纜進線溝上方最大不超過10μT）。

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

3.4.3 位于市內的變電站。圍墻外1m處的磁感應強度一般小于1.25μT。而且由于該類變電站多數位于市區，變電站外環境復雜，易受進出線和路邊10kV或380V電力線路影響，很難看出變電站產生的電磁場的變化趨勢。

3.4.4 電場強度與變電所種類無關，只與距離

有關。

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

4 結論

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

5 結語

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

參考文獻

[1] 中華人民共和國國家環境保護標準：環境影響評價技術導則 輸變電工程（HJ 24-2014）[S].

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

[3] 中華人民共和國國家環境保護標準：交流輸變電工程電磁環境監測方法（試行）（HJ 681-2013）[S].

[4] 中華人民共和國國家環境保護標準：輻射環境保護管理導則 電磁輻射監測儀器和方法（HJ/T 10.2-1996）[S].

第7篇：電磁感應輻射范文

關鍵詞：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品，如無線電話，藍牙耳機，紅外傳輸，無線鼠標……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人們的生活。無線輸電嚴格來講就是無線電源，一切用電設備將不在需要連接電源的導線。

無線輸電優點

電能作為一種能量，傳統的電能傳輸主要是靠導線或導體進行輸送，但是從發電，輸電，變電，配電，用電在這些復雜的環節中，要使用大量的導線，桿塔，變電設備和換流設備，對電網的日常維護也是離不開的。無線輸電能夠省去電力輸送過程中的諸多環節，使電能輸送變得更為經濟。而且傳統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備，比如筆記本，手機，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化為高頻電流，然后再由空氣作為傳輸媒介來輸電。經常看到的特斯拉線圈就是能夠生產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特斯拉線圈產生的高頻電流經過自己的身體，使一顆無線燈泡發亮的展示。特斯拉線圈的線路和原理都很簡單，本質是一個可以獲得高頻電流的變壓器。后來特斯拉又發明了放大發射機，也就是現在的大功率高頻傳輸共振變壓器。特斯拉把地球作為內導體，地球電離層作為外導體，通過放大發射機，這種放大發射機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來傳輸能量。可惜特斯拉有生之年沒有財力實現這一發明，在這位巨匠隕落之后，這項技術被擱置，目前此技術又被重新研究。特斯拉線圈結構如圖1所示

圖1

電磁耦合共振的無線輸電：這種技術已經得到了應用，并且制造出了一些科技產品，為數碼相機，手機，筆記本進行無線感應充電。既然是感應充電，需要將用電設備置于感應裝置上才能對其進行充電，即充點墊。此技術尚在研究階段，感應距離是很微小的，遠遠不能滿足輸電的要求。近日麻省理工學院的一個研究小組在2米的距離內實現了無線輸電，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，相當于開啟了一個電能傳輸的通道。

電磁耦合式無線輸電是一種基于電磁感應原理的輸電方式，可以達到輸電設備與用電設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手段。該系統主要由三個部分組成，能量發送端，無接觸變壓器和能量接收端。簡化圖如圖2所示

圖2

由于這種系統屬于疏松耦合系統，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中的樞紐部分，對穩定電流，高效傳輸起決定性作用。能量發射端由整流濾波電路，高頻逆變裝置和控制電路構成，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展為太空輸電，那么能源是取之不盡用之不竭的。太陽內部熱核反應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電，引起的全球變暖問題，同時環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度是地面的15倍，從地表發射一個帶有單晶硅太陽能電池板的衛星，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傳送到地表，然后通過無線輸電技術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，會給各科領域帶來新的輝煌。其簡化圖如圖5所示。

結束語

本文將特斯拉線圈的電磁感應與電磁耦合相融合，使電磁感應無線輸電的低效率與電磁耦合輸電的短距離相彌補。以現有的研究水平對無線輸電進行了說明和推導公式的展示，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

[1]曾翔，基于磁耦合共振的無線輸電系統設計[J]，四川理工學院學報:自然科學版,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），北京科學出版社，2001

[3] 趙相濤,無線輸電技術研究現狀及應用前景,2010

[4] 李 平，諧振式無線輸電的可行性研究 [ J]， 廣西師范學院學報: 自然科學版, 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，無線供電方案及應用 2009（2）

第8篇：電磁感應輻射范文

【關鍵詞】管道企業SCADA系統；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，意思是數據采集和監控，是一種實時采集和分析數據的計算機監控系統。SCADA系統主要由兩大部分組成：一是下位機系統，即可編程邏輯控制器控制系統，該控制系統為熱備可編程邏輯控制器控制系統；二是上位機系統，即計算機實時監控系統，實時監視與控制現場設備。該系統包括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機柜室；各輸入輸出模塊電纜與站場的液位開關、液位計、壓力變送器等現場儀表通訊，采集數據，輸出指令，保證輸油生產正常運行；CPU通過以太網模塊、交換機、協議轉換器、路由器通過光纖到通訊系統，通過局域網與公司SCADA服務器通訊，站控工作站通過交換機與下位機系統通訊。SCADA系統電子信息設備的耐壓和抗電磁干擾性能比較低，雷電所伴隨的強大的感應電磁場以及在金屬導體中產生的感應過電壓，影響著SCADA系統電子設備的正常工作，每年雷雨季節，時常有輸入輸出模塊擊壞的現象，給輸油生產帶來很大的隱患，為了輸油生產正常運行，有必要對SCADA系統設備進行防雷保護。

1 雷電的本質及效應

早在1772年美國科學家富蘭克林就首先揭示了雷電的本質，實際上是一種電現象，雷電發生時可在千分之幾秒到十分之幾秒產生幾百千安的電流、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、劇變的靜電場和強烈的電磁輻射等物理效應，給人類造成多種危害。人類通過總結認識到了雷電的效應：雷電對人體的生理效應；雷電的電動力效應；雷電沖擊波效應；雷電光輻射效應；雷電的熱效應和機械效應；雷電的靜電感應效應；雷電電磁感應效應；高電壓引入效應。認識到了雷電各種入侵路徑，提出各種預防雷電的方法。下面主要談談下位機系統防雷措施。

2 現場儀表的防雷

現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，產生高電壓高電流，因此必須電氣防雷結合，盡量避免儀表成為接閃器；雷電的靜電感應效應和電磁感應效應而在儀表及線路上感應高電壓大電流，擊毀儀表設備絕緣和設備，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、金屬保護箱應為全封閉的，屏蔽各種靜電和電磁干擾；需要進行雷電防護的非金屬外殼的儀表應裝在鋼板材質的儀表保護箱內；現場儀表的金屬外殼、儀表保護箱、接線箱及機柜的金屬外殼應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電子設備損壞，現場儀表金屬外殼可以通過金屬安裝支架或金屬設備自然接地；金屬容器、塔器和操作平臺上現場儀表應與操作平臺和設備等電位連接，防止雷電流產生的電位差，造成儀表損壞或對人體的傷害；連接電纜應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，外屏蔽層至少兩端接地，內屏蔽層一端接地；儀表信號線采用雙絞線芯對；對雷電產生的浪涌電流，現場儀表應采用裝配式電涌防護器，也可以采用內置集成式電涌防護器或通用的電涌防護器，安裝電涌防護器不能破壞儀表的防護等級的要求。

3 PLC機房的防雷

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

3.1 直擊雷的防護

當直擊雷擊中機房時，機房會有很強的雷電流，平均有30KA，如果機房沒有直擊雷的防護設備，當雷電擊中時，機房的電壓降分布不均勻，進而造成局部高電位反擊，從而損壞設備，甚至傷害人員；再有，強大的直擊雷電流使機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同時破壞接在電網和信號線上其他設備，這種雷擊是對機房設備危害最嚴重一種，在雷雨季節，在管道的基層站隊時常有機房設備遭雷擊的事件發生，損壞PLC模塊、儀表和其他計算機設備，一些管道基層站隊的PLC機房沒嚴格按照石化企業計算機機房設計規范的要求設計，只是一般企業廠房，達不到PLC機房的防雷要求。機房所在大樓應設置獨立的避雷針和避雷網把整座建筑物保護起來，將雷電流引入足夠遠的地方入地，避免雷電流入地時產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 感應雷的防護

感應雷是因為直擊雷放電而感應到附近的金屬導體中的，感應雷通過兩種不同的感應方式入侵導體。

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

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

管道企業幾年前的通訊系統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，應是很好的避雷裝置，但是，站隊的PLC設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準，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有強大的變化得電磁場，處在這樣電磁場中的導體會產生出較大的電動勢，如果形成閉合回路還會有感生電流，由于微波塔的存在，基層站隊落雷機會反而增加了。這是防感應雷的措施不到位而導致的。

為防止感應雷對SCADA系統的破壞，SCADA系統電源線、信號線、控制線采用有金屬屏蔽層的電纜，全線直接埋地進線或沒有金屬屏蔽得電纜穿金屬管進線，如果不能做到全線直接埋地，直接埋地的絕對長度不應小于15M，在架空線與埋地線交界處應焊接氧化鋅避雷器。為防止雷電波的沖擊，所有進出大樓的金屬物包括各種金屬管道各種電纜的金屬外皮，建筑物本身的基礎鋼筋網以及大型的金屬構件如配電屏、UPS機柜、PLC機柜等都應連接成統一的電器整體，與同一的接地網相聯；所有進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、數據線都應接上合適的避雷器，并將其接地與機柜外殼接地接到統一的接地網，構成等電位連接，避免雷電反擊，由于雷擊產生的暫態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出暫態過電壓波，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金屬機柜，電纜的金屬保護套等都是很好屏蔽材料；由于樓的頂層容易遭受側擊雷的襲擊，機房應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

為了避免高電壓經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毀壞后繼設備，以及進一步防止電纜遭受二次感應，電源線應采取多級保護，管道企業基層單位的供電一般經過高壓變電到低壓間配電，再進入PLC機房給UPS電源供電，已經進行2級保護，但在雷雨季節仍然發生過雷電擊毀UPS電源的現象，因此UPS電源進線端仍有必要加裝電涌保護器的需要，從配電間到PLC機房的電源線應采用有金屬屏蔽層的電纜全線埋地進線或無金屬屏蔽層的電纜穿金屬管進線，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場的儀表設備相連，易遭受雷擊，而在線路導體上產生高電壓，以雷電波的形式向線路兩端轉播，毀壞現場儀表和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線或無金屬屏蔽層的電纜穿金屬管進線，根據電流的趨膚效應，大部分電流是通過金屬外表流過，因此線路外表應做金屬屏蔽處理，做好屏蔽接地，使雷電電磁感應通過屏蔽層泄流到大地而起保護作用。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，需要對室內的金屬構件進行等電位連接與建筑物的防雷接地系統相連接，形成一個電氣連續整體，避免發生雷擊時不同的金屬外殼或構架之間出現暫態電位差，造成絕緣或設備的損壞。

工作站的雷電防護與PLC機房的防護類似。

4 結束語

近年隨著SCADA系統規模越來越大，控制的設備越多，企業加強了對雷電重視，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%的防護效果，防雷設計是一個系統工程，必須具有整體觀念，綜合考慮。

【參考文獻】

第9篇：電磁感應輻射范文

【關鍵詞】 電池； 供電； 轉換效率； 植入式醫療器件

【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

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

1 植入式醫療器件簡介

1.1 植入式醫療器件分類 在各類醫療電子產品中，有的直接在生物體外進行使用，有的則需要通過手術植入到生物體內才能工作，稱為植入式醫療器件（Implanted Medical Devices，IMDs）[2]。植入式醫療器件的種類繁多，包括了對人體整個身體部件的各種輔助和救助設備，常見的植入式醫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，或者治療某些疾病[3]。

植入式醫療器件可分為被動式和主動式兩種，大多數被動式的植入式醫療器件是非電子產品，如心臟支架、人造關節、人造瓣膜等組織結構裝置。主動式的植入式醫療器件包括調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，神經刺激器、治療弱視或者視盲的植入式視網膜等各種激勵系統，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 植入式醫療器件基本組成 植入式醫療器件通常由兩大部分組成，即體內植入部分和體外測控部分。體外部分的任務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學儀器相同， 系統的關鍵點主要集中在植入部分以及體內外的信息和能量的交換。

2 植入式醫療器件的基本供電方式

2.1 鋰電池技術 鋰電池技術是目前醫療行業最常見的用于植入式醫療器件供電的一種電源，該技術已成熟，并且有單體輸出電壓高、體積小、安全性高等諸多優點[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格的控制，這意味著植入電池的容量不會很大。當電池能量耗盡時，植入式醫療器件也就停止工作，必須進行手術更換電池。對于心臟起搏器，鋰離子電池的理論設計壽命是6～10年，當電池消耗了約85%時（一般約為5～7年），就不能保證它在人體內的運轉，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鍵因素。

2.2 磁感應技術 除了鋰電池已被應用于臨床外，另一種被應用的供能技術是電磁感應技術。該技術是利用植入人體內的線圈和體外線圈電磁耦合來對電能進行傳輸[8]，對體內的電池進行無線充電，如圖1所示。磁感應技術能夠進行電能的無線傳輸，將體外豐富的能量輸入體內對器件供電，極大的延伸了植入式醫療器件使用壽命，解決了當鋰電池用完后必須進行手術更換的弊端，大大減輕了患者的痛苦。但是，磁感應技術的能量傳遞效率較低，一般來說，距離越近，傳輸效率越高，當距離大于4 cm時，基本實現不了充電[9]。并且該技術需要專門的充電設備，充電效率不理想。提高該技術的充電效率是必須進一步研究的關鍵。

3 植入式醫療器件供電方式的新進展

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

對于植入式醫療器件的供能方式，需要長壽命、安全、穩定、無需維護。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、免維護的設備中，如地球衛星、IMED等，具有很大的發展潛力[13]。

3.2 體導能量傳遞模型 植入式醫療器件的體導電能量傳遞是一種新興的無線充電方式。它利用人體內游離的離子在外加電場的作用下會發生定向移動的原理，產生電流[14]。植入式醫療器件的體導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，通過人體內游離離子把能量傳遞到植入人體內的電極上，電極再把電能儲存在植入式醫療器件的電池內[15]。在充電過程中，把體導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 基于人體動能驅動的電磁感應供電模型 基于人體動能驅動的電磁感應供電模型是通過采集人體即時產生的機械能進而轉化為電能的一種方式[17]。該供電方式最重要的優點在于以人體下肢作為能量提供場所，用腳的運動提供機械能，進而轉化為電能予以收集、利用，相對于普通的電池供電而言，避免了當電池電量耗盡時，再通過手術跟換電池時對患者造成的痛苦和經濟負擔。圖4所示的是人體典型動能驅動模型。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，從而產生電能并對電能進行儲存、利用[18]。但是該模型的產電能力較弱，且在運動過程中如何存儲電能，如何將所存儲電能調整到植入式醫療器件工作電路所需的電路參數仍然有待于進一步研究。

3.4 生物燃料電池技術 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，將化學能轉變為電能，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療器件的供電。

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

3.5 光電供電技術 功能性光電材料近年來發展迅速，即利用光電效應將光輻射的能量轉化為電能。如經皮直接照射近紅外光，通過光電池產生電能，該方法還可以結合可充電電池用，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化為電能，使用850 nm激光源照射，光電轉換效率達40%，可產生3 V的電壓，功率達到10 mW[22]。隨著新技術的發展，太陽能電池在植入式醫療器件供電領域也有研究報道，有研究通過太陽能薄膜電池為植入式醫療器件，該薄膜電池的厚度大約為2～3 ?m，可以方便植入到體內，其轉化效率也在進一步的研究中[23]。

3.6 核能技術 核電池是一種將核能轉化為電能，并且能夠為植入式醫療器件長期提供很高能量的裝置。該技術具有體積小，重量輕，壽命長，不受外界影響等優點。核電池在醫療領域中最重要的應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），以其裂變產生的能量再通過熱耦合技術轉化為電流，150 mg即能夠為心臟起搏器提供10年以上的能量[24-26]。

核電池壽命長的優點使患者減少了更換電池而反復進行開胸手術的巨大痛苦。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。該技術可適用的范圍受到核燃料特殊性的局限。

4 總結與展望

醫療植入式電子器件不同于體外應用的醫學儀器，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，能夠在自然狀態下高精度測定人體的生理、生化參數，研究生物體的生理、心理狀態。植入式醫療器械的研制和發展很大程度取決于支持它們在體內連續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行能量的補充，但其效果并不確定。低功耗或是極少出現高功耗使用情況的植入式醫療電子器件通常可以利用內部電池供電，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測、數據記錄等工作。某些植入式醫療電子設備也可以用便攜的外部電源供電，通過射頻電磁感應進行能量傳輸被認為是能使人工心臟持續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，技術成熟并且制造成本低。現在臨床應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行三次充電，這必定增加患者的經濟負擔，但最主要的還是增加了患者手術的痛苦。為了解決這一問題，大容量儲能元件應運而生，核電池的出現即為植入式醫療器件解決了能源問題。以核能供能的植入式醫療器件，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，安全穩定，但它的成本相對較高，而且技術尚未成熟，尚不能應用于臨床。

隨著植入式醫療器件的復雜化，系統的功耗越來越大，對于短期植入式醫療器件，電池完全可以勝任，但對于長期植入式醫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供電效率可達70%左右，還可以同時傳輸數據，但電磁耦合方式會與其他電子器件發生干擾；光電供電同樣可實現長期供電，但轉換效率不高。此外，以上供電方式也可結合使用，如將經皮能量傳輸與可充電電池結合起來，為人工心臟提供能量，這就為功耗較高、長期植入的醫療器件提供了一種解決方法[30-31]。

植入式醫療器件目前主要還是依靠特定的設備來提供電能，但最理想的還是能夠利用人體自身或者人周邊的環境來進行供能，如機械能（身體運動、肌肉拉伸、血管收縮）、振動能（聲波）、化學能（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動的電磁感應供電模型等方式就應運而生了，但是同樣面臨能量轉換效率的問題仍需進一步研究。

隨著植入式醫療裝置的廣泛使用，推動了植入式醫療器件供電方式的進一步發展，植入式醫療器件發展迅速，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鍵和難點。

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