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高密度电磁辐射对人体健康造成的不良影响已经被确认,越来越多的研究也表明:长期暴露在低频或低强度电磁辐射中会损害人体健康,即使接触功率很小、频率很低的电磁辐射,也可对机体产生危害。
1.电磁辐射及种类
电磁辐射(ElectromagneticRadiation.EMR)是带净电荷的粒子被加速时,所发出的辐射,是能量以电磁波的形式通过空间传播的物理现象。任意个振动的电荷都能在其周围产生电磁场,并发射电磁波向远方辐射能量。电磁辐射的波长愈短,频率愈高,其辐射的量子能量就愈大。
电磁辐射从来源上又可分为天然电磁辐射和人为电磁辐射。天然电磁辐射主要是指银河系和外层空间的宇宙电磁辐射,以及积聚在大气中的静电荷的放电雷电磁辐射等。人为电磁辐射主要包括极低频电磁场和射频电磁辐射两大类。在极低频电磁场中,以50Hz的工频电磁场最重要,它主要是由各种电压等级的输电线及各种电器所产生。在射频电磁辐射中,以广播、电视和各种高频设备所产生的电磁辐射最为常见。
广义的电磁辐射分为电离辐射和非电离辐射。凡能引起物质电离的电磁辐射称为电离辐射,包括X射线、γ射线、α粒子、β粒子、中子、质子等。不足以导致组织电离的电磁辐射称为非电离辐射,包括极低频(ELF,3Hz―3kHz).甚低频(VLF,3kHz―30kHz)、高频(HF,30kHz―lOOkHz)、射频(RF,lOOkHz―300GHz)、红外线、可见光、紫外线及激光等。
2.电磁辐射对人体健康的影响
步入21世纪以来,越来越多的公众和科学家认识到暴露于电磁辐射中对人类健康造成的风险。射频辐射,尤其是微波辐射(300MHz~300GHz)是对造成人体生理影响非常重要的电磁辐射。微波辐射在生活中无处不在,电源线、电视、移动电话、电脑、烤箱等日常电器均可产生。微波辐射造成的潜在影响包括引发恶性肿瘤(尤其是白血病和脑肿瘤)以及心血管和神经系统疾病。随着人们对微波辐射损伤的关注,皮肤辐射损伤逐渐成为研究方向之。但到目前为止,皮肤辐射损伤,尤其是微波辐射对生物体皮肤损伤相关数据仍是相对稀缺的。
3.微波辐射对皮肤损伤研究进展
微波辐射对皮肤损伤有两种不同机制。一种是致热效应,即一定频率和功率的电磁辐射射在生物体上时,引起体温上升。当温度超过皮肤的调温能力、受照射皮肤内吸收的能量远大生物体的新陈代谢能力时,会使皮肤的传热能力产生混乱,最后导致皮肤辐射部位温度升高,失水干燥,失去光泽。同时,为保持恒定体温,该部位毛细血管暂时性扩张充血,造成局部红斑现象。另一种是非致热效应,即各种频率电磁场所产生的生物效应,该机制下电磁能量密度不是很强,在人体内产生热量较少,但可造成辐射后活性氧增加,生物大分子DNA等损伤,可能导致氧化应激性增强,亦影响许多细胞因子、活性蛋白的表达,进而诱导各种生理变化。常用的手机、电脑等电器正常工作时,致局部组织温度升高很少(可忽略)不会产生明显的热效应,已有的研究也显示电器辐射影响生物体机能的主要是非热效应。
此外,从中医病机角度,有人认为电磁波乃六气之属,为火热之气,常则养人,电磁辐射乃六之属,为火热之邪,过则为灾,电磁辐射之火热外邪致病,先伤皮毛后伤气,先伤卫气后伤脏气,先伤肺心之气后伤脾肾之气,并提出了治疗电磁辐射损伤从气论治的观点。
研究表明,在2.45GHz无线设备辐射下(无线局域网络),雄性Wistar大白鼠皮肤氧化应激性增强,MDA含量显着增加,而在皮肤组织中SOD和GSH-Px的活动减少,微波辐射令皮肤抗氧体系受到影响。Ennamany等人,将人体重组角质形成细胞置于900MHz手机常用辐射下2h和18h,对皮肤细胞中的600个基因进行转录水平的分析,发现包括神经调节肽B、胎盘生长因子、转录因子AP-1在内的20个基因成显著上调,包括p防御素2在内的10个基因表达受抑制。其中,β防御素2是存在皮肤表皮中的一种小分子肽,具有直接杀菌、调节机体的免疫炎症反应参与皮肤创伤修复等生理功能,其表达失调或引起皮肤痤疮。Ennamany研究结果,提示微波辐射或可造成皮肤微生态失衡,引发痤疮。Garaj用7.7GHz、300W/O的连续波辐射体外培养的V79中国仓鼠成纤维细胞,发现微波辐射可抑制H3-胸腺嘧啶的掺入,从而阻止细胞进入DNA合成的S期,使细胞产生严重损伤。
4.微波辐射防护措施
Srinivasan M等在研究中发现番茄红素对辐射诱导体外原代培养的小鼠肝细胞的脂质过氧化作用及抗氧化作用具有良好的抑制作用。HanSK等发现人参提取物可诱导正常小鼠脾细胞Thl和Th2细胞因子mRNA的表达,也可促进辐射损伤脾细胞IFN-γ和Thl细胞因子mRNA的表达,从而恢复T细胞免疫功能。Kalpana KB等在研究中发现橘皮苷对辐射诱导的体外培养的人外周血淋巴细胞的损害具有积极的保护作用,证实了其对人体淋巴细胞有明显的辐射防护作用。
人们在认识微波伤害、研究微波辐射对人体伤害过程中,也在积极思考微波辐射的防护,早在20世纪50年代以前苏联和美国为代表的许多国家就开展了含微波在内的电磁辐射防护标准的研究,研究对象主要为电磁辐射环境中作业者的防护问题。随着时代的发展和电子产品的应用,普通人群接触微波辐射的机会也越来越多,微波辐射的防护越来越受到人们的重视,防护措施也在不断进步。
目前,防护微波辐射损伤的途径可归结为两大类。
第一种途径是消除或减弱人体所在位置的磁场强度。其主要措施包括屏蔽与吸收。
屏蔽即电磁屏蔽,是将电磁能量限制在所规定的空间,阻止向被保护区域扩散的技术措施。电磁屏蔽装置由铜、铝或钢(铁)制成。导体表面的场强最大;越深入内部,场强越小。这种现象就是电磁辐射的集肤效应,电磁屏蔽就是利用这效应进行工作的。现有的防护措施,如电脑保护屏、电磁防护服、手机袋等,大多是电磁屏蔽方法,易造成反射二次污染,且不能整体改善所处环境的电磁辐射强度,不能减弱电磁辐射对人体的长期累积效应。
吸收是指利用特定的吸收材料将电磁辐射(主要是微波)能量吸收掉以降低电磁辐射强度。吸收材料大致可分为谐振型吸收材料和匹配型吸收材料两大类。前者是利用某些材料的谐特性制成的,厚度较小,对很窄频率范围的微波辐射能量有吸收作用。后者利用材料和自由空间的阻抗匹配达到吸收微波辐射能量的目的,适于吸收很宽频率范围的微波辐射能量。
应用吸收材料的防护措施,一般多用在微波设备的调试上。调试微波设备时,要求在场源附近就能把辐射能量大幅度地衰减下来,以防止对较大范围的空间产生污染。吸收材料可由在塑料、橡胶、胶木、陶瓷等材料中加入铁粉、石墨、木炭和水等制成。此外,将吸收材料与屏蔽材料叠加组合可制成防护板、防护屏风,防止微波辐射的定向传播。同时能吸收电磁辐射的油漆、防电磁辐射水泥、防电磁玻璃和电磁波涂料等也正在被开发出来。
第二种途径是药物途径,即使用药物如辐射防护剂来减轻微波辐射对人体的危害。抗辐射药物,其研究在20世纪60年代后期达到高峰。这期间人们探索了大量人工合成化合物、天然药物和生物因子的抗辐射作用,并进行了相应的基础整理和研究。但由于高效、低毒、可供临床应用的辐射防护剂较难发现,导致人们对辐射防护剂的期望逐渐淡薄起来,20世纪70年代明显下降。近年来随着肿瘤放疗的进展及核工业的迅速发展,国内外对辐射防护剂的研究热情重新高涨。我国科学工作者从1958年以来开展了相当规模的辐射防护剂的研究。据粗略估计,50年来共筛选了7000多种新合成的化合物、成药和中草药。其中经过大动物实验的药物有100多个,有10多个药物已经过人体试验。研究水平可与国际上相比,在某些方面显示出我国的特色。
5.天然药物防护辐射途径与研究现状
防护辐射损伤作用是指在生物体辐射作用前或作用后应用能减轻辐射损伤程度。天然药物防护辐射作用的研究始于20世纪60年代,90年代中后期对其防护辐射作用的机制与药理实验研究逐步深入。由于天然药物含有多种成分,所以其防护辐射作用是多方面的,其作用机制主要包括对DNA、免疫系统、造血系统的保护作用及抗自由基作用,能够降低辐射对DNA的损伤,促进外周血象恢复,促进造血系统功能,抑制出血倾向,提高巨噬细胞吞噬率,吞噬指数和细胞面积,促进淋巴细胞转化和IL-2的分泌,抑制脂质过氧化反应等。天然药物还具有来源广毒性小、价格低等特点,因此天然药物抗辐射活性成分的研究已成为热点。
6.皮肤微波辐射防护护肤品现状
近年来电磁辐射污染源也急剧增加,以防辐射为主的保护皮肤类化妆品逐渐受到各方关注。产品特性主要有:①以防为主,方式单一,效果有限。主要采用物理隔离的方式,试图阻挡电磁辐射的侵害。电磁辐射的本质是电磁波,很难凭借物理隔离全部阻挡。②强调对紫外辐射防护,射频辐射、极低频辐射等电器辐射关注少。紫外辐射与电器辐射的频率不同,传递能量的高低,皮肤损伤途径均有差异。而电器辐射几乎无时不在,同样需要进行防护。亦不能与将其紫外防护混为一谈。③忽视恢复皮肤自身防御。皮肤自身存在防御机制(角质屏障、防御因子等),正常条件下能够抵御外界侵害。现有产品忽视皮肤正常防御功能的恢复,仅靠外源功效成分防御外邪,事倍功半。因此,市场对既能减轻辐射损伤、又能恢复皮肤正常防御的电器辐射防护产品的需求是十分迫切的。
关键词:电磁辐射,存在问题,对策
中图分类号:O441 文献标识码:A
1 城市电磁辐射污染源
随着我国城市化的快速发展,着科学技术的进步,无线电技术已经被广泛应用于国防、工农业生产、交通运输、通讯、信息产业等各个领域并深入到千家万户,它给人类创造了巨大的物质文明,但同时也把人们带进了一个充满人造电磁辐射的环境里。电磁辐射主要分为天然产生和人为产生,过量的天然电磁辐射和人为电磁辐射均会造成电磁辐射污染。一般而言,城市电磁辐射污染主要指人为电磁辐射污染,按照电磁波频率的大小,人为电磁辐射源又可分为工频辐射源和射频辐射源,其中射频辐射源释放的电磁波的频率较高且频谱范围较宽,其电磁辐射的影响范围也较大。各类电磁波发射系统、工频辐射系统、利用电磁能的工业、科学、医疗设备等甚至包括部分家用电器,均是城市电磁辐射的污染源或潜在污染源(见表1) 。
由表1可知,城市电磁辐射污染源(含潜在污染源)的种类多、分布广,存在于人们生活的方方面面,其中广播电视、雷达、卫星通信及移动通信对区域电磁辐射水平贡献较大,各种电子设备、室内线缆布设是居室电磁辐射污染的主要来源。
2 城市目前电磁辐射存在的一些问题分析
2.1 我国相关法规、标准还需要继续完善
1997年我国颁布的《电磁辐射环境保护管理办法》是我国仅有的针对电磁辐射污染防治的立法,属部门规章。随着城市空域电磁辐射环境的日趋复杂,该管理办法已不能完全满足目前辐射环境监管的需要,主要表现为法规的内容相对滞后、效力级别低、难以有效执行。虽然广播、电信、电力等部门在《广播电视设施保护条例》、《中华人民共和国电信条例》、《无线电管理条例》、《城市电力规划规范》等法规和规范中对电磁辐射污染防治作出了相应规定,但《电磁辐射环境保护管理办法》中的部分制度在这些法规中没有得到充分反映,在实际执法过程中常常出现电磁辐射污染纠纷的各方当事人各执一词、各执一法的现象。因此,有必要尽快制定与实施更高级别的电磁辐射污染防治法。
在电磁辐射防护标准方面存在以下问题:第一,上世纪80年代末原国家环境保护总局的《电磁辐射防护规定》(GB8702-88)和卫生部的《环境电磁波卫生标准》(GB9175-88)是我国电磁辐射防护领域的2个基本标准,但它们对环境电磁波容许辐射强度标准的规定存在不一致。管理标准的不一致直接导致在实际执行过程中,有关行政执法部门和监测部门采用的标准不一。而且,这2个标准的法律效力相同,发生冲突时需呈请国务院裁决其适用性。第二,关于高压送变电设施的工频电磁场强度限值尚无国家标准,相关部门推荐暂分别以4kV/m和0.1mT作为居民区工频电场标准和磁感应强度标准,这直接导致输变电设施电磁场评价标准的针对性不强,即对于不同电压等级的输变电工程均适用相同的标准限值。因此为做好电磁辐射环境影响评价工作和管理工作,应统一各标准中的管理限值,并加快设立尚未制定国家标准的电磁辐射设施的辐射水平限值。
2.2 城市空域电磁辐射能量密度不断增大
电磁辐射技术的广泛应用已造成城市空域电磁能明显上升。根据资料调查显示,某地区环境电磁辐射污染1991-2006年进行调查,该地区平均辐射强度增长17.5倍,年均增长率达12.1%。此外,根据有关资料调查显示,某市部分居住社区的电磁辐射监测结果虽符合《环境电磁波卫生标准》的1级标准(小于5V/m),但100KHz~3GHz频率段的电场强度已接近容许场强值的上限,部分社区的复合功率密度出现个别值超标现象。
2.3 电磁辐射纠纷日益增多
近年来,公众的辐射防护意识逐渐提高,对居住环境的电磁辐射暴露水平也更加重视,电磁辐射污染纠纷随之逐年增多。引发电磁辐射污染纠纷的主要原因有:在社区建设移动通信基站、10kV变电站等电磁辐射设施;在社区附近建设高压输变电设施、电气化轨道交通设施;房地产开发商隐瞒商品房周围电磁辐射污染现状,以及电磁辐射污染致人身伤害等。
2.4 电磁辐射设施环境敏感性日渐增强
城市和广播电视通信技术的发展使电磁辐射设施与公众的距离得以缩短,电磁辐射设施的环境敏感性随之日渐增强,主要表现为:城市扩张使一些广播电视和无线电通信发射台逐渐被新建城区包围,造成局部居民生活区场强较高;城市用电需求的增加及电网改造工程的实施使大量高压输变电设施进入城市市区,而且电压等级不断升高,其产生的工频电磁场可能对公众健康产生不利影响,此外其产生的噪声可能干扰广播和无线电通信;通信技术的发展使居民区被通信基站包围,虽然单个基站的功率较小,但是大量的通信基站会使城市空域电磁场不断增强,另外,高层建筑顶部建有的微波定向天线、卫星天线等,易造成对高层建筑的电磁污染;城市交通的迅猛发展使交通干线的电磁噪声不断加重,在车流量高峰时段的交通路口,电磁噪声值可达44~50dBμV/m。
3 对策与建议
在利用电磁技术推进城市建设、创建便捷生活的同时,应以电磁辐射防护管理办法与防护标准为依据,加强电磁辐射环境管理,优化电磁辐射设施布设,采取有效防护措施,以降低或避免电磁辐射对公众健康和环境安全的不利影响。
3.1 不断完善电磁辐射污染防治法规、标准
现行的《电磁辐射环境保护管理办法》已不能适应当前电磁辐射监管的需要,而且其与广电、通信等领域制定的相关法规无法全面兼容,因而适时制定与电磁辐射污染防治相关的专项法规势在必行。该法规须在综合考虑电磁辐射污染源及其辐射特性的基础上,以风险预防为原则,以保护环境与公众健康为出发点,建立健全城市电磁辐射环境容量控制制度、电磁辐射设施规划制度、辐射设施环境影响评价制度、辐射环境监管与监测制度、辐射环境风险预防制度、辐射危害事件处理与报告制度、公众参与制度等。
此外,为规范电磁辐射设施的辐射水平、提高电磁辐射环境监管能力,并为解决电磁纠纷提供标准数据支持,应加快出台统一的电磁辐射防护国家标准。该标准应根据电磁辐射的危害性,并借鉴国外标准限值,在总结电磁辐射设施的辐射水平及我国城市电磁辐射环境质量现状及发展趋势的基础上,统一《电磁辐射防护规定》与《环境电磁波卫生标准》中关于电磁场强度及功率密度的导出限值。同时,还应出台相关电磁辐射安全管理导则,明确主要辐射设施的建造使用规范、管理要求、环境影响评价范围等内容。
3.2 加强电磁辐射环境管理
为保护环境安全和公众健康,促进各类电磁辐射设施的规范、有序发展,需切实加强对电磁辐射环境的管理。首先要严格执行国家相关法律法规及技术标准规范,落实电磁辐射设施环境影响评价制度、审批制度、“三同时”制度、监测制度、公众参与制度等。其次要明确城市空域电磁波发展规划,并将其纳入城市建设总体规划,合理布局电磁发射设备,防止造成城市空域局部电磁污染。实施区域电磁辐射环境容量控制措施,对可能造成周边辐射环境污染的中短波发射台实施异地搬迁,对微波天线等辐射源周围的建筑物高度予以限制,控制室内微蜂窝基站天线的悬挂高度及影响半径,如高度不宜低于2.3m,影响半径约为1m,室外宏站与周边敏感建筑的水平距离应保持30m等,高压线两侧50m内不宜建设学校、住宅及医院等环境敏感建筑。
3.3 采用电磁辐射控制技术
可以通过采取电磁辐射控制技术来防治电磁辐射污染。第一,通过产品设计、工程设计等方式有效减少电磁辐射,如在输电线路设计中采取提高输电导线对地高度、进行双回路导线逆相布置、高低压导线分层架设等方式,变电站的进出线在穿越居民区和人口密集地段时采用地下电缆布设方式。第二,通过优化设计减少基站数量并降低天线增益,如根据通信基站的发射功率、天线高度和方向图、基站覆盖区的边界场强等条件对通信基站覆盖区进行优化设计,在达到最佳地域覆盖和最佳通话质量的同时,尽量降低天线增益,减少电磁辐射污染。第三,通过屏蔽辐射源降低电磁泄漏,可采取被动屏蔽、主动屏蔽方式对辐射源进行屏蔽,还可采用高频接地方式将屏蔽体内产生的射频电流导入大地,有效避免屏蔽体成为二次辐射源。第四,增加环境保护目标与电磁辐射源间的距离及绿化。研究表明,树木具有吸收电磁能的作用,在电磁波的传播路径上进行植被绿化,可增加电磁波在传播过程中的衰减。第五,采用滤波技术抑制电磁干扰,通过滤波线路将有用信号提取出来,同时阻截干扰信号通过。第六,开发利用防电磁辐射材料。利用防电磁辐射材料对电磁波的吸收或反射等特性,在建筑、交通、包装、服装等领域使用防辐射材料可有效衰减电磁辐射强度,如使用碳素系列和金属系列等增强水泥基复合材料、防电磁波玻璃、吸收电磁波的涂料等用于建造房屋便可有效阻挡室外电磁波进入室内。
3.4 普及电磁辐射知识
城市空域及居室内广泛存在的电磁辐射因其无色、无味、无嗅的特性容易被公众忽略其存在的同时,也极易引起公众的恐慌,进而导致发生电磁辐射纠纷事件。相关部门应积极开展电磁辐射知识宣传工作,增强公众的辐射防护意识,使其了解过量电磁辐射的可能危害,正确理解生活中人为电磁辐射的来源及其实践的正当性、安全性,掌握如何降低居室电磁辐射的方法或防护方法。此外,相关部门在监管工作中要切实落实公众参与制度,并充分发挥其监督作用,与广大公众及电磁辐射设施建造运营单位共创安全的城市电磁辐射环境。
参考文献
关键词:煤与瓦斯突出;混沌时间序列;瓦斯浓度;相空间重构;一阶局域法
中图分类号:TP393 文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2013)28-6369-03
煤炭产业在我国国民经济和社会发展中起着重要的支撑作用。随着我国经济的高速发展,煤矿开采量每年呈递增趋势。但每年因煤矿事故所造成的人员伤亡数量同样也是惊人的。而煤与瓦斯突出是煤矿生产中最严重的灾害之一,瓦斯直接关系到矿工的生命安全、煤矿生产。所以怎样对瓦斯浓度进行准确有效的预测,一直是有待于研究的重要课题。
本文根据分析煤与瓦斯突出形成的电磁辐射信号时间序列特征,采用混沌算法将煤岩电磁辐射信号时间序列相空间重构。,并根据改进的C-C算法计算出相空间中的延迟时间 T 和嵌入维数m。然后在电磁辐射信号时间序列相空间中,建立加权一阶局域近似模型来预测下一刻的瓦斯浓度值。
1 瓦斯突出预测系统组成原理
瓦斯突出预测系统是电场探头、放大器、A/D转换器等组成。当由电磁场探头接收到较弱的电磁辐射信号后经前置放大器放大后送入A/D转换器,信号放大器具有高带外抑制能力的带通滤波器和信号放大功能,确保接收信号的有效性,实现电磁辐射信号放大至2.5伏,供A/D实现模数转换。数据缓存和CPU部分完成电磁辐射数据短时分形模糊滤波,以剔除非平稳噪声和电磁干扰信号。数据输出、存贮、报警和显示则通过RS232或USB接口对预处理后的电磁辐射数据进行实时显示、输出和存贮,并根据瓦斯预警设置进行预测和报警,也可通过以太网口实现电磁辐射数据的远程传输和瓦斯预测和报警。
瓦斯突出预测系统组成如图1所示。
2 瓦斯突出形成的电磁辐射信号特征
煤矿采掘过程伴随产生电磁辐射,电磁辐射是煤岩体受到采动影响后应力重新分布或变形破裂趋向新的平衡的结果[8]。瓦斯突出前有明显的电磁异常前兆:工作面前方煤岩体或含瓦斯煤岩体处于高应力状态,煤岩体电磁辐射信号较强,或处于逐渐增强的变形破裂过程中,煤岩体电磁辐射信号增强[2] [3]。研究表明,瓦斯突出形成的电磁辐射信号时间序列特征主要有两点: 1)微弱性 通常是mV级[5];2)非线性[2] [9-10]。电磁辐射信号微弱,则在信号产生、传播和接收过程中极易受到外界噪声的影响。电磁辐射信号非线性,则采用常规的信号处理方法存在不易剔除噪声和干扰等。因此,针对瓦斯突出形成的电磁辐射信号的这两种特性,我们采用混沌算法[11-14]可以更好的对其分析研究。
本研究采用EHP-200电磁场探头分析仪接收电磁辐射信号。EHP-200电磁场探头分析仪测量的场强范围是(0.02V/m~1000V/m)的电场和场强范围是(6mA/m~300A/m)的磁场。测量的频率范围为9KHz~30MHz。EHP-200通过光纤连接到计算机上。工作界面如图所示:
3 煤岩电磁辐射信号时间序列相空间重构
根据EHP-200监测到的电磁辐射信号时间序列,对其相空间重构[1],[4]。根据Takens嵌入定理[1]将系统重构成如下形式的m维相空间:
大量的数值试验表明相空间的特征量依赖于T的选择。所以正确地选取时滞参数T和嵌入空间维数m[6]是重构相空间技术的关键。
3.1 时滞参数T和嵌入空间维数m
采用一种基于关联积分的统计:对时间序列x={xi | i=1,2,3,…,N)以时延T,嵌入维数m,重构相空间X={Xi}, Xi为相空间中的点,则嵌入时间序列的关联积分为:
关联积分是个累积分布函数,表示相空间中任意两点之间距离小于r的概率。这里点与点之间的距离用矢量之间的距离表示。定义此关联积分的检验统计量:
用来描述非线性时间序列的相关性,并由统计量S2(m,N,r,t)来寻找延迟时间 T。改进的计算过程不必将以上时间序列平均分为t个子序列,而直接以一个序列进行相空间重构。
选择几个代表值rj,并定义差量:
根据BDS统计结论可以得到N和m,r的合理估计,这里取N=600,m=2,3,4,5,ri=i*0.5,б=std(x)(б为时间序列标准差),i=1,2,3,4。计算:
寻找S2cor(t)的全局最小点即可获得嵌入窗Tw。即平均轨道周期的最优估计。由Tw=(m-1)t,得出m= Tw/t+1.
4 建立加权一阶局域模型
时间延迟T和嵌入维数m确定后,就可以对一混沌时间序列进行预测。该文采用加权一阶局域法[1]来对瓦斯浓度进行预测。
4.1 寻找邻近点
在相空间中,将相空间轨迹的最后一相点作为中心点,把离中心点最近的若干轨迹点作为相关点,计算出各点到中心点Xk的距离,找出Xk的参考向量集为Xki,i=1,2,3,......q,并且点Xki到Xk的距离为di,设dm是di中的最小值,定义点Xki的权值为:
,a为参数,取a=1,i=1,2,3,.........q (8)
4.2 进行计算预测
一阶加权局域线性拟合为
为了使预测模型与实验数据达到最佳拟合,应用加权最小二乘法有:
解方程组(10)得到a,b,然后代入式(9)得预测公式。这种预测方法使用的关系式 i=12,3,4 .... q阶数为1所以称为一阶近似预测。
为衡量不同因素对预测结果的影响情况,用预测值与实际值的均方差作为评判预测效果的一个指标:
式中:x(n+i)表示实际值,表示预测值。ESS小,说明预测值偏离实际值的程度小,预测效果较好;ESS大,说明预测值偏离实际值的程度大,预测效果就差。
5 结束语
本文针对瓦斯突出时,电磁辐射时间序列的非线性特性,利用改进的C-C算法来确定混沌时间序列分析的时间延迟和维数,采用加权一阶局域法实现了煤矿瓦斯浓度的短期预测,有效反映了煤矿瓦斯浓度发展趋势,为煤矿安全生产提供了重要的保障。
参考文献:
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【关键词】电磁兼容;电磁干扰源;地线干扰;pcb
1.引言
众所周知,研究电磁兼容主要研究三个方面,电磁干扰源,扰对象,传播途径等等[1]。pcb作为元器件的载体,他的性能将直接影响设备的好坏。只有这三要素同时满足时,电磁干扰才能发生。所以要解决电磁干扰问题时,必须对症下药,消除其中某个因素,就可以达到抑制电磁干扰的效果。
2.印制电路板的电磁环境分析
电磁辐射由空间中的电能量和磁能量两部分组成,如正在发射讯号的射频天线所发出的移动电荷,便会产生电磁能量。从电磁频谱来看,电磁辐射包括低频电磁辐射和高频电磁辐射。两者之间还有无线紫外光、红外线、电波、可见光和微波等。电磁辐射干扰对于电路板正常工作是不可估量的。
3.3 接地在电路板中设计的应用
(1)尽量减小地线阻抗。减小地线阻抗的一个有效办法是将多根导线并联。例如当两根导线并联时,其总电感L为:式中:,分别为两根导线的自感;为两根导线间的互感。
(2)正确选择单点、多点或混合接地。当信号工作频率小于1MHz时,可以采用单点接地。并联单点接主要应用在低频电路中,但是导线过多。串联单点接地主要用在对同类电路或相互干扰较少的电路。多点接地主要适用于高频电路多点接地。混合接地结合了单点接地和多点接地的特性,将设备低频部分就近单点接地,高频部分采用多点接地。
为此,可以针对不同的信号频率及干扰性质,根据系统的结构和功能,采用相应的接地方式,将接地、屏蔽及滤波等措施结合使用。
利用Ansoft Designer对其进行分析,对其E场分布图和近场H 场分布图进行分析可知:发现其存在比较严重的电磁干扰,主要是由于元器件的不合理布局造成的。
因此我们需要从新考虑布局。所以在设备研制初始阶段就开展预测分析和设计,并全面规划实施。把电磁兼容性设计和可靠性设计与产品的基本功能结构设计同时进行,并行开展,在具体的工作中结合实际进行合理的应用。
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孕妇是受电磁波辐射影响最大的人群之一
电磁波辐射之所以对人体产生危害,主要是由于人体内水分子受到电磁波辐射后相互摩擦,引起机体升温,从而影响到体内器官的正常工作。
妇产科专家表示,孕妇是受电磁波辐射影响最大的人群之一,怀孕期间的妇女与婴幼儿由于体内环境正在发生变化或正处于生长发育阶段,较易受到外界环境的影响和侵害。
由于电磁辐射的穿透力很强,母体胎盘这一屏障并不能屏蔽电磁波的侵入,而胎儿非常脆弱,抵抗力极低,对电磁辐射极其敏感,此时如接受电磁辐射,在不同时期会受到不同的伤害。
如:1 ~ 3个月为胚胎期,可造成肢体缺损或畸形;4 ~ 5个月为胎儿形成期,可造成智能损害,甚至痴呆;6 ~ 10个月为胎儿的成长期,可引起免疫能力低下,出生后体质弱,抵抗力差。
辐射对胎儿的伤害,以第二次世界大战时日本广岛和长崎两地,在美国投下原子弹之后造成的胎儿畸形最为骇人听闻。该地区儿童患白血病的病例大增,就是辐射伤害健康的证明。大量辐射线产生的高能量,会损害DNA、造成细胞分解或突变,甚至造成胚胎死亡、胎儿畸形、脑部发育不良,及增加日后患癌症的概率。
母亲在怀孕时曾使用电毯者,胎儿日后得血癌的机会是一般儿童的7倍。
经常接触电脑、家用电器和移动电话的孕妇有65%以上曾出现头晕、疲乏无力、食欲减退等不良反应。
既如此,面对电磁波辐射重围的孕妇该如何设防,大家纷纷穿起辐射服,效果又如何呢?让我们一起踏上防辐射之旅。
防辐射服真能把一切辐射拒之“衣”外吗?
30岁的高女士,怀孕四个月了,工作需要长期面对电脑,上班时生怕办公室电脑辐射会影响胎儿;回到家中又害怕家中的冰箱、微波炉、电视等各种电器会辐射到宝宝,因此即使在有电视的卧室中睡觉都习惯穿着防护服,每天穿着防辐射服的时间接近20个小时。
记者在采访中发现,像高女士这样过度防护、特别紧张的孕妇不在少数。
同样从事计算机相关工作的陈女士即使在炎热的7月,也穿两件防辐射服,还戴上了防辐射眼镜。“我总怕宝宝被辐射着,所以即使再热我也不敢脱防辐射服,也不知道究竟起不起作用,穿上心安一些吧。”
近年来,随着人们对电磁辐射防护意识的增强,各大商家不断推出花样繁多的防辐射产品,其中尤以孕妇防辐射服最为常见。很多准妈妈咨询,市场上的孕妇防辐射服究竟效果如何?
一项网络调查显示:近7成的孕妇会主动去买防辐射服,穿防辐射服似乎成为一种时尚,这些价格不菲的防辐射服,真能把一切辐射拒之“衣”外吗?
从质监局有关部门得知,国家目前还没有为防辐射服装制定质量标准。商家提供的产品合格证上大多只是标出了符合国家标准,但是这仅仅意味着该产品只是符合了普通服装的生产标准,而并不能说明它一定具有防辐射能力。
有些产品还附带有相关检测报告,而该报告也只能说明厂家送给检测中心检测的那一个样品的检测结果,却不能保证所有该类产品的检测结果。
很多企业喜欢用防辐射服装包裹手机等方法来证明服装的屏蔽效能,缺乏科学根据,容易误导消费者。因为日常生活中的电磁波辐射方向杂乱无章,屏蔽布料一旦被加工成服装,衣领、袖口等都可能有辐射“进入”。所以,孕妇在选择防护服时要理性消费。
孕妇防辐射的最根本方法
家庭是电磁辐射较为集中的场所,远离辐射源,是孕妇防辐射的根本方法。
下面介绍一些常用电器的辐射情况,孕妇使用时可要注意哦。
电热毯:电热毯通电后会产生电磁场,产生电磁辐射。这种辐射可能影响母体腹中胎儿的细胞分裂,使其细胞分裂发生异常改变,胎儿的骨骼细胞对电磁辐射也最为敏感。孕妇在妊娠头3个月使用电热毯会增加自然流产率。正确的用法是,先预热半小时再使用,睡前关闭开关,拔掉电源插头。
微波炉:微波炉的电磁辐射强度是众多家电产品中最强的,它所产生的电磁辐射是其他家电的几倍。如果受到过量的微波炉电磁辐射,会产生头昏、睡眠障碍、记忆力减退、心动过缓、血压下降等现象。更重要的是,高强度的微波可致胎儿畸形、流产或死胎等严重后果。
专家给出的建议是:开启微波炉后立即退后1m左右,微波炉工作时,人不要同微波炉在同一个房间;微波炉停止工作一段时间后,再开启微波炉;孕妇尽量不要接近微波炉,即使要接近,也不要站在旁边。
电吹风:电吹风确实是高辐射家用电器,特别是在开启和关闭时辐射最大,且功率越大辐射也越大。由于使用时离头部较近,容易引起中枢神经和精神系统的功能障碍,主要表现为头晕、疲乏无力、记忆力衰退、食欲减退、失眠、健忘等。使用吹风机时,尽量不要贴近头部。
电脑显示器和主机:电脑显示器和主机是电脑辐射最大的两个部件,自然也是准妈妈们重点防范的电器。
电脑辐射对胎儿到底有多大影响还没有定论,与电脑保持安全的距离、穿防辐射服、控制使用时间都是防辐射的方法。准妈妈在操作电脑时不要离得太近、时间不要太长,应该隔一段时间起来走动一下。
手机:这是准妈妈们不离手的常用设备,使用不当可能会产生不良后果。据医学专家介绍,手机辐射会引起头痛、头昏、失眠、多梦和脱发等症状。
手机待机时辐射较小,通话时辐射大一些,在手机已经拨出而尚未接通时,辐射最大,辐射量是待机时的3倍左右。
建议准妈妈在接通瞬间将手机远离头部,信号不好时辐射也会增加,孕妇可使用专用耳机和麦克风接听电话,尤其避免把手机放在腹部,尽量让手机远离腰、腹部,也不要将手机放在裤袋、大衣口袋里,睡觉时更不要将手机放在枕边。
电视机:建议准妈妈看电视时最好保持2m以上的距离,室内有适当照明,看电视时间不要连续超过两小时,看完电视洗洗脸,及时清理面部皮肤吸收的辐射物质。
复印机、打印机:对于复印机,辐射并不是主要的问题,一般都在国家允许的范围。打印机的电子线圈和风扇部位辐射最大,这两种电器准妈妈偶尔使用问题不大,办公一族经常使用时要保持30cm以上的距离。
孕期防辐射多吃这些食物
黑芝麻:中医认为,黑色入肾,“肾主骨升髓通于脑”,各种辐射危害主要影响人体大脑和骨髓,使人免疫系统受损,多吃补肾食品可增强免疫功能。
紫苋菜:能抗辐射、抗突变、抗氧化,增强机体免疫功能,提高人体对抗辐射的能力。
辣椒:是抵御辐射的天然食品。可调动全身免疫系统,辣椒、黑胡椒、咖喱、生姜之类的香辛料,保护细胞的DNA,使之不受辐射破坏。
绿茶:绿茶中的茶多酚是抗辐射物质,可减轻各种辐射对人体的不良影响。改善机体造血功能,升高血小板和白血球等。
【关键词】计算机通信;控制系统;可靠运行
1.保证计算机通信与控制系统可靠的基本理论
计算机通信与控制系统运行可靠性是信息网络技术安全的基本保障。通常来说,系统运行防护主要包括通信安全、系统承载能力、抗干扰性和应对病毒攻击等的防御能力。计算机通信与控制系统要求在整个通信网络中,各节点、各部件需要正常运行来给用户提供通信服务和网络服务。量化可靠性主要在于系统运行并准确达到运行目的的概率,这个概率的多少就是可靠性的直观反映,计算机通信与控制系统可靠的基本理论就是要使这个概率提高并无限接近于一百。
2.影响计算机通信与控制系统可靠运行的因素
2.1系统内部原因
计算机通信与控制系统的内部原因,也就是设备原因。这一因素是影响可靠运行的最大因素,计算机通信控制系统依赖用户终端和传输线路来形成完整的信息网络,对用户终端进行维护是长期的提高可靠性的工作,其电源电压、信息处理器、集线器等多个设备的运行情况影响计算机通信与控制系统可靠运行,对设备的更新升级也是提高终端交换信息能力,提高运行质量的必要途径。
2.2外界传导因素的影响
外界传导因素主要是在传输过程中,电磁感应对电源线路等的辐射影响。在计算机通信与控制系统的运行过程中,产生的传导电流及高频感生电流等通过电磁辐射影响系统的可靠运行。主要是通过各种方法来抑制传导电流及高频干声电流以达到计算机通信与控制系统可靠运行的目的。
2.3计算机病毒的影响
这里的计算机病毒包括病毒入侵、木马入侵、防火墙入侵、恶意程序、逻辑炸弹等多种计算机入侵方式。计算机入侵种类多样,具有隐蔽性、繁殖性、传播性、潜伏性和寄生性的特点,冒充合法用户实现网络入侵,在计算机通信与控制系统方面,各类计算机入侵可能造成信息泄露、占用系统内部资源、恶意消耗带宽、恶意操作、严重的会导致系统瘫痪等问题。
3.提高计算机通信与控制系统可靠性建议
3.1控制电源电压波动产生的影响
计算机通信与控制系统的电源往往不是专用的,其他大型电设备的负载变化会引起系统电源剧烈的负载变化,在系统内部产生影响计算机通信与控制系统可靠性的不利影响。电源自身损耗也会影响稳定电压、影响系统的正常运行。首先要提高系统电源的质量,供电电源的功率和电压稳定影响系统的运行,其中必须保证供电系统的功率因数要大于等于0.9这条线。其次,专用的电源供应能可以规避其他大型电设备的电压波动影响,对专用供电电源也要保证功率足够和稳定的电压,同时要注意控制荷载,控制感性负载和容性负载在可操控范围内。在电源环境差的特殊情况,应使用UPS规避不必要的风险,稳压过程中不要使用变压器方式,应选择在线式调压器。
3.2控制电磁辐射的传导影响
前文提到的外界传导因素影响,主要表现为电磁传导影响,减少传导对计算机通信与控制系统的影响的措施如下。利用磁环抑制传导电流,磁环抑制电磁感应产生的电流的原理主要是,磁环在电源线穿过时,磁环可以当做是一个等效串联的可变电阻,其阻抗是角频率的函数,即F=f/(ω),显然得到角频率同阻抗值呈函数正相关。另外负载阻抗关系式为DB=20Lg[(Zs+ZL+ZC/(ZS+ZL)],可以看出负载的大小影响磁环的抑制作用,那么在实际操作中,可以通过控制磁环的阻抗、电源阻抗、电源负载来控制电磁辐射的传导影响。一般来说,磁环应选择阻抗值较大的,电源和负载的阻抗要尽可能控制在较低水平内。另外,对于高频段传导电流来说,选择金属外壳的电源滤波器能有效抑制高频感生电流,需要注意的是滤波器的性能问题,民用滤波器应保证能适应100khz-30mhz。
3.3控制直流电源电磁辐射的影响
跟随电压抑制器的介质能够有效吸收脉冲功率,条件在反向运用时,可以通过降低阻抗来承受高能量脉冲,同时将电压箝位调至预定电压值。这一操作能使直流电源产生的大脉冲电压被吸收,减少了计算机通信与控制系统在这一方面的风险。利用无感电容器“隔直通交”的基本特性抑制高频感生电流,把无感电容连接至每个集成电路的电源与接地之间,通过接地使感生电流传导,减少集成电路间的电磁传导影响,从而保证整个系统的正常运行。
4.保护信号不受电磁辐射的干扰
在信号传输方面,磁珠是重要的影响因素,磁珠主要是抑制小阻抗值的电磁辐射,要根据信号选择磁珠,保证磁珠不对信号频率传输造成影响是主要原则。信号传输线的选择推荐选用双芯互绞屏蔽电缆,能有效屏蔽外部辐射。另外,采用光电隔离技术可以将系统前后级影响控制在最少
5.通信网络优化
在整个计算机通信网络中,核心内容是网络拓扑结构。优化网络拓扑结构有利于提升计算机通信与控制系统的可靠性。在设计规划初期就应注重系统的容错性和有效性,优化结构的连通性与直径适应网络拓扑结构。另外在计算机通信网络中,服务质量也是必须要重视的因素,这就需要优化通信网络的管理,以降低通信故障率、信息差错率、丢失率。从某种意义上讲,优化通信网络管理应先于硬件等硬维护,没有先进的网络管理模式,硬件构架再好,也难以保证计算机通信与控制系统的可靠性。
6.提高计算机通信与控制系统容错率
在现代网络系统结构设计中,多级容错系统十分关键。随着计算机系统的不断扩展,结构也变得不断复杂,可能出现的故障点也在不断增多,如果没有多级容错系统的支持,出现故障可能会影响其他部件的工作乃至整个系统的安全运行。采用多级容错系统,提高容错率,允许庞杂的硬件单元中出现故障但不影响系统整体的运行,是提高计算机通信与控制系统运行的可靠手段。
7.结语
通过研究计算机通信与控制系统的基本理论,分析影响系统运行的不利因素,逐条提出操作性建议来达到提高计算机通信与控制系统可行性的目的。在实际情况中,还有很多技术能提高系统运行的可靠性,需要我们继续研究和探索,寻求新的突破。
参考文献
随着现代信息社会的不断进步和科学技术的迅速发展,各种无线电技术广泛地应用于各个领域,越来越多的无线电新技术、新产品得到开发利用,然而也应该看到,无线电设备的增多,其互相之间的影响亦日趋严重,对人体可造成伤害。无线电管理部门为更好地维护空中电波秩序,保证各种无线电业务之间不产生相互干扰,近些年来加大了管理力度,除平时对空中无线电信号进行监测外,每年都对无线电设备进行检测,验证设备是否符合有关技术标准,检查设备是否随着时间的延长出现老化或损坏现象等等,对于发现的问题进行检修或更换设备。在无线电设备检测过程中,如果忽视了劳动保护措施,检测人员则容易受到电磁辐射的伤害,影响身体健康,故应引起足够重视。
根据国家技术监督局的GBI2638-90《微波和超短波设备辐射安全要求》,规定了距离微波、超短波通信设备一定范围内职业暴露人员可得到安全保障的辐射强度限值。该要求规定:对于微波,每日8小时连续暴露时,允许受到的平均功率密度为25uW/cm2;只要时间间断暴露或每日超过8小时暴露时,每日剂量不得超过200uw/cm2,如超过此限值,应采取相应的防护措施。而对于超短波,则规定每日8小时连续暴露时,允许平均功率强度为IOV/M,换算为功率密度是26.5uW/cm2。国家环境保护局的国家标准GB8702-88《电磁辐射防护规定》,适用于中华人民共和国境内产生电磁辐射污染的一切单位和个人、一切设施和设备。其具体规定是这样的:对职业照射,在30MHz―3GHz的频率范围内,功率密度应小于2W/m2,相当于200uW/cm2,对公众照射,在同样的范围内,功率密度应小于0.4w/m2。对于一个辐射体发射几种频率或存在多个辐射体时,电场强度的值为各单个频率场强平方和的根值。显然,GBI2630-90《微波和超短波设备辐射安全要求》比GB8702-88《电磁辐射防护规定》的要求要高。对无线电监测人员来说,应采用GBI2630-90中规定的辐射限值。
在基层无线电管理工作中,进行设备检测时,检测设备数量最多的是蹬M基站,现以它为例进行分析。GSM基站的发射频率为935-960MHz,属于微波频段,按有关标准基站发射功率共分为8级,其最大峰值功率为320W,最小为2.5W,现按其平均发射功率为50W,天线增益为13dB,因为基站检测一般情况下都在现场进行,天线与测试人员的距离较近,可按10米计,则其到达测试人员处的功率密度为52uW/cm2,已经超过了国标规定的二级标准。而这仅仅是一个频率,一个基站可以有多个发射频率。共同作用场强值就更大了。经过现场测试,在离基站10米处的辐射强变最大值为0.3mW/cm2,也超过了规定的限值,即使按时间间隔计算,每天的工作时间不能超过4小时。据GSM基站的维护人员介绍,出发射设备正常工作的情况下,对发豺天线进行维修保养时,10来分钟后人就感觉到头晕、耳鸣、恶心、站立不稳,远离天线之后才能逐步恢复。
同样,对工作在屏蔽室的人员,在对发射机进行设备检测时,由于屏蔽室的密封性,内部信号出不去,若内部吸收材料质量较差,发射机发出拘电磁波在屏蔽室内来回反射、折射,犹如一个大的微波炉,对人体是非常有害的。研究结果表明:当电磁场作用于任何生物体时,都会发生一定的反应,可影响到生物的整体,也可以影响到组织细胞。电磁辐射对人体的作用有两方面:一是致热作用,即热效应;二是非致热效应。专家指出,超量的电磁波辐射可引起人体以下几方面的劣性变化:影响循环系统、免疫系统、生殖系统的生理和代谢功能,致使血液、淋巴液和细胞原生质发生改变;对视觉系统也有不良影响,可引起白内障,亦会导致儿童智力残缺等。联合国辐射委员会的报告指出:人受到辐射的剂量与癌症及遗传性疾病的发生率成正比关系。
由于检测是一项必不可少的工作,虽然存在着危害健康的电磁辐射。但此项工作又不能不做,因而要采取相应的措施予以预防。一是有条件者可在工作时穿防护服、戴防护眼镜,一些质量较好的产品对微波的屏蔽能力可达几十dB以上,有很好的防护效果;二是在检测过程中,应降低所受电磁辐射的强度,严格按照捌作规程使用各种设备,接地措施要保持良好,采用各种滤波器和辐射抑制器,与辐射源保持一定的距离等;三是尽量减少所受辐射的时间,不要长时间持续工作,注意适当休息;四是讲究饮食营养,特别注意增加一些例质蛋白和各种维生素的补充。对于减轻辐射危害,保护机体健康有积极作用。
摘要:随着高新技术的不断开发,数字通信及控制技术也在飞速发展,计算机通信及控制技术得到了广泛应用,针对各种情况探讨了保证计算机通信与控制系统可靠运行的措施。
关键词:计算机通信;控制系统
1在设计计算机通信与控制系统时要注意以下事项
(1)在对计算机通信与控制系统设计和配置时,要注意到系统的结构要紧凑,布局要合理,信号传输要简单直接。
在计算机通讯与控制系统的器件安装布局上,要充分注意到分散参数的影响和采用必要的屏蔽措施:对大功率器件散热的处理方法;消除由跳线、跨接线、独立器件平行安装产生的离散电容、离散电感的影响,合理利用辅助电源和去耦电路。
(2)计算机通信与控制系统本身要有很高的稳定性。
计算机通信与控制系统的稳定性,一方面取决于系统本身各级电路工作点的选择和各级间的耦合效果。特别是在小信号电路和功率推动级电路的级间耦合方面,更要重视匹配关系。另一方面取决于系统防止外界影响的能力,除系统本身要具有一定的防止外界电磁影响的能力外,还应采取防止外界电磁影响的措施。
(3)算机通信与控制系统防止外界电磁影响的措施,应在方案论证与设计时就给予充分考虑。
例如数字信号的采集传输,是采用脉冲调制器还是采用交流调制器,信号在放大时采用几级放大器,推动司服系统工作时采取何种功放,反馈信号的技术处理及接入环节,电路级间隔离的方法,器件安装时连接和接地要牢固可靠,避免接触不良造成影响,机房环境选择和布局避免强电磁场的影响等。
2排除电源电压波动给计算机通信与控制系统带来的影响
计算机通信与控制系统的核心就是计算机,计算机往往与强电系统共用一个电源。在强电系统中,大型设备的起、停等都将引起电源负载的急剧变化,也都将会对计算机通信与控制系统产生很大的影响;电源线或其它电子器件引线过长,在输变电过程中将会产生感应电动势。防止电源对计算机通信与控制系统的影响应采取如下措施:
(1)提高对计算机通信与控制系统供电电源的质量。
供电电源的功率因数低,对计算机通信与控制系统将产生很大的影响,为保证计算机通信与控制系统稳定可靠的工作,供电系统的功率因数不能低于0.9。
(2)采用独立的电源给计算机通信与控制系统供电。
应对计算机通信与控制系统的主要设备配备独立的供电电源。要求独立供电电源电压要稳定,无大的波动;系统负载不能过大,感性负载和容性负载要尽可能的少。
(3)对用电环境恶劣场所采取稳压方法。
对计算机等重要设备采用UPS电源。在稳压过程中要采用在线式调压器,不要使用变压器方式用继电器接头来控制的稳压器。
3防止由于外界因素对供电电源产生的传导影响
由于外界因素对电源产生的传导影响要采取以下措施。
3.1采用磁环方法
(1)用磁环防止传导电流的原理。
磁环是抑制电磁感应电流的元件,其抑制电磁感应电流的原理是:当电源线穿过磁环时,磁环可等效为一个串接在电回路中的可变电阻,其阻抗是角频率的函数。
即:Z二f/(ω)
从上式可以看出:随着角频率的增加其阻抗值再增大。
假设Zs是电源阻抗,ZL是负载阻抗,ZC是磁环的阻抗,其抑制效果为:
DB=20Lg[(Zs+ZL+ZC/(ZS+ZL)]
从上述公式中可以看出,磁环抑制高频感生电流作用取决于两个因素:一是磁环的阻抗;另一个是电源阻抗和负载的大小。
(2)用磁环抑制传导电流的原则。
磁环的选用必须遵循两个原则:一是选用阻抗值较大的磁环:另一个是设法降低电源阻抗和负载阻抗的阻值。
3.2采用金属外壳电源滤波器消除高频感生电流,特别是在高频段具有良好的滤波作用
电源滤波器的选取原则
对于民用产品,应在100KHZ一30MHZ这一频率范围内考虑滤波器的滤波性能。军用电源滤波器的选取依据GJBl51/152CE03,在GJBl51/152CE03中规定了传导高频电流的频率范围为15KHZ-50MHZ。
4抑制直流电源电磁辐射的方法
4.1利用跟随电压抑制器件抑制脉冲电压
跟随电压抑制器中的介质能够吸收高达数千伏安的脉冲功率,它的主要作用是,在反向应用条件下,当承受一个高能量的大脉冲时,其阻抗立即降至很低,允许大电流通过,同时把电压箝位在预定的电压值上。利用跟随电压抑制器的这一特性,脉冲电压被吸收,使计算机通信与控制系统也减少了脉冲电压带来的负面影响。
4.2使用无感电容器抑制高频感生电流
俗称“隔直通交”是电容器的基本特性,通常在每一个集成电路芯片的电源和地之间连接一个无感电容,将感生电流短路到地,用来消除感生电流带来的影响,使各集成电路芯片之间互不影响。
4.3利用陶瓷滤波器抑制由电磁辐射带来的影响
陶瓷滤波器是由陶瓷电容器和磁珠组成的T型滤波器,在一些比较重要集成电路的电源和地之间连接一个陶瓷滤波器,会很好起到抑制电磁辐射的作用。
5防止信号在传输线上受到电磁幅射的方法
(1)在计算机通信与控制系统中使用磁珠抑制电磁射。
磁珠主要适用于电源阻抗和负载阻抗都比较小的系统,主要用于抑制1MHZ以上的感生电流所产生的电磁幅射。选择磁珠也应注意信号的频率,也就是所选的磁珠不能影响信号的传输,磁珠的大小应与电流相适宜,以避免磁珠饱和。
(2)在计算机通信与控制系统中使用双芯互绞屏蔽电缆做为信号传输线,屏蔽外界的电磁辐射。
(3)在计算机通信与控制系统中采用光电隔离技术,减少前后级之间的互相影响。
(4)在计算机通信与控制系统中要使信号线远离动力线;电源线与信号线分开走线。输入信号与输出信号线分开走线;模拟信号线与数字信号线分开走线。
6防止司服系统中执行机构动作回馈的方法
6.1RC组成熄烬电路的方法
用电容器和电阻器串联起来接入继电器的接点上,电容器C把触点断开的电弧电压到达最大值的时间推迟到触点完全断开,用来抑制触点间放电。电阻R用来抑制触点闭合时的短路电流。
对于直流继电器,可选取:
R=Vdc/IL
C=IL*K
式中,Vdc:直流继电器工作电压。
I:感性负载工作电流。
K二0.5-lЧF/A
对于交流继电器,可选取:
R>0.5*UrmS
C二0.002-0.005(Pc/10)ЧF
式中,Urms:为交流继电器额定电压有效值。
Pc:为交流继电器线圈负载功率。
关键词:开关电源;电磁干扰;抑制措施;耦合
开关电源电磁干扰抑制的目的是使产品在一定的电磁环境下受到电磁干扰时,无性能的下降或故障,能工作正常,同时对电磁环境不构成污染。
一 开关电源电磁干扰的产生机理
开关电源产生的干扰,按噪声干扰源种类来分,可分为尖峰干扰和谐波干扰两种。若按耦合通路来分,可分为传导干扰和辐射干扰两种。现在按噪声干扰源来分别说明;
1、二极管的反向恢复时间引起的干扰
高频整流回路中的整流二极管正向导通时有较大的正向电流流过,在其受反偏电压而转向截止时,由于pn结中有较多的载流子积累,因而在载流子消失之前的一段时间里,电流会反向流动,致使载流子消失的反向恢复电流急剧减少而发生很大的电流变化(di/dt)。
2 开关管工作时产生的谐波干扰
功率开关管在导通时流过较大的脉冲电流。例如正激型,推挽型和桥式变换器的输入电流波形在阻性负载时近似为矩形波,其中含有丰富的高次谐波分量。当采用零电流、零电压开关时,这种谐波干扰将会很小。另外,功率开关管在截止期间,高频变压器绕组漏感引起的电流突变,也会产生尖峰干扰。
3 交流输入回路产生的干扰
无工频变压器的开关电源输入端整流管在反向恢复期间会引起高频衰减振荡产生干扰。
开关电源产生的尖峰干扰和谐波干扰能量,通过开关电源的输入输出线传播出去而形成的干扰称之为传导干扰;而谐波和寄生振荡的能量,通过输入输出线传播时,都会在空间产生电场和磁场。这种通过电磁辐射产生的干扰称为辐射干扰。
4、其他原因
元器件的寄生参数,开关电源的原理图设计不够完美,印刷线路板(pcb)走线通常采用手工布置,具有很大的随意性,pcb的近场干扰大,并且印刷板上器件的安装、放置,以及方位的不合理都会造成emi干扰。
二 电磁干扰的相关理论
1、开关电源的主要电磁干扰源
开关电源中的电磁干扰源主要有开关器件、二极管和非线性无源元件。在开关电源中,印制 板布线不当也是引起电磁干扰的一个主要因数。
1.1 开关电路产生的电磁干扰
对开关电源来说,开关电路产生的电磁干扰是其主要干扰源之一。开关电路是开关电源的核 心,主要由开关管和高额变压器组成。他产生的dv/dt具有较大的脉冲,频带较宽且谐波丰富。这种脉冲干扰产生的主要原因是:
(1) 开关管负载为高频变压器初级线圈,是感性负载。在开关导通瞬间,初级线圈产生很大的涌流,并在初级线圈的两端出现较高的浪涌尖峰电压.在开关管断开瞬间,由于初级线圈的漏磁通,致使一部分能量没有从一次线圈传输到二次线圈,储藏在电感中的这部分能量将和集电极电路中的电容、电阻形成带有尖峰的衰减振荡,叠加在关断电压上,形成关断尖峰电压。这种电源电压中断会产生与初级线圈接通时一样的磁化冲击电流瞬变,这个噪声会传导到输入输出端,形成传导干扰,重者有可能击穿开关管。
(2) 脉冲变压器初级线圈,开关管和滤波电容构成的高频开关电流环路可能产生较大的空间辐射,形成辐射干扰,如果电容滤波容量不足或高频特性不好,电容上的高频阻抗会使高频电流以差模方式传导到交流电源中形成传导干扰。
1.1.2 二极管整流电路产生的电磁干扰
主电路中整流二极管产生的反向恢复电流的1di/dt1远比续流二极管恢复电流Idi/dtl小得多。作为电磁干扰源来研究,整流二极管反向恢复电流形成的干扰强度大,频带宽。整流二极管产生的电压跳变远小于电源中的功率开关管导通和关断时产生的电压跳变。因此,不计整流二极管产生的Idv/dtI和Idi/dtl的影响,而把整流电路当成电磁干扰耦合通道的一部分来研究也是可以的。
2、开关电源电磁干扰的耦合通道
开关电源通过耦合通道对自身产生干扰。通常多采用差模和共模干扰加以分析。
“共模干扰”是指干扰大小和方向一致,其存在于电源任何一相对大地,或中线对大地间。共模干扰也称纵模干扰、不对称干扰或接地干扰。是载流体与大地之间的干扰。
“差模干扰”是指干扰大小相等,方向相反,其存在于电源相线与中线之间。差模干扰也称常模干扰、横模干扰或对称干扰。·这是载流体之间的干扰。
共模干扰说明了干扰是由辐射或串扰耦合到电路中的。而差模干扰则说明了干扰是源于同一条电路的。通常这两种干扰是同时存在的,由于线路阻抗的不平衡,两种干扰在传输中还会互相转化.所以情况非常复杂。
三 抑制干扰的几种措施
形成电磁干扰的三要素是干扰源、传播途径和受扰设备。因而,抑制电磁干扰也应该从这3方面着手。首先应该抑制干扰源,直接消除干扰原因,其次是消除干扰源和受扰设备之间的耦合和辐射,切断电磁干扰的传播途径;第三是提高受扰设备的抗扰能力,减低其对噪声的敏感度。目前抑制干扰的几种措施基本上都是用切断电磁干扰源和受扰设备之间的耦合通道,它们确是行之有效的办法。常用的方法是屏蔽、接地和滤波。