电磁感应辐射精选(九篇)

前言：一篇好文章的诞生，需要你不断地搜集资料、整理思路，本站小编为你收集了丰富的电磁感应辐射主题范文，仅供参考，欢迎阅读并收藏。

第1篇：电磁感应辐射范文

关键词： 道路照明； 无极灯； 节能环保

中图分类号： U653.95 文献标识码： A 文章编号： 1009-8631（2011）04-0089-01

现代化城市室外照明不仅仅是传统概念上对道路、广场功能性照明，还包括室外的纪念物、招牌广告、自然景点、建筑物、园林小品等的亮化、美化的景观照明。功能性照明是为了满足夜间视觉辨识的生理、心里需要及环境安全性提供的环境照明；景观照明则是运用灯光创造以观赏为主的艺术景观，是自然科学和美学相结合而形成的艺术化照明。

在目前全球能源警长的大环境下，我国照明用电量已占总用电量的10%-20%。按照我国提出的“中国绿色照明工程”，照明节电已成为节能的重要方面。尤其是城市室外照明已经成为现代文明的重要标志，作为城市基础设施设计的重要组成部分，在照明功能的体现之外它注重的是灯光亮度、色彩对比、表达的是景观环境，产生的是社会和经济的价值而不是照明的本身。科学节能的城市室外照明将是一个地区文化、科技水平和经济实力的综合体现。

一、电磁感应灯的工作原理及特点

电磁感应灯又叫无极灯，其中可分为高频无极灯和低频无极灯，且低频无极灯各项指标更优。顾名思义，无极灯就是没有灯芯的灯，大家都知道普通的白炽灯是依靠灯芯（电极）的燃烧来提供照明的，包括道路照明上用的比较多的高压钠灯、汞灯等都是有灯芯的，无极灯没有灯芯，靠什么来照明呢？靠的就是电磁感应原理。在环状的灯管外套着一对铁芯，铁芯上包着绕组，当绕组通交流电后，根据电磁感应原理，铁芯周围就产生了交变的磁场，变化的磁场产生感应电流，再利用耦合震荡原理将产生的高频电压注入到真空的玻壳或玻管里，使低压汞和惰性气体的混合蒸汽产生放电，辐射出紫外线，再通过三基色荧光粉转化为可见光。正是基于法拉第电磁感应定律的工作原理，电磁感应灯才有了诸多的优点：

（1）长寿命。由于电磁感应灯没有电极，从而有效的避免了电极燃烧的损耗，寿命一般可达到6万小时以上，比普通的白炽灯长100倍，即使对比寿命超长的美国GE的高压钠灯，也要高出一倍以上（GE的高压钠灯一般标称寿命为2.8万小时）。

（2）节能。电磁感应灯的功率因数很高，一般都在0.98左右，而高压钠灯即使在加装电容补偿后，功率因数也只能达到0.85左右，因此，电磁感应灯的节能效果是毋庸置疑的。另外，电磁感应灯的发光效率达到了80-85Im|W，属于高光效，虽然比金卤灯和高压钠灯稍低，但是用于室外照明也已足够。

（3）高显色性。电磁感应灯采用三基色荧光粉，显色指数Ra>80，在夜晚色彩还原性好，可以有效的帮助司机和行人分辨各类物体，增加道路交通的安全。色温范围较广，从2700K～6400K，而且有红、绿、兰、白、黄等多种颜色可选。

（4）无眩光、无闪烁。电磁感应灯的光源多采用高频（210-230kHz）电子镇流器来驱动，无闪烁。

（5）灯功率及电源电压的范围宽。电磁感应灯的功率现在可以做到20W～250W，无论在民用还是在工业用途中，它的适用范围都可以满足要求。另外，电磁感应灯的适用电压范围极广，从85V～277V，有着较好的通用性和稳定性。

二、电磁感应灯在绿色照明的重要作用

谈到绿色照明，首先要理解它的含义，绿色照明的科学定义是：绿色照明是指通过科学的照明设计，采用效率高、寿命长、安全和性能稳定的照明电器产品（电光源、灯用电器附件、灯具、配线器材，以及调光控制调和控光器件），改善提高人们工作、学习、生活的条件和质量，从而创造一个高效、舒适、安全、经济、有益的环境并充分体现现代文明的照明。

绿色照明在我国并不是一个新鲜的课题，早在1998年1月1日，我国就颁布了《节能法》，在“十一五”规划中，绿色照明更是十大重点节能工程之一。我国的人均资源，特别是电力资源还是比较匮乏的，目前，我国照明耗电占全国总发电量的10-20%，相当于二个三峡发电站的发电量，因此绿色照明工程的节能意义就显得非常重大。

根据绿色照明的含义，除了科学的设计外，采用什么样的照明电器产品在绿色照明中有着举足轻重的作用，光源是能量转换成光的器件，是实施绿色照明的核心。对照“效率高、寿命长、安全和性能稳定”的要求，我们可以发现，无论在光效、寿命和安全稳定性方面，电磁感应灯都具有良好的表现，是绿色照明光源的绝佳选择。

三、电磁感应灯的发展及推广应用

电磁感应灯既然有如此众多的好处，那么为什么不大力推广加以使用呢？我分析原因有以下几点：

（1）电磁感应灯的推出时间不长，还没有被广大的使用者所了解。电磁感应灯目前还仅仅只是在专业的使用者中得闻其名，至于众多的使用者，根本是闻所未闻。

（2）电磁感应灯的价格不菲，目前还处在一个比较高的地位，和自镇流式的节能灯及路灯所用的高压钠灯相比，虽然有着众多的优点，不过短时间内还难以被广泛使用。

（3）电磁感应灯的质量还有待提高，国家标准亟待出台。目前，国家对于电磁感应灯还没有出台相应的标准，电磁感应灯的生产厂家良莠不齐，标准不一，导致用户对电磁感应灯的信任度不够，没有推而广之的积极性。

（4）电磁感应灯的灯具和安装方式和现有的路灯灯具不统一，不利于旧灯改造。

电磁感应灯要发展，可以采用试点工程的方式加以推广。在新建道路的路灯安装中，可以整条道路使用电磁感应灯，这样，即能够达到整条道路的和谐统一，也可以方便统计数据，查看节能效果，使广大使用者和人民群众能够了解电磁感应灯的节能功效，无形之中宣传了电磁感应灯的良好效果，配合完成了国家有关绿色照明示范岗工程的要求，达到一举多得的效果。

推广应用的方法：

（1）加大宣传力度，提高全社会绿色照明意识。要广泛深入持久开展绿色照明的宣传，提高全民的资源忧患意识和节约意识，增强全社会的照明节能意识和可持续发展意识。要充分利用新闻媒体和各种宣传手段大力宣传节约资源和保护环境是基本国策，大力宣传实施城市绿色照明工程的意义和目标任务，大力宣传绿色照明示范工程的成效和经验。通过各种生动活泼的宣传教育，吸引全社会广泛参与，使绿色照明工程逐步成为全社会的共同意识。

（2）坚持技术创新，推广普及绿色照明工程，要在满足城市照明的功能需要的基础上，坚持科技创新，加大设施投入和新技术、新光源的推广应用，做到安全可靠、科学合理、经济实用、维护方便，提高城市绿色照明的效率。在新建和改造过程中严禁和杜绝使用高耗能、低寿命、光污染严重的灯具和光源。推广使用高光效、高寿命、节能环保（如：无极灯）等的应用，保证城市照明功效达到节能效果。

（3）建设一批绿色照明示范工程，提升城市照明品位，全面推行具有环保、节能和人文特性的绿色照明工程。

第2篇：电磁感应辐射范文

【关键词】电磁感应；ANSYS仿真；地热电缆

1.引言

地热电缆采暖是近年来出现在国内外的一种较新型的采暖方式。由于利用蓄热式地热电缆地板辐射采暖具有舒适程度高、使用成本低、环保无污染等优点，更受到大众的青睐。同时，大面积使用地热电缆采暖供暖还可以有效调节冬季夜间闲置电力，减少能源的浪费。我国南方地区也可以家庭或厂房为单位铺设，所以地热电缆采暖的普及已经成为当前采暖方式的重点发展趋势。

但是对于电缆故障的断点检测一直没有方便实用的技术和仪器出现。随着我国地热电缆采暖市场的逐年扩大，地热电缆的损伤修复问题也越来越突出。由于地热电缆铺装时预埋在地面混凝土之下，在施工和后期维护的过程中一旦电缆本身出现故障，维修起来相当困难。目前在国内针对地热电缆故障的定点检测仪尚属空白。业内普遍采用将地面混凝土整体破坏，再把整根电缆取出重新安装新电缆替代的办法进行维护。这种办法耗时长、不利于操作，还要破坏室内地面装修，维修成本高，造成了大量人力、物力的浪费，业主也不易接受。目前对于电缆故障的诊断方法主要有电容比对法、脉冲反射法等方法[1-3]。本文利用电磁感应原理，利用ANSYS软件进行了电磁场的仿真计算，在软件仿真的基础上设计了检测电路，可以在不破坏地面铺设的情况下，检测电缆故障点。

2.电磁感应原理简介

根据法拉第电磁感应定律，感应电动势E＝nΔΦ/Δt，n：感应线圈匝数，ΔΦ/Δt：磁通量的变化率。对载流I，长为L的直导线，其周围磁场为：

，其中，为场点到载流直导线的垂直距离，和分别为导线的电流流入端和流出端电流元与矢径之间的夹角，被测电缆可以看作无限长直线载流导线，则，，所以磁场。该系统的激励信号由1000Uf电容的充放电产生，结合电容充放电公式推导出该系统中励磁信号产生的感应电动势最大为：

，其中，：激励信号电压；：感应线圈的匝数；：感应线圈的面积；：地面或墙面的磁导率；：任一点到电缆轴线的垂直距离；：励磁电路中的充、放电电阻；：励磁电路中的充、放电电容。由此可知，当上述参数确定后，线圈中的感应电动势即可求出。

3.地热电缆电磁场仿真

常用的地热电缆为双芯电缆，以消除正常工作时的电磁辐射影响。一般的室内地热采暖系统整体结构如图1所示。从图中可以看出，从地面位置，即瓷砖之上，检测地热电缆的电磁场的电路设计难点在于磁场强度信号的强度。

利用有限元分析软件ANSYS的电磁场分析模块对图1所示的典型电缆铺设状态进行建模和仿真。根据地热电缆采暖系统布置情况，考虑到混凝土和空气对电磁场的影响方面的性能相像，在仿真模型中只考虑了通电电缆和空气两种材质和模型。施加不同的电压信号，得到的B-H值计算结果如图2、3所示。

从仿真结果图可以发现，在地面检测时，由于混凝土和瓷砖等物体的隔离距离很大，所以电流产生的磁场强度很微弱。而且B-H值跟信号发生器的电压关系比较大。

4.断点诊断电路设计

利用电磁感应原理，给地下电缆上加上一定频率的交流信号产生交变磁场，在地面上移动感应线圈，利用线圈内磁通的变化量产生感应电压信号来寻找故障点，将感应信号通过放大、滤波等处理后，用仪表显示出来或利用耳机听。在故障点，信号最强，当探头从故障点左右前后移动时，信号即减弱或中断，因此，信号最强处即为故障点。电路原理图如图4所示，根据发光二极管的变化可探测地热电缆故障点在地下的位置。由于地面附近的电磁场强度较弱，线圈采集到的信号需经放大后才能显示。这也是电路设计的重点和难点之一。然后经滤波和整流后，以LED灯显示的方式确定故障点位置。

5.实验

选用铜镍铬合金双导线地热电缆，上面依次覆盖聚苯乙烯泡沫保温板、水泥和瓷砖，电感线圈的电感量为0.01H，两端并联4700uF，根据公式，选频频率约为340Hz。实验测得激励信号的波形如图5所示。在距地面最远约为15公分处可以感应到信号，故障点范围半径在10cm以内。

参考文献

[1]姚旻,胡必宸.便携式电缆断点定位仪[J].淮南工业学院学报.2002,23(2):67-71.

[2]张栋国.电缆故障分析与测试[M].北京:中国电力出版社,2005.

[3]孙启飞.电缆检测技术的应用及提高[J].低压电器, 2010(1):49-51．

基金项目：浙江省大学生科技创新活动计划（新苗人才计划）项目（2011R409021）。

作者简介：

第3篇：电磁感应辐射范文

近日，据国外媒体报道，美国杜克大学普拉特工程学院的两位学生发明了一种可以将手机WiFi信号转化成电流的新技术，有望在未来彻底取代手机充电器。此外，英国南安普顿大学的科学家目前正与诺基亚合作，希望共同研究利用闪电这一自然现象所产生的电压极不稳定的电流来为移动设备充电。那么，手机无线充电是不是指日可待了？

新型充电技术多为鸡肋

我们所期待的无线充电，可能真的就像蓝牙、WiFi一样，走到哪就可以充到哪，从根本上杜绝充电器和移动电源。但是，目前的无线充电技术却很难使这一“梦想”普及，衍生出了一系列各式各样的新型充电技术。

目前，手机太阳能充电器算是一种比较普遍的充电产品，价格多在一百到两百元不等。充电器将太阳能转换为电能后存储在蓄电池里面，调节电压从3.7伏到6伏，可以对MP3、MP4、iPad、数码相机和手机等产品充电。而专门的太阳能手机充电器则是直接将太阳能的能量转换为电能存储在太阳能手机充电器的内置电池里，在需要对手机充电时，太阳能手机充电器里的蓄电池将电能输出，对手机进行充电。

但是，太阳能充电器也有很多缺点。国家发改委能源研究所研究员姜克隽告诉记者，利用太阳能充电确实很容易实现又环保，但电量转换效率非常低，充电速度慢是它最大的鸡肋，仅适用于在阳光充足的情况下临时救急。而且，太阳能充电也并没有真正意义上脱离充电器，还是需要随身携带一个太阳能转换器。

此外，姜克隽介绍，手摇、纳米充电等也适用于没有电源线的时候充电，但是手摇的频率以及通过纳米摩擦产生的小输出率的电量也很难充满手机。

北京邮电大学电子工程学院的张洪欣教授也认为，太阳能以及手摇充电虽然很可行，但是手摇充电和太阳能充电与目前的技术有关，现在还达不到市场化的要求，即电量不好保证，很难获得市场。

看来，这些新型的充电技术看起来很潮，实际应用起来并不是很顺手，相较于用户彻底摆脱充电线的需求还相差甚远，它们始终不能代替用户对无线充电的需求。新型充电技术多为鸡肋，用户对手机无线充电时代的到来愈发期待。

充电革命还处于起步阶段

三年前，麻省理工学院研发出一种可以在空气中传导电流的技术，这意味着，在一台需要充电的设备如笔记本电脑和放电器之间，不需要任何物理接触。这种技术依靠磁场传导，科学家相信，该技术在不远的未来可以大规模运用。

一年前，连混合动力车都可以无线充电。有日本科学家展示了对混合动力车进行无线充电的新技术：一辆日产混合动力车，停在距离充电柱几米远的地方，借助电磁场导电，很快充上了电。虽然距离很近，但都给无线充电技术的应用普及带来了一丝希望。

目前，无线充电的技术大多借助了无形的磁场来传输电流，首先就是通过手机来普及的。

据了解，目前市面上还确实存在一种Qi标准无线充电器，而且淘宝上销售这类产品的商家已经超过2万。

Qi便是基于电磁感应原理进行输电的一项技术，这种充电器对手机有一定的要求。首先手机电池上必须有无线触点，然后在电池无线触点上吸附一个纸张薄厚的无线接收端，再将Qi无线充电器紧贴于无线接收端后面，就像把手机放在一个“电磁炉”上，便可以给手机充电了。如果是苹果手机这种电池不能拆卸的手机，就要在手机外面套一个无线接收端手机壳，手机壳要与手机充电接口相连，才可以实现无线充电。

据介绍，Qi现阶段的设计目的是为5W以下的电子产品提供无线电力供应，供电效率已有70%左右，相较常用的直流电源适配器72%的平均效率相差不远。但是，此款产品鸡肋的地方在于它并没有摆脱充电器的束缚，还必须将手机紧贴充电器，相较于有线充电，更不利于边充电边使用手机。

其实，Qi无线充电器的出现已经向无线充电革命迈进了一大步，可能百年之后它会被誉为无线充电技术的前身，Qi充电技术所基于电磁感应原理是目前最主流的无线充电技术的一种，虽限制不少，但基于电磁感应的无线充电技术也是目前最成熟的技术。

随着全球智能手机市场竞争愈演愈烈，无线充电成为各大手机制造商志在必夺的蛋糕。据统计，在年初诺基亚Lumia920、三星GalaxyS系列、谷歌Nexus4、HTC8X等都已上市且具备无线充电功能的智能机，它们都可以通过感应无线充电器充电。

但是如果想要不把手机放在“电磁炉”上，电磁感应充电技术恐怕要彻底革新。目前已知的其他技术有磁共振充电技术，可以让支持该技术的设备能够放在离电源最多几英尺开外的地方进行充电。磁共振充电基于与磁感应同样的发射器技术，但是它能够实现更远距离的输电。但是目前这项技术并没有什么太大的进展。

无线充电还需继续探索

有网友认为：“无线的方式除了方便一点似乎没有任何好处，而且如果列一张单子的话估计还是缺点更多，比如电磁损耗之类的。”确实，无线充电的今天，存在着一些尚待解决的问题。

北京邮电大学计算机学院的杨旭东教授曾经带领他的科研团队研究了无线充电技术，该团队负责人表示，电磁感应是目前最普遍的充电方式，得到的电量也较为充裕，足够手机使用。而目前正在进一步研发的是磁共振技术，当然还没有到成熟的阶段。不论是哪一种方式，最大的制约都在于无线充电技术产生了对人体有害的电磁波，这个电磁波的辐射会影响人们的神经系统和心血管系统，这也是需要继续探索克服的问题。

第4篇：电磁感应辐射范文

【关键词】磁流体电磁感应洛伦兹力微观动生电动势法拉第

磁流体发电技术，是高温气体电离成导电的离子流，高速通过磁场时，“磁流体”切割磁感线，产生感应电动势的技术，可以把热能直接转换成电流，而不再多经过内能到机械能这一过程，理论上发电的效率要比传统发电更高，这种技术也称为"等离子体发电技术"。

对磁流体发电原理的分析，可以很好的锻炼高中生的逻辑推理能力与想象力。从微观角度来看，如右图：一群电量为q的离子，以速率v，垂直进入磁感应强度B的匀强磁场，正负电荷所受洛伦兹力方向相反，偏转方向相反，上下两板积累电荷激发电场。稳定时有：

qE=qvB，粒子不在偏转即有E=Bv，

两板间形成匀强电场有：

U=Ed联立两式有U=Bdv。

教学过程中，不少学生发现这个式子与法拉第电磁感应定律中，导体棒切割磁感线的电动势表达形式一致。两者间是否有联系呢？若导体棒切割磁感线，不难发现导体中自由电子与棒一起定向移动，而磁流体发电中，等离子体定向移动，切割的是“磁流体”，导电的流体起到了金属导线的作用。当然法拉第电磁感应定律完全可以使用了。这个时候教师可以提出疑问，动生电动势的公式Bdv又是怎么得到的呢，大部分学生会想到是法拉第电磁感应定律磁通量变化快慢得出的。再问为什么磁通量变化快慢可以表示电动势呢？其实法拉第并没有做出解释，它是通过大量实验总结得到的。麦克斯韦对此做出了较好的解释。

麦克斯韦在法拉第电磁感应定律的基础上，提出麦克斯韦电磁理论，认为变化的磁场在空间中会产生涡旋电场，这也是感生电动势产生的原因。从微观角度看磁流体发电，我们能得到什么启发吗？经过思考，发现棒电动势的原因又是什么呢？想象力是最伟大的，导体棒切割磁场，棒中自由电子类似磁流体中离子的定向移动，如下图所示。

取极短一段导体研究有：

导体水平切割磁场，自由电子受到如右图所示洛伦兹力沿着导线向下，自由电子向下运动，电子在下端堆积，上端就有较多的正电荷分布，直到分布在导体棒上的电荷在棒内产生的电场力qE=qvxB，有E=Bv，极短的棒两端的电势差U=BVd，若求整根棒的电压，只要进行累加即可。

看来产生动生电动势的根本原因是磁偏转，产生电能的、克服静电力做功是磁场力了？洛伦兹力永不做功？其实这没有矛盾。如右图洛伦兹力的合力垂直于合速度，所以洛伦兹力永不做功。洛伦兹力分力fx做负功与分力fy所做正功抵消Wfy+Wfx=0，我们平时说的安培力FB，从微观角度认为是所有自由电子fx的总和，故WFB=Wfx=-Wfy。我们常说的切割磁感线产生的电能等于克服安培力所做的功，即洛伦兹力分力fy所做的功。（不少同学这里恍然大悟）

比较另一物理情景，固定的闭合导体环中磁场变化产生感应电流，电能是从哪里来呢？有电流，有安培力，但是无位移显然安培力没有做功。其实这里是由于变化磁场在空间产生涡旋电场，涡旋电场对导体环中自由电子做功，提供能量。看来动生与感生电动势产生的原理微观角度来说是不同的啊，能量的转化也不同。

在解题过程中运用动生电动势微观角度考虑问题，比磁通量的变化角度有很大优越性。如右图，导体棒向右切割，要判断是否有感应电动势。闭合回路总面积没有变化，磁通量不变，但是a部分磁通量增加，b部分磁通量减少。学生在闭合回路的选择存在困难。如果从动生电动势微观角度分析，只要导体棒切割磁感线，就会有电动势产生，而不用去费心去研究哪一部分磁通量是否变化。

再看下图所示，一个很长的竖直放置的圆柱形磁铁，在其外部产生一个中心辐射磁场（磁场水平向外），设一个与磁铁同轴的圆形铝环，铝环所在处磁感应强度为B，下落过程中铝环平面始终水平，铝环半径为R试求：（1）铝环下落的速度为v时铝环的感应电动势是多大？

从磁通量变化的角度来看，磁感线始终平行于线圈平面，磁通量为0，没有变化，没有感应电动势。从微观角度，导体环切割磁感线，自由电子磁偏转，可以把环形导线“拉直”，环中的感应电动势E=BV（2ΠR）。为什么两种角度思考有不同结论呢？法拉第经过实验，总结出了“只要穿过闭合电路中的磁通量发生变化，闭合电路中就有感应电流。”这是正确结论，但反过来不能说“只要有感应电流就一定有磁通变化。动生电动势虽然恰好也可以由磁通量变化角度导出，但这样做往往会导致忽视了动生 电动势与感生电动势的微观角度本质的区别。

同样的圆盘转动切割磁感线，圆盘中磁通量也没有变化，从磁通量得角度来解释，学生很难理解，但是从动生电动势角度却很好解释。

这是某地市质检题目：如下图所示，在竖直平面内放置一长为L、内壁光滑的薄壁玻璃管，在玻璃管的a端放置一个直径比玻璃管直径略小的小球，小球带电荷量为-q、质量为m。玻璃管右边的空间存在着匀强电场与匀强磁场.匀强磁场方向垂直于纸面向外，磁感应强度为B；匀强电场方向竖直向下，电场强度大小为mg/q，场的左边界与玻璃管平行，右边界足够远.玻璃管带着小球以水平速度V0垂直于左边界进入场中向右运动，由于水平外力F的作用，玻璃管进入场中速度保持不变，一段时间后小球从玻璃管b端滑出并能在竖直平面内自由运动，最后从左边界飞离电磁场.运动过程中小球的电荷量保持不变，不计一切阻力，求：（1）小球从玻璃管b端滑出时的速度大小；（2）从玻璃管进入磁场至小球从b端滑出的过程中，外力F所做的功；

本题第2个问学生出错的很多，主要在于洛伦兹力到底有没有做功。其实把带电小球看“成自由电子”，考虑与导体棒切割磁场类比，如右图对小球受力分析的竖直分量做功，而洛伦兹力水平分力做功为负，总洛伦兹力不做功。Wfy+Wfx=0，F=N=fx，故WF=-Wfx=Wfy.若平时教学中，学生能正确分析动生的微观原理，那么本题就不会出现洛伦兹力分力做功的疑惑了。

2012年福建省高考理科综合第22题。考察了对麦克斯韦定律及法拉第电磁感应定律涡旋装电场的理解。即感生电动的理解。看来在动生电动势的教学中我们也应该引起足够重视。

另外教学过程中也可以穿插物理学史，如1832年法拉第首次提出有关磁流体力学问题。他根据海水切割地球磁场产生电动势的想法，测量泰晤士河两岸间的电位差，希望测出流速，但因河水电阻大、地球磁场弱和测量技术差，未达到目的。1937年哈特曼根据法拉第的想法，对水银在磁场中的流动进行了定量实验，并成功地提出粘性不可压缩磁流体力学流动（即哈特曼流动）的理论计算方法。让同学感受物理学习过程中，想象力的重要，同时也体会到物理的乐趣。

总得来说磁流体发电技术是物理教学的一个很好切入点，可以加深对法拉第电磁感应定律的理解，这在高考中应试中难题的突破是有帮助的，也可以丰富同学的物理学知识，放飞想象的翅膀。相比传统发电，它可以减少由内能到机械能这一环节，提高能量的使用效率，对实现美丽中国或有促进，给我们同学留下一个很好的展望空间。

第5篇：电磁感应辐射范文

 

经过科学家的长期研究发现，电磁干扰是一种“电磁感应”现象，它会严重干扰防空警报的无线通信效果和质量，因此，针对防空警报无线通信的电磁干扰进行防范非常有必要。

 

一、防空警报控制系统的功能

 

1)控制功能。控制系统是整个防空警报系统的指挥中心，控制着防空警报系统中的每个终端，负责发送命令，使警报终端发挥其应有的功能。单点报警与多点报警的区别是，多点报警信息来自不同的终端地址，需要系统对其一一识别后，再按照相应的顺序对其下发指令;而单点报警，则只需找出信息终端的名称即可，对其指令信息。2)监视功能。在防空警报系统中，对于每个被点击的警报终端，控制系统都会有所记录，并在数字地图界面上进行标识，若控制该终端，则系统会将控制命令发送给警报终端，从而实现了对警报终端的监视。3)管理功能。控制系统的控制中心具备管理模块，只要将警报终端的个体信息预先输入数据库，管理模块便可实现对这些终端的分类管理。

 

二、防空警报电磁干扰的构成要素

 

1)干扰源。目前，研究人员判断电磁干扰的来源主要集中于微处理器、微控制器、传送器等元件。以微处理器为例，其在运行时会产生过大的噪声频率，进而扩散到半导体元件，最终产生了谐波干扰。2)传播路径。电磁波并非单独形式的传播，其必须要借助不同的媒介才能实现传递。电磁干扰最常见的方式是通过导线传播，导线在高负荷工作状态下产生噪声，这为电磁波传播提供了空间。无论是通信设备或电力设备均有导线连接，因而导线已经成为最主要的电磁干扰传播媒介。3)接收器。干扰破坏也需要有接收器才能产生作用，若设备未安装可以感应干扰的元件，就不可能出现电磁破坏。根据相关研究表明大多数造成电磁干扰的电磁波都是通过接收器来进入收信机的，从而影响了信号传输的质量，只有极少量是因为射频辐射的影响。

 

三、防空警报无线通信中的电磁干扰

 

(一)无线电台中的电磁干扰

 

再无线电台运营中常见的电磁干扰问题如下所述：

 

1)同频道干扰。因为部分信号的频段比较相似，收信机在接受信号时很容易出现信号混乱，这就被称为通信道干扰。因为收信机接受信号的方式是一样的，所以中频通带是不能对信号进行筛选和屏蔽的。此类问题造成的最主要影响是降低信息接受的精度，阻碍信息的通信速度和通信质量，进而致使信息传递出现错误，严重影响了无线电台的正常工作。2)邻频道干扰。邻频道干扰产生的原因是因为信号发射机信在进行无线电波信号输送时，出现了接收错误，进而就会给临近频道的信息接收工作造成影响，降低了无线电台的传输质量和工作效率。3)互调干扰。a.发信机互调，其产生原因是因为临近发射天线的间隔设置不合理，在天线发出信号时，就会引起信号之间的互调，进而出现另一个频率，随同原有频率一同发出，这必然会影响信号传输的质量。b.接收机互调，当接收机同时接受同时多个信号时，会因为进入非线性作用的影响，造成内部信号互调。

 

(二)非无线设施的干扰

 

电磁波干扰也被称之为无线设施干扰，其发生的原因是因为静电感应与电磁感应出现传输冲突，或者是电磁波的辐射干扰，从而影响信号接受设备的灵敏度与准确度。同时，载流导体彼此间也会互相作用，产生电磁感应，而电磁感应也是造成无线信号传输质量下降的原因之一，所以其也会影响无线电台的正常工作。

 

四、防范防空警报无线通信电磁干扰的对策

 

(一)防治无线电台电磁干扰的对策

 

1)防治同频干扰的对策。为了降低同频干扰的影响，必须严格按照要求制定频率，保证其与基站的输出频率一致。为同频道制订合理的间距，保证彼此之间互相协调，以避免出现信号干扰的问题;根据实际的地形情况和设置要求，制定出科学实用的基台建设方案 确保无线通信工作的质量和效率。2) 防治互调干扰的对策。第一，在满足频道数量规定的情况下，优先使用频道使用量低的频道组。同时为了降低互调干扰的影响，多组发信机共用一个天线时，要注意对天线共用器间间距的控制;但是天线是单独配置的，要注意架设的方式要使用垂直架设。同时，在动台发信机中合理的运用APC技术，也能够降低互调的影响。 3)防治邻频干扰的对策。为了降低邻频干扰的影响，经常使用的方案是将发射信号宽带控制在一定范围内，并提升中滤波的选择功能和优化控制系统，但是注意需要把发信机调制解调器调整为IDC电路，这样才能实现对信号宽带的控制。将功率控制设置为自动控制，系统会根据实际变化自动调整信号的输出功率，有效避免了邻频的影响。

 

(二)防治非无线电台电磁干扰对策

 

只有确定了造成干扰的根本原因，才能根据具体的情况采取相应的策略来降低干扰的影响。比较容易造成干扰的部分有继电器开合、电机运转等位置，因为其常有电流和电压的大范围波动。通常可以使用调整电压等方式降低电磁的干扰。如果因为元件的原因造成电磁干扰，可将其替换为更加稳定和降噪效果更好的元件。切断电磁干扰耦合的方法有两种：限制电磁传导和隔断辐射干扰。

 

限制传导的常见办法有四种：串接低通、高通、带通和带组四种，并依据实际情况配置相应的滤波器。而辐射则是用屏蔽和分层两种方法来实现隔断。

 

接收机的敏感度高低与电磁干扰影响和接收机的信号传输质量都成正比例关系，灵敏度高电磁干扰强，传输质量也越好，反之亦然。所以在选择使用降低接收机的敏感度时，必须慎重考虑，在保证传输的质量的前提下，选择相应的处理措施。

 

五、结语

 

综上所述，针对防空警报之中的无线通信电磁干扰问题，有关人员须要采取更加有效的防范措施，确保防空警报的无线通信能够更加通畅，减少电磁干扰对其产生的各种不良影响。

第6篇：电磁感应辐射范文

关键词：110kV变电所；工频电磁场；强度监测；实测数据；环境影响 文献标识码：A

中图分类号：TM631 文章编号：1009-2374（2015）29-0133-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2015.29.067

1 概述

变动的电场会产生磁场，变动的磁会产生电场。1831年，英国人法拉第发现了这一奇妙的现象，后人称之为法拉第电磁感应定律，并利用这个原理开始发电，各种用电设施逐渐出现在人类生活的各个方面。经过一百多年的发展，电力已经成为人类社会不可缺少的能源之一。由于电能必须经过变电所输送、分配，随着电能的广泛应用，变电所的数量逐渐增加，其电压等级也不断提高，使人们居住环境中的工频电磁场随之增大。人类在享受着电力带来生活改善的同时，也开始感到忧虑，诸如“电磁污染危害人类健康”“隐形杀手-电磁辐射”等的报道开始出现在各种媒体中传播，导致公众渐渐对电力电磁现象产生恐惧，甚至达到谈之色变的

情况。

众所周知，变电所的工作频率为50Hz（简称“工频”），其周围的电场与磁场是单独存在的，属于低频电磁场，通常情况下不会涉及电磁辐射问题。国际权威组织在极低频环境健康影响领域内，也只涉及电场与磁场分析，而不使用“电磁辐射”这一笼统模糊的概念，更没有任何国际权威组织会在该领域误用“电磁辐射”这一术语。

2 监测实施

2.1 监测仪器

意大利产PMM8053电磁场强度仪、PMMEHP-50A极低频电场分析器。该仪器通过华东国家计量测试中心校准，其计量性能溯源至国家计量基准，并在有效期内。

2.2 评价依据

国内暂未制定有关居民区工频电场评价标准，可引用国家环保总局《环境影响评价技术导则 输变电工程》（HJ 24-2014）中规定的推荐值作为指引标准。规范中“推荐暂以4kV/m作为居民区工频电场评价标准，推荐暂以应用国际辐射保护协会关于对公众全天辐射时的工频限值0.1mT作为磁感应强度的评价标准”。

3 监测过程

3.1 样本及监测点的选取

绍兴市质量技术监督检测院在电力部门的配合下，选取了三类典型的110kV变电所：户外布置式变电站、户外设备户内布置式变电站、气体绝缘（GIS）变电站。额定负荷均为2×50MVA，高压进出线回路均为2回。测试点分主变、控制室、进出线、围墙外四个

区域。

3.2 测量条件

3.2.1 测量距离的选择：测量高度选1.5m，测量人员离测量传感器探头2.5m以上，测量探头距主变压器（分高压侧、低压侧和两主变中间）或控制室控制屏外壳1m、2.5m、5m。围墙内进出线正下方距围墙1～2m开始测，向垂直于进出线方面每间隔2m测一次，共测4～8点。围墙外从距围墙1m开始测，沿进出线方向每间隔2m测一次，共测6点。测量读数：每1min读一个数，每次测量时间不小于15s，共测5次，取5次的平均值为测量结果。

3.2.2 测量点数量：本次监测主变周围共设15个点，围墙内进出线周围各设8个点，控制室设6个点，围墙外各设6个点。

3.3 监测结果

3.3.1 户外布置式变电站。主变周围电场强度最高2.32kV/m，最低0.73kV/m，平均值为1.03kV/m。磁感应强度最高23.126uT，最低1.805uT。围墙内进出线周围电场强度最高2.881kV/m，最低0.177kV/m，平均值为0.89kV/m。磁感应强度最高18.345uT，最低0.237uT。控制室内电场强度最高0.33kV/m，最低0.16kV/m，平均值为0.19kV/m。磁感应强度最高0.312uT，最低0.121uT。围墙外电场强度最高2.22kV/m，最低0.21kV/m，平均值为0.33kV/m，磁感应强度最高2.417uT，最低0.123uT。

3.3.2 户外设备户内布置式变电站。主变周围电场强度最高1.69kV/m，最低0.70kV/m，平均值为0.95kV/m。磁感应强度最高13.124uT，最低1.705uT。围墙内进出线周围电场强度最高1.84kV/m，最低0.176kV/m，平均值为0.89kV/m。磁感应强度最高12.410uT，最低0.217uT。控制室内电场强度最高0.33kV/m，最低0.15kV/m，平均值为0.18kV/m。磁感应强度最高0.315uT，最低0.122uT。围墙外电场强度最高1.77kV/m，最低0.22kV/m，平均值为0.31kV/m，磁感应强度最高2.417uT，最低0.123uT。

3.3.3 气体绝缘（GIS）变电站。主变周围电场强度最高0.88kV/m，最低0.36kV/m，平均值为0.41kV/m。磁感应强度最高7.718uT，最低1.705uT。围墙内进出线周围电场强度最高0.84kV/m，最低0.192kV/m，平均值为0.64kV/m。磁感应强度最高8.044uT，最低0.236uT。控制室内电场强度最高0.32kV/m，最低0.14kV/m，平均值为0.17kV/m。磁感应强度最高0.318uT，最低0.120uT。围墙外电场强度最高0.77kV/m，最低0.20kV/m，平均值为0.29kV/m，磁感应强度最高0.835uT，最低0.123uT。

3.4 结果分析

3.4.1 户外布置式变电站围墙周界处的工频磁场水平最大不超过3μT。该类变电站周界处较高的磁场水平是由110kV架空进线产生的，在现场测得的最大磁感应强度值为23.126μT（110kV架空线与另一路110kV电缆的共同影响）；对采用110kV电缆进线的户外布置式变电站，在110kV进线电缆沟上方实测得的最大工频磁感应强度均小于19μT。户外设备户内布置式变电站在主变压器满负荷（2×50MVA）情况下，墙界处的工频磁场，除进线电缆沟上方（由地下电缆产生的磁场）外，均不超过2μT（110kV进线电缆沟上方产生的最大工频磁场水平不超过15μT）。户外设备户内布置式变电站。气体绝缘（GIS）变电站由于大部分母线都有屏蔽，整个变电站总体的磁场水平较低。即使在满负荷（2×50MVA）运行时，除临近110kV电缆进线部位以外，建筑物外5m距离处的磁场水平不超过1μT（110kV电缆进线沟上方最大不超过10μT）。

3.4.2 位于市外的变电站。监测表明，该类变电站周围环境空旷，电磁场变化趋势明显，变电站外的电磁环境受进出线的影响非常大。就工频磁场而言，围墙外工频磁场小于3μT。

3.4.3 位于市内的变电站。围墙外1m处的磁感应强度一般小于1.25μT。而且由于该类变电站多数位于市区，变电站外环境复杂，易受进出线和路边10kV或380V电力线路影响，很难看出变电站产生的电磁场的变化趋势。

3.4.4 电场强度与变电所种类无关，只与距离

有关。

3.4.5 作业点磁场强度比较。户外布置式变电站较高，户外设备户内布置式变电站次之，气体绝缘（GIS）变电站。各类变电所磁场强度依两主变周围、进出线下、控制室、围墙外递减。

4 结论

（1）三类110kV变电站中，电场强度均小于3kV/m，产生的磁场均低于25μT，属于合格范围内，比限值低1个数量级以上，而且在距变电所约4～5m处，电磁场已降至环境背景值；（2）主变、进出线上方的电磁场较其他区域大，所以现场作业人员在两主变周围、进出线下方应做出相应的安全保护；（3）相同负荷时，电磁场从大到小的顺序是：户外布置式变电站、户外设备户内布置式变电站、气体绝缘（GIS）变电站。

5 结语

通过现场测试可以看出，变电站外工频电场和磁场均符合标准限值。报告建议，在建设高压变电站时，要注意设计和布置好架空进出线的走向和位置，使之尽量避让民房。

参考文献

[1] 中华人民共和国国家环境保护标准：环境影响评价技术导则 输变电工程（HJ 24-2014）[S].

[2] 中华人民共和国国家标准：电磁环境控制限值（GB 8702-2014）[S].

[3] 中华人民共和国国家环境保护标准：交流输变电工程电磁环境监测方法（试行）（HJ 681-2013）[S].

[4] 中华人民共和国国家环境保护标准：辐射环境保护管理导则 电磁辐射监测仪器和方法（HJ/T 10.2-1996）[S].

第7篇：电磁感应辐射范文

关键词：无线输电；电磁耦合；特斯拉线圈；共振线圈；太空输电

引言：随着人们对世界的探索和对知识的融汇，诞生了很多无线的高科技产品，如无线电话，蓝牙耳机，红外传输，无线鼠标……大家是否盼望电能的传输也能像电话一样开启无线的时代，相信在未来的不久输电的无线时代会逐步走进人们的生活。无线输电严格来讲就是无线电源，一切用电设备将不在需要连接电源的导线。

无线输电优点

电能作为一种能量，传统的电能传输主要是靠导线或导体进行输送，但是从发电，输电，变电，配电，用电在这些复杂的环节中，要使用大量的导线，杆塔，变电设备和换流设备，对电网的日常维护也是离不开的。无线输电能够省去电力输送过程中的诸多环节，使电能输送变得更为经济。而且传统的蓄电池也可以不再需要，因为无线输电可以直接将电能输送到用电设备，比如笔记本，手机，电动车……这样就可以为人们的日常生活带来了很多的方便，摆脱了电线及充电器的束缚。所以将电能输送无线化是有很大前景的。

无线输电原理

特斯拉无线输电：尼古拉·特斯拉这位架起电与磁之间桥梁的科学巨匠，也是最早提出无线输电的大师。他的理论是将低频高压电流转化为高频电流，然后再由空气作为传输媒介来输电。经常看到的特斯拉线圈就是能够生产出既高频又低电流的高压交流电。而且在一次记者招待会上，特斯拉做出了一个经特斯拉线圈产生的高频电流经过自己的身体，使一颗无线灯泡发亮的展示。特斯拉线圈的线路和原理都很简单，本质是一个可以获得高频电流的变压器。后来特斯拉又发明了放大发射机，也就是现在的大功率高频传输共振变压器。特斯拉把地球作为内导体，地球电离层作为外导体，通过放大发射机，这种放大发射机特有的电磁波振荡模式，在地球与电离层之间建立起了低频共振，利用地球表面的电磁波作为媒质来传输能量。可惜特斯拉有生之年没有财力实现这一发明，在这位巨匠陨落之后，这项技术被搁置，目前此技术又被重新研究。特斯拉线圈结构如图1所示

图1

电磁耦合共振的无线输电：这种技术已经得到了应用，并且制造出了一些科技产品，为数码相机，手机，笔记本进行无线感应充电。既然是感应充电，需要将用电设备置于感应装置上才能对其进行充电，即充点垫。此技术尚在研究阶段，感应距离是很微小的，远远不能满足输电的要求。近日麻省理工学院的一个研究小组在2米的距离内实现了无线输电，但是传输效率只有40%。这种无线输电的原理是：采用两个耦合共振线圈，一个线圈接电源成为送电端，另外一个为接收端。让两个线圈具有相同的频率，线圈之间就可以进行电能的输送，这两个共振线圈不会被其他频率的物体所干扰，因此可以让两个耦合共振的线圈透过同一磁场传输电力，相当于开启了一个电能传输的通道。

电磁耦合式无线输电是一种基于电磁感应原理的输电方式，可以达到输电设备与用电设备间非物理接触就可以传输电能的效果，也是目前极有可能成为无线输电的技术手段。该系统主要由三个部分组成，能量发送端，无接触变压器和能量接收端。简化图如图2所示

图2

由于这种系统属于疏松耦合系统，传输效率低，为了提高传输能力，初级变压器通常采用高频变压器。无接触变压器是系统中的枢纽部分，对稳定电流，高效传输起决定性作用。能量发射端由整流滤波电路，高频逆变装置和控制电路构成，与变压器的初级相连。能量接收端由输出整流滤波器和控制电路组成，与变压器次级相连。系统简化图如图3所示，耦合程度如图4所示。

图3

图4

无线输电前景展望

无线输电的科技实践，证实无线输电理论切实可行。如果将这种无线输电的方式扩展为太空输电，那么能源是取之不尽用之不竭的。太阳内部热核反应所造出的太阳能是非常巨大的，太阳每小时所释放的能量，可供人类使用5万年，然而辐射到地球的能量只有22亿分之一。若将太阳能尽可能利用，则可以解决全球因煤炭发电，引起的全球变暖问题，同时环境污染得到了有效遏制，届时人类将会用到廉价、清洁、 可持续的能源。

由于地面受云层等天气状况的影响，不利于阳光的收集，但是太空中阳光的辐射强度是地面的15倍，从地表发射一个带有单晶硅太阳能电池板的卫星，其高度超过35800公里后没有云层遮盖，昼夜变化，四季之分，相对位置与地球保持不变。将电池板收集储存的能量通过无线输电的技术传送到地表，然后通过无线输电技术将其输送至千家万户。这将是人类能源利用的一次革命性突破，会给各科领域带来新的辉煌。其简化图如图5所示。

结束语

本文将特斯拉线圈的电磁感应与电磁耦合相融合，使电磁感应无线输电的低效率与电磁耦合输电的短距离相弥补。以现有的研究水平对无线输电进行了说明和推导公式的展示，以及笔者大胆建立的太空无线输电模式，希望为研究无线输电尽微薄之力。

参考文献

[1]曾翔，基于磁耦合共振的无线输电系统设计[J]，四川理工学院学报:自然科学版,2010,23(5)

[2] 松浦虔士著，电力传输工程[M]，曹广益（译者），钱允琪（译者），北京科学出版社，2001

[3] 赵相涛,无线输电技术研究现状及应用前景,2010

[4] 李 平，谐振式无线输电的可行性研究 [ J]， 广西师范学院学报: 自然科学版, 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，无线供电方案及应用 2009（2）

第8篇：电磁感应辐射范文

【关键词】管道企业SCADA系统；雷电影响；防雷措施

0 引言

SCADA是Supervisory Control And Data Acquisition的英文首字母缩写，意思是数据采集和监控，是一种实时采集和分析数据的计算机监控系统。SCADA系统主要由两大部分组成：一是下位机系统，即可编程逻辑控制器控制系统，该控制系统为热备可编程逻辑控制器控制系统；二是上位机系统，即计算机实时监控系统，实时监视与控制现场设备。该系统包括CPU模块，电源模块，各种通讯模块，各种输入输出模块和UPS电源安放在PLC机柜室；各输入输出模块电缆与站场的液位开关、液位计、压力变送器等现场仪表通讯，采集数据，输出指令，保证输油生产正常运行；CPU通过以太网模块、交换机、协议转换器、路由器通过光纤到通讯系统，通过局域网与公司SCADA服务器通讯，站控工作站通过交换机与下位机系统通讯。SCADA系统电子信息设备的耐压和抗电磁干扰性能比较低，雷电所伴随的强大的感应电磁场以及在金属导体中产生的感应过电压，影响着SCADA系统电子设备的正常工作，每年雷雨季节，时常有输入输出模块击坏的现象，给输油生产带来很大的隐患，为了输油生产正常运行，有必要对SCADA系统设备进行防雷保护。

1 雷电的本质及效应

早在1772年美国科学家富兰克林就首先揭示了雷电的本质，实际上是一种电现象，雷电发生时可在千分之几秒到十分之几秒产生几百千安的电流、几百千伏的电压、十亿到上亿瓦的电能、上万度的高温、猛烈的冲击波、剧变的静电场和强烈的电磁辐射等物理效应，给人类造成多种危害。人类通过总结认识到了雷电的效应：雷电对人体的生理效应；雷电的电动力效应；雷电冲击波效应；雷电光辐射效应；雷电的热效应和机械效应；雷电的静电感应效应；雷电电磁感应效应；高电压引入效应。认识到了雷电各种入侵路径，提出各种预防雷电的方法。下面主要谈谈下位机系统防雷措施。

2 现场仪表的防雷

现场仪表主要处于室外，容易遭受直击雷的袭击，雷电直接击在仪表上，产生高电压高电流，因此必须电气防雷结合，尽量避免仪表成为接闪器；雷电的静电感应效应和电磁感应效应而在仪表及线路上感应高电压大电流，击毁仪表设备绝缘和设备，必须采取有效的措施加以防范，可以采取以下屏蔽措施：仪表的金属外壳、金属保护箱应为全封闭的，屏蔽各种静电和电磁干扰；需要进行雷电防护的非金属外壳的仪表应装在钢板材质的仪表保护箱内；现场仪表的金属外壳、仪表保护箱、接线箱及机柜的金属外壳应就近接地或与接地的金属体相连接，以便雷电流尽快泄放到大地，以防雷电高电压高电流对仪表内电子设备损坏，现场仪表金属外壳可以通过金属安装支架或金属设备自然接地；金属容器、塔器和操作平台上现场仪表应与操作平台和设备等电位连接，防止雷电流产生的电位差，造成仪表损坏或对人体的伤害；连接电缆应采用铠装的屏蔽电缆或屏蔽电缆全程穿钢管或封闭的金属电缆槽敷设，外屏蔽层至少两端接地，内屏蔽层一端接地；仪表信号线采用双绞线芯对；对雷电产生的浪涌电流，现场仪表应采用装配式电涌防护器，也可以采用内置集成式电涌防护器或通用的电涌防护器，安装电涌防护器不能破坏仪表的防护等级的要求。

3 PLC机房的防雷

PLC机房的特点是具有大量的电子设备，PLC的输入输出模块通过电缆与现场仪表设备相连，系统遭受雷击的路径主要有以下三种：直击雷，感应雷，高电位沿电源线、信号线和控制线传入。

3.1 直击雷的防护

当直击雷击中机房时，机房会有很强的雷电流，平均有30KA，如果机房没有直击雷的防护设备，当雷电击中时，机房的电压降分布不均匀，进而造成局部高电位反击，从而损坏设备，甚至伤害人员；再有，强大的直击雷电流使机房的地电位升高到几万伏，甚至几十万伏，并通过电源线和信号线的接地系统同时破坏接在电网和信号线上其他设备，这种雷击是对机房设备危害最严重一种，在雷雨季节，在管道的基层站队时常有机房设备遭雷击的事件发生，损坏PLC模块、仪表和其他计算机设备，一些管道基层站队的PLC机房没严格按照石化企业计算机机房设计规范的要求设计，只是一般企业厂房，达不到PLC机房的防雷要求。机房所在大楼应设置独立的避雷针和避雷网把整座建筑物保护起来，将雷电流引入足够远的地方入地，避免雷电流入地时产生的高电位通过电源线、信号线和控制线反馈造成破坏 。

3.2 感应雷的防护

感应雷是因为直击雷放电而感应到附近的金属导体中的，感应雷通过两种不同的感应方式入侵导体。

静电感应：当雷云中的电荷积聚时，附近的导体也会感应相反的电荷，当雷击放电时，雷云中的电荷迅速释放，而导体中原来被云电场束缚得静电也会沿导体流动寻找释放通道，会在电路中形成电脉冲。

电磁感应：在雷电放电时，迅速变化的雷电流在周围产生瞬变的电磁场，在其附近的导体中产生很高的感生电动势。研究表明，静电感应方式引起的浪涌数倍于电磁感应引起的浪涌。

管道企业几年前的通讯系统采用的微波通讯的方式，每个基层站队都有微波塔，高的有100多米，矮的也有大几十米，应是很好的避雷装置，但是，站队的PLC设备仍然常常遭受雷击，微波塔没成为避雷器，反而成为了引雷器，测试接地电阻也符合标准，原来雷云对微波塔放电电流有极大峰值和陡度在它周围的空间内有强大的变化得电磁场，处在这样电磁场中的导体会产生出较大的电动势，如果形成闭合回路还会有感生电流，由于微波塔的存在，基层站队落雷机会反而增加了。这是防感应雷的措施不到位而导致的。

为防止感应雷对SCADA系统的破坏，SCADA系统电源线、信号线、控制线采用有金属屏蔽层的电缆，全线直接埋地进线或没有金属屏蔽得电缆穿金属管进线，如果不能做到全线直接埋地，直接埋地的绝对长度不应小于15M，在架空线与埋地线交界处应焊接氧化锌避雷器。为防止雷电波的冲击，所有进出大楼的金属物包括各种金属管道各种电缆的金属外皮，建筑物本身的基础钢筋网以及大型的金属构件如配电屏、UPS机柜、PLC机柜等都应连接成统一的电器整体，与同一的接地网相联；所有进出建筑物的金属传输线得不能直接接地的部分，如电源相线、数据线都应接上合适的避雷器，并将其接地与机柜外壳接地接到统一的接地网，构成等电位连接，避免雷电反击，由于雷击产生的暂态电磁脉冲可以直接辐射到PLC模块上，也可以在电源和信号线上感应出暂态过电压波，沿线路侵入PLC模块，使PLC模块失灵或损坏，利用屏蔽体来阻挡或衰减电磁脉冲的能量传播是一种有效措施，模块的金属外壳，PLC金属机柜，电缆的金属保护套等都是很好屏蔽材料；由于楼的顶层容易遭受侧击雷的袭击，机房应尽可能安装楼的底层靠中间的地方，尽量避开楼的顶层和墙。

3.3 电源线、信号线、控制线雷电防护

为了避免高电压经过避雷器对地放电后的残压过大或因更大的雷电流击毁避雷器后继续毁坏后继设备，以及进一步防止电缆遭受二次感应，电源线应采取多级保护，管道企业基层单位的供电一般经过高压变电到低压间配电，再进入PLC机房给UPS电源供电，已经进行2级保护，但在雷雨季节仍然发生过雷电击毁UPS电源的现象，因此UPS电源进线端仍有必要加装电涌保护器的需要，从配电间到PLC机房的电源线应采用有金属屏蔽层的电缆全线埋地进线或无金属屏蔽层的电缆穿金属管进线，屏蔽层两端接地或多点接地，以尽快泄放雷电流。

信号线和控制线与现场的仪表设备相连，易遭受雷击，而在线路导体上产生高电压，以雷电波的形式向线路两端转播，毁坏现场仪表和PLC模块， 信号和控制线必须采用铠装的屏蔽电缆全线埋地进线或无金属屏蔽层的电缆穿金属管进线，根据电流的趋肤效应，大部分电流是通过金属外表流过，因此线路外表应做金属屏蔽处理，做好屏蔽接地，使雷电电磁感应通过屏蔽层泄流到大地而起保护作用。铠装层必须两点接地或多点接地，屏蔽层一端接地，芯线采用双绞线的线对，以消除雷电共模干扰，不能直接接地的芯线加装电涌防护器接地，采用等电位连接，消除雷电暂电流路径与金属物体之间的击穿放电，需要对室内的金属构件进行等电位连接与建筑物的防雷接地系统相连接，形成一个电气连续整体，避免发生雷击时不同的金属外壳或构架之间出现暂态电位差，造成绝缘或设备的损坏。

工作站的雷电防护与PLC机房的防护类似。

4 结束语

近年随着SCADA系统规模越来越大，控制的设备越多，企业加强了对雷电重视，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%的防护效果，防雷设计是一个系统工程，必须具有整体观念，综合考虑。

【参考文献】

第9篇：电磁感应辐射范文

【关键词】 电池； 供电； 转换效率； 植入式医疗器件

【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

植入式医疗器件是一种植入后能够实时测量人体的各种参数变化或是对某种器官起到辅助作用的仪器。随着电子技术的发展，植入式医疗器件开始广泛的被人们接受而在临床医学中得到广泛运用[1]。然而，所有的仪器都离不开能量，而在它的发展进程中，最主要的制约因素也必然是能量的供给。植入式医疗器件的供电方式成为研究的关键和难点。

1 植入式医疗器件简介

1.1 植入式医疗器件分类 在各类医疗电子产品中，有的直接在生物体外进行使用，有的则需要通过手术植入到生物体内才能工作，称为植入式医疗器件（Implanted Medical Devices，IMDs）[2]。植入式医疗器件的种类繁多，包括了对人体整个身体部件的各种辅助和救助设备，常见的植入式医疗器件主要用于代替某些功能丧失的器官工作，测量生命体的生理生化参数，或者治疗某些疾病[3]。

植入式医疗器件可分为被动式和主动式两种，大多数被动式的植入式医疗器件是非电子产品，如心脏支架、人造关节、人造瓣膜等组织结构装置。主动式的植入式医疗器件包括调整心律的心脏起搏器，消除心室纤维颤动、心动过速的心脏除颤器，辅助听力的电子耳蜗，神经刺激器、治疗弱视或者视盲的植入式视网膜等各种激励系统，需要能量供给才能代替或提高某个器官的功能，或者治疗某种疾病[4]。目前，植入式心脏起搏器和除颤器维持着上百万心脏病患者的生命，神经刺激器用于治疗如癫痛症、帕金森综合症等疾病，其他激励系统可以治疗如小便失禁以及慢性疼痛之类的疾病[5]。

1.2 植入式医疗器件基本组成 植入式医疗器件通常由两大部分组成，即体内植入部分和体外测控部分。体外部分的任务是人体信息的测量与控制，从而完成疾病的诊断和治疗。整个装置包括信息的获取、处理、存档、控制、指令、显示与记录功能。体外部分与一般的医学仪器相同， 系统的关键点主要集中在植入部分以及体内外的信息和能量的交换。

2 植入式医疗器件的基本供电方式

2.1 锂电池技术 锂电池技术是目前医疗行业最常见的用于植入式医疗器件供电的一种电源，该技术已成熟，并且有单体输出电压高、体积小、安全性高等诸多优点[6]，但由于人体的植入空间有限，植入电池的体积有着非常严格的控制，这意味着植入电池的容量不会很大。当电池能量耗尽时，植入式医疗器件也就停止工作，必须进行手术更换电池。对于心脏起搏器，锂离子电池的理论设计寿命是6～10年，当电池消耗了约85%时（一般约为5～7年），就不能保证它在人体内的运转，对于患者来说十分危险，必须及时更换，重新植入新的起搏器[7]。另一方面，植入电池虽然小，但其占总体积的比例仍然超过50%，是妨碍植入器件微型化的关键因素。

2.2 磁感应技术 除了锂电池已被应用于临床外，另一种被应用的供能技术是电磁感应技术。该技术是利用植入人体内的线圈和体外线圈电磁耦合来对电能进行传输[8]，对体内的电池进行无线充电，如图1所示。磁感应技术能够进行电能的无线传输，将体外丰富的能量输入体内对器件供电，极大的延伸了植入式医疗器件使用寿命，解决了当锂电池用完后必须进行手术更换的弊端，大大减轻了患者的痛苦。但是，磁感应技术的能量传递效率较低，一般来说，距离越近，传输效率越高，当距离大于4 cm时，基本实现不了充电[9]。并且该技术需要专门的充电设备，充电效率不理想。提高该技术的充电效率是必须进一步研究的关键。

3 植入式医疗器件供电方式的新进展

3.1 植入式无线供电系统 植入式无线供电系统结合了无线传输和均衡电路特点，设计了一种满足超级电容充电要求的闭环无线充电方案[10-12]，设计原理见图2。其充电方式还是主要利用电磁感应原理，外部电源经初级线圈与人体内的次级线圈进行能量传递，通过均衡电路后存储在超级电容。并且通过对电容参数的检测，用天线传输回体外单片机，来调节充电过程中的电压与电流等参数。

对于植入式医疗器件的供能方式，需要长寿命、安全、稳定、无需维护。超级电容（SC）是一种新型的电能存储元件， 能够满足上述所有要求。它有着超长的使用寿命，在需要长寿命、免维护的设备中，如地球卫星、IMED等，具有很大的发展潜力[13]。

3.2 体导能量传递模型 植入式医疗器件的体导电能量传递是一种新兴的无线充电方式。它利用人体内游离的离子在外加电场的作用下会发生定向移动的原理，产生电流[14]。植入式医疗器件的体导电能量传递原理如图3所示。该模型的外部电源把电压施加在两片电极上，通过人体内游离离子把能量传递到植入人体内的电极上，电极再把电能储存在植入式医疗器件的电池内[15]。在充电过程中，把体导电能的工作频率控制在kHz级，从而减少生物背景信号干扰，提高了充电的效率[16]。

3.3 基于人体动能驱动的电磁感应供电模型 基于人体动能驱动的电磁感应供电模型是通过采集人体即时产生的机械能进而转化为电能的一种方式[17]。该供电方式最重要的优点在于以人体下肢作为能量提供场所，用脚的运动提供机械能，进而转化为电能予以收集、利用，相对于普通的电池供电而言，避免了当电池电量耗尽时，再通过手术跟换电池时对患者造成的痛苦和经济负担。图4所示的是人体典型动能驱动模型。该供能模型选择以下肢为供能载体，是因为人体的生命活动离不开脚的运动，如散步、慢跑等，因此可以直接从这些日常人体活动中获得能量来带动一种装置，从而产生电能并对电能进行储存、利用[18]。但是该模型的产电能力较弱，且在运动过程中如何存储电能，如何将所存储电能调整到植入式医疗器件工作电路所需的电路参数仍然有待于进一步研究。

3.4 生物燃料电池技术 生物燃料电池是一类特殊的燃料电池，是利用酶或者微生物组织作为催化剂，将化学能转变为电能，具有原料丰富、工作条件相对宽裕、生物相容性好、无毒性等诸多普通燃料电池不具备的优点[19]。正是利用这些特性，生物燃料电池才被研究用于为植入式医疗器件的供电。

生物燃料电池能够利用体内的葡萄糖、氧等有机物或无机物作为燃料源源不断的产生电能，工作于常温、常压，并且酸碱度适中的环境中，这使得它维护成本低廉并且安全度很高，对人体无毒无害[20]。目前该技术最需要解决的是电能转换效率的问题，一旦解决，生物燃料电池将有望大规模应用于植入式医疗器件。

3.5 光电供电技术 功能性光电材料近年来发展迅速，即利用光电效应将光辐射的能量转化为电能。如经皮直接照射近红外光，通过光电池产生电能，该方法还可以结合可充电电池用，从而无需一直实施红外照射[21]。另有研究是利用光纤从腹部植入皮下，通过光纤传输光能至光电池并转化为电能，使用850 nm激光源照射，光电转换效率达40%，可产生3 V的电压，功率达到10 mW[22]。随着新技术的发展，太阳能电池在植入式医疗器件供电领域也有研究报道，有研究通过太阳能薄膜电池为植入式医疗器件，该薄膜电池的厚度大约为2～3 ?m，可以方便植入到体内，其转化效率也在进一步的研究中[23]。

3.6 核能技术 核电池是一种将核能转化为电能，并且能够为植入式医疗器件长期提供很高能量的装置。该技术具有体积小，重量轻，寿命长，不受外界影响等优点。核电池在医疗领域中最重要的应用就是心脏起搏器的供能装置。如用半衰期为87年的放射源钚（238 Pu），以其裂变产生的能量再通过热耦合技术转化为电流，150 mg即能够为心脏起搏器提供10年以上的能量[24-26]。

核电池寿命长的优点使患者减少了更换电池而反复进行开胸手术的巨大痛苦。但核电池有放射性，必须把它储存在精密的封闭单元中，所以体积较大且重。而且不论使用与否，随着放射源的衰变，其供电性能也会随着时间逐渐衰减。该技术可适用的范围受到核燃料特殊性的局限。

4 总结与展望

医疗植入式电子器件不同于体外应用的医学仪器，植入人体后，它能直接接触人体器官和组织，人体能够活动自如，能够在自然状态下高精度测定人体的生理、生化参数，研究生物体的生理、心理状态。植入式医疗器械的研制和发展很大程度取决于支持它们在体内连续工作的电能供给方法。由于植入式装置功能、尺寸等有所不同，必然造成供电方式的差异。

目前以下两种方法被认为是可行的，一种是通过电池供能，另外一种方法是通过体外电源无线传输能量对植入器械进行能量的补充，但其效果并不确定。低功耗或是极少出现高功耗使用情况的植入式医疗电子器件通常可以利用内部电池供电，例如植入式心脏起搏器的电池的一半功率用于心脏刺激， 而另一半功率用来完成监测、数据记录等工作。某些植入式医疗电子设备也可以用便携的外部电源供电，通过射频电磁感应进行能量传输被认为是能使人工心脏持续工作的一种有前景的供能方法[27-29]。

从储能元件上来说，目前最广泛使用的还是锂电池储能，锂电池安全，技术成熟并且制造成本低。现在临床应用的心脏起搏器就是通过锂电池组提供能量，电池寿命约5～7年，以患者平均佩戴20年来算，至少需要更换三次电池或者进行三次充电，这必定增加患者的经济负担，但最主要的还是增加了患者手术的痛苦。为了解决这一问题，大容量储能元件应运而生，核电池的出现即为植入式医疗器件解决了能源问题。以核能供能的植入式医疗器件，完全解决了电池的寿命问题，但因其核燃料的放射性使得适用性受到局限。近几年，又出现了一种超级电容的新型储能元件，解决了电池的寿命问题，并且无需维护，安全稳定，但它的成本相对较高，而且技术尚未成熟，尚不能应用于临床。

随着植入式医疗器件的复杂化，系统的功耗越来越大，对于短期植入式医疗器件，电池完全可以胜任，但对于长期植入式医疗器件往往不能满足要求，体外无线供电方式解决了以上问题。基于E类放大器的电磁感应供电效率可达70%左右，还可以同时传输数据，但电磁耦合方式会与其他电子器件发生干扰；光电供电同样可实现长期供电，但转换效率不高。此外，以上供电方式也可结合使用，如将经皮能量传输与可充电电池结合起来，为人工心脏提供能量，这就为功耗较高、长期植入的医疗器件提供了一种解决方法[30-31]。

植入式医疗器件目前主要还是依靠特定的设备来提供电能，但最理想的还是能够利用人体自身或者人周边的环境来进行供能，如机械能（身体运动、肌肉拉伸、血管收缩）、振动能（声波）、化学能（葡萄糖）、液压能（体液流动及血液流动）等。光电池、生物燃料电池以及人体动能驱动的电磁感应供电模型等方式就应运而生了，但是同样面临能量转换效率的问题仍需进一步研究。

随着植入式医疗装置的广泛使用，推动了植入式医疗器件供电方式的进一步发展，植入式医疗器件发展迅速，微型化、纳米化正成为一种趋势。由于植入式装置的功能、尺寸等各有不同，植入式医疗器件供电装置的电池容量、无线充电效率以及能量来源将是研究的关键和难点。

参考文献

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

[18]杨阳，孙斌.基于人体动能驱动的电磁感应供电模块的实体模型制作与实验[J].科技视界，2013，12（13）：63-64.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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