电磁场小论文

电磁场小论文（通用6篇）

篇1：电磁场小论文

摘要

随着电力电子技术自动控制技术、测试技术、微机等高新技术的发展, 磁悬浮技术,特别是可控磁悬浮技术取得较大发展, 显示出广阔的应用前景, 可控磁悬浮技术已由宇航军事等领域的应用开始向一般工业应用转化。本论文简要介绍了磁悬浮技术原理的分类方式和应用范畴，首先对电磁吸引控制悬浮（EMS），永久磁铁斥力悬浮（PRS），感应斥力方(EDS)三方面对其原理进行简单介绍，然后对磁悬浮技术的在生活中的应用进行了简单的介绍。

关键字：磁悬浮原理 EMS PRS EDS 磁悬浮的应用

1.磁悬浮技术原理

磁悬浮装置由传感器、控制回路电磁铁、功率放大器等部份组成(图1)利用电磁力, 将某些物体无机械接触地悬浮起来, 由传感器检测悬浮体偏差信号, 通过反馈控制回路调节, 发出控制信号, 经功率放大器控制电磁铁中的电流, 从而控制电磁铁产生的磁场和作用于悬浮体的电磁力, 使之保持在正确位置。

图（1）磁悬浮原理图

2磁悬浮技术的分类

2.1按电磁铁种类可以分为常导吸引型和超导排斥型两大类。

2.1.1常导吸引型

常导吸引型磁悬浮列车是以常导磁铁和导轨作为导磁体，用气隙传感器来调节列车与线路之间的悬浮间隙大小，在一般情况下，其悬浮间隙大小在10 mm 左右，这种磁悬浮列车的运行速度通常在300~500 km/h 范围内，适合于城际及市郊的交通运输。2.1.2超导排斥型 超导排斥型磁悬浮列车是利用超导磁铁和低温技术，来实现列车与线路之间悬浮运行，其悬浮间隙大小一般在100 mm 左右，这种磁悬浮列车低速时并不悬浮，当速度达到100 km/h时才悬浮起来。它的最高运行速度可以达到1 000km/h，当然其建造技术和成本要比常导吸引型磁悬浮列车高得多。

2.2按悬浮方式磁悬浮列车按悬浮方式有电磁吸引式悬浮(EMS)和永磁力悬浮(PRS)及感应斥力悬浮方式(EDS)2.2.1电磁吸引控制悬浮方式EMS(Electromagnetic Suspension)电磁吸引控制悬浮方式,如图2(a)。这种方式利用了导磁材料与电磁铁之间的吸引力,几乎绝大部分磁悬浮技术采用该方式。虽然原理上这种吸引力是一种不稳定的力,但通过控制电磁铁电流的大小,可以将悬浮气隙保持在一定的数值上。随着现代控制理论的发展和驱动元器件的高性能、低价格化, EMS方式得到了广泛的应用。在此基础上,也有众多的研究人员提出了把需要大电流励磁的电磁铁部分替换成可控型永久磁铁的方案,并深入地进行了研究和开发工作。该方案可以大幅度地降低励磁损耗,甚至在额定悬浮高度时几乎不需要能量,是一种非常值得注目的新技术。

图2（a）EMS方式 2.2.2永久磁铁斥力悬浮方式(Permanent Repulsive Suspension)如图2(b),这是最简单的一种方案,它利用永久磁铁同极间的斥力, 一般产生的斥力为1kg /cm2 ,所以被称为永久磁铁斥力悬浮方式。当然,根据所用的磁性材料的不同, 其产生的斥力相应变化。但是,由于横向移位的不稳定因素,需要从力学角度安排磁铁的位置。近年来,开始出现了一些采用PRS方式的产品,例如日本1999年4月公开的专利中,就有关于PRS配置方案的内容。随着稀土材料的普及, PRS方式将会被更多地应用于各个领域。

图2（b）PRS方式

2.2.3感应斥力方式EDS(ElectrodynamicsSuspension)此方式利用了磁铁或励磁线圈和短路线圈之间产生的斥力,简称感应斥力方式。如图2(c),为了得到斥力,励磁线圈和短路线圈之间必须有相对运动。EDS方式的斥力来自相对运动,相对运动的速度越快斥力就越大。而另一方面,斥力又随悬浮气隙变化,气隙越大斥力就越小。因此,在相对运动达到一定速度以上时,斥力与重力会自然地平衡在某个气隙上这种方式主要被应用于超导磁悬浮列车的悬浮装置上。但是,在低速时由于得不到足够的悬浮力,因而需要有车轮来支撑停止或低速时的车身。从原理上而言, EDS很少被应用于低速传动机构。

图2（c）EDS方式

3电磁吸引控制悬浮方式EMS列车的运行方式

利用装在车辆两侧转向架上的常导电磁铁(悬浮电磁铁)和铺设在线路导轨上的磁铁，在磁场作用下产生的吸引力使车辆浮起，见图3所示。车辆和轨面之间的间隙与吸引力的大小成反比。为了保证这种悬浮的可靠性和列车运行的平稳，使直线电机有较高的功率，必须精确地控制电磁铁中的电流，使磁场保持稳定的强度和悬浮力，使车体与导轨之间保持大约10 mm 的间隙。通常采用测量间隙用的气隙传感器来进行系统的反馈控制。这种悬浮方式不需要设置专用的着地支撑装置和辅助的着地车轮，对控制系统的要求也可以稍低一些。

图3 电磁吸引控制悬浮原理图

在图2(a)所示的典型电磁悬浮系统中,悬浮物体的上下运动方程式可用式(1)表示。

d2Wi M2Mgkifd（1）

dtW2同时,励磁电路的电路方程式如式(2)所示

ed(Li)Ri（2）dt式中 M—— 悬浮物体质量 W—— 悬浮气隙长度 i— — 励磁电流

ki— — 电磁铁吸引力系数

fd —— 外力 e—— 外加电压 R— — 励磁绕组电阻 L—— 励磁绕组电感

4磁悬浮在现代工业中的应用

4.1磁悬浮轴承

磁悬浮轴承(Magnetic Bearing)是利用磁力作用将转子悬浮于空中，使转子与定子之间没有机械接触。其原理是磁感应线与磁浮线成垂直，轴芯与磁浮线是平行的，所以转子的重量就固定在运转的轨道上，利用几乎是无负载的轴芯往反磁浮线方向顶撑，形成整个转子悬空，在固定运转轨道上.与传统的滚珠轴承、滑动轴承以及油膜轴承相比，磁轴承不存在机械接触，转子可以运行到很高的转速，具有机械磨损小、能耗低、噪声小、寿命长、无需润滑、无油污染等优点，特别适用于高速、真空、超净等特殊环境中。磁悬浮事实上只是一种辅助功能，并非是独立的轴承形式，具体应用还得配合其它的轴承形式，例如磁悬浮+滚珠轴承、磁悬浮+含油轴承、磁悬浮+汽化轴承等等 4.2磁悬浮列车

对于磁悬浮列车的研究由来已久，其依靠电磁吸力或电磁斥力将列车悬浮于空中并进行导向，实现列车与地面轨道间的无机械接触。由于其轨道的磁力使之悬浮在空中，行走时不同于其他列车需要接触地面，因此只受来自空气的阻力。磁悬浮列车的速度可达每小时400公里以上，比轮轨高速列车的380多公里还要快。4.3磁悬浮隔振器

由于磁悬浮隔振器的磁场力大小与两个极板之间的距离呈非线性关系，从而使得磁悬浮隔振具有良好的非线性隔振性能。

4.4磁悬浮工作台

随着对加工和测量装备精度要求的不断提高，有关长行程、超精密运动控制的研究引起了人们越来越多的兴趣。已有研究表明，影响长行程、超精密运动控制精度的最主要因素是摩擦力非线性。而磁悬浮正是一种实现长行程、超精密运动控制的较为理想的方式。

5磁悬浮技术的发展前景

随着电子元件的集成化以及控制理论和转子动力学的发展，国内外对磁悬浮技术的研究均取得了很大的进展。但不论是在理论上，还是在产品化的过程中，此技术都还存在着很多的难题。其中，磁悬浮列车的技术难题是悬浮与推进以及一套复杂的控制系统。但是磁悬浮技术具有无接触、无摩擦磨损、无需润滑和密封等优点，符合未来的发展趋势，使其在许多工程领域获得了广泛的应用。随着超导磁体的发现，磁悬浮技术必将具有更为美好的发展前景。

篇2：电磁场小论文

我从科学书上看到了电磁起重机，它太强悍了，特别是搬运铁类物品时，把很大一堆废铁吸起来，断开开关，这一堆废铁一下子被转移到了另外一个地方。电磁铁真有这么大的本事吗？我决定亲自来做一个电磁铁试一试。

星期天，我从家里的杂物间里找出来一节干电池，一个很粗很长的铁钉，还有一断细电线，我把电线缠在铁钉上，缠了足足30圈，然后把电线的两端的绝缘层剥开，将电线里的铜丝接触在电池的正负极上，并叫弟弟帮我按着，电磁铁做好了。我拿起大钉子的一端，用另一端去吸地上的回形针。我满以为我的电磁铁会吸起很多回形针，就像电磁起重机吸废铁一样。出乎意料的是，回形针就像被施了定身法一样，躺在地上纹丝不动。

我又把电线绕了很多圈在铁钉上，并把它们绕得更紧，让弟弟把电线的两端紧压在电池正负极上。耶！一颗回形针被吸到了铁钉上，但却摇摇欲坠的。呀！电磁铁真的可以吸住物体呢！可是怎样才可以吸住更多的东西呢？我想到了科学书上说的可以增加线圈圈数，或是可以增加电量。嗯，试一试。可是铁钉上的线圈已经缠满了。于是，我马上跑到门口的超市买了两节新电池。回到家，我迫不及待地把原来的电池换成刚买的一节新电池。“哇！”我和弟弟一起兴奋地叫了起来，四五颗回形针被吸在铁钉上，像被粘住一样，随着我手的晃动不停地摇摆着，但却一颗也不肯掉下来。

“耶，终于成功了！”我和弟弟高兴得手舞足蹈！

为什么我先前的那节电池做的电磁铁只能吸上一颗回形针，而且还摇摇欲坠的，但这节电池做的电磁铁却能吸起这么多的回形针呢？我百思不得其解----我拿起原来的电池仔细地研究，在电池的注意栏里发现了电池的保质期只有两年，然后又在电池的底部发现了一行数字“20xx-xx”，原来的.电池马上要过保质期了。应该是这个原因，才使得制作的电磁铁的磁性很小。为了再次确认电池的电量与电磁铁磁性大小有关，我把两节新电池串联起来，让弟弟牢牢按住。终于，皇天不负有心人，地上的回形针像服了兴奋剂一样，争先恐后向钉子上窜，一些跑在后面的只能抓住前面的回形针，就像猴子捞月亮一样一个一个的挂在钉子上，任凭我的手如何移动，也不愿掉下来。我又做了好多次，终于摸清了电磁铁的脾气：就如科学书上说的一样，把线圈缠多些、紧密些，电池多几节，它的磁性就大一些。电磁铁的本领确实很大！

篇3：电磁场小论文

关键词：电磁编队,Hill方程,磁偶极子,Simulink

传统的卫星编队控制需要用推力器,推力器燃料耗尽,编队的寿命随之终结,同时推进剂的空间残留和羽流可能污染卫星部件,干扰卫星的正常工作。电磁编队飞行(EMFF)利用高温超导线圈产生电磁力和力矩对卫星编队进行控制,被认为是航天领域新技术的一场变革,有着广泛的应用前景。电磁力作为航天器群中的内部力,可以进行航天器的相对控制,而不能改变质心,辅助推力器控制、飞轮控制,可以达到传统控制的效果。电磁力和力矩的产生不消耗推进剂,而且电能在太空中可以再生,使得编队寿命不再受推进剂携带量的限制,也不会产生推进剂残留。

自2002年以来,美国麻省理工学院从可行性研究到建立了专门的电磁编队飞行地面试验床,在电磁编队飞行建模仿真、非线性控制和基于超导线圈的电磁体设计等方面开展了系统研究。David Miller[2]等人基于美国的类地行星发现者(TPF)的编队计划,设计了电磁控制编队方法,并进行了仿真。Laila M.Elias[3]等人研究了电磁力矩的作用及在电磁力矩的作用下利用反作用飞轮进行控制的方法。Samuel A.Schweighart[4]等人研究了利用三个正交超导线圈产生磁偶极子的方法,并分析了磁偶极子受地球磁场的影响,提出了角动量管理的方法。

本文以近地轨道双星近圆绕飞为例,建立电磁力控制卫星编队飞行的相对运动模型,设计控制律,利用Simulink对闭环反馈控制系统进行仿真,并分析系统的收敛性和干扰力矩的影响。

1磁控小卫星编队飞行数学模型

本文研究绕地球飞行的两颗小卫星构成的近地轨道编队,在Hill坐标系描述小卫星编队飞行的相对运动。Hill坐标系是随目标小卫星一同运动的动坐标系:原点在目标小卫星质心,ox轴沿地球半径方向朝外,oy轴垂直于ox轴,指向飞行方向,并在目标小卫星的轨道平面内,oz轴与前两轴构成右手正交系。在近圆轨道假设条件下,小卫星近距离编队飞行相对运动动力学方程即Hill方程为[5]:

式(1)中Fc为控制力、m为小卫星质量、ad为外部干扰加速度,n为轨道角速度,编队中小卫星之间的距离在百米以内。

参考星和环绕星分别安装三个正交线圈,参考星与环绕星的磁偶极子强度向量分别为1=[u1x,u1y,u1z]T和2=[uT2x,u2y,u2z],参考星到环绕星的距离矢量为珒r=[x,y,z]T。则根据文献[6],编队中环绕星受到的电磁力为:

而参考星受到的电磁力正好相反为:

这样磁控小卫星编队的Hill方程进一步整理为:

电磁偶极子相互作用产生电磁力的同时也产生电磁力矩,环绕星受到的电磁力矩为:

这里要注意参考星受到的电磁力矩并不是环绕星所受电磁力矩的相反值,根据上述公式为:

由于电磁力与r4成反比、电磁力矩与r3成反比,也就是在编队控制过程中产生电磁力的同时会产生较大的“电磁干扰力矩”,这样带来飞轮或控制力矩陀螺等小卫星姿态控制中的角动量饱和如何卸载等问题。

三轴稳定小卫星采用反作用飞轮系统,沿卫星星体坐标系的三个轴各装一飞轮,设飞轮的轴向转动惯量分别是Iwx、Iwy和Iwz,飞轮相对于星体的角速度为珚ωw。星体的角速度为珚ωB,卫星整体的惯量张量矩阵为I]T,则小卫星的姿态动力学方程为[7:

式(7)中珔TB为小卫星受到的电磁干扰力矩。采用四元数的小卫星姿态运动学方程为:

2磁控小卫星编队控制律设计

这里编队控制的任务就是使编队中环绕星的相对位置保持和标称位置一致,标称位置可通过事先设计好的编队构形计算得到。编队构形分为轨道平面内构形和垂直轨道平面方向构形两部分:轨道平面内是椭圆,椭圆长短半轴之比为2:1,短半轴记为p;垂直轨道平面方向是简谐振动,振幅为s;轨道平面内与垂直轨道平面方向还分别存在构形相位角φ和θ。上述四个几何参数就决定了通常所谓的编队构形,不同的编队构形即对应不同的几何参数值。根据文献[8]可得Hill坐标系中标称相对状态的计算表达式为:

式(9)中n为轨道角速度,u为平均纬度幅角(u根据轨道要素计算u=ω+M)。

根据式(4)可令控制力为:

把式(10)代入式(4)整理可得:

由式(11)可见编队控制律的设计等价为二阶定常系统的控制律设计,根据经典控制中关于二阶系统的分析设计理论容易确定控制器参数k1和k2。当存在相对位置跟踪指令r*=[x*,y*,z*]T时,控制信号为:

根据式(10)可得反馈控制所需的实际控制量为:

上述控制律的实现需要获取得到相对位置和相对速度信息,其中相对速度也可根据相对位置测量值进行滤波处理得到。当施加在环绕星的电磁控制力为F珔2时,则根据式(2)可反算磁偶极子强度向量1和2,但已知条件是力的三个分量,需要求解磁偶极子强度的六个分量,这样存在无穷组解,这里参考文献[9]的方法,限制1在相对位置矢量方向上、限制2在由相对位置矢量和力F珔2构成的平面上,在这样的限制条件下可解算得到满足要求的1和2。

3磁控小卫星编队控制仿真分析

使用Simulink软件搭建磁控小卫星编队动力学与控制仿真系统,轨道动力学模型考虑J2项地球引力。由参考星和环绕星绝对状态计算Hill坐标系相对状态,再由编队控制律生成电磁力指令,电磁力指令再转换为磁偶极子强度指令,进一步根据式(2)计算实际的电磁控制力,最后把控制力转换到惯性系成为卫星轨道动力学模型中的外部作用力。根据式(5)、式(6)计算电磁干扰力矩,把电磁干扰力矩转换到星体坐标系成为卫星姿态动力学模型中的外部作用力矩。

下面对磁控小卫星编队进行仿真分析,设置的仿真条件为:参考星的初始轨道根数为a=7 000km、e=0.001 1、i=97.85°、Ω=90°、ω=0°、М=0°,编队构形几何参数为p=50 m、φ=0°、s=30 m、θ=0°,环绕星初始相对状态偏离标称值为5 m(三维位置分量)和0.01 m/s(三维速度分量)。小卫星质量50 kg,惯量张量矩阵对角线为:[12.5 12.5 12.5]kg·m2,飞轮转动惯量为0.01 kg·m2。卫星姿态三轴对地定向稳定,采用PD控制律,比例反馈系数为6、微分反馈系数为12,编队采用本文的控制律,k1=0.0001、k2=0.02。在上述条件下,积分步长0.25 s,仿真所得相对位置的控制过程如下图所示。

从图1可见,在电磁控制力的作用下,环绕星相对参考星的相对运动轨迹逐渐收敛到标称轨迹,这充分说明了本文所提编队控制方法的正确性和有效性。控制过程中环绕星所受的电磁力及磁偶极子强度曲线分别如图2。

从图2可见,编队控制所需的最大电磁力大致是10-3 N,收敛过程耗费的时间接近3 000 s,进一步的仿真结果还表明提高电磁控制能力能够缩短收敛时间,但同时会带来较大的姿态电磁干扰力矩。本仿真算例中相应的电磁干扰力矩和飞轮转速情况分别如图4、图5。

从图4可见,编队控制所产生的最大电磁力矩大致是0.065 N·m,对于小卫星来说这样的干扰力矩难以承受,所幸的是编队控制收敛后的电磁干扰力矩较小,这样避免了飞轮转速的长期递增。即便如此,从图5可见收敛后飞轮每分钟最大转速也在2万转以上,而姿控飞轮的饱和转速一般限制在每分钟数千转以下,也就是说,编队电磁控制的实现给姿态控制带来新的问题和挑战,对角动量的管理是需要进一步研究的课题。

4 结论

电磁编队控制技术具有不消耗燃料、不产生污染等优点,是编队飞行控制技术未来发展的热点之一。本文主要研究近地轨道小卫星编队的电磁控制问题,建立了磁控小卫星编队飞行的相对运动和姿态运动数学模型,其中包括产生电磁力和电磁力矩的数学模型,在此基础上,通过把编队相对运动控制模型转化为等价的二阶定常系统进行了控制律的设计,最后搭建了磁控小卫星编队Simulink仿真系统并进行了仿真分析,仿真结果表明本文所设计的编队控制律正确有效、磁偶极子强度也在能够提供的范围内,但仿真结果也表明电磁编队控制带来较大的干扰力矩,给小卫星的姿态稳定控制带来新的问题和挑战,这需要下一步深入研究。

参考文献

[1] Miller D W,Electromagnetic formation flight final report.Massachu-setts Institute of Technology Department of Aeronautics and Astronau-tics

[2] Miller D W,Sedwick R J,Kong E M C.Electromagnetic formationflight for sparse aperture telescopes.Massachusetts Institute of Tech-nology

[3] Elias L M,Kwon D W,Sedwick R J.et al.Electromagnetic forma-tion flight dynamics including reaction wheel gyroscopic stiffeningeffects.Journal of Guidance,Control,and Dynamics,2007;3:30—2:499—511

[4] Schweighart S A,Sedwick R J.Dynamics of an electromagneticallyflown formation of spacecraft within the earth’s magnetic field.SPIE,2004:5166—5186

[5]张育林,曾国强,王兆魁,等,分布式卫星系统理论及应用.北京:科学出版社,2008

[6] Schweighart S A.Electromagnetic formation flight dipole solutionplanning,for the degree of doctor of philosophy.Massachusetts Insti-tute of Technology,2005

[7]黄圳圭.航天器姿态动力学.长沙:国防科技大学出版社,1997

[8] Gill E,Amico S D,Montenbruck O.Autonomous formation flying forthe PRISMA mission.AIAA Journal of Spacecraft and Rockets,2007;44(3):671—681

篇4：电磁污染不是小问题

电磁波从哪里来

电磁波看不见、摸不着，然而却无处不在。在自然界里雷电、地震、火山喷发、宇宙放射、太阳黑子活动等，均可产生电磁波，它们能对飞机、电气设备、建筑物等直接造成危害，还可对短波通讯产生严重干扰，使通讯中断；在人类社会，能产生电磁波的生产活动和现代高科技设备有：焊接、熔炼、高频淬火、切割塑料加工、无线电广播与通讯、电视发射、雷达、医疗设备等；在日常生活中，各种家用电器，如电视机、电脑、空调、冰箱、微波炉、电热毯、电吹风、手机以及电动剃须刀等，均可产生较强的电磁波。总之，电磁波是由电流在空间形成的，只要有电就会产生电磁波。

据国家环保总局1999年公布的全国电磁污染的调查结果表明，我国电磁辐射所造成的电磁污染损失与上世纪五六十年代所遭受的水和大气污染相当。卫生部在近期印发的《职业病危害因素分类目录》中已将电磁辐射列为可能导致职业病的重要因素。也就是说，在人们的生活与工作环境中，电磁波带来的负面影响已经相当明显。所以，每个人懂得一些防护知识是非常必要的。

电磁波如何伤人

当电磁波频率超过一定强度后(10W赫兹以上时)，电磁波就能穿透人体，导致机体功能紊乱。轻者出现头晕乏力、失眠、食欲不振、烦躁易怒、记忆下降，血压升高或降低、白细胞减少，严重者可引起视力下降、白内障、流产、基因缺陷，并易诱发各种癌症。

据国外调查发现，长期暴露在强电磁波下的儿童，其癌症发病率比在低电磁波下的儿童高2－5倍；长期在微波辐射下工作的人，脑部肿瘤的发病概率比一般人高6倍多；周围架设高压线的住户，妇女发生乳腺癌的危险增加7倍以上；孕妇常用电热毯会影响胎儿的发育，引起流产；孕妇常用手机通话可能会导致胎儿畸形；常受电磁波影响之人，体内生物电也会受到干扰，导致脑电图、心电图检查异常。电磁波有时还会使疾病诊断发生困难，影响治疗。

总之，电磁波波长越短、功率越大、频率越高、距离越近、接触时间越长、环境温度越高、湿度越大、空气越不流通，则电磁污染越强。

怎样预防电磁污染

1、改善所处环境空气要保持流通，温湿度要适宜，常用家电不要集中放置或同时使用，而且最好不要放在卧室内。

用吸尘器把散热管线上的灰尘吸掉，可提高冰箱的效率，降低家中的磁场；电脑主机能放远一点就尽量放远一点；手机充电器、便携式单放机在插座上的变压器磁场也较强，要注意保持一定距离；不要小看非照明用的小型灭蚊灯，其磁场也可超过500MG，应该把它放在墙角。

磁场的穿透性很强，千万不要忽视了相邻房间或楼上楼下的影响。如果你经常坐在沙发上，你头后面是墙，而隔壁邻居电视的尾部刚好对着你的头，那你可能就会遭殃。所以，沙发、座椅和床头最好不靠近与邻居相隔的墙，因为你可能不知道墙那边会有什么。

2、减少接触时间经常操作电脑的人员，一般工作一小时左右，就应休息10－15分钟，每周工作最好控制在20小时左右。还应尽量减少使用手机、对讲机和无绳电话，注意长话短说，缩短通话时间。

3、增强防护能力加强营养，多吃新鲜蔬菜和富含卵磷脂、维生素A及抗氧化剂的食品，如胡萝卜、豆制品、大枣、柑橘、牛奶、鸡蛋、动物肝脏和瘦肉等。同时还应加强锻炼，经常喝些绿茶，以提高机体的免疫力和自我修复能力。

4、提高防范意识通过宣传教育，使人们明了所有的电器、输电线和接线、引线都有电磁波辐射，会对人体健康带来一定危害。所以，一定要购买和使用合格电器产品。电器产品在生产过程中，企业一定要严格执行企标、行标、国标、军标、世标，并经常检查环境污染程度。

5、加强个体防范妇女、儿童、青少年、孕妇、体弱多病者、安装有心脏起搏器者、对电磁波敏感之人或长期处于电磁污染超标状态之下的人群，应使用个体防护用品，如防护外衣、裤子、孕妇服、帽子、眼镜、袜子、手套、鞋子及屏蔽帐、墙布、门帘、屏蔽罩等，现已有系列产品可供选用。

6、屏蔽辐射污染源对能产生强电磁波的设备，可采用能屏蔽、反射或吸收电磁波的屏蔽物，如铜、铝、钢板及金属丝、高分子膜等。

篇5：电磁场与电磁波课程教学方法论文

一、对比已经学过的知识，掌握新内容的核心要点

电磁场与电磁波教学内容丰富而抽象，是大学物理部分电磁学内容的升华，并且使用高等数学工具多，方法灵活。学生在初学时往往停留在旧的认识处理水平而不能深入理解。因此在教学过程中需借鉴已经学过的知识，进行对比分析，找出异同，重点突破，才能提高效率。例如矢量分析部分，有的同学就误以为只是高中的向量运算和高数中的多重积分相关知识。教学时可以通过对比找出该课程中的新知识，温习旧知识，拓展新内容，重点深入理解剖析、加强物理内涵知识的练习。电磁场部分也是深入学习的重点，通过对比高中物理、大学物理和本课程中对同一定律研究手段的深入可以发现，从结合微积分手段到充分利用矢量分析，可以解决的问题更加丰富全面，要求也更高。学习中也可以对电场和磁场部分进行对比分析学习[3]，既能方便地记忆众多基本公式，又能体会科学理论中的对称美，激发学习兴趣。由于学生已有一定的大学物理基础，教师可以在讲授新知识时对比回顾已学内容，加深学生对相应知识的理解深度，也让学生明白该课程的学习要求。如在学习导体的静电感应现象、电介质的电极化过程、磁介质的磁极化过程中可以发现，对比学习可以帮助学生更好地理解各个过程进而对相应的类似公式有了深入理解，也就不易记错内容。学习中新旧知识相结合，温故知新，举一反三，既能降低学习入门难度，还可以明确课程核心内容，避免学生产生自己全会的错觉。此外还可以充分利用已经学习过的其他知识来深入理解探讨学习中的疑问。例如学生在大学物理中重点学习了动生电动势，然而在麦克斯韦方程的推导过程中却只考虑了感生电动势因素。如果学生的疑问得不到解惑可能会让他失去对科学严谨性的信任。然而关于麦克斯韦方程组的相对论变换内容不在该课程的.教学大纲中，可以诱导学生利用学习过的狭义相对论知识进行探索，甚至可以尝试推导低速情况下的近似表达式，这样即使不能完全理解也能消除心中疑惑，又加深了对已学知识的认识，激发了对科学的兴趣。

二、综合运用各种多媒体、互联网资源，丰富教学手段

电磁场与电磁波内容抽象、公式繁多，通常我们运用多种现代多媒体资源组成的幻灯片进行教学，既可以使课堂形象生动又能节约时间提高教学效率。在教学中，我们发现多媒体资源在唤起学生的关注度方面，文字的不如图片的，黑白的不如彩色的，静态的不如动态的，无声的不如有声的，严肃的不如诙谐的。我们可以选用多种相关的软件绘制生动的演示文件，例如使用数学软件Matlab、Mathematica等绘制场的传播曲线，使用VB等软件编写可视化、可调的程序，可使诸如不同偏振与传播方向之间的特点等抽象的内容清晰明了。如今信息传播方便快捷的时代，想要课堂教学的精彩度超过学生手中手机游戏的吸引力，光靠教师一个人的力量是不够的，可以充分利用互联网上其他教师分享的教学课件等资源。网络上存在的一些有关知识的flash动画、gif动图等言简意赅、诙谐生动，可降低学生对该课程枯燥乏味的感受。强大便捷的移动互联网也可以加强师生互动，及时了解学生的学习情况。多数学生比较羞涩不敢积极回答课堂提问，可以鼓励学生在学习交流QQ群内匿名探讨学习，以便形成良好的学习交流气氛。还可积极鼓励学生对心中疑问进行及时网络搜索解疑，当形成良好的学习习惯后就会把手机作为可以解决疑问的工具，降低手机游戏的诱惑。学习中的疑问及时解答则提高学习兴趣，越积越多则产生厌学心理，网络化的及时沟通可以非常快速地解决这一难题。此外，教学过程中不能忽视传统板书现场书写的重要作用，尤其是教师熟练的公式推导过程不仅不会使学生对公式感到厌烦，还可深入地认识理清公式推导过程中的细节，加深对相应知识的理解。

三、紧密结合现实生活，与高科技接轨，调动学习兴趣

电磁场与电磁波课程与我们日常生活的诸多方面息息相关，众多高科技应用均涉及相关理论。讲课的时候，可以从现实生活的角度出发，挑选生活中、新闻里大家普遍关注的科技背景，以激发学生学习热情。例如在讲解导体对电磁波的反射问题时，可以结合日常生活中大家熟悉的手机信号屏蔽问题，通过演示或者布置任务的方式让学生体会在不同大小孔洞的金属罩下手机信号的屏蔽情况，进而引导学生根据所学知识进行思考，体会2G、4G模式下不同波长电磁波的传播特性。在学习菲涅耳公式时，浅析隐形轰炸机的原理，让学生感受知识的重要应用价值，也可引起军迷爱好者的共鸣。又如在讲解电磁场的能量这一抽象概念时，利用微波炉的生活常识可以降低对这一概念的陌生感;在学习电磁波全反射知识时，结合光纤的工作原理进行讨论，可达到学以致用的效果，并能体会使用相关仪器时的注意事项。总之，教学时要紧密结合现实生活，与热点科技应用接轨，培养学生好学、创新和解决实际问题的能力。

四、加强实际演示观摩学习，培养学生动手操作能力

在教学过程中，单纯的口述讲解不足以充分调动学生的学习热情。电磁场与电磁波课程也是理论分析与实验现象紧密结合的课程，实验现象的演示观摩有助于学生对相关理论的深刻理解。然而出于总体培养方案的要求，光电信息科学与工程专业侧重于光电信息方面课程的学习，没有足够的时间再开设与本课程直接相关的实验内容。虽然其他光电类实验都或多或少地使用到本课程的相关内容，但是课时有一定滞后，对本课程的提升有限。例如在学习电磁波波包概念时，虽然可以使用多媒体课件进行演示，但是学生总感觉是数学仿真，体会不够深刻。我们可以引用学生在大学物理实验课程中都学习过的示波器，在课堂上直接演示两个不同频率的交流信号经过示波器的叠加显示结果，这样通过使用熟悉的仪器展示波的叠加、波包的传播特性等概念，可使学生得到真实深刻的体会。在引入新知识时，还可以利用一些饶有乐趣的现象激发学生探索欲望。如在讲解电磁波的知识时，我们知道电磁波波段是很宽泛的，而我们日常生活中的220V交流电也是一种50Hz的低频电磁波，可以使用示波器调节同步触发信号来进行探索。操作中我们会发现该微弱信号在用人体充当天线功能后瞬间放大，这些有趣现象的直观感受将刺激学生的求知欲。在实验过程中可以尝试用不同的方法调试各种情况，将抽象的理论转化为切身感受，从而达到较好的教学效果。此外还可以利用所学的知识分析以前实验中未深入理解的部分。还是熟悉的示波器，在观测李萨茹图像时，好多同学好奇为什么图像经常处于动态变化状态。利用学习到的波的叠加知识可以知道，我们可以把两叠加波频率差与时间因子的乘积作为整体相位差的一部分，即总的相位差在慢变，那么李萨茹图像也会随之同步变化，变化越慢也就意味着二者频率越接近。课堂上选用一些学生熟悉的仪器演示一些小知识，虽然不能做到每个学生都亲自操作学习，但也能达到活学活用、印象深刻的效果，也可以鼓励感兴趣的学生提出自己的新认识或者对其他疑问进行操作验证，提高学习乐趣。

五、提高作业学习质量，从练习中巩固引申知识点

由于题海战术等不良方法的长期熏陶，很多学生对课本内容、课堂知识讲解的重视度不足，而将例题、作业题当作应付考试的法宝。这样主次颠倒的做法不利于学生对知识的真正掌握。我们可以做出主动改变，让讲义与习题融为一体来提高学生的重视度。课堂知识点的讲解、证明等过程可以设置调整为例题的形式，并暗示学生可能为考题，或者要求学生将知识点自设题目进行考察复习;而对于习题的选取可以采用具有明确物理内涵、带有一定知识结论的习题，在理解中思考探索与巩固知识，练习中获得新知识。例如在练习电磁场波动方程知识时，引入熟悉的纵波概念，可以在练习中加深对纵波不满足波动方程知识的理解。又如在计算电磁波群速度的习题中可明确告知所练习的表达式是诸如驻波、波导等实际情况，得出的结论也即收获的知识点。讲解习题时告诫学生考题可能会对练习题目进行变动而非原题，要求学生一定要熟读课本，理解知识，不能存在靠背答案过关的侥幸心理。此外，可以安排学生结合自己的爱好及所长查阅资料，对某一感兴趣的问题进行研究，拓展知识涵盖面，写出自己的思考与收获，作为平时考核成绩的一部分。课堂教学不仅是传授知识的主要方式，更是师生思想与情感的交流平台。只有秉持理论联系实际，学以致用的教学理念，循循善诱激发学生兴趣，才能让学生掌握相关基础理论、专业知识和基本技能，进而灵活应用现代信息技术，获得分析和解决复杂工程问题的能力。

参考文献：

[1]谢处方，饶克谨.电磁场与电磁波[M].北京：高等教育出版社，.

[2]郭辉萍，刘学观.电磁场与电磁波[M].西安：西安电子科技大学出版社，.

篇6：电磁兼容论文

一．电磁兼容的概念

在国际电工委员会标准IEC对电磁兼容的定义为：系统或设备在所处的电磁环境中能正常工作，同时不会对其他系统和设备造成干扰。

EMC包括EMI（电磁干扰）及EMS（电磁耐受性）两部分，所谓EMI电磁干扰，乃为机器本身在执行应有功能的过程中所产生不利于其它系统的电磁噪声；而EMS乃指机器在执行应有功能的过程中不受周围电磁环境影响的能力。

电磁兼容（electromagnetic compatibility）各种电气或电子设备在电磁环境复杂的共同空间中，以规定的安全系数满足设计要求的正常工作能力。也称电磁兼容性。它的含义包括：①电子系统或设备之间在电磁环境中的相互兼顾；②电子系统或设备在自然界电磁环境中能按照设计要求正常工作。若再扩展到电磁场对生态环境的影响，则又可把电磁兼容学科内容称作环境电磁学。

电磁兼容的研究是随着电子技术逐步向高频、高速、高精度、高可靠性、高灵敏度、高密度（小型化、大规模集成化），大功率、小信号运用、复杂化等方面的需要而逐步发展的。特别是在人造地球卫星、导弹、计算机、通信设备和潜艇中大量采用现代电子技术后，使电磁兼容问题更加突出。

二．系统电磁兼容技术发展现状

电磁兼容技术是在研究电磁干扰机理和电磁干扰防护技术的过程中发展起来的。电磁干扰是人们早就发现的电磁现象, 它几乎和电磁效应现象同时被发现, 1881年英国科学家发表“ 论无线电干扰”的文章, 标志着研究干扰问题的开始。1888年德国物理学家赫兹首创了天线, 第一次把电磁波辐射到自由空间, 同时成功地接收到电磁波,用实验证实了电磁波的存在, 从此开始了对电磁干扰问题的实验研究。1889年英国邮电部门研究了通信中的干扰问题, 使干扰问题的研究开始走向工程化和产业化。

按照研究对象的不同,可将电磁兼容问题自上向下划分为如下6 个层次:环境级电磁兼容问题、系统级电磁兼容问题、分系统级电磁兼容问题、设备级电磁兼容问题、电路级电磁兼容问题和器件级电磁兼容问题等。

系统电磁兼容技术在军事装备领域发挥着重要作用,它不仅是武器装备的一种性能,更是武器装备的一种能力。系统电磁兼容问题是大型复杂系统全寿命周期中必须面对的客观问题。如果解决不当,其不仅带来大量研制经费的浪费,同时还将导致系统从根本上丧失使用能力。

系统电磁兼容技术主要包括:系统电磁兼容设计技术和系统电磁兼容试验技术。设计技术包括:电磁兼容仿真、分析、预测、评估、优化、设计规范、设计方法、工程控制等技术和过程;试验技术包括:试验规范制定、标准制定、项目选择、实施方法、场地建设、误差处理等技术和过程。

三．电磁干扰的危害

强的电磁场会对人们的健康带来一定的危害。多年来各国学者对此进行了长期、深入、艰苦的研究工作。研究的结论是，无论工频还是射频电磁场，当超过一定强度时，对人体健康都是有害的。关键是危害的性质、程度与后果对电磁场强之间的关系。

相对较弱的电磁干扰对设备或系统造成的恶性电磁干扰事故是触目惊心的。可举出20 世纪70 年代的两个例子：美国一炼钢厂曾经因为控制天车的电路被干扰而造成整个钢水包的钢水完全倾倒在车间地面上的事故；一个配载假肢的骑摩托车人，当行车至高压电力线下时，由于假肢的控制电路受到干扰而造成车毁人亡的事故。

图 1 示出了残疾人用的电动轮椅在未采取抗干扰措施之前暴露于20V/m 电场强度下，其工作出现的反常现象。测试时轮椅工作在常用状态（30r/min）。由图可见，当加以不同频率的电磁辐射时，其工作失控，转速在 0～100r/min 之间变化，干扰频率从100MHz～700MHz。我们知道，这些频率被电视广播、调频广播以及移动通信所占用。

还有许多情况，电磁干扰造成的事故也可能是恶性的。例如：电磁辐射可能干扰电爆装置，使其误引爆。美国土星火箭上大约使用了150个电爆装置；一架飞机使用的电爆装置也在百个以上；航天飞机上大约有500个电爆装置。可见这一问题的严重性。

我们都知道，在民用飞机座舱内不允许使用移动通信手机或游戏机之类的数字型电器。这是由于这些设备产生的电磁骚扰不仅可以通过机内电缆耦合到机的敏感设备上，更严重的是，电磁辐射骚扰可能通过机舱窗户向机外辐射。而在机身上存在有大量的天线与传感器，可能直接接收电磁骚扰辐射。

四．生活中的电磁兼容

电磁兼容是指器件在工作的过程中即不干扰其它电器，同时也不被其它电器所干扰。有电磁兼容问题意味着有电磁之间的相互干扰问题。机电一体化的大时代背景下，每一个电器元件的核心都是电路板，也就是PCB板。电路板的板间是存在干扰的。在设计板子的过程中应该考虑到这个问题，一般板子不能太大，其频率也不能太高，频率如果过高就不能将电气元件当成理想的集总电气元件使用，要考虑它在高频条件下的性质。比如是电脑一般都是有两个频率的。这些都是与电磁干扰相关联的考虑。

另一个与生活息息相关的东西就是手机。手机实际上是“蜂窝”电话。接收手机信号的是分布在各处的手机机站，手机发出的信号会通过附近的机站被发送出去。当我们在长途行驶的车上打电话时，偶尔会出现掉线的情况。这实际是我们在车辆行驶的过程中离一个正在通信着的机站越来越远，而距离另外一个机站越来越近，这时我们的手机就会选择切换机站。如果我们手机从一个机站脱离，而另一个机站满负荷而无法接入，就会出现掉线的情况。在我们的生活中，我们还会遇到许多相类似的问题。我们通常都习以为常。但其实只要我们仔细的思考，我们就会发现电磁干扰和电磁兼容在我们的生活中处处存在。

五．解决电磁兼容的实施办法

电磁兼容的实施性方法包含了组织措施与技术措施两个方面。

技术上有合适的接地，合理的布线，屏蔽。滤波，电气隔离，限幅，续流，计算机软硬件措施等。组织上有具有一定电磁兼容能力的元器件，标准、规范，频谱管理，空间分离，时间分隔等。

接地

接地是电子设备的一个很重要问题。接地目的有三个：

（1）接地使整个电路系统中的所有单元电路都有一个公共的参考零电位，保证电路系统能稳定地干作。

（2）防止外界电磁场的干扰。机壳接地可以使得由于静电感应而积累在机壳上的大量电荷通过大地泄放，否则这些电荷形成的高压可能引起设备内部的火花放电而造成干扰。另外，对于电路的屏蔽体，若选择合适的接地，也可获得良好的屏蔽效果。

（3）保证安全工作。当发生直接雷电的电磁感应时，可避免电子设备的毁坏；当工频交流电源的输入电压因绝缘不良或其它原因直接与机壳相通时，可避免操作人员的触电事故发生。此外，很多医疗设备都与病人的人体直接相连，当机壳带有110V或220V电压时，将发生致命危险。

因此，接地是抑制噪声防止干扰的主要方法。接地可以理解为一个等电位点或等电位面，是电路或系统的基准电位，但不一定为大地电位。为了防止雷击可能造成的损坏和工作人员的人身安全，电子设备的机壳和机房的金属构件等，必须与大地相连接，而且接地电阻一般要很小，不能超过规定值。

电路的接地方式基本上有三类，即单点接地、多点接地和混合接地。单点接地是指在一个线路中，只有一个物理点被定义为接地参考点。其它各个需要接地的点都直接接到这一点上。多点接地是指某一个系统中各个接地点都直接接到距它最近的接地平面上，以使接地引线的长度最短。接地平面，可以是设备的底板，也可以是贯通整个系统的地导线，在比较大的系统中，还可以是设备的结构框架等等。混合接地是将那些只需高频接地点，利用旁路电容和接地平面连接起来。但应尽量防止出现旁路电容和引线电感构成的谐振现象。

屏蔽

屏蔽就是对两个空间区域之间进行金属的隔离，以控制电场、磁场和电磁波由一个区域对另一个区域的感应和辐射。具体讲，就是用屏蔽体将元部件、电路、组合件、电缆或整个系统的干扰源包围起来，防止干扰电磁场向外扩散；用屏蔽体将接收电路、设备或系统包围起来，防止它们受到外界电磁场的影响。

因为屏蔽体对来自导线、电缆、元部件、电路或系统等外部的干扰电磁波和内部电磁波均起着吸收能量（涡流损耗）、反射能量（电磁波在屏蔽体上的界面反射）和抵消能量（电磁感应在屏蔽层上产生反向电磁场，可抵消部分干扰电磁波）的作用，所以屏蔽体具有减弱干扰的功能。

屏蔽体材料选择的原则是：

（1）当干扰电磁场的频率较高时，利用低电阻率的金属材料中产生的涡流，形成对外来电磁波的抵消作用，从而达到屏蔽的效果。

（2）当干扰电磁波的频率较低时，要采用高导磁率的材料，从而使磁力线限制在屏蔽体内部，防止扩散到屏蔽的空间去。

（3）在某些场合下，如果要求对高频和低频电磁场都具有良好的屏蔽效果时，往往采用不同的金属材料组成多层屏蔽体。

滤波

滤波是抑制和防止干扰的一项重要措施。滤波器可以显着地减小传导干扰的电平，因为干扰频谱成份不网于有用信号的频率，滤波器对于这些与有用信号频率不同的成份有良好的抑制能力，从而起到其它干扰抑制难以起到的作用。所以，采用滤波网络无论是抑制干扰源和消除干扰耦合，或是增强接收设备的抗干扰能力，都是有力措施。用阻容和感容去耦网络能把电路与电源隔离开，消除电路之间的耦合，并避免干扰信号进入电路。对高频电路可采用两个电容器和一个电感器（高频扼流圈）组成的CLCMπ型滤波器。滤波器的种类很多，选择适当的滤波器能消除不希望的耦合。

正确选用无源元件

实用的无源元件并不是“理想”的，其特性与理想的特性是有差异的。实用的元件本身可能就是一个干扰源，因此正确选用无源元件非常重要。有时也可以利用元件具有的特性进行抑制和防止干扰。

电路技术

有时候采用屏蔽后仍不能满足抑制和防止干扰的要求，可以结合屏蔽，采取平衡措施等电路技术。平衡电路是指双线电路中的两根导线与连接到这两根导线的所有电路，对地或对其它导线都具有相同的阻抗。其目的在于使两根导线所检拾到的干扰信号相等。这时的干扰噪声是一个共态信号，可在负载上自行消失。另外，还可采用其它一些电路技术，例如接点网络，整形电路，积分电路和选通电路等等。总之，采用电路技术也是抑制和防止干扰的重要措施。

六．结语