电磁兼容原理与技术

电磁兼容原理与技术（精选9篇）

1.电磁兼容原理与技术 篇一

电磁兼容原理、技术及应用

设计论文

电磁兼容性屏蔽

系

别

滨江电子信息工程系

专业名称

电子信息

班级名称

电子信息<三>班

学生姓名 陈贵龙学号 20082305924 指导教师

吴大中 职称 高级教师

论文设计时间

2010年12月20日－2010年12月26日 摘要 本文简单介绍了广义的电磁屏蔽设计基本思路和实现方法 关键词 电磁兼容性 电磁屏蔽设计 电磁屏蔽材料和屏蔽方法 一.引言

电子设备工作时，会受到各种电磁干扰(Electro-magnetic Interference)，包括自身的干扰和来自其它设备的干扰，同时也会对其它设备产生电磁干扰。电磁干扰若超过了设备的允许值，就会影响设备的正常工作。电磁屏蔽有2个目的，一方面能防止干扰源对设备或系统内部产生有害影响，另一方面也可以防止设备或系统内有害的电磁辐射向外传播。为了满足这些设备对电磁干扰屏蔽的需要，在过去的几年中人们开发了大批新的改良的产品。根据屏蔽的工作原理可将屏蔽分为以下3大类：电场屏蔽、磁场屏蔽及电磁场屏蔽。当干扰源产生的干扰是以电压形式出现时，干扰源与电子设备之间就存在容性电场耦合，可将其视为分布电容间的耦合。为消除或抑制这种干扰，要进行电场屏蔽。其设计应遵从的原则是：(1)屏蔽体要尽量靠近受保护物，而且屏蔽体的接地必须良好；(2)屏蔽效果的好坏与屏蔽体的形状有着最直接的关系。屏蔽体如果能够做成全封闭的金属盒最好，但在工程实践中还需要根据实际情况而定；(3)屏蔽体的材料要以良导体为好，对厚度没有严格的要求，只要有足够的强度即可。(1)磁场屏蔽

当干扰源以电流的形式出现时，此电流所产生的磁场通过互感耦合对邻近信号形成干扰。此时，为了抑制干扰，要施行磁场屏蔽。磁 场屏蔽机理主要是依靠高导磁材料所具有的低磁阻，对磁通起着分路的作用，从而使得屏蔽体内部的磁场大为减弱。

总之，对于磁场屏蔽来讲：(1)当电磁场干扰源的频率较高时，利用高电导率、低电阻率的金属材料中产生的涡流反向磁场，形成对外来电磁波的抵消作用，从而达到屏蔽的效果。(2)当电磁场干扰源的频率较低时，要采用高磁导率的材料，构成低磁阻通路，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，使大部分磁场被集中在屏蔽体内。(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。

(2)电磁场屏蔽

单纯的电场或磁场干扰源是很少见的，通常所说的电磁干扰是指电场和磁场同时存在的高频电磁场干扰。电磁场屏蔽用于抑制干扰源和敏感设备距离较远时通过电磁场耦合产生的干扰，它必须同时屏蔽电场和磁场，通常采用电阻率小的良导体材料，空间干扰电磁波在入射到金属体表面时会产生反射和吸收，电磁能量被衰减，从而起到屏蔽作用。

静电屏蔽与静磁屏蔽很容易采取良导体材料实现，但在交变电磁场中，电场和磁场总是同时存在于同一空间的，因此必须同时考虑电场和磁场的屏蔽。然而，由于频率的不同，交变电磁场的干扰效应区也不同，实际中应区别对待。二.材料的选择

对于屏蔽体来说，所选择的材料的类型对其性能和成本影响极大。在设计屏蔽体时有一点是重要的，就是要深入了解普通使用的不同屏蔽合金的特性。对这些不同性能的理解就可使你选择合适的材料，去满足目标要求。

磁屏蔽目的：通常是保护电子线路免于受到诸如永磁体、变压器、电机、线圈、电缆等产生磁场的干扰，当然屏蔽强的磁干扰源使它免于干扰附近的元器件功能也是一个重要的应用目的。磁屏蔽材料参数及材料划分：磁屏蔽体由磁性材料制成，衡量材料导磁能力的参数是磁导率，通常以数字来表示相对大小。真空磁导率为1，屏蔽材料的磁导率从200到350000；磁屏蔽材料的另一个重要参数是饱和磁化强度。磁屏蔽材料一般分为三类，即高导磁材料、中导磁材料和高饱和材料

高饱和磁导率材料的磁导率在80000-350000之间，经热处理后其饱和场可达7500Gs；中磁导率材料通常和200-50000，饱和场可达18000-21000Gs。为提高导电材料的磁场屏蔽效果，应采取如下措施：（1）使用良单体；（2）注意屏蔽体的结构设计，避免因开孔、缝隙等而影响涡流的流通回路，应减小孔缝的最大尺寸，从而提高屏蔽效果；（3）使屏蔽体有一定的厚度，一般要大于10倍的透入深度。在需要于极小空间内降低磁场时，典型上使用这些合金。在需要提供比要求更高屏蔽时，或是磁场强度较高场强时需要具有更高饱和值材料时，这些材料常被选中。在屏蔽目标仅需要稍微减少场强时，或是当场强足以使高磁导率屏蔽体饱和时，超低碳钢(ULCS)可能是最佳的选择。这些较低成本材料的碳含量典型小于0.01%；与其它钢相比，其有较高的磁导率和极优的饱和性能。这些材料具有较小的柔韧性，并比硅钢较容易制造，这就允许在大面积屏蔽项目中容易安装和以同样的方式加工出小型组件。ULCS可与高磁导率材料一起使用，以为需要高饱和保护和高衰减等级建立最佳的屏蔽体。

对于低温用的屏蔽体，Cryoperm10为一种最佳选择。与Mumetal一样，C ryoperm10也是一种高磁导率镍铁合金，它是经特殊加工而成的，以提供在降低温度时磁导率增加。标准的屏蔽合金（比如Mumetal）在低温时就失去了其大部分磁导率。但是Cryoperm10可在77.3到4.2°K时的磁导率却增加10倍。

由于材料的成本占屏蔽体价格的一半，所以使用较薄的尺寸能满足所要求的屏蔽特性和结构性能是最好了。厚度为0.002到0.010英寸的箔材是最低成本的选择。这些箔材能以同等的化学组分和性能特性获得，并可作为标准的以镍为基础的和ULCS材料。

设计低成本屏蔽体的最重要的一步，就是对这些典型屏蔽材料特性及其对屏蔽性能影响的了解。一旦合适的材料被选中，其重点要集中于基本的设计考虑，以使其不但性能最佳，而且对成本的影响最小。三．设计考虑因素

屏蔽体的尺寸在屏蔽效率和成本方面的重要性极大。屏蔽体的有效半径越小，其整体性能就越好。但是，设计屏蔽体的目的是使其包络试图屏蔽的组件和空间，并应该靠得很近。由于材料占屏蔽体设计的大部分成本，因此较小屏蔽体就可以在较低成本下获得较优的性能。

每当有可能，屏蔽体应与所有壁靠近，以避免场泄漏。这种结构（即使是矩形）也是最接近于圆形的，它可以建立一个半闭合的磁路。另外，全部箱体可在所有轴上获得屏蔽特性，这样就可以保证最好的屏蔽性能。当特殊的性能和进出口需要时，可移动的盖板、罩和门均可组合到屏蔽体设计中去。

利用盖板、罩和门时或使用两块或多块板构建屏蔽体时，在多块板间保持磁连续性和电接触是很重要的。可通过机械式（利用磨擦组件）或焊接保持磁连续性。在拐角或过渡连接，使用焊接可获得最佳性能。维持表面间的连续性就可以保证磁力线连续沿其低磁阻路径前进，这样可以提高屏蔽效能。在交流场，保持磁连续性就允许较高的感应电流屏蔽，在直流场，对于适当的磁力线分路，连续性也是重要的。

新型屏蔽结构和常用材料 由铝、钢、铜组合的屏蔽体，对电磁波有很大的反射损耗，所以只适用电屏蔽。电屏蔽体一般对各种频率都具有良好的电屏蔽作用。铁和高导磁率的合金体则对磁场波有很大的吸收损耗，所以用它们做成的屏蔽体，适合用在磁屏蔽环境。如果 条件允许可用不锈钢制造具有很高可靠性的电磁屏蔽机壳。当设备处于机械应力下时，防倾斜拐角有助于机壳保持机械性能的完整性和屏蔽效能。安装在凹槽上的板子，它的连续导电性和屏蔽效能由铍铜合金的弹性屏蔽垫圈来保证。在通信、计算机、自动化、医疗等商用电子设备上选择最有效的电磁屏蔽衬垫时，通常可以考虑以下三种衬垫类型：导电橡胶、导电布、铍铜指簧。依据设备的不同需要，这几种类型的衬垫可提供不同程度的电磁屏蔽，适合不同的形状和环境密封的要求。现在流行新型的屏蔽材料还有导电塑料、活化导电镀膜塑料、发泡铝、发泡镍、超微晶纳米晶合金、镍基/钴基非晶态合金、坡莫合金箔带等等。

多重屏蔽 多重屏蔽的原则是：各屏蔽层之间不能连接在一起，其间应该隔开空气或者填充其他介质。否则就失去多层屏蔽的作用；各层屏蔽体的材质也不应该相同。除了要考虑磁导率外，还要考虑饱和电平。有的时候由于需要不得不对系统/分系统进行双重甚至更多层的电磁屏蔽。有些系统设备内部电磁环境非常恶劣，使得对外壳屏蔽效能的要求也就很高。所以，在设备的内部的局部，如：PCB、电源的输入输出滤波、屏蔽部分辐射严重的元器件、适当地采用隔离电路、缩短引线、用接地平面代替接地回路的引线、使用符合EMC相公标准要求的器件等等。一般设备中最大的干扰源是振荡电路，这种电路应该用辅助分屏蔽体封闭后再装入系统主屏蔽体中。这些分屏蔽体和主屏蔽箱内、外屏蔽体/其他分屏蔽体之间除了一点必要的连接外（须经过滤波器来控制出入口），其他必须隔绝 在设计过程早期就应考虑这些问题，可使这些主要设计参数对屏蔽体的成本影响较小。但是，这些因素要比材料本身对屏蔽体性能的影响要大。这样，在设计屏蔽体时，最先保证这些基本参数通常是需要的。

四.磁屏蔽的解决方案

磁屏蔽的定义：为减少齿部和压板(压圈)上漏磁通集中现象，以降低齿压板和边端铁心的温度，在铁心外侧和铁心压板之间设有的阶梯形的锥形叠片铁心。用来吸收漏磁通的磁分路。

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。五.屏蔽的目的、原理

屏蔽的目的：(1)限制内部产生的辐射超出某一区域；（2）防止外来的辐射进入某一区域。

屏蔽按其机理可分为电场屏蔽、磁场屏蔽和电磁场屏蔽3种。按其屏蔽体结构可分为完整屏蔽、不完整屏蔽及编织带屏蔽。1.电场屏蔽

电场屏蔽的目的是消除或抑制静电或交变电场与被干扰电路的电耦合。电场屏蔽有分静电场屏蔽和交变电场屏蔽。①静电场屏蔽

导体置于静电场中并达到静电平衡后，该导体是一个等位体，内部电场为零，导体内部没有静电荷，电荷只能分布在导体表面。若该导体内部有空腔，空腔中也没有电场，因此，空腔导体起到了隔绝外部静电场的作用。若将带电体置于空腔内部，会在空腔导体表面感应出等量电荷，如果把空腔导体接地，则不会在导体外部产生电场，可以起到隔绝内部电荷的作用。

实现静电场屏蔽，需要满足两个条件：（1）有完整的屏蔽体（2）屏蔽体良好接地 ②交变电场屏蔽

在交变电场情况下，导体间的电场感应是通过耦合电容起作用，为了减少这种影响，就要减少耦合电容，其中的一个方法就是对被干扰电路采取屏蔽措施。2.磁场屏蔽 磁场屏蔽的目的是消除或抑制恒定磁场或交变磁场与被干扰回路的磁偶合。通常，可以利用导磁材料和导电材料两种方法进行屏蔽。磁场屏蔽通常是指对直流或低频磁场的屏蔽，其效果比电场屏蔽和电磁场屏蔽要差的多。

（1）利用高导磁材料进行磁场屏蔽

（2）利用导电材料产生反向的抵消磁场来实现磁场屏蔽 3.电磁场屏蔽

电磁场屏蔽是利用屏蔽体阻止电磁波在空间传播。电磁波在穿越屏蔽体时，会产生反射和吸收，导致磁场能量衰减。

电磁场屏蔽措施：（1）使用良导体（2）使屏蔽体有一定的厚度，以抑制电磁场，一般厚度要大于10倍的透入深度；（3）避免因开孔、缝隙等引起的屏蔽效果下降，孔缝的最大尺寸一般应小于最高频率电磁波波长的1/20。

六．屏蔽体设计原则与注意事项

屏蔽体的实际应用很广，包括专门的屏蔽室、设备的外壳或机箱、设备内部敏感单元的屏蔽盒及各种屏蔽线缆等。不同设备各自特点及不同工作环境，对屏蔽的要求不同，屏蔽体的设计也各有特点，但其基本的设计原则和处理方法是一致的。

一、屏蔽体设计原则

良好的屏蔽体设计应当根据屏蔽性能要求及实际情况选取最经济、有效的设计方案。为此，应当考虑以下原则： 1.明确电磁骚扰源及敏感单元 2.大致确定屏蔽体的屏蔽效能 3.确定屏蔽方式 4.进行屏蔽完整性设计

二、穿透和开口注意事项

1.要注意由于电缆穿过机壳使整体屏蔽效能降低的程度。典型的未滤波的导线穿过屏蔽体时，屏蔽效能降低30dB以上。

2.电源线进入机壳时，全部应通过滤波器盒。滤波器的输入端最好能穿出到屏蔽机壳外；若滤波器结构不宜穿出机壳，则应在电源线进入机壳出专为滤波器设置一隔舱。

3.信号线、控制线进入/穿出机壳时，要通过适当的滤波器。具有滤波插针的多芯连接器适于这种场合使用。

4.穿过屏蔽体的金属控制轴，应该用金属触片、接地螺母或射频衬垫接地。也可不用接地的金属轴，而用其它轴贯通波导截止频率比工作频率高的园管来做控制轴。

5.必须注意在截止波导孔内贯通金属轴或导线时会严重降低屏蔽效能。

6.当要求使用对地绝缘的金属控制轴时，可用短的隐性控制轴，不调节时，用螺帽或金属衬垫弹性安装帽盖住。7.为保险丝、插孔等加金属帽。

8.用导电衬垫和垫圈、螺母等实现钮子开关防泄漏安装。9.在屏蔽、通风和强度要求高而质量不苛刻时，用蜂窝板屏蔽通风口，最好用焊接方式保持线连接，防止泄漏。

10.尽可能在指示器、显示器后面加屏蔽，并对所有引线用穿心电容滤波。

11.在不能从后面屏蔽指示器/显示器和对引线滤波时，要用与机壳连续连接的金属网或导电玻璃屏蔽指示器/显示器的前面。对夹金属丝的屏蔽玻璃，在保持合理透光度条件下，对30～1000m的屏蔽效能可达50～110dB。在透明塑料或玻璃上镀透明导电膜，其屏蔽效果一般不大于20dB。但后者可消除观察窗上的静电积累，在仪器上常用。

七．总结

屏蔽是降低设备电磁辐射干扰方法的主要一种，在屏蔽的同时也应该注意滤波和接地的重要性。如使用平衡变压器、接地、隔离变压器、铁氧体磁环、光电耦合器、减小公共地的阻抗、减小互联电缆的环路面积、对电缆进行分组、将带宽减小到必要的程度、减小输入阻抗、减小电路的环路面积、将敏感器件屏蔽起来、使用瞬间干扰抑制器件、改变工作频率、PCB电磁兼容布线等设计合理，就会对屏蔽效能要求甚少，有时候不屏蔽就可以满足性能要求。

2.电磁兼容原理与技术 篇二

1 电磁离心铸造的基本原理

1.1 液态金属受力分析

电磁离心铸造中液态金属受到离心力、重力以及电磁力的作用。其中重力的方向始终向下。但重力相对离心力来说很小, 因此可以忽略。

1.1.1 离心压力

离心压力始终沿径向向外。在液态金属中取微元, 该微小单元产生的离心压力为:

1.1.2 电磁力

电磁铁气隙磁场的分布并不是十分均匀的当气隙较小时一般可以认为是均匀的。以下分析及运算中是以有效工作区气隙间磁力线均匀分布为前题的。

液态金属随铸型旋转过程中切割磁力线, 感生出感生电流, 感生电流密度为:

感生电流沿轴向, 垂直于液态金属线速度方向与磁力线方向构成的平面。感生电流垂直于磁力线方向, 与磁场相互作用就在液态金属中产生了电磁力 (Lorentz力) , 电磁力为体积力。单位体积上的电磁力为:

1.2 电导率、磁导率与粘度

液态金属电导率不仅受温度影响, 而且受磁场变化频率、压强的影响。液态金属电导率比固态下小得多, 随温度的升高而下降。除Li外, 几乎所有液态金属的电阻率随压力的升高而下降。并且压力对液态金属和固态金属的影响差别很大。在电磁离心铸造条件下, 液态金属在压力和相对变化的磁场下结晶, 其中磁场的变化频率为f0=n/60。在电磁离心铸造条件下, 由于液态金属不是充满整个铸型因此感生电流很难在液态金属自身内部构成回路, 当通过铸型两端构成回路时则要克服液态金属与铸型之间很大的界面接触电阻。另一方面, 由于磁场和液态金属的切向线速度由外到里沿径向方向衰减, 因此液态金属径向上也存在着微弱感生电动势和感生电流。液态金属中的感生电流宏观上是沿轴向的, 微区内则存在涡电流。综合这几种因素, 电磁离心铸造条件下, 液态金属的电导率要与正常值差别较大。另外液态金属的电导率也随析出相的长大而变化。

由第一部分知道磁导率也受磁场变化频率的影响, 因此液态金属的磁导率和空气的磁导率也不同。

1.3 剪切力

由于液态金属中存在着相互滑动, 此时液态金属中的剪切力为:

互不相溶组元和异相质点的运动规律

由于液态合金中互不相溶组元各自的电导率、磁导率不同, 因而它们受到的电磁力也不同, 分别为:

又因它们的粘度不同, 这就造成了各组元的切向运动速度也不同。各组元的切向运动速度分别为:

其中a01=1 1 1+C1 R2+C1 2 R4

因此不同组元间会发生径向相对运动, 导致分层现象。

可见异相质点偏析方向完全取决异相质点与液态金属的密度差。当异相质点的密度大于液态金属的密度时, 异相质点向外表面偏析;当异相质点的密度小于液态金属的密度时, 异相质点向内表面偏析。

2 电磁离心铸造工艺的运行

电磁离心铸造并不是恒稳磁场与离心铸造的简单配合, 电磁离心铸造的各工艺参数都受到磁场的影响, 因此需要根据电磁离心铸造本身的规律确定各工艺参数。

2.1 电磁离心铸造机

2.1.1 铸型的选择

所用铸型除符合一般离心铸造要求外, 还要不呈现磁性, 电导率要小以尽量减小磁场对铸型的影响。一般可选用不锈钢、高强石墨等。近来发展了一种无磁铸铁, 其具有在磁场下不呈现磁性、强度高、导热性好等优点适于用作电磁离心铸造用铸型材料。

2.1.2 电磁铁的选择

在铸型运动不受影响情况下, 电磁铁气隙应当尽量小以提高电磁铁工作效率。电磁铁的水平中心线应与铸型中心线相一致。电磁铁两极的横断面积应根据离心铸管的尺寸确定, 电磁铁应设有自动控制系统和冷却防护装置。

2.2 离心机转数的确定

由于电磁力在切向上的分量起阻碍液态金属随铸型运动的作用, 因此离心机的转数也应该提高以保证铸件成形。电磁离心铸造中凝固刚刚开始时, 液态金属内壁的速度为:

2.3 磁场强度的确定

在电磁离心铸造下对于电导率与磁导率不同的液态金属或合金磁场强度的大小取值范围不同。对于电导率与磁导率较大的磁场强度的取值要小一些, 如铝及其合金、铜及其合金等;对于电导率与磁导率较小的磁场强度取值要大一些, 如铸钢、铸铁等。磁场强度选择要适当, 太小则起不到应有的作用, 太大则不利于获得合格铸件。

2.4 电机输出功率的确定

铸型为电导体, 因而在电磁离心铸造条件下也存在感生电流, 也受到电磁力的作用。

由于磁场对离心机铸型和液态金属的旋转运动起阻碍作用, 因此离心机电机要提高输出功率才能保持在正常情况下的转数。

3 由以上分析所得到的结论

3.1 电磁离心铸造是一种新工艺, 具有广泛的研究内容和很大的潜在应用价值。

3.2 在电磁离心铸造下合金凝固组织可以控制, 柱状晶倾斜生长并细化, 并促进了向等轴晶转变。

3.3 液态金属或合金中各相间及异相质点与基体之间由于在电磁特性上的差别,

它们在电磁离心铸造下的运动规律不同, 因而它们的偏析方向与程度可以得到控制。因此电磁离心铸造还可以用作生产新型材料的方法, 如制取梯度材料、复合材料等。

3.4 电磁离心铸造能够改变离心铸件的微观组织, 从而改变其性能。

3.电磁兼容与抗干扰技术 篇三

在各种工业控制系统中，随着变频器等电子电力装置的广泛使用，系统的电磁干扰（EMI）日益严重，相应的抗干扰设计（即电磁兼容EMC）已经变得越来越重要。变频器系统的干扰有时能直接造成控制系统的硬件损坏，有时虽不致损坏系统的硬件，但常使智能化控制装置内微处理器的系统程序运行失控，导致控制失灵，从而造成设备和生产事故。因此，如何提高系统的抗干扰能力和可靠性是自动控制系统设计、制造和应用中不可忽视的重要内容，也是计算机控制技术应用和推广的关键之一。一．电磁兼容（EMC）概述

1.电磁兼容的定义

采用一定的技术手段，使同一电磁环境中的各种电子、电气设备都能正常工作，并且不干扰其它设备的正常工作，这就是电磁兼容（英文Electromagnetic Compatibility，缩写为ECM）.国际电工委员会（IEC）对电磁兼容性的定义是“电磁兼容性是电子设备的一种功能，电子设备在电磁环境中能完成其功能而不产生不能容忍的干扰。”

在国家标准GB/T4365-1995中对电磁兼容严格的定义是：设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承担的电磁骚扰的能力。电磁兼容有两方面的含义：

（1）设备对来自外部环境的电磁干扰必须具有一定的承受能力（抗扰度）。（2）设备在正常工作时产生的电磁干扰不超过一定的限值，不干扰其它设备的正常工作。

目前，随着我国经济的发展和科技的进步，工控设备的使用越来越广泛。特别是涉及到大的控制系统时，例如控制系统既有PLC、数控系统、变频器、又有智能化仪表控制系统。如果在系统设计和安装时，没有充分考虑电磁兼容的问题，小则造成设备不能稳定运行，大则造成设备的损坏。目前EMC已经成为系统故障的主要原因。

EMC的一条准则是“预防是最有效的，最经济的方案”。所以，EMC已经成为电气系统设计时必须重视的问题。

电磁兼容性学科涉及的理论基础包括电磁场理论、天线与电波传播、电路理论、通信技术、材料科学、生物医学等等，所以电磁兼容性学科是一门实用性很强的综合性的前沿学科。

为了实现仪器设备之间的电磁兼容，国家针对各种电子、电器产品已经颁布了一系列强制性的电磁兼容执行标准。电磁兼容技术贯穿于电子、电器产品设计、制造、检验、销售的全过程。电磁兼容问题解决的越早，投资效益越高。如果在产品的立项、设计阶段就解决了电磁兼容技术，电磁兼容措施的有效性最高，产品的成本最低。如果产品已经成批的制造出来了，才发现不符合国家的电磁兼容标准，在采取补救措施，产品的成本就会大大提高。

二．EMC设计的主要内容 A，电气设计： ① 各元器件的干扰控制和抗干扰措施：屏蔽技术、滤波技术、接地技术的应用。② 元器件的布局、导线的敷设等。B.结构设计：

机箱的屏蔽，包括通风口、缝隙、表头、显示器、指示灯等处的处理。

三．、抗干扰技术概述 A．接地技术 接地的作用和分类 几种常用的接地方法 浮点接地 单点接地 多点接地 混合接地技术 B．滤波技术 反射式滤波器 损耗滤波器 有缘滤波器 C．屏蔽技术

主动屏蔽、被动屏蔽；

静电屏蔽、磁场屏蔽、电磁屏蔽。

四．PLC控制系统的抗干扰。

4.电磁兼容原理与技术 篇四

电磁兼容(EMC)技术是以电磁场理论为依据，以近代统计学和计算机为手段，以试验为基础，涉及到众多技术领域的一门综合性系统工程。面对今日的技术进步和现代市场经济的现实，EMC技术已形成一种产业。

EMC技术是在认识电磁干扰、研究电磁干扰和控制电磁干扰的过程中发展起来的。第一篇题为“论无线电干扰”的文章发表于1881年，距今已有100多年。1887年德国的电气工程师协会成立了干扰问题研究委员会。1904年国际电工委员会(1EC)成立。1934年国际无线电干扰特别委员会(CISPR)成立。IEC和CISPRl934年是典型的有代表性的国际组织，其目的是促进电气、电子及有关技术领域的所有标准化问题及其它有关问题上的技术合作。从那时起，就开始了对电磁干扰问题进行世界性有组织的研究。但是，EMC作为电子学中独立的一个分支，还是第二次世界大战以后的事情。

BMC试验技术是EMC技术领域研究的重点课题。早期的EMC测试处于电磁干扰诊断阶段。当时的电子系统工程，一般是先进行设计、加工、总装调试，有些问题往往在系统联试中才能发现。检测手段通常使用通用电子仪器设备，如早期生产的示波器和频谱分析仪等。称这个阶段的EMC技术处在发现问题、解决问题的初级阶段。

科学实践使人们认识到：要使一些电子、电气设备共存于一个有限空间，并能正常运行，实现各自的功能，必须事先对这些设备进行某种约定，即确定EMC指标和相应的检测办法。于是，人们在实践中花费大量精力研究、制定了各种EMC标准。这些标准规定了电磁于扰的极限值，也规定了测量方法。这时辽MC技术已进入标难规范法阶段。此阶段配套的电子设备得到了进一步发展。下面通过一些事例来说明。

第二次世界大战后，美国各军、兵种为各自的需要，对属于该领域的设备制定各自的EMC要求。需要研制的设备是多种多样的，与之相关的EMC标准规定的极限值判别比较大，要求的测试方法不尽相同，配备的测试设备也不一样。有时发现按某一EMC标准要求设计的设备，不一定能满足另一标准的要求。因此，常常出现欠设计或过设计。这就给制定标准的人提出了一个非常现实的问题，即制定一些新标淮来统一名目繁多的标准，供三军使用。

1965年，美国国防部组织三军的工程技术人员和标准化研究人员制定了一个研究电磁干扰专用术语、测试范围、测试方法及设备要求的计划。这就是美国军标MII„一S川卜460系列产生的时代背景。美国军标从第一次发布至今已经历了30多年的历程，先后公布了五个版本。每个版本对测试方法和测试设备的要求都有一定的改进。与此同时，测试仪器设备的研制也取得了重大突破，测试软件也随计算机操作系统的发展逐步升级。目前军品EMC测试已成为非常规范化的标准测试。

同一时期，CISPR和IEC等组织也先后制定了一系列KMC标准，对试验场地、测试设备、测试方法等作了具体规定，并针对各种电子、电气产品制定了相应比较详细的标准要求。这些要求既是产品设计师进行设计的指南，也是EMC测试人员进行EMC测试，并用来判断产品是否合格的依据，有些标难直接用于指导测量。例如CISPRU关于“工业、科学、医疗射频设备的无线电干扰极限值和干扰特性测试方法”，CISPR22关于“信息技术设备的无线电骚扰的测量方法和极限值”等。又如IEC61000一4系列关于测试与测量技术等，也有对应的国家标准。在多年试验经验的基础上，这些标准经多次修订已经比较成熟。为了使各个国家、各个实验室的测试结果有可比性，还专门制定了关于EMC测试仪器设备的标准，对测试仪器设备的技术指标作了较为详细的统一定义和规定。

近些年来，一些技术发达国家已逐步向EMC技术发展的新阶段——系统设计法阶段——发展。系统设计法是指电子设备或系统在进行电设计以前，运用电磁场理论分析和计算方法以及相关数据来预测系统内的电磁环境，在电性能和EMC同步设计中对辽MC标准进行剪裁，根据预估的电磁环境下达设备、分系统EMC设计指标，使设备或系统实现最佳设计。美国波音飞机公司声称按EMC预测结果设计的系统有90％以上可以直接达到电磁兼容。美国国家标准局(NBS)承担zMC测试设备的计量及场强量值校准，对测试设备进行认证，并开展对噪声射频干扰的仲裁工作。美国国防部马里兰州的“EMC分析中心”负责向各军种提供所需的电磁环境数据和快速分析。应该说EMC试验技术已实现了将测试数据用于指导新的设计的飞跃。

国际上具有权威的世界贸易组织wTO在WTO／TBT协议中规定了签字国必须依照国际标准或其中有关部分制定自己的技术法规和标P6，但涉及国家安全需要，对欺骗性作法的防范，对人类健康、安全和动植物生命、健康以及环境保护除外。各国可以规定这五个方面的技术法规。

欧洲已经采用CE标记，CE标记是指欧共体对于符合它在官方公报上颁布的一项有关EMC指令要求的标记。从1996„年1月1日起，所有投放到欧共体市场的电子、电气产品，必须具有CE标记，否则不准进人欧共体市场流通。美国联邦通信委员会(PCC)颁布了一些有关部门的EMC法规。对通信发射机、接收机、电视机、计算机及各种医疗设备等的电磁兼容性均有相应法律要求。日本认定的EMC有关技术法规基本上参考CISPR标准。

我国电子产品的研制生产是受《中华人民共和国标准化法》、《中华人民共和国质量法》、《中华人民共和国进出口商品检验法》、《中华人民共和国无线电管理法规》等法规严格制约的。·

WTO／TBT协议还规定了“认证规定”，即所有贸易产品均应经过获得认证资格的规范实验室测试。我国的EMC实验室认定工作正在开展，CNACL4(实验室认可族则》关于EMC检测领域认可的补充规定，对EMC实验室设备、试验设备、测试人员技术水平等作出具体规定，并进行了详细说明。我国的EMC测试技术队伍在不断成长壮大。在EMC测试领域与国际接轨的可能性正在并即将变成现实。

随着测试技术的发展以及测试对象的细分，夏MC测试也越来越有与产品功能测试融为一体的趋势。在产品的EMC测试过程中必须随时监测被测设备的工作情况。作为未来发展中逐步完善的EMC测试系统应该包括EUT监督设备和具备对EUT进行功能性测试的设备。以移动电话的辐射敏感度测试为例，为确定EUT对施加电磁骚扰的抗扰度，必须同时监测EUT的工作情况。E了S300—342—1(GSM系统)和ETS300—329(圆旺T系统)标准规定在电磁敏感度测试中必须为EUT建立呼叫，这个呼叫可以通过有线或者无线方式与基站模拟器建立。利用相应的测试软件，可以在电磁敏感度测试中随时监测移动电话和基站的链路参数(如RxQUAL，取R等)。为了监测射频特性，要能够建立上行和下行链路。这样，测试人员可以通过基站模拟器随时通过信号参数监2ll手机的工作情况。基站模拟器和手机建立一个呼叫，移动电话接收到基站模拟器通过发射天线发出的呼叫信号，并把它转换为话音信号，通过特定的检测设备监测话音质量。„

实际上，在移动电话这种特定的产品EMC测试中，由于产品较为相似，功能相对固定，完整的监测系统完全可以满足EUT自身的功能性测试的要求，也就是说，完全可以把功能性测试和EMC测试结合起来进行。

5.微机原理与接口技术小结 篇五

1.为什么在流水CPU中，将一条指令从取指到执行结束的任务分割为一系列子任务，并使各子任务在流水线的各个过程段并发地执行，从而使流水CPU具有更强大的数据吞吐能力？

这里可以使用时空图法证明结论的正确性。

假设指令周期包含四个子过程：取指令（IF）、指令译码（ID）、取操作数（EX）、进行运算（WB），每个子过程称为过程段（Si），这样，一个流水线由一系列串连的过程段组成。在统一时钟信号控制下，数据从一个过程段流向相邻的过程段。

2.译码器是如何译码的？寻址空间是如何确定的？译码器与寻址空间是怎么联系的？

译码器实际上是由许多与门、或门、非门和它们的组合构成的。它有若干个输入端和若干个输出端（也可能只有一个输出端）。对某一个输出端来说，它的电平高低必然与输入的某一种状态相对应。

例如，具有4个输入端的与非门就是一个简单的译码器，只有四个输入端为1111时，它的输出端才为0。如果将地址总线的A9、A8、A7、A6与它的四个输入连接起来，并把它的输出连到存储器芯片或某个需要寻址的外设接口的片选端（假定低电平有效），那么，只有当A9、A8、A7、A6为1111时，存储器芯片或外设才会被选中。

译码器的寻址空间取决于地址总线的哪几根线接到译码器的输入端，例如上例，地址总线的A9、A8、A7、A6与译码器的输入连接，那么其寻址空间应该是11 1100 0000～11 1111 1111，即3C0H～3F0H。

注意，没有参与译码的低位地址线必然要参与存储器芯片或外设接口的内部译码。也就是说，内部译码地址范围是0--2n11 0000。

可以说，译码器的译码输出决定了寻址空间的起始地址，内部译码决定了寻址空间的大小。由于上一条指令的四个子过程全部执行完毕后才能开始下一条指令，因此每隔4个单位时间才有一个输出结果，即一条指令执行结束。表示非流水CPU的时空图。由于上一条指令与下一条指令的四个过程在时间上可以重叠执行，因此，当流水线满载时，每一个单位时间就可以输出一个结果，即执行一条指令。

比较后发现：流水CPU在八个单位时间中执行了5条指令，而非流水CPU仅执行了2条指令，因此流水CPU具有更强大的数据吞吐能力。

3.书本上讲的是若是计算结果中1的个数为偶数时，则PF=1；但我又在另外的辅导书上看到的说如果计算结果的低8位中1的个数为偶数，PF=1.请问老师是否是低八位？

答：对，PF只与结果的低8位有关。

4.80386 CPU包含哪些寄存器?各有什么主要用途?

80386共有7类34个寄存器。它们分别是通用寄存器、指令指针和标志寄存器、段寄存器、系统地址寄存器、控制寄存器、调试和测试寄存器。

(1)通用寄存器(8个)

EAX，EBX，ECX，EDX，ESI，EDI，EBP和ESP。每个32位寄存器的低16位可单独使用，同时AX、BX、CX、DX寄存器的高、低8位也可分别当作8位寄存器使用。它们与8088／8086中相应的16位通用寄存器作用相同。

(2)指令指针和标志寄存器。

指令指针EIP是一个32位寄存器，存放下一条要执行的指令的偏移地址。

标志寄存器EFLAGS也是一个32位寄存器，存放指令的执行状态和一些控制位。

(3)段寄存器(6个)

CS，DS，SS，ES，FS和GS。在实方式下，它们存放内存段的段地址。在保护方式下，它们被称为段选择符。其中存放的是某一个段的选择符。当选择符装入段寄存器时，80386中的硬件章自动用段寄存器中的值作为索引从段描述符表中取出一个8个字节的描述符，装入到与该段寄存器相应的64位描述符寄存器中。

(4)控制寄存器(4个)

CR0、CRl、CR2和CR3。它们的作用是保存全局性的机器状态。

(5)系统地址寄存器(4个)

GDTR、IDTR、LDTR和TR。它们用来存储操作系统需要的保护信息和地址转换表信息、定义目前正在执行任务的环境、地址空间和中断向量空间。

(6)调试寄存器(8个)

DR0～DR7。它们为调试提供硬件支持。

(7)测试寄存器(8个)

TR0～TR7，其中TR0～TR5由Intel公司保留，用户只能访问TR6、TR7。它们用于控制对TLB中的RAM和CAM相连存储器的测试。TR6是测试控制寄存器，TR7是测试状态寄存器，保存测试结果的状态

5.什么是外部中断源？什么是中断向量码？什么是读选通信号？

答：外部中断源就是在CPU外部能够产生中断请求的设备/器件；通俗地说，中断向量码就是中断的编号，其值为0－FFH；选通信号就是打开逻辑门的控制信号，或用来锁存信息(类似D触发器的CP或CLK)的控制信号。读选通信号就是用来打开总线缓冲器，以便把的数据送到总线上的控制信号。

6.CPU处于单步执行指令的工作方式（课本49页），请问什么是单步执行指令工作方式？ 答：在这种方式下，CPU每执行一条指令，就产生一次特殊的中断，以便可以停下来检查执行的结果。主要用于各类程序的调试。

7.片选信号（CS）到底是起使数据有效或无效的作用还是起选择芯片的作用啊？若是前者，干吗叫片选？

片选信号就是选择芯片的信号。前者不叫片选信号，应该叫允许信号。

8.书本上讲的是若是计算结果中1的个数为偶数时，则PF=1；但我又在另外的辅导书上看到的说如果计算结果的低8位中1的个数为偶数，PF=1.请问老师是否是低八位？

微型计算机基础

1.为什么在流水CPU中，将一条指令从取指到执行结束的任务分割为一系列子任务，并使各子任务在流水线的各个过程段并发地执行，从而使流水CPU具有更强大的数据吞吐能力？

这里可以使用时空图法证明结论的正确性。

假设指令周期包含四个子过程：取指令（IF）、指令译码（ID）、取操作数（EX）、进行运算（WB），每个子过程称为过程段（Si），这样，一个流水线由一系列串连的过程段组成。在统一时钟信号控制下，数据从一个过程段流向相邻的过程段。

2.译码器是如何译码的？寻址空间是如何确定的？译码器与寻址空间是怎么联系的？

译码器实际上是由许多与门、或门、非门和它们的组合构成的。它有若干个输入端和若干个输出端（也可能只有一个输出端）。对某一个输出端来说，它的电平高低必然与输入的某一种状态相对应。

例如，具有4个输入端的与非门就是一个简单的译码器，只有四个输入端为1111时，它的输出端才为0。如果将地址总线的A9、A8、A7、A6与它的四个输入连接起来，并把它的输出连到存储器芯片或某个需要寻址的外设接口的片选端（假定低电平有效），那么，只有当A9、A8、A7、A6为1111时，存储器芯片或外设才会被选中。

译码器的寻址空间取决于地址总线的哪几根线接到译码器的输入端，例如上例，地址总线的A9、A8、A7、A6与译码器的输入连接，那么其寻址空间应该是11 1100 0000～11 1111 1111，即3C0H～3F0H。

注意，没有参与译码的低位地址线必然要参与存储器芯片或外设接口的内部译码。也就是说，内部译码地址范围是0--2n11 0000。

可以说，译码器的译码输出决定了寻址空间的起始地址，内部译码决定了寻址空间的大小。由于上一条指令的四个子过程全部执行完毕后才能开始下一条指令，因此每隔4个单位时间才有一个输出结果，即一条指令执行结束。表示非流水CPU的时空图。由于上一条指令与下一条指令的四个过程在时间上可以重叠执行，因此，当流水线满载时，每一个单位时间就可以输出一个结果，即执行一条指令。

比较后发现：流水CPU在八个单位时间中执行了5条指令，而非流水CPU仅执行了2条指令，因此流水CPU具有更强大的数据吞吐能力。

3.书本上讲的是若是计算结果中1的个数为偶数时，则PF=1；但我又在另外的辅导书上看到的说如果计算结果的低8位中1的个数为偶数，PF=1.请问老师是否是低八位？

答：对，PF只与结果的低8位有关。

4.80386 CPU包含哪些寄存器?各有什么主要用途?

80386共有7类34个寄存器。它们分别是通用寄存器、指令指针和标志寄存器、段寄存器、系统地址寄存器、控制寄存器、调试和测试寄存器。

(1)通用寄存器(8个)

EAX，EBX，ECX，EDX，ESI，EDI，EBP和ESP。每个32位寄存器的低16位可单独使用，同时AX、BX、CX、DX寄存器的高、低8位也可分别当作8位寄存器使用。它们与8088／8086中相应的16位通用寄存器作用相同。

(2)指令指针和标志寄存器。

指令指针EIP是一个32位寄存器，存放下一条要执行的指令的偏移地址。

标志寄存器EFLAGS也是一个32位寄存器，存放指令的执行状态和一些控制位。

(3)段寄存器(6个)

CS，DS，SS，ES，FS和GS。在实方式下，它们存放内存段的段地址。在保护方式下，它们被称为段选择符。其中存放的是某一个段的选择符。当选择符装入段寄存器时，80386中的硬件章自动用段寄存器中的值作为索引从段描述符表中取出一个8个字节的描述符，装入到与该段寄存器相应的64位描述符寄存器中。

(4)控制寄存器(4个)

CR0、CRl、CR2和CR3。它们的作用是保存全局性的机器状态。

(5)系统地址寄存器(4个)

GDTR、IDTR、LDTR和TR。它们用来存储操作系统需要的保护信息和地址转换表信息、定义目前正在执行任务的环境、地址空间和中断向量空间。

(6)调试寄存器(8个)

DR0～DR7。它们为调试提供硬件支持。

(7)测试寄存器(8个)

TR0～TR7，其中TR0～TR5由Intel公司保留，用户只能访问TR6、TR7。它们用于控制对TLB中的RAM和CAM相连存储器的测试。TR6是测试控制寄存器，TR7是测试状态寄存器，保存测试结果的状态

5.什么是外部中断源？什么是中断向量码？什么是读选通信号？

答：外部中断源就是在CPU外部能够产生中断请求的设备/器件；通俗地说，中断向量码就是中断的编号，其值为0－FFH；选通信号就是打开逻辑门的控制信号，或用来锁存信息(类似D触发器的CP或CLK)的控制信号。读选通信号就是用来打开总线缓冲器，以便把的数据送到总线上的控制信号。

6.CPU处于单步执行指令的工作方式（课本49页），请问什么是单步执行指令工作方式？ 答：在这种方式下，CPU每执行一条指令，就产生一次特殊的中断，以便可以停下来检查执行的结果。主要用于各类程序的调试。

7.片选信号（CS）到底是起使数据有效或无效的作用还是起选择芯片的作用啊？若是前者，干吗叫片选？

片选信号就是选择芯片的信号。前者不叫片选信号，应该叫允许信号。

6.电磁兼容及其防护与检测技术 篇六

随着国民经济的不断发展和人们生活水平的不断提高, 越来越多的电气设备和电子产品融入到人们的日常生活当中, 人们生存空间中存在的电磁能量也在不断的增加, 电磁对于人们的生产和生活的影响也越来越大。如果在这样复杂的电磁环境中, 保证生产的各种设备之间的正常运行和恶劣的电磁环境对人们生活的影响, 成了现代社会亟待解决的问题。

电磁兼容性 (EMC) 是评价各类设备和系统在指定的电磁环境中, 不会受到恶劣的电磁环境的影响而失效不能正常工作, 或者设备和系统的整体功能是否下降的指标。其要求设备或系统, 在恶劣的电磁环境中, 不管是传导电磁还是辐射电磁, 都不会使其对周边的环境才是不良影响, 或者影响设备或系统本身的性能。而另一个指标电磁敏感度, 则是衡量设备或系统本身对环境或其他设备造成的电磁干扰程度。

1 电磁兼容检测技术

对于设备的电磁兼容测试, 主要包括设备的辐射发射值、辐射敏感度和屏蔽效能测试。其中辐射发射值其测试的目的是测试设备对环境在全频段的电磁干扰。辐射敏感度则是测试设备受环境电磁干扰的抗扰度测试。屏蔽效能测试时阻断干扰耦合通道的能力测试。此三项测试也符合了电磁干扰的三大要素的要求, 电磁干扰对环境或设备造成影响需要电磁干扰源、电磁干扰接收装置和电磁耦合通道。

1.1 电磁兼容测试仪器

电磁兼容检测的核心仪器为频谱分析仪, 该设备能够自动检测电磁兼容的相关的参数, 并快捷、准确的通过图表的方式显示。为了全方位的对设备中的各个部件、PCB板和电缆进行全方位的电磁兼容检测。则需要使用新型的电磁兼容扫描仪, 并结合频谱分析仪;便能够实现电磁兼容检测的可视化。电磁兼容检测的其他设备还包括干扰发射器、干扰接收机和天线等附件。

1.2 电磁兼容测试场地

不同的电磁环境对于电磁兼容检测的结果是截然不同的, 主要是因为不同的测试场地对于电磁波的反射、折射率是不同的, 因此导致叠加的电磁场场强也不同。电磁兼容的测试场所主要有:开阔试验场、屏蔽室、电波暗室等。

(1) 开阔试验场。其场地设计为以椭圆形状, 且场地周围无反射物, 地表铺设平坦且电导率均匀的金属接地板。将被测设备与接收天线分布置于椭圆的焦点位置。其主要测试对象为大型的机电设备, 测试的频率范围为30-1000MHz。

(2) 屏蔽室。该场地的墙体和天花板均使用金属网格或者金属板拼接成六面体形状。这样的屏蔽室是相当于法拉第电笼, 不会受到外界电磁的干扰, 同时在屏蔽室内进行电磁辐射场大的设备测试也不会对周边的环境造成影响。缺点是在一定的电磁频率内会使屏蔽室产生谐振, 此时的屏蔽效果将会大大降低。

(3) 电波暗室。电波暗室能够模拟无反射的电磁环境, 通过在电波暗室内各个墙体上安装电波吸收材料, 能够吸收任何入射到墙体上的电磁波, 消除反射电磁对测试的影响。虽然造价相对较高, 但是其内部无反射电磁波, 更不存在电磁污染, 因此是电磁兼容测试的理想场地。

1.3 电磁兼容测试方法

对于电磁兼容的测试方法, 其主要分为三种测试方式:直接测试、替代测试和自动测试。

(1) 直接测试。直接测试需要按照电磁兼容测试的标准的要求对设备进行测试, 不管是实验室的场地配置要求还是设备运行的状态要求都应符合电磁兼容测试标准, 其测试结果相对精确, 但是其对测试场地和测试仪器设备的要求较高, 费用较大。

(2) 替代测试。由于直接测试的方式, 对于测试场地和测试仪器设备的要求过高, 费用较大, 一般的生产企业不能负担。替代测试是指在测试结果有一定的可比性的条件下, 采用替代场地和替代测试仪器对设备进场电磁兼容测试的过程, 此类方法可以降低测试成本, 但是其测试结果存在一定误差和对比, 且测试的范围较窄。

(3) 自动测试法。自动测试法, 是指在同等的电磁环境下, 在设备的输入端和输出端分别设备相应的电磁噪声发生器和电磁噪声测量仪。由于是处于同等的电磁环境中, 因此电磁噪声发生器和电磁噪声测量仪可以相互校准。使得测试设备在电磁噪声测量仪上得到的结果相当于背景无电磁干扰的环境之中。这种电磁兼容检测方式虽然简单且准确, 但是能够测试的电磁兼容项目相对有限。

2 电磁兼容的防护

根据电磁干扰形成的三要素, 要对电磁干扰进行防护必须通过屏蔽、滤波、接地、隔离等措施才能有效的杜绝电磁干扰。从干扰源处控制干扰的产生是治本的方式, 降低干扰源电磁发射可以通过研究降低电磁噪声幅值的技术和通过屏蔽干扰源、对干扰源进行滤波和接地处理等。屏蔽是指通过运用各类的导电材料将干扰源与外界隔离开, 在干扰源上形成法拉第电笼, 从而杜绝干扰源对外界造成电磁干扰。滤波是指通过在干扰源的输出端设置滤波器, 迫使干扰源的电磁噪声通过低阻的滤波通道, 从而减少干扰源对外界的电磁干扰。线路接地的主要目的为了泄放电荷或建立电路基准电平而设置的导线连接。

3 结束语

由于电气、电子设备的普遍使用, 电磁干扰也普遍的存在于人们的生产和生活中, 电磁干扰的检测与抑制问题也越来越得到人们的关注。电磁兼容的检测必须严格的按照电磁兼容检测的标准和规范进行测试, 并且要求被测设备的相关参数不得超出, 电磁兼容检测标准所设定的阈值。电磁兼容检测的过程复杂且测试的项目也较多, 测试结果也受测试者的经验和实验室的技术水平限制, 因此其多次多人的测试结果并不理想。因此亟需建立自动的电磁兼容检测系统和研究更加科学的测试手段。同时电磁干扰的防护也不容忽视, 做到杜绝与源头, 改善人们生产、生活的电磁环境。

摘要：电磁兼容已经成为人们生活息息相关和普遍关注的问题, 文章主要概述了电磁兼容的检测技术与其防护相关的研究进展。

关键词：电磁兼容,电磁兼容防护,电磁兼容检测

参考文献

[1]周香.混波室设计及其在电磁兼容测试中的应用[D].南京:东南大学, 2005.

[2]陈淑凤, 马蔚宇, 马晓庆.电磁兼容试验技术[M].北京:北京邮电大学出版社, 2001.

[3]韩智, 傅士冀, 傅军, 等.电磁兼容抗扰度试验及作用[J].湖北电力2002, 26 (5) :11-12.

[4]杨克俊.电磁兼容原理与设计技术[M].北京:人民邮电出版社, 2004.

7.常用烟气脱硫技术原理与工艺 篇七

2013.5.22 第一部分

概述

为什么要脱硫

脱硫的必要性

随着国民经济的增长，能源消耗急剧增加，由此而引起的环境污染日益严重。我国是一个煤储量丰富的国家，煤炭占一次能源的75%，能源消费结构对煤的过分依赖导致了环境污染的加剧，煤炭燃烧所排出SO2占排放总量的93.9%，我国1995年SO2排放达2370万吨，己居世界第一位。

 据《1998年中国环境状况公报》数据显示1998年，中国大气环境主要污染物SO2的排放量达2090万吨，由此导致酸雨的覆盖面积约占国土面积的30%，造成的经济损失达1100亿元。1998年，全国降水年均pH值范围在4.13-7.79之间，降水年均pH值低于5.6的城市占统计城市数的52.8%，尤其在南方降水pH值低于5.6的城市约占73.03%。SO2的排放不仅对人体有害，还会引起酸雨。SO2目前己成为我国空气最主要污染物之一。

 酸雨控制和二氧化硫污染控制区简称两控区

 大气中SO2可以导致多种呼吸器官疾病和更多诱发心血管疾病，而目SO2在环境中形成的酸沉降会引起江河湖泊的酸化，对植物和农作物造成损害。

环境污染突出的“三废” 处理的最基本的原则，就是找到一种合适的，将污染物转化为一种长期稳定、不对周边环境造成二次污染的方式。

 “工业三废”是指工业生产所排放的“废水、废气、固体废弃物

 “工业三废”中含有多种有毒、有害物质，若不经妥善处理，如未达到规定的排放标准而排放到环境（大气、水域、土壤）中，超过环境自净能力的容许量，就对环境产生了污染，破坏生态平衡和自然资源，影响工农业生产和人民健康，污染物在环境中发生物理的和化学的变化后就又产生了新的物质。好多都是对人的健康有危害的。这些物质通过不同的途径（呼吸道、消化道、皮肤）进入人的体内，有的直接产生危害，有的还有蓄积作用，会更加严重的危害人的健康。不同物质会有不同影响。

一、什么是“烟气脱硫技术”？

用简单、通俗的说法，就是：一种将烟气中SOx进行分离，转化为一种长期稳定、不对周边环境造成二次污染的物质的方法。这是我们最基本的需求。

这种终产物的综合利用，也是我们选择何种烟气脱硫技术路线综合考量因素之一。

 第二部分

 石灰石-石膏湿法脱硫技术

 FGD——（flue gas desulfurization)烟气脱硫，即在烟道上加脱硫装置，它目前是世界上唯一大规模商业化应用的脱硫方法，是控制酸雨和SO2污染的最有效和主要的技术手段。

 目前徐塘四台机均采用此脱硫技术

 脱硫术语

 1脱硫岛：

 指脱硫装置及为脱硫服务的建筑物。

2、吸收剂：       指脱硫工艺中用于脱出二氧化硫等有害物质的反应剂。石灰石----石膏法脱硫工艺使用的吸收剂为石灰石（CaCO3）或石灰（CaO） 3吸收塔：

 脱硫工艺中脱除SO2等有害物质的反应装置。 4副产品：

 在脱硫工艺中吸收剂与烟气中的SO2等反应后生成的物质。 5装置可用率：

 指脱硫装置每年正常运行时间与发电机组每年总运行时间的百分比。

可用率=（A-B）/A ×100%  6脱硫效率：

 脱硫装置脱除的SO2量与未经脱硫前烟气中所含SO2量的百分比，按公式：∩=(C1-C2)/C1×100%  7增压风机：

 为克服脱硫装置产生的烟气阻力新增加的风机。目前4、5号脱硫装置的增压风机已拆除；

6、7号脱硫装置的增压风机也即将拆除。 8烟气换热器：GGH（6、7号）

 为调节脱硫前后的烟气温度设置的换热装作（GGH）。一般进130℃降至88℃出，至吸收塔出50℃，至GGH加热到80℃以上排至烟囱。

（一）脱硫原理

石灰石—石膏湿法烟气脱硫采用石灰石浆液做为反应剂，与烟气中的SO2发生反应生成亚硫酸钙（CaSO3），亚硫酸钙CaSO3与氧气进一步反应生成硫酸钙（CaSO4）。其脱硫效率和运行可靠性高，是应用最广的脱硫技术。

 石灰石湿法脱硫系统的组成

 烟气系统、SO2吸收系统、石灰石浆液制备系统、石膏脱水系统、公用系统（工艺水系统、、压缩空气系统等）、废水系统。



1、烟气系统（烟道挡板、烟气再热器、增压风机等）； 

2、吸收系统（吸收塔、循环泵、氧化风机、除雾器等）；吸收塔系统一般包括石灰石浆液再循环系统、氧化空气系统、除雾器冲洗系统、石灰石浆液供给系统、吸收塔溢流密封系统、吸收塔排水坑及事故浆池系统。主要设备有吸收塔、再循环泵、除雾器、搅拌器、氧化风机、吸收塔排水坑、事故浆液池、吸收塔排水坑、事故浆液池泵及相关的管路及阀门等。



3、吸收剂制备系统（石灰石粉仓、磨石机、石灰石浆罐、浆液泵等）

4、石膏脱水及储存系统（石膏浆液泵、水力旋流器、真空脱水机等）

5、公用系统（工艺水、压缩空气、热工及电气等系统）

 工艺水系统作用：主要用来补充废水系统带走、在吸收塔内蒸发、及石膏带走的水分；冷却氧化空气、冲洗GGH、冲洗浆液管道、冲洗石膏滤饼滤布等。

 更主要的作用是4、5号FGD浆液循环泵的机封冷却水，今天上午就能看出工艺水的作用。机封水压力一般在0.3mpa左右。



6、废水废渣处理系统

（二）典型工艺流程

烟气系统DCS运行画面

增压风机又称脱硫风机，用以克服脱硫系统的阻力。脱硫风机主要有三种：动叶可调轴流风机、静叶可调轴流风机以及离心风机。

常用大型电站烟气脱硫 增压风机外形图

1.3 主要设备之三：烟气换热器（6、7号）

由锅炉来的烟气温度130℃，进入GGH放热温度降至88℃左右，进入吸收塔，烟气在吸收塔内被循泵出口的浆液吸收、降温从吸收塔排出，温度大概50℃，再经GGH加热，温度升高到80℃，进入烟囱排入大气。由吸收塔出来的烟气，温度已经降至45～55℃，已低于酸露点，尾部烟道内壁温度较低，容易结露腐蚀，所以通常安装了烟气再热器，其目的是降低吸收塔入口烟温、提高吸收塔出口烟温。烟气再热器有多种方式，一般分为蓄热式和非蓄热式。蓄热式主要有：回转式烟气换热器(RGGH)、管式烟气换热(MGGH)器等。

大型电站烟气脱硫 回转式烟气换热器(RGGH)外形图

2、SO2吸收系统及主要设备

2.1 吸收塔

按照工作原理来分类，吸收塔主要有喷淋塔、液柱塔、填料塔、喷射鼓泡塔等。

（1）喷淋塔

喷淋塔是典型的空塔型吸收塔，循环浆液经过多层喷淋层将浆液由吸收塔上部从上向下喷射，形成细小的液滴与从下向上逆流的烟气接触，完成SOx的吸收。煤的含硫量从小到大决定，对应喷淋层的层数为3～5层不等，对于特高硫煤，喷淋塔有一定的局限性。

喷淋塔采用单元制浆液循环系统，每台循环泵对应一层喷淋层，无在线备用。每台泵流量相同，扬程不同。每台泵、电机互换性较差，不利于备品备件的准备。喷淋塔一旦建成，煤的实际含硫量超过设计值需要改造的工程量较大。

喷淋塔其具有塔内部件少，结垢可能性小，阻力低等优点。适合国内大部分地区的中低硫煤锅炉的烟气脱硫，是目前国内使用最多的塔型。

 1）吸收塔喷淋层

喷嘴是喷淋塔的关键设备之一，脱硫喷嘴的作用是将浆液喷射为细小的液滴，增加吸收塔内浆液与烟气的接触面积。

目前常用的脱硫喷嘴有螺旋喷嘴和偏心喷嘴两种，根据每个喷嘴流量选择。

 2）除雾器

除雾器是利用折流板改变通过的烟气流道，使经过喷浆脱出SO2后的烟气夹带的液滴和水雾分离下来, 以控制和防止亚硫酸盐在除雾器后塔壁、烟道产生结垢。除雾器一般的设计要求是液滴含量不超过100mg/Nm3。

 除雾器

3）搅拌器

为使浆液在浆池内不致沉淀结垢, 保证浆液在浆池内与空气中氧充分氧化，吸收塔底部通常设置侧进式搅拌器。

 吸收塔喷浆管和喷嘴

（3）喷射鼓泡塔（4）填料塔

填料的特点：

（1）填料塔具有生产能力大，脱硫效率高，浆液量小，传质效率高，操作弹性大等优点。

（2）吸收塔造价高；当浆液负荷较小时传质效率降低；

（3）一般不直接用于有悬浮物或容易聚合产生结垢的脱硫剂。主要适用于溶解性的脱硫剂的脱硫技术。（5）带托盘的喷淋塔

根据石灰石的磨制方式是干磨或湿磨，可将石灰石浆液制备分为干式制浆系统和湿式制浆系统。

3.1 干式制浆系统

主要包括石灰石接收、输送和贮存、石灰石粉制备和输送、石灰石粉贮存。3.2 湿式制浆系统

主要包括石灰石贮存和输送系统、石灰石浆液制备系统。

主要由吸收塔排出泵系统、旋流器站(一级脱水系统)、真空皮带过滤机(二级脱水系统)、废水旋流站等组成。

旋流器站(一级脱水系统)

 石膏二级脱水系统图  石膏二级脱水布置图  1)工艺水系统



FGD装置配置有工艺水泵和事故冲洗水泵。

 2)压缩空气系统  3)事故浆液排放系统 

事故浆液池、泵、坑  4)废水处理系统

 采用中和、混凝、澄清、脱水处理。

8.激光原理与技术课程教学大纲 篇八

二、讲授大纲与各章的基本要求

第一章 辐射理论概要与激光产生的条件

教学要点：

通过本章的教学使学生： 了解光的波粒二象性，掌握光的偏振性、单色光的含义、平面光波的表示法、光强的定义和光子的含义。掌握原子能级和简并度的含义，理解原子状态标记的方法，理解辐射跃迁选择定则，掌握玻尔兹曼分布定律，掌握辐射跃迁也非辐射跃迁的定义和特点。3 理解黑体辐射的概念和规律，掌握光和物质相互作用时三种基本过程的特点、规律、发生几率，以及三者之间的关系。掌握自发辐射光功率和受激辐射光功率在普通光源和激光器中的大小关系。掌握光谱线、线型、光谱线宽度的概念，掌握自然增宽、碰撞增宽、多普勒增宽的原因、展宽线型、增宽大小及其影响因素，理解均匀增宽和非均匀增宽的概念和含义，理解综合增宽的含义。理解光在介质中受激放大的过程和规律，掌握介质中产生激光放大的条件，理解吸收系数和增益系数的概念，掌握光学谐振腔在激光器中的作用和激光阈值条件。

教学时数：10学时 教学内容：

第一节 光的波粒二象性

一、光波

二、光子

第二节 原子的能级和辐射跃迁

一、原子能级和简并度

二、原子状态的标记

三、玻尔兹曼分布

四、辐射跃迁和非辐射跃迁 第三节 光的受激辐射

一、黑体热辐射

二、光和物质的作用

三、自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的关系

四、自发辐射光功率与受激辐射光功率

第四节 光谱线增宽

一、光谱线、线型和光谱线宽度

二、自然增宽

三、碰撞增宽

四、多普勒增宽

五、均匀增宽和非均匀增宽线型

六、综合增宽 第五节 激光形成的条件

一、介质中光的受激辐射放大

二、光学谐振腔和阈值条件

考核要求：

1、光的波粒二象性

1.1 光波偏振性（领会）

1.2 光速、频率和波长的关系（领会）1.3 单色平面波（领会）1.4 光强（识记）1.5 光子（领会）

2、原子的能级和辐射跃迁

2.1 原子能级和简并度（领会）

2.2 原子状态的标记（领会）

2.3 辐射跃迁的选择定则（领会）2.4 玻尔兹曼分布（领会、应用）2.5 辐射跃迁和非辐射跃迁（领会、识记）

3、光的受激辐射

3.1 黑体热辐射（领会）

3.2 自发辐射、受激辐射、受激吸收（领会、识记、应用）3.3 自发辐射、受激辐射、受激吸收之间的关系（领会）3.4 自发辐射光功率与受激辐射光功率（领会）

4、光谱线增宽

4.1 光谱线的线型函数、宽度（识记）

4.2 自然增宽的理论解释、增宽线型、影响增宽的因素（识记、应用）4.3 碰撞增宽的理论解释、增宽线型、影响增宽的因素（识记、应用）4.4 多普勒增宽的理论解释、增宽线型、影响增宽的因素（识记、应用）4.5 均匀增宽和非均匀增宽的概念（领会）4.6 综合增宽（领会）

5、激光形成的条件

5.1 光束在介质中的传播规律（领会）

5.2 产生受激光放大的条件、增益介质和增益系数（识记、应用）5.3 光学谐振腔的作用、阈值条件（领会、识记）

第二章 激光器的工作原理

教学要点：

通过本章的教学使学生： 理解光学谐振腔满足稳定性条件的重要性，掌握稳定性的条件，理解共轴球面腔稳定图和分类，学会稳定图的应用。理解三能级系统和四能级系统的激光工作方式，掌握速率方程组的建立、推导和粒子数密度反转分布的条件。掌握激光器在小信号工作时的粒子数密度反转分布情况和在均匀增宽型介质中的粒子数密度反转分布。理解粒子数密度反转分布的饱和效应。掌握均匀增宽型介质中的增益系数和增益饱和。掌握在非均匀增宽型介质中粒子数密度反转分布规律，掌握在非均匀增宽型介质中小信号时的增益系数和稳态情况下的增益饱和，掌握烧孔效应的原理。5 了解激光器所存在的各种损耗和起因，掌握激光谐振腔内稳定光强的形成过程，掌握激光器的能稳定出光的阈值条件（包括增益阈值，抽运功率阈值等）。了解激光介质能级选取的注意事项。教学时数：12学时

第一节 光学谐振腔结构与稳定性

一、共轴球面谐振腔的稳定性条件

二、共轴球面腔的稳定图及其分类

三、稳定图的应用

第二节 速率方程组与粒子数反转 一、三能级系统和四能级系统

二、速率方程组

三、稳态工作时的粒子数密度反转分布

四、小信号工作时的粒子数密度反转分布

五、均匀增宽型介质的粒子数密度反转分布

六、均匀增宽型介质粒子数密度反转分布的饱和效应 第三节 均匀增宽介质的增益系数和增益饱和

一、均匀增宽介质的增益系数

二、均匀增宽介质的增益饱和 第四节 非均匀增宽介质的增益饱和

一、介质在小信号时的粒子数密度反转分布值

二、非均匀增宽型介质在小信号时的增益系数

三、非均匀增宽型介质稳态粒子数密度反转分布

四、非均匀增宽型介质稳态情况下的增益饱和 第五节 激光器的损耗与阈值条件

一、激光器的损耗

二、激光谐振腔内形成稳定光强的过程

三、阈值条件

四、对介质能级选取的讨论

考核要求：

1、光学谐振腔结构与稳定性

1.1 共轴球面谐振腔的稳定性条件（应用）1.2 共轴球面腔的稳定图及分类（识记）1.3 稳定图的应用（应用）

2、速率方程组与粒子数反转

2.1 三能级系统和四能级系统（领会）2.2 速率方程组的建立（领会）

2.3 稳态工作时的粒子数密度反转分布（识记）2.4 饱和效应（领会、识记）

3、均匀增宽介质的增益系数和增益饱和

3.1 均匀增宽介质的增益系数和增益饱和（领会、识记）

4、非均匀增宽介质的增益饱和 4.1 粒子数密度反转分布（识记）4.2 非均匀增宽介质的增益系数（识记）4.3 稳态情况下的增益饱和（领会、识记）

5、激光器的损耗与阈值条件 5.1 激光器的损耗（识记）

5.2 稳定光强的形成过程（领会、识记）5.3 阈值条件（领会、识记、应用）5.4 对介质能级选取（领会）

第三章 激光器的输出特性

教学要点：

通过本章的教学使学生： 理解自再现模概念，掌握自再现模的特点。掌握自再现模积分方程解的物理意义，理解激光谐振腔的谐振条件，理解激光纵模的特点和含义，掌握纵模频率和频率间隔公式，会分析纵模可能存在的数量。理解方形镜面共焦腔自再现模积分方程的解析解，掌握镜面上自再现模场的特征（振幅分布、相位分布、衍射损耗等）了解共焦腔中的行波场和腔内外的光场分布。掌握高斯光束的振幅和强度分布、相位分布、远场发散角以及高斯光束的高亮度。理解稳定球面腔的等价共焦腔的含义，了解稳定球面腔的光束传播特性。5 掌握均匀增宽型和非均匀增宽型介质激光器的输出功率以及影响因素。理解兰姆凹陷的形成原因。6 掌握影响激光器线宽的因素。教学时数：12学时 第一节 光学谐振腔的衍射理论

一、菲涅耳－基尔霍夫衍射公式

二、光学谐振腔的自再现模积分方程

三、激光谐振腔的谐振频率和激光纵模 第二节 对称共焦腔内外的光场分布

一、共焦腔镜面上的场分布

二、共焦腔中的行波场与腔内外的光场分布 第三节 高斯光束的传播特性

一、高斯光束的振幅和强度分布

二、高斯光束的相位分布

三、高斯光束的远场发散角

四、高斯光束的高亮度 第四节 稳定球面腔的光束传播特性

一、稳定球面腔的等价共焦腔

二、稳定球面腔的光束传播特性 第五节 激光器的输出功率

一、均匀增宽型介质激光器的输出功率

二、非均匀增宽型介质激光器的输出功率

考核要求：

1、光学谐振腔的衍射理论

1.1 菲涅耳－基尔霍夫衍射公式（领会）1.2 自再现模（领会、识记）1.3 激光纵模（领会、识记）

2、对称共焦腔内外的光场分布

2.1 镜面上自再现模场的特征（领会、识记）2.2 行波场和腔内外光场分布（了解）

3、高斯光束的传播特性

3.1 高斯光束的强度分布（领会、识记、应用）3.2 相位分布（领会）

3.3 远场发散角（领会、识记、应用）3.4 高亮度（领会）

4、稳定球面腔的光束传播特性

4.1 稳定球面腔的等价共焦腔（领会）4.2 稳定球面腔的光束传播特性（领会）

5、激光器的输出功率

5.1 均匀增宽型介质激光器的输出功率（领会）

5.2非均匀增宽型介质激光器的输出功率、兰姆凹陷（领会）

6、激光器的线宽极限（领会）

第四章 激光的基本技术

教学要点：

通过本章的教学使学生： 了解激光器选模的目的和意义，理解均匀增宽型谱线的纵模竞争，掌握单纵模选取的方法，掌握激光单横模的选取方法。了解激光器频率稳定的衡量方法，掌握影响激光器频率稳定的因素，了解常见的几种稳频的方法。了解高斯光束透过透镜时的变换规律，掌握高斯光束的聚焦、准直、扩束等技术的原理和方法。理解激光调制的概念，了解电光强度调制和电光相位调制。5 了解实现激光偏转的几种主要途径。理解激光谐振腔的品质因素Q的含义，掌握调Q的原理，了解几种常见调Q的方法。理解激光锁模技术的含义，掌握锁模的原理，了解锁模的2种常见途径。教学时数：10学时 第一节 激光器输出的选模

一、激光单纵模的选取

二、激光单横模的选取 第二节 激光器的稳频

一、影响频率稳定的因素

二、稳频方法概述

三、兰姆凹陷法稳频

四、饱和吸收法稳频 第三节 激光束的变换

一、高斯光束通过薄透镜时的变换

二、高斯光束的聚焦

三、高斯光束的准直

四、激光的扩束 第四节 激光调制技术

一、激光调制的基本概念

二、电光强度调制

三、电光相位调制 第五节 激光偏转技术

一、机械偏转

二、电光偏转

三、声光偏转 第六节 激光调Q技术

一、激光谐振腔的品质因数Q

二、调Q原理

三、电光调Q

四、声光调Q

五、染料调Q 第七节 激光锁模技术

一、锁模原理

二、主动锁模

三、被动锁模

考核要求：

1、激光器输出的选模

1.1 均匀增宽型谱线的纵模竞争（领会）1.2 非均匀增宽型谱线的多纵模振荡（领会）1.3 单纵模的选取（领会、识记）1.4 单横模的选取（领会、识记）

2、激光器的稳频

2.1 影响频率稳定的因素（识记）2.2 稳频方法（了解）

3、激光束的变换

3.1 高斯光束通过透镜时的变换（领会、应用）3.2 高斯光束的聚焦（领会、应用）3.3 高斯光束的准直（领会、应用）3.4 激光的扩束（领会、应用）

4、激光调制技术

4.1 调制的基本概念（领会）

4.2 电光强度调制和电光相位调制（了解）

5、激光偏转技术 5.1 机械偏转（了解）5.2 电光偏转（了解）5.3 声光偏转（了解）

6、激光调Q技术

6.1 品质因数Q的概念（领会）6.2 调Q原理（领会、识记）

6.3 电光调Q、声光调Q、染料调Q（领会）

7、激光锁模技术 7.1 锁模原理（领会）

7.2 主动锁模和被动锁模（了解）

第五章 典型激光器介绍

教学要点：

通过本章的教学使学生： 了解固体激光器的基本结构，掌握红宝石激光器、YAG:Nd激光器的特点和机理，了解固体激光器的泵浦系统和输出特性，了解半导体激光器泵浦的固体激光器、可调谐固体激光器和高功率激光器的优缺点及原理。了解氦氖激光器的结构和工作机理，了解二氧化碳激光器的结构、激发机理和输出特性，了解氩离子激光器的结构、激发机理和工作特性。3 了解染料激光器的特点、激发机理、调谐原理和泵浦系统。了解半导体激光器中的能带情况和产生受激辐射的条件，掌握PN结的双简并能带结构和粒子数反转条件，掌握半导体激光器的工作原理及阈值条件，了解同质结和异质结半导体激光器的特性。了解准分子激光器、自由电子激光器和化学激光器的特点、基本原理和输出特性。

教学时数：4学时 第一节 固体激光器

一、固体激光器的基本结构与工作物质

二、固体激光器的泵浦系统

三、固体激光器的输出特性

四、新型固体激光器 第二节 气体激光器

一、氦氖激光器 二、二氧化碳激光器

三、氩离子激光器 第三节 染料激光器

一、染料激光器的激发机理

二、染料激光器的泵浦

三、染料激光器的调谐 第四节 半导体激光器

一、半导体的能带和产生受激辐射的条件

二、PN结和粒子数反转

三、半导体激光器的工作原理和阈值条件

四、同质结和异质结半导体激光器 第五节 其他激光器

一、准分子激光器

二、自由电子激光器

三、化学激光器

考核要求：

1、固体激光器

1.1 固体激光器的基本结构和工作物质（了解）1.2 红宝石激光器、Nd:YAG激光器（了解、识记）1.3 泵浦系统、输出特性（了解）

2、气体激光器

2.1 氦氖激光器结构和原理（了解、识记）2.2 二氧化碳激光器结构和原理（了解）2.3 氩离子激光器结构和原理(了解)

3、染料激光器（了解）

4、半导体激光器

4.1 半导体能带（了解）4.2 PN结与粒子数反转（领会）4.3 工作原理和阈值（了解）

5、其他激光器（了解）

第六章 激光在精密测量中的应用

教学要点：

通过本章的教学使学生： 了解激光干涉测长的基本原理、系统组成，了解激光外差干涉测长技术。2 了解激光衍射测量原理、方法及应用。了解激光测距的特点、基本原理，了解激光相位测距原理。了解激光准直仪的原理和结构，了解激光多自由度测量系统结构和原理。5 了解激光多普勒测速的原理和应用。6 了解激光测量角度和角加速度的原理。7 了解激光环境计量的原理和应用。教学时数：1学时

第一节 激光干涉测长 第二节 激光衍射测量 第三节 激光测距

第四节 激光准直及多自由度测量 第五节 激光多普勒测速

第六节 环形激光测量角度和角加速度

考核要求：

本章内容仅要求了解，不作考试要求。

第七章 激光加工技术

教学要点：

通过本章的教学使学生： 1 了解激光热加工的原理。了解激光淬火技术的原理与应用，了解激光表面熔凝技术和熔覆技术。3 了解激光打孔和激光切割的原理与特点。了解激光焊接的特点，了解激光热导焊和深熔焊的原理。了解激光快速成型技术的原理、优点及应用，了解激光清洗技术和激光弯曲技术。

教学时数：1学时

第一节 激光热加工原理 第二节 激光表面改性技术 第三节 激光去除材料技术 第四节 激光焊接 第五节 激光快速成型技术 第六节 其他激光加工技术

考核要求：

本章内容仅要求了解，不作考试要求。

第八章 激光在医学中的应用

教学要点：

通过本章的教学使学生： 了解生物体的光学特性，了解激光对生物体的作用和激光在生物体应用的优点。2 了解激光临床治疗的种类与现状，了解激光在皮肤科及整形外科领域中的应用，了解激光在眼科、泌尿外科、耳鼻喉科中的应用。了解利用激光的生物体光谱测量及诊断，了解激光断层摄影、激光显微镜基本原理。了解医用激光设备（光源、光纤）。了解医用激光新技术和光动力学治疗的前景。教学时数：1学时

第一节 激光与生物体的相互作用 第二节 激光在临床治疗中的应用 第三节 激光在生物体检测及诊断中的应用 第四节 医用激光设备 第五节 激光应用于医学的未来

考核要求：

本章内容仅要求了解，不作考试要求。

第九章 激光在信息技术中的应用

教学要点：

通过本章的教学使学生： 了解光纤通信系统中的激光器需满足的要求，了解光纤激光器的基本原理、特点、分类和应用，了解光放大器的原理、种类等。了解激光全息术的基本原理和分类，了解激光全息三维显示的优点、应用及展望。了解激光存储的基本原理、分类及特点，了解激光体全息光存储的特点、原理及应用，了解激光存储的最新进展。4 了解激光在扫描器和打印机中的应用 教学时数：1学时

第一节 光纤通信系统中的激光器和光放大器 第二节 激光全息三维显示 第三节 激光存储技术 第四节 激光扫描和激光打印机

考核要求：

本章内容仅要求了解，不作考试要求。

第十章 激光在科学技术前沿问题中的应用

教学要点：

通过本章的教学使学生： 1 了解激光在受控核聚变中的应用。2 了解激光冷却技术。了解激光操纵微粒的方法和原理。4 了解激光诱导化学反应的原理。5 了解激光在光谱技术中的应用。教学时数：1学时 第一节 激光核聚变 第二节 激光冷却 第三节 激光操纵微粒 第四节 激光诱导化学过程 第五节 激光光谱学

考核要求：

本章内容仅要求了解，不作考试要求。

三、推荐教材和参考书目

1、《激光原理及应用》，陈家璧主编，电子工业出版社，2004

2、《激光原理》，周炳琨、高以智等编，第五版，国防工业出版社，2004

3、《固体激光工程》，（美）W.克希耐尔著，孙文等译，科学出版社，2003

4、《激光技术》，蓝信钜，科学出版社，2000

5、《激光工程》，（日）中井贞雄著，熊缨译，科学出版社，2002

6、《激光物理》，钱梅珍等著，第二版，电子工业出版社，2001

9.电磁兼容原理与技术 篇九

我国作为最缺水的国家之一, 人均水资源占有量仅仅是世界人均的1/4; 然而由于不能合理利用水资源, 我国在极度缺水的同时大量浪费了有限的水资源。实时进行土壤水分检测、及时了解墒情的发生、对墒情做出有效的评估, 利于进行有效的抗旱决策和水资源有效分配, 使有限的水资源得到优化配置和合理使用[1]。

当前, 即时测量土壤水分主要是利用介电物理的方法, 其中利用传输原理的方法来测定土壤水分是介电特性法技术中的一种。此方法克服了现有方法的局限性, 适应了将来测量土壤水分系统自动化程度高、经济性好、可持续发展以及测量精度高等发展方向的需要[2]。

1 土壤水分测试系统原理

根据电磁原理, 自由水、空气、束缚水以及固体土壤物质等构成了土壤。在1 个大气压、20℃ 的标况下, 纯水的介电常数是80. 4, 固体土壤物质约为3 ~7, 空气的仅为1。因此, 水分含量的多少很大程度上决定了整个土壤介电常数的大小。

Davis与Topp于1975 年首次利用TDR技术来测量土壤的介电常数; 1984 年, Dalon等人进一步证明了TDR技术可以测量土壤的含水量, 自此利用介电常数测量土壤水分的方法得到了迅速发展。主流的介电方法—TDR土壤水分含量测试方法原理如图1 所示。信号发生器发射波到待测的土壤介质中, 根据两次接受的波 ( 即返回波, 实线线条表示) 和反射返回波 ( 虚线线条表示) 之间的时间差来获得电磁波在介质中的传播时间, 建立反射时间差与介质介电常数之间的关系, 从而最终获得土壤水分含量。实际应用时, 由于时间差非常短暂, 大约只有几微秒, 测量时细微的误差将会引起最终获得水分的很大偏差, 因此精度控制比较困难, 且设备昂贵。

基于传输原理的土壤水分测试系统克服了TDR方法造价昂贵、电路结构复杂的特点, 设计了新型的传感元件 ( 即传输线) , 通过测量电路的频率避免了对时间差的测量。传输线的几何结构如图2 所示。为了避免土壤盐分对测量结果的影响, 传输线外侧包裹了一层绝缘皮[3]。系统用于测量土壤水分含量时, 将传输下埋设在待测土壤介质中, 环形振荡电路发生振荡信号, 由于接收端信号的频率与信号的传播时间有关 ( 即与待测土壤的介电常数有关) , 因此确立接收端信号频率与土壤介电常数之间的关系即可确定土壤上水分含量大小。

2 系统总体结构

土壤水分测试由包括传感模块、信号预处理模块和数据采集处理模块等部分组成, 如图3 所示。方波信号发生器产生的方波振荡信号通过埋设在待测土壤中的传输线传播, 由于土壤介电特性将产生延时, 使得方波振荡信号的频率变低; 方波振荡信号通过信号预处理模块进行整形, 然后输入信号采集处理模块; 信号采集处理模块采集方波振荡信号的频率, 根据信号频率与介电常数之间的关系以及土壤介电特性, 最终获得待测土壤水分含量。方波振荡信号频率很高, 大约几十兆赫兹, 为了满足快速监测以及实时性需求, 采用了美国德州仪器公司的一款高速、高精度的工业控制芯片—TMS320F2812 作为核心处理单元[4,5]。

3 系统硬件设计

3. 1 传感模块

传感模块结构图如图4 所示。方波信号发生器是一种特殊的输电线路振荡器, 用于产生50 ~100MHz的方波信号, 且振荡信号频率随传输线传输延时变化而变化。采用Motorola公司生产的一款线接收器MC10H116, 它属于ECL电路元器件, 非饱和状态下的ECL电路, 典型的传输延迟仅为1. 0ns。传输线为扁平电缆传输线, 外层包裹绝缘层, 消除土壤介质电导率对测量结果的影响。信号发生器的输出端与埋设在待测土壤的传输线相连接, 高频振荡信号通过传输线传播。受土壤介电特性的影响, 传播速度与土壤介电常数之间的关系为。其中, c表示光速, ka表示土壤介电常数。根据土壤介电特性, 干土以及空气等的介电常数仅为1 ~4, 而水分的介电常数在80 左右, 这意味着水分含量的多少对土壤的介电特性起决定性作用。由此可知: 当含水量变高时, 土壤介电常数变大, 信号中的方波频率降低, 传播速率也随之变小。

3. 2 信号预处理模块

此模块主要由直流偏置、限幅放大以及方波整形3 个基本处理电路构成。其功能是对采集到的信号进行预处理, 降低频率测量过程中的干扰, 提高测量精度。限幅放大电路采用MAX3645 限幅放大器, 电路接口图如图5 所示。

去除过高或过低的电压信号, 保护电路不因为太高或太低的电压而造成电路工作不正常; 然后, 信号再经直流偏置电路以及波形整波电路, 转换成3. 3V的方波信号; 最后再进入DSP, 通过其丰富的外设资源完成信号频率的测量。

3. 3 TMS320F2812 及其外围接口电路设计

本系统选用精度高且速度高的DSP芯片—TMS320F2812 作为核心处理单元。它是近年来美国德州仪器公司主推的芯片, 有非常快的运算处理速度, 低于6. 67ns的极短指令周期和高达150MHz的工作频率。另外, 其输入输出电压为3. 3V, 1. 8V的核心电压使得它功耗很低。它的操控能力非常全面, 总线结构使用的是哈佛总线。2 个串行SCI通信接口、3个32 位的定时器、串行SPI接口和12 位的16 通道模数转换器等构成了此芯片的外围设备。EVA与EVB模块是用来控制芯片时间的, 1 个正交编码脉冲单元、2 个通用定时器、3 个捕获电路和3 个脉宽调制单元构成了EVA与EVB模块[6]。

本系统选用多周期的方法来测量频率, 其多周期原理的电路见图6, 测量频率的时序图见图7。

4 系统软件设计

初始化、主监控、频率测量和中断等模块构成了本系统基本的软件设计 ( 见图8) , 其中主监控模块负责其余各模块的调用以及合理配置。主监控程序流程图如图9 所示。频率测量模块流程如下:

1) 计数的功能由定时器T1 与T2 来实现, 负责计数标准与被测信号, 同时还必须输入1 给T1 的比较值; 另外, 预设的闸门时间通过T3 来完成。

2) 通过T1 的比较处理, 输出的脉宽调制发生突变, 利用其上升沿 ( 或下降沿) 触发T3, 使其预设闸门时间。

3) T3 的计数时间到达后, 输出逻辑0, 使上升沿出现后D触发器输出逻辑0, 从而切断T1 输出, 完成T1脉宽调制的第2 次突变。

4) 事实上的闸门时间即是T1 的脉宽调制输出两次突变的相隔时间, 从而实现了系统频率的测试。

5 结论

详细介绍了基于电磁波传输原理的土壤水分测试系统的设计方法。该系统具有高精度、低成本、非破坏性和操作简单的等优点, 可适用于各种需要对土壤水分含量检测的场合, 在现代化农业以及农业自动化发展中具有广阔的应用前景。

摘要：设计了基于电磁波传输原理的土壤水分测试系统。以TMS320F2812微控制器为核心, 给出了各模块的硬件连接方式以及软件实现方法, 通过对采集到的振荡信号频率的测量, 实现不同土壤水分含量的测定, 提供了一种操作简单、易于实现、低成本的土壤水分测试系统。

关键词：土壤水分,电磁波传输,介电特性,TMS320F2812,频率测定

参考文献

[1]Topp G C, Davis J L, Arman A P.Electromagnetic Determination of Soil Water Content:Measurement in Coaxial Transmission lines[J].Water Resources Research, 1980, 16:574-582.

[2]Zhen X, Wengang Z, Changjun S, et al.The measurement of soil water content using the dielectric method[C]//World Automation Congress (WAC) , IEEE, 2010:241-245.

[3]Sun Z J, Young G D.A cost effective soil moisture instrument based on time-domain transmission measurement[C]//Int.Symp.and Worksh.on Time Domain Reflectometry for Innovative Geotechnical Applications, 2nd, Evanston, IL.2001:5-7.

[4]杨绍辉.土壤水分空间分布快速测试仪器的开发[J].中国农业大学学报, 2005 (10) :23-25.

[5]郑茹梅, 李子忠, 龚元石.运用时域传输技术测定不同类型土壤的含水率[J].农业工程学报, 2009 (3) :8-13.