电磁感应及其应用范文第1篇

【关键词】 剩磁 变压器 互感器 去磁

依据《电力设备预防性试验规程》规定，新安装、大修后或已到试验周期的220kV及以上电压等级的电力变压器，均要进行绕组直流电阻、绕组绝缘电阻(吸收比)、绝缘油、空载特性、局部放电等项目的试验。其中绕组直流电阻测量结束后，将会在变压器铁心中残存剩磁，且直流磁化的安匝数越大，剩磁越严重。

电流互感器在运行过程中如突然断电或者二次侧开路，或者进行切合操作或者在绕组中误通直流电流，铁心都可能产生剩磁，使磁导率下降，增大电流互感器的误差。

1 剩磁产生机理

由于电流的磁效应，在电流周围空间产生磁场，处于磁场中的铁磁体受到磁化作用，当磁场逸去后，铁磁体仍将保持一定的磁性。

测量变压器绕组直流电阻的等值电路如图1。R和L为被测绕组的直流电阻和电感。

加直流电压E，根据基尔霍夫第二定律，得

在未合K时，i=0，uL=0，uR=O，合上K后，因绕组内的磁场不能突变，充电电流i将缓慢上升。

式(1)的通解有两部分：稳态分量i′和暂态分量i″。

稳态分量：i′=

暂态分量：i″=Ae

p为特征方程Lp+R=0的根

故式(1)通解为i=i′+i=

t=0时，i=0，代入上式，解得A=

由此可得关系式

其中，T= ，式中T为充电时间常数。

由式(2)可见，t在0～∞之间，i是交变的，理论上，当t=∞时，回路电流i稳定为I0=，线圈内有恒定磁通φ0。

i是交变的，变压器铁心的线圈中便存有交变磁场，铁心就会受到交变磁化。而变压器铁心属于铁磁物质，具有磁滞性，其磁性能可用磁化曲线(B―H曲线)表示(图2)，当铁心受到交变磁化时，磁场强度日会周期性地在某个+HM和--HM之间变动，B―H曲线形成了一个对称于坐标原点的闭合曲线(磁滞回线)。当断开K时，线圈中的电流过零值(即H=0)，铁心在磁化时所获得的磁能无法泄放，就成为所谓的剩磁。

从铁磁物质的磁化理论也可解释剩磁的产生：铁心磁化过程是磁畴取向的过程，当外部磁场取消后，磁畴并不能回到完全的无序状态，使平均磁化强度降为零。磁畴取向后要使它转向需要输入能量，或者说它有记忆效应，这种现象称为磁滞效应。对于结构均匀的晶体，磁滞现象只在施加外界磁场发生，当外界磁场消失后，晶格的热运动会使磁畴很快达到无序状态，不存在剩磁。但实际加工得到的晶体总是不均匀的，在内部应力作用下，部分磁畴可以沿应力取向，如果外部磁场的作用力不能超过内部应力，这部分磁畴将不随外部磁场翻转，这时就有剩磁产生。一般地说，剩磁小的硅钢片，磁畴取向能小，磁导率高。质量好：剩磁大的硅钢片，磁畴取向能大，磁导率低，质量不好。

2剩磁影响分析

电机组作为试验电源(简称电源车)。它利用三相异步电动机拖动中频同步发电机输出电压，通过中间升压变压器升压，向被试变压器低压侧施加电压，在变压器高、中压侧感应出试验电压。被试变压器在中频电压作用下呈现为容性负荷，现场试验时，要采用电抗器补偿的方法，使电流略呈感性，保证试验电压的稳定。

作出试验回路的简化等值电路如图3。

作出i、uc随t变化的波形(图4)，由式(5)，uc可认为由两部分叠加而成：第一部分为稳态值U，第二部分为暂态值Ucos t，这部分是由于向变压器低压侧施加电压U，其产生的磁通与剩磁方向一致，致使铁心急剧饱和，电压剧烈振荡而产生。当cos t=-时，uc=2U，即过电压最大可达稳态值的两倍。

2．1 剩磁导致变压器过电压

变压器中的电感、电容属储能元件，是过电压形成的内在因素。

进行变压器局部放电试验时，要用250Hz中频发

因此对变压器做局部放电试验时，如果变压器铁心中残存剩磁，将有可能在变压器高压侧导致异常过电压，损伤变压器的主、纵绝缘。

2．2剩磁导致互感器计量误差

从磁路方面分析可知，电流互感器的基本误差ε等于励磁磁势F0与工作磁势F1之比：ε=F0/F1＝f+jδ

其中f为比差，δ为角差。当铁心有剩磁时，F0增加，ε增大，带来计量误差。

在现场电流互感器的误差检验中。发现剩磁影响最大可到0．4％。

在剩磁状态下，电流互感器的误差变化也可正可负。依据现场检测经验，对于标准硅钢片和铁镍合金试样，弱剩磁多半使互感器误差往正方向变化，强剩磁多半使互感器误差往负方向变化。

剩磁对电压互感器的影响较小。电压互感器的铁心往往有夹板和螺栓，硅钢片有相当大的内应力，剩磁量比较大，但这只使励磁电流有微小的失真，其程度不会影响到准确度。

2．3剩磁导致互感器铁磁谐振

剩磁对磁饱和、铁磁谐振及非线性等现象均有程度不同的影响。对于电磁式电压互感器，在特殊条件下，剩磁使得铁心进入饱和状态的时间缩短，可能使其产生铁磁谐振。

3消除剩磁方法

3．1 直流消磁法

根据电工学理论，如果要使铁心中的剩磁消失，就要改变线圈中励磁电流的方向，即改变磁场强度的方向进行反向磁化。

正反向通入直流电流，并逐渐减小，可缩小铁心的磁滞回环，达到消除剩磁的目的。

3．2交流消磁法

交流消磁的原理见文献[3]，在被试变压器低压侧(ab、bc和ca间)分别施加50Hz交流电压，高压中性点X接地。逐渐升高电压至50％额定电压，并停留约5min。然后缓慢降低电压至零，再升高电压至100％额定电压，直到完全消磁。缓慢降低电压至零。

判断完全消磁的方法是：相邻两次升电压后，在同一电压下的励磁电流值不变；励磁电流的波形，上下对称。

3．3开路消磁法

消磁时将电流互感器的二次绕组开路，用升流变压器往一次绕组通入10％-15％的额定一次电流，然后平稳、缓慢地将电流降至零。为获得较好的消磁效果，一般要重复多次。消磁时应在匝数最多的二次绕组接入交流峰值电压表监视二次电压，当指示值超过2．6kV时，应停止增加电流。

进行开路消磁时，二次绕组感应的高电压对设备和人员都有危险。试验人员应在试验过程中检查和落实高电压试验的安全措施。

3．4闭路消磁法

在二次绕组上接一只相当于额定负荷10~20倍的电阻(考虑足够容量)，对一次绕组通以工频电流，由零增至1．2倍的额定电流，然后均匀缓慢地降到零(文献[4])。

3．5其它方法

在一个连续环形的铁心上开一些适当大小的气隙可减小剩磁(文献[5])。

用叠片式铁心和非晶和坡莫合金材料制作绕组铁心。

4 结语

剩磁对互感器的误差测量及变压器局部放电试验均会产生不同程度的影响。关注互感器及变压器投运前与投运后的剩磁影响，可将不利因素降低到最低限度，更好服务于电力系统。

5 参考文献

1 葛 军等．数学1(必修)[M]．南京：江苏教育出版社，2005．

2 万 达．500KV变压器的剩磁和局部放电试验[J]，江苏电力技术，2000，16(1)14～17

3 包玉树．数据拟合技术在变压器交流去磁试验分析中的应用[J]．电力建设，2006,27(7)：11―15

4 JJG 313-1994．测量用电流互感器[S]．北京：中国计量出版社．1994．

电磁感应及其应用范文第2篇

关键词 ECT；MRE；车速传感器

中图分类号TN7 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）42-0140-02

0 引言

ECT（Electronic Controlled Transmission）即“电子控制自动变速器”，其电子控制系统主要由传感器、电子控制单元（ECU）、执行器三大部分组成。其最重要的换档控制参数是发动机负荷和汽车车速，反映发动机负荷大小的是节气门位置传感器，反映汽车车速的是车速传感器。一般节气门位置传感器与发动机共用，车速传感器安装在自动变速器输出轴或仪表板附近，是一种转速传感器，用于检测自动变速器输出轴的转速，ECU根据车速传感器的信号计算出车速。传感器把采集的发动机负荷和车速信号转换成电信号传送给ECU，ECU接受信息后，与存储在内部的程序加以比较、计算，并给执行换档的电磁阀发出控制指令，实现自动换挡及液力变矩器的锁止操作。

1 汽车车速传感器

车速传感器用来产生频率与车速成正比的电信号，并将该信号送至ECU，作为确定换挡点和液力变矩器锁止离合器锁止时机的基本信号之一。

常见车速传感器一般有舌簧开关式、电磁感应式、光电式和MRE磁阻等。

2 MRE磁阻式车速传感器的结构

如图1所示，MRE磁阻式车速传感器，主要由多极磁环、HIC（混合集成电路）以及多极磁环的驱动机构组成，一般安装于变速器壳体上。多极磁环的驱动机构由多极磁环驱动轴和蜗轮蜗杆机构构成，其中蜗轮安装于驱动轴上，蜗杆一般安装于自动变速器的输出轴上与其同步转动。

3 磁阻效应及磁阻式车速传感器的原理

3.1磁阻效应

磁阻效应（Magnetoresistance Effects）是指导体或半导体的电阻值随外加磁场变化而变化的现象。同霍尔效应一样，将通以电流的导体(或半导体)放在磁场中，当磁场方向垂直于电流方向时，导体(或半导体)内的载流子受洛伦兹力的作用而产生一定方向的偏斜，因而使电流经过的路径变化，使得导体(或半导体)的电阻增加。导体(或半导体)的电阻受磁场的变化而发生变化，这种现象称为磁阻效应。

3.2 磁阻式车速传感器的原理

磁阻式车速传感器的核心是磁敏元件，其工作原理是基于磁敏元件具有的磁阻效应。当汽车车速为零即多极磁环转速为零时，由磁敏电阻组成的惠斯顿电桥中的两对磁敏电阻阻值大致相等。由于偏置磁场的存在，多极磁环转动时，引起磁敏电阻所处空间的磁场发生周期性变化，根据磁阻效应，磁敏元件的阻值也会发生周期性变化，惠斯顿电桥就会输出周期性变化的电压，即输出一个交变电压波形。

设惠斯顿电桥输出信号频率为f（Hz）、多极磁环的转速为n（r/min）和多极磁环磁极数为Z，则：f=nZ/60。由此式可知，当多极磁环磁极数一定时，输出信号的频率只与自动变速器输出轴转速有关，即与汽车车速成正比关系。

3.3 信号处理电路

该传感器的信号处理电路主要由比较器和三极管组成。信号处理电路将惠斯顿电桥输出的周期性变化的模拟信号转化为数字信号，送入汽车ECT ECU，ECU可根据输出信号的频率计算出汽车车速。比较器是将一个模拟电压信号与一个基准电压相比较的电路，其两路输入为模拟信号，输出则为二进制信号，即数字信号。三极管VT又将比较器输出的数字信号反向，最终传感器输出的为一方波信号。信号处理电路的工作过程如下：

设比较器的“+”输入端输入电压为V+，“-”输入端输入电压为V-，由图2：

当V+>V-时，比较器正饱和，输出高电平，则VT基极为高电位，VT发射结正偏，VT导通，输出低电平；

当V+

4 MRE磁阻式车速传感器的特点及检修

4.1 特点

由MRE磁阻式车速传感器结构及上述分析可知，MRE磁阻式车速传感器输出信号质量不受车速变化的影响（变速器输出轴转速与汽车车速成正比），具有故障率低、使用寿命长、工作可靠等优点。

4.2 检修

可变磁阻式车速传感器很少发生故障，在检修时可以用手转动传感器轴，在转动的同时，用万用表电压挡测量传感器输出端子间的输出信号，应有脉冲电压信号输出。若无脉冲电压信号输出则传感器已损坏应及时更换。

5结论

综上所述，车速传感器在ECT电子控制系统中非常重要，其信号质量的好坏直接影响自动变速器换挡点和液力变矩器锁止离合器锁止时机控制的准确性。MRE磁阻式车速传感器由于输出信号质量好、使用寿命长以及工作可靠，可满足电控自动变速器的使用要求。

参考文献

[1]王遂双.汽车电子控制系统的原理与检修[M].北京：北京理工大学出版社，2004，8.

电磁感应及其应用范文第3篇

摘 要：在电工学中，磁场与电磁感应理论是电机与变压器的基础。学好磁场与电磁感应的相关知识能够为后面学习电机与变压器提供有力的保障。在磁场与电磁感应课题教学内容中，有关的定律、定则较多，有些定律、定则的使用方法相似，比较容易混淆。正确区分各种定律、定则的用途并准确判断出相对应对象的方向，是学习磁场与电磁感应内容的关键。本文就磁场与电磁感应内容学习中定律、定则的应用进行阐述。

关键词 ：磁场 电磁感应 定律的应用 定则的应用

磁场与电磁感应内容包括右手螺旋定则、左手定则、右手定则及楞次定律。这些定则、定律均是用来判断对象的方向的。正确地区分各定则、定律的用途以及正确地使用各种定则、定律进行判断，是学习磁场与电磁感应知识的关键。

一、磁场与电磁感应学习中定则、定律的应用

1.右手螺旋定则

（1）用途：用于判断电流所产生的磁场的方向。即电流的方向是已知的，而由电流所产生的磁场的方向是未知的，是要用右手螺旋定则判断出来的。

（2）判断方法。分两种情况，一种是通电长直导线，另一种是通电螺线管。

通电长直导线的所产生的磁场的方向判断方法为：用右手握住导线，让伸直的大拇指所指的方向跟电流的方向一致，则弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向。判断的要点是：用右手，且大拇指指向已知的电流方向，弯曲的四指指向磁感线的方向（即未知的，所要求的磁场的方向）。只要牢记这两点，即可正确地判断出所需通电长直导线的磁场的方向。

用右手螺旋定则判断通电螺线管的方法为：用右握住通电螺线管，让弯曲的四指所指的方向跟电流的方向一致，则大拇指所指的方向就是螺线管内部磁感线的方向，也就是通电螺线管的所产生的磁场的N极的方向。判断的要点是：用右手，且弯曲的四指指向已知的电流方向，拇指指向磁场N的方向（即未知的，所要求的磁场的方向）。

2.左手定则

（1）用途：判断通电直导体在磁场内所受电磁力的方向。

（2）判断方法：平伸左手，使大拇指与其余四个手指垂直，并且都跟手掌在同一个平面内，让磁感线垂直穿过掌心，并使四指指向电流的方向，则大拇指所指的方向就是通电导体所受电磁力的方向。判断要点为：用左手，且磁感线垂直穿过掌心，四指指向电流的方向，大拇指指向所求的电磁力的方向。只要牢牢记住这四个判断的要点，即可快速准确地判断出所求的电磁力的方向。

3.右手定则

（1）用途：判断磁场中运动导体产生的感应电动势的方向。

（2）判断方向：平伸右手，大拇指与其余四指垂直，并且和手掌在同一个平面内，让磁感线垂直穿过掌心，大拇指指向导体运动方向，则其余四指所指的方向就是感应电动势的方向。判断的要点为：用右手，且磁感线垂直穿过掌心，大拇指指向导体运动的方向，四指指向要所求的感应电动势的方向。只要牢记这四个判断要点即可快速准确地判断出所求的感应电动势的方向。

4.楞次定律

（1）用途：判断处于变化的磁场中螺线管产生的感应电流的方向。

（2）楞次定律的内容：感应电流产生的磁通总要阻碍引起感应电流的磁通的变化。楞次定律的内容简短精湛，粗略一看，理解起来有点生硬晦涩，但细细分析，就不难理解其中的奥妙。

在楞次定律中隐含着两个量，一个是未知量“感应电流产生的磁通”，另一个是已知量“引起感应电流的磁通”，并且这个已知的“引起感应电流的磁通”是变化的，变化的趋势有可能增大，也有可能是减小。分析出这两个量后，再合起来分析，就不难理解，即：未知的“感应电流”产生的磁通总是要“阻碍” 已知的“引起感应电流的磁通”的变化，也就是说当已知的“引起感应电流的磁通”增大时，未知的“感应电流产生的磁通”为了阻碍已知的“引起感应电流的磁通”的增大，未知的“感应电流产生的磁通”与已知的“引起感应电流的磁通”方向相反；而当已知的“引起感应电流的磁通”减小时，未知的“感应电流产生的磁通”为了阻碍已知的“引起感应电流的磁通”的减小，未知的“感应电流产生的磁通”与已知的“引起感应电流的磁通”方向相同，从而得出感应电流产生的磁通的方向，然后利用前面所介绍的右手螺旋定则可判断出所求的未知的感应电流的方向。

二、小结

在磁场与电磁感应内容学习中，要快速、准确地用各定则、定律判断出所求各个量的方向，首先要掌握各定则、定律的用途，然后找出已知的量和要判断的未知量，最后掌握各定则、定律的判断要点，即可快速、准确地判断出所求的量的方向。

参考文献：

[1]邵展图.电工学(第五版)[M].北京:中国劳动社会保障出版社,2011.

电磁感应及其应用范文第4篇

【关键词】感应式电度表；工作原理；电磁感应；感性负载；转动平衡

感应式电度表具有制造工艺成熟、生产加工简便、性能稳定可靠等特点。在日常生产和生活中应用广泛。电类专业人员需要掌握其工作原理，才能为其安装、调试、检查和维护等，打下良好基础。所以，学习和掌握其工作原理非常重要。感应式电度表原理中，包含较多物理上的现象和定理。这些物理知识的掌握，对于原理的学习至关重要。下面我们就从感应式电度表结构入手，结合其物理现象和定理等，分析其工作原理。

一、感应式电度表的结构

感应式电度表，其测量机构基本结构主要有以下四个部分构成：如图1所示是感应式电度表的结构示意图。

1.驱动元件：电流元件1和电压元件2组成电度表的驱动元件。电流元件有导线截面较粗，匝数少，和负载串联的电流线圈及硅钢片叠合成的铁芯构成；电压元件由导线截面较细，匝数较多，和负载并联的电压线圈及铁芯构成。电流线圈和电压线圈共同产生转动力矩。

2.转动元件：铝盘3和固定铝盘的转轴4构成电度表的转动元件，转轴上下安装有轴承。电度表工作时，铝盘上产生的涡流和交变磁通共同作用产生转动力矩，驱动铝盘转动。

3.制动元件：永久磁铁5构成电度表的制动元件。它可在铝盘转动时产生制动力矩，使铝盘转速与负载的功率成正比。这样，铝盘的转数可反映电能的大小。

4.计度器：与转轴装成一体的蜗轮蜗杆传动机构6和滚轮构成电度表的计度器。铝盘转动时，通过蜗杆、蜗轮及齿轮等传动机构带动滚轮组转动。滚轮侧面可有0～9的数码，滚轮间按照十进制数进位。这样，用通过滚轮上的数字来反映铝盘的转数，从而达到累计电能的目的，并可以从计度器窗口直接显示所测电能的度数。

二、电度表工作原理与物理现象及定理

1.驱动元件中产生的磁通方向判定，要利用电流的磁效应和安培定则：电流的磁效应指出，当通电导体通入电流时，在其周围就会产生磁场，这就是电流的磁效应。磁场方向，可以用安培定则判定。所以，在电度表通电后，其驱动元件的电流元件和电压元件会产生磁场及磁通，其方向可用安培定则判定。这可以为后续移进磁场讲解，做好铺垫。

2.驱动元件产生移进磁场：驱动元件产生移进磁场的分析，是电度表与案例分析的关键环节。要分析清楚产生的原理，这里需要几个物理相关知识的配合，解决几个问题。一是电流线圈和电压线圈中电流的相位关系，电压线圈由于其线径细、匝数多，可近似为感性负载；电流线圈由于其线径粗、匝数少可近似于导线，其负载性质主要是受所接用电器影响，多数情况下我们可近似看成电阻性负载。由于两者负载性质的差异，其电流存在相位差，由感性负载的特点可判断电流线圈中的电流超前电压线圈中的电流。二是电流线圈和电压线圈产生磁通随时间变化情况，由于其他因素不变时，磁通和电流成正比，磁通和电流变化同步，得出两者磁通变化和电流同步。根据瞬时磁通波形，画出磁通强弱、位置、方向的变化。三是根据瞬时磁通的强弱、位置、方向的变化，得到一个交变并移动的磁场，得出产生移进磁场的结论。

3.转动铝盘中电磁力矩的产生：由于存在的移进磁场是一个交变磁场，根据电磁感应原理，在整块的铝板上会产生感应电流即涡流。涡流在磁场的作用下，会产生电磁力及电磁力矩。根据左手定则，可以判定电磁力矩的方向和磁场的移进方向一致。并且，在电压和电流线圈连接方式不变时，受力方向不变，即铝盘的转向不会该变。

4.铝盘的匀速转动及转动周数和用电量的关系：根据物体转动平衡原理，只有当物体所受转矩为零时，才会匀速转动，制动原件（永久磁铁）起到产生阻尼力矩的作用。其阻尼力矩的产生及方向，也符合电磁感应原理，方向遵守左手定则。可以判定，阻尼力矩的方向和电磁力矩方向正好相反。当铝盘达到一定转速时，两者大小相等，铝盘就会匀速转动，即负载的功率不变。由于电磁转动力矩Mp=CP、C为常数，Mp与负载功率P成正比，阻尼力矩Mz=Kn、K为常数，Mz与铝盘转速成正比；当转速恒定时，Mp=Mz、得到n与P成正比；两端同乘以t、得到CPt=Knt，推导得出A=Pt=Knt/C=NK/C，所用电量A与铝盘转数N成正比，得出电表转动周数越多，计量用户的用电量越多的结论。

通过以上分析，我们知道感应式电度表的工作原理，主要是用电磁感应现象来解释和分析的，另外也包括安培定则、左手定则、感性负载、转动平衡等一些方法和定理。掌握这些，对于原理的分析就会清晰且易于理解。所以，做好前期物理理论知识学习和准备，是分析和掌握感应式电度表原理的基础。

参考文献

[1]陈惠群.电工仪表与测量[M].中国劳动社会保障出版社，2007.

[2]刘国林.电工学[M].高等教育出版社，2007.

电磁感应及其应用范文第5篇

关键词低频；脉冲；磁场；计算机效应；试验研究

潘征1，2石立华1李跃波2郑颖2熊久良2黄刘宏2

(1.陆军工程大学电磁环境效应与电光工程国家重点实验室，南京210007；2.军事科学院国防工程研究院，洛阳471000)

引言

计算机系统是电子信息系统的核心设备之一，计算机的电磁防护工作因此受到了广泛重视．目前关于计算机电磁脉冲效应的研究成果主要集中在高功率微波或快沿电磁脉冲效应方面，如高功率微波对计算机的毁伤效应、高空爆核电磁脉冲对计算机的毁伤效应及计算机机箱电磁耦合数值仿真等[1-5]，而低频脉冲磁场对计算机的效应研究相对较少．从公开文献来看，陆军工程大学在此方面开展了不少工作，如周璧华等对286计算机[6]、高成等对486计算机[7]开展的脉冲磁场环境下效应试验研究，其所用脉冲磁场均为上升时间约为数μs以内的快沿磁场．相近研究成果有兰州大学张国宾开展的脉冲磁场对典型电子器件影响机理研究[8]，所用脉冲磁场磁感应强度最大可达2T以上，脉冲上升时间在1ms左右，典型电子器件包括单片机系统、存储器、振荡器及磁敏器件等．

上述研究工作对低频磁场效应研究及其防护工作具有很好的参考价值和指导作用，但其研究内容未能涵盖上升时间在数十至数百μs范围的低频宽脉冲磁场，这种磁场可以在雷电放电、地面核爆炸及冶金制造等多种自然和人为活动中产生，具有很强的防护必要性．针对此种情况，本文利用螺线管低频脉冲磁场模拟装置，开展了低频脉冲磁场对联想品牌计算机的效应研究，得到了一些扰乱阈值和效应规律，并和现有成果进行了对比分析，可为计算机及相关设备的低频脉冲磁场防护提供参考和依据．

1试验环境与方法

1.1螺线管低频脉冲磁场模拟装置

螺线管低频脉冲磁场模拟装置主要由RLC串联回路构成，用于提供试验所需的低频脉冲磁场，通过高压电容C对大型螺线管L放电，在螺线管内产生试验所需的低频脉冲磁场，试验区域位于螺线管内部，螺线管直径最大6m，最小1.5m，磁场空间尺寸及均匀性满足试验要求．调节模拟系统中的R、L、C等电路参数和电容放电电压，可产生不同特征参数的脉冲磁场，脉冲磁场磁感应强度最大约70mT．文中所用的低频脉冲磁场场源及其主要特征参数如表1所示，不同放电电压下的典型波形如图1所示．经频谱分析可知，本文所用场源频率成分及其主要能量分布在100kHz以下，以磁场能量为主，且低于IEEE划分的低频范围30～300kHz，因此属于低频脉冲磁场．

表1低频脉冲磁场场源及其主要参数

Tab.1Low-frequencypulsedmagneticfieldsource

anditsmainparameters

width=357，height=193，dpi=110

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(a)S1场源

(a)S1source

width=346，height=205，dpi=110

(b)S5场源

(b)S5source

1.2低频脉冲磁场测量系统

脉冲磁场测量系统用于测试试验过程中设备附近的实时场强，包括两套测量装置，分别采用电磁感应原理和霍尔效应原理进行测试，能够测试直流至1MHz的脉冲磁场，测试精度满足试验要求．系统各组成设备实物照片如图2所示，所测得的实际波形如图1所示．

1.3受试设备

考虑到试验样本代表性和数量要求，项目组共选取了6台台式计算机和3台笔记本式计算机作为试验样品，均为联想品牌．台式计算机包括Lenovo家悦E3608三台和LenovoMT8400三台，笔记本式计算机为Lenovo天翼F41笔记本3台．各计算机工作性能正常，组成完整．计算机主要性能指标及硬件配置如表2、表3所示．选取键盘和鼠标作为计算机的输入设备，选取打印机作为与计算机连接的输出设备，共3台，HP2132型，为复印、扫描及打印一体化喷墨打印机．

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(a)霍尔原理磁场测量传感器

(a)Hallprinciplemagneticfieldmeasurementsensor

width=346，height=98，dpi=110

(b)电磁感应原理磁场测量传感器

(b)Electromagneticinductionprinciplemagneticfield

1.4试验方法与过程

试验采用辐照法进行，即将受试设备置于试验区域中，低频脉冲磁场直接辐照于设备上，通过对比设备效应现象与其受试状态及磁场特征参数的关联变化关系，得到低频宽脉冲磁场对计算机系统的效应规律和阈值．试验过程中，脉冲磁场主要参数按照磁感应强度逐渐增强、脉宽逐渐增大、脉冲上升时间逐渐减小的变化规律调节，受试设备按照从单一到系统、从简单到复杂的状态逐步接受磁场辐照，设备效应现象通过视频监控系统观察并存储记录．为保证试验数据的准确、全面，每种场值试验重复次数不低于3次，且每炮次间隔时间不小于2min．低频脉冲磁场对计算机系统的效应试验示意过程如图3所示．

计算机受试状态共有8种，如表4所示，主要根据计算机与输入输出设备的连接方式及其与磁场方向的相对角度确定，同时兼顾主机机壳完整、去掉机壳两种情况，每种状态下计算机的运行状态有待机、复制、磁盘碎片整理、闪盘复制、视频播放、打印等．

2试验结果

计算机系统在各种场源作用下的具体试验结果如表5所示，表中数值为效应现象发生时的空场磁感应强度量值．图4和图5分别给出了台式计算机显示器显示错误和主机重启的实际现象．试验结果表明，本文所用场源不能对计算机系统产生降级或损坏效果，但可以对其产生明显的扰乱效应．下面按照§1试验方法中场源变化特点及设备受试状态等可能会对效应现象产生影响的主要因素对试验结果进行说明．

2.放电电压等级数字代号表示放电电压逐渐提高，磁场强度随之增强

2.1磁场强度

从表5纵向对比可以看出：在磁场强度较弱情况下，计算机系统在各个场源作用下均无效应现象；随着磁场强度的增加，扰乱效应现象开始出现，且发生频率逐渐提高，效应现象更加明显．主要效应现象有屏幕闪黑、金属壳体尖端出现电晕、主机死机、主机重启等，这些效应现象均可自动恢复或通过人工重启恢复正常，没有发生计算机系统有不可逆转的损坏现象．对于不同的场源，产生效应现象的磁场强度不尽相同，这与低频脉冲磁场的其他特性参数有关．

2.2脉冲上升时间

从表5横向对比可以看出，不同场源的扰乱效应阈值明显不同，这种差异主要与脉冲上升时间相关，分为三个层次．首先S1、S2和S3三种场源在一个层次上，效应阈值比较接近，均约为16mT，上升时间较大，分别为30μs、300μs和90μs，虽然彼此之间最大相差一个数量级，但磁感应强度效应阈值基本一样．从上升时间来看，S1场源具有更强的磁电感应效果，但产生扰乱的磁感应强度仍与S2相同，这说明这三种场源的上升时间差异对效应结果的影响相差不大，而磁场强度影响相对较大．其次，S4和S5场源在同一个层次上，分别具有20μs和10μs的快速上升时间，虽然与S1的上升时间相差不大，但阈值明显较低，扰乱效应阈值约为10mT左右．最后，S6为单匝线圈，电感量较小，因此具有更快的脉冲上升时间，单独在一个层次上．单匝线圈磁场均匀性较差，场强较弱，位于其中的计算机有效受辐照面积相对较小，为便于与其他场源对比，本文取主机中心与线圈中心大致重合情况下的试验结果．

试验发现计算机系统对快沿脉冲磁场比较敏感，显示器在5mT的较小场强作用下就开始出现闪黑现象，主机重启场强也偏小，约19mT，但没有观察到打火现象．此种试验结果与文献[7]中的一些结果较为接近，说明快沿脉冲磁场具有很强的扰乱效应．

2.3脉冲宽度

试验中通过对RLC回路中电容C参数的调节，调整了低频脉冲磁场的脉冲宽度，在300μs至1ms的脉冲宽度变化过程中，没有发现脉冲宽度对效应现象有明显影响，这种试验结果与文献[7]的试验结果一致．

2.4受试状态

对于表4中计算机系统的各种受试状态，逐一进行了试验．试验发现计算机壳体尖端产生电晕火花，与主机重启、死机等同时发生，而主机是否带有机壳(主机壳体有一侧不允许拆卸)、是否连接其他设备及主机与磁场相对方向等因素对效应现象没有明显影响，即上述几种状态的效应现象相同．

2.5笔记本计算机

从各种场源作用下效应现象来看，笔记本计算机在场强较低情况下屏幕偶尔会出现闪烁现象，在20mT以上场强且脉冲上升时间较快情况下才出现较为频繁的闪烁现象，对于S6场源，没有发现笔记本产生效应现象．因此，笔记本计算机明显比台式计算机更能承受低频脉冲磁场干扰．这种结果与文献[9]提到的笔记本电磁脉冲耐受能力较强的结论一致．

总体上，本文试验结果因为场源参数特征处于周璧华、高成与张国宾所用场源参数之间，试验结果也基本介于三者试验特征范围之间，验证并发现了一些新的试验现象，符合逻辑关系和理论预期．

3低频脉冲磁场对计算机系统的作用机理分析

3.1计算机基本特点分析

从现有相关研究成果及计算机结构组成特点可以预判，计算机系统中对电磁场敏感的关键部件主要有硬盘、显卡、各种接口、主板、显示器等，这些器件及接口的工作电压一般在DC48V以下，且5V电平居多，各种元器件和芯片以CMOS电路为主．计算机主机存在电源线、鼠标线、键盘线、内部各种数据线、电路板布线、壳体孔缝等电磁脉冲的多种耦合途径，从理论上看比较容易受到毁伤．但从另一方面看，目前常用电路基本都有保护器件或电路，其最高耐受阈值(电压)可达额定工作电压的几十倍，如某些输入端口额定电压5V，但其短时内承受最高电压可达200V左右，加上计算机金属壳体及其内部元器件自身壳体具有一定电磁防护作用，因此计算机内部电子系统具有一定的电磁防护能力．

3.2显示器闪黑现象分析

对于液晶显示器的闪黑现象，本文也对显示器进行了单独的效应验证试验，观察同样条件下显示器独立运行时的效应现象，试验结果表明，显示器对本文低频脉冲磁场不敏感，即显示器闪黑的原因在于计算机主机主板或其显卡受到了干扰，间接造成了显示器闪黑现象．

3.3主机重启现象分析

对于主机重启现象，从表5中可以看出，在不同的磁场强度及上升时间情况下，主机基本均有重启现象，同时在重启的同时，多数情况下都能看到主机壳体尖端部位出现电晕现象，部分炮次没有看到的原因应是观察角度或者电晕强度较小，而电晕应是实际存在的．从理论分析和一些试验资料来看[10-11]，此种规模电晕的放电电压一般大于10kV，电晕辐射场上升时间约数ns左右，其周边约20cm的范围内电场强度非常高，且分布于电晕发生区域周围．由于计算机机壳为采用压接、铆固或螺栓连接方式固定而成的组合六面体，多个板面上存在数量不等的孔口和缝隙，且板面之间的电连接性能较差，因此电晕电场可通过缝隙和孔洞进入机壳内部，即机壳内部也存在电晕电场．因此，电晕可以造成二次干扰，由此可以确定是壳体电晕现象造成了主机重启．产生电晕的原因是低频脉冲磁场在金属壳体上感应出涡流电荷，电荷在壳体尖端累积到一定程度放电而形成电晕火花．这种现象说明了低频脉冲磁场破坏途径的多样性．从图6利用Ansys软件的仿真结果可以看出，金属壳体尖端处为磁场强度最大点，此处容易累积电荷造成尖端放电现象，这与试验结果及静电理论相符，说明试验结果是准确、可靠的．

3.4机壳孔缝耦合影响分析

从整体上来看，计算机主机尺寸在50cm×40cm×20cm以内，体积较小，壳体厚度约1mm，机箱上孔缝尺寸较小，孔洞口最大尺寸小于1cm，缝隙窄边最大不超过0.5cm，根据现有研究结果可知，对于主频在5kHz以下的低频脉冲磁场来说，磁场本身穿透能力很强，直接穿透进入屏蔽体内的磁场分量所占比重相对很大[12-13]，由孔缝耦合的场强分量相对很低，另外，试验中去掉一侧机壳的效应现象与带有完整机壳的效应现象基本相同．因此，对于低频脉冲磁场直接作用于机壳孔缝的耦合效应可以不予考虑．但是，孔缝的存在可为电晕电场进入机壳内部提供耦合途径，而且孔缝的存在降低了机壳的电连续性，这在一定程度上也是电晕形成的原因．综合上述分析，效应现象与机壳的孔缝耦合有一定关系，并主要体现在电晕电场的耦合效应上．

3.5磁场直接辐照影响分析

由于计算机系统内有多种磁敏感器件由磁性材料、半导体等组成，理论上低频磁场辐射可通过直接对磁性介质或运动电子产生作用而对其产生影响．但从试验效果来看，与此相关的效应现象不是很多．结合已有研究成果来看，计算机内所用磁性材料的剩磁一般在百mT以上，本文场源的磁感应强度最大只有几十mT，不足以对其产生明显影响，张国宾等人的研究结果也在一定程度上说明了此点，因此，直接通过磁场辐射对磁性材料产生磁化作用进而影响计算机系统的效应现象应该没有．

3.6磁电感应效应影响分析

对于磁电感应来说，结合本试验系统低频磁场源参数和计算机主板上可能存在的闭合回路尺寸，对于上升时间3μs，最大峰值25mT的磁场来说，在半径为0.15m的单匝线圈中可利用峰升值[1]方法估算线圈感应电压约为3.14×0.152×(0.025÷0.000003)=588.75V，电压较高，超过计算机系统中多数器件的工作电压．而对于计算机来说，主机内部、主板上都存在有大量线路，不可避免地会形成一些环状线路，而且匝数较多，虽然经过壳体衰减，但由这些环路感应的电压肯定会对计算机系统产生影响，且影响程度还难以给出定量结果．

3.7笔记本扰乱机理分析

笔记本计算机制作工艺较高，架构设计更为精细，整体尺寸较小，边角部位连接更为严密，外观上几乎不存在尖端结构．笔记本电源由自带电池和外接电源匹配器提供，连接线缆较少．因此，根据笔记本计算机效应现象和结构特点可以推断，笔记本抗低频脉冲干扰能力较强，试验中出现的闪烁现象应是主板设备受到干扰所致．

因此，综合上述分析和试验现象，低频脉冲磁场对计算机的作用效应主要由线缆磁电感应干扰电压和涡流效应引起的电晕电场干扰电压引起．

4结论

在本文给出的试验条件下，根据试验结果和理论分析，并结合现有成果，可以得出以下结论：

1)计算机系统中台式机主机相对较易受到低频脉冲磁场干扰，显示器和打印机对低频脉冲磁场不敏感；主机效应现象与低频脉冲磁场的磁感应强度和上升时间关联明显，扰乱阈值也因此不同，磁场脉冲宽度、主机机壳完整性及其与磁场方向的相对关系等因素对效应现象没有明显影响．总体上，现代计算机系统的电磁防护性能较强．

2)笔记本计算机承受能力很强，在较快上升时间和高场强脉冲磁场作用下，显示屏会有闪烁现象，但笔记本计算机不存在重启现象，这应与其体积小、线缆少且短等因素有关．

3)在本文所用场源中，脉冲上升时间为数μs的脉冲磁场对计算机系统的扰乱阈值约为5mT，上升时间在10至20μs的脉冲磁场的扰乱阈值为10mT，上升时间大于30μs的脉冲磁场的扰乱阈值约为16mT；继续增加场强，计算机系统没有发生不可逆转的毁伤现象．