毕业设计论文浅谈实验室电子测量仪器防电磁干扰

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1、 六安职业技术学院毕业设计（论文）浅谈实验室电子测量仪器防电磁干扰姓 名： XXX 学 号： 093093 指导教师： XXX 专业名称： 应用电子技术 所在系部： 信息工程系 二一二年六月毕业论文（设计）开题报告学生姓名XXX班级应电0902指导教师石春林学号093093毕业论文（设计）题目浅谈实验室电子测量仪器防电磁干扰随着科学技术的进步，微电子技术的应用、计算机普及、通信技术的发展、工业、科学、医疗用设备的广泛应用使电磁环境恶化，电磁干扰日益严重，计量测试专业实验室都大量、普遍地使用各种电、磁测量仪器和测量标准。美国仪表协会规定，等、等实验室的电磁干扰平均场强不应大于100/m；在我国，

2、如电能表等多种技术标准、检定规程，都对实验室的电磁环境加以限制，规定除地磁场外，应“不存在影响测量结果的电磁干扰”。目前，我国还没有对各类实验室给出电磁干扰允许值的定量标准。同时电磁干扰社会化趋势，给人民生活带来许多不便。例如，武汉天河机场未启用前，从南湖机场起飞或降落的飞机会对下面的电视机产生严重干扰。飞机起降时地处飞机下面的武昌城区电视图像抖动，几万户居民长期遭受电磁干扰之苦；又如新建居民小区或花园楼房安装了电子防盗报警系统，该系统开关电源产生的电磁干扰使附近休闲在家的人无法收听收音机。使用大功率无绳电话、手机、家用游戏机等能发射电磁波的电子装置时，电视屏幕上会出现讨厌的明暗条纹、雪花、闪

3、烁和抖动；病房内使用手机很容易引起电子心脏起搏器停搏、输液泵电子开关误动作，中断病人输液等，直接危及病人的安全；电磁干扰日趋社会化，给人们的和平生活带来不安和危险。因此，掌握和应用电磁干扰与防护技术，对提高检测质量和减少对人危害是十分重要的。通过本论文课题的研究，预计达到:在通过本次实践过后能够在以后的实验过程中能够最大减少因电磁干扰而造成的数据误差。具体安排进度：2012年3月1日3月30日，；2012年4月1日4月30日，；2012年5月1日5月31日，。指导教师评语毕业论文（设计）成绩评定指导教师意见答辩专家组意见系专业教学委员会意见摘 要在一百多年以前，人类一直生活在没有人造电磁辐射的

4、自然环境中。那时，自然界产生的电磁辐射主要是太阳的光辐射、宇宙射线、地球磁场辐射和地球热辐射等。人类已经适应了这种天然的电磁环境。今天，多种多样的电气和电子设备已广泛应用于国民经济的各个方面，而且还在继续迅速地扩大和发展。与此同时，电磁干扰现象也随之增大并日趋严重，它不仅在通信领域中对信号的产生、传播和接收造成了极大的影响，而且给人类社会的生产与生活带来了不容忽视的危害。本课题将浅显地向广大电子爱好者谈谈电磁干扰的危害，使读者重视电磁干扰造成的环境污染和实验过程中带来的数据误差，自觉地维护电磁环境文明。关键字：电磁辐射、光辐射、电磁干扰的危害AbstractIn a hundred years

5、 ago, humans had been living in no artificial electromagnetic radiation in the natural environment. At that time, the nature of the electromagnetic radiation produced mainly is the suns ray of light, cosmic rays, the earths magnetic field radiation and the earth radiation, etc. Human beings have bee

6、n used to the natural electromagnetic environment. Today, a wide variety of electrical and electronic equipment is widely used all aspects of economic system and was on the rapidly expanding and development. Meanwhile, electromagnetic interference phenomenon is getting higher and more and more serio

7、us, it not only in the field of communications to signal the emergence and spread and receive caused great influence, and to the human society of production and life brought the harm that nots allow to ignore. This topic will be plain to general electronic lovers about the dangers of electromagnetic

8、 interference, make the reader attention electromagnetic interference caused by environmental pollution and the experimental process the errors caused by electromagnetic environment, consciously safeguarding civilizationKey Words: Electromagnetic radiation, irradiation, the harm of electromagnetic i

9、nterference - 4 -目 录引言 第一章 电磁干扰的概述 1.1 电磁干扰的概念 1.2 电磁干扰的来源 1.3 电磁干扰的分类 1.4 传播途径 第二章 电磁波的危害 2.1 电磁波对人类社会的危害 2.2 电磁波对电子装置造成的危害 第三章 预防电磁波的方法 第四章 结束语 第五章 致谢 参考文献 引言随着全球科学技术的不断发展与创新，为我们的生活带来了很大的方便，在带来方便的同时也为我们带来不少的负面影响，比如我们实验室最常见也是最容易被忽略掉的电磁波，从科学的角度来说，电磁波是能量的一种凡是能够释出能量的物体，都会释出电磁波。 正像人们一直生活在空气中而眼睛却看不见空气一样

10、，人们也看不见无处不在的电磁波。电磁波就是这样一位人类素未谋面的“朋友”。电磁波辐射是近三四十年才被人们认识的一种新的环境污染，现在人们对电磁辐射仍处于认识和研究阶段。由于它看不见、摸不着、不易察觉，所以容易引起人们的疑虑。另外，有些关于电磁辐射的报道不太客观、缺乏科学性，导致了不必要的误解和恐慌。一般地说，判定电磁辐射是否对居住环境造成污染，应从电磁波辐射强度、主辐射方向、与辐射源的距离、持续时间等几方面综合考虑。所以，在加强电磁防护同时，对电磁波污染问题也应采取科学的态度，客观分析、严肃对待，切不可人云亦云，不负责的盲目夸大，造成人们认识的混乱。当然，随着科学技术水平的发展，人们对电磁波污

11、染及其危害的认识会逐渐深人，许多谜底终将被揭开。第一章 电磁干扰的概述1.1 电磁干扰的概念：电磁干扰（Electromagnetic Interference 简称EMI），是指电磁波与电子元件作用后而产生的干扰现象，有传导干扰和辐射干扰两种。传导干扰是指通过导电介质把一个电网络上的信号耦合(干扰)到另一个电网络。辐射干扰是指干扰源通过空间把其信号耦合(干扰)到另一个电网络，在高速PCB及系统设计中，高频信号线、集成电路的引脚、各类接插件等都可能成为具有天线特性的辐射干扰源，能发射电磁波并影响其他系统或本系统内其他子系统的正常工作。所谓“干扰”,指设备受到干扰后性能降低以及对设备产生干扰的干

12、扰源这二层意思。第一层意思如雷电使收音机产生杂音,摩托车在附近行驶后电视画面出现雪花,拿起电话后听到无线电声音等,这些可以简称其为与“BC I”“TV I”“Tel I”,这些缩写中都有相同的“I”（干扰）（BC：广播）。那么EMI标准和EMI检测是EMI的哪部分呢？理所当然是第二层含义,即干扰源,也包括受到干扰之前的电磁能量。理论和实践的研究表明，不管复杂系统还是简单装置，任何一个电磁干扰的发生必须具备三个基本条件：首先应该具有骚扰源；其次有传播干扰能量的途径和通道；第三还必须有被干扰对象的响应。在电磁兼容性理论中把被干扰对象统称为敏感设备（或敏感器）。1.2 电磁干扰的来源: 电磁干扰是指

13、使测量设备、装置或系统性能下降、工作不正常或发生故障的电磁骚扰。而在测量领域，人们常把来自测量设备或系统外部的无关信号称为干扰。电磁干扰源种类繁多，实验室测量环境中直接影响测量对象及测量设备的干扰来源可分为：自然干扰源和人为干扰源。(1) 自然干扰源大气噪声干扰和静电放电：前者如雷电产生的火花放电，属于脉冲宽带干扰，其覆盖的频谱从数Hz到100MHz以上，传播的距离相当远；后者如人体、设备上所积累的静电电压可高达几万伏直到几十万伏，常以电晕或火花方式放掉。静电放电产生强大的瞬间电流和电磁脉冲，会导致静电敏感器件及设备的损坏。(2) 人为干扰源：人为干扰源指由电子仪器和其他人工装置产生的电磁干扰

14、。这里所说的人为干扰源都是指无意识的干扰。任何电子设备都可能产生人为干扰。一些常见的测量环境的干扰源有：1）无线电发射设备：移动通信系统、广播、导航及无线电接力通信系统，如微波接力、卫星通信等。因发射的功率大，其基波信号可产生功能性干扰；谐波及乱真发射构成非功能性的无用信号干扰；2）高频设备：如超声探伤仪、高频理疗设备等强大的输出功率除通过空间辐射干扰外，还通过工频电力网干扰远方的设备；3）电力设备：电机、继电器、电梯等。电力系统中的非线性负载、不间断电源等固态电源转换设备产生大量谐波涌入电网成为干扰源。日光灯等照明设备也产生辉光放电噪声干扰；4）小型电器设备：例如：电子计算机、电磁开恒温电器

15、设备等都会产生干扰。1.3电磁干扰的分类：电磁干扰源种类繁多，可按不同的方法进行分类。对测量环境中直接影响测量及测量设备的 干扰来源可分为自然干扰源和人为干扰源。 自然干扰源包括： (1)大气噪声干扰：如雷电产生的火花放电、属于脉冲宽带干扰，其覆盖从数Hz到100MHz以上传播的距离相当远。 (2)太阳噪声干扰：指太阳黑子的辐射噪声。在太阳黑子活动期黑子的爆发可产生比平稳期高数千倍的强烈噪声致使通信中断。 (3)宁宙噪声：指来自银河系的噪声。 (4)静电放电：人体、设备上所积累的静电电压可高达几万伏直到几十万伙常以电晕或火花方式放掉，称为静电放电。静电放电产生强大的瞬间电流和电磁脉冲，会导致静

16、电敏感器件及设备的损坏。静电放电属脉冲宽带干扰、频谱成分从直流一直连续剑中频频段。 人为干扰源指而电气电子设备和其他人工装置产生的电磁干扰。这里所说的人为干扰源都是指无意识的干扰。至于为了达到某种目的而有意施放的干扰,可分为：(1)无线电发射设备：包括移动通信系统、广播、电视、雷达、导航及无线电接力通信系统如微波接力，卫星通信等。因发射的功率大，其基波信号可产生功能性干扰；谐波及乱真发射构成非功能性的无用信号干扰。 (2)工业、科学、医疗(ISM)设备：如感应加热设备、高频电焊机、X光机、高频理疗设备等强大的输出功率除通过空间辐射干扰外，还通过工频电力网干扰远方的设备。 (3)电力设备：包括伺

17、服电机、电钻、继电器、电梯等设备通、断产生的电流剧变及伴随的电火花成为干扰源：电力系统中的非线性负载(如电弧炉等)、 间断电源(UPS)等同态电源转换设备产生大量谐波涌入电网成为干扰源：日光灯等照明设备也产生辉光放电噪声干扰。 (4)汽车、内燃机点火系统：汽车点火系统产生宽带干扰，从几百千赫到几百兆赫干扰强度几乎不变。 (5)电网干扰：指由50Hz交流电网强大的电磁场和大地漏电流产生的干扰，以及高压输电线的电晕和绝缘断裂等接触不良产生的微弧和受污染导体表而的电火花。 (6)高速数字电子设备：包括计算机和相关设备。 第二章 电磁干扰的危害2.1 电磁波对人类社会的危害(1)、电磁干扰是无线电的大

18、敌在50年代，一部50W的短波电台通信距离可达1000km；到了80年代，一部250W的短波电台通信距离一般小于500km。其根本原因是80年代电磁干扰比50年代增强了许多倍。现代社会日益增多的电磁干扰正在侵入地球空间的各个角落，像毒雾般污染无线电频谱资源。无线电通信首当其冲地受到电磁干扰的危害，受害规模越来越大。例如1998年2月12日晚，CCTV1“焦点访谈”节目专门报导了电磁干扰妨碍民航春运事件：该年元月20日，由于大功率寻呼发射机干扰广州机场与飞行在航线上的飞机间的无线电通信联络指挥调度，危及飞行安全，不得不关闭一个繁忙扇面，使90多个航班不能正常运行，大批旅客滞留机场，给繁忙的春运造

19、成损失。以上两例说明电磁干扰是无线电通信的大敌。(2)、电磁干扰刺激功率竞赛，加剧电磁污染无线电通信需要一定的信号噪声比，电磁干扰大，信噪比就会下降，使无线电通信距离变短。为保证一定的通信距离，只好增大发射机功率，以保证接收机所需要的信噪比。这就是80年代250W短波电台勉强完成50年代50W短波电台工作的原因。从表1可以看出，1980年电磁干扰场强比1950年大了700倍，难怪发射功率增大5倍还不行。地球上同时工作的发射机有数百万台，最大功率可达兆瓦级。发射机数目逐年增多，功率随之加大，电磁干扰场强也不断增大。面对这种状况，人类会不会陷入“发射机功率增大和数量增多电磁干扰场强增大信噪比下降再

20、次增大和增多发射机功率和数目”的恶性循环?这确实是一个值得注意的问题。电磁干扰危害的加剧，可能会刺激发射机功率和数目竞赛，复又导致更严重的电磁污染。(3)、电磁干扰日益社会化电磁干扰社会化趋势，给人民生活带来许多不便。例如，武汉天河机场未启用前，从南湖机场起飞或降落的飞机会对下面的电视机产生严重干扰。飞机起降时地处飞机下面的武昌城区电视图像抖动，几万户居民长期遭受电磁干扰之苦；又如新建居民小区或花园楼房安装了电子防盗报警系统，该系统开关电源产生的电磁干扰使附近休闲在家的人无法收听收音机。使用大功率无绳电话、手机、家用游戏机等能发射电磁波的电子装置时，电视屏幕上会出现讨厌的明暗条纹、雪花、闪烁和

21、抖动；病房内使用手机很容易引起电子心脏起搏器停搏、输液泵电子开关误动作，中断病人输液等，直接危及病人的安全；根据国外文献报导，冬天使用电热毯的孕妇因受到电热毯的电磁辐射容易造成流产。电磁干扰日趋社会化，给人们的和平生活带来不安和危险。(4)电磁干扰对人的制约与限制电磁干扰对人的制约与限制是在人类重大活动中显露出来的。例如，我国某海滨疗养地新建了一个电视转播台，由于该台对附近飞机场有严重干扰，尚未正式启用，就被责令拆毁；沿海某地新建海岸电台因对国际安全遇险系统有严重电磁干扰，不得不重新改建他处。这两个例子说明，重大工程项目建设前应考虑到电磁干扰问题。又如瑞典、美国曾出现过电磁干扰导致误关闭核电站

22、事故。瑞典奥斯卡斯哈门的一座核电站，1998年曾因移动电话电磁辐射引起监视仪表混乱，误认为放射物质增多而自行停止运行。电磁干扰对军事行动的制约与限制早在60年代就已十分突出了。例如越战期间，美舰艇导弹处于战备状态或舰载飞机起飞着舰时，必须关闭某些搜索雷达和通信发射机，以避免电磁干扰危害导弹和飞机的安全。卫星通信安装到舰船上使用时往往必须关闭某些雷达，以避免雷达干扰卫星通信。(5)、电磁辐射对人体的危害1989年世界卫生组织调查显示，电磁辐射对人体有四大影响：（1） 电磁辐射是心血管疾病、糖尿病、癌突变的主要诱因之一；（2） 电磁辐射会对人体生殖系统、神经系统和免疫系统造成直接伤害；（3） 电磁

23、辐射是造成孕妇流产、不育、畸胎等病变的诱发因素之一；（4） 过量的电磁辐射直接影响儿童身体组织、骨骼发育，导致视力、肝脏造血功能下降，严重者可导致视网膜脱落；2.2 电磁波对电子装置造成的危害电磁干扰造成的各种损失是通过电子装置有效性能或技术指标下降来体现的。电子装置(设备)在电磁干扰作用下的表现是多种多样的，下面仅就常见的几种作简要介绍。(1)、降低技术性能指标：1)、话音系统无线和有线电话，受到电磁干扰会使信号发生畸变失真，严重时可完全被电磁干扰淹没。电磁干扰使语言清晰度变坏。表2给出了语言清晰度与干扰噪声电平的关系。显然，电磁干扰越强，信噪比越小，语言清晰度越差。2)、图像显示系统雷达显

24、示器、传真、电视、图示和字母数字读出器等图像显示系统，在电磁干扰作用下会变得模糊并出现差错。轻微干扰也会使图像质量变差、清晰度变低和误差变大。而出现严重干扰时则根本无法判读和观看。例如，一名技术熟练的雷达员，在显示器上进行目标测定时，轻微干扰可使该雷达员能够发现目标的最大距离缩短10，严重电磁干扰将缩短25。如果目标以超音速飞行，轻微干扰可使雷达员发现目标的最大距离缩短20，严重干扰会缩短50，这就意味着雷达作用的距离减半。3)、数字系统电磁干扰使数字系统误码率增大，降低了信息的可靠性，严重时会发生错误和信息丢失。由于电磁干扰的存在，无线电通信误码率只能维持在105水平(一般数据传输误码率在1

25、07水平，电子计算机内总数据传输误码率在1012水平)。例如，一个典型的相干检测二进制系统，载波噪声比和载波干扰比都是15dB时，误码率约为1012。若载波噪声比下降3dB，误码率将会下降到108。4)、指针式仪表系统传统电子设备和仪器仪表中有许多是指针式的。电磁干扰会使指针指示错误、抖动和乱摆，降低系统使用功能。例如，歼六飞机的无线电罗盘，由于电磁干扰使罗盘接收机输出噪声增加一倍时，不仅罗盘指针指示超差，而且罗盘作用距离也将缩短三分之一，直接危及飞机航行的安全。5)、控制系统自动控制系统受到电磁干扰时，可能出现失控、误控或误动作，使控制系统的可靠性和有效性降低，并危及安全。控制系统中除灵敏电

26、子设备、装置和电路对电磁干扰敏感外，灵敏电机、电器(如低压电磁开关、继电器、微型电机等)也对电磁干扰十分敏感而成为电磁干扰接受器。(2)、电磁兼容性故障：电磁干扰降低系统(设备)技术性能指标的现象极为普遍。日常生活中最容易受到干扰的就是电视机和收音机，但当干扰源关机或者远离时干扰症状随之消失，一切又都恢复正常。前面列举的手机干扰心脏起搏器和电子输液装置，如果造成心脏手术失败，出现灾难性电磁干扰危害，被称为“电磁兼容性故障”。又如，强电磁干扰使无线电接收机前端电路烧毁不能恢复正常工作；游乐场过山车因电子游戏机电磁干扰失控而相撞，造成游客受伤；核电站因移动电话电磁辐射误关闭等，均属于电磁兼容性故障

27、。电磁兼容性故障会给国防、工业、交通运输、医疗和科研等带来巨大损失并危及人身安全。第三章 预防电磁波的方法(1)、接地：任何电子测量仪器电路均有接“地”点。在实验室实际测量中，常遇到的几种基本常用的接地方式：浮地、单点接地、多点接地。1）、浮地：电路或电子仪器与公共地以及可能引起回路环流的共用连接线完全隔离开而采用的一种接地方式，如：电流表、电压表等许多通用仪器、仪表的测量均采用浮地的接地方式。但对高频而言，般不采用该接地方式。2）、单点接地：实验室一般电子测量仪器，多数是利用它的外壳金属体作接地基准面的，这种导体的电导率比大地高，因此，要用它来作为电流回路实际上存在着一定的问题，原因是在电子

28、仪器的内部回路中，有直流、交流和脉冲等各种电流流过并且会在基准面上产生电位差，形成电磁干扰。单点接地是在测试或测量系统中只存在一个物理接地点，因此，这种接地方式是低频回路中电子测量系统常采用的。如：对耐电压测试仪等仪器采用的就是单点接地。3）、多点接地：高频回路，当高频电流经过整流回路的输出端返回接地基准回路时，它和其它回路的返回电流共同流过共有的电源输出阻抗，相互之间存在着很大的干扰，而且还会使高频线圈的特性变坏。因此，采用多点接地，各分系统具有独立接地连接线而引起高频驻波显著减小。这种接地方式是高频电子仪器测量系统常采用的。如：测量毫伏表时，要增加接地点。(2)、屏蔽也是实验室电子仪器防电

29、磁干扰的最基本方法之一。1)、静电场屏蔽是用于防止静电耦合而的生的相互干扰。如：一个孤立的导体带有电荷量Q它在空间要产生电场。表征电场强度的电力线向四周辐射，终止于无限远处的负电荷上。为消除导体在空间产生的电场，可用密封的金属球壳把带电体包围起来。如果将金属球壳接地，则球壳外壁的正电荷被引人大地，球壳外壁电位为零，不存在静电场，电场被局限在金属球壳内的空间，起到了屏蔽作用。如：在测量高阻计时加一层屏蔽就有效地隔离了仪器线路电场的干扰，提高了仪器测量的稳定性。2)、磁场屏蔽：是为了消除或抑制磁场干扰源与敏感设备间由磁场耦合引起的干扰。在低频下，当线圈中有电流通过时，线圈周围就会产生磁场，闭合磁力

30、线分布于整个空间，可能对附近的敏感设备产生干扰。在磁场频率较低以下(100kHz)时，通常采用铁、硅钢片、等材料进行屏蔽。若将线圈绕在由铁磁材料制成的闭合环中，则磁力线主要在该闭合环的磁路中通过，向空气中发散的漏磁通很少，抑制了磁场源对附近敏感仪器的干扰，起主动屏蔽作用。3）、电磁屏蔽：在高频磁场下，是为了抑制干扰和敏感设备距离较远时通过电磁场耦合产生的干扰。通常采用电阻率小的铜、铝等良导体材料。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。如：场强计及有些无线电测量仪器就需要在屏蔽室内进行测量以防止电磁干扰。(3)、隔离：干扰是从高电平电路向低电平电路

31、侵入，当然这种程度要由电平的相对关系来决定。因此，实验室电子设备防止电磁干扰的首要问题就是对仪器进行分类，把功率电平相近的仪器、仪表集中到一起，而把电平相差的电子仪器进行相互隔离来防止电磁干扰。如：对互感器的检定。第四章 结束语 以上是对一些基本的实验室电子测量设备电磁干扰及防护技术简单介绍，根据实验室仪器设备频率、阻抗、使用环境条件等的不同，可采取不同的防护技术或多种技术相结合的方法加以解决。在未来实验室电子仪器检测技术中，对电磁场的防护将是重要的技术指标之一。参考文献1周晓华 硬盘数据恢复技术与市场分析.天津职业院校联合学报J，2007年，第9卷，第5期：页64-65页2胡光鲁 浅谈硬盘的数据恢复.农业网络信息J，2007年，第8期：页150-152页3戴士剑 数据恢复技术综述（上）.信息网络安全J，2006年,第01期4戴士剑 数据恢复技术综述（下）.信息网络安全J，2006年,第01期5杨志霞 浅析数据恢复技术.刑事技术J，2007年,第04期6戴士剑.数据恢复技术（第2版）M北京市.电子工业出版社，2005年3月7高晶. 硬盘维修与数据恢复M 北京市.电子工业出版社，2008年1月15