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摘要:计算机已经成为人们日常工作、生活所必不可少的重要工具,计算机的电磁辐射会给计算机用户带来健康危害,如何防止和降低计算机的电磁辐射是计算机用户应该关注的重要问题。任何带电物体都会对周围辐射电磁场,作为计算机主要的带电元件,显示器和主机是计算机电磁辐射的两个主要来源,选择液晶显示器和具有优异屏蔽功能的机箱是防止和降低计算机辐射的关键。
关键词:计算机 电磁辐射 电磁场
1概述
任何带电物体的周围都存在电场,而周期变化的电场将会产生周期变化的磁场,也就存在电磁波,产生电磁辐射,如果这种辐射的量超过限定条件,那么就会对环境形成电磁污染。和无处可躲的大气污染、水污染、噪声污染一样,电磁辐射同样无处不在,这使它成为公认的“第四污染源”。
只要存在电场变化的地方就会有电磁辐射。目前,能造成大面积电磁污染的主要有高压输配电系统、发射设备、微波设备、家用电器、计算机等等。其中高压输电系统的电磁辐射强度最大,对人体的危害最明显。为了保障从业者的健康,在辐射环境下的工作时间有着严格的限定。相比之下,诸如彩电、手机、微波炉、空调机、电冰箱、计算机等等家庭必需的电气设备所影响的人群更广泛。在上述常见的电气设备中,与人们工作、生活息息相关的计算机更值得关注。许多上班族和沉迷于网络世界的网虫每天面对计算机的时间往往超过8小时。而计算机本身就是一个不可小觑的电磁辐射源:微处理器、主板、显卡、声卡、内存、硬盘、光驱、显示器、USB接口等主要部件在工作时都会向外界辐射电磁能量。计算机所产生的电磁辐射,对那些长期接触计算机的人的身心健康有巨大的危害。
2计算机电磁辐射对人体的危害
计算机已进入现代社会的各行各业和千家万户,它给人们的工作、学习、生活带来了极大的方便。但“计算机病”也与日俱增,严重的影响了人们的身心健康。“计算机病”的症状表现为神经衰弱综合癌(头晕、头痛、疲劳、失眠或噩梦、记忆力减退、情绪低落等)、肩颈腕综合症(骨骼不适、手指麻等、感觉异常、震颤、有压痛),以及腰背酸痛、抗病能力降低、易感冒等,发病率最高的是那些每天在计算机旁敲击键盘的专业人员。这些专业人员精神压力大,大脑处于高度集中和紧张状态,这是产生神经衰弱综合症的根源。流产、面部褐斑、类似红斑或湿疹等的出现,亦与精神因素密切相关。专业人员连续注视计算机屏幕,长时间近距离盯着闪烁的荧光屏,易使眼睛充血、干燥、怕光,严重者还会使眼球视网膜的感光功能失调,晶体受损,暗适应能力降低,造成视力减退,甚至可导致微波自内障、夜盲症等。如人体受辐射还可导致人体循环系统异常,男性生殖能力下降,人体激素分泌异常等。孕妇、儿童、心脏起搏器佩戴者和老人是电磁辐射的易感人群,而心脏、眼睛和生殖系统等是电磁辐射敏感器官。近年来的畸形儿出生率和儿童的自血病增多,心脏起搏器佩戴者的死亡率增加,电磁辐射难逃其咎。
3计算机辐射的主要来源
虽然微处理器、主板、显卡、声卡、内存、硬盘、光驱、显示器、USB接口等主要部件在工作时都会向外界辐射电磁能量,但幸运的是,除显示器之外,这些配件都是被装在具有电磁屏蔽能力的机箱里面,阻挡了大部分电磁辐射。所以,我们通常受到的辐射一方面来自显示器,而另一方面则来自主机。倘若显示器在电磁屏蔽技术方面不够严谨,那么用户可能一周5天、每天8小时都会受到电磁辐射,对健康的危害显而易见。而机箱同样如此,设计不良的产品往往台发生电磁辐射泄漏,如果机箱与用户之间的距离太近,外泄的电磁辐射同样会影响到用户健康。
上述表明,计算机的电磁辐射主要来源于显示器和主机。其中显示器又分为CRT显示器(阴极射线管显示器)和LCD显示器(液晶显示器)。CRT显示器是计算机中最严重的辐射源。CRT显示器通过电子枪发射电子束实现画面显示,对外发射电子本身就会产生严重的电磁辐射,尽管厚厚的含铅玻璃屏幕可在一定程度上阻隔辐射,但仍然有不少电子穿透阻隔层而直接照射到使用者。所以,如何削弱这部分辐射至关重要。
按照物理学的定义,来自CRT显示器的辐射伤害主要可分为光辐射、低能x射线、无线电场、静电场和低频电磁场。其中光辐射为电子枪打在屏幕背后荧光层而发出的可见光和少量紫外线,只有少量的紫外线会对人体造成危害。X射线由电子束碰撞阴极射线管的内部前屏所产生,但因为能量极低,其辐射程度也可忽略不计。无线电场主要从CRT的控制电路部分发出,强度非常弱,经过短距离后基本上就衰减到零。静电场则是从CRT电子枪内部的加速电场所产生,最直接的体现就是会让屏幕吸附灰尘。而被认为对人体健康损害最严重的应该是低频电磁场,它主要由显示器的电源部分(高压包)和垂直/水平扫描电场所产生,电磁场频率在5Hz~400kHz之间。
LCD电磁辐射相对低很多。从原理上说,LCD显示器以液晶材料作为光线通过的开关来控制光线照射屏幕,进而获得画面输出。而这个过程并没有涉及紫外线、静电场、高压电源等容易产生辐射的部件,因此从这个方面考虑可以说LCD正面几乎是零辐射。另外,LCD和CRT显示器一样,机内同样需要一个高压电源,只是电源驱动的并不是电子枪,而是LCD背光模组中的冷阴极荧光管。此种荧光灯管其实和我们常见的日光灯一样,都需要较高的电压才能驱动,只是点亮之后电压会迅速回落到较低的水平。因此,LCD的电源只需要维持一定时间的高压状态(可达到l000V),然后转为常压甚至低压状态,而不必像CRT显示器的高压包一样始终得保持高电压状态。因此相对而言,LCD显示器电源部分对外辐射的低频电磁波会比CRT要弱很多,加上LCD的摆放位置往往贴近墙面.所以不会背对着人体,这种辐射对人的影响可减弱到零。
显示器之外,第二辐射源就是主机。众所周知,金属机箱对电磁辐射可起着屏蔽的作用,但不同材料,不同设计、不同工艺的机箱的防辐射能力并不相同,如果设计不良,主机外泄的电磁辐射仍可能超标。
首先,机箱的材料至关重要,目前大多数机箱都是使用镀锌铜板,它可起到良好的屏蔽效果。不少高档机箱采用更轻的铝合金材料,同样具有良好的防辐射能力。材料仅是防辐射要求的基本方面,更关键的地方在于机箱制造工艺,只有模具精细,制造工艺好的机箱才会具有良好的电磁屏蔽效果。这方面主要体现在机箱面板、前置接口,后侧挡板及其他所有存在任何接缝的地方,劣质机箱与优质机箱在这方面差异甚大,前者的接缝处通常很不严密,设计、制造过程中都没通过辐射实验室进行严格检测、电磁辐射外泄情况严重。尤其是在前置接口方面,电磁辐射很容易就直接影响到用户。而优质机箱在这些细节都比较严谨,基本不存在接缝不够密合的问题,样品制造出来后都必项在电磁实验室中测量辐射是否达标,选标之后方可进行大批量制造。此外,不少机箱为了制造方便都采用双面喷漆,但内部表面如果被喷漆的话,机箱板就无法直接吸收电磁坡,电磁波会出现四处散射的情况。倘若在机箱接缝处不够严密就很容易因电磁波散射而造成泄漏现象。相较之下,外表面喷漆、内部镀锌的做法更值得提倡。钢板内表面所镀的锌(防氧化需要)同样也是金属,电磁波射到表面后可以被有效屏蔽而不会出现散射现象,这对机箱整体的电磁辐射屏蔽是很有利的——从健康角度考虑,我们认为多花点预算购买品质优良的机箱还是值得提倡的。
因此,对于广大计算机用户来说,选择LCD显示器,购买选材合理、设计优秀、屏蔽良好的机箱是非常重要的。这样可以最大限度的保证计算机用户免于受到过度的电磁辐射危害。
除了在购买时选择符合电磁辐射标准的计算机外,还可以根据情况采取下列措施。①平时饮食应选择富含维生素类的食品,以降低辐射的危害②有必要选用防护产品,如防护屏、护目镜、防磁帖防护服等③长时间使用计算机,应注意间隔与调剂,孕妇操作计算机一天不宜超过2h。④人体与计算机,应保持一定的安全距离。室内办公和家用电器的设置不宜过密,不要把家用电器摆放得过于集中,以免使自己暴露在超剂量辐射的危险之中。
4 结语
随着计算机走进人们的日常生活,它给现代人的工作、学习带来了极大的便利,成为人们生产生活所必不可少的一件工具。在给人们带来便利的同时,应该注意到,计算机所产生的电磁辐射也给人们的健康带来了危害。如何有效地防止和降低计算机对人身健康的威胁,是人们生产生活中所应该关心和关注的一个问题。计算机的电磁辐射主要来源于显示器和主机,选择LCD显示器和具有良好防辐射效果的机箱是防止用户免于过度电磁辐射的关键。另外加强维生素的摄入,选择防护用具,避免长时间近距离接触计算机也是重要的防护措施。
参考文献:
[1]胡焱弟,白志鹏等.大学生受电脑电磁辐射的研究.安全与环境学报.2005.5(3).37~41.
[2]刘英杰.电磁辐射与劳动保护.水利电力劳动保护.2002.(1).17~18.26.
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[4]张剑.关注健康——从设计的角度看待电磁辐射.微型计算机.2003.(23).112~118.
[5]张家超.计算机机房工作环境建设的理论和实践.连云港职业大学学报.1996.9(2).78~82.
[6]张起虹,范元中.计算机显示器辐射水平及防护屏屏蔽效果分析.广州环境科学.2001.16(1).39~41
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电磁兼容性(EMC)是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。因此,EMC包括两个方面的要求:一方面是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值;另一方面是指器具对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度,即电磁敏感性。以下是今天读文网小编为大家精心准备的:高速电力线通信电磁兼容技术标准的研究动态相关论文。内容仅供参考阅读!
高速电力线通信电磁兼容技术标准的研究动态全文如下:
【关键词】电力线 EMC
摘要:主要介绍各个国际标准组织和部分国家对电力线通信(PLC)中电磁兼容技术的标准要求,并对各种规范中PLC设备的标准限值进行了比较;最后总结了PLC标准制定存在的问题并展望了发展方向。
近年来,电力线通信(Power Line Communications,PLC)技术发展非常迅速,现在已经进入初步应用阶段。PLC系统充分利用电力系统的广泛线路资源,通过OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,正交频分复用)等技术可以在同一电力线不同带宽的信道上传输数据。但是由于电网中传输的是强电,而且电网的稳定性比传统的通信网差得多,使得电力线通信线路的电磁环境极为复杂。这就给电力线通信系统提出了更高的电磁兼容要求,电磁兼容技术也成了实现电力线通信所需的关键技术之一。
在世界范围内,IEC的CISPR/I分会以及ITU-T等国际组织对PLC的电磁兼容相关标准做了大量研究并讨论了相应技术要求。欧洲从2000年起开始研究PLC系统的技术框架和技术标准,目前已经取得了一定的进展。主要相关的国际组织有CENELEC和ETSI,前者侧重电磁兼容问题,后者侧重通信技术方面的统一标准。
2.1 IEC/CISPR I分会
PLC设备属于信息技术设备,应符合IEC/CISPR22《信息技术设备的无线电干扰限值和测量方法》的要求。但是由于PLC设备特殊的工作模式,其传导干扰无法满足现行标准的要求。在2002年的IEC会议上曾有代表建议对CISPR22进行针对PLC的修改(会议文件编号:CISPR/I/44/CD),增加一个专门针对PLC设备的“多用途端口”,其定义为:连接到低压分布式网络,支持数据的传输和通信,结合了电信端口和电源端口功能的端口。
对于PLC设备,该文件建议要求它的传导干扰既满足现有标准电源端口的限值,也满足电信端口的限值。这样多用途端口的干扰测试就要进行两次:
(1)作为电源端口(关闭它的通信功能),用通常的V型网络(AMN)进行测试,要求满足CISPR22中表1和表2的限值。
(2)作为电信端口,用新型的T型网络进行测试,要求满足CISPR22中表3和表4的限值。
这种测试方法基于以下原理:
(1)消费类产品的电源是非对称干扰源,它所产生的干扰用V型网络(AMN)来进行测试是非常合适的。
(2)与之相反,采用共模信号进行通信的电信端口,它所产生的干扰要比差模信号所产生的干扰小得多。T型网络很适合用于共模干扰的测量,因为适当的网络参数可以提供从差模信号到共模信号转换所需要的纵向转换损耗(LCL)。
针对以上的理论,该文件建议对CISPR22进行较大的修改,增加大量有关多用途端口的内容,以及相关的测试设备要求、试验布置要求和测试方法等。但是,这项建议没能获得最终的通过。参加会议的各个会员对这项建议的意见分歧很大,主要有:
(1)一部分CISPR会员认为PLC的相关内容应该转由CISPR/A分会负责,一部分会员对此表示反对,认为PLC的研究还是应该留在I分会中。
(2)有些会员对CISPR/I/44/CD提出的测试方法能否彻底避免PLC设备对其他设备造成的不良影响表示怀疑。
(3)有些会员认为这一测试方法违背了CISPR22中“被测设备应该工作在最大发射状态下”的原则。
(4)有些会员认为世界各地的电网状况不尽相同,确定一个合适的LCL值是很困难的。
随后,在2005年的CISPR会议上,CISPR/I成立了一个特别工作组(PLT TASK FORCE)来负责PLC相关标准的研究工作。该工作组将负责继续研究对CISPR22的相关修改,包括定义、限值、测试条件和测试方法等内容。特别组共准备发表7份相关技术文件。
2006年3月该组织发表了第一份文件,介绍安装PLT设备的电网结构。主要阐述如下内容:
1、 电网拓扑结构,尤其是低压电网拓扑结构。 当PLT系统工作时,接入终端的传输信道就是低压电力线。对于既有电力线不可能为了PLT系统进行大规模改造,因此必须充分了解低压电力线拓扑结构,特别是农村、市区,居住环境、商业环境、办公环境的拓扑结构。才能进行PLT网络规划设计。
2、 PLT接入关键设备EMC特性:电网接入设备是PLT系统正常运行的关键之一。由于传统高压、中压、低压电网都是针对工频电力信号设计,所有设备的高频特性研究是十分艰巨的。特别是低压电网设备产生的各种高频骚扰有可能直接通过电网与PLT通信信号相互叠加,影响PLC网络运行。
其他技术文件会陆续发表。
2.2 ITU-T
在ITU-T目前发布的EMC建议中,电力线通信网络和设备应符合K.60 《电信网络电磁干扰限值和测量方法》的要求。K.60规定了从9kHz到3GHz频段通信网络的电磁辐射干扰限值,给出了9kHz到400GHz频段的测量方法,还提供了在通信网络中定位和寻找无线电干扰源的程序和一些解决干扰的措施。
目前ITU-T第五研究组正在加紧研究关于针对PLC修订K.60的问题。欧洲European Broadcasting Union等机构的代表递交文稿建议加严K.60的限值,从而防止PLC对其他广播和通信业务造成干扰,也有代表对此表示反对。各国代表目前正在积极地研究和搜集素材,以便为合理地管制PLC的电磁干扰提供依据。
K.60并没有规定电源端口传导干扰方面的限值,因此对于PLC网络和设备,符合K.60要求并不困难,只要在设计制造时适当采取控制电磁辐射干扰的措施即可。
2.3 CENELEC
CENELEC的TC205/SC205A/WG10(家用及建筑物电子系统技术委员会/电源信号产品标准分委员会/高频发射与抗干扰工作组)和TC210/SC210A(通用EMC标准技术委员会/信息技术设备EMC标准分委员会)负责PLC电磁兼容标准研究工作。其中,SC205A研究物理和MAC层。该工作组的研究发现,当考虑接入网络和室内网络共存的情况时,OSI的传统分层结构将不能满足需求。
特别值得关注的是,CENELEC和ETSI两个标准化组织5个专业机构联合组成了电信网络EMC标准联合工作组(CLC/ETSI JWG)。
2.4 ETSI
ETSI专门成立了PLC研究工作组EP PLC,从2000年开始陆续公开了两个PLC技术规范和9个技术报告。EP PLC主要致力于制定PLC产品和系统的技术规范,已列入ETSI工作计划且与电磁兼容相关的共有如下几项:
TR 102 258(2003-09)LCL回顾与统计分析;
TR 102 259(2003-09)EMI回顾与统计分析;
TR 102 270(2003-12)基本低压分布网络(LVDN)测量数据;
TR 102 324(2004-05)电力线通信系统辐射发射特性与测量方法技术水平;
TR 102 370(2004-11)3MHz~100MHz LVDN 基础测量数据。
目前定义了1~30MHz范围内电信网络辐射干扰限值的技术标准共有4个:德国的NB30、英国的MPTl570、美国的FCC Part15以及国际电信联盟于2003年7月推出的ITU-T K.60。其中,由各个国家制定的相关标准如下。
3.1 美国FCC
高速PLC系统符合FCC part 15 定义的载波电流系统。PLC系统通过电力线以传导的方式传输信号,可认为是无意发射源,因此47CFR§15.205的要求对PLC不适用。
通常来讲满足辐射限值的系统可以保护正常工作的系统不受干扰。但是FCC不仅仅强调辐射限值的制定,考虑到不同的测量方法和测量过程存在测量不确定度, FCC认为一致性检验过程的制定也同样重要。FCC part15规定的PLC辐射限值见表1。
表1 FCC part15规定的 PLC辐射限值
用途 | 频率(MHz) | 场强 (dBµV/m) | 测量距离 (m) | 测量带宽 (kHz) | 检波器 |
载波电流系统 | 1.705-30.0 | 29.5 | 30 | 9 | Quasi-peak |
Class A | 30-88 | 39.1 | 10 | 120 | Quasi-peak |
Class B | 30-88 | 40 | 3 | 120 | Quasi-peak |
3.2 德国RegTP
德国RegTP(The Regulating Administration for Telecommunications and Posts of Germany)于1999年1月制定了NB30标准。规定了9kHz~3GHz通信系统辐射干扰限值,包括有线电视、xDSL、PLC等系统。NB30标准的辐射限值见表2。
表2 德国NB30标准规定的辐射限值
频率范围(MHz) | 场强 (dBµV/m) | 测量距离 (m) | 测量带宽 | 检波器 |
>1 ~ 30 | 40 – 8.8 * lg10f (MHz) | 3 | 9 kHz | Peak |
>30 ~ 1000 | 27 | 3 | 待定 | Peak |
3.3 英国
英国于2003年1月针对PLC系统制定了MPT1570规范,规定了9kHz~1.6MHz磁场辐射限值,见表3。该标准规定使用满足IEC CISPR16-1的环天线和接收机进行测量。主要目的是保护广泛使用的广播接收机。
表3 英国MPT1570规范规定的辐射限值
频率范围 | 场强 (dBµA/m) | 测量距离 (m) | 测量带宽 | 检波器 |
9~150kHz | 49-20lgf(kHz) | 3 | 200 Hz | Peak |
150kHz~1.6MHz | -1.5-20lgf(MHz) | 1 | 9 kHz | Peak |
3.4.其他国家技术要求
部分其他国家技术要求见表4。
表4 部分其他国家技术要求
由于FCC对PLC辐射限值制定较松,从而使PLC系统在美国得到迅速发展;欧盟一些国家持谨慎发展态度,欧洲各国正在等待欧盟标准的最终制定;BBC等传统广播通信系统出于自我保护的考虑,对PLC系统提出较苛刻的限制要求。
PLC技术的标准化工作至今仍在缓步进行,对传导干扰进行定义及限值制定等问题至今很难达成一致认识,但是作为一种资源广泛的通信网络技术,电力线通信的市场需求仍然存在,只有各方共同努力,才能使PLC系统更好地服务于广大用户。
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新课程理念越来越重视培养学生科学探究的能力,致力于提高学生的科学素养。以此同时,信息技术环境下探究式教学模式得到了广泛应用,并且在教学实践中取得了一定成效,但仍旧存在一些问题,已有的探究式教学模式过于陈旧或不适合物理课堂教学;受应试教育的影响,重视学习的结果,忽视知识习得过程,导致教学效果不能满足教学目标的要求。解决这些问题对于课堂的教与学过程有着重要的意义。以下是读文网小编为大家精心准备的:解析信息技术在中职物理电磁学教学中的应用实践与研究相关论文。内容仅供参考,欢迎阅读!
摘要:本文以中职物理电磁学教学为研究对象,着眼于对信息技术的应用,首先针对信息技术在教学中的建设与使用情况做出了简要分析,结合以结合实际教学案例的方式,详细分析了信息技术在中职物理电磁学教学中的应用问题,旨在于为相关教学实践的开展提供一定的参考与帮助。
关键词:信息技术 中职物理 电磁学教学 应用 实践 分析
对于我国而言,有关教育教学领域与信息技术应用的融合仍然处于探索开发阶段。特别需要注意的是:信息技术所表现出的交互性特征能够为学生提供包括多媒体学习机、超文本以及知识建构在内的多项应用优势,在此过程当中能够极大地丰富学生参与积极性与主动性。一方面,信息技术的应用使得教学活动能够建立在网络基础之上予以实现;另一方面,信息技术的应用有助于开发思维空间。在充分结合中职院校基本教学情况的基础之上,达到促进学生主动学习相关学科知识的重要目的。本文试对其作详细分析与说明。
首先,信息技术的应用能够实现对整个中职院校教学方式的改变,能够充分体现实践性特征;其次,信息技术的应用能够促进校企合作的进一步加强,从而发挥对教学资源建设的推动作用力。在当前技术条件支持下,各类中职院校对于网络教育资源的重视程度极高,但在网络资源建设以及网络教学开展方面还存在比较明显的差异性。在信息技术服务于此项工作的过程当中,应当以实现中职院校网络教育资源库的科学化、结构化、标准化发展为目的,提高院方资源建设的水平与质量;再次,信息技术在应用于教学实践的过程当中需要以数据采集的方式,进行对教学资源建设的可持续性开发,以数据采集的为手段,及时发现信息技术在应用于教学实践过程中所存在的问题并予以详细研究,直至解决。借助于此种方式同样可达到提高教学建设质量的重要目的。
二、信息技术在中职物理电磁学教学中的应用实践分析
(一)信息技术在中职物理电磁学教学中的基本思路分析:以中职物理电磁学教学中的感生电动势知识点讲授为例,其教育基本目标在于:建立在对电磁感应现象以及感生电流方向予以有效判定的基础之上,结合对电磁感应现象的深入分析与观察,引导学生认识到感生电动势的基本概念。在此基础之上,还可以基本对法拉第所提出的电磁感应定律有一个全面的把握,在老师的引导与辅助之下,完成对感生电动势的有效计算与判定。
在中职阶段的物理教学过程当中,学生对于法拉第电磁感应定律的认知与了解往往会建立在对既有知识的重建与契合基础之上,即建立在初中阶段已及接触的有关电流大小的判定基础之上。然而,有关感生电流大小这一概念,对于绝大部分中职学生而言已比较陌生,学生对于定义及判定方式的认知往往比较模糊,从而导致:在教学实践中直接导入感生电流知识点的方式会对后续有关电磁感应定律意义建构造成一定的不利影响。换句话来说,为保障中职物理电磁学教学质量的有效性,需要特别重视在教学过程中对于新旧知识的有效连接,以学生的基本认知与起点,确保知识结构的清晰性与层次性。
(二)信息技术在中职物理电磁学教学中的实践应用分析:整个教学过程在多媒体教室当中完成。学生每人配备有一份学案以及一台计算机(计算机中均安装有相应的课件资料,方便学生在学习过程中以联网方式进行资料的查阅与整理)。在多媒体的教学环境作用之下,教师能够以广播方式进行教学、以遥控方式进行辅导、以文件传输的方式了解学生学习情况。具体而言,整个实验过程如下所示。
第一步:以创设问题情境为契机,建立新知识与既有知识结构之间的紧密连接:教师可以首先通过实物方式构建问题情境:教师可简单组合灯泡、电源、导线线路以及电键实验器材,并以串联方式连接直流电流。在开启电源,电键呈闭合状态的情况下,灯泡灯光自亮变暗。这一实验现象是极为直观的。学生在观察到这一实验现象的基础之上,思考讨论这样一个问题:“在整个实验过程当中,灯泡所处的电路发生了怎样的变化?直流电路中的电流是如何消失的”。在学生讨论思考的基础之上,教师可去掉该直流电路中的电源,并提供条形磁铁以及线圈实验器材,要求学生进一步展开思考,即“如何应用上述两种实验器材,将灯泡重新点亮?”。在此基础之上,教师还可以通过计算机终端进行模拟实验的方式,引导学生直观感受电动势产生过程,从而引入感应电场的相关知识点(图1)。
第二步:以步步引导的方式,将学生带入对电磁感应基本定律的教学过程当中:在针对闭合电路一部分导体做切割磁感线运动的过程当中,有关切割速度与感生电动势大小之间的关系是极为密切的。从而可能导致有关切割夹角角度、切割长度出现失控状态。而在教师引导学生进行综合性讨论的过程当中,能够最大限度的保障所涉及到的对电磁感应基本定律掌握的全面性与有效性。在激发学生进行相互性沟通与讨论的过程当中,引导学生认识到“E=BLVsinθ”这一感生电动势基本概念。特别需要注意的一点是:在进行这一步骤的教学过程当中,还可以借助于计算机课件内容演示的方式所实现。在有效长度维持恒定状态的基础之上,针对不同形状导线线路相对于切割后单元影响意义的的影响。在学生充分掌握这一知识点的基础之上,可例举简单案例(50匝圆形线圈两端点a、b分别于电压变连接,线圈磁通量变化规律已知,要求a、b两点电势高低),引导学生熟练应用“E=BLVsinθ”这一公式(图2)。
通过本文以上分析需要认识到:中职阶段物理教学过程当中所采取的传统型教学方式为“以教师为主体,学生被动进行知识接受”的方式。在这种学习模式作用之下,学生“学什么”完全取决于老师“教什么”。不难发现:传统意义上的教学方法对于创造性人才的培养而言无法发挥显著功效,其与当前技术条件支持下,中职阶段职业技术人才的培养目标而言也存在显著差异,需要对其进行改进。总而言之,本文针对有关信息技术支持下,中职物理电磁学教学的开展及实践情况做出了简要分析与说明,希望能够引起各方工作人员的特别关注与重视。
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空间雷电电磁脉冲(LEMP)损害的往往是计算机设备的核心器件,会造成业务网络的中断、用户数据丢失,给用户造成很大的经济与信誉损失。运用电磁兼容原理可以对计算机设备进行有效的防护。以下是读文网小编为大家精心准备的:计算机雷电电磁防护技术探究相关论文。内容仅供参考,欢迎阅读!
摘 要: 为了研究雷电对计算机的危害,并保护计算机免受雷电危害,在此从雷电的形成原因,机载计算机有关雷电电磁防护的要求、等级和标准方面进行了探索。通过理论分析和试验验证,设计了计算机各种类型防护接口电路的典型拓扑,介绍了雷电电磁防护器件的选择依据,获得了机载计算机的雷电电磁防护方法。
关键词: 机载计算机; 雷击; 雷电电磁防护; TVS
现代飞机都载有各种功能的计算机,而机载计算机在生产制造、飞行、维护和整个寿命周期中会遇到各种各样复杂的电磁使用环境,包括电磁干扰、高强辐射场、闪电雷击、静电等危害。作为飞机上使用的计算机,要求在各种电磁环境下都能够可靠的正常工作,完成既定的飞行任务。因此,机载计算机的雷电电磁防护技术成为机载计算机研究设计的重要内容。
雷击一般分为直击雷击和感应雷击。
直击雷击是指雷电直接击在建筑物、构架、飞行器上,由于电效应、热效应和机械效应等混合力作用,直接摧毁建筑物、飞行器以及引起人员伤亡等。由于直击雷的电效应,有可能使飞机或机载计算机遭受浪涌过电压而损坏。
每次雷电的产生其实是大量的正和负电离子互相中和的放电现象。这种现象可以透过云层内部、云块与云块之间、云块与空气、云块与大地的瞬间放电中和形成,当然,就直击雷的破坏性而言,莫过于云块与地上的物体发生放电所造成的毁灭性破坏[1]。感应雷击是指雷云之间或雷云对地之间的放电而在附件的导体上产生感应电压,该电压通过通过导体传送至设备,间接摧毁微电子设备。
感应雷击对微电子设备,特别是通信设备和电子计算机网络系统的危害最大,据资料显示,微电子设备遭雷击损坏,80%以上是由感应雷引起的[2]。
感应雷击对设备造成的破坏性后果一般表现在:
(1)计算机内传输或存储的信号或数据,不论模拟或数字的都会受到干扰或丢失,甚至使电子设备产生误动作或暂时瘫痪;
(2)即使重复受到较小幅度的雷电冲击,元器件虽不会马上烧毁,但却已经降低其性能及寿命;
(3)如果情况比较严重的,电子设备的电路板及元件便当即烧毁。
飞机上使用的计算机都是安装在飞机机体内的,因此,在考虑计算机遭受雷击是只需要考虑感应雷击的情况,相应的雷电电磁防护设计也主要针对感应雷做相应的防护。
国际上针对机载计算机的雷电防护的试验条件、过程执行和要求,一般参考波音公司的RTCA/DO?160E《Environmental Conditions and Test Procedures for Airborne》标准。
国内对机载计算机的感应雷电防护要求主要参考GJB2639?1996《军用飞机雷电防护》和GJB3567?1999《军用飞机雷电防护鉴定试验方法》, RTCA/DO?160E标准中,感应雷电防护的试验叫做闪电感应瞬变敏感度试验,包括损伤容限试验和功能受扰试验。损伤容限试验的方法是通过对被测计算机连接器的插针注入试验或电缆束感应试验来验证其损伤抗扰度。
雷电电磁防护一般采用将绝大部分雷电流直接引入地下泄散和限制被保护设备上雷电过电压幅值两种方案,两种方案应该相结合使用。飞机上一般都设有放电刷,原理类似于建筑上的避雷针,可以将大部分雷击产生的能量释放到大气中,然后再在各个设备上设置电涌保护器(SPD),来保护电子设备,电涌保护器电路一般包括放电管和瞬态抑制器或者压敏电阻,放电管可以将浪涌能量大部分泄放到防雷电的“地”上,剩余的能量由瞬态抑制器或者压敏电阻吸收[5]。系统中,按照接“地”目的和作用的不同,分为功能性接地和保护性接地。
保护性接地包括:防电击接地、防雷接地、防静电接地和防电蚀接地。其中防雷接地的作用是为了将雷电或浪涌导入大地,防止大电流使设备受到电击而损坏。功能性接地目的是为了稳定电路的电位,防止外来干扰。各种接地方式各有优缺点。独立接地可有效地防止信号之间的相互干扰,但当遭遇雷击时,容易造成不同的接地点地电位不一样,从而引起地电位反击,使设备工作不正常或损坏;综合接地能够有效地防止地电位反击,但又会引起不同信号之间的干扰。因此应综合考虑系统的接地问题。
瞬态电压抑制器简称TVS管,是一种限压保护器件,它的正向特性与普通二极管相同,反向特性为典型的PN结雪崩器件。在瞬态峰值脉冲电流作用下,流过TVS的电流,由原来的反向漏电流,变为反向击穿电流,其两级呈现的电压由额定反向关断电压上升到击穿电压,TVS被击穿。随着峰值脉冲电流的出现,流过TVS的电流达到峰值脉冲电流。在其两极的电压被箝位到预定的最大箝位电压以下,而后,随着脉冲电流按指数衰减,TVS两极的电压也不断下降,最后恢复到起始状态,这就是TVS抑制可能出现的浪涌脉冲功率,保护电子元器件的整个过程。TVS的响应时间可以达到ps级,是限压型浪涌保护器件中最快的,用于电子电路的过压保护时其响应速度都可满足要求[6]。
目前的技术水平是,TVS管的功率最大可以做到50 kW,即功率小于50 kW的电路防护可以选用TVS管,该功率已经能够满足绝大部分的计算机的雷电电磁防护等级。IUT指出通信线路上的感应雷电流峰值不会大于125 A,在此电流量级上,TVS管完全能够胜任,而且,TVS管的极间电容很小,不会影响通信线的速率。电源线上的感应雷电流峰值最大可到10 kA,根据防护电平等级相应的TVS管。选择的参数主要包括反向击穿电压、最大箝位电压、瞬间功率、结电容、响应时间等。根据计算机在飞机上安装的位置以及该位置可能受到雷击的电压水平和电流大小、接口电缆的敷设区域,机载计算机雷电电磁防护等级选择RTCA/DO?160E标准中的相应电平等级。计算机的机箱都是金属材料,一般会进行良好接地,机箱能够对计算机内部电路提供良好的屏蔽和防护,因此,机载计算机的雷电电磁防护主要是对通过电缆输入输出接口以及电源线进行防护。
TVS管的参数选择需要考虑被保护线路的稳态工作电压、箝制电压、脉冲峰值电流、峰值功率和脉冲能量。TVS管有双向和单向之分,根据被保护线路上的电压正负进行选择,由于雷击时正负电压都可能出现,因此,建议选用双向TVS管。实际上:器件手册中的参数是在温度为25 ℃时测量的,考虑到计算机的实际工作环境和器件发热等因素,一般应该进行降额设计,具体根据系统要求进行降额设计。降额越多,则电路可靠性越高,但相应的费用也越高。TVS管的故障模式主要是短路,但当通过的过电流太大时,也可能造成TVS管被炸裂而开路。TVS管的寿命相对较长。
在实际使用环境中,机载计算机往往会受到多次雷电浪涌电压/电流或脉冲群的冲击,导致在短时间内积累的热量超过器件的脉冲能量,从而烧毁防护器件,这种情况下,RTCA/DO?160E是通过闪电感应瞬变敏感度试验中功能受扰试验的波形和电平来模拟实际情况,因此,即使防护器件满足单次冲击的要求,还必须根据用户手册中给出的有关器件对多次冲击及脉冲群的试验情况选用,最终通过试验验证所选择的防护器件是否满足设计要求。
雷电电磁防护是集电子电路设计、集成电路和雷电试验为一体的综合性科学,设计人员必须根据被保护计算机的电路特点和接口信号电缆的敷设区域可能遭受的雷击强度,选择雷电电磁防护电路的拓扑结构和器件类型,有时甚至需要将几种雷电防护电路和器件组合起来分级防护,以达到最优效果,同时要注意降额设计,所有的电路设计,最终都必须通过相关的试验进行验证。
[1] 周哲.雷电防护技术与发展[J].科技创新导报,2009(8):100.
[2] 区建昌.电子设备的电磁兼容性设计[M].北京:电子工业出版社,2003.
[3] 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.
[4] RTCA. RTCA DO?160E?2004 environmental conditions and test procedures for airborne equipment [S]. NW: RTCA, 2004.
[5] 林旭东,黄志成.通信设施雷电过电压防护措施[J].中国科技信息,2010(3):165?166.
[6] 赵喜军,邹伟华,王小进.地点位反击的机理及继电器保护产品的防雷设计[J].船电技术,2010(3):60?62.
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