1、毕业设计（论文）文献综述题目一种基于单片机的便携式电磁场检测仪设计专业电子信息工程1前言电磁场是大自然中普遍存在的现象，是一种可控的物理场，具有独特的性能。近年来，随着经济的快速发展，人们对物质生活的要求越来越高，电视机，电冰箱，空调，电脑等各种高科技电器产品都已普及千家万户。然而，科学研究发现，各种电器产品或电子设备在人们的使用过程中均会产生一种对人体有潜在危害的电磁波，这些电磁波对人体产生辐射作用。常见的例如，为什么人坐在电脑前工作久了脸部皮肤会变差严重的尤其是高频电磁波和较强的电磁场作用于人体后，导致人的精力和体力减退,容易产生白内障、心血管等疾病，甚至导致人类免疫机能低下,从而引起癌症
2、等病变。这些困扰人们生活的其中之一就是电磁场辐射13。电磁场辐射区可以分为近区和远区。近区场又叫感应场,是以场源为中心的1个波长范围内的区域。近区场内,电场强度的大小与磁场强度的大小没有确定的关系。一般而言,对于高电压、低电流的场源，电场强度大于磁场强度；对于低电压、高电流的场源，磁场强度大于电场强度。近区场的电磁场强度随距离的变化比较快,在空间内的不均匀度也比较大。近区场的电磁场强度远远大于远区场的电磁场强度。远区场又称辐射场,是以场源为中心的1个波长范围外的区域。远区场中所有的电磁能量均以电磁波的形式辐射出去,所以远区场辐射强度的衰减要慢于近区场；远区场中的电场强度与磁场强度的关系是确定的
3、，电场与磁场的方向相互垂直,都垂直于电磁波的传播方向；远区场的电磁场强度较小，因此也称弱场区46。可见，电磁场的测量极为重要，目前电磁场的测量已广泛应用于工业、电子、通讯和国防等科学研究，但是高精度、便携式的电磁场测量仪多用于科学研究，且价格昂贵，因此开发一种价格低廉，便携易用的电磁场测量仪具有较强的应用价值及重大意义。2主题部分1、对于不同的电磁场环境,有不同的测量方法，下面列举几种常见环境的测量（1）微波场测量微波场是指由雷达天线等会产生辐射的物体在空间形成的电磁场。首先，在系统天线布置图中注明所有微波天线的位置及相应的参数。其次，由于微波场在空间内存在着剧烈的变化,所有必须使用探头对测试
4、区域内的场进行测试,确定其最大值。于是进行微波脉冲场的测量，由于脉冲峰值与平均值功率密度之比达到上千倍,因此要求测量仪具有很大的承载能力。被测场强的峰值不能大于说明书中给定的最大峰值。然后安装天线或探头时,所有金属体都应尽量远离探头,连接电缆应与场极化方向互相垂直。最后多次测量天线扫描场的大小,取其最大值。（2）射频电磁场测量射频电磁场测量主要是指由电台等辐射体形成的电磁场强度的测量。首先，需要提供被测射频场源的频率、发射功率、天线尺寸等数据。其次，进行电压发射源和电流发射源的区分,用偶极子天线来进行电场测量,用环状天线来进行磁场测量。然后，用高阻馈线或光纤作为探头引出馈线,注意产生的干扰，应
5、尽量采取措施以减小干扰。最后，测量人员应远离场源或穿戴性能较好的防辐射服或屏蔽服,尽量避免各种物体对测量结果所产生的影响，多次进行场强大小的测量。（3）低频电磁场测量低频电磁场测量主要是由低频高压或者电流较大的设备形成的电场强度的测量,这种电磁场随距离的增加而逐渐衰减。首先需要提供低频高压或电流较大的设备以及用电设备的电压、电流、频率等重要参数。当然，测量时要进行设备的区分,电压较高的设备应以测量电场为主,电流较高的设备应以测量磁场为主。然后确定其相对应的测试点,尽量避免测量探头到场强接收机连接线的影响，同时,测量人员应注意穿戴性能较好的防辐射服或屏蔽服。最后进行多次测量，取其最大值。（4）综
6、合电磁场测量综合电磁场测量的坏境最为常见，是大多数情况下测量的一种坏境。在系统工作及其他很多情况下,往往比较复杂，有多个电磁场发射源,于是就形成了综合电磁场。在进行综合电磁场测量时,使用各向同性的频率较宽的探头进行测量,探头不加修正值的频率范围应覆盖所有的发射频率。由于磁场测量仪一般情况下不能覆盖综合场的频率范围,因此往往采用分别测量法来确定综合场。首先,分别选取相对应的测量仪和方法进行一一测量。然后将测量值换算成功率密度或场强。如果各发射源不相关，那么将各发射源在某位置形成的功率密度或场强的平方相加,就能得到该点的综合功率密度或场强的平方。（5）人员部位环境电平测量人员部位环境电平测量,一般
7、采用宽带场强仪,选取电平坏境最大的时候进行测量。若该部位由多种场源共同形成的电磁环境,那么就按照综合场的测量方法进行测量。人员活动区环境的电平测试,应在活动区域内以1M长为间距,在关键的部位按最强点分布，也可在人员活动区域内,用测试探头连续测取场强的最大值710。2、电磁场测量仪器电磁场测量仪根据测量目的可分为宽带辐射测量仪和选频式窄带辐射测量仪。无论是宽带辐射测量仪还是选频式窄带辐射测量仪,一般都是由天线和主机两部分构成。（1）宽带辐射测量仪宽带辐射测量仪通常使用宽度探头，宽度探头又可分为电场探头和磁场探头两种。电场探头由3个正交的探头、接收端接肖特基检波二极管、RC滤波器组成。检波后的直流
8、电经过高阻传输线或光缆送入数据处理和显示电路。一般来说，这类仪器探头响应较快、动态范围较大,为避免谐振，天线偶极子的长度应远远小于被测频率的半波长。磁场探头由3个相互正交的天线和二极管、RC滤波元件、高阻线组成,用来确保其全向性和频率响应。（2）选频式窄带辐射测量仪这类仪器适用于环境中电平较低的电场强度、电磁兼容、电磁干扰的测量。选频指的是只选择某一些频率来进行测量,只让频率很小的信号进来，滤除其它频率较大的信号。选频式测量仪的灵敏度比非选频式测量仪的灵敏度高很多。在某一具体的电磁场环境中,对设备电磁辐射的评价取决于该设备本身所具有的特性、环境电磁特性及频域特性和时域特性1114。3、常用的电
9、磁场测量方法（1）电磁感应法电磁感应法是由法拉第电磁感应定律得到的,通过线圈感应电动势来确定磁通量的变化,从而得到电磁场强度。这种方法的测量元件采用了单匝线圈,通过良好的接地和屏蔽措施等提高测量系统的稳定性和抗干扰能力。首先进行电流值的计算，然后将磁场测得的结果与通过该电流计所得的理论值做比较,若误差很小,即可验证方案的可行性。这种方案最主要的是屏蔽问题，只要有很好的屏蔽措施,电磁感应法就可以作为测量磁场强度的一种有效方法。（2）霍尔效应法霍尔效应法是采用霍尔传感器来进行测量的一种方法。霍尔传感器由电源提供激励电流，这种方法所采用的电路图中有可变电阻，用来调节激励电流的大小。霍尔电势的负载电阻
10、，一般用于表征显示仪表、记录装置或放大器的输入阻抗。磁通计中的传感器一般都采用具有线性特性的霍尔元器件，开关特性随磁体本身材料及形状不同而不同，低磁场时磁通达到饱和状态，直流无刷电动机的控制一般采用有开关元件的霍尔传感器。它会产生不等位电势，相应的也会产生不等位电阻。由于采用恒流源输入作为激励电流，所以传感器的输出只能由磁场的强度来决定。（3）磁阻效应法磁阻效应是指某些金属或半导体的电阻值随外加磁场变化而变化的现象。与霍尔效应一样，磁阻效应也是由于载流子在磁场中受到洛伦磁力作用而产生。当达到稳态时，某一速度的载流子所受到的电场力等于其洛伦磁力，载流子在两端集聚产生霍尔电场，速度较慢的载流子偏向
11、于电场力方向，速度较快的载流子则偏向于洛伦磁力方向。这种偏转导致外加电场方向运动的载流子数量大大减少，从而使电阻增加。这种方法将处于磁场中的磁阻器件与一个外接电阻串联，接在恒流源的分压电路中，通过调节电阻大小来调节磁阻器件中电流的大小，用电压表可以分别测量外接电阻的电压和磁阻器件的电压，最后得到电磁场强度的大小。（4）核磁共振法核磁共振法是一种采用扫场的方法观察核磁共振现象并进行共振频率测量的一种方法。这种方法需要有一个恒定的外磁场B0和一个与B0和M所组成的平面垂直的旋转磁场B1。当0B0时，发生核磁共振。观察核磁共振信号有两种方法一是固定B0，让B1的频率不断的变化并通过共振区，当0B0时
12、，就会出现共振信号，这种方法称为扫频法。二是固定B1的频率不变，让B0不断变化扫过共振区，则为扫场法。一般情况下均采用扫场法。（5）磁通门法磁通门法是一种利用磁通门磁力仪进行测量的方法，该仪器利用具有高导磁率的软磁铁芯在外磁场的作用下而产生的电磁感应现象测定外磁场。它的传感器的基本原理基于磁芯材料的非线性磁化特性。其敏感元件是由高导磁系数、易饱和材料制成的磁芯。有两个绕组围绕该磁芯，一个是激励线圈，另一个是信号线圈。在交变激励信号的作用下，磁芯的导磁特性发生周期性饱和与非饱和间的变化，从而使围绕在磁芯上的感应线圈的输出信号与外磁场成正比，该感应信号包含F、2F等其它的谐波成分，偶次谐波含有外磁
13、场的信息，可以通过特定的方法提取出来。这些方法各有各的优点和缺点所在。例如核磁共振法测量具有较高的灵敏度，但是测得的误差比较大。磁通门法的分辨率极高，但是测量的频率范围约在10HZ以内，只适用于测量缓慢变化的恒定磁场，一般专业用于地磁勘探测量。霍尔效应法是一种比较理想的测量方法，其使用的霍尔器件灵敏度高、体积小、适应频率和温度范围宽,而且这种方法既可测量恒定磁场,又可测量交变磁场，简单、方便又可靠1518。目前也有不少公司生产出了一些便携式电磁场检测仪，方便电磁场的测量。例如，由北京恒奥仪器仪表有限公司生产的一款ZDKAV3942便携式电磁场检测仪，如图21所示。这个检测仪采用嵌入式ARM硬件
14、控制平台，基于DSPFPGA数字中频率处理技术，实现了测量、数据校准及补偿的一体化，还采用了微波小型化多功能综合集成技术，解决了窄带跟踪滤波器等小型化设计的难题，可在频率范围10KHZ到3000MHZ之间直接进行电磁场强度的测量19。3总结部分综上所述，自然界以及人为的电磁场环境对工业电子、电气设备及其他系统都有着重要的影响,因此研究电磁场特性及相应的测量手段对现代通信安全具有很重要的意义。但由于研究方法、对象以及研究条件各不相同,有很多的研究结果并不完全一致,有较多的不确定因素在里面。各种测量仪器，都有着体积，重量，可靠性，方便性等各种方面的比较，各有各的优势，各有各的不足所在。所以开发一种
15、价格低廉、便携易用、可靠性好的电磁场测量仪器将会是未来发展的方向。4参考文献1曹荣刚脉冲功率电源辐射电磁场测量与分析J，强激光与粒子束，2009/092USAPPLICATIONSERNO09/073,135ENTITLED“SERIALBUSSYSTEMFORSHADOWINGREGISTERS,“BYDAVIDJMAGUIREANDHUNGQLE,FILEDCONCURRENTLYHEREWITH3NIOSHFACTSHEETEMFSINTHEWORKPLACEUNITEDSTATESNATIONALINSTITUTEFOROCCUPATIONALSAFETYANDHEALTH200710
16、284谢彦召,刘顺坤,孙蓓云等电磁脉冲传感器的时域和频域标定方法及其等效性J核电子学与探测技术,2004图21便携式电磁场检测仪5半导体传感器原理及其应用M牛德芳19936电磁定理和原理及其应用M杨懦贵20027杨海燕矿用多匝小回线源瞬变电磁场数值模拟与分布规律研究K中国矿业大学出版社,200910208曲利岩电磁场有限元分析技术的研究和实现D浙江大学20029张玉华金属平板表面缺陷扰动的磁场量分布研究D国防科学技术大学,200310李伟基于交流电磁场的缺陷智能可视化检测技术研究D中国石油大学200711何圣静物理实验手册M机械工业出版社,198912杨介信普通物理实验M高等教育出版社,198513田文学用霍尔元件测磁场的几种效应分析J纺织高校基础科学学报199514薛程颢基于霍尔元件的电磁场检测J，科协论坛，2010/0815张闪基于ANSYS的多相流测井传感器电磁场仿真研究J石油仪器，2010/0216袁明辉电磁场理论教学研究J科技创新导报，2010/0517王锋基于法拉第电磁感应法的脉冲强磁场测量方法M2008年04期18郁有文，常健，程继红传感器原理及工程应用M西安西安电子科技大学出版社，200519胡向东，刘京诚，余成波传感器与检测技术M北京机械工业出版社，2009
