电磁兼容与人工标准与测试ppt课件

第11章 电磁辐射对生物和物质的影响,电磁辐射是第四大环境污染源 511 电磁场对人体作用的机理 1电磁波与生物体相互作用的基本方程 电磁波与生物体相互作用的基本方程是：进入生物组织的微波的相位变化和衰减见式(51)一(53)，受微波幅射的生物体吸收的能量见式(54)一(55)：热平衡方程见式（56)一（57）。,SAR吸收比率或总体能量吸收 比吸收率是指单位重量组织中吸收的 电磁波功率(w/kg)。,1,2生物体的介质特性,(1)表征生物体电特性的参数和影响生物体电特性的因素。 表征生物组织的电磁特性参数是 、 、 影响 和大小的因素是电磁波频率和生物组织的温度及生物组织的含水量 水是生物体含量丰富的成分，它几乎组成人体体重的一大半，且不同年龄、不同组织器官含水量不同 一般说，含水量最高的生物组织，其 和远远高于含水量低的生物组织。,2,3电磁辐射生物学的机制,在电磁作用的机理中，人体是由无数个不同的物质的分子、电子、质子等微粒组成的。 当外界电磁场足够小时，这些微粒的排列、组合、运行、轨迹都处在人体内在自身平衡的状态下，这种原本的状态称之为正常状态(它包括健康人和病态人)。当外界电磁场足够大时这些微粒的排列、组合、运动、轨迹会依外界电磁场变化而变化，从而破坏了原来平衡的状态，这种失衡的状态称之为“异常状态” 当超过安全范围，不同频率，不同场型的外激强场，可以使电子链重新排列，分子自旋轴向偏转，分子或电子间的摩擦加速，从而对人体的免疫系统、给养系统、神经系统等起作用。,3,人对电磁辐射的感觉,非热感使人体有失衡、头晕、疲劳、恶心等感觉。静电场、恒磁场、低频场只能引起非热效应(低频场无法致热)。 致热感当外激场的频率很高时，人体内分子的异常运动产生了超过人体温控的热效应，频率越高，热感越趋向被辐照的表面。（X光灯） 谐振感除了有上述和致热的感觉外，它易产生放电电击可能会产生(并非在被辐照方向的电流密度大的)节点致热效应。 因此，电磁场对生物及物质的作用是通过电磁场的谐振效应、热效应、光化效应和场效应来实现的。 作用的效果与电磁场的频率、功率、照射方式、作用的时间及对象有关,4,电磁场对人体的益处和危害, 如果人生活在一个没有电磁环境的空间里，必定会引起身体机能亲乱，造成“电磁饥饿”。而适当利用它，则有利于人体的身体健康。,5,2电磁场的非热效应对人体的损伤,(1)人体反复接收低强度照射后，体温无明显上升，但却使中枢神经系统及其他方面功能发生变化。如血压下降、消化不良等。 (2)能刺激体表及体内感受器官产生反射性影响。如人耳在方波调制的脉冲微波辐射下能产生微波听觉效应，即听到与其脉冲重复频率相同的并与脉冲声波相类似的声音。 (3)低强度微波器照射可使人类的嗅觉和视觉机能下降。 (4)可使丘脑垂体肾上腺功能紊乱。 (5)使人体的体液及细胞免疫能力下降。 (6)使胚胎异变。（DNA呢？） (7)脉冲调制波比连续波有较强的生物学作用。 (8)在微波低频段电磁场的作用下，血液中的红细胞和白细胞等浮粒子磁场力的作用，引起珠链作用，使粒子整齐地排列并凝聚十链中。 (9)微波电磁场的生物效应与其他物理参数有关，如不同位置和极化状态等因素对生物活性都有影响。 (10)由于非热效应引起的生理变化是不稳定的，并且具有发展的趋势。,6,需要研究的电磁波的生物效应问题,(1)生物体各部分组织对电磁波的反射、透射、散射及吸收等传播特性的研究。 (2)电磁波与生物体耦合特性的研究。 (3)能量在受照体体内的分布、沉积及引起的温度变化。 (4)生物体生理、生化、遗传、行为等变化的现象和其机理以及这些影响与照射电磁波的频率、功率之间相互关系等的研究。 通过上述几个方面的研究，探索出电磁波与生物体之间的相互关系，掌握其规律，进而对其加以利用和防护。,7,例,50Hz的强电力线附近的居民如何？ 计算机 手机 微波束对人体的危害,8,5 保护人类生存的电磁环境,适量的电磁环境是人类生存中所需的一种非生物环境 1电磁辐射强度容许标准,中间区是指在该环境电磁波强度下长期生活、工作和居住的所有人可能产生潜在性不良反应的区域，该区域内不能建造疗养院、医院、学校和居民住宅，但是uJ以建造机关和工厂。超过中间区的标准区域只能种植农作物或者作绿化用地。 安全区是指在该环境电磁波强度下长期生活，工作和居住的所行人均不会受到任何有害影响的区域，因此该区域可以建造所有的人的活动场所。,9,2防止强电压和强电磁场辐射产生危害的有效措施,唯一可行办法就是对电磁环境作定期的监测和预测。 当新建居民住宅及人群经常活动的一切公共设施时，必须事先对该区域进行预测，如果超过中间区标准，则坚决禁止建造。 当新建雷达站、电视台和其他大功率发射机的设备时，必须考虑到在其居民覆盖区内必须符合安全区的标准。 对于己住区则必须经常进行监测，如果发现电磁环境有所改变，应查出辐射源的情况，如辐射源的位置，工作时间，功率、频率、入向等，以求提出应有的指施。 积极采用各种防护措施，将各类发射器的危害发射降到最低限度，如采用封闭外壳吸波材料、复合型吸波涂料或其他有效的屏蔽体。对微波炉等民用设备的漏泄加以控制，波炉的门连锁机构，在距其表面5cm处的漏泄场不应超过5mw/m。 合理选择地点，尤其是发射器的天线的安装位置,10,生物效应的试验：SAR与许多因数有关，如电磁波的频率、极化、强度等，以及生物体的形状、组织的含水量、相对于波长的大小、介电常数、导电率等。利用SAR，就可以将大量动物的试验结果“外推”到人身上来。,11,作业,问答题 1电磁波对人体组织的作用可分为哪几种？分别是什么含义？ 2。比吸收率是指什么？在试验电磁辐射对人体的危害时起什么作用? 3屏蔽服的原理是什么? 防止强电压和强电磁场辐射产生危害的有效措施有哪些?,12,第十二章 电磁兼容标准与测试,一、有关电磁兼容的国际机构、标准和国外先进标准 国际电工技术委员会(IEC)是1906年在伦敦创建的。是研究电工学科标准化的第一个国际组织。 现在已有数十个会员国，代表了世界80的人口，生产和消耗约95的全球电力供应。相应地，世界绝大部分的电工和电子设备也是这些国家生产的，它们的出口和入口均占90。 按照章程，这个委员会的目的是促进电工和电子工程领域内标准化和相关事宜的所有问题方面进行国际协作，同时也促进国际间的互相了解和信任 已经加入国际标推化组织(ISO)，成为它的电工分会,13,14,下列技术委员会对电磁干扰问题感兴趣,TC12无线电通信 TC17开关设备与控制机构 TC18船舶中的电的装置 TC22大功率电子学 TC23电器附件 TC27工业电热设备 TC34电灯与有关设备 TC36绝缘子 TC40电子设备用的电容器与电阻器 TC44工业机械的电设备 TC45核测量仪表 TC46通信设备用的电缆、电线和波导 TC61家庭用电的安全 TC62医疗工作中的电设备 TC64建筑物的电装置 TC65工业过程的测l量与控制 TC72家用电器的自动控制 TC74数据处理设备和办公机械的安全 TC81防雷,15,TC77委员会是研究电磁兼容问题的,TC65是工业过程测量和控制技术委员会，它与TC77在进行EMC研究和制定标准方面均与CISPR协调一致。现TC65就传导影响及磁影响将电磁环境分为以下几个等级：(a)完善的防护环境；(b)防护型环境；(c)有代表性的工业环境；(d)严重恶劣的电磁环境；(e)需进行分析的特殊情况。,16,国际无线电干扰专门委员会(CISPR)的总的宗旨和目的是：促进有关无线电干扰方面的国际协议的建立和为国际贸易提供方便。具体有以下几个方面任务和目的 (1)保护无线电接收，防止来自诸如：各种电气器具、点火系统、工科医()设备以及电视机与收音机等的干扰对无线电接收的危害； (2)对于干扰测量方法和测量设备作出规定 (3)规定上述干扰源的干扰极限值 (4)规定收音机、电视机的抗扰极限值，并研究抗扰测量 (5)研究由于对电气设备采取的抑制干扰措施对安全规范的影响 (6)与CCIR保持协调，以保证两者的有关规范是兼容的， (7)与国际上其它致力于干扰抑制的国际组织保持协调。,17,CISPR有七个分委员会，分别处理和研究不同的干扰问题及其方法： A分会无线电干扰测定及统计方法； B分会来自工业、科学、医疗用高频设备的干扰； C分会来自强电线、高压装备及电力牵引系统的干扰； D分会来自汽车和内燃机等方面的干扰； E分会接收机的干扰特性及抗干扰特性； F分会来自电动机、家用电器以及照明器具等的干扰； G分会来自信息技术设备的干扰。,18,国际电信联盟(ITU) 三大组织之一，在通信领域内制定各种规则和建议 4. 国际无线电咨询委员会(CCIR) (1)频谱利用和监测 (2)空间探索和射电天文业务 (3)频率约在30M也以下的固定业务 (4)利用卫星的固定业务 (5)在非电离媒质中的电波传播 (6)在电离媒质中的电波传播 (7)标准频率和时间信号业务 (8)移动通信业务 (9)采用无线电中继系统的固定业务 (10)广播业务(声音) (11)广播业务(电视) CMTT：声音广播和电视信号的长距离传输 CMV：词汇表,19,5.跨国电气电子工程师学会电磁兼容专业学会(IEEE EMC-S) 我国已经陆续派代表参加IEEE,CISPR,ITU,等国际组织的学术活动。URSI中国委员会已成立电磁噪声与干扰委员会中国分会。全国无线电干扰标准化技术委员会已成立了与CISPR各分会相对应的组织。为了加强电 磁兼容方面的工作又专门成立了S分会(无线电系统与非无线电系统间电磁兼容分委员会)。IEEE北京分部成立了电磁兼容分会TC77及ITU在我国也都有对应的组织。 所有这些都有利于我国今后在电磁兼容技术领域的进一步发展与提高。,20,二、标准与规范的特点, 因为电磁兼容性领域主要讨论和处理的是非预期发射和非预期的响应，很自然，电磁兼容标准与规范也就要强调系统特性的非预期方面。因此，规范也就用这类词句描述， 例如：图12.1规范可以说明： “在任何频率上，电流I不得超过1A。” “在任何频率上，lV电压均不应引起设备2误动作。” 由于设备2的输入阻抗为l ，所以上面这组技术要求，对设备l和2的传导界面来说，就保证了兼容性。上述例子中，没有提到设备的设计特性或实用特性。因此，更完整的说明可以写成： “除了H土外，在其他任何频率上电流均不得超过 A。”,21,2.电磁干扰安全余量(EMISM),在使用标准与规范时，一个非常重要的参数是电磁干扰安全余量(EMISM)，它定义为敏感度阈值与关键测试点或信号线上的干扰的比值。例如，在MILSTD1541(USAF)中，电源和信号电平的电磁干扰安全余量定为6dB，而对军用品则定为20dB。 例：如果，低噪声放大器(LNA)设计时允许带外干扰强度为10dBm，那么实际的电磁干扰安全余量有20dB. 1000W=30dBW=60dBm,22,世界上有三大标准化组织（ISO、IEC和 ITU）在致力于国际标准化工作。IEC（国际电工委员会）在其所颁布的标准前言部分宣称：为促进国际上的统一，各IEC国家委员会应尽最大可能地将IEC标准作为他们的标准，对国家标准与IEC相应标准中的任何分歧，应在该国家标准中明确指出。 中华人民共和国标准化法规定 “国家鼓励采用国际标准和国外先进标准”。 采用和推广国际标准是世界上一项重要的廉价技术转让。目前世界上含我国在内的大多数国家，均采用等效使用的原则，大量使用国际标准，促进本国技术进步。 各国电工委员会（IEC国家委员会）参加 IEC关于电气和电子领域标准化的国际合作，并履行义务，将 IEC标准等效（eqv）或等同（idt）采用为该国国家标准。,23,3.IEC-TC77和 CISPR系列标准,IEC 61000系列和 CISPR系列标准如下： 1防护标准 IEC 1000-l 关于一般性的内容 IEC 1000-l-l 关于基本定义和术语的说明及适用性 IEC 1000-2 关于电磁环境及 EMC的电平 IEC 1000-2-3 关于辐射现象和非电源频率相关传导的环境表达 IEC 1000-2-5 电磁环境的等级分类（TYPE2）技术报告 IEC 1000-4 关于各种防护的试验和测试方法 IEC 1000-4-1 防护试验概述 IEC 1000-4-2 静电放电防护的试验方法 IEC 1000-4-3 辐射、射频、电磁场防护试验方法 IEC 1000-4-4 电气瞬态过程的防护试验方法 IEC 1000-4-5 浪涌防护试验方法 IEC 1000-4-6 高频射频电磁场感应的传导干扰的防护试验方法 IEC 1000-4-9 脉冲性电磁场防护试验方法 IEC 1000-4-10 衰减振荡性磁场防护试验方法 IEC 1000-4-11 电压短时间突然下降、短期中断和电压防护性能测试方法 IEC 1000-4-12 振荡波防护型试验方法 IEC 1000-4-20 采用TEM单元的试验方法 IEC 1000-4-21 采用反射箱的辐射、射频电磁场防护试验方法 IEC 1000-5 防护配置方法和预防方法 IEC 1000-5-l 配置方法和预防方法指南一般性讨论条件 IEC 1000-5-2 配置方法和预防方法指南一接地方法和布线方法 IEC 1000-5-6 配置方法和预防方法指南一防止外部影响方法 IEC 1000-6-l 住宅、商业及轻工业环境中通用防护标准 IEC 1000-6-2 工业环境中通用防护标准 CISPR 20 音像广播接收机及有关设备的防护测量方法 2辐射标准 CISPR 11 工业、科学、医疗、射频设备电磁干扰测量方法和极限值 CISPR 12 车辆、摩托艇、会产生火花的发动机驱动装置的射频干扰特性的测量方法 CISPR 13 音像广播接收机及相关设备射频干扰测量方法和极限值 CISPR 14 电动马达、家用电热设备、电动工具和类似电气器具的射频干扰测量方法和极限值 CISPR 15 电气照明和类似设备射频于扰测量方法和极限值 CISPR 22 信息技术设备射频干扰测量方法和极限值 IEC 1000-3-2 谐波电流辐射的极限值（设备输入电压每相小于16A） IEC 1000-3-3 低压供电设备电压波动和闪烁的极限值（设备输入电压每相小于16A） IEC 1000-6-3 住宅、商业及轻工业环境中通用辐射标准 IEC 1000-6-4 工业环境中通用辐射标准,每一个都对应有国家标准,24,表示电磁兼容性极限的单位,电磁兼容性文件中规定的极限是与传导或辐射发射以及敏感度联系在一起的，极限的大小按窄带和宽带两种情况分别表示。表12概述了几种表示极限的单位。 由表可见，宽带测量都是用每单位带宽表示的(如每kHz，或每Hz)， 窄带测量属于单频测量性质，所以只给出幅度值。 辐射测量一般用场强表示(即每米，或等效的单位)， 而传导测量则用电压或电流表示。 还需注意的是，虽然发射的极限可以用电压、电流、电场强度或磁场强度表示，但是传导敏感度通常用电压表示、辐射敏感度可以用伏特米，或特斯拉表示。对于谐波和乱真发射，传导发射还可以用相对于峰值功率的dB数表示。,25,26,三、EMC测试,EMC测试的内容分辐射测试和传导测试两大类，而在每一类测试中，又分别包括测量设备电磁干扰发射电平的EMI测试和测量设备抗电磁干扰(敏感度)的EMS测试两方面的内容,27,28,测量传导型EMI的仪器,为了测量电力电子装置的传导型EMI，通常不需要屏蔽室，需要的主要测量仪器有EMI测量接收机，阻抗稳定网络(LISN)，各种电压电流探头，频谱分析仪，示波器等。 （）EMI测量接收机：在0.1530MHz频率乃至低至10kHz范围内的EMI分量，是用EMI接收机来进行测量的。EMI接收机通常用来测量某一种合适的传感器的输出电压。EMI接收机应是可调谐、频率可选择、具有准确幅频响应的电压表。 （）线路阻抗稳定网络LISN(Line Impedance Stabilization Network): 在电网端测得的EMI电压U不仅 与EMI源的参数(Ug，Zg)有关，而且还 与电网的阻抗Zm有关。问题是电网的 高频等效阻抗不是常数，而是随时间、 测量点和频率而变化。,29,由于上述原因，在进行EMI电压测量时，为了保证测量的重复性和可比性，必须在测量点规定一个标准的负载阻抗。为此，测量时就必须在EMI源和电网之间接入一个如图所示的接口电路。该接口电路称为线路阻抗稳定网络LISN，有时又称为线路稳定网络LISN、电源线路稳定网络PLISN或人工电网络。,30,（）电压探头和电流探头 在EMI电压测量中，多用高阻抗的高频电压探头，与示波器、EMI接收机、频谱分析仪或瞬态信号记录仪配合使用 传导型干扰EMI的测量 (1) 测量传导干扰电压 测量差模干扰电压： CISPR规定仅在150一1605kHz频率范围内，测 量纯差模噪声电压 测量共模干扰电压：CISPR规定，仅在1605kHz以上的频率测量共模 EMI电压，但是，在较低频率也适用 (2) 测量传导干扰电流 （）瞬态脉冲强度的测量 传导型敏感度EMS的测量 （1） 脉冲冲击试验（脉冲为1250us波形） 这项测试是检验被测设备能否经受住高幅度的干扰电压或电 流而不至于损坏 （2 ）高频干扰测试 是检测被测试设备在规定的高频干扰测试条件下是否能正常 工作的一种方法 （）静电放电(ESD)测试：包括接触放电和气隙放电 （）快速瞬变脉冲脉冲群（EFT)测试,31,辐射型EMI及EMS测量,辐射型EMI及EMS测量与传导型EMI及EMS测量的不同点在于，它们是由在空间传播的电磁被引起的，我们面对的问题是场而不是路。由于空间电磁波无处不在，因此辐射型EMI及EMS的测量具有其固有的特点：对测试场地有更加严格的要求必须完全隔绝空间的杂散电磁波； 主要的电磁场传感器为天线，针对不同的测试要求求和测试频率范围，必须采用相对应的不同形式的天线； 电场和磁场分量是需要分别进行测量的,32,试验场地,(1)开阔试验场 (2)电波暗室：是一种没有反射电磁波的屏蔽室，屏蔽室内壁敷以对电磁波有强烈吸收作用的吸收体 (3)横向电磁波室(TEM) 横向电磁波室TEM(Transverse Electromagnetic cell)是近十几年迅速发展起来的一种新型的EMC测试室。它本质上是一条由内、外两个导体组成效，阻抗为50欧的，形状为矩形的传输线。,33,34,