天然超低频电磁场日夜交替及其稳定性分析
北京大学学报(自然科学版),第44卷,第6期,2008年11月
Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensi s,Vol.44,No.6(Nov.2008)
国家高技术研究发展计划专项经费(2006AA06Z233)和北京市自然科学基金(4082013)
收稿日期:2007-11-12;修回日期:2007-12-21
天然超低频电磁场日夜交替及其稳定性分析
曹宝 秦其明-
李百寿 张泽勋 张自力
北京大学遥感与地理信息系统研究所,北京100871;-通讯作者,E -mail:q mqin@https://www.360docs.net/doc/783896675.html,
摘要 利用北京大学研制的BD -6型超低频电磁探测仪,在北京地热119井按不同时段和方位对天然场源超低频电磁信号进行观测,经数据处理得到不同时段和不同方位的电压-深度曲线和差分视电阻率-深度曲线,经分析与解译发现:太阳辐射在一定程度上影响天然场源超低频电磁信号的强度,但太阳辐射对其稳定性影响程度不大;天然源超低频电磁信号强度存在明显的方向性,磁北方向信号最强,随仪器探头方向与磁北方向夹角的增大信号强度降低;实验表明超低频电磁信号的差分视电阻率-深度法明显优于电压-深度法的反演与解译精度。关键词 天然电磁场;超低频;极低频;电磁波;稳定性中图分类号 P318;P319
Day and Night Alternation of Natural Ultra -Low Frequency
Electromagnetic Field and Its Stability Analysis
C AO Bao,QIN Qiming -
,LI Baishou,ZHANG Zexun,Z HANG Zili
Institute of Remote Sensing and GIS,Peking University,Beijing 100871;
-
Corresponding Author,E -mail:q mqin@https://www.360docs.net/doc/783896675.html,
Abstract Natural ul tra -low frequency (ULF)electromagnetic field signal was observed at Beijing 119geothermic drill at different period of time and orientation by using the B D -6ULF electromagnetic wave detect instrument developed by Peking Universi ty.Mean voltage -depth curves and apparent resistivi ty -dep th curves of di fferent period of ti me and orientation were ob tained by ULF data processing and reversing.Solar radiation can influence the signal intensity of natural ULF electromagnetic field in some way according to the result of analysis and interpretation.However,it has a li ttle impact on the stabili ty of natural ULF electromagnetic field.The maximum of ULF signal is accord with the magnetic north direction,and it becomes weaker in condition that the angle between the direction of instru ment detector and the magnetic north increasing.The observation indicates that the interpretations of difference apparent resistivi ty -dep th curves are obviously better than the mean vol tage -depth curves.
Key words natural electromagnetic field;ultra -low frequency;extreme -low frequency;electromagnetic wave;stability
频率在30~300Hz 范围内的电磁波称为超低频电磁波,它在地壳电性结构探测中具有独特的优势,
能穿透数十公里的地层,在油气等矿产资源勘探、核废料探查和环境研究以及地震活动性监测和预报等方面可以发挥重要的作用[1,2]
。研究超低频电磁探测技术,并开发相应的接收仪器,已经引起了部分专家和学者的关注
[3-5]
。超低频电磁探测技术主要分
人工源(主动式)和天然源(被动式)两种[6-10]
。俄罗斯和美国最早进行人工源超低频电磁探测研究,由
于需要用人工方法产生大功率交变电磁场,发射设备体积庞大、能耗高,在一定程度上限制了其发展潜
力;而天然场源超低频电磁探测技术作为一种非地震勘探技术,具有便携、易操作、采集数据快、机动性强和野外探测成本低等优点,已成功应用于岩性界面、断层构造、溶洞、金属矿产、煤层气和地下水探测等领域
[4-11]
。然而,天然场源超低频电磁波的来源尚
无定论,部分专家认为可能是宇宙的综合能量(如太阳能或全球雷电)或来自核、幔的综合能量
[11]
。本
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文对不同时段和不同方位的天然场源超低频电磁信号进行探测试验,对天然场源日夜变化及其稳定性和影响因素进行分析与评价,对于天然场源超低频电磁探测研究及其频谱曲线的反演与解释意义重大。
1 试验数据采集
2007年8月15)19日,我们在北京地热119井(E116b 18c 0619d ,N39b 59c 2413d )进行了为期5天的超低频电磁探测试验,试验所用设备为北京大学自主研发的BD -6型超低频电磁探测仪。该仪器利用高灵敏的磁场信号传感器接收来自地下的天然场源超低频电磁波,经过信号放大器,进入笔记本电脑控制的主机,通过电子扫频采集超低频电磁波的能量谱,然后通过模数转换和频深转换,获得深度-振幅曲线,探测数据被自动记录并存储在主机的数字存储设备上。B D -1)BD -6型超低频电磁探测仪曾先后在北京城区、天津城区、长江、昆明盆地、渤海、大庆油田、胜利油田、塔里木油田、江苏、河南、山东、山西等地进行了上万次的探测试验,并取得了突破性进展[11]
。在数据采集过程中,8月16日有间歇性的中雨,因此只收集了06,08,12,18和20时的数据。其他4天均为晴天,数据采集时段分别为每天的06,12,18和24时,每个时段按8个探测方向,在每个探测方向连续观测3次。
各时段超低频电磁探测数据采集过程的具体操作步骤如下:
1)放置仪器。设定仪器探测参数(探测深度为30~1000m,探测步长为5m,采集波数为8,主倍率为315,次倍率选择210)。
2)以磁北方向为0b ,按顺时针方向依次调整探头方位,使其分别与磁北方向的夹角呈0b ,45b ,90b ,135b ,180b ,225b ,270b 和315b ,并在每个方位上重复观测3次。
当探测深度为30~1000m,探测步长为5m 时,BD -6型超低频电磁探测仪探测一次所需时间约1分钟,因此,完成一个时段所有方向上的3次重复探测所需时间约为30分钟。
2 电压数据处理与分析
211 电压数据处理
BD -6型超低频电磁探测仪采集到的数据存储在以RAW 为扩展名的二进制文件中。每个深度(中心频率)采集到8个周期的波形数据,每一个周期波形上按采样定理采集100个数字电压值。因此,探测曲线上对应每个探测深度共记录了800个电压值。在数据处理之前,需要将原始数据中8个波数的振幅值(该波形中的最大振幅值与最小振幅值之差)进行加权平均作为该探测深度的电压值。本次试验取电压值的算术平均值并输出为txt 文本格式,然后将输出的txt 文件导入Excell 数据表,分别按不同时段和不同方位计算其对应深度的最高电压、平均电压和最低电压的均值,然后分别计算出30~1000m 深度最高电压均值、平均电压均值和最低电压均值的平均值。不同时段和不同方位的最高电压均值、平均电压均值和最低电压均值的日变化规律如图1和图2所示。
由图1可知,天然超低频电磁场源信号强度存在日夜交替变化规律(15日例外):对于日平均天然超低频电磁场源信号强度而言,00时信号强度处于较低水平,从00时到06时信号有所增强,06时到18时信号强度略有增强,从18时到24时信号强度开始降低,24时信号强度最低。另外,不同时段天然场源超低频电磁探测仪输出的最大电压和最小电压的均值分布也符合上述规律。由于太阳辐射可以影响大气高空电离层中带电离子的运动,形成的磁流体波伴随有超低频交变电磁场,在其到达地面以后,就会形成一系列干扰变化,
这与天然场源超低频
图1 不同时段最高电压、平均电压和最低电压的均值对比
Fig 11 The average of maximum,mean and minimum vol tage in different period of time
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图2不同方位的最高电压、平均电压和最低电压的均值分布
Fig12The mean voltage distribution of maximum,mean and mini mum voltage in di fferent orientation
电磁信号强度受太阳辐射影响的实验结果相吻合。
从图2来看,天然超低频电磁场源强度存在明显的方向性(15日例外)。依照仪器探头探测方向偏离磁北方向角度的不同,其信号强弱可分为4档:即0b方向天然超低频电磁信号最强,180b方向次之, 45b和135b,225b和315b方向再次之;90b和270b方向最低。当仪器探头探测方向与磁北(0b)方向一致时,天然场源超低频电磁信号最强,探测方向与磁北方向间的夹角越大信号越弱,当探头探测方向与磁北方向垂直时天然场源超低频电磁信号强度最低,但此时B D-6型探测仪所接收的信号依然为有效信号,对地下构造和电性界面的响应特征依然可以解译和识别。
值得注意的是,8月15日06时的平均电压值为当天最低值,与其他4天所观测到的信号最低值发生在00时的规律不符;同时,15日信号强度最大值出现在180b方向上,与其他4天所观测到的信号强度最大值出现在0b的规律不符。经核实15日的观测程序和方法均符合要求,观测仪器工作正常。目前对天然源超低频电磁信号来源尚存争议,部分学者认为太阳风、磁暴、电离层扰动、雷电以及地震等均可以对信号强度产生一定的影响,因此,致使15日观测数据出现异常的具体原因尚有待进一步研究。
212电压值与深度的关系
不同时段和不同方位的电压-深度曲线和差分视电阻率-深度曲线如图3所示。横坐标表示探测深度(m),纵坐标表示经归一化处理后的电压和差分视电阻率的均值的相对值,其变化范围在0~ 1100之间,为无量纲量。
不同时段电压-深度曲线(图3(a))和不同方位电压-深度曲线(图3(c))的归一化电压均值随深度的不同在一定幅度范围内波动,但其曲线形态重现性较好,波形特征明显,表明天然场源超低频电磁信号具有较高的稳定性和重现性。图3(a)中的紫红色曲线为8月16日08时所测数据,由于8月16日08时前有持续的中等程度的降雨,直到08时持续的降雨才出现间歇,08时所测数据为中等降雨间歇期间所测数据。8月16日08时所测电压-深度曲线与其他曲线的吻合度较低、重现性较差,表明在雨天间歇期间所测的天然场源超低频电磁信号的可靠性明显降低,不适合进行超低频电磁探测。
3差分视电阻率分析
超低频电磁探测仪输出的电压值在一定程度上反映了地下岩层的物性特征和地质构造,但直接利用电压值对地下岩层物性和地质构造的解释精度差,容易漏判一些隐含在数据背后的有用地质信息。因此,需要将超低频电磁探测仪输出的电压值按一定的地质模型转化为相应的视电阻率信息,才能得到较为满意的解释结果。
依据文献[12],建立视电阻率与电压和深度对应关系的地质模型,利用所建立的地质模型计算差分视电阻率,并进行归一化处理,最后按不同时段和不同方位进行统计分析,得到不同时段的差分视电阻率均值和不同方位的差分视电阻率均值。
不同时段的差分视电阻率-深度曲线和不同方位的差分视电阻率-深度曲线分别如图3(b)和(d)所示。随深度的变化,不同时段差分视电阻率和不同方位差分视电阻率在一定幅度范围内波动,但其曲线形态重现性较好,波形特征明显(8月16日08时所测数据除外,见图3(b)中的紫红色曲线)。由差分视电阻率的曲线分析可知,所采用的地质模型可以反演得到稳定的差分视电阻率参数。
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图3 归一化处理后的超低频电磁探测曲线
Fig 13 Normalized detection curves of ultra -low frequency electromagnetic signal
4 测井资料与超低频电磁探测曲线的
对比与分析
411 测井资料
根据北京地热119井的测井资料,井下217m 深处为第四系(砂、砂砾卵石夹粘土和粘土含砾)与奥陶系(灰岩和白云质灰岩)分界面,其中在奥陶系马家沟组灰岩和白云质灰岩段,也就是该段地层的241184,250123,276134,275~295,335和365m 深度处裂隙发育并有严重漏失现象存在。
412 超低频电磁探测曲线分析
从图3中的曲线形态来看,无论是均值电压-深度曲线还是差分视电阻率-深度曲线,均可以在一定
程度上反映地下的物性与构造信息。在430m 以浅(深度<430m),不同时段和不同方位的超低频电磁探测曲线形态十分相似,曲线高峰值和低谷值吻合较好。但是,均值电压-深度曲线与差分视电阻率-深度曲线的波峰和波谷所对应的深度却不相同。均值电压-深度曲线的波峰所对应的深度分别为230,295和405m 深度(图3(a)和(c)),差分视电阻率-深
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度曲线的波峰和波谷所对应的深度分别为217,280和380m深度(图3(b)和(d)),即均值电压-深度曲线较差分视电阻率-深度曲线的特征值所对应的深度存在不同程度的纵向漂移,均值电压-深度曲线的解释精度明显低于差分视电阻率-深度曲线的解释精度。
5结论与进一步工作
天然超低频电磁场存在日夜交替变化规律,日出后天然场源信号由弱逐渐增强,日落后天然场源信号由强逐渐减弱,雨天环境会对天然场源超低频信号的稳定性造成一定的影响;天然场源信号的强度与探测方位有关,即磁真北方向较强,随着探测方位偏离真北方向角度的增加,场源信号逐渐减弱;尽管天然超低频电磁场的日夜交替和方向性在一定程度上影响着电磁信号的强度,但超低频电磁探测曲线的基本形态特征不变,曲线形态重现性较好,利用天然场源超低频电磁信号探测地下电性界面或构造是可行的;探测仪输出的均值电压-深度曲线可以在一定程度上反应地下电性界面的分布情况,但受干扰信号的影响较大,利用特定的地质模型将均值电压转换为差分视电阻率之后,可以在一定程度上压制噪声,提高对地下电性界面或构造的解释精度。
本研究取得的认识主要是基于北京地热119井连续5天的观测数据,下一步需要在不同地点开展类似试验进行更长时间序列的长期观测,以便对不同季节的超低频电磁信号的变化规律和稳定性进行研究与评价。另外,天然场源超低频电磁信号与天气状况的耦合关系还有待进一步的试验与分析。
致谢在论文研究中得到了北京大学地质系侯贵廷老师的大力帮助,在此表示衷心的感谢。
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第6期曹宝等:天然超低频电磁场日夜交替及其稳定性分析
电磁场数值分析期末1
《电磁场数值分析》（期末作业） --- 2019学年 --- 学院：电子工程学院 学号： 姓名： 联系方式： 任课教师： 2019年5月
作业1 模拟真空中二维TM 电磁波的传播，边界设置为一阶Mur 吸收边界，观察电磁波的传播过程。波源为正弦函数： sin()sin(2)25 z t c E t n t ωπ ==? 代码： clc clear close all xmesh =150; ymesh =150; mu0=4*pi*1.0E-7; eps0=8.85E-12;C= 3.0E8; dx=1.0; dt=0.7*dx/C; timestep=150; ez( 1:xmesh+1,1:ymesh+1 ) = 0.0; hx( 1:xmesh+1,1:ymesh ) = 0.0; hy( 1:xmesh,1:ymesh+1 ) = 0.0; coef1 = dt/( mu0 * dx ); coef2 =dt/( eps0 * dx );coef3=(C*dt-dx)/(C*dt+dx); ez1=ez; for now = 1 : timestep hx = hx - coef1 * ( ez( :, 2 : ymesh+1 ) - ez( :, 1 : ymesh ) ); hy = hy + coef1 * ( ez(2 : xmesh+1, : ) - ez(1 : xmesh, : )); ez( 2 : xmesh , 2 : ymesh ) = ez( 2 : xmesh , 2 : ymesh ) - ... coef2 * ( hx( 2 : xmesh, 2 : ymesh ) - hx( 2 : xmesh , 1 : ymesh - 1) ) + ... coef2 * ( hy( 2 : xmesh ,2 : ymesh ) - hy( 1 : xmesh - 1,2 : ymesh) ); ez(1,:)=ez1(2,:)+coef3*(ez(2,:)-ez1(1,:)); ez(xmesh+1,:)=ez1(xmesh,:)+coef3*(ez(xmesh,:)-ez1(xme sh+1,:)); ez(:,1)=ez1(:,2)+coef3*(ez(:,2)-ez1(:,1));
电磁场数值分析作业
注：考生属哪种类别请划“√” （博士、在校硕士、工程硕士、师资硕士、同等学力、研究生班） 辽宁工程技术大学 研究生考试试卷 考试科目：电磁场数值分析 考生班级：电控研 考生姓名： 学号： 考试分数： 注意事项 1、考前研究生将上述项目填写清楚 2、字迹要清楚，保持卷面清洁 3、试题、试卷一齐交监考老师 4、教师将试题、试卷、成绩单，一起送研究生学院； 专业课报所在院、系
直流无刷电机的内部电磁分析 1提出问题 在电磁学里，电磁场是一种由带电物体产生的一种物理场。处于电磁场的带电物体会感受到电磁场的作用力。电磁场与带电物体之间的相互作用可以用麦克斯韦方程和洛伦兹力定律来描述。电磁场是有内在联系、相互依存的电场和磁场的统一体的总称。随时间变化的电场产生磁场，随时间变化的磁场产生电场，两者互为因果，形成电磁场。 电磁场可由变速运动的带电粒子引起，也可由强弱变化的电流引起，不论原因如何，电磁场总以光速向四周传播，形成电磁波。电磁场是电磁作用的媒介，具有能量和动量，是物质存在的一种形式，电磁场的性质、特征及其运动变化规律由麦克斯韦方程确定。 ANSYS软件提供了图形用户界面与命令流两种方式来分析电机电磁场问题。在电机电磁场计算中,命令流方式和图形用户界面方式相比,具有以下优点:通用性好,对于同系列、同型号的电机电磁场计算只要对电机的尺寸参数进行修改即可,而采用ANSYS的图形用户界面方式进行电机电磁场计算,每次计算都要重新输入图形,没有通用性; 通过合理应用ANSYS的APDL语言编写一个两重循环程序就可实现转子自动旋转和自动施加励磁电流的功能,与ANSYS的图形用户界面方式相比,减少了人机交互的次数,缩短了计算时间。 电机的电磁分析，常用的软件是Maxwell，他是一个功能强大、灵活的,融结构、热、流体、电磁、声学于一体的大型通用有限元分析软件。广泛用于核工业、石油化工、航空航天、国防军工、机械制造、土木工程等一般工业及科学研究领域的设计分析。 本次作业中，将对直流无刷电机的内部电磁进行分析，采用Maxwell3D来建模，并进行磁场分析。 2直流无刷电机 直流无刷电机被广泛的用于日常生活用具、汽车工业、航空、消费电子、医学电子、工业自动化等装置和仪表。顾名思义，直流无刷电机不使用机械结构的换向电刷而直接使用电子换向器，在使用中直流无刷电机相比有刷电机有许多
低频磁场屏蔽的原理及屏蔽物的结构要点
5．3．4 低频磁场屏蔽的原理及屏蔽物的结构要点 1．低频磁场屏蔽原理 减小低频磁场干扰的方法，除了合理地布置元器件、走线的相对位置和方位外，对于低频(如50 H2)交变磁场的干扰，可采用低频磁场屏蔽的方法来减小其影响，见图5—32 图5—32(a)中，T为电子元器件或电路，当不加屏蔽地放在磁场中时，将会受到低频磁场于扰，如电子束受力发生偏转，改变磁性材料的磁化性能等。图5—32(b)为用高磁导串材料做的一个屏蔽盒。斯麦迪电子磁力线通过时阻力很小，而空气的磁导率很低，磁力线通过时受到很大阻力。因此磁力线将绝大部分从屏蔽体上流过，只有很少量经过屏蔽体内的空气到达元器件了上。即磁力线主要经1—2—3—4线路流走，很少量经1—2’一3’一4流走，从而对T起到了保护作用。综上所述，低频磁场的屏蔽原理就是磁分路原理，即用高磁导率的材料做成屏蔽体，使磁力线分路而起到屏蔽效果。屏蔽体导磁率越南，屏蔽体的壁厚越厚，磁分路作用就越好，屏蔽效果也就越好。几种常用材料的相对导磁串见表5—9。相对导磁率是材料的导磁率与空气导磁串之比，空气的相对导磁串为l。从表5—9中可知：作为低频敬屏蔽物的材料应选钢铁、不锈钢或坡莫合金，而不应选铜或铝等电的良导体。 2．低频疆场屏蔽物的结构要点(1)减小蹬屏蔽盒在接口处的接继磁力线通过屏蔽罩的接口缝隙处时，将会受到很大的磁阻，使磁力线产生泄漏，因此在设计时缝隙处应有较大的重矗[见图5—33(a)中的A3，且应使配合紧密，尽量减小缝隙。还应注意统欧与磁力线的相对位置，不应使接缝切断磁力线而增加磁阻。图5—33(a)的安装是正确的，图5—33(b)的安装则不正确。
低频磁场
低频磁场 低频磁场很难屏蔽。磁力线可以穿透我们生活中常见的材料或物体（如木材、砖瓦、石块、水泥等材料或人体、墙壁、树木等物体），并基本上不因上述物体或材料的存在而产生畸变或消弱。 为了描述带电导线中的电流在周围空间中产生磁场的大小，物理上引入了磁场强度的概念，它是一个矢量，一般用符号H表示，其单位是安培/米（A/m）。而单位磁场强度在周围空间感应出磁通密度的大小（通常用磁感应强度B表示）是不同的，它取决于磁场闭合环路中各种介质的导磁能力。磁感应强度与磁场强度的关系为 B=μH=μrμ0H（3-1） 式中：μ被称为物质的磁导率；μ0被称为真空磁导率，其值为4π×10-7H/m；μr称为物质的相对磁导率。不同材料具有不同的磁导率。 根据磁导率的大小，一般可以把材料分为弱磁性材料和强磁性材料两大类。弱磁性材料包括顺磁性材料和抗磁性材料；强磁性材料常见的为铁磁材料、亚铁磁材料。 抗磁性材料在无外加磁场时对外不显磁性，在外加磁场的作用下会产生一个同外加磁场方向相反的磁场。抗磁性材料的μr略小于1，这类材料如汞、铜、硫、金、银、锌、铅等。顺磁性材料在无外加磁场时几乎不显磁性，在外加磁场的作用下材料内的原子运动会产生一个同外加磁场方向相同的磁场。顺磁性材料的μr略大于1，这类材料如锰、铬、铂、氮等。铁磁材料在外加磁场时，材料内的原子在被称为“交换耦合”的量子效应下，对外显现出非常强烈的磁性，铁磁材料主要是含铁、镍、钴和稀有金属钆、铽等的材料。亚铁磁性材料在外磁场作用下的磁性弱于铁磁性材料，但其导电性能较铁磁性材料强，亚铁磁性材料有铁氧体等。表3-9列出了一些材料的磁化特性。 表3-9 典型材料的磁性能
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低频脉冲电磁场治疗骨关节炎的有效性及安全性观察 [摘要] 目的观察低频脉冲电磁场治疗骨关节炎的有效性及安 全性。方法 80例骨关节炎患者运用低频脉冲电磁场方法进行治疗。以患者的疼痛程度视觉类比量表（vas）评分、womac骨关节炎指数评分在治疗开始前、治疗开始后1周、治疗开始后1个月、治疗开始后3个月的变化对患者进行疗效评估；以患者治疗前后重要生命体征和实验室检查结果进行安全性评估。结果治疗前，患者的疼痛程度vas评分为（7.56±2.41），womac骨关节炎指数评分为（57.21±10.68）；治疗开始后1周、治疗开始后1个月、治疗开始后3个月患者的疼痛程度vas评分分别为（6.16±1.84）、（3.58±1.79）、（3.43±1.92），womac骨关节炎指数评分分别为（47.26±9.81）、（26.5±7.45）、（16.57±4.23）；与治疗前相比，患者治疗开始后1周、治疗开始后1个月、治疗开始后3个月的疼痛程度vas评分、womac骨关节炎指数评分均有改善，各相应指标间的差异有统计学意义（p0.05）。结论低频脉冲电磁场疗法是一种安全、有效的骨关节炎治疗手段。 [关键词] 低频；脉冲电磁场；骨关节炎 [中图分类号] r684.3 [文献标识码] a [文章编号] 2095-0616（2013）13-09-03 efficacy and safety of low frequency pulsed electromagnetic fields in the treatment of osteoarthritis huo yan chen dezhi wang zhaoling sun xueqin huang xihong
电磁场数值分析方法的若干研究 张晨颜
电磁场数值分析方法的若干研究张晨颜 发表时间：2018-05-23T17:08:53.507Z 来源：《基层建设》2018年第8期作者：张晨颜 [导读] 摘要：文章主要阐述电磁场分析的重要方法，即电磁场数值计算方法。 中国矿业大学孙越崎学院电气系江苏省徐州市 221000 摘要：文章主要阐述电磁场分析的重要方法，即电磁场数值计算方法。具体是对直接积分法、有限差分法以及有限元法三种常见分析方法的原理以及优势特征进行探究。同时采用不同方法技能型求解，并对结果进行简要分析，发现只有在合理应用前处理技术基础上，各种数值分析方法的计算精确性才会有所保障。 关键词：电磁场；数值分析方法；直接积分法；有限差分法；有限元法 测算与处理电磁场边值问题的方法主要有模拟法、图解法、解析法、数值法四种类型。前处理、计算和后处理是所有工程电磁场数值分析的三大要素。在静态条件下，电磁场分布均可归纳在一定边界条件下求解Poisson或Laplace方程。阐述电磁场的麦克斯韦方程组有有微分与积分两种类型，不同数值计算方法的计算量离散化所参照的基本方程形式，可以细化为积分方程法与微分方程法。本文对相关计算过程实施简化措施，并对不同电磁场数值计算的方法优势与弊端进行归纳。 1直接积分法 ③选择一定的代数解法(通常应用迭代法)，编写相关计算流程，以获得相应待求边值问题的差分方程组，得到边值问题的数值解. 有限差分法的主要内容通常涵盖三个方面：①差分方程的形成；②边界条件的处理；③方程的求解。差分方程的推导通常采用泰勒级数法。将电磁场的微分方程形式——泊松方程或拉普拉斯方程设为初始点，借助展开泰勒绿数的方式，列算差分方程。结合现存的边界条件，结合具体情况修整边界上的节点的差分方程形式。最后是对代数方程组———差分方程进行计算以获得最终结果。同步迭代法、异步迭代法和超松弛迭代法石常见解题方法。通常采用点超松弛迭代法和线迭超松弛迭代法。但应用过程中的重点是合理选择松弛因子，只有在选择得当时迭代加速进程才会得到有效管控。 有限差分法的优点是能够较为快速的找出差分方程组，同时差分方程组自体也体现出简洁化特征，网格的剖分过程也没有太大技术含量，数据信息准备工作不会耗用太多时间，计算流程制定相对简易。但是对于曲线边界等不规则的边界，处理难度会相应增加。若区域的边缘线以及内部媒介分界线形体较为繁杂，并且场域布设形式多变时，因为差分法的网格剖分灵敏性较差，故此计算结果的测算过程将会受到层层阻碍。有限差分法适用于对象有如下几种类型：①边界形状规则的第一类边界，第二类齐次边界；②静态场，时变场；③线性场，非线性场等。 3有限元法 有限元法是采用变分原理和离散化去获得近似解的方法。电磁场的问题通常都可总结为求解的偏微分方程的边值问题。有限元法不是采用直接偏微分方程去求解电磁场的，其将偏微分方程边值问题设为始发点，探寻一个能量泛函的积分式，并促使其其在满足第一类边界条件的前提提取取极值，等同于构建条件变分问题。这个条件变分问题等同于偏微分方程边值问题。在求解过程中，将场的求解区域细化陈可以量化的单元，在每一单元中，策略的认为对每一点的求解函数是在单元节点的函数值间随坐标变化而产生相应变化的。故此插值函数在单元格中产生，把插值函数整合到能量泛函的积分式，继而将泛函离散化转型为数个多元函数。继而求解极值。借此方式获得一个代数方程组。最后由此方程组求解得到数值解。对第二有限元法是结合变分原理和离散化而获得相似值解的方法。若场域中存有不同的
利与弊的电磁场解读
电磁场的利与弊 摘要：随着科学技术和理论的发展，电磁场的应用更加普遍。然而在利用电磁场为我们服务的时候，电磁场同时也给我们带来很多危害。 关键词：电磁场电磁辐射电磁波危害利用 电场和磁场的传播过程生成一个作用力场，这个作用力场就叫做电磁场，而这样的传播过程就叫做电磁辐射。如手机、电话机、输配电线等都有电流，有电流肯定就存在辐射的问题。所以在我们应用电磁场就会带来电磁辐射和电磁波，这就带来危害。 二十世纪被誉为电气时代，发电站、输电线越建越多，各种各样的电器大量深入工厂、实验室、办公室以及普通居民家庭。人们不得不考虑：电磁场，特别是（50~60赫）工业频率的电磁场对人体健康是否有影响？1960年代初，有关专家们开始研讨这个问题。起初，专家们的注国家的有关卫生保健标准中只规定工业频率电磁场中可以容许的电场分量意力全部集中于电场的作用而忽略了磁场的作用。因为当时人们误以为这种电磁场中的磁场分量很小，它不可能对人体健康产生可以感觉出来的影响。许多的标准；在制造各种电气设备和电器以及架设输电线时，只考虑对电场分量规定的标准，而没有考虑对磁场分量可以容许的最高限额。但后来进行大量的调查与统计分析却表明，可能影响人体健康的正是我们没有考虑的磁场。 欧美各国进行了大量调查与统计分析，每次调查的规模大小不
等，一次被调查者的数量有数千人，数万人、数十万人甚至数百万人。调查地点有在野外的，例如，在输电线附近、变电站附近、地铁站、电气火车内；或在工厂厂房、实验室、办公室以及居民家庭。调查跨越的时间有长达十多年甚至数十年的。大量调查结果令人确信，人体发生多种肿瘤病变的概率与所受到的低频磁场辐射密切相关。欧美许多国家的专家和一些政府机构确信，低频磁场会显著增大下列疾病的发生率：白血球增生与白血病（特别是对儿童危害更大），癌症，新生儿形体缺陷，乳腺癌，脑瘤，恶性淋巴瘤，神经系统肿瘤，星形细胞的发展，慢性骨髓细胞样的白血病，染色体畸变等。有些报告还指出，在电磁场作用下某种激素的分泌减少，还可能是引起乳腺肿瘤发展的原因。某些调查报告还指出，经常接触电磁辐射的人，若再受到高温作用，则他们体内发生乳腺癌变的危险就更大。不少调查报告指出，从事"电气职业"者、儿童以及不适当使用家庭电器者（常玩视频游戏的儿童，常使用电热毯和其他电加热器的妇女与儿童等）受低频磁场损害的危险较大。低频磁场辐照的强度和累积量就都会影响致病的概率。并且，有些人是在潜伏期长达10~15年以后才发病的。国际卫生标准中规定，可以容许的磁感应强度上限为100微特斯拉。但大量调查、统计分析的结果表明，0.2~0.4微特斯拉的250~500倍！英国国家辐射保护委员会和美国一些专家们已于1995年提出，把国际卫生标准中规定的标准（100微特斯拉）修改为0.2微特斯拉。总之，许多迹象都使研究人员强烈地怀疑低频磁场的辐射对人体健康会产生严重后果，但人们目前的知识水平又不足以对此作用充分
电磁场与电磁波基础知识总结
第一章 一、矢量代数 A ?B =AB cos θ A B ?= AB e AB sin θ A ?(B ?C ) = B ?(C ?A ) = C ?(A ?B ) ()()()C A C C A B C B A ?-?=?? 二、三种正交坐标系 1. 直角坐标系 矢量线元x y z =++l e e e d x y z 矢量面元=++S e e e x y z d dxdy dzdx dxdy 体积元d V = dx dy dz 单位矢量的关系?=e e e x y z ?=e e e y z x ?=e e e z x y 2. 圆柱形坐标系 矢量线元=++l e e e z d d d dz ρ?ρρ?l 矢量面元=+e e z dS d dz d d ρρ?ρρ? 体积元dz d d dV ?ρρ= 单位矢量的关系?=??=e e e e e =e e e e z z z ρ??ρ ρ? 3. 球坐标系 矢量线元d l = e r d r + e θ r d θ + e ? r sin θ d ? 矢量面元d S = e r r 2sin θ d θ d ? 体积元 ?θθd d r r dV sin 2= 单位矢量的关系?=??=e e e e e =e e e e r r r θ? θ??θ 三、矢量场的散度和旋度 1. 通量与散度 =?? A S S d Φ 0 lim ?→?=??=??A S A A S v d div v 2. 环流量与旋度 =??A l l d Γ max n rot =lim ?→???A l A e l S d S 3. 计算公式 ????= ++????A y x z A A A x y z 11()z A A A z ?ρρρρρ?????= ++????A 22111()(s i n )s i n s i n ????= ++????A r A r A A r r r r ? θ θθθθ? x y z ? ????= ???e e e A x y z x y z A A A 1z z z A A A ρ?ρ?ρρ?ρ? ?? ??= ???e e e A
电磁场数值计算方法的发展及应用
电磁场数值计算方法地发展及应用 专业：电气工程 姓名：毛煜杰 学号： 一、电磁场数值计算方法产生和发展地必然性 麦克斯韦尔通过对以往科学家们对电磁现象研究地总结，认为原来地研究工作缺乏严格地数学形式，并认为应把电流地规律与电场和磁场地规律统一起来.为此，他引入了位移电流和涡旋场地概念，于年提出了电磁场普遍规律地数学描述—电磁场基本方程组，即麦克斯韦尔方程组.它定量地刻画了电磁场地转化和电磁波地传播规律.麦克斯韦尔地理论奠定了经典地电磁场理论，揭示了电、磁和光地统一性.资料个人收集整理，勿做商业用途 但是，在电磁场计算地方法中，诸如直接求解场地基本方程—拉普拉斯方程和泊松方程地方法、镜象法、复变函数法以及其它种种解析方法，其应用甚为局限，基本上不能用于求解边界情况复杂地、三维空间地实际问题.至于图解法又欠准确.因此，这些电磁场地计算方法在较复杂地电磁系统地设计计算中，实际上长期未能得到有效地采用.于是，人们开始采用磁路地计算方法，在相当长地时期内它可以说是唯一实用地方法.它地依据是磁系统中磁通绝大部分是沿着以铁磁材料为主体地“路径”—磁路“流通”.这种计算方法与电路地解法极其相似，易于掌握和理解，并得以沿用至今.然而，众所周知，对于磁通是无绝缘体可言地，所以磁路实际上是一种分布参数性质地“路”.为了将磁路逼近实际情况，当磁系统结构复杂、铁磁材料饱和时，其计算十分复杂.资料个人收集整理，勿做商业用途 现代工业地飞速发展使得电器产品地结构越来越复杂，特殊使用场合越来趁多.电机和变压器地单机容量越来越大，现代超导电机和磁流体发电机必须用场地观点和方法去解决设计问题.由于现代物理学地发展，许多高精度地电磁铁、波导管和谐振腔应用到有关设备中，它们不仅要赋与带电粒子能量，并且要有特殊地型场去控制带电粒子地轨迹.这些都对电磁系统地设计和制造提出了新地要求，传统地分析计算方法越来越感到不足，这就促使人们发展经典地电磁场理论，促使人们用场地观点、数值计算地方法进行定量研究.资料个人收集整理，勿做商业用途 电子计算机地出现为数值计算方法地迅速发展创造了必不可少地条件.即使采用“路”地方法来计算，由于计算速度地加快和新地算法地应用，不仅使得计算精度得到了很大地提高，而且使得工程设计人员能从繁重地计算工作中解脱出来.从“场”地计算方面来看，由于很多求解偏微分方程地数值方法，诸如有限差分法、有限元法、积分方程法等等地运用，使得大量工程电磁场问题有可能利用数值计算地方法获得符合工程精度要求地解答，它使电磁系纯地设计计算地面貌焕然一新.电磁场地各种数值计算方法正是在计算机地发展、计算数学地前进和工程实际问题不断地提出地情况下取得一系列进展地.资料个人收集整理，勿做商业用途 二、电磁场数值计算方法地发展历史 电磁场数值计算已发展了许多方法，主要可分为积分法（积分方程法、边界积分法和边界元法）、微分法（有限差分法、有限元法和网络图论法等）及微分积分法地混合法.资料个人收集整理，勿做商业用途 年，利用向量位，采用有限差分法离散，求解了二维非线性磁场问题.随后和用该程序设计了同步加速器磁铁，并把它发展成为软件包.此后，采用有限差分法计算线性和非线性二维场地程序如雨后春笋般地在美国和西欧出现.有限差分法不仅能求解均匀线性媒质中地位场，还能解决非线性媒质中地场；它不仅能求解恒定场和似稳场，还能求解时变场.在边值问题地数位方法中，此法是相当简便地.在计算机存储容量许可地情况下，采取较精细地网格，使离散化模型较精确地逼近真实问题，可以获得足够精度地数值解.但是, 当场城几何特
电力设备低频电磁场仿真分析解决方案
ANSYS 电力设备低频电磁场仿真分析解决方案
目录 一、电力设备仿真分析（CAE）的必要性 (3) 二、ANSYS低频电磁场仿真分析论证 (3) 2.1 ANSYS Emag软件简介 (3) 2.2 ANSYS Emag在电力系统中的应用 (4) 2.2.1 电场分析 (4) 2.2.2 磁场分析 (5) 2.2.3 耦合场分析 (5) 2.3 ANSYS Emag应用案例 (6) 2.3.1 电场分析 (6) 2.3.1.1 电场分析应用案例——屏蔽电极电场结构优化设计 (6) 2.3.1.2 电场分析应用案例——电流互感器远场边界计算 (7) 2.3.2 磁场分析 (8) 2.3.2.1 磁场分析应用案例——空心电流互感器磁场分析 (8) 2.3.2.2 磁场分析应用案例——电流互感器输出特性计算 (9) 2.3.3 电磁场-热耦合分析 (10)
一、电力设备仿真分析（CAE）的必要性 随着超高压特高压电网的相继投运，电力系统的安全性以及电网的稳定性成为电网运行中关键因素之一。更高的电压等级、更严格的运行指标对大容量、高性能输配电设备提出了更高的要求。当前，计算机辅助设计（CAD）技术早已在电力设备制造中成熟运用，然而，对产品性能进行前期计算机仿真分析（CAE）技术还未能广泛应用。 随着电压等级以及性能要求的提高，样品试验的试验成本、试验耗时以及试验困难度（如大电流、高电压）等传统的产品性能验证方式都对设计成功率要求更高，传统的反复试验指导设计的方式已经不可行，因此，计算机辅助分析（CAE）的重要性达到了空前的高度，计算机硬件以及软件技术的飞速发展也使得CAE 成功应用于大规模工程问题成为现实。 电力设备的主要特性可分为电气、机械、温升以及化学等特性，这些特性相互作用，是一个集电、磁、结构、热、流体等于一体的综合的复杂的过程。ANSYS 公司开发提供的系列仿真分析软件包含电磁、结构、热以及流体的仿真分析模块，可以很好的应用于电力设备的各方面性能仿真分析；其优越的多物理场耦合功能能够分析电力设备的整体综合性能；其优化功能能够为电力设备小型化、性能优化提供最优方案。 二、ANSYS低频电磁场仿真分析论证 2.1 ANSYSEmag软件简介 ANSYS Emag是ANSYS产品家族中专用的低频电磁场仿真分析模块，秉承了ANSYS家族产品的整体优势，历经超过25年的开发与应用，成为ANSYS家族产品中不可或缺的一员。 ANSYS Emag提供了完备的低频电磁场分析功能，包括静态电场、静态磁场、直流传导场、低频电场（时谐和瞬态）、以及低频磁场（时谐和瞬态）分析功能，覆盖了几乎所有工程低频电磁问题的分析类型；ANSYS Emag提供的场路耦合功能能够方便直观的将电路模型与电磁场有限元模型直接相连，进行更精确、更系
浅谈电磁场屏蔽
浅谈电磁场屏蔽 【摘要】阐述了三种电磁场屏蔽的屏蔽原理，在屏蔽材料的选取、屏蔽效果、应用范围等方面对三者进行了比较。 【关键词】电磁场屏蔽；屏蔽原理；屏蔽材料；屏蔽效果 0引言 随着电子技术的发展，越来越多的电子电气设备进入人们的生活，电磁污染日益严重。另一方面，由于电子电气设备小型化的要求，极易受外界电磁干扰而使其产生误动作，从而带来严重后果。因此人们越来越重视电子产品的电磁兼容性（EMC），电磁场的屏蔽就是电磁兼容技术的主要措施之一。 根据条件的不同，电磁场的屏蔽一般可以分为三类：静电屏蔽、静磁屏蔽和高频电磁场的屏蔽。三种屏蔽的共同点是防止外界的电磁场进入到某个需要保护的区域中去。但是由于所要屏蔽的场的特性不同，因而对屏蔽材料的要求也就不一样。 1静电屏蔽 静电屏蔽的目的是防止外界的静电场进入到某个区域。实际上对于变化很慢的交流电而言，它周围的电场几乎和静电场一样，只是电荷的分布周期性地变化而已。因此防止低频交流电的电场，也可以归结为静电屏蔽一类。静电屏蔽对导体壳的厚度和电导率无特别要求，但对于低频交流电场，屏蔽壳要选电导率高一点的材料。 图1空腔导体屏蔽外电场 静电屏蔽分为外屏蔽和全屏蔽。空腔导体内无电荷，在外电场中处于静电平衡时，其内部的场强总等于零（图1），因此外电场不可能对其内部空间发生任何影响。若空腔导体内有带电体，在静电平衡时，它的内表面将产生等量异号的感应电荷，外表面会产生等量同号的感应电荷（图2），此时感应电荷的电场将对外界产生影响。这时空腔导体只能屏蔽外电场，却不能屏蔽内部带电体对外界的影响，所以叫外屏蔽。如果外壳接地，即使内部有带电体存在，内表面感应的电荷与带电体所带的电荷的代数和为零，而外表面产生的感应电荷通过接地线流入大地（图3）。此时外界无法影响壳内空间，内部带电体对外界的影响也随之消除，所以这种屏蔽叫做全屏蔽。 实际使用中一般均采用接地的屏蔽方法，且金属外壳不必严格完全封闭，用金属网罩代替金属壳体也可达到类似的静电屏蔽效果。例如高压电力设备安装接地金属网，电子仪器的整体及某些部分使用接地金属外壳等。 ２静磁屏蔽 图4 静磁屏蔽的目的是屏蔽外界静磁场和低频电流的磁场，这时必须用磁性介质作外壳。如图4，用磁导率为的铁磁材料制成屏蔽壳，壳与空腔则可看作两个并联的磁阻。由于，空腔磁阻远大于屏蔽壳磁阻，所以外界的磁感线绝大部分穿过屏蔽壳而不进入空腔。要想获得更好的屏蔽效果，可使用较厚的屏蔽壳或采用多重屏蔽壳。因此效果良好的铁磁屏蔽壳一般都比较笨重。在重量和体积受到限制的情况下，常常采用磁导率高达数万的坡莫合金来做屏蔽壳，壳的各个部分要尽量结合紧密，使磁路畅通。磁屏蔽不同于电屏蔽，壳体是否接地不会影响屏蔽效果，但是要求金属材料磁导率要高。
低频脉冲电磁场治疗骨关节炎的有效性及安全性观察
低频脉冲电磁场治疗骨关节炎的有效性及安全性观察目的观察低频脉冲电磁场治疗骨关节炎的有效性及安全性。方法80例 骨关节炎患者运用低频脉冲电磁场方法进行治疗。以患者的疼痛程度视觉类比量表（V AS）评分、WOMAC骨关节炎指数评分在治疗开始前、治疗开始后1周、治疗开始后1个月、治疗开始后3个月的变化对患者进行疗效评估；以患者治疗前后重要生命体征和实验室检查结果进行安全性评估。结果治疗前，患者的疼痛程度V AS评分为（7.56±2.41），WOMAC骨关节炎指数评分为（57.21±10.68）；治疗开始后1周、治疗开始后1个月、治疗开始后3个月患者的疼痛程度V AS 评分分别为（6.16±1.84）、（3.58±1.79）、（3.43±1.92），WOMAC骨关节炎指数评分分别为（47.26±9.81）、（26.5±7.45）、（16.57±4.23）；与治疗前相比，患者治疗开始后1周、治疗开始后1个月、治疗开始后3个月的疼痛程度V AS评分、WOMAC骨关节炎指数评分均有改善，各相应指标间的差异有统计学意义（P＜0.05）。治疗前后重要生命体征和实验室检查结果的差异无统计学意义（P>0.05）。结论低频脉冲电磁场疗法是一种安全、有效的骨关节炎治疗手段。 [Abstract] Objective To evaluate the efficacy and safety of low frequency pulsed electromagnetic fields （LFPEMFs）in the treatment of osteoarthritis（OA）. Methods Eighty patients with osteoarthritis received low frequency pulsed electromagnetic fields for thirty days. The V AS of the pain and the WOMAC Index were used to assess the efficacy before and in 1 week，1 month，3 months after the treatment. Meanwhile，the safety was evaluated through the vital signs and the results of laboratory examination before and after the treatment. Results Before the treatment，the V AS score and WOMAC Index of the patients were （7.56±2.41）and （57.21±10.68）. The V AS scores were （6.16±1.84 ）in 1 week，（3.58±1.79）in 1 month，（3.43±1.92）in 3 months after the treatment and the WOMAC Index were （47.26±9.81）in 1 week，（26.5±7.45）in 1 month，（16.57±4.23）in 3 months after the treatment. Compared with before the treatment，the V AS scores and WOMAC Index were improved in 1 week，1 month，3 months after the treatment，and the differences of the V AS scores and WOMAC Index were statistically significant before and after the treatment（P＜0.05）. Meanwhile，the differences of the vital signs and the results of laboratory examination were not statistically significant before and after the treatment（P>0.05）. Conclusion Low frequency pulsed electromagnetic fields was effective and safe in the treatment of osteoarthritis. [Key words] Low frequency；Pulsed electromagnetic fields；Osteoarthritis 骨关节炎（osteoarthritis，OA）是一种以关节软骨的变性、破坏及骨质增生为特征的慢性关节病。本病在中年以后多发，临床表现以关节肿痛、骨质增生及活动受限最为常见。该病的最终致残率高，给患者本人及其家庭，以及社会带来巨大的社会和经济影响。骨关节炎的治疗目前是临床治疗难点之一，主要包括一般性治疗、药物治疗和外科治疗等。药物治疗和外科治疗存在药物不良反应发生率高、病情易反复、费用高昂、手术风险等缺点，常不能为患者耐受或接受。本
电磁场数值分析
电磁场数值分析 电和磁现象在自然界普遍存在，两者相互依存形成一个不看分割的整体。电能产生磁，磁能生电。很早以前人们就注意到电现象和磁现象，但是两者之间的这种相互联系在很长的一段时间内都没有被人们认识。直到奥斯特首先发现了通电直导线周围存在磁场这一现象人们才开始把电和磁放在一起来研究。然而这个时候人们依然没有办法揭示电和磁中间的秘密，只是停留在实验研究阶段，没有形成科学的理论。1831年法拉第发现了电磁感应定律，从此电和磁的计算可以量化了，人类历史也开启了一个新的时代—电气时代。由于法拉第的杰出工作，电和磁不再是不可触摸的了，人们已经掌握了运用它的钥匙。在法拉第之后，另一位杰出的科学家麦克斯韦则更进一步，建立了麦克斯韦方程组，电和磁的理论已经到了相当完美的程度。 现代电机，不管结构多么复杂，都是基于法拉第电磁感应定律和麦克斯韦方程组的原理来运行的，其电和磁的相关量都可以利用这两个定律来进行精确地分析，在设计电机时，我们也是基于这两个定律对电机的电磁过程来进行精确的设计，从而设计出理想的电机。 学会电磁场分析，主要是基于麦克斯韦方程组的相关计算，对电机的学习非常重要。它为我们今后的学习打下基础。在学习过程中，主要要把握以下几个度之间的关系：梯度、旋度、散度，这三者的变换正体现了电和磁之间的转换。 一基本原理 电磁场的内在规律由电磁场基本方程组—麦克斯韦（Maxwell ）方程组表达。这些方程是由麦克斯韦对大量实验结果及基本概念进行了数学加工和推广归纳而成的。麦克斯韦方程组是分析和计算电磁场问题的出发点，它既可写成微分形式，又可写成积分形式。 微分形式的麦克斯韦方程组为 t D J H ??+=?? （1） t B E ??-=?? （2） 0=??B （3） ρ=??D （4）
低频磁场的屏蔽解读
低频磁场的屏蔽 对于许多人而言，低频磁场干扰是一种最难对付的干扰，这种干扰是由直流电流或交流电流产生的。例如，由于炼钢的感应炉中有数万安培的电流，会在周围产生很强的磁场，这个强磁场会使控制系统中的磁敏感器件失灵，最常见的磁敏感设备是彩色CRT显示器。在磁场的作用下，显示器屏幕上的图象会发生抖动、图象颜色会失真，导致显示质量严重降低，甚至无法使用。低频磁场往往随距离的衰减很快，因此在很多场合，将磁敏感器件远离磁场源是一个减小磁场干扰的十分有效的措施。但当空间的限制而无法采取这个措施时，屏蔽是一个十分有效的措施。但要注意的是，低频磁场屏蔽与与射频屏蔽是完全不同的，射频屏蔽可以用铍铜复合材料、银、锡或铝等材料，但这些材料对磁场没有任何屏蔽作用。只有高导磁率的铁磁合金能屏蔽磁场。 1.基本原理 根据电磁屏蔽的基本原理，低频磁场由于其频率低，趋肤效应很小，吸收损耗很小，并且由于其波阻抗很低，反射损耗也很小，因此单纯靠吸收和反射很难获得需要的屏蔽效能。对这种低频磁场，要通过使用高导磁率材料提供磁旁路来实现屏蔽，如图1所示。由于屏蔽材料的导磁率很高，因此为磁场提供了一条磁阻很低的通路，因此空间的磁场会集中在屏蔽材料中，从而使敏感器件免受磁场干扰。 图1 高导磁率材料提供了磁旁路，起到屏蔽作用 从这个机理上看，显然屏蔽体分流的磁场分量越多，则屏蔽效能越高。根据这个原理，我们可以用电路的的计算方法来计算磁屏蔽效果。用两个并联的电阻
分别表示屏蔽材料的磁阻和空间的磁阻，用电路分析的方法来计算磁场的分流，由此可以计算屏蔽效果。 计算屏蔽效果 H i = H 0 Rs / （ Rs + R 0） 式中： H i = 屏蔽体内的磁场强度 H 0 = 屏蔽体外的磁场强度 Rs = 屏蔽体的磁阻 R 0 = 空气的磁阻 磁阻的计算公式 磁阻 = S / （μ A ） 式中： S = 磁路长度 μ = m 0 m r μ r = 屏蔽材料的相对磁导率 A = 磁通流过的面积 因此圆形管子的磁阻为 Rs = p b /（ μ 0 μ r 2t L ） 为了简单，设截面为正方形， 管子内空气的磁阻为： 屏蔽效能为： R 0 = 2 b /（ μ 0 2b L ） SE = H 0 / H i 对于高导磁率屏蔽材料，Rs < < R 0 ，因此，屏蔽效能为： SE = R 0 / Rs = 2 m r t / p b 从公式中可以看出，屏蔽材料的导磁率越高、越厚，则屏蔽效能越高。另外，b 越小，屏蔽效能越高，这意味着，屏蔽体距离所保护的空间越近，则效果越好。 2.基本概念 磁场强度 ( H )： 单位是奥斯特，与磁场源的强度和距离有关 磁通密度 ( B )： 单位是高斯，度量穿过每平方厘米的磁力线数量，与源的方向有关 磁导率 ( μ )： 表征材料为磁力线提供通路的能力， μ = B / H 饱和强度 ： 在饱和强度下，材料不能再通过多余的磁力线 磁阻 ( R )： 表征材料对通过磁通的阻碍特性，定义为：R = L / μ A ，L 是磁通路径长度（cm ），A 截面面积（cm 2） 3.屏蔽材料
低频电磁波的危害
低频电磁波对人的伤害，主要有以下两种： 1,高强度的无线电波可以在人体内形成感应电流，对神经系统和内脏的正常工作造成影响。 快速发展的新技术和社交方式的改变造就了越来越多的人造电磁场来源，环境中人造电磁场下的暴露量不断增加。从电力的产生和传输，家用电器，工业设备到电信和广播，无论家居还是工作，每个人都暴露在以复杂的方式混合的微弱的电场和微弱的磁场之中。 在外界没有电场的情况下，我们人体内也会有作为正常身体功能的一部分的化学反应产生的很微弱的电流。比如，神经会以发送电脉冲的形式传递信号；大多数的生物化学反应，包括消化和大脑活动，都伴随着带电粒子的重新排布。心脏的电活动也是非常活跃的，医生可以用心电图来记录下它们。低频的电场可以像影响由带电微粒组成的其它物质一样影响人体。当电场作用在导电材料上的时候，会影响表面的电荷分布。电场会使得电流从身体流向大地。低频的磁场可以在人体中感应出环流的电流。电流的强度取决于外界磁场的强度。如果电流足够大，会产生对人体神经和肌肉的刺激，或者影响其它的生理过程。电场和磁场都可以在人体中感应出电压和电流，但是就算直接站在高压电线的下方，身体中感应出的电流相比于可以产生电击或者其他电效应的限值仍然是非常小的。 2,一些能被分子吸收的光，比如可见光、红外光和微波（包括微波炉里面的辐射），如果高强度高的话，可以加热人体造成烧灼伤害 加热是射频电磁场的主要生理作用。在微波炉中，这一事实被用来加热食物。人们平常接触到的射频电磁场的强度比可以产生明显加热效果的强度低得多。射频电磁波的加热效应是目前安全准则制定的主要依据。科学家也在研究长期暴露在可以加热人体的临界值以下产生效应的可能性。到目前为止，低强度长时间暴露在射频和工频的电磁场下的负面健康影响并没有得到确证。 对于大部分可见光甚至更低频的红外、微波辐射波段，由于光子的能量比分子间化学键的能量小，是不可能破坏分子结构的。如果波长合适（主要是红外光），能够被分子吸收（跟分子的振动或者转动能级恰好匹配），那么分子会吸收这种电磁波而使得分子运动变得剧烈；而微波波段的电磁波能够驱动某些极性分子（分子内部有带正电和负电的部分）做振荡运动，使得分子之间互相碰撞，也会加剧分子的运动。总之，就是在这一波段的电磁波的作用下将会使得人体温度升高，有可能造成烧灼的伤害。微波炉就是利用电磁波驱动水等极性分子振荡运动以加热食物另外，一切物体都在不断地向四面八方辐射各种波长的电磁波，这就是“黑体辐射”的物理知识。辐射的不同波长电磁波的能量分布服从普朗克提出的黑体辐射定律。我们日常所见的一切都在不停地以电磁波照射着周围的一切，也持续受到着周围一切的黑体辐射。按照室温计算（300开尔文，27摄氏度），我们辐射的电磁波强度最大的波长是约十个微米，处于红外光的范围里，每平方厘米的皮肤每秒钟辐射出的电磁波总能量为0.046焦耳。显而易见，低强度的红外光辐射对人体是完全无害的。值得注意的是，人的眼睛看不见红外线，但是会被高强度的红外线烧伤。一般的微波炉工作频率是2.45GHz（1G 等于十亿），无线网络（WIFI）的无线路由器工作频率一般是2.4GHz（也有5GHz的），3G 网络的频率在1.7-2.4GHz之间，而手机的信号频率在0.8-0.96GHz之间和1.71-1.85GHz 之间，在这些频率范围内，辐射对人体的伤害表现为热效应。电磁波通过驱动极性分子（主要是水）做振荡运动，使得分子之间互相碰撞，加剧所有分子的运动，表现为温度升高。对于像部分食物或者生物体这样含水多的物体，这个波段的穿透深度基本上在厘米量级（温菜的时候有时表层热了，下面还凉着），所以如果你没有感觉到皮肤发热或体温上升，那么就完全不用担心这个波段的辐射伤害。总之，在从可见光到微波波段的电磁辐射里面，如果没有闻到烤肉的味道也没有觉得体温升高太多的话，就不用担心电磁辐射的伤害。尽管说从物
低频电磁场对骨骼愈合的作用
低频电磁场对骨骼愈合作用综述 自从1977年Bassett等提出采用极低频电磁场(extremely low frequency electromagnetic fields，ELFEMF)治疗骨不连，并在临床上取得满意的效果以来，ELFEMF 对骨组织的作用一直受到相关学者的重视。近年来，有关实验研究和临床应用的资料相继问世，并且治愈了很多骨科疾病，所以，低频电磁场在生物学和医学领域中已成为一种重要的研究工具，而且也成为很有发展前途的一种理疗方法。本文就低频脉冲电磁场促进骨愈合方面进行综述。 1 低频电磁场 低强度脉冲电磁场，是指频率1—100 Hz，强度低于100 Gs的低频、低强度调制磁场，在保留静态磁场治疗作用的基础上，使磁疗辐射产生强度可调的交变脉冲动态磁场；动态磁场强度可从5 Hz到100 Hz范围内调节，充分发挥出各个频率磁场的磁疗作用；不同的电磁场强度和频率有不同的生物效应。对骨代谢中成骨作用较有影响的频率为75 Hz 以下，而在正弦磁场影响骨代谢的研究中发现当频率波动在15—35 Hz范围内时所诱导的成骨效应最明显。低频脉冲电磁场作用于骨组织，不产生热效应，而产生类似于流体机械塑形的作用，并通过不对称的宽幅脉冲影响许多异常的生物过程，进而改善骨骼、肌肉和其他系统的病理状态，抑制骨吸收，促进骨形成。 为利用脉冲电磁场发送人体生物波治疗骨质疏松是九十年代末开始临床使用。它采用高能抗谐振低频变化脉冲电磁场改变人体生物静电与改善生物场这一原理，作用于成骨细胞，促使细胞进行有丝分裂和成熟细胞的增生来治疗骨质疏松。 现代医学研究证明：电刺激能促进骨组织生长骨是具有压电效应的物质，当它受到机械压力后能将机械能转化为电能，产生应力电位J，负电能刺激新骨的形成。正常有生命的骨骼具有特定的生物电，即稳态电位，这种电位有特定的分布模式，骨折后能立即改变，骨折端电势最低，这种负电环境十分有利于骨折的愈合。骨的生物电现象与细胞代谢有关，若动物死亡，2 h就会消失。由于各种脉冲电会对人体产生一定的场强，场强出现场压，这种场压作用在骨头上，会使骨头的场强发生变化。人体骨头本身有一定的生物场，而且是一个稳定的生物场，一旦打破了这个生物场，用外界的生物场去刺激，就会改变局部生物场的变化，在能量和强度都可以控制的情况下，可以加速骨组织的生长，达到预防和治疗骨质疏松及治疗骨折的目的，与药物配合应用疗效更好。 2 生化指标的研究 血清骨钙素(bone gla protein，BGP)、碱性磷酸酶(alka—line phosphatase，ALP)和尿脱氧吡啶诺林(deoxypyridino—line，DPD)是常用的评价骨转化的生化指标。