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什么是电磁干扰?电磁干扰的入门知识

来源:电工天下   编辑:小电工发布时间:2016-06-24 15:48:37

什么是电磁干扰?

电磁干扰(EMI)的含义非常广泛,它是造成电子系统暂时或永久故障的原因,其根源既可能是相关系统所处的自然环境或人为电磁环境,也可能是通过接口电缆从其他设备馈入的意外感应电流和电压。
流经电子系统和电气系统的高频电流也可能导致电磁干扰。
如果系统设计上可承受操作环境中的电磁威胁,且不放射超过规定水平的电磁辐射,则该系统设计符合电磁兼容性标准。
若要保护每件设备,使其免受任何电磁干扰的威胁,其成本将非常高昂。
弄清所需防护水平,评估设备的操作电磁环境,这是设计的第一步。
电磁干扰(Electromagnetic Interference,EMI)是干扰电缆信号并降低信号完好性的电子噪音,EMI通常由电磁辐射发生源如马达和机器产生。
电磁干扰是人们早就发现的电磁现象,它几乎和电磁效应的现象同时被发现,1981年英国科学家发表“论干扰”的文章,标志着研究干扰问题的开始。
1989年英国邮电部门研究了通信中的干扰问题,使干扰问题的研究开始走向工程化和产业化。
电磁干扰EMI(Electromagnetic Interference),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”,电磁兼容指设备受到干扰后性能降低以及对设备产生干扰的干扰源这二层意思。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。
其次是“电磁”。电荷如果静止,称为静电。当不同的电位向一致移动时,便发生了静电放电,产生电流,电流周围产生磁场。如果电流的方向和大小持续不断变化就产生了电磁波。
电以各种状态存在,我们把这些所有状态统称为电磁。所以EMI标准和EMI检测是确定所处理的电的状态,决定如何检测,如何评价。
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电磁干扰的危害有哪些?
电磁干扰的产生及危害当不希望的电压和电流影响设备性能时,称之为存在电磁干扰,这些电压和电流可以通过传导或电磁场辐射对受害设备产生不期望的影响。

形成电磁干扰必须同时具备三个因素
(1)电磁干扰源,即“发射器”;
(2)对此种类型的干扰能量敏感的“接收器”;
(3)把能量从干扰源耦合到接收器上,并使系统性能明显恶化的媒质,或称耦合通道。“发射器(emitter)”是指电磁能量源,而“接收器(susceptor)”是指对电磁能量产生响应的设备。
从干扰源来分,电磁干扰可分为自然干扰源和人为干扰源。
自然干扰源包括地球上各处雷雨、闪电产生的天电噪声,太阳黑子爆炸和活动产生的噪声以及银河系的宇宙噪声。
人为干扰源是由机电或其它人工装置产生的电磁干扰,它包括:各种无线电发射机;工业、科学和医用射频设备;架空输电线、高压设备和电力牵引系统;机电车辆和内燃机;电动机、家用电器、照明器具及类似设备;信息技术设备;以及静电放电和电磁脉冲等。
随着科学技术和生产力的发展以及人民生活水平的提高,人为干扰源的种类不断增加,所产生的电磁干扰对环境的污染日益严重。
当前,人为干扰已成了电磁环境电平的主要来源。
从干扰的传播途径来分,电磁干扰可分为:传导干扰和辐射干扰。
沿导线传输的电磁干扰称为传导干扰。
电子系统内各设备之间或电子设备内各单元电路之间存在各种连线,这样就有可能使一个设备(或单元电路)的电磁能量沿着这类导线传输到其它设备和单元电路,从而造成干扰。
辐射干扰是指通过空间传播的电磁干扰。
干扰源的电路、输入输出信号电路和控制电路等导线在一定条件下都可构成辐射天线或接收天线。
若干扰源的外壳流过高频电流时,则此外壳本身也成为辐射天线或接收天线。
从电磁干扰的效果来划分,电磁干扰包括系统内部干扰和系统之间干扰两个方面。
电磁干扰对人类具有很大的危害性,主要表现为
(1) 对电子系统、设备的危害 强烈的电磁干扰可能使灵敏的电子设备因过载而损坏。
一般硅晶体管发射极与基极间的反向击穿电压为2~5V,很易损坏,而且其反向击穿电压随温度升高而下降。
电磁干扰引起的尖峰电压能使发射结和集电结中某点杂质浓度增加,导致晶体管击穿或内部短路。
在强射频电磁场下工作的晶体管会吸收足够的能量,使结温超过允许温升而导致损坏。

(2) 对武器装备的危害 现代的无线电发射机和雷达能产生很强的电磁辐射场。
这种辐射场能引起装在武器装备系统中的灵敏电子引爆装置失控而过早启动;
对制导导弹会导致偏离飞行弹道和增大距离误差;
对飞机而言,则会引起操作系统失稳、航向不准、高度显示出错、雷达天线跟踪位置偏移等。
(3) 电磁场对人体的危害
电磁辐射一旦进入人体细胞组织就要引起生物效应,即局部热效应和非热效应。
非热效应机理较复杂,有待于进一步探讨。热效应取决于辐射峰值功率,同时还与频率有关。
在1~3GHz范围内热效应最为严重,生物效应吸收的能量可达入射能量的20%~100%。而在其它频率范围内,生物效应吸收的能量为入射能量的40%左右。不同频率的电磁辐射对人体的危害程度并不一样。
对低于1GHz的辐射,皮肤组织感觉迟钝,能量渗透性强,易产生深部组织受热而损伤。
对1~3GHz的辐射,人体表面组织和深部组织都会吸收能量,如眼球和内组织极易损伤。
电磁场的热效应可使人体温度升高,人体超过正常体温时,新陈代谢和氧气的需要量很快增加,例如温度升高。
在电磁环境中,电磁干扰造成的危害是各种各样的,可能从最简单的令人烦恼的现象直到严重的灾难。
在美国发生的两个例子,可以说明电磁干扰的严重性。
曾经有一个钢铁厂,由于起吊溶融钢水包的天车的控制电路受到电磁干扰,以致使一包钢水被完全失控地倾倒在车间的地面上,并且造成了人员伤亡。
另一个例子是,一个带有由生物电控制假肢的残疾人,驾驶一辆摩托车,途经高压送电线下方,由于假肢控制电路受到干扰而摩托车失控,导致了不应发生的灾难。当然,以上两例是比较突出的。
一些电磁干扰可能造成的危害
a) 扰电视的收看、广播收音机的收听。
在我国出现过由于塑料加工高频热合机干扰收看电视而引起居民与工厂的纠纷。
b)在数子系统与数据传输过程中数据的掉失。
c) 在设备、分系统或系统级正常工作的破坏。
d)医疗电子设备(例如:医疗监护议、心电起搏器等)的工作失常。
e) 自动化微处理器控制系统(例如:汽车的刹车系统、防撞气囊保护系统)的工作失控。
f) 导爆装置的工作失常。
g) 起爆装置的无意爆炸。
h) 工业过程控制功能(例如:石油或化工)的失效。
除以上所举的例子之外,强电磁场还会对生物体造成影响,一般认为其效应可以分为热效应与非热效应。
对于热效应,随着射频入射功率密度的逐渐增加,可出现血流加快、血液分布较少部位的局部体温升高、酶活性降低、蛋白质变性、心率改变甚至体温调节能力受抑制、局部组织受损直至死亡等等。而对于非热效应。
其影响就广泛得多。包括对中枢神经系统(如:对脑组织的代谢、脑组织的生物电等),对血液与免疫系统,对心血管系统、对生殖系统与胚胎发育的影响等等。
这些影响不仅仅反应在个体级、器官级而且影响到细胞级。由上可见,电磁环境的恶化,会导致多方面的后果。
开拓电磁兼容研究,加强电磁兼容管理,降低电磁骚扰,避免电磁干扰,是当务之急。
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