2010年環(huán)保師輔導(dǎo):電磁環(huán)境測量儀器

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電磁環(huán)境的測量按測量場所分為:作業(yè)環(huán)境、特定公眾暴露環(huán)境、一般公眾暴露環(huán)境的測量。按測量參數(shù)分為:電場強(qiáng)度、磁場強(qiáng)度、電磁場功率通量密度、無線電干擾等的測量。測量儀器根據(jù)測量目的分為:非選頻式寬帶輻射測量儀和選頻式輻射測量儀。
    (1)非選頻式寬帶輻射測量儀
    ①偶極子和檢波二極管組成探頭:這類儀器由三個長為2~10cm的正交偶極子天線,端接肖特基檢波二極管、RC濾波器組成。檢波后的直流電流經(jīng)高阻傳輸線或光纜送入數(shù)據(jù)處理和顯示電路;當(dāng) 時(D-偶極子直徑,—偶極子長度),偶極子互耦可忽略不計;由于偶極子相互正交,將不依賴場的極化方向;探頭尺寸很小,對場的振動擾動也小,能分辨場的細(xì)微變化。根據(jù)雙錐天線理論,求得偶極子等效電容 、電感 ;
    式中:—天線半徑;—偶極子截面積;—偶極子實際長度。
    由于偶極子天線阻抗呈容性,輸出電壓是頻率的函數(shù):
    式中:—角頻率,—頻率;—天線縫隙電容和負(fù)載電容;—負(fù)載電阻。
    當(dāng)三副正交偶極子組成探頭時,它可以分別接收 三個方向場分量,經(jīng)理論分析得出:
    式中:—檢波器引入的常數(shù);—偶極子與高頻感應(yīng)電壓間比例系數(shù);—分別對應(yīng)于 三個方向的電場分量;—待測場的電場矢量。
    為待測場的厄米特(Hermitian)幅度??梢?,用端接平方律特性二極管的三維正交偶極子天線,總的直流輸出正比于待測場地平方,而功率密度亦正比于待測場的平方,因此經(jīng)過校準(zhǔn)后, 的值就等于待測電場的功率密度。如果電路中引入開平方電路,那么 值就等于待測電場強(qiáng)度值。偶極子的長度應(yīng)小于被測頻率的半波長。
    ②熱電偶型探頭:采取三條相互垂直的熱電偶結(jié)點陣作電場測量探頭,提供了和熱電偶元件切線方向場強(qiáng)平方成正比的直流輸出。待測場強(qiáng)為 ,與極化無關(guān)。沿 三個方向分布的熱電偶元件尺寸應(yīng)小于工作頻率波長的1/4.避免諧振。
    ③磁場探頭:由三個相互正交環(huán)天線和二極管、RC濾波元件、高阻線組成,從而保證其全向性和頻率響應(yīng)。環(huán)天線感應(yīng)電勢為:式中:N—環(huán)匝數(shù);b—環(huán)半徑;H—待測場的磁場強(qiáng)度。
    為了確保環(huán)境監(jiān)測的質(zhì)量,應(yīng)對這類儀器電性能提出基本要求:各向同性誤差dB;系統(tǒng)頻率響應(yīng)不均勻度dB;靈敏度0.5V/m;校準(zhǔn)精度dB 。
    (2)選頻式輻射測量儀
    這類儀器用于環(huán)境中低電平電場強(qiáng)度、電磁兼容、電磁干擾測量。除場強(qiáng)儀(或稱干擾場強(qiáng)儀)外,可用接收天線和頻譜儀或測試接收機(jī)組成的測量系統(tǒng)經(jīng)校準(zhǔn)后,用于環(huán)境電磁輻射測量。
    ①場強(qiáng)儀(干擾場強(qiáng)儀):待測場的場強(qiáng)值:
    式中:K—天線校正系數(shù),為頻率的函數(shù),可由場強(qiáng)儀的使用說明文件查得。
    當(dāng)被測場是脈沖信號時,不同帶寬對應(yīng)的值不同。此時需要歸一化于MHz帶寬的場強(qiáng)值,即:式中:BW—選用帶寬,MHz;K、L值查表可得;—場強(qiáng)儀讀數(shù)。
    測量寬帶信號環(huán)境輻射峰值場強(qiáng)時,要選用盡量寬的帶寬。相應(yīng)平均功率密度為:
    式中: ——脈沖信號占空比, 和可以方便地計算出來。
    ②頻譜儀測量系統(tǒng):測量系統(tǒng)工作原理和場強(qiáng)儀一致,只是用頻譜儀作接收機(jī),此外頻譜儀的dBm讀數(shù)須換算成對50 系統(tǒng),場強(qiáng)值為:
    ③微波測試接收機(jī):用微波接收機(jī)、接收天線也可以組成環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)??鄢娎|損耗,功率密度可按下式計算: 式中: —天線增益(倍數(shù)); —工作波長,cm; —數(shù)字幅度計讀數(shù),dBm; ——0dB輸入功率,dBm。
    用于環(huán)境電磁輻射測量的儀器各類較多,凡是用于EMC(電磁兼容)、EMI(電磁干擾)目的的測試接收機(jī)都可用于環(huán)境電磁輻射監(jiān)測。專用的環(huán)境電磁輻射監(jiān)測儀器,也可用上面介紹的方法組成測量裝置實施環(huán)境監(jiān)測。