導語：如何才能寫好一篇電磁輻射的基本原理，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公文云整理的十篇范文，供你借鑒。

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關鍵詞：礦井煤巖破裂；探測技術

1 引言

煤礦采礦活動造成地下巖體應力的重新分布和巖體的破裂損傷，伴隨著采動的影響，將會誘發(fā)礦山煤巖體的震動破壞（即礦震或沖擊）。煤礦煤巖動力災害的發(fā)生往往與人工開挖過程具有特定的聯(lián)系，例如：采動損傷造成煤巖體內(nèi)部積聚的大量能量瞬間釋放，將會導致沖擊礦壓；采動損傷極大地改變圍巖的滲透性，將會導致頂板、斷層帶或底板突水事故；采動損傷造成煤巖體的卸壓以及松散，將會導致煤與瓦斯涌出（突出），甚至發(fā)生瓦斯爆炸災害，這些災害事故隨著開采深度增加日益嚴重。煤礦采場圍巖空間破裂形態(tài)與應力場的關系，是預測和控制沖擊地壓、礦井突水、煤與瓦斯突出以及頂板整體冒落等礦井災害的基礎。因此，探究煤巖破裂的機理和煤巖破裂的探測技術十分重要。

2 煤巖破裂及其動力災害發(fā)生原理

裂紋的擴展開始是零星和隨機的，隨著應力變形的增加，裂紋不斷擴展和連通，而且逐漸集中在某一局部范圍；當應力達到煤巖體峰值強度以后的階段，煤巖體的破壞方式為剪切滑移，而且破壞集中在局部區(qū)域；針對沖擊礦壓與突出的發(fā)生需要滿足能量條件、剛度條件和沖擊傾向性條件。煤礦中，煤層、底板、頂板構成一個平衡系統(tǒng)。其中頂?shù)装宓膹姸染让簩拥拇螅颐后w是開采的對象，故在壓力作用下，煤體極易遭到破壞，如果是穩(wěn)定破壞，則表現(xiàn)為煤柱的變形、巷道的壓縮等，如果是非穩(wěn)定破壞，則表現(xiàn)為沖擊礦壓或突出（即煤層沖擊）。

3 煤巖破裂探測技術的分析

煤巖災害動力現(xiàn)象的發(fā)生過程，或者結構材料的失穩(wěn)破壞，實際上是一種能量釋放的物理或化學過程，通過檢測聲波、聲發(fā)射，電磁輻射、地電或溫度變化規(guī)律，就可以對其變形破裂過程和特點進行分析與預測。

3.1 煤巖破裂的聲波探測。采用聲波技術來評價開采引發(fā)的采礦動力危險（沖擊地壓、煤和瓦斯突出），其基本原理是沖擊礦壓等采礦動力危險是巖體中的應力造成的，與巖體的物理力學特性有關，而巖體中的應力分布狀態(tài)與巖體的物理力學參數(shù)和聲波的分布有關。聲波測量的基本參數(shù)是不同類型的地震波的傳播速度，以及在阻尼系數(shù)的影響下，振幅和能量的變化。

上述聲波的參數(shù)，特別是地震波的傳播速度與巖體中的應力應變狀態(tài)有很大的關系。巖體中重要的礦山壓力參數(shù)為裂隙率。巖體的破壞過程伴隨著裂隙區(qū)域的變化，對應聲波參數(shù)的變化及范圍的變化，那么就可以通過測量波速來辨別。

3.2 煤巖破裂的聲發(fā)射探測。巖石在荷載作用下發(fā)生破壞，主要與裂紋的產(chǎn)生、擴展及斷裂過程有關。裂紋擴展，造成應力弛豫，貯存的部分能量以彈性波的形式突然釋放出來，產(chǎn)生聲發(fā)射（Aeoustlc Emis-sion）。巖石的每一個聲發(fā)射信號都反映巖石內(nèi)部缺陷性質(zhì)的豐富信息，對這些信息加以處理分析和研究，可以推斷巖石內(nèi)部的形態(tài)變化。

巖石聲發(fā)射研究的目的是確定巖體中的應力狀態(tài)以及預測采掘面及周圍巖體突然、猛烈的破壞。如沖擊礦壓、煤和瓦斯突出、垮落等。

聲發(fā)射法是以脈沖形式記錄弱的、低能量的地音現(xiàn)象。其主要特征是頻率從幾十到至少2000Hz或更高，能量低于100J，下限不定，振動范圍從幾米到大約200m，甚至更多。

采礦聲發(fā)射方法主要用來確定在掘進的巷道或正在回采的工作面的沖擊礦壓危險，采用的方法主要有站式連續(xù)監(jiān)測和便攜式流動地音監(jiān)測。用來監(jiān)測和評價局部震動的危險狀態(tài)及隨時間的變化情況。主要記錄聲放射頻度（脈沖數(shù)量）、一定時間脈沖能量的總和、采礦地質(zhì)條件及采礦活動等，

3.3 煤巖破裂的電磁輻射探測。煤巖體裂紋擴展時，處于裂紋尖端表面區(qū)域中在應力誘導極化作用下積聚大量正負電荷，裂紋尖端表面區(qū)域的擴展運動、電荷的遷移過程以及破壞停止后正負電荷的快速中和過程均會伴隨電磁輻射效應。煤巖剪切摩擦過程微觀上是破壞過程，同樣也會伴隨電磁輻射效應。因此，承載煤巖在微觀上非均勻應力作用下的變形及破裂過程必然伴隨著電磁輻射效應。煤體中應力越高，變形破裂過程越強烈，電磁輻射信號越強，其主頻帶也越高。

地層中的煤巖體未受采掘影響時，基本處于準平衡狀態(tài)。當掘進或回采空間形成后，周圍煤巖體失去應力平衡，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，發(fā)生變形或破裂，以向新的應力平衡狀態(tài)過渡，即發(fā)生變形或破裂，從而產(chǎn)生電磁輻射。即使當采掘空間或巷道周圍煤巖體處于基本穩(wěn)定狀態(tài)時，由于煤巖體仍然承受著上覆巖層的應力作用，此時工作面煤體處于流變狀態(tài)，同樣會產(chǎn)生電磁輻射。

煤體受載破裂時，其聲發(fā)射信號的頻譜不是一成不變的，而是隨載荷及變形破裂過程而發(fā)生變化，基本上是隨著載荷的增大及變形破裂過程的增強，聲發(fā)射信號增強，主頻帶增高。因此，可將聲發(fā)射技術應用于預測預報煤巖動力災害、研究煤巖體等材料的破裂過程。

3.4 煤巖破裂的地電探測。采礦電法是利用巖石電特性的變化來解決頂板、地質(zhì)及采場技術的問題。

其探測方法有電阻法和雷達法兩種。在電阻法中，主要是測量巖體的電阻及其隨時間變化的規(guī)律，測量電阻可以獲得采礦影響下巖體結構及變化信息。雷達法是屬于電磁波傳播的方法之一，其物理基礎是利用電磁波傳播和阻尼與巖體結構和性能之間的關系，這種波的傳播就像地震波的傳播一樣。電磁波正傳播途中遇到電介質(zhì)不同的邊界會反射回來，形成反射波。根據(jù)反射波傳回的時間和速度可對邊界定位，從而可以探測煤巖體的破裂及裂隙等。

3.5 煤巖破壞的紅外溫度探測。紅外遙感對物質(zhì)的溫度十分敏感，在軍事和國民經(jīng)濟的諸多部門得到了廣泛的應用，取得了巨大的效果。紅外遙感目前探測的物理量主要是物質(zhì)的紅外輻射溫度。

煤柱承載直到屈服破壞是一個動力過程；煤爆、煤巖與瓦斯的突出也是一個動力過程；煤層頂板運動破壞也是一個動力過程，它們在地應力和采動應力的共同作用于產(chǎn)生移動變形，并會引起煤巖內(nèi)部結構的物理化學變化，其中必然包括能量的轉(zhuǎn)移和電子的躍遷。那么，作為電磁輻射之―的熱紅外輻射溫度的特征變化必然反應上述物理化學過程，并提供一些前兆信息。

4 結束語

總之，目前應用較為廣泛的煤巖破裂探測方法有聲波法、聲發(fā)射法和電磁輻射法，這些測試方法不受人工和工作面煤巖體分布均勻及穩(wěn)定的影響，預測準確率高，成本低，不需打鉆，對生產(chǎn)影響小，預測費用大幅度降低。其中電磁輻射法真正實現(xiàn)了非接觸預測，而且這些方法能夠連續(xù)監(jiān)測采掘工作面的煤巖體活動，但是由于使用的探頭需要和煤巖體耦合，這給探測帶來了誤差。地電法中的雷達（地質(zhì)雷達）法也有一定的應用，但是地下巖層包含黏土、水和鹽類物質(zhì)的這些特性，顯著減小了雷達的穿透能力，因而有待于進一步的改進。 近年來，紅外溫度探測法雖然有了很大的發(fā)展，但是輻射衰減以及其他輻射源的干擾仍然是面臨的新問題，還需要進一步的探索。

參考文獻：

[1]孫玉成，煤巖破裂產(chǎn)生的沖擊破壞及其探測技術，《煤炭科技》雜志，2009、11

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關鍵詞：防輻射服裝；應用現(xiàn)狀；電磁波；防輻射材料

中圖分類號：J523.5 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2009）01-0014-02

隨著經(jīng)濟和物質(zhì)文化生活水平的提高，琳瑯滿目的家電產(chǎn)品和手機成為我們生活中必不可少的一部分，在這些大小家電的使用過程中，看不到、摸不著又令人防不勝防的“電磁輻射”成為人們生存環(huán)境中新的威脅，被稱為“電磁污染”。這類污染對不同的人群產(chǎn)生著不同的危害，兒童和孕婦更是對“電磁污染”敏感人群。常期處于電磁污染中的兒童，會造成小兒智障、抵抗力差、視力下降、造血功能障礙甚至癌癥的發(fā)病率提高；常期遭受電磁輻射的孕婦，容易產(chǎn)生胎兒畸形、先天性疾病或死胎。所以，防輻射越來越為世人重視。

一、防輻射服裝的研究和應用現(xiàn)狀

（一）國外研究現(xiàn)狀

英國、日本、加拿大、瑞典、美國、德國、法國、韓國等發(fā)達國家從上世紀20年代、40年代就開始進行特種防護服裝與織物的研究。60年代國際上制定出電磁輻射防護標準后，電磁輻射屏蔽材料隨之出現(xiàn)。最早的防護材料是金屬絲和服飾混編織物，其后出現(xiàn)了金屬纖維混紡織物、電鍍織物、化學鍍織物等。以上材料均以反射為主，存在環(huán)境二次污染，且不適于穿著。到了80年代，美國北美航空公司研制成功為保護生物力量防止雷達探測被發(fā)現(xiàn)的防護衣和頭盔，這種防護衣與頭盔系由微波吸收材料制作。日本等國研究開發(fā)了用不銹鋼軟化纖維與植物纖維混紡織成的屏蔽織物，制成屏蔽服裝用在微波防護上，比如雷達防護服等。80年代后期到90年代初期，英國、法國、德國、瑞典、美國、臺灣等國家和地區(qū)，為防止家用電器的輻射危害，諸如微波爐、電磁爐、電腦、電熱毯、吸塵器等對人體特別是孕婦與少年兒童的影響，掀起了主婦穿屏蔽圍裙、屏蔽大褂以及青少年穿屏蔽馬甲、屏蔽西服的熱潮。從此防電磁輻射屏蔽服裝走進家庭，成為民用服裝。90年代，日本、韓國又開始了導電纖維的開發(fā)工作。到了90年代中期，日本率先研制成功金屬化纖維在普通織物纖維基礎上進行硫化銅處理，使其具有抗靜電、殺菌作用。日本已用此種纖維織物制作高檔襯衣上市，售價高達每件4000元人民幣，推廣困難。世界上許多國家已經(jīng)瞄準了抗靜電、防電磁輻射、殺菌等功能特種防護服裝民用化市場，正在組織力量進行深入研究。

（二）國內(nèi)研究現(xiàn)狀

在我國，北京勞動保護科學研究所于上世紀60年代開始研究電磁輻射防護服，70年代正式生產(chǎn)銅絲與柞蠶絲混紡布制成的屏蔽服。70～80年代該所研制成功并生產(chǎn)了微波吸收防護物的研究，研制成功不銹鋼軟化纖維織物與服裝、特殊工藝鍍膜屏蔽織物與服裝，并開始裝備從事雷達、微波加熱、微波理療、衛(wèi)星地面站、微波通訊等系統(tǒng)操作的人員，受到普遍歡迎。

二、國內(nèi)市場常見防輻射材料

（一）多離子電磁屏材料

多離子織物是當今國際最先進的第六代屏蔽電磁輻射材料，是目前屏蔽低、中頻段電磁輻射最先進的民用防護材料。多離子織物經(jīng)精紡加工，具有柔軟舒適、色澤均勻、除臭抗菌性強、耐洗、耐磨、耐氣候、使用壽命長等優(yōu)點，由其制作的防護服與僅具有可靠的安全防護性，同時具有優(yōu)良的服用性。

多離子織物采用目前國際最先進的物理和化學工藝對纖維進行離子化處理。該產(chǎn)品以吸收為主，將有害的電磁輻射能量通過織物自身的特殊功能轉(zhuǎn)變成熱能散發(fā)掉，從而避免了環(huán)境二次污染，凈化了空氣。由于織物中含有大量金屬陽離子，可起到殺菌除臭作用，對皮膚無刺激，有助人體表皮微循環(huán)；同時具有防靜電、防X射線及紫外線等功能。

目前投入產(chǎn)業(yè)化的主要有以生產(chǎn)服裝聞名的紅豆集團與科研單位聯(lián)手開發(fā)的高科技產(chǎn)品――多離子電磁屏蔽夾克衫該產(chǎn)品面料經(jīng)上海測試中心檢測，電磁輻射屏蔽衰減值達到99.4%，可有效防止因使用手機、電腦、復印機、電視機、微波爐等電子產(chǎn)品產(chǎn)生的電磁波對人體的危害。該產(chǎn)品可廣泛用于勞動保障部規(guī)定的59個需要作電磁防護行業(yè)的工種，還可運用于軍隊的保密、偽裝等領域。上海利昂高科技有限公司也有類似產(chǎn)品推向市場。

（二）金屬絲與纖維混合物

金屬纖維織物，利用服裝內(nèi)金屬纖維構成的環(huán)路產(chǎn)生感生電流，由感生電流產(chǎn)生反向電磁場進行屏蔽，主要是反射電磁波為主。采用金屬纖維與純棉纖維混紡工藝，也就是把金屬絲抽成纖維狀，在面料內(nèi)部形成網(wǎng)狀結構。當前市面上的金屬纖維織物，主要是由銅、鎳、鋁、不銹鋼或其它合金，甚至金或銀纖維，所用的金屬纖維直徑一般是4～8微米之間的中強型。

天津工業(yè)大學（原天津紡織工學院）研制成功利用金屬絲不經(jīng)化學整理而具有多種功能的婦女用乳罩支撐材料，這種材料融抗靜電、抗菌、防微波輻射為一體。其靜電效果經(jīng)國家棉紡織品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心檢測，織物的電荷密度為1.6μC/cm2，最大值為2.32μC/cm2，其效果遠遠優(yōu)于日本靜電指南中最高值Q7μC/cm2的規(guī)定，達到國際先進水平。抗菌性：對大腸菌群、金黃色葡萄球菌、溶血性鏈球菌、綠膿桿菌、傷寒桿菌等細菌具有很好的抗菌性，抑菌率在96%以上。

（三）HTCU特種纖維材料

HTCU特種纖維材料由上海華天電磁波防護材料有限公司研制生產(chǎn)。HTCU特種纖維通過特種處理后，在纖維表層、中層和局部深層形成一種金屬成膜薄層的有機導電型纖維。HTCU具有以下主要功能：

1．優(yōu)良的電磁輻射屏蔽功能：有效地吸收電磁波，消除電磁波輻射的傷害。

2．良好的抗靜電功能：在正負電荷帶電物體與HTCU織物接近時，會產(chǎn)生相反電荷將靜電消除。

3．抑菌抗臭功能：對金黃色葡萄球菌、肺炎桿菌、大腸桿菌及綠膿桿菌有抑制和防擴散作用；對氨水、三甲氨、硫化氨、甲硫醇等惡臭有消除作用。

4．特殊用途的防護和標識物：精密設備、軍事設備等防護材料；搜索識別目標等。

（四）化學鍍金屬織物

采用化學鍍法制備具有電磁屏蔽性能的聚酯類化纖織物[1]?；瘜W鍍作為一種優(yōu)良的表面金屬化處理技術，已應用在織物功能整理領域。[2]

（五）金屬化合物與纖維混合物

眾所周知，金屬化織物屏蔽電磁波，其作用是將電磁波過濾、吸附或反射使之減弱此外，金屬化織物還具有其他功能，如抗靜電、紫外線屏蔽和抗菌防臭等，因此，織物金屬化技術實為一種多功能工藝。

金屬化織物中最典型的產(chǎn)品是由金屬纖維或紗線織成的織物，這種產(chǎn)品確切地應稱謂金屬網(wǎng)，用于防昆蟲、特殊濾層，傳送網(wǎng)、防射頻和電磁波，以及導電織物等如用鉛纖維織成的織物，可作隔音及防X射線的圍裙等防護織物其次，由不銹鋼等金屬纖維與其他纖維混紡織成的織物，這類產(chǎn)品有良好的導電性和屏蔽性，用于高凈室空氣過濾材料和計算機的遮蓋材料等。

三、結語

通過以上分析可知，隨著人們生活水平的日益提高，健康越來越成為們關注的話題。隨著防輻射材料的不斷發(fā)展，不斷研究并推出服用性、防輻射性能具佳的防輻射服裝已成為必然。

參考文獻

[1]杜寧，等．化學鍍法制備電磁屏蔽聚酯織物的研究[J]．北京化工大學學報：自然科學版，2007，3（3）．

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關鍵詞：天線；電波傳播；實驗教學；多媒體；教改實踐

中圖分類號：G632.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2012）05-0024-03

引言：

《天線與電波傳播》課程是通信工程專業(yè)的一門必修課程，也是電磁場理論的后續(xù)專業(yè)基礎課。在該課程的教學過程中，筆者發(fā)現(xiàn)學生的學習興趣普遍不高，對基礎理論的推導有畏難情緒，無法正確把握該課程在無線通信中的重要地位。筆者嘗試開展天線測量實驗，利用多媒體動畫三維顯示的方法來激發(fā)學生的學習興趣，提高了學生對天線和電波傳播知識的認知能力，取得了較好的教學效果?，F(xiàn)就該課程的基本情況和所做的教改實踐加以介紹。

1 天線與電波傳播課程特點

該課程圍繞天線與電波傳播兩大內(nèi)容展開，在無線通信系統(tǒng)中分別起到發(fā)射/接收和傳播的作用。該課程的先修課程為電磁場與波，需要學生預先具備電場、磁場、電磁輻射的基礎理論知識。與電磁場與波課程相比，該課程注重理論與實踐相結合。在天線基礎理論和電波傳播基本分析方法的基礎上，該課程講授各種主要類型的線天線、面天線和各種電波傳播方式。在此基礎上，講授“地面移動通信中接收場強的預測”這一實際應用問題。

本課程的內(nèi)容包括多種類型的天線形式及其輻射特性分析方法，內(nèi)容比較廣泛，理論性較強。該課程要求學生能夠熟練運用電磁輻射傳播理論和矢量代數(shù)運算方法解決天線輻射和電波傳播中的具體問題。

2 實驗教學實踐

為改善教學效果，筆者嘗試運用天線測量實驗和多媒體動畫演示等方法激發(fā)學生的學習興趣，將天線輻射特性分析的基本概念融合到具體的測量實驗中，同時利用多媒體的三維動態(tài)顯示手段，加深學生對天線輻射特性和電波傳播基礎知識的理解。

2.1天線測量實驗教學

筆者所在學院建立了“電磁場與波和天線原理”實驗室，實驗室配備了場強儀、矢量網(wǎng)絡分析儀、八木天線、振子天線、對數(shù)周期天線、RFID天線等儀器設備。筆者運用這些設備開展了天線輻射特性的測量、天線輸入阻抗和駐波比的測量等實驗項目。

在天線輻射特性測量實驗中，學生將八木天線固定在三腳架上，輸出端連接場強儀，通過轉(zhuǎn)動八木天線來測量周圍空間的電磁波信號，讀取場強儀上的場強值，通過換算再繪制八木天線的方向圖。在該實驗的進行過程中，首先讓學生建立起復雜電磁環(huán)境的概念。隨著現(xiàn)代通信技術的飛速發(fā)展，各種類型的通信設備研制并投入使用，使得各種制式、各個頻段的電磁波信號在空間輻射傳播，構成了空間的復雜電磁環(huán)境，自由空間中存在著多種多樣的電磁信號。其次，加深學生對頻段這一概念的理解。待測信號為移動電視信號，需要將場強儀上的頻率值調(diào)諧到移動電視信號的頻率上才能正確接收并讀取數(shù)據(jù)。有的實驗小組就自主地將實驗設備移至空曠的區(qū)域，獲得了較好的實驗結果。此外，在進行該實驗的過程中，筆者強調(diào)了極化、E面方向圖、阻抗匹配的基本概念，使學生將理論知識與實驗操作相結合，加深了對電磁波輻射傳播基本概念的理解。

在天線輸入阻抗和駐波比測量實驗中，筆者首先簡要講解了矢量網(wǎng)絡分析儀的基本原理，介紹了微波網(wǎng)絡的基礎知識，引導學生將天線視為一個單端口器件。該單端口器件與外部電路構成發(fā)射（接收）模塊，與傳輸媒質(zhì)（空氣）共同構成無線通信的信號鏈路。然后結合實際操作講解了矢量網(wǎng)絡分析儀的校準方法，并指導學生動手對多種類型的天線進行測量。在測量的過程中，學生發(fā)現(xiàn)如果將測試頻率設置為默認的300kHz-3GHz頻率范圍，則測量結果（輸入阻抗、駐波比）在整個頻率范圍變化很大。此時，筆者引導學生與課堂教學中的理論知識相對應。課堂教學中，通過理論推導獲得了對稱振子的輸入阻抗表達式。該表達式是關于振子長度、半徑、波數(shù)和工作波長的函數(shù)。在不同的工作頻率上，輸入阻抗的值是不同的。此處學生通過實測結果加深了這一概念，引導學生深入理解天線工作頻率的意義。在測量過程中，有的學生直接用手握住天線的輻射端，造成測試數(shù)據(jù)不穩(wěn)。筆者及時加以指導，結合課堂教學中的天線近/遠場概念和天線輻射的基本原理引導學生思考這一現(xiàn)象的原因。

在實驗教學環(huán)節(jié)，學生表現(xiàn)出了濃厚的學習興趣和強烈的求知欲。在做實驗的過程中，筆者不斷加以引導，使其將理論知識與實踐結果相聯(lián)系，深化學生對基礎理論的理解，取得了很好的教學效果。

2.2多媒體輔助教學

《天線與電波傳播》課程以電磁信號的有效輻射接收和傳播為主線，重點研究了典型天線的輻射特性和傳播媒介對電波傳播特性的影響。在課程教學過程中，學生們通常對電磁波極化、天線的E/H面方向圖、天線陣方向圖與陣元間距和相位差之間的關系等概念和內(nèi)涵難以理解和掌握。而教材中關于這些概念的講解圖示又局限在紙面的二維靜態(tài)顯示，加大了學生的理解難度。筆者充分利用多媒體教學手段，直觀展示了電磁波的輻射傳播過程，幫助學生們加深對這些物理概念本質(zhì)的理解和把握。

首先，運用Matlab編程軟件編輯了三維空間中左旋橢圓極化波在傳播過程中電場強度方向與傳播方向的相對位置關系，直觀顯示了電場強度矢量端點的橢圓運動軌跡，同時提示學生們注意電場強度方向和傳播方向的相互垂直特性。在此基礎上，引導學生自主思考右旋橢圓極化波和線極化波的電場強度矢量端點的運動軌跡。通過多媒體動畫演示的方式，形象直觀地描述了橢圓（圓，線）極化波的基本形態(tài)。通過課后作業(yè)和課堂提問，發(fā)現(xiàn)學生能夠正確理解并掌握電磁波極化這一物理概念。

其次，運用Matlab的三維可視化技術顯示了振子天線的立體三維方向圖。在課堂教學過程中，運用鼠標拖動實現(xiàn)該方向圖的旋轉(zhuǎn)，使得學生能夠從三維空間的各方向觀察到該方向圖的形狀。在此基礎上，演示了兩個相互正交的平面切割該立體方向圖，獲得E面和H面方向圖。電場強度矢量所在并包含最大輻射方向的平面為E面，磁場強度矢量所在并包含最大輻射方向的平面為H面。這種教學方式下，學生較易理解E面/H面方向圖的基本概念。

然后，編程實現(xiàn)了不同陣元間距和相位差情況下線陣方向圖的變化情況。隨著相位差由負到正變化，整個線陣的最大輻射方向也隨之從一端掃描到另一端。通過演示這個動畫，使得學生理解了相位控制波束形成的基本概念，這也正是相控陣的基本原理。通過交互式輸入線陣的間距、相位差等參數(shù)，實時直觀地顯示了線陣方向圖的形狀，學生可以直觀觀察出主瓣方向、旁瓣個數(shù)、主瓣寬度隨線陣參數(shù)的變化情況，將教材中數(shù)頁的實例分析用交互式動畫的方式直觀地演示了出來。

通過運用交互式多媒體的教學方式，實時直觀地顯示了電磁信號輻射和傳播的空間特征，加深了學生對電磁波空間參數(shù)的理解。學生普遍反映對這種教學方式更易接受，教學效果較好。

3 結束語

在《天線與電波傳播》的教學過程中，通過天線測量的實驗教學并充分利用多媒體教學手段和方法，筆者較好地激發(fā)起了學生的學習興趣，引導學生去獨立思考天線和電波傳播的相關知識，強化了課堂教學的基礎理論知識，取得了較好的教學效果。

參考文獻：

[1]宋錚，張建華，黃冶.天線與電波傳播[M].西安電子科技大學出版社，2003.

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1淵源與發(fā)展

《周易》是中國經(jīng)典文化的“原體”有“群經(jīng)之首”之稱,她通過卦的形象變化來尋求自然、人化的規(guī)律。生動的反映了中國古代樸素而豐富的辨證法思想,極大地深化了中華民族的理論思維。中醫(yī)學的理論體系是通過進取諸身、遠察諸物、取類比象的方法而建構的，這正是《周易》所創(chuàng),所以說醫(yī)源于易。明代張介賓的“醫(yī)易同源”論曰:“易者易也,具陰陽動靜之妙；醫(yī)者意也,合陰陽消長之機。雖陰陽已備于中醫(yī)學#而變化莫大于《周易》。故曰天人一理者，―此陰陽也；醫(yī)易同源者，同此變化也。豈非醫(yī)易相通,理無二致，可以醫(yī)而不知易乎？”醫(yī)易同源，不僅是指在世界觀、方法論上的一致，更重要的是指理論形態(tài)的合一。

中醫(yī)發(fā)源于先秦，其理論體系形成于戰(zhàn)國至秦漢,經(jīng)歷了三次發(fā)展，第一次出現(xiàn)于戰(zhàn)國到秦漢時期，此期《黃帝內(nèi)經(jīng)》的產(chǎn)生標志著以整體觀念為基本特征的中國醫(yī)學理論體系初步形成。該書基于秦漢以前的天文、歷法、氣象、數(shù)學、生物、地理等學科的重要成果，在氣一元論、陰陽五行學說指導下，總結春秋戰(zhàn)國以前的醫(yī)療成就和治療經(jīng)驗,確定了中醫(yī)學的理論原則，成為中醫(yī)學發(fā)展的基礎和理論源泉。《黃帝內(nèi)經(jīng)》與確立辨證論治原則的《傷寒雜病論》、系統(tǒng)總結藥物學的《神衣本草經(jīng)》以及《難經(jīng)》和《黃帝內(nèi)經(jīng)》被歷代一家奉為四大經(jīng)典，確立了中醫(yī)學獨特的理論體系。第二次為唐、宋、金、元時期，此期各種?？坪途C合性論著層出疊見，金元四大家學術思想各具特色，各有創(chuàng)見，均從不同角度豐富和發(fā)展了中醫(yī)學。第三次為明清時期，吳又可提出治療傳染病的學術見解，創(chuàng)立了溫病學說，與傷寒學說相輔相成，成為中醫(yī)治療外感熱病的兩大學說。此期，李時珍《本草綱目》問世，而清代王清任的《醫(yī)林改錯》標志著古典形態(tài)中醫(yī)學理論體系的成熟。

中醫(yī)學以“氣一元論”為指導思想，以藏象經(jīng)絡學說為核心，以陰陽五行學說為說理工具，說明人體的生理活動和疾病的病理變化;運用望、聞、問、切四診手段，診察病情；運用八綱、臟腑、經(jīng)絡、精氣血津、衛(wèi)氣營血“六經(jīng)”和“三焦”等多種辨證方法,根據(jù)病情表現(xiàn)，辨明疾病的癥候,確定相應的治則治法,采用中藥、針灸、推拿等多種治療手段治療疾病。在治療疾病時，強調(diào)因人制宜、因地制宜和因時制宜。

西醫(yī)源于古希臘文明，最早創(chuàng)造醫(yī)學體系的是愛奧尼亞地區(qū)柯斯島上的希波克拉底〔公元前460年左右），以他的名義流傳下來的著作集成《希波克拉底文集》是有關西醫(yī)的第一本著作。希波克拉底創(chuàng)建了體液理論，認為人身上有4種體液，即血液、黃膽汁、黑膽汁和黏液，這四種液體的流動維系著人的生命,它們相互調(diào)和、平衡，人就健康;如果平衡破壞,人就生病。希臘化時期，蓋倫（公元130-200年)總結了希臘醫(yī)學自希波克拉底以來的成就并基于大量的解剖實踐和臨床實踐，創(chuàng)立了自成體系的醫(yī)學理論。蓋倫的醫(yī)學理論在歐洲持續(xù)了一千多年直到文藝復興。

文藝復興迎來了西方科學技術的大發(fā)展，16-17世紀,維薩留斯通過人體解剖校正了蓋倫的人體生理結構，出版了偉大的著作《人體結構》》標志著解剖學的誕生。哈維等則發(fā)現(xiàn)血液循環(huán)理論,將物理學、化學的概念引入生物醫(yī)學中。顯微鏡的發(fā)明不但確立了“細胞”概念而且認識了微生物。18-19世紀，細胞學、實驗生理學、遺傳學、微生物學、免疫學等學科的建立標志著現(xiàn)代醫(yī)學的誕生。巴斯德滅菌法的發(fā)明使手術死亡率降到15%，而疫苗的發(fā)明使傳染病有效控制,標志著現(xiàn)代醫(yī)學走向成熟。20世紀抗生素和化學藥物的出現(xiàn)使現(xiàn)代醫(yī)學完全進入了實際應用時代。50年代,DNA雙螺旋結構的發(fā)現(xiàn),奠定了70年代基因工程技術的誕生,使在分子水平上進行生命的探索、操作和創(chuàng)造成為可能。西醫(yī)學發(fā)展達到了巔峰。

西醫(yī)學把人簡化為生物學客體,注重人的組織器官、細胞、分子屬性,是通過解剖尸體，用實驗做出生物學等指標來解釋人體的生命現(xiàn)象和規(guī)律。把人的疾病與健康問題還原為生物的、物理的、化學的問題。認為疾病是由某些生物、化學、物理等致病因子,對人體某一部分的損害,或人體缺乏某些必需物質(zhì)所致。因而一旦特定病因被查出來了,診斷便確立。治療上，西醫(yī)是依靠藥物等治療手段，針對致病因素進行對抗治療，強調(diào)消除人的病。

量子中醫(yī)學是中醫(yī)理論現(xiàn)代化的科研成果，它是基于在科學、哲學層面的充分比較中醫(yī)之氣與量子的本質(zhì)特性特征，提出“量子表征中醫(yī)之氣”的觀點，在此基礎上，利用量子理論、自組織理論、（耗散結構理論論)、特別是機體電磁輻射的相干性理論，揭示中醫(yī)理論的陰陽、五行、藏象、經(jīng)絡、天人相應、藥性等學說的科學內(nèi)涵。擬用量子理論等現(xiàn)論轉(zhuǎn)化中醫(yī)理論，建立現(xiàn)代的中醫(yī)診察和實驗研究體系。其基本思想是以整體觀和辨證唯物論為哲學思想，以量子理論等現(xiàn)代學科為理論基礎，基于機體電磁輻射場表征中醫(yī)人體之“氣”的觀點，運用微觀狀態(tài)的電磁輻射光（量子）輻射、能量（熱）等量子形式,研究闡述中醫(yī)理論關于人的健康與疾病轉(zhuǎn)化規(guī)律及其預防、診斷、治療、康復和保健的科學。概括的講，量子中醫(yī)學就是在機體電磁輻射層面研究人體健康與疾病轉(zhuǎn)化規(guī)律及其預防、診斷、治療康復和保健的一門學科。當然，量子中醫(yī)學目前還僅僅是個概念，形成一個完整學科還有很長的路要走，需要大量的理論和實驗層面的支撐。但隨著中醫(yī)理論科學內(nèi)涵的揭示，量子中醫(yī)學的雛形已經(jīng)形成。

2科學哲學觀

中醫(yī)學的哲學觀同中國古代哲學觀，為辨證、有機唯物主義，主要以取象思維為主。其方法論為思辨。中醫(yī)藥學是采用模型建構、整體認知、直覺觀測、動態(tài)把握的方法來看問題。其特點為：①整體觀，認為人體是一個有機的整體,構成人體的各個組成部分之間在結構上不可分割，在功能上相互協(xié)調(diào)、互為補充,在病理上相互影響。而且人體與自然界也是密不可分的，自然界的變化隨時影響著人體生理病理轉(zhuǎn)化,人類在能動的適應自然和改造自然的過程中維持著正常的生命活動。②功能性，中醫(yī)學在認識解剖形體的基礎上,特別重視人體的功能活動，常常從這一角度分析和認識人體的生命規(guī)律。③恒動性，中醫(yī)學認為人體是一個不斷發(fā)生著氣的升降出入運動而維系著形氣相互轉(zhuǎn)化過程的機體,人的生理和病理過程是機體氣的動態(tài)平衡和失衡的過程。

西醫(yī)學的哲學觀為機械唯物主義，以還原分析論為其方法論，其思維方式為邏輯思維，西醫(yī)學是采用物質(zhì)分析、數(shù)學定量、實驗實證的方法來看問題^其特點為①將人體視為各個零部件的組合。主要從病灶局部出發(fā)，用微觀的、分析物質(zhì)結構的方法及實驗手段，來研究和認識人體的病灶一一人的病。②注重結構忽視功能，以解剖學為基礎，著重研究人體的形體器官和化學構成，認為人是一臺機器,只有物理的關系，而沒有情感的融通。缺乏對人的整體生命的考察。③注重人體生理、病理的靜態(tài)、局部忽視其變化、動態(tài)及整體。

量子中醫(yī)學的哲學觀與中醫(yī)學相同，為有機、辨證唯物主義,其思維方式則以邏輯思維為主，方法論以還原、綜合并重。量子中醫(yī)學是中醫(yī)學理論框架下，利用量子理論等現(xiàn)論轉(zhuǎn)化構建而形成的。其特點與中醫(yī)學有諸多相同點,①整體觀,量子的通訊聯(lián)系性可以將具有電磁輻射的萬物聯(lián)系起來，具有整體觀外，量子組成的電磁場在宇宙的空間中伸延且沒有邊界，表現(xiàn)為整體性；量子的糾纏性、非定域性、超距作用等特性，更深刻的刻畫出量子的整體觀的屬性,②功能性,機體的量子是機體內(nèi)非分子型的通訊信使，機體電磁輻射是生命現(xiàn)象基礎特征，其形成的電磁輻射場具有高度相干性，與生命體系相互關聯(lián)，是調(diào)節(jié)生命功能和生命狀態(tài)的有效途徑。③恒動性，電磁輻射都是恒動的、永無靜止的。④量子可以通過基于光電效應的儀器，定量的測知機體輻射的量子的數(shù)目、頻率及量子統(tǒng)計，從而分析生物體系（如：人）的狀態(tài)。與中醫(yī)氣的可察性相比，量子的可測性更客觀更縝密，這是量子中醫(yī)學建立診察和實驗研究體系的基礎。

3支撐學科

中醫(yī)學的支撐學科是中國古代哲學，以中國古代哲學的陰陽學說、五行學說作為其思辨工具。這是目前唯一的不但以哲學作為其指導思想而且以哲學作為其說理工具的自然科學范疇的學科。造成了中醫(yī)理論抽象化、概念模糊化、診察方法主觀化,缺乏現(xiàn)代科學的清晰性、嚴密性和可證性等基本特征,使中醫(yī)的特色和優(yōu)勢沒有得到充分的發(fā)揮和顯現(xiàn),而且難以理解和掌握。

西醫(yī)學的支撐學科為16-19世紀發(fā)展起來的經(jīng)典物理學、化學等近代科學體系，西醫(yī)學以經(jīng)典的物理學、化學的基本原理和技術為基礎，建立了解剖學、生理學、病理學、藥理學、病原生物學等為基礎的醫(yī)學理論體系和診察及實驗研究體系,形成了西醫(yī)的生物醫(yī)學模式。具備現(xiàn)代科學的清晰性、嚴密性和可證性等基本特征。

量子中醫(yī)學的支撐學科是量子理論、自組織理論、機體電磁輻射的相干性理論以及電磁理論等現(xiàn)代科學體系。量子中醫(yī)學是用量子理論等現(xiàn)代科學轉(zhuǎn)化中醫(yī)學的陰陽五行、氣等哲學思辨工具形成的學科,是在機體電磁輻射層面上研究人體健康與疾病轉(zhuǎn)化規(guī)律及其預防、診斷、治療、康復和保健的，基于量子的強度、頻率及量子統(tǒng)計等建立起診察和實驗研究體系的。

綜上可見，中醫(yī)學、西醫(yī)學、量子中醫(yī)學的支撐基礎學科不同，決定了其研究層面不同，中醫(yī)學是以人體之“氣”這一抽象的物質(zhì)概念為研究對象,西醫(yī)學是以機體的器官、細胞、分子為其研究對象的，量子中醫(yī)學是以機體的量子、（電磁輻射）為研究對象的。

4臨床診治

中醫(yī)理論是基于“氣一元論”思想建立起來的，認為氣是世界的本原，整個宇宙都是由氣構成的，人的生理、病理轉(zhuǎn)變也是氣的使然,氣的陰陽平衡是衡量機體健康與否的標準尺度,氣的狀態(tài)是由醫(yī)者通過望診、聞診、問診、切診等四診之診察方法收集的資料、癥狀和體征，通過分析、綜合，利用八綱、臟腑、病因、病機等中醫(yī)基礎理論,辨清疾病的原因、性質(zhì)、部位，以及邪正之間的關系，概括、判斷為某種性質(zhì)的證即氣的狀態(tài)。然后根據(jù)辨證的結果，確定相應的治療方法如方劑、針灸、推拿等,這一過程中醫(yī)稱為辨證論治。

四診診斷方法依據(jù)有三條:①司外揣內(nèi)。意為通過觀察、分析病人的外部表現(xiàn),測知其體內(nèi)的病理變化。②見微知著,通過觀察局部的、微小的變化，測知整體的、全身的病變。人體是一個不可分割的有機整體,其任何一部分都與整體或其它部分密切聯(lián)系，因而局部可反映整體的生理、病理信息。③以常達變，即以正常的狀況為標準，通過對比發(fā)現(xiàn)太過或不及的異常變化。意為以健康人體的表現(xiàn)或狀態(tài)去衡量病人，即可發(fā)現(xiàn)病人的異常之處及病變所在，從而為做出正確的診斷提供線索和依據(jù)。

中醫(yī)主要應用源于天然的中藥和以疏通經(jīng)絡為主的各種非藥物治療，用中醫(yī)藥理論對藥物進行復方組合，對人體進行有重點的整體治療。在大量長期的臨床實踐中，先者們根據(jù)不同的癥候總結出大量的相應的藥方，這是我國勞動人民在社會實踐活動中的智慧結晶，有是證用是方是中醫(yī)的重要醫(yī)則。中醫(yī)主要是通過調(diào)整機體的狀態(tài)恢復患者的健康的，以治未病為主的,所以其治療的范圍有限。

西醫(yī)在診斷疾病過程中，根據(jù)臨床經(jīng)驗和理論知識,并借助于各種實驗儀器設備及檢查技術對疾病進行定性和定量分析。包括病因診斷、病理解剖診斷、病理生理診斷等方面。

西醫(yī)主要應用化學藥品和手術治療，消除病原體的侵襲和彌補機體的代償功能。隨著技術的發(fā)展,西醫(yī)治療還有放射治療，介入治療,透析治療，物理治療等等。在治療疾病的不同階段,西醫(yī)可能會采用一種治療方法,或一種方法為主同時采用多種治療方法。

西醫(yī)學的治療原理是針對病變的特異性病因、病理，運用藥物的化學作用性質(zhì)和方式,形成特異性地消除病因、糾正病理的治療。治療思想是針對病因、病理、病位以直接控制的逆施性對抗療法。治療手段的選擇和設計是以能夠特異地消除病因、糾正病理為標準，治療活動就是運用這種手段去消除病因、糾正病理的過程。隨著觀測技術的進步，越來越向更低的微觀層次深入，越來越趨向于在分子水平的層次上理解疾病和醫(yī)學現(xiàn)象。

量子中醫(yī)學是在傳統(tǒng)中醫(yī)的框架下，用量子理論轉(zhuǎn)化傳統(tǒng)中醫(yī)哲學內(nèi)容構建的，認為量子可以表征中醫(yī)之氣。其診斷方法是用生物光子分析系統(tǒng)或其他檢測生物超微弱發(fā)光、電磁、熱能等儀器檢測機體的量子行為，定量確定機體的狀態(tài),通過建立機體量子的行為與方劑、針灸等的定量數(shù)理關系，實施治療的。量子中醫(yī)學的治療方法和治療理念與傳統(tǒng)中醫(yī)學一樣，最大的區(qū)別在于量子中醫(yī)學實現(xiàn)治療的定量化，中醫(yī)學則是定性的。

5討論

中醫(yī)理論源于東方文明，西醫(yī)理論源于西方古希臘文明，量子中醫(yī)學卻是用源于西方文明的量子理論轉(zhuǎn)化來自東方文明的中醫(yī)理論而來的。他們有相同的目的性即抵御人的疾病保障人的健康。

中醫(yī)學是建立在人體之“氣是構成并維持人生命活動的最重要、最基礎的物質(zhì)”這一哲學抽象概念之上的，量子中醫(yī)學是建立在人體之“氣是機體電磁輻射場”這一具體物質(zhì)概念之上的，中醫(yī)學“氣”的概念是哲學層面的概念是徹底的、絕對的，量子中醫(yī)學“量子”的概念是物理層面的概念,是實在的、可定量檢測的。量子中醫(yī)學認為量子與氣具有同構性,而西方傳統(tǒng)的思想文化以原子和還原論為代表,認為“原子”是世界萬物的本原；量子中醫(yī)學是以中醫(yī)學為實踐基礎，以量子理論等現(xiàn)代科學為理論基礎建立的學科，同中醫(yī)學一樣強調(diào)人體生命的功能變化規(guī)律，西醫(yī)是以經(jīng)典的物理學、化學、生物學等近代科學為支撐建立的學科,強調(diào)人體生命的結構變化規(guī)律，強調(diào)征服自然。中醫(yī)學以中國古代哲學為支撐學科，以陰陽學說、五行學說等哲學思辨工具為其說理工具。中醫(yī)學和量子中醫(yī)學重視機體的整體性、恒動性、功能性,形神統(tǒng)一，西醫(yī)則重視臟器和細胞組織分析、強調(diào)局部、靜態(tài)、結構，排斥精神因素；中醫(yī)學重唯象研究，強調(diào)陰陽平衡，而量子中醫(yī)學和西醫(yī)學則重實證研究,注重實證分析、綜合。量子中醫(yī)學從機體電磁輻射層面研究人體;西醫(yī)學從分子水平研究人體，中醫(yī)學則從整體水平來研究人體的變化；中醫(yī)學的診斷擅長司外揣內(nèi)的功能觀察法，辨證邏輯和定性分析，量子中醫(yī)學和西醫(yī)學的診斷盡可能運用一切科學技術發(fā)明，以定量檢測為主；治療上中醫(yī)學和量子中醫(yī)學是以天然的中藥、針灸、拔罐等通過調(diào)整機體的狀態(tài)，調(diào)動機體的抗病潛能達到恢復健康的目的，并用多種藥物配伍，多種方法并用來提高療效,側(cè)重于治未病，西醫(yī)治病則主要是以化學藥物、手術等為主要工具，通過對抗局部病灶達到消除疾病的目的，側(cè)重于治已病。

量子中醫(yī)學剛剛形成，是基于中醫(yī)現(xiàn)代化研究的結果,其理論性實踐性都是初步的、尚未完善的#需要大量的長期的理論和實驗研究。中醫(yī)學和西醫(yī)學已分別誕生了兩千多年和四百多年，理論成熟,臨床實踐豐富。

篇5

1.量子通信的基本原理及發(fā)展

量子是對原子、電子、光子等物質(zhì)基本單元的統(tǒng)稱。量子通信（Quantum Teleportation）是指利用量子糾纏效應進行信息傳遞的一種新型的通信方式，是量子論和信息論相結合的新研究領域。量子通信主要涉及：量子密碼通信、量子遠程傳態(tài)和量子密集編碼等。

1.1量子通信的起源

量子通信起源于19世紀20年代的“量子糾纏”。在量子力學中，有共同來源的兩個微觀粒子之間存在著某種糾纏關系，不管它們被分開多遠，只要一個粒子發(fā)生變化，就能立即影響到另外一個粒子，即兩個處于糾纏態(tài)的粒子無論相距多遠，都能“感知”和影響對方的狀態(tài)，類似于人類的“心靈感應”。值得一提的是，盡管愛因斯坦最早注意到微觀世界中這一現(xiàn)象的存在，卻不愿意接受它，并把它斥之為“幽靈般的超距作用（spooky action at a distance）”，認為在量子力學的詮釋背后一定有著更根本的規(guī)律，它們才能正確、全面地解釋量子現(xiàn)象。

1.2量子通信的雛形

量子通信的概念是美國科學家貝內(nèi)特（C.H.Bennett）于1993年提出，即是由量子態(tài)攜帶信息的通信方式，利用光子等基本粒子的量子糾纏原理實現(xiàn)保密通信過程。量子通信的概念提出后，有6位來自不同國家的科學家基于量子糾纏理論，提出了利用衛(wèi)星網(wǎng)絡、光纖網(wǎng)絡等傳統(tǒng)信道與量子糾纏技術相結合的方法，實現(xiàn)量子隱形傳送的方案，即將某個粒子的未知量子態(tài)傳送到另一個地方，把另一個粒子制備到該量子態(tài)上，而原來的粒子仍留在原處，這就是量子通信最初的基本方案。量子隱形傳態(tài)不僅在物理學領域?qū)θ藗冋J識與揭示自然界的神秘規(guī)律具有重要意義，而且可以用量子態(tài)作為信息載體，通過量子態(tài)的傳送完成大容量信息的傳輸，實現(xiàn)原則上不可破譯的量子保密通信。

1.3量子通信的現(xiàn)狀

目前對量子通信的理論方案和實驗研究，主要集中于利用光纖信道和點對點的陸地無線光信道。在標準光纖信道中，2007年6月，一個由奧地利、英國、德國研究人員組成的小組，在量子通信研究中創(chuàng)造了通信距離144公里的紀錄。在點對點通信上，2008年，在《新物理學》（New Journal of Physics）雜志上，一支意大利和奧地利科學家小組宣布，他們首次識別出從地球上空1500公里處的人造衛(wèi)星上反彈回地球的單批光子，實現(xiàn)了太空絕密傳輸量子信息的重大突破。在多點通信上，2009年9月，中國科學技術大學潘建偉教授領銜的科研團隊，建成了3節(jié)點鏈狀16公里的自由空間量子信道，并在此基礎上建成了世界上首個全通型量子通信網(wǎng)絡，首次實現(xiàn)了實時語音量子保密通信，在23km的自由空間信道中，實現(xiàn)了基于單光子的量子密鑰分配；在600m的自由空間中實現(xiàn)了基于糾纏光子對的量子密鑰分配實驗。如果按照這種速度發(fā)展下去，量子通信預計在2020年之前就可以進入實用。

2.量子通信的主要特點

量子通信與成熟的傳統(tǒng)通信技術相比，具有以下主要特點：一是保密性強。量子密碼通信其實不在于密碼通信本身，量子密碼技術不是用于傳輸密文，而是用于建立傳輸密碼本。根據(jù)海森伯不確定性原理和量子不可克隆的特點，信息的量子比特或量子位一經(jīng)檢測，就會產(chǎn)生不可還原的改變，用量子位傳遞加密信息，若在到達預定接收者途中被竊取，預定接收者肯定能夠發(fā)現(xiàn)。再加上量子通信采用的是“一次一密”的加密方式，且絕對不會重復使用，確保了通信的保密安全。

二是隱蔽性高。量子通信利用單量子糾纏現(xiàn)象，使光子、電子甚至是原子之間能相互影響（制約），從而傳遞信息。當其中的一個量子發(fā)送信息時，它本身并不移動，也不用借助其他媒介，另一個相關量子自然會接收到這個信息，空間距離和中間介質(zhì)將不再成為通信的障礙。由于量子通信過程不存在任何電磁輻射，無論現(xiàn)有的無線電探測系統(tǒng)性能如何先進，對量子通信這種完全無“電磁”的通信目標，也是無能為力的。

三是應用性廣。由于量子通信過程與傳播媒質(zhì)無關，傳遞的過程不會被任何障礙阻隔，甚至量子隱形傳態(tài)過程中可穿越大氣層，所以說量子通信的應用非常廣泛，它既可以在太空中進行通信，又可以在海底等惡劣條件下通信，還可以在光纖等介質(zhì)中進行信息“傳遞”。應用到衛(wèi)星通信、深海通信、太空通信和光纖通信等領域的前景廣闊。

四是時效性高。由于量子通信時延為零，可以實現(xiàn)超光速通信，將極大地提高通信速度；量子通信具有空間遠距離、大容量、易組網(wǎng)等特點，可以用來構筑高速、大容量的通信網(wǎng)絡，用于高清晰度圖像、大容量、超高速數(shù)據(jù)的傳輸，便于建立量子因特網(wǎng)。

3.量子通信的應用前景

3.1建立全新衛(wèi)星通信網(wǎng)

由于單光子在現(xiàn)在的硅光纖和陸上自由空間中的傳輸距離受到了限制，使量子通信的距離目前只有百余公里，無法實現(xiàn)全球范圍意義上的量子通信。現(xiàn)在已經(jīng)得到廣泛應用的衛(wèi)星通信和空間技術，給全球范圍的量子通信提供了一種新的解決方案。即可以通過量子存儲技術與量子糾纏交換和純化技術的結合，做成量子中繼器，突破光纖和陸上自由空間鏈路通信距離短的限制，延伸量子通信距離，實現(xiàn)真正意義上的全球量子通信。

3.2構建超光速信息網(wǎng)絡

隨著量子通信技術的研究突破和日趨成熟，可以利用量子隱形傳態(tài)以及超大信道容量、超高通信速率和信息高效率等特點，建立有特殊需求的超光速量子通信網(wǎng)絡。利用量子通信網(wǎng)絡可實現(xiàn)大容量、高速率信息傳輸處理及按需共享，滿足信息綜合分析及輔助決策的需求。

3.3用于深海通信

目前岸基與深海之間的通信是采用長波通信方式，不僅系統(tǒng)龐大、設備造價高、抗毀性差，而且僅能實現(xiàn)海水下百米左右的通信。量子通信不同于傳統(tǒng)的“波”通信，在同等條件下，量子通信獲得可靠通信所需的信噪比，要比其他現(xiàn)有通信手段低30～40dB，加之量子通信的光量子隱形傳態(tài)與傳播媒質(zhì)無關，這為深海通信開辟了一條嶄新的途徑。

3.4用于隱蔽保密通信網(wǎng)

通信隱身的關鍵之一是要降低電磁輻射，而目前的無線電通信都要依靠電磁波傳輸信號，特別是遠程無線電通信需要輻射很強的電磁波，即使是激光通信，也要輻射很強的光波，而量子通信既無電磁波輻射，也無強光波輻射，且采用“一次一密”的加密方式，密碼具有“不可破特性”和“竊聽可知性”，從而確保了信息傳輸?shù)陌踩?，提高了信息保護和信息對抗能力。

篇6

關鍵詞：變頻器；電磁干擾；抗干擾

一、變頻器干擾的來源

首先是來自外部電網(wǎng)的干擾。電網(wǎng)中的諧波干擾主要通過變頻器的供電電源干擾變頻器。電網(wǎng)中存在大量諧波源如各種整流設備、交直流互換設備、電子電壓調(diào)整設備，非線性負載及照明設備等。這些負荷都使電網(wǎng)中的電壓、電流產(chǎn)生波形畸變，從而對電網(wǎng)中其它設備產(chǎn)生危害的干擾。變頻器的供電電源受到來自被污染的交流電網(wǎng)的干擾后若不加處理，電網(wǎng)噪聲就會通過電網(wǎng)電源電路干擾變頻器。供電電源的干擾對變頻器主要有：（1）過壓、欠壓、瞬時掉電；（2）浪涌、跌落；（3）尖峰電壓脈沖；（4）射頻干擾。

1、晶閘管換流設備對變頻器的干擾

當供電網(wǎng)絡內(nèi)有容量較大的晶閘管換流設備時，由于晶閘管總是在每相半周期內(nèi)的部分時間內(nèi)導通，容易使網(wǎng)絡電壓出現(xiàn)凹口，波形嚴重失真。

2、電力補償電容對變頻器的干擾

許多用戶都在變電所采用集中電容補償?shù)姆椒▉硖岣吖β室驍?shù)，在補償電容投入或切出的暫態(tài)過程中，網(wǎng)絡電壓有可能出現(xiàn)很高的峰值，其結果是可能使變頻器的整流二極管因承受過高的反向電壓而擊穿。

其次是變頻器自身對外部的干擾。變頻器的整流橋?qū)﹄娋W(wǎng)來說是非線性負載，它所產(chǎn)生的諧波對同一電網(wǎng)的其它電子、電氣設備產(chǎn)生諧波干擾。另外變頻器的逆變器大多采用pwm技術，當工作于開關模式且作高速切換時，產(chǎn)生大量耦合性噪聲。

（1）輸入電流的波形，變頻器的輸入側(cè)是二極管整流和電容濾波電路。顯然只有電源的線電壓ul大于電容器兩端的直流電壓ud時，整流橋中才有充電電流。

（2）輸出電壓與電流的波形，絕大多數(shù)變頻器的逆變橋都采用spwm調(diào)制方式，其輸出電壓為占空比按正弦規(guī)律分布的系列矩形式形波；由于電動機定子繞組的電感性質(zhì)，定子的電流十分接近于正弦波。

二、干擾信號的傳播方式

變頻器能產(chǎn)生功率較大的諧波，由于功率較大，對其它設備干擾性較強，其干擾途徑與一般電磁干擾途徑是一致的，主要分傳導（即電路耦合）、電磁輻射、感應耦合。

1、電路耦合方式，即通過電源網(wǎng)絡傳播。由于輸入電流為非正弦波，當變頻器的容量較大時，將使網(wǎng)絡電壓產(chǎn)生畸變，影響其他設備工工作，同時輸出端產(chǎn)生的傳導干擾使直接驅(qū)動的電機銅損、鐵損大幅增加，影響了電機的運轉(zhuǎn)特性。

2、感應耦合方式，當變頻器的輸入電路或輸出電路與其他設備的電路挨得很近時，變頻器的高次諧波信號將通過感應的方式耦合到其他設備中去。感應的方式又有兩種：a、電磁感應方式；b、靜電感應方式。

3、空中幅射方式，即以電磁波方式向空中幅射，這是頻率很高的諧波分量的主要傳播方式。

三、變頻調(diào)速的抗干擾對策

據(jù)電磁性的基本原理，形成電磁干擾（emi）須具備三要素：電磁干擾源、電磁干擾途徑、對電磁干擾敏感的。為防止干擾，可采用硬件抗干擾和軟件抗干擾。（1）所謂干擾的隔離，是指從電路上把干擾源和易受干擾的部分隔離開來，使它們不發(fā)生電的聯(lián)系。（2）在線路中設置濾波器的作用是為了抑制干擾信號從變頻器通過電源線傳導干擾到電源從電動機。（3）屏蔽干擾源是抑制干擾的最有效的方法。通常變頻器本身用鐵殼屏蔽，不讓其電磁干擾泄漏;輸出線最好用鋼管屏蔽，特別是以外部信號控制變頻器時，要求信號線盡可能短（一般為20m以內(nèi)），且信號線采用雙芯屏蔽，并與主電路線（ac380v）及控制線（ac220v）完全分離，決不能放于同一配管或線槽內(nèi)，周圍電子敏感設備線路也要求屏蔽。（4）正確的接地既可以使有效地抑制外來干擾，又能降低設備本身對外界的干擾。在實際應用中，由于電源零線（中線）、地線（保護接地、接地）不分、控制屏蔽地（控制信號屏蔽地和主電路導線屏蔽地）的混亂連接，大大降低了的穩(wěn)定性和可靠性。（5）采用電抗器。在變頻器的輸入電流中頻率較低的諧波分量（5次諧波、7次諧波、11次諧波、13次諧波等所）所占的比重是很高的，它們除了可能干擾其他設備的正常運行之外，還因為它們消耗了大量的無功功率，使線路的功率因數(shù)大為下降。在輸入電路內(nèi)串入電抗器是抑制較低諧波電流的有效方法。

四、結論

通過對變頻器應用過程中干擾的來源和傳播途徑的分析，提出了解決這些問題的實際對策，隨著新技術和新理論不斷在變頻器上的應用，重視變頻器的emc要求，已成為變頻調(diào)速傳動設計、應用必須面對的問題，也是變頻器應用和推廣的關鍵之一。變頻器存在的這些問題有望通過變頻器本身的功能和補償來解決。

參考文獻：

1、吳忠智,吳加林.變頻器應用手冊[M].機械工業(yè)出版社.

2、張燕賓.變頻器調(diào)速應用實踐[M]. 機械工業(yè)出版社.

篇7

在8月31日于北京舉辦的無線充電技術國際標準“Qi”首發(fā)儀式上,這個模仿無線充電過程的動作,讓人聯(lián)想到美國麻省理工學院的著名實驗:2007年6月,馬林•索爾賈?？祟I導的麻省理工學院研究團隊給一個直徑60厘米的線圈通電,點亮了2米之外連接在另一個線圈上的60瓦燈泡。

該實驗在美國《科學》雜志上發(fā)表后,引起巨大反響,使得電磁感應發(fā)電這項誕生于100多年前的技術,再度進入大眾視線,點燃了市場對無線充電技術的熱情。

Powercast、WildCharge和Powerbeam等多家專門從事無線充電產(chǎn)品開發(fā)的公司相繼浮出水面,馬林•索爾賈?？艘渤闪⒘艘患颐麨閃iTricity的公司,繼續(xù)推進無線充電技術的改進和商業(yè)化。

2008年12月17日,WPC應時而生。不過,與麻省理工學院的實驗方向不同,WPC認為遠距離無線充電沒有效率,倡導近距離電磁感應技術。

作為飛利浦公司標準化部門主管,WPC主席曼諾•特里夫斯希望將已經(jīng)在飛利浦電動牙刷上實現(xiàn)商用的無線充電技術,應用在更為普遍的設備和領域中。

技術比拼

“充電牙刷主要是應用電磁感應技術,而麻省理工大學的實驗來自電磁諧振原理。”中國科學院電工研究所前沿探索部顧問童建忠告訴《財經(jīng)國家周刊》記者,“一直應用于傳遞信息的無線電波,也是無線能量傳輸?shù)囊环N方式。利用天線實現(xiàn)發(fā)射和接收無線電波方式可實現(xiàn)80%以上的傳輸效率。此外,還可以靠激光束傳輸,但應用難點在于激光束需要有固定通道。”

不過,在目前無線充電主要的幾種方式中,最為常見的還是電磁感應技術?！邦愃朴趥鹘y(tǒng)的變壓器,通過初級和次級線圈的互感作用產(chǎn)生電流?！蓖ㄖ医榻B說,當兩個線圈距離很近時,其中一個產(chǎn)生的磁場分布,將在空氣中與另一個線圈勾連起來,感應出電動勢,實現(xiàn)功率的傳遞。

而當線圈間距逐漸增大時,磁場能量會隨距離的增加而衰減,傳輸隨之受到影響,直到不再發(fā)生感應。而利用電磁諧振原理,可在稍遠的距離上實現(xiàn)磁耦合,使得兩個振動頻率相同的物體之間高效地傳輸能量。

在實際的實驗中,馬林•索爾賈?？诵〗M還使用了諧振天線。當發(fā)射端通電時,并不會直接向外發(fā)射電磁波,而是在周圍形成一個非輻射的磁場,用來與接收端聯(lián)絡并激發(fā)諧振。一旦發(fā)射端與接收端頻率相同,就會形成一個諧振系統(tǒng),能量可以在系統(tǒng)內(nèi)部傳輸,而不會對外面的物體產(chǎn)生影響。這同時解決了傳輸能量時的損耗問題。

2007年的公開演示中,利用電磁諧振原理實現(xiàn)的無線充電效率只能達到40%。

2008年8月,在英特爾開發(fā)者論壇(IDF)上,約書亞•史密斯領導的研究小組向麻省挑戰(zhàn),將基于電磁諧振技術的無線充電傳輸效率提升到75%。而馬林•索爾賈?？艘搽S即宣稱已將傳輸效率提高到了90%,下一步研發(fā)目標將轉(zhuǎn)向縮小線圈體積,同時增加傳輸距離。

隨著無線充電成為技術比拼的擂臺,各種無線充電產(chǎn)品也成為各種消費電子展上的常客。從戴爾Latitude Z筆記本的無線感應充電基座,到微軟uPad無線充電板裝置;從Palm Pre手機無線充電底座,到海爾“無尾”概念電視。各大消費電子廠商都在嘗試引入無線充電功能。

而無論電磁感應還是諧振技術,得以實現(xiàn)的基石,都來自于邁克爾•法拉第在1831年發(fā)現(xiàn)的電磁感應理論,以及1890年尼古拉•特斯拉確立的無線輸電構想。

“盡管各種技術的歷史悠久,但我們現(xiàn)在才開真正了解無線充電解決方案的市場潛力?！笔袌鲅芯抗綢n-Stat公司首席技術戰(zhàn)略專家吉姆•麥格雷戈表示。

根據(jù)In-Stat的報告,到2014年,用于移動設備無線充電的市場收入將高達43億美元。

應用難題

與之相比,國內(nèi)無線充電研究和應用尚處于起步階段,但從事手機無線充電產(chǎn)品的大小公司已不在少數(shù)。在國家知識產(chǎn)權局的專利檢索頁面,輸入“無線 充電”字樣,各種專利認證達63個之多,其中大多與手機無線充電技術相關。

在很多公司的宣傳頁面上,甚至可以看到各色山寨版的“線圈燈泡”實驗,以證實其無線充電技術所言非虛。

“不是說兩個線圈一弄,燈泡亮了,就是無線充電?！鄙钲谑袉⑿揽萍加邢薰緹o線充電項目技術負責人薛金海對《財經(jīng)國家周刊》記者說,“基本原理大家都知道,但能否真正安全和高效地應用到手機上,還有很多難題需要解決。”

具體到安全問題,主要包括兩個層面。一是如何保證電磁波只輻射到手機接收部分,不會影響到人體健康,或干擾其他設備;二是讓電磁輻射在錯誤使用情況下不至于損壞電池和充電器,比如識別無線充電器上的異物,防止鋰電池過熱導致的變形或爆炸的危險等。

“這些都要通過大量的軟硬件工作來實現(xiàn)?！毖鸷１硎?“在傳輸效率方面,號稱能達到90%以上的不大可信。有線充電的效率大概也就是87%左右,對于無線充電來說,外殼的厚度也會影響到充電效率。在5mm厚度情況下,傳輸效率最高能達到70%?！?/p>

7月23日,WPC歷時18個月,推出首個無線充電標準Qi,用于手機和數(shù)碼相機等不超過5瓦的低功率設備。針對市場上主要采取的電磁感應技術,Qi標準在“界面規(guī)范、測試程序、最低性能要求”三個方面進行了規(guī)定。

不過WPC也承認,在市場發(fā)展上仍需分階段逐步過渡,尚有很多問題待解決。

不確定的未來

“我覺得中國無線充電市場還沒有形成,實際的接受程度怎么樣還值得探討?！毖鸷Ｕf。

無線充電技術此前多應用在專業(yè)領域,需要保證產(chǎn)品密閉性的地方,如水下設備、體內(nèi)醫(yī)療裝置等。但面對龐大的消費級設備市場,這項處于起步階段的技術,能否說服人們“擺脫最后一根線纜”,還是未知數(shù)。

據(jù)悉,WPC將在10月啟動中等功率(不超過120瓦)技術規(guī)范的制定工作,以求將Qi繼續(xù)拓展到筆記本電腦、上網(wǎng)本、電動工具、家用電器等更多領域。

但薛金海認為,在具體實現(xiàn)過程中,仍然面臨很多新的技術課題。

篇8

關鍵詞：變頻器 應用 干擾 方法

中圖分類號：TD611 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）08（c）-0088-01

1 變頻器的應用

現(xiàn)代化的工業(yè)擁有許多大型電子電氣設備。由于電子電氣設備工作的特點，要求電動機必須具有超強的調(diào)速功能。以前，交流電動機調(diào)速一直是個難題，調(diào)速性能要求比較高的電動機都采用直流調(diào)速的方式，但直流調(diào)速機有著諸如調(diào)速機體積大、噪聲大、維修困難、耗電量大等缺點，逐漸不再適應生產(chǎn)的需要。

變頻器調(diào)速技術融合了自動化、微電子、電氣等多種高新技術。由于其采用軟啟動，可以減少設備和電機的磨損，從而延長了設備和電機的壽命。變頻調(diào)速機的應用不但可以提高生產(chǎn)機械的精度、生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，有利于實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化，而且變頻調(diào)速系統(tǒng)還具有顯著地節(jié)能效果。隨著變頻器技術的發(fā)展，變頻器在交流電動機中的使用越來越多，逐漸替代了直流調(diào)速機等其他調(diào)速設備。

2 應用中出現(xiàn)的問題及解決方法

隨著變頻器的廣泛應用，隨之出現(xiàn)的問題也越來越多。主要表現(xiàn)在：電磁干擾、振動、發(fā)熱等方面。本文針對以上問題進行分析并提出相應解決方法。

2.1 電磁干擾

2.1.1 主要電磁干擾源和干擾途徑

電磁干擾是以外部噪聲和無用信號的形式在接收中所造成的干擾。主要包括外部組件對變頻器的干擾和變頻器對外部組件的干擾兩個方面。其干擾途徑主要分電磁輻射、傳導和感應耦合三種。

（1）外部組件對變頻器的干擾。變頻器的整流設備、交直流互換設備、電子電壓調(diào)整設備、照明設備等對整個局域電網(wǎng)來說是非線性負載，它所產(chǎn)生的諧波會對同一電網(wǎng)的其他電子、電氣設備產(chǎn)生諧波干擾。主要是這些負荷都使電網(wǎng)中的電壓、電流產(chǎn)生波形畸變，從而對電網(wǎng)中其他設備產(chǎn)生有害的干擾。變頻器的供電電源受到電網(wǎng)中畸變的波形干擾后，若置之不理，電網(wǎng)噪聲就會通過電網(wǎng)電源電路干擾變頻器，使其不能正常工作。

（2）變頻器對外部組件的干擾。變頻器相對整個局域電網(wǎng)來說也是非線性負載，因此變頻器也對周圍其他組件產(chǎn)生干擾。另外，變頻器的逆變器大多采用PWM技術，當工作于開關模式并作高速切換時，產(chǎn)生大量耦合性噪聲。因此，變頻器對居于電網(wǎng)內(nèi)其他的電子、電氣設備來說也是一個電磁干擾源。

2.1.2 抗電磁干擾的措施

產(chǎn)生電磁干擾必須同時具備電磁干擾源、干擾途徑、對易受干擾的組件三個要素。電磁干擾源和易受干擾的組件都是電網(wǎng)系統(tǒng)中不可缺少的部分，為防止干擾，主要是采用硬件抗干擾措施切斷干擾的傳播途徑或者直接在干擾源上采取措施直接切斷或減弱干擾源的干擾外泄。其他的輔助措施還有采取措施降低易受干擾組件對干擾信號的敏感性。

具體措施在工程上可采用空間隔離、加裝濾波裝置、干擾信號屏蔽、正確接地等方法。

（1）空間隔離。在實際的工程布局時，最好將變頻器單獨放置，盡量將變頻器遠離其他易受干擾的設備，使其產(chǎn)生的電磁干擾在到達最近的電子設備的時候減弱至影響可忽略的程度。但是由于受區(qū)域面積的限制，單獨放置的變頻器顯然不太現(xiàn)實，應盡量將易受干擾的弱電控制設備與變頻器分開放置，中間布局不易受干擾的其他設備，比如將動力配電柜放在變頻器與弱電控制設備之間以減小干擾的影響。

（2）濾波裝置。變頻器在實際工作中產(chǎn)生大量高次諧波，對局域電網(wǎng)及其組件產(chǎn)生嚴重干擾，使電網(wǎng)波形嚴重變形，可能造成電網(wǎng)壓降過大。由于電網(wǎng)功率因數(shù)較低，大功率的變頻器更容易產(chǎn)生更大的影響。主要的解決方法是采用無功補償裝置，調(diào)節(jié)功率因數(shù)，還可以在變頻器輸出側(cè)和輸入側(cè)加裝濾波器來減弱電磁干擾通過電源線傳導到電源和電動機。

（3）干擾屏蔽。最好的屏蔽方式變頻器完全封閉在金屬殼內(nèi)，然后金屬殼再接地，這樣基本上就能保證變頻器對外界的輻射干擾減小到最小值，使其對電子線路和設備的影響減到最低。另外，變頻器是由極精細的微處理器等集成電路組成的，對其他組件產(chǎn)生的電磁干擾比較敏感，很容易由此引起嚴重的錯誤。其他組件的電磁干擾從變頻器控制電纜為途徑進入，所以要對電纜采取較強的抗干擾措施。一般措施是：模擬量控制線路一定要使用屏蔽線，屏蔽層?？拷冾l器一側(cè)應接控制電路的公共端，而不能接在變頻器的接地端或者直接接地。屏蔽層的另一端懸空處理就可以。

（4）正確接地。正確的接地方式對變頻器的正常運行至關重要。當變頻器與其他設備或多臺變頻器同時需要接地時，所有設備應單獨分開接地，而不能將一臺或者多臺設備的接地端連接后再接地。這樣就減少了變頻器和其他設備之間的相互干擾，使變頻器和其他設備能夠正常工作，發(fā)揮更好的作用。

2.2 振動干擾

變頻器運行時產(chǎn)生的高次諧波引起的磁場會對許多機械部件產(chǎn)生電磁策動力，策動力的頻率如果和某些機械部件的頻率接近或相等，就會產(chǎn)生電磁原因?qū)е碌恼駝印?/p>

減弱或消除振動的方法主要是在變頻器和電動機之間接入交流電抗器，主要是為了減弱變頻器輸出電流中的高次諧波。此電抗器一定要安裝在距離變頻器最近的地方，以減少引線的距離。

2.3 發(fā)熱問題

由于變頻器長時間工作和部件老化等原因不可避免的產(chǎn)生多余的不能擴散的熱量會給變頻器帶來很嚴重的問題，其中98%的熱量是主電路產(chǎn)生的，其他部分產(chǎn)生的熱量很少。為保障變頻器正?？煽康剡\行，必須對變頻器進行降溫。主要方法有以下幾點。

（1）采用風扇散熱。利用變頻器箱體的內(nèi)部風扇可將變頻器內(nèi)部的熱量帶走。也可以在設備機房設置循環(huán)風扇通過循環(huán)風來給變頻器降溫。

（2）調(diào)節(jié)環(huán)境溫度。變頻器是極精細的電子設備，包含多種電子元件和電解電容等組件，溫度的高低直接影響著其使用壽命的長短。一般變頻器的運行環(huán)境一般要求在-10～50℃之間，如果能降低變頻器運行的環(huán)境溫度，既延長了變頻器的使用壽命，又能保障設備性能的穩(wěn)定。所以比較重要的設備機房都會設有專門的散熱冷卻系統(tǒng)，主要包括加裝空調(diào)、加裝風道、加裝水冷設備。

3 結語

通對變頻器運行過程中存在的干擾問題的分析，提出了解決這些問題的實際方法和措施。隨著變頻器相關技術的發(fā)展，變頻器應用存在的干擾問題有望通過變頻器本身的設計來解決。

參考文獻

[1] 范錫普.發(fā)電廠電氣部分[M].北京：水利電力出版社，1987.

[2] 王維儉.電力系統(tǒng)繼電保護基本原理[M].北京：清華大學出版社，1991.

篇9

關鍵詞：節(jié)約能源溫差發(fā)電路燈可行性

1.1 溫差發(fā)電的基本原理：溫差發(fā)電是基于熱電材料的塞貝克效應發(fā)展起來的一種

發(fā)電技術，將P 型和N 型兩種不同類型的熱電材料（P 型是

富空穴材料，N 型是富電子材料） 一端相連形成一個PN 結，如圖所示，置于高溫狀態(tài)，另一端形成低溫，則由于熱激發(fā)作用，P（N）型材料高溫端空穴（電子）濃度高于低溫端，因此在這種濃度梯度的驅(qū)動下，空穴和電子就開始向低溫端擴散，從而形成電動勢，這樣熱電材料就通過高低溫端間的溫差完成了將高溫端輸入的熱能直接轉(zhuǎn)化成電能的過程。單獨的一個PN結，可形成的電動勢很小，而如果將很多這樣的PN 結串聯(lián)起來，就可以得到足夠高的電壓，成為一個溫差發(fā)電器。

1.2 右圖為溫差路燈的工作裝置簡圖：熱端熱源為太陽輻射，吸熱涂層吸收熱量使熱端溫度提高與冷端產(chǎn)生溫差，進而空穴與電子運動，利用蓄電池把電能貯存起來。其中干路的光敏開關控制溫差發(fā)電器使其在夜晚不再工作，而控制路燈的開關則設計成是夜晚工作。由此可以看出要使路燈正常工作，發(fā)電器必須產(chǎn)生足夠的功率。

這也是本裝置的關鍵所在！影響發(fā)電功率的因素都有哪些呢？如何削弱不利因素呢？就是我們要討論的主要內(nèi)容。

2. 研究表明：溫差發(fā)電器的輸出功率和發(fā)電效率與高溫端溫度、低溫端溫度、負載電阻、發(fā)電器電阻等因素有密切的關系。在不同的條件下，溫差發(fā)電的性能差別較大，本裝置采用如下措施來改善其發(fā)電性能：

2.1選用合適的PN材料

熱電材料是熱電器的核心部分，其性能的優(yōu)劣之間決定著器件性能的好壞。

評價材料熱電性能的綜合參數(shù)為無量綱優(yōu)值ZT=(α2σ/κ)T， 其中α 為材料的溫差電動勢率, 即Seebeck 系數(shù)，σ 為材料的電導率，κ 為熱導率，T 為絕對溫度。無量綱優(yōu)值越大，材料的熱電轉(zhuǎn)換效率越高。以Bi2Te3 為基的熱電材料ZT 值約為1，是目前室溫下熱電性能最好的材料。而且，摻雜可以提高材料熱電性能，有研究發(fā)現(xiàn)室溫下P 型Bi2Te3 基材料的優(yōu)化配方為Bi0.49Sb1.51Te3，seebeck 系數(shù)達到158μv/K，N 型材料的優(yōu)化配方為Bi2Te2.75Se0.25，seebeck 系數(shù)達到-120μv/K。同樣，還有其他諸如：鈷基氧化物熱電材料、準晶體材料、超晶格薄膜熱電材料、納米熱電材料等，但尚在研究階段，暫不使用。

2.2 在熱端使用吸熱涂層

為了在太陽輻射狀態(tài)下產(chǎn)生較高的溫度，可以在熱端使用選擇性吸熱涂層，本裝置采用的是以金屬陶瓷薄膜為基礎的太陽能選擇吸收涂層。該涂層吸熱能力強，高溫下

具有較高的抗氧化和抗擴散能力，同時與基底材料具有良好的結合力。

2.3 在冷端進行散熱

為了增大溫差，在溫差發(fā)電片的冷端采用銅鋁散熱器。該散熱器主要特點就是將散熱器中通風部件與散熱部件分別處理、發(fā)揮銅材耐蝕特長及鋁材重量輕、導熱好、易成型的特點。

2.4在熱端使用矩形柵格

在溫差發(fā)電器的熱端加上一定數(shù)量的用鋼板做成的矩形格柵，由于格柵材料

用的材質(zhì)為鋼板,其吸收系數(shù)大于0.9,基本接近黑體(吸收系數(shù)為1) ,可近似將其處理為黑體。當電磁波把輻射能由熱源輸送到熱端進入格柵后，經(jīng)過多次反射,電磁能從矩形格柵輻射出去的幾率很小，即大部分電磁輻射能還是能夠被格柵所吸收,從而熱端溫度得以提高。因此改進后的溫差發(fā)電器可以更多的吸收熱源所釋放的能量,減少損失，進而提高了溫差發(fā)電器冷熱端的平均溫差。

前述采用的各項措施，雖然可以提高溫差，但并不是說一味的增加溫差就可以提高發(fā)電功率。高溫還會帶來很多不利因素也得加以削弱。

3.1高溫加速了器件的損壞，因為焊接處焊料氧化和升華；加速了導流片中的銅原子通過固體擴散作用進入到溫差電材料中，而隨著時間及擴散作用的進行，溫差電材料中的雜質(zhì)原子濃度不斷增加，從而抑制了空穴及電子擴散作用的進行，導致擴散作用逐漸減弱，使得發(fā)電器的發(fā)電效率降低。本裝置使用的是目前較常用的解決辦法：在銅連接片和元件端面鍍鎳。

3.2 發(fā)電器冷熱端之間形成較大溫差，這將造成冷端連接片收縮或熱端連接片膨脹，從而產(chǎn)生機械應力。機械應力的存在使得剛性的接頭或P、N 電臂很容易斷裂，最終可能導致溫差電偶的損壞，從而縮短了溫差電組件的使用壽命。熱脹冷縮產(chǎn)生的機械應力是不可能完全消除的，主要的改善方法有：1)在連接片的中間部分開一缺口或彎曲成弧形，從而使連接片具有一定的收縮性，從而減小作用在P、N 電臂上的機械應力；2)過渡層。在P、N 電臂上加一層過渡層，這種過渡層要求有足夠的塑性和較低的電阻，通常用鉍或鉍合金；3)改變基體材料。如果采用有一定柔性而又能起支撐作用的新材料來代替陶瓷片，通過基體的柔性來緩解機械應力，將能有效地解決電臂斷裂的問題。

上述討論是考慮如何能增加溫差，降低其不利影響。那么溫差發(fā)電器能產(chǎn)生多大溫差？是否滿足實際需求呢？根據(jù)現(xiàn)有資料，使用20 組溫差電組件，熱電材料為Bi-Te 基材料，最大溫差174 ℃，最大輸出功率可達到255 W，而傳統(tǒng)路燈的功率在250W左右，而使用大功率LED路燈50W就可滿足使用要求。因此該裝置所產(chǎn)生的功率是滿足我們的實際需要的。

應用前景及推廣性

本裝置是以太陽輻射為能量來源，無污染，無噪聲，并且可以與太陽能發(fā)電，風能發(fā)電聯(lián)合使用。在“節(jié)約能源、保護環(huán)境”的大背景下，利用該裝置代替?zhèn)鹘y(tǒng)供電路燈對城市道路、人行道、廣場、學校、公園、庭院、居住區(qū)，廠區(qū)以及其他需要室外照明的場所進行照明,是值得使用推廣的。而且，隨著對溫差發(fā)電器研究的深入以及新材料的出現(xiàn)，該項裝置的優(yōu)勢會日漸凸顯！

參考文獻：

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[4]王志宏.銅鋁散熱器的簡單分析與比較.雞公大學學報,2008,(5):16

篇10

1采用生動和有效的教學方法

“儀器分析”課程包括多種儀器的基本原理和結構、使用方法及分析方法的建立等內(nèi)容，而每種分析儀器也不盡相同，有些儀器原理和結構的部分內(nèi)容比較抽象，學生往往因畏難而厭學，這就要求教師采用生動和有效的教學方法，激發(fā)學生的學習興趣.

1.1綜合比較法的應用

由于不同儀器有不同的工作原理、結構及使用方法，在教學中，應以儀器的工作原理和結構為主線，啟發(fā)學生把相對獨立的分析方法進行歸納與分類，通過對比和分析，總結出分析方法的共性與個性.例如，光譜分析內(nèi)容可做以下對比：按照與電磁輻射作用的粒子不同，光譜分析的方法可分為原子光譜分析法、分子光譜分析法和核磁共振波譜法三大類，其中，原子光譜分析法包括原子吸收光譜法和原子發(fā)射光譜法，分子光譜分析法包括紫外-可見光譜法、紅外光譜法和發(fā)光分析法等；按照電磁輻射與粒子的作用過程不同，包括發(fā)射光譜法(發(fā)射過程)、吸收光譜法(吸收過程)、拉曼光譜法(散射過程)、衍射光譜法(衍射過程)、旋光色散法和圓二色光譜法(光的偏振特性)等.通過這種方法的教學，學生對分析方法之間的聯(lián)系與區(qū)別可以有更深的理解.

1.2形象比喻法的應用

“儀器分析”課程中的原理和概念比較多，有些原理和概念比較抽象，不易理解，若采用形象化的比喻，將日常生活中的事物和現(xiàn)象融入課堂教學，則便于學生理解和應用.例如，色譜分析中分離原理的理論描述是：當流動相中攜帶的混合物流經(jīng)固定相時，其與固定相發(fā)生相互作用.由于混合物中各組分在性質(zhì)和結構上具有差異，與固定相之間產(chǎn)生的作用力的大小、強弱不同，隨著流動相的移動，混合物在兩相間經(jīng)過反復多次的分配平衡，使得各組分被固定相保留的時間不同，從而按一定次序由固定相中流出.對于這種描述，學生會感到復雜，難于接受，若用走親訪友作比喻，把走親訪友的過程看作色譜的分離過程，親友的家是固定相，走進去的人是流動相，進進出出就是流動相的不斷運動，根據(jù)雙方關系親疏遠近(色譜中的相互作用力大小)，會有不同表現(xiàn)(不同的作用情況).若是雙方關系親近(色譜中的相互作用力大)，人們就會在親友家中停留的時間長(保留時間長)，反之，則停留時間短.不同的人群(分離對象)由此就可以得到區(qū)分(色譜分離).這種貼近生活的比喻可以幫助學生正確理解分離原理.

1.3電化教學法的應用

“儀器分析”課程涉及的一些大型貴重分析儀器，如電感耦合等離子發(fā)射光譜儀、質(zhì)譜儀、核磁共振波譜儀等，很難普及到一般的本科院校；即使是一些常見的分析儀器，出于保護分析儀器不受損害或防塵的需要，也不會向?qū)W生展示其內(nèi)部結構.在傳統(tǒng)的教學過程中，學生很難真正了解儀器的內(nèi)部結構及工作原理，也不能很好地掌握儀器的使用方法.多媒體技術集文字、圖片和聲音等信息于一體，具有較強的直觀性和形象性.借助多媒體技術，把教學內(nèi)容生動形象地展現(xiàn)給學生，可以讓學生通過形、聲、色及其變化，認識“儀器分析”世界.把多媒體與傳統(tǒng)教學方式恰當結合，可實現(xiàn)教學優(yōu)化.以紫外-可見分光光度儀為例，不同的單色器和光路系統(tǒng)組成了不同類型的儀器，通過演示儀器工作原理的Flas，學生能輕松理解可見分光光度儀的工作原理.

2建立多元化的考核體系

“儀器分析”課程的實踐性很強，應以培養(yǎng)學生的能力為重點，知識、技能并重，并以能力和技能考核為主線.在對學生的考核中，總成績的評定采用“平時成績+階段考試+期末考試+實驗技能”的模式，即理論課平時成績占20%、實驗成績占20%、專題報告成績占10%、期末考試成績占50%.各部分成績評定使用多元化的考試、考核手段，不僅檢測學生對知識點的掌握，更檢測學生運用知識的能力、實踐動手操作能力、教學參與程度等.這種考核方式避免了由期末考試決定學業(yè)成績的弊端，鼓勵學生端正學習態(tài)度，不做考前突擊，不搞死記硬背，有利于學風建設.

平時成績注重考查學生的學習狀況，包括課堂練習、課堂交流、完成作業(yè)的情況等.例如，在教學過程中，根據(jù)所講的分析方法，要求學生查閱相應的國內(nèi)外文獻，并做成PPT文件，然后進行課堂交流.通過查閱，學生了解了國內(nèi)外相關儀器及分析方法的發(fā)展動態(tài)，鞏固了課堂教學成果，提高了查閱文獻、獨立思考的能力.

階段考試是根據(jù)章節(jié)的教學要求采用提問、單元測驗和期中考試等方式對學生的學習效果所做的評價方式.通過階段考試，教師可以了解學生掌握知識體系、運用知識能力、實踐動手能力、語言表達能力、綜合素質(zhì)方面的情況，學生可以發(fā)現(xiàn)自己學習中存在的問題，并不斷地改進學習方法，積極完成各階段的學習任務.實驗技能測試是在實驗教學過程中進行操作能力的考核和實驗結果的評定，將實驗過程、實驗結果、實驗報告有機結合，能有效地考查學生綜合運用理論知識、實驗技術和方法解決實際問題的能力.

期末考試考查的是學生對知識的組織、理解、運用和分析的綜合能力，強調(diào)學生對知識體系的整體把握，通過期末考試，鼓勵學生進行求異思維，培養(yǎng)創(chuàng)新能力以及分析和解決問題的實踐能力.

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