电磁感应及其应用篇1
关键词：Doe；minitab；转速传感器；输出电压；精确控制
1概述
磁电式传感器运用电磁感应原理，将输入的运动速度转换成感应电动势输出，具有不需要供电电源、电路简单、性能稳定、输出阻抗小等优点[1]。磁电式转速传感器广泛应用于发动机转速测量，在监控发动机状态过程中发挥着重要作用。当发动机工作时，具有导磁性的音轮旋转，通过传感器线圈的磁通量发生周期性变化，传感器线圈中产生周期性电压，通过对输出电压处理计数，测出齿轮转速[2]。
根据磁场回路的大小，磁电式传感器可分为开放式磁电转速传感器和半封闭式磁电转速传感器。开放式磁电转速传感器外壳是不导磁的，线圈在磁钢和音轮组成的大回路的磁场下工作，音轮旋转时产生交变的磁场，使线圈产生感应电势。开放式磁电转速传感器对磁钢的要求不高，一般采用普通的铝镍钴永磁材料。虽然在使用过程中磁性能容易下降，但可以在外部用重新充磁来调整，容易返修。半封闭式磁电转速传感器是由铁芯、磁钢、导磁体、外壳组成的e形磁导体和音轮构成小回路的磁场，当音轮旋转时，磁场变化，在线圈内产生感应电动势。半封闭式磁电转速传感器要求磁钢的磁性能强，一般采用钐钴磁钢。半封闭式磁电转速传感器在使用中如果磁性能下降，很难再重新充磁。由于易调整的特点，目前我厂的磁电式传感器以开放式磁电转速传感器为主。下文论述均以开放式磁电转速传感器为基础。
目前，我厂转速传感器输出电压的控制较为粗放，一致性较差，实际测量结果与设计指标误差较大，设计存在反复，影响研发周期。本文基于实验设计（Doe）方法，对输出电压进行流程分析及降噪处理，运用minitab软件，通过实验方案设计、实施、分析，构建合理模型，给出拟合公式，并经预测、验证，提出有效的控制手段。
2流程分析
转速传感器是根据电磁感应原理设计的，完整的测量系统由传感器及音轮两部分组成。音轮按齿形不同可分为端面齿音轮与径向齿音轮，如图1所示。以径向齿音轮为例，传感器的测量端正对音轮的齿，传感器的测量端与音轮的齿之间存在间隙，音轮转动时，间隙交替变化周期性地改变磁路中的磁阻，磁阻周期性的变化引起通过线圈磁通量的变化（见图2），线圈两端输出周期性、上下对称的脉冲电压信号，如图3所示。随着音轮转速的升高，输出电压幅值增大，直至达到饱和。
a.端面齿音轮b.径向齿音轮
转速传感器将非电量转速信号转换为对称的脉冲信号，脉冲的频率值与转速的关系为：
其中，n为音轮转速，f为脉冲频率值，Z为音轮齿数。
由于音轮齿数Z为常数，从式（1）中可以看出，转速n与脉冲的频率值f成正比关系。
转速传感器一般由铁芯、磁钢、外壳、端盖及线圈等组成，铁芯在为传感器提供磁通路径的同时也作为骨架供绕制线圈用，图4所示为磁电式转速传感器典型结构。
输出电压峰值em=nBSω（2）
其中，n为线圈匝数，B为通过线圈的磁感应强度，S为线圈横截面积，ω为线圈切割磁场角速度。
B主要由磁钢磁感应强度B0和铁芯磁导率μ两大参数决定，其他影响因素有传感器y量端与音轮之间的间隙δ、音轮材料磁导率μ'等。
S由骨架外径D1及线圈外径D2决定，如图5所示，线圈外径D2又与匝数n、漆包线直径d、骨架长度L相关。
ω由音轮齿数Z和音轮转速n决定。
3降噪处理及实验方案设计
对于某个确定的测量系统及固定的测量频率，音轮间隙δ、音轮材料磁导率μ'、骨架外径D1、漆包线直径d、骨架长度L、音轮齿数Z、音轮转速n可视为常量。主要变量为线圈匝数n，磁钢磁感应强度B0，铁芯磁导率μ。由此，确定响应为低频输出电压峰值em，实验设计变量为线圈匝数n，磁钢磁感应强度B0，铁芯磁导率μ。
水平选择：3因子，2水平，3个中心点，全因子，共11次实验。
响应变量与参数：以某型转速传感器为例，线圈匝数[1800，2000]，
磁钢磁感应强度[1000，1200]，铁芯磁导率[24000，30000]。
运用minitab软件生成的实验设计方案如图6所示。
4实验实施
通过ansoft/maxwell3D有限元仿真分析软件对低频输出电压峰值进行仿真计算。仿真结果见图7。
5实验分析
运用minitab软件对实验结果进行分析。低频输出峰值的主效应图见图8，无交互效应。由图8可见，三个变量对响应的影响均显著，从斜率来看，对响应的影响程度排序为磁钢磁感应强度>线圈匝数>铁芯磁导率，这与图9所示的pareto图结果一致。
6模型构建
运用minitab软件对实验结果进行因子回归分析。得到如下回归方程：
低频输出峰值=-0.914+0.000279线圈匝数+0.000679磁钢磁感应强度+0.000005铁芯磁导率
模型合理与否的关键指标如下：R-sq=97.52%>80%，R-sq（调整）=96.46%>80%，R-sq（预测）=95.04%>80%。线圈匝数p值=0.000
7预测及验证
运用minitab软件生成响应与变量的曲面图和等值线图。图10～图15分别为铁芯磁导率取24000、27000、30000的情况下低频输出峰值与磁钢磁感应强度、线圈匝数的曲面图和等值线图。由图可见，低频输出峰值与磁钢磁感应强度、线圈匝数呈正相关，并且可粗略地通过为磁钢磁感应强度、线圈匝数赋值，对低频输出峰值进行控制。
图16～图18为分别为铁芯磁导率取24000、27000、30000的情况下低频输出峰值（0.55～0.58）与磁钢磁感应强度、线圈匝数的等值线图。通过在图中白色区域取值，可将低频输出峰值精确控制在0.55～0.58范围内。
运用minitab软件进行响应优化预测。如图19所示，取目标值0.565（0.55与0.58的均值），得到结果：当线圈匝数=1854.9945，磁钢磁感应强度=1200，铁芯磁导率=27151.8260时，可使低频输出峰值预测值达到0.565。关键指标：合意性指数=1，拟合值标准误=0.00630，95%置信区间为（0.55011，0.57989），95%预测区间为（0.53125，0.59875），表明预测结果可信。
运用ansoft/maxwell3D有限元仿真分析软件进行验证，线圈匝数取1855，磁钢磁感应强度取1200，铁芯磁导率取27152，仿真结果为0.56073，与预测值0.565相比，两者误差仅1%，构建的模型得到验证，其拟合度较高。
8控制计划
基于回归方程，运用等值线图和响应优化器，通过为线圈匝数、磁钢磁感应强度、铁芯磁导率赋值，可精确控制输出电压，实现其数值望大、望小及望目等目的。
9结论
本文基于实验设计（Doe）方法，对输出电压进行流程分析及降噪处理，运用minitab软件，通过实验方案设计、实施、分析，构建合理模型，给出拟合公式，并经预测、验证，提出有效的控制手段。
参考文献
电磁感应及其应用篇2
关键词：电磁感应；生活；运用
引言
如今社会对电的依赖程度越来越高，没有电似乎社会将无法运转。而电的起源还要从电磁感应现象说起，正是由于电磁感应现象被发现，人类才开始了电与磁之间的相互转化实验，继而逐渐研究和开发和电相关的应用。在当今时代，电磁感应的相关应用遍布在生活的每一个角落，电磁感应在生活中的应用随着科技的进步得到迅速普及，为人类社会的生活带来极大的方便。
一、电磁感应在电器中的运用
（一）、娱乐电器电磁感应的运用
随着科技的进步，人类对精神享受的追求不断提高，对乐器的要求也在逐渐提高。乐器由传统的鼓类、号角类以及拨弦类等品种经过长时间的发展，目前其种类数不胜数，但是在众多乐器中电吉他有其独特的魅力，运用了电磁感应这一原理。电吉他是在现代科学技术下新产生的一种乐器，外到形，内到音，都与传统吉他有着天壤之别。传统吉他的发声借助箱体震动来进行，而电吉他在原理方面有些不同。电吉他也是一种拨弦乐器，其琴身由实体木头构成，并装有线圈。将线圈和木质结构统一起来叫做拾音器，拾音器的主要功能就是当吉他弦发生震动时，切割到拾音器的磁感线，随着磁感线被切割，产生了不同频率的电流。电流通过电子音响时就得到了还原，发出的声音就是电吉他的声音[1]。
（二）、厨房电器电磁感应的运用
提到厨房，就会想到油盐酱醋，当然还有锅。近几十年厨房也发生了很多变化，传统的煤气罐似乎已经淡出了家庭厨房的视线，天然气走进了千家万户。但是与此同时，有一种厨房电器也走进了很多家庭的厨房，那就是电磁炉。电磁炉又叫做电磁灶，第一台电磁炉在1957年诞生于德国，直至20世纪80年代开始在日本和欧美地区大量销售[2]。电磁炉的原理利用了电磁感应现象，在其内部有线圈，当交变电流通过内部线圈时，会产生交变的磁场。在交变磁场中的导体会有涡旋电流产生，涡旋电流的焦耳效应会使导体升温发热，从而实现电磁炉加热。应用了电磁感应的电磁炉对热量的利用更加高校，从而实现节能的目标。在安全方面，取缔了明火作业，炉面也不会发热，既不会烧伤也不会烫伤，同时做到了节能环保、安全健康。
（三）、电力设备电磁感应的运用
电力设备是保障供电的基础，变压器作为供电设备的一员，也利用了电磁感应现象。变压器是一种可以改变电压的装置，主要由初级线圈、次级线圈以及铁芯组成。交流电的大小和方向随时改变，当将交流电通在初级线圈上时，铁芯中自然会产生不断变化的磁场。磁场在通过初级线圈时产生了感应电流。初级线圈和次级线圈的不同点在于线圈的匝数不同，所以产生的感应电压也不同。发电机产生的电由变压器升高，然后进行传送，到了用户一端，则利用变压器降低为220V正常电压。电力传输过程中，变压器的利用，给电力传输和电压变换带来了极大地方便。
（四）、家庭小电器电磁感应的运用
环保型手电在很多家庭中都能够看见，也是很常见的家庭电器，他的工作原理利用了电磁感应原现象。在日常生活中利用这种手电代替传统手电很有必要，传统手电的电池在使用过后得不到很好的回收，会对环境造成巨大的污染。而利用环保手电不需要考虑污染问题，同时还能节约资金。动圈式话筒在生活中很常见，工作原理依然离不开电磁感应现象。生源进入到话筒中后，使话筒中的金属膜片发生震动，这是有一个线圈，是和膜片相连接的，和膜片同时震动。线圈所处的位置是在永久磁铁的磁隼铮所以这时会产生感应电流，电信号经过扩音器后传播到扬声器一端，声音由此被放大。
二、电磁感应在发电机中的应用
（一）、汽轮发电机电磁感应的应用
汽轮发电机被广泛应用在火力发电厂及核电站中，工作的原理是利用高温或高压产生的强大气体，推动内部汽轮机，在气体的持续推动下，实现汽轮机转动。然后通过皮带等连接措施，使汽轮机和发电机相连，由汽轮机的转动去带动发电机转动。而发电机利用的原理正是电磁感应原理。为了使发电效率有效提高，通常要使汽轮机的转速保持在一个固定值。
（二）、水轮发电机电磁感应的应用
在大大小小的水电站中，都会运用到水轮发电机，水轮机的转动原理则是靠水的冲击力推动，然后带动发电机转动。所以要使水流保持很大的冲击力，在水电站都会修建大坝进行拦河，将水位抬高，使水的势能得到增加。水轮发电机组拥有很大范围的转速以及容量，根据水电站的规模采用不同要求的水轮机，实现发电的高效化。另外，水电站一般距离城市比较远，输电线路自然会变长，所以水轮发电机的稳定性要达到标准要求。
（三）、风力发电机电磁感应的应用
风力发电机将风能通过风车转变为电能。在风力很大的地方，安装上风力发电的机械后，受到风的吹动，风车叶片会进行旋转，然后利用增速机把原有速度大大提高，去带动发电机运转，进行发电。在资源逐渐匮乏、环境越来越恶劣的情况下，清洁能源受到了人类的青睐，风能则是清洁的可再生能源，受到了各国的高度重视，其蕴含的能量比地球上能够开发并加以利用的谁能要大数十倍。而且风能取之不尽，用之不竭，人类需要利用现代技术，结合电磁感应原理，将风能的优势发挥出来。
（四）、柴油发电机电磁感应的应用
柴油发电机的动力来源是柴油机，利用柴油机工作带来的能量带动发电机工作。柴油发电机体积可以很小，搬运灵活、操作起来也比较简单，也有很多种类来满足不同的需求。一些用电量比较大的单位和个人会选择较大型号和功率的机器，一些用电量不是很大的，就可以选择小巧轻便类型的。所以在铁路和野外工地等地和学校、医院等部门常用到柴油发电机，有的用作临时电源，有的用作备用电源。
结束语
电磁感应现象在生活中被广泛应用，为人类带来了巨大的转变，小到家庭小电器，大到巨型发电机，乃至航天、军事、科研等领域对电磁感应均有应用，并且起着很重要的作用。其实电磁感应能带给我们的便利才刚刚开始，在今后的发展中，需要我们认真学习，不断研究，勇于探索，加强创新，争取为电磁感应新应用的研究做出贡献，进一步使电磁感应原理服务于社会。
参考文献
[1]伍亚军.高中物理电磁感应教学[J].读写算（教研版），2014，（18）：192-192.
电磁感应及其应用篇3
关键词：电磁感应；能量问题；归类分析
在电磁感应中，能量居于守恒。而楞次定律和能量守恒定律也是相符合的，通过对电磁感应过程中存在的能量转化进行有效分析，从而能够熟练应用能量转化与守恒定律对复杂的电磁感应问题进行有效解答。而认识电磁感应过程中的能量问题，也可以从功和能之间入手，比如在磁场中，导体棒的感应电流会受到安培力的作用，如果这一安培力所做功为负功，那么在这一形式下，就是把其他表现形式的能量转化为电能。而如果安培力所做功为正功，那就是把电能直接转化为其他形式能量。
一、从能量角度分析电磁感应现象
1.1电磁感应现象
所谓电磁感应指的是如果穿过闭合回路的磁通量产生变化，那么闭合回路中就会有感应电流产生，而这一种通过磁场产生感应电流的现象就是电磁感应现象。而电磁感应现象的实质是指，在产生电磁感应现象时，磁通量产生变化，而这种变化是由于能量的转化所产生的，而在这一过程中，其他非电能转为为电能，我们应该认识到，这一过程是能量转化过程，并不是创造电能过程。
1.2楞次定律与能量守恒定律概述
楞次定律具体而言指的就是感应电流的效果总是反抗引起感应电流的原因，而楞次定律也是能量守恒定律在电磁感应现场中的具体表现。电磁感应电流的产生过程要求其必须有效遵守能量守恒定律。从导体与磁场的相对运动角度来看，当导体与磁体发生相对运动时，感应电流的磁场一直做的是阻碍相对运动。而从感应电流的磁场和原磁场关系上看，感应电流的磁场与原磁场变化之间是阻碍的关系，二者增反。而从磁通量变化角度来看，感应电流的磁场一直阻碍感应电流的磁通量变化。
二、能量转化与做功关系表述
电磁感应过程中的能量问题实质上是不同形式的能量转化的过程，而不是能量创造的过程，因此要正确认识电磁感应过程中的能量问题，就需要从做功与能量转化的关系入手。而这才是正确认识电磁感应的能量问题的关键所在。在力学中，能量转化的力度是功，而机械能在转化为电能过程中，通过安培力做功，当安培力所做功为正功时，则会将电能转化为机械能，当安培力所做功为负能时，那么安培力会将机械能转化为电能。而则这一过程中，其关键和重点是，对安培力做功的实质能有较为清晰的认识和评价，而对通过做功引起的能量转化过程也是认识和区分电磁感应过程中能量转化关系，解决电磁感应过程中能量问题的关键，而要想快速、准确的解决这一类题目，就需要对能量转化与做功关系之间，能有清晰和深刻的认识。
而在电磁感应过程中，产生和维持感应电流存在的过程就是其他能量转化为电能的问题，当导体尚未处于稳定状态时，通过外力移动导体所做的功，克服安培力所做的功能够消耗其中一部分功，而消耗之后，最终转化为产生感应电流的电能或者转化为热量。其中用于增加导体动能所做的功，则完全转化为电能。
三、电磁感应中的能量问题归类整理分析
3.1解题思路分析
首先应该从能量转化与做功关系角度入手，也就是需要从能量转化与能量守恒关系入手，结合运用能量守恒定律和转化理论分析。其基本思路应该是，第一步正确区分做功的是哪些力，从而做好受力分析。而接下来，要进一步明确有哪些形式的能量在做功过程中出现了具体转化，以及在这一过程中，哪些能量发生了变化。最终根据这些变化来通过能量守恒定律或者能量转化定律的方程式来进一步解答。常见的能量转化主要指，其他形式的能量，通过做功发生转化，当安培力做功为负功时则转化为电能，而电能通过电流做功，则进一步转化为内能。
3.2常见的解体方法分析
第一种是根据做功与能量转化关系来解答，即该过程克服安培力所做功就是电磁感应过程所产生的电能，即Q=-w安。而第二种是在电磁感应活动中所产生的电能应该等同于该活动过程中其他能量的减少能，即Q=Δe其他。第三种是通过电流所做的功，其产生的电能就是在通过电路中，电流所做的，即Q=i2Rt。
3.3常见问题分类
一种问题是关于导体在自由运动时，所产生的能量转化问题。在解决导体运动类问题时，要充分融合法拉第电磁感应定律以及含源电路电流的计算，还包括能量和动量等理论认识问题，要想有效解决这一系列问题，就需要我们正确区分做功的力具体是哪些。另外一种问题是当导体存在外力驱动时，所产生的能量转化问题。解决这一类问题，通常也可以采用焦耳定律来解决。■
电磁感应及其应用篇4
【关键词】电磁兼容电磁防护研究
电磁兼容，简称emC，其研究过程与电磁防护和电磁环境存在着不可分割的联系。所谓的电磁环境主要指的是存在于给定空间所有电磁现象的综合。总的来说，针对电磁环境的研究属于一项十分复杂的工作，这是由电磁环境影响因素的复杂性造成的。首先，自然因素中的雷电等现象会对其研究及试验进程产生影响。其次，人为因素中的无线电台等也会对电磁环境的研究工作产生影响，想要保证研究工作的顺利进行，就必须要考虑到上述影响，这是工作人员必须注意到的一点问题。
一、对电磁干扰源的研究
首先，要清楚电磁干扰源的表现形式有很多种，想要使分析结果能够更加清晰准确，能够最大程度的反应实际情况，就必须要充分分析每一部分的干扰内容，具体而言，包括干扰信号的时域、能量以及信号形式等。具体测试过程需要通过对相应设备以及技术的应用才能完成。电磁干扰的辐射发射测试在具体研究中非常重要，需要注意的是，这一测试过程必须要在开阔地或电波暗室中。电磁干扰测试对于电磁干扰源的研究也具有重要价值，主要表现在能够对干扰源进行实时定位方面。其次，对仿真模型的建立也是电磁干扰源研究过程中的一个主要手段。印制电路板是仿真模型建立过程中的重点，在这一方面，国内外均给予了足够的重视，同时也对其进行了深入研究。
二、对电磁敏感对象的研究
首先，建立仿真模型是研究电磁敏感对象的基础，随着社会以及电磁领域相应技术的提高，社会对电磁敏感对象仿真模型中的高频性能也提出了更高的要求，国内针对这一问题的研究已经取得了一定程度的进展，同时也建立了晶体管的分布参数模型，相对于传统模型而言，晶体管分布参数模型的建立在使用频率以及建模精度方面均取得了很大程度的进步。其次，在电磁敏感度实验测试方面，不同的被测试对象其具体实验过程也存在差别，换句话说，电磁敏感度实验测试需要根据具体情况的不同而进行有针对性的调整，其中，静电感度、电磁敏感度、半导体器件敏感度以及抗扰度等均属于可予调整的因素，其中对电磁敏感度的调整尤为重要，其建模流程如图1所示。
三、对电磁能量耦合途径的研究
首先需要认识到，电磁能量耦合途径主要包括传导耦合与辐射耦合两种，对两种耦合途径的分析是电磁干扰研究的基础。电磁能量的传导耦合途径是电磁能量耦合途径中十分重要的内容，其模型的建立需要通过提取电磁能量耦合通路的分析参数、建立其等效电路模型来实现。其次，由于电磁干扰主要包括自然因素以及人为因素两种，电磁能量耦合规律建模需要通过屏蔽以及隔离等措施的实施来完成。对上述措施的应用能够最大程度的消除自然因素以及人为因素对电磁的影响与干扰，这对于保证电磁兼容标准研究的合理性以及准确性具有重要价值。目前我国针对电磁干扰问题已经划分了具体等级，每一等级所适用的措施存在差别，在具体应用过程中需要十分注意这一过程，另外，模型建立人员的专业素质对于模型建立的准确性及分析结果的合理性也会产生影响，因此，有必要对工作人员的专业素质进行考核。
结束语：科学技术的提高使得电磁兼容与电磁防护的研究成果得到了极大程度的改善，但随着社会的不断发展，新型系统的建立已经成了电磁领域发展的一个主要趋势，因此，工作人员必须要加大力度对上述两方面内容进行深入研究。就目前的情况看，开发大型的、复杂系统的电磁仿真软件以及提高电磁设备的使用性能十分重要，这是促使电磁领域发展的基础。
参考文献
电磁感应及其应用篇5
关键词 输变电工程 电磁辐射 环境保护
前言
随着城市的现代化建设和人民生活水平的日益提高，大量的110kV及220kV电压等级变电站逐渐深入到城区，高压变电站邻近居民区及城市公共设施，不断地引发关于电磁辐射问题的种种争议。由于对电磁辐射污染的知识普及不够，群众对其缺乏全面的认识，出现对电磁辐射污染过度恐慌，给项目建设及国家经济造成巨大的损失。因此，了解和掌握不同电压等级的高压变电站和输电线路运行中实际电磁辐射污染的程度和范围，提出有效的控制措施，降低辐射污染，对搞好高压输变电工程的环境保护工作十分重要。以下通过对承德地区部分110kV输变电工程电磁辐射的实际测量，研究和讨论110kV输变电工程产生的电磁辐射对环境的影响。
1 电磁辐射的产生
1.1高压变电站
变电站内高压设备的上层有互相交叉的带电导线，下层有各种形状高压带电的电气设备以及设备连接导线，电极形状复杂，数量很多，在它们周围空间形成了一个比较复杂的高交变工频电磁场。这种高电场的影响之一是对周围地区产生静电感应，即变电站周围存在一定的电磁辐射场。变电站布局和周围环境协调不妥时，将会对其周围环境产生一定的电磁辐射。
1.2高压输电线路
高压输电线路工作时，其电压等级较高，相对地面将产生一定的静电感应，即产生一个交变电磁辐射场。
过量的辐射照射会对人的中枢神经、末稍神经系统、心脏血管系统、肌肉组织和其他器官产生直接的影响。变电站高压构架及输电导线离地面的高度越大，相当于带电体离地面越远，则它在地面附近产生的电场强度就越小。因此，变电站高压构架附近和输电线路导线下方场强具有最大值，且随着距离加大，场强很快减小。由于导线弧垂影响，相应的最大场强影响区域位于档距中央，而最小场强影响区域在靠杆塔处，因为此处导线悬挂高度较高，且杆塔自身也有一定的屏蔽作用。
2 电磁辐射的生态效应
电磁辐射是以电磁波形式通过空间传播的能量流，在人们日常的生存空间，电磁辐射无处不在。除太阳、雷电等自然因数外，交变电流的存在产生交变磁场，交变磁场反过来又会产生交变电场，因此只要有电流存在就一定会产生电磁波，也就一定会有电磁辐射存在。而在输变电系统中，电磁辐射源主要是高压输电线路和高压电力设备等产生的工频电磁波和少量因高次谐波引起的高频电磁波。
电磁波对于人类的影响可分为热效应和非热效应(人体电磁场与外部电磁场的祸合)。人体的器官和组织均为具有一定的电容和电导的电介质或导体及半导体，当人体处于外界电磁场中，会在体内感应出电荷，并产生一定的电流密度。在不同电磁频率下人体各部分的电容和电导率各不相同，所产生的感应电流也不尽相同。高频电磁场在生物组织中最易产生感应电流，电磁能转化为作用于人体的热量，由此产生的热效应将引起中枢神经和植物神经系统的机能障碍。当生物体热效应达到一定程度时可以令生物组织受到损伤，并且与外界电磁场的祸合作用也将改变人体正常的电特性，对人体健康产生影响。
3 电磁辐射水平的测量
根据输变电过程交变电磁场的特点，在正常运行工况下，选择测量工频未畸变电场强度和工频磁场强度。
3.1测量仪器
选用美国产H13604型工频电磁场计作为测量仪器。
3.2测量布点与方法
变电站及输电线路测量方法与布点均参照HJ／t241998《500kv超高压送变电工程电磁辐射环境影响评价技术规范》进行，并根据现场情况做部分调整。
测试路径的选择标准为：地形平坦、附近没有高大构筑物和树木。各变电站均在变电站高压构架处围墙外垂直方向(避开高压进线)，测点间距为5m，测至本底处。110kV线路测量点选择在上板城变电所进线第5～6塔档距中央导线弧垂最大处线路中心的地面投影为测试原点，沿垂直于线路方向进行，测点间距为5m，顺序测到本底处。
4 测量结果分析
110kV变电站
4.1工频电场
通过对3个110kV变电站的工频电场分析，最大值分别为124.2、20.6、17.3wm，出现在距围墙0、0、20m处。110kV变电站的工频电场随距离增加，测值逐渐降低。
4.2工频磁场
110kv变电站工频磁场垂直分量最大值出现在距围墙0m处，为27.2nt，水平分量最大值出现在距围墙5m和15m处，为14.4nt。其余随着距离的增加，垂直磁场呈逐渐降低趋势，水平磁场强度变化不明显。
5 影响及对策
从测量结果可以得出，110kV变电站和输电线路附近地面环境的工频感应电磁辐射强度相对较低，周围环境电磁辐射水平符合HJ／t241998《500kV超高压送变电工程电磁辐射环境影响评价技术规范》中4000V／m居民区工频电场评价标准和对公众全天辐射时的工频限值100μt磁感应强度的评价标准。人们在110kv变电站围墙外和输电线路附近下方接触金属时亦没有明显的麻电感和电击痛感。但110kV输变电工程设计和建设运行中，预防电磁辐射污染仍是不可忽略的问题，应确保把电磁辐射降低到尽可能低的水平，确保公众不受辐射影响。在变电站和线路选址时尽量远离敏感区，设计中尽量减少分相设备的使用，多采用三相设备、线路架设方式，最大可能采用倒三角形和三角形架线方式，充分利用三相电的特性，将其各相产生的电磁场相抵消，以降低总辐射水平；严格按规范设计施工，保证高压构架和线路架设高度，增大与地面距离，降低地面感应辐射强度。
结论
电磁辐射同水、大气等污染一样已成为不可忽视的污染源，同样应引起大家的高度重视。输变电工程设计应充分考虑电磁辐射对环境的影响，应进一步优化设计，采用合理手段屏蔽电磁场，从源头最大程度地减少污染。在正常运行工况下，110kv变电站站界外和输电线路走廊下附近环境工频感应电场强度小于1500wm，工频感应磁场强度小于100nt，二者均小于相关环境保护评价标准限值。但鉴于辐射污染的特殊性和辐射防护三原则的要求，在此电压等级输变电工程的设计和建设运行中，应确保高压构架和线路架设高度，使站界外和线路走廊附近环境(包括建筑物)感应电磁辐射处于合理的水平，保护环境和公众身体健康。
参考文献：
电磁感应及其应用篇6
关键词：单极感应麦克斯韦场方程狭义相对论电磁感应定律
一、单极感应现象的发现及其简介
单极感应现象是轴对称磁体绕其对称轴转动时产生的一种特殊的电磁感应现象，十九世纪和二十世纪的科学家尝试用磁力线来形象的解释这一现象，主要有两种观点：m理论认为磁场随磁体一起旋转，n理论认为磁场不随磁体一起旋转。本文主要回溯历史上有关单极感应现象的研究，以及通过狭义相对论和现代电磁理论试解释单极感应现象。
单极感应现象是指轴对称磁体绕其对称轴转动时外部回路产生电流的现象。当磁体转动时回路中有电流通过。法拉第（faraday）最先发现该现象。当装置触头分别位于旋转磁体的一端轴处和中间位置时，回路中的电流最大如果磁体相对于观察者静止，回路中的abc部分以同样大小的角速度ω向相反方向转动，回路中将会出现同样的电流；以稳定电流的电磁铁代替永久磁体，并以导体片覆盖电磁铁的表面，当电磁铁以ω绕其对称轴旋转时，回路中也能出现电流。对于如何解释这种现象，法拉利认为磁感线不随磁铁转动，是磁铁在磁场中感应出电流，但这与安培分子电流假说矛盾，安培理论认为物质的磁性起源于分子环流，因此，如果存在磁力线，它们就应该随着分子环流的运动而运动。这样，当磁铁转动时，磁力线就会随着磁铁一起转动。因此，韦伯认为磁力线随磁体转动，但究竟应该怎么解释呢。轴对称磁体绕其对称轴转动时，在惯性参考系中，空间各点的磁场大小是不随时间发生变化的，磁场仍然是静场，那么为何能在静止的回路中产生电流呢，为了解决这个问题有了以后的单极感应开路实验。
二、pegram的实验
pegram深信m理论假说已经被推翻了，于是1917年进行了再一次的实验pegram的实验装置。螺线管a的内径为29cm、长60cm，按每厘米55匝绕制而成；与螺线管同轴的圆柱形电容器b由铜皮制成，外筒直径为25cm，长为60cm，两端封闭，上端留一个孔，以使连接静电计的屏蔽线穿过。内筒c的直径为10cm，长33cm，由硬橡胶棒支住；铜条de沿径向架设于内外筒之间，这样可以通过推下导体棒ef从而使内圆筒能够与外圆筒任意连接，或是通过推下检流计的连接dg从而内圆筒可以与静电计连接。静电计由一个小的四分仪和一个很轻的镀银的云母针制成的，灵敏度为0.87×10-4伏/分格。pegram使同轴电容器（与螺线管固在一起）与铜条同时以每分钟900转的速度绕其对称轴旋转。接着给螺线管接入励磁电流，并推动棒ef，铜条de两端与内外电容器筒相接；然后拉动棒ef，使内筒由屏蔽线与静电计相接，关闭励磁电流，测量内筒上是否带有电荷。结果实验中静电计发生了偏转，于是pegram从静电计的偏转确认电容器被充电了。由于实验过程中，外电路和磁体一起转动，而在回路中却有电流通过。因此，如果用m理论假说是无法解释的，因而pegram认为他的实验证实了barnett和kennard的实验结果，即证明了n理论成立；而且表明在单极感应中“感生电动势的位置”是在运动的导体中，且它完全不依赖于磁场的转动。
三、用相对论解释单机感应现象
单极感应的争论在历史上是围绕“磁力线是否随磁铁转动”这一问题展开的.然而，今天的多数物理学家已认识到‘磁力线运动’的提法没有意义，并认为经典电动力学的所有问题都可由麦克斯韦理论解决而无须借助力线概念.我们认为，虽然力线概念在处理某些问题时有其好处，但决非必不可少；对于某些问题（如单极感应），力线的引用特别是“运动力线”的提法更是有害无益。
由相对论结论与传统观点比较来看，相对论抛弃了原有的争论，而是从拎一个角度看待问题，与实验室静止的观察者会观察到电极化强度不为0，而随动观察者会观察到电极化强度为0，这是由于相对论的修正，如果纠结于m与n理论之间，则沦于表象。
参考文献：
[1]梁灿彬，池无量，梁竹健：对单极感应理论的一点澄清，北京师范大学；
[2]周建忠，刘炜：论
单极感应”电磁现象所蕴含的物理规律，西北大学学报，2009年5月，第7卷第3期；
电磁感应及其应用篇7
一、电磁感应现象中的图象问题
1.图象类型
电磁感应中常涉及磁感应强度B、磁通量φ、感应电动势e和感应电流i随时间t变化的图象，即：B-t图象，φ-t图象，e-t图象和i-t图象.对于导体切割磁感线产生感应电动势和感应电流的情况，还常涉及感应电动势e和感应电流i随导移x变化的图象，即e-x图象，i-x图象.另一类由给定的有关图象，分析电磁感应过程，求解相应的物理量.
2.分析方法
对图象的分析，应做到“四明确一理解”
（1）明确图象所描述的物理意义、明确各种正、负号的含[Jp3]义、明确斜率的含义、明确图象和电磁感应过程之间的对应关系.
（2）理解三个相似关系及其各自的物理意义.
v-Δv-ΔvΔt、B-ΔB-ΔBΔt、Φ-ΔΦ-ΔΦΔt
3.处理方法
电磁感应中图象问题常需利用右手定则，楞次定律和法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律、串并联电路知识等规律来分析、求解.
典例1（2013年高考山东理综第14题）能正确反映F随时间t变化的图象是（）.
解析见2014年版5年高考物理真题.选择B.
点评本题考查法拉第电磁感应定律、楞次定律、左手定则等知识.综合了电磁感应中的图象问题，弄清B-t、i-t等图象中斜率的物理意义，是解此类问题的关键.
[Bp（]拓展练习12011年全国高考物理海南卷第6题.
二、电磁感应中的动力学问题
1.关联性
电磁感应中通过导体的感应电流在磁场中将受到安培力的作用，因此电磁感应问题往往和力学、运动学等问题联系在一起.
2.解决此类问题的思维方法和步骤
（1）根据法拉第电磁感应定律求解感应电动势、根据楞次定律确定感应电流的方向.（2）找准等效电源，画出等效电路图.（3）根据欧姆定律求感应电动势.（4）求安培力的大小和方向.（5）分析导体的受力情况和运动情况.（6）根据牛顿第二定律列动力学方程或根据力的平衡条件列力的平衡方程.
典例3U形金属导轨abcd原来静止放在光滑绝缘的水平桌面上，范围足够大、方向竖直向上的匀强磁场穿过导轨平面，一根与bc等长的金属棒pQ平行bc放在导轨上，棒左边靠着绝缘的固定竖直立柱e、f.已知磁感应强度B=0.8t，导轨质量m=2kg，其中bc段长0.5m、电阻r=0.4Ω，其余部分电阻不计，金属棒pQ质
量m=0.6kg、电阻R=0.2Ω、与导轨间的动摩擦因数μ=0.2.若向导轨施加方向向左、大小为F=2n的水平拉力，如图1所示.求：导轨的最大加速度、最大电流和最大速度（设导轨足够长，g取10m/s2）.
答案amax[wB]=F-μmgm=2-0.2×0.6×102m/s2
[Dw]=0.4m/s2
imax=2-0.2×0.6×100.8×0.5a=2a
等效电路
i=eR+r，imax=BLvmaxR+r，
vmax=imax（R+r）BL=2×（0.2+0.4）0.8×0.5m/s=3m/s.
点评导轨在恒力作用下，从静止起做切割磁感线运动，安培力阻碍导轨的运动，导轨刚开始运动时，v=0，F安=0导轨所受合力最大，导轨有最大加速度，由于安培力随导体速度增加而变大，导轨做变加速直线运动，当导体棒所受合力为0时，由牛顿第二定律可知，导体棒加速度也为0，而此时速度为最大值（物理学中叫收尾速度），由法拉第电磁感应定律可知，电路中感应电动势最大，感应电流最大，此后导轨做匀速直线运动.本题是电磁感应和力学综合题，联系两者的桥梁是磁场对感应电流的安培力，解决此类问题的关键，是对研究对象，如：导轨，正确的受力分析，弄清运动和力的关系.此题给我所带的高二学生做，发现学生求导轨最大加速度时，隔离体法分析导轨受力时容易出错，很多同学把光滑水平面误看成粗糙的，计算导轨受到的摩擦力时，把导体棒的重力带入计算而造成二种错解.此类题还要注意分清物体的状态是平衡[Jp3]状态还是非平衡状态的，然后再结合相应规律列状态方程求解.
[Bp（]拓展练习32011年全国高考物理海南卷第16题.
三、电磁感应中的能量问题
1.电磁感应中能量转化的特点：外力克服安培力做功，把机械能或其他形式能转化为电能，感应电流通过电路做功又把电能转化成其他形式的能.
2.解决此类问题的方法：（1）用法拉第电磁感应定律和楞次定律确定电动势的大小和方向.（2）画出等效电路图，求出回路中电阻消耗电功率的表达式.（3）分析导体机械能的变化，用能量守恒定律得到机械功率的改变与回路中电功率的改变所满足的方程.
典例4（2012年天津高考卷第11题）
解析见2014版5年高考物理真题.
答案（1）q=4.5C（2）Q2=1.8J（3）wF=Q1+Q2=5.4J
[Bp（]拓展练习42011年全国高考天津卷第11题.
电磁感应及其应用篇8
下面本文就人教版《物理》选修3-1第三章第四节《通电导线在磁场中受到的力》课后习题【第94页的第3题（2010年4月第3版）】为素材而设计的一节复习课的变式教学谈谈笔者的一点粗浅做法，以期对中学物理教学有所裨益.
1原题再现触摸经典
如图1所示为电流天平，可以用来测量匀强磁场的磁感应强度.它的右臂挂着矩形线圈，匝数n，线圈的水平边长为l，处于匀强磁场内，磁感应强度B的方向与线圈平面垂直.当线圈中通过电流i时，调节砝码使两臂达到平衡.然后使电流反向，大小不变.这时需要在左盘中增加质量为m的砝码，才能使两臂再达到新的平衡.
（1）导出用已知量和可测量n、m、l、i计算B的表达式.
（2）当n=9，l=10.0cm，i=0.10a，m=8.78g时磁感应强度是多少？
解析（1）设电流方向未改变时，等臂天平左盘内砝码质量为m1，右盘内有砝码质量为m2，则由等臂天平的平衡条件，有m1g=m2g-nBil.
电流方向改变后，同理可得（m+m1）g=m2g+nBil，
两式相减，得B=mg2nil.
（2）将n=9，l=10.0cm，i=0.10a，m=8.78g代入上式得B=0.48t.
点评应用通电导线在磁场中受力的原理，把安培力的知识与天平结合，可以制成灵敏的电流天平，依据力矩平衡条件，测出通电导线在匀强磁场中受力的大小，从而“称出”磁感应强度.
变式1如图2所示的装置可以用来测量磁场的磁感应强度，天平右臂下面挂一个矩形线圈，宽为L，共n匝，线圈的下半部分悬在匀强磁场中，磁场方向垂直于纸面.当线圈中通有图示方向的电流i时，天平左右两盘中各加上质量分别为m1和m2的砝码后，天平平衡；当电流反向时（大小不变），右盘上再加质量为m的砝码后，天平重新平衡.由此可知
a.磁感应强度的方向垂直纸面向里，大小为（m1-m2）gniL
B.磁感应强度的方向垂直纸面向里，大小为mg2niL
C.磁感应强度的方向垂直纸面向外，大小为（m1-m2）gniL
D.磁感应强度的方向垂直纸面向外，大小为mg2niL
【由上可知，正确选项为B】
变式2（2012年新课标卷）如图3中虚线框内存在一沿水平方向、且与纸面垂直的匀强磁场.现通过测量通电导线在磁场中所受的安培力，来测量磁场的磁感应强度大小、并判定其方向.所用部分器材已在图中给出，其中D为位于纸面内的U形金属框，其底边水平，两侧边竖直且等长；e为直流电源；R为电阻箱；a为电流表；S为开关.此外还有细沙、天平、米尺和若干轻质导线.
（1）在图中画线连接成实验电路图.
（2）完成下列主要实验步骤中的填空：①按图接线.②保持开关S断开，在托盘内加入适量细沙，使D处于平衡状态；然后用天平称出细沙质量m1.③闭合开关S，调节R的值使电流大小适当，在托盘内重新加入适量细沙，使D；然后读出，并用天平称出.④用米尺测量.
（3）用测量的物理量和重力加速度g表示磁感应强度的大小，可以得出B=.
（4）判定磁感应强度方向的方法是：若，磁感应强度方向垂直纸面向外；反之，磁感应强度方向垂直纸面向里.
解析（1）如图4所示.
（2）③重新处于平衡状态，电流表的示数i，此时细沙的质量m2，④D的底边长L；
（3）B=|m1-m2|giL；（4）m2>m1.
点评变式1学生很容易忽略n匝线圈的重力，此题有助于考查学生思维的严密性.变式2实现了题型的转变，由选择题变成实验题，粗略比较可见两者都是先测出电流后计算磁感应强度，都采用了物体平衡的方法测量安培力，利用测量重力来间接测量安培力.另外，将天平改为滑轮来实现改变情景，同时将已知电流改为用电流表测量电流的大小.而且融入了电路连线、电流方向的判断、磁感应强度方向的判断，所以高考题更灵活，涉及面更广，充分考查了学生的迁移能力和实验能力.
可见，此习题提供了测量磁感应强度的一种方法，那么求测磁感应强度还有哪些方法呢？
2方法变换各显神通
下面主要围绕测量方法的变换展开变式教学.
2.1力的平衡法
应用通电导线在磁场中受力平衡的原理，根据平衡条件建立方程，从而“量（求）”出磁感应强度.
例1如图5所示，一长方体绝缘容器内部高为L，宽为d（前后面距离），左右两侧装有两根开口向上的管子a、b，上、下两侧装有电极C（正极）和D（负极），并经开关S与电源连接，容器中注满能导电的液体，液体的密度为ρ.将容器置于一匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里.当开关断开时，竖直管于a、b中的液面高度相同；开关S闭合后，a、b管中液面将出现高度差h，电路中电流表的读数为i.求磁感应强度B的大小.
解析开关S闭合后，容器内部导电液体中有自上而下的电流通过，等效为长为L的电流在磁场中受安培力的作用，这样使得两侧管中的液面出现高度差，由左手定则可知，电流L受力方向水平向右，右边的那根管内液面高些，从而出现高度差.通电液体在磁场中受到的安培力大小为F=BiL，两管液面高度差为h而产生的压强为ρgh，以长方体的某一横截面为研究对象，由力的平衡知，BiL=ρghLd，化简得B=ρghdi.
点评此法中只要测出电路中的电流以及“量”出液面的高度差和宽度，就可以实现测出磁感应强度的目的.
2.2动力学法
应用通电导线在磁场中受力的原理，再根据牛顿运动定律建立动力学方程，从而“求出”磁感应强度.
例2（2011年新课标卷）电磁轨道炮工作原理如图6所示.待发射弹体可在两平行轨道之间自由移动，并与轨道保持良好接触.电流i从一条轨道流入，通过导电弹体后从另一条轨道流回.轨道电流可形成在弹体处垂直于轨道面的磁场（可视为匀强磁场），磁感应强度的大小与i成正比.通电的弹体在轨道上受到安培力的作用而高速射出.现欲使弹体的出射速度增加至原来的2倍，理论上可采用的方法是
a.只将轨道长度L变为原来的2倍
B.只将电流i增加至原来的2倍
C.只将弹体质量减至原来的一半
D.将弹体质量减至原来的一半，轨道长度L变为原来的2倍，其它量不变
解析安培力即为弹体所受的合力，有F=ma，F=Bil，v2=2aL，B=Ki，联立以上方程可得：v=2ki2lLm.所以正确选项为B、D.
点评此题虽然没有直接要求求出磁感应强度，但是可以进行适当改编.如变成“通电的弹体在轨道上受到安培力的作用而以速度v射出，求加在垂直于轨道面的磁场（可视为匀强磁场）磁感应强度的大小”.【参考答案：B=mv22iLl】
2.3功能关系法
磁场具有能量，这种能量与磁感应强度有关；而功是能量转化的量度.因此，只要建立功和磁场能之间的关系，就可求得磁感应强度.
例3（2002年上海卷）磁场具有能量，磁场中单位体积所具有的能量叫做能量密度，其值为B2μ，式中B是磁感应强度，μ是磁导率，在空气中μ为已知常数.为了近似测得条形磁铁磁极端面附近的磁感应强度B，一学生用一根端面面积为a的条形磁铁吸住一相同面积的铁片p，再用力将铁片与磁铁拉开一段微小距离Δl，并测出拉力F，如图7所示.因为F所做的功等于间隙中磁场的能量，所以由此可得磁感应强度B与F、a之间的关系为B=.
解析拉力做功为w=FΔl，磁铁与铁片p间隙中磁场能量e=B22μaΔl，据题意w=e，联立求得：B=2μFa.
点评因为Δl很小，所以在这段位移内拉力可视为恒力，然后利用恒力功的计算公式求解.从“测”出力的大小实现测量变换，从而实现可“测”.
2.4磁偏转法
带电粒子以垂直于磁场方向的速度垂直射入匀强磁场时，会发生偏转而做匀速圆周运动，通过“画”出轨迹以及对轨迹的研究并利用相关规律，便可求出磁感应强度.
例4（2002年全国卷）电视机的显像管中，电子束的偏转是利用磁偏转技术实现的.电子束经过电压为U的加速电场后，进入一圆形匀强磁场区，如图8所示.磁场方向垂直于圆面，磁场区的中心为o，半径为r.当不加磁场时，电子束将通过o点而打到屏幕的中心m点.为了让电子束射到屏幕边缘p，需要加磁场，使电子束偏转一已知角度θ，此时磁场的磁感应强度B应为多少？
解析如图9所示电子在磁场中沿圆弧ab运动，圆心为o，半径为R.以v表示电子进入磁场时的速度，m、e分别表示电子的质量和电量，则由动能定理得eU=12mv2.
由牛顿第二定律和洛伦兹力公式得evB=mv2R，又有tanθ2=rR，
由以上各式解得B=1r2mUetanθ2.
点评处理带电粒子在磁场中的圆周运动问题的关键是画出符合题意的轨迹图，确定圆心，然后根据几何关系求半径，从而“画（测）”出磁感应强度.
2.5电磁感应法
处于磁场中的闭合线圈，当磁通量发生变化时，由电磁感应规律知，线圈中会产生感应电流，研究其受力和运动，根据与磁感应强度相关的物理规律可“读（求）”得磁感应强度.
例5物理实验中，常用一种叫做“冲击电流计”的仪器测定通过电路的电量.如图10所示，探测线圈与冲击电流计串联后可用来测定磁场的磁感应强度.已知线圈的匝数为n，面积为S，线圈与冲击电流计组成的回路电阻为R.若将线圈放在被测匀强磁场中，开始线圈平面与磁场垂直，现把探测线圈翻转180°，冲击电流计测出通过线圈的电量为q，由上述数据可测出被测磁场的磁感应强度为
a.qRSB.qRnSC.qR2nSD.qR2S
解析由题意知：初始时，Φ1=BS，把探测线圈翻转180°，则Φ2=-BS，ΔΦ=|Φ2-Φ1|=2BS，由e=nΔΦΔt、i=eR、i=qΔt，联立求得：B=qR2nS.所以正确选项为C.
点评闭合电路在磁场中由于磁通量发生变化会产生感应电流，利用法拉第电磁感应定律以及闭合电路欧姆定律等规律，通过“读”出电流计的读数并测出通过线圈的电量，从而测出磁感应强度.
此外还可以利用霍尔效应、磁流体发电机、磁强计等实际应用为背景的问题设计，实现测量磁感应强度.
电磁感应及其应用篇9
关键词：线圈车辆检测系统电感线圈磁通量
1导言
进入新世纪以来，随着经济的快速发展，智能交通系统（itS－intelligenttransportationSystem）在我国得到了飞速的发展。在智能交通系统中，道路交通流量信息实时、有效的检测是交通信息系统的关键环节，已有很多的专家学者运用各种先进的技术对车辆检测的方法进行了开发研制。本文将以正在使用的新型车辆检测器作为基础，对线圈车辆检测系统中电感线圈的工作特性作深入的研究。
线圈车辆检测系统的原理简介
线圈车辆检测系统主要由电感线圈及与之相配套的车辆检测仪组成。其中，电感线圈一般是由几匝金属导线绕制成空心线圈，埋设于车道的路面下，通过馈线与车辆检测器相联。
车辆检测器用高频信号驱动地感线圈，在线圈的周围就产生了交变的电磁场，这时，若有车辆通过线圈，在改变线圈周围空间的磁导率的同时切割磁感线，引起线圈电感量的变化，并进而引起线圈阻抗的变化，这将导致车辆检测器内部振荡信号频率的变化，检测电路可以检测到这一频率的变化，据此就可以达到检测车辆的目的了。
3电感线圈的工作特性研究
电感线圈在检测系统中起到了传感器的作用，线圈的形状和埋设布局等对检测系统的灵敏度将有很大的影响。为了说明这一影响，首先应该了解线圈工作时的磁场分布规律。我们将以毕奥－萨伐尔定律为工具着手研究。
毕奥－萨伐尔定律是有关电流产生磁场的基本定律，即
（1）
其中µ。为真空磁导率（可近似认为是空气中的磁导率）dB的方向可用右手螺旋定则来判断，dB垂直于dL和r所组成的平面。
根据（1）式可求出载流长直导线放在真空中时，导线旁边任意一点p的磁感应强度B，设有一长直导线aB，其中的电流为i，如图所示，
在直导线上任取一电流元idL，根据毕奥－萨伐尔定理，该电流元在给定点p所产生的磁感应强度的大小为dB，dB的方向垂直于电流元idL和矢径r所组成的平面。用右手螺旋定则可知，直导线上各个电流元所产生的磁感应强度dB的方向都相同，因此，p点的磁感应强度就等于各电流元的磁感应强度的代数和，用积分表示有：
（2）
且由图1可知，积分的上下限为及，有：
＝
积分后得：
（3）
根据上述结论，我们可以来计算地感线圈所包围的平面内某一点的磁感应强度B,为计算简便设有一单匝正方形线圈，线圈的边长为8a，线圈中电流为i，该线圈平面的中点为p，该点的磁感应强度计算过程如下：
令线圈右边导线在p点所产生的磁感应强度为，则根据（3）式有
＝
由于该点的特殊性，同理可以退出其他三边在该点所产生的磁感应强度大小相等，由右手螺旋定则知，线圈四个边所产生的磁感应强度B的方向都相同，所以根据毕奥－萨伐尔定律的迭加原理，整个线圈在该点产生的磁感应强度大小等于右边导线产生磁感应强度的4倍。
由上图坐标知，方向指向X轴负向。利用上面的方法，同理可计算出如图所示另外线圈在另外四点p、p、p、p的磁感应强度，＝0.430；＝0.499；＝0.698；＝0.909。对比p、p、p、p及p点的磁感应强度可以看出，线圈内各点的磁感应强度是不一样的，，线圈中点处的磁感应强度比其他点都小，越接近导线，磁感应强度越大，在线圈拐角的地方，磁感应强度比其他同距离的地方都大。
4地感线圈的应用探讨
根据上面的分析可以得出结论：地感线圈内部的磁场分布并不均匀。当车辆经过线圈中磁感应强度大的区域时，磁通量变化率也相应增大，从而产生较大的感应电动势，增加了车辆检测的灵敏度。据此，在地感线圈的设计和施工上，我们主要考虑的就是使车辆通过时能引起较大的磁通量变化。根据地感线圈的工作特性，可以从两方面来考虑这个问题，一是尽可能让车能够通过线圈拐角磁通量较大的地方，二是尽可能增大车通过线圈时车体所覆盖的线圈区域，为此，我们可以考虑把线圈设计成菱形以提高车辆检测的灵敏度。见下图，
该线圈形状的优点在于覆盖的路面范围较大，对于要求检测摩托车的路口，可以有效提高检测灵敏度。
电磁感应及其应用篇10
【关键词】巨磁阻抗效应；弱电流传感器；新型非晶磁芯；非接触式
中图分类号：C93文献标识码：a
弱电流传感器在很多领域中有比较普遍的运用，随着这些行业的不断进步，对传感器的准确度的要求也越来越高，比如在电机调速，绝缘在线检测等仪器中，对传感器的灵敏度，抗干扰能力，分辨力有了更高的要求。为了迎合需求，人们对某些新材料，常规能源又有了更多的探索。近年来，迎合市场的需求磁电方面的研究也逐渐火热起来，经过许多仁人志士的探索研究，在非晶，纳米晶材料等的基础上，人们发现了巨磁阻抗效应，这就为新型非晶磁芯巨磁阻抗效应弱电流传感器的研制奠定了基础。
1.巨磁阻抗效应原理的相关知识及其优点
外加磁场的改变可以显著影响软磁合金材料的交流阻抗的现象成为巨磁阻抗效应(giantmagneto-impedance,Gmi)。具体点说，巨磁阻抗效应就是高频电流引发的趋肤效应。这种现象是kmh等人在一次偶然的实验中发现的。经过多次的实验，发现巨磁阻抗效应在室温的条件下对弱磁场非常的灵敏，具有灵敏度高，线性高，无磁滞现象等优点。具备这样的优势，巨磁阻抗效应的应用有远大的前景，所以引起了各国的学者广泛关注，并积极做了诸多研究。
比如有学者做过比较，在室温的条件下做实验，得出巨磁阻抗效应对弱磁场的灵敏度比巨磁电阻对弱磁场的灵敏度多了一个数量级以及磁通门传感器效率更好的结论。除此之外，可得知，巨磁阻抗效应结构比较简单，工作效率好，温度稳定性也较高，有这很多传感器都无法超越的优越性。当下，由于很多新型复合材料都可见巨磁阻抗效应，所以对其的深入研究也正在进行中。
2.巨磁阻抗效应的基本特征和敏感原件制备
2.1巨磁阻抗效应的显著优势
和其他事物一样，巨磁阻抗效应也有物极必反的道理。在弱磁场的条件下，软磁材料在高频电流作用下，与阻抗磁场呈正相关关系，非线性误差比较小，弱磁场灵敏度较高。然而在高磁场的前提下，阻抗与磁场有着负相关的关系，也就是阻抗会随着磁场的增大而逐渐减小。除此之外，热处理感生磁各向异性场有利于加强此种效应。除此之外，与其他磁效应相比较，利用巨磁阻抗效应制成的传感器其装置简单，但是对速度和频率不敏感。而且这种效应广泛应用于制造磁记录磁头，磁盘检测器，和磁膜储存器的读出器等等，应用十分广泛。
2.2非晶磁芯的相关知识
非晶磁芯是非晶材料加工而来的磁性元件，根据材料的形状可以分为带材型磁芯和粉末性磁芯，笔者主要论述的是经过卷曲后的环形磁芯。非晶磁芯饱和磁密比较高，但是会随着频率升高，磁导率会急速下降，一般用于普通的频带。在实验室当中，经常使用非晶薄带制成敏感原件，具有低耗能，高精度，好灵敏度的特点。其中电流，温度都比较低，电阻率也较小。在具体制备过程当中，非晶薄带要等厚约5cm，沿着规定的方向截取长宽。然后再卷成环形的磁芯，再用脉冲电流退火，这样，敏感原件基本制备完毕。
3新型非晶磁芯巨磁阻抗效应弱电流传感器的结构和工作原理
3.1新型非晶磁芯巨磁阻抗效应弱电流传感器的电路结构
此种传感器有由多谐振荡器，微分电路，非晶磁芯，峰值检波，以及低通滤波差分放大等部分组成的。是由moS问电路构成的多谐振荡器产生高频方波信号，进过微分电路后产生脉冲电流信号，刺激非晶磁芯。让待测的电流穿过磁芯轴线，这样，环形磁场形成，同时也改变了磁芯阻抗，进而改变峰值电压。在通过峰值检波装置检测峰值的大小，在通过低通滤波与基准电压比较得出差值，输出电压。
3.2脉冲电流电路
脉冲电流通过刺激非晶磁芯，使得阻抗变化率有所改变。某种意义上说也就是提高传感器的灵敏度。原因是非晶磁芯的特性决定的。只有在高频电流的刺激下，非晶磁芯才可以出现巨磁阻抗效应，随着磁场增加，阻抗也急剧增加。通过傅立叶变换可以知道，非晶磁芯的频谱是周期脉冲序列，同时含有丰富的谐波信号，所以脉冲电流可以提高传感器的灵敏度。在具体使用过程中，使用非门芯片产生高频方波，经过微分电路又得到脉冲电流，脉冲电流中的负脉冲又通过飞门去除，仅剩下正向脉冲电流。为了使脉冲电流正常工作，应保证线路不同部位中的电阻的大小合理。比如反向器输入端的补偿电阻远远大于微分电路中的电阻，这样不仅仅可以避免振荡频率不稳定的缺点，还可以提高振荡频率的稳定性。
3.3新型非晶磁芯巨磁阻抗效应弱电流传感器的信号处理电路
传感器信号处理电路大概有五个部分组成，磁芯两端的脉冲电流差值较大，容易使得二极管的阈值电压和临界导通的非线性关系放大，为了避免这种现象，在线路中又设置了峰值检波电路。阈值电压变得很小时可以忽略不计，这时，可以采取滤波措施，减少不需要的散在信号，使得传感器的信噪比增加。检波电路测到的是磁芯两端的峰值电压，有一定的误差，也就是说同一时间段内，两者的初始值不一样，针对这个问题，才装置了差动放大电路，使得可以准确读出差值。在实际电路中，存在这样一片区域，就是磁芯阻抗值越来越慢，这个区域不利于电路的运行，所以为了绕过这片区域，我们就在磁芯附近增加了偏置磁场。如此一来，弱直流电流传感器就有了双重功效，既可以确定电流的去向，还可以被检测电流的大小，真是一举双得。
3.4工作电压对新型非晶磁芯巨磁阻抗效应弱电流的影响
新型非晶磁芯对工作的电压有一定的要求。要在规定的范围内，否则容易出现效率低下的现象，又或者直接造成不能运转的后果。新型非晶磁芯的芯片在此合理范围内工作效率较高，多谐振荡装置几乎都可以保证输出方波的稳定性。但在实际工作中，电压的大小很大程度上决定了方波的幅值，从而也直接影响到脉冲电流峰值的大小。这种现象也刚好印证了在一定条件下，输出的电压值的波动与脉冲电流峰值的大小有线性关系的原理。也由此可知，在相同阻抗变化率的条件下，输出电压的大小可以影响传感器的测量灵敏度，线性度，分辨力。所以保证工作电压在合理范围内是至关重要的。由上文可知，弱电流传感器的灵敏度与工作电压有线性关系，所以有稳定的直流工作电源，是提高电流传感器的精确度和灵敏度的重要基础。
4.结论
笔者提出了一种由非晶薄带为敏感原件的新型巨磁阻抗效应弱电流传感器。提出了传感器的电路设想。这种传感器有无可比拟的优越性，比如:线性强，灵敏度高，设备简单，成本减少等等特点，在相关领域中有较大的应用价值。近年来，不少国外的文章也曾论述过此类研究，但是与之相比，有一定的差距，但是随着多次的实验，磨合，总结，此次所设计的信号处理电路在各方面都有了显著的提高，比如在精确度和测量范围上等等。巨磁阻抗效应自身就具有温度稳定性好，灵敏度高的优势，所以在弱电流检测中应用前景广泛。但是外磁场对其有干扰作用，所以在制作过程中使用了外部磁场的屏蔽壳，提高了其工作效率。
【参考文献】
[1]鲍丙豪,赵湛,董钢,蒋峰.新型非晶磁芯巨磁阻抗效应弱电流传感器[J].电子器件,2006,04:1035-1038.