电磁波速仪测试原理

今年重庆市高交会展示现场的太赫兹时域光谱成像仪　　患癌之前就能检查处癌细胞，这还是真的。近日，记者从中国科学院重庆绿色智能技术研究院太赫兹技术研究中心(下称太赫兹技术研究中心)获悉，该研究中心历时3年研究的太赫兹生物医疗研究项目即将结题。该研究项目发现，电磁波太赫兹波能直接“看到”DNA、蛋白质等生物大分子。如果用于生物医疗领域，有望在患癌之前检测到癌细胞，目前，中科院已与第三军医大学展开合作，太赫兹技术或将攻破癌症难治的大门。　　太赫兹近场成像光谱仪局部 　　中科院海归教授领队3年出成果　　太赫兹波是指频率在 0.1～10THz 之间的电磁波，在电磁波谱上位于微波和红外线之间。　　据了解，太赫兹波段的光谱对于物质结构的探索具有重要意义，太赫兹脉冲光源与传统光源相比也具有很多独特的性质。因此，太赫兹生物探测技术已经成为当下一个非常重要的交叉前沿领域。　　太赫兹技术研究中心是中国科学院重庆绿色智能技术研究院的下属研究机构。2013年，研究中心成立后不久，就在重庆市科委的支持下开展太赫兹生物医疗的项目研究。目前，太赫兹技术研究团队有科研人员14人，具备海外留学背景的人员比例超过55%。　　研究中心主任崔洪亮是国家“千人计划”特聘教授，他在太赫兹生物探测等领域有着丰富的经验积累。早在10年前，在美国教学的崔洪亮率先倡导太赫兹光谱检测和识别化学和生物战剂的研究，首次取得在溶液环境下成功测得三文鱼DNA的太赫兹波吸收图谱，这一突破性的成果领先国际同行近十年。　　崔洪亮带领的团队花费了3年的时间研究太赫兹生物医疗项目，该项目将于今年10月底结题。这意味着太赫兹技术研究中心在太赫兹生物医疗研究方面取得突破性成果。太赫兹时域光谱成像仪局部　　检测癌细胞能力超过X光、超声波　　据了解，X光穿透性很强，无法细致地区分正常细胞与癌细胞 超声波穿透性又稍弱，照射不到细胞内部，只能“看到”直径大于1毫米的癌症肿瘤。而太赫兹波却恰好能够检测到细胞内部生化信号变化，分辨出正常细胞和癌细胞的不同。　　崔洪亮认为，生物医疗是太赫兹应用的一个独特的领域，“在生物医疗领域，X光、超声波等传统医学检测手段无法检测到DNA等生物大分子，太赫兹技术能起到很好的补充作用。”　　该项目立项之初，太赫兹技术研究中心就与第三军医大合作。研究中心利用第三军医大提供的信息建立数据库，以此作为太赫兹检测癌细胞研究的基础。第三军医大则把研究的成果逐步运用于临床医学。　　崔洪亮表示，如果太赫兹波技术能够发展成熟，癌细胞有望能在其未扩散之前被检测出来。目前，通过太赫兹技术，中心在实验室里已经能检测出肺癌早期在支气管中癌变的细胞。而在太赫兹技术更为成熟的美国、日本等国家，研究人员已经通过该技术检测出皮肤癌、乳腺癌、结肠癌和胃癌等多种癌细胞。　　太赫兹波技术在未来的医疗卫生领域或将有更进一步的应用。　　据崔洪亮介绍，当太赫兹波在生物医疗方面的研究彻底取得成功时，医生有望利用太赫兹技术治疗癌症。相比于治疗过程中同时杀死癌细胞和正常细胞的化疗、放疗等传统手段，一定频段内的太赫兹波可以实现只针对癌细胞而无损正常细胞的良好治疗效果。　　目前，研究中心已经研发出用于细胞检测的太赫兹光谱仪。但由于设备体积较大，一直仅限于实验室使用。研究中心下一步打算把设备做得更小，以便于日后投入生产线，真正把该设备送进医疗卫生行业。

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p-p(毫高斯 峰-峰值) 范围的低频（0～300Hz）电磁场屏蔽的实际应用（一般电镜实验室环境大致就是这样的）。考虑到性价比，屏蔽体材料如无特殊情况，一般应选择低碳钢板 Q195（旧牌号为A3）。 我们先来建立一个数学模型：1．计算式推导因为低频电磁波的能量主要由磁场能量构成，所以我们可以使用高导磁材料来提供磁旁路通道以降低屏蔽体内部的磁通密度，并借用并联分流电路的分析方法来推导磁路并联旁路的计算式。这里有以下一些定义：Ho： 外磁场强度Hi： 屏蔽内空间的磁场强度Hs： 屏蔽体内磁场强度A： 磁力线穿过屏蔽体的面积 A=L×WΦo：空气导磁率Φs：屏蔽材料导磁率Ro: 屏蔽内空间的磁阻Rs: 屏蔽材料的磁阻L： 屏蔽体长度W： 屏蔽体宽度h： 屏蔽体高度（亦即磁通道长度） b： 屏蔽体厚度由示意图一可以得到以下二式Ro=h/( A×Φo)=h/(L×W×Φo) (1)Rs=h/(2b×W+2b×L)Φs (2)由等效电路图二可以得到下式Rs= Hi×Ro/（Ho- Hi） (3)将(1)、(2)代入(3)，整理后得到屏蔽体厚度b的计算式(4) b=L×W×Φo(Ho-Hi)/ (W+L) 2Φs Hi (4)注意：在(4) 式中磁通道长度h已在整理时约去，在实际计算中Φo、Φs 、Ho、Hi等物理单位也将约去，我们只需注意长度单位一致即可。由(4)式可以看出，屏蔽效果与屏蔽材料的导磁率、厚度以及屏蔽体的大小有关。屏蔽材料导磁率越高、屏蔽材料越厚则磁阻越小、涡流损耗越大，屏蔽效果越好；在导磁率、厚度等相同的情况下，屏蔽体积越大屏效越差。因为整体材料的涡流损耗比多层叠加（总厚度相同）的涡流损耗要大，所以如无特殊情况不宜选用薄的多层材料而选用厚的单层材料。2．计算式校验我们用（4）式计算并取Φo=1, L=5m，W=4m，Φs=4000，计算结果与实测数据（收集这些数据花了好几个月呢）对照比较（参见表1），发现差别很大：表1厚度（mm） 场强（%）1.5234568外磁场强度100100100100100100100实测内磁场强度60～6545～50～35～27～22～168～12计算内磁场强度18.513.99.266.945.564.633.47注：1．外磁场强度为5～20mGaussp-p。 2．为便于比较将计算数值及实测数值都归算为百分数。 3．实测值系由不同条件下的多次测试折算而得。由于各次的测试条件不完全相同，所以只能取其大约平均数。事实上，由于各种因素的影响，试图建立一个简单的数学模型直接去分析和计算低频电磁屏蔽的效果是相当困难的。通过分析，发现计算与实测相比偏差较大主要有两方面的原因。并联分流电路的函数关系是线性的，而在磁路中，导磁率、磁通密度、涡流损耗等都不是完全线性关联，许多参数互为非线性函数关系（只是在某些区间线性度较好而已）。我们在推导磁路并联旁路的机理时，为避免繁杂的计算，忽略或近似了一些参数，简化了一些条件，把磁路线性化后计算。这些因素是造成计算精度差的主要原因。另一方面，商品低碳钢板的规格一般为1.22m×2.44m，按一个长×宽×高为5×4×3m3的房间来算，焊接缝至少五六十条，即便是全部满焊，焊缝厚度也往往小于钢板的厚度。另外屏蔽体上难免有开口和间隙，这些因素造成的共同结果就是：屏蔽体磁阻增大，整体导磁率下降。用并联分流电路的分析方法推导出的磁路屏蔽计算式必须加以修正才能接近实际情况。3．修正后的计算公式在(4)式基础上，我们引入修正系数μ，且考虑到空气导磁率近似为1，得到(5)式b=μ〔L×W(Ho-Hi)/ (W+L) 2Φs Hi 〕 (5)μ在3.2～4.0之间选取。屏蔽体体积小、工艺水平高可取小值，反之取较大值为好。我们用（5）式取μ=3.4计算出的结果与实测数据对照比较（参见表2），啊哈，这下吻合度基本可以满意。表2厚度（mm）场强（%）1.5234568外磁场强度100100100100100100100实测内磁场强度60～6545～50～35～27～22～168～12计算内磁场强度62.947.231.523.618.915.711.8注：其它情况与表1相同。必须指出的是，多次测试数据表明，虽然(5)式计算结果与多次的现场实测结果吻合度较高，但后来也发现个别相差较大的实例，究其原因是属于现场施工的问题。以下是在现场施工中可能发生的几种情况：1．个别部位（如门）用了薄钢板；2．钢板没有连续焊接且拼接缝过大；3．钢板焊缝深度不足，焊缝处导磁率变小，形成多处“瓶颈”；4．屏蔽体在设备基础部位开口过大且波导口处理不当；5．随意缩短波导管的长度或加工时有偷工减料现象；6．波导管壁厚过小；7．屏蔽体多点接地致使屏蔽材料中有不均匀电流；8．屏蔽体与电源中性线相连。一两处小小疏忽就会造成屏蔽效果严重劣化。这有点类似于“水桶理论” ：水桶的容量取决于最短的那块木板。对于这类隐蔽项目，质量往往由工艺保证。所以在选择一个可靠的施工单位、严格遵照设计工艺要求、加强现场施工监理、实施分阶段验收等方面，都是一定要引起高度注意的。屏蔽体的开口设计：设计一个屏蔽体，一定会碰到开口问题。常见开口设计的理论方法大多难以在低频磁屏蔽设计中直接应用。下面以一个房间的屏蔽设计为例来讨论。1．小型开口房间内安装的被屏蔽设备，一般都需要供应动力、能源和冷却水等等。这些辅助设施大多位于屏蔽室之外，通过进出水管、进排气管和电缆连接进来。我们可以将这些管道和电缆适当集中，统一经由一个或数个小孔穿过屏蔽体。小孔可用与屏蔽体相同的材料做成所谓 “波导口”，长径比为一般认为至少要达到3～4﹕1（现场条件允许的话长些更好）。例如小孔直径为80mm，则长度至少为240～320mm。2．中型开口空调的通风口、换气扇的进排气口等直径（或者正方形、长方形的边长）一般在400～600mm左右，这样算来波导口的长度将达到1200～2400mm，这在实际施工中是无法承受的。这时可以用栅格将原来的开口分隔为几个同样大小的小口。例如将一个400×400mm的进风口分隔为九个等大的栅格，则长度由1200～1600mm减少为400～530mm（栅格增加的风阻很小，可以忽略不计）。设计和加工时注意以下几点：1）栅格的材料与屏蔽体相同，不要随意减小材料的厚度；2）栅格的截面尽量接近正方形；3）在长度可以接受的情况下，尽量减少栅格的数量，以减少加工难度和风阻；4）栅格各处都要连续焊接，以免磁阻增大；5）各个开口接缝处，可以增加硅钢板就，以增加导磁性。3．可关闭的大型开口一般房间的门窗等开口都在1m×2m以至更大，这时应该依照门窗（均为与屏蔽体同样的材料制成）关闭后的非导磁间隙来设计波导口。设门窗关闭后的非导磁间隙为5mm（这在技术上并不困难，个别难以处理的地方可以加道折边），则波导口的长度为15～20mm。考虑到间隙是狭长的，这个长度尽量长些为好。注意这里的波导口并不是只由门窗的框构成，在所有的非导磁间隙处都要有一定厚度的折边，保证波导口的长度。为保证特殊情况下的安全撤离，屏蔽室的门框应特别加强，屏蔽门最好向外开启。下面有一个实际设计的例子：房间的长、宽、高分别为5米、4米和3.3米，原磁场强度x=10mGauss，y=8mGauss，z=12mGauss，试设计一低频电磁屏蔽，要求屏蔽体内任一方向的磁场强度小于2mGauss。参见图三。1．选用商品低碳钢板，Φs=4000，规格为1.22m×2.44m；2．按照（5）式分别从x、y、z三个方向来计算钢板厚度：μ取3.8，L×W分别以条件所给的长、宽、高代入，且与x、y、z等方向的原磁场强度对应。bx=3.8〔3.3m×4m×(10mGauss -2mGauss)/(4m+3.3m) 2×4000×2mGauss〕 =3.43mmby=3.8〔3.3m×5m×(8mGauss -2mGauss)/(5m+3.3m) 2×4000×2mGauss〕 =2.83mmbz=3.8〔5m×4m×(12mGauss -2mGauss)/(4m+5m) 2×4000×2mGauss〕 =5.28mm (若取长宽分别为10、6米，则可计算得b=2280/56000=8.91mm)全部钢板厚度至少为6mm（为防止环境磁场变化留有裕量亦可选用8～10mm），单层。全部焊缝要求连续焊接，并尽量使焊缝深度接近母材厚度。3．波导口处理（略。参见屏蔽体的开口设计）。以上实例完工后检测，完全达到设计要求。需要注意的是：由于磁屏蔽不能改善DC干扰环境，在需要改善DC电磁干扰环境时，需与具有消除DC功能的主动式消磁器配合使用。另有一种情况，对于电源线、变压器等产生电磁干扰的，也用铁管铁盒套住，是不是也可以改善呢？千万不要！多地多处的多次测试证明，电源线用铁管套住后磁场往往不会减少反而增大，似乎可以解释为这是加大了“源”的体积，提高了磁场发散效率。2020.10张承青作者简介作者张承青，退休前在某电镜公司工作多年，曾经做过约两千个（次）电镜环境调查、测试，参与多个电镜实验室设计及改造设计规划，在低频电磁环境改善和低频振动改善等方面有些体会，迄今仍在这些方面继续探索。附1：张承青系列约稿互动贴链接（点击留言，与张老师留言互动）： https://bbs.instrument.com.cn/topic/7655934_1附2：张承青系列约稿发布回顾拟定主题发布时间文章链接序言 电镜实验室环境对电镜的影响2020年10月13日链接系列之一 电子显微镜实验室环境调查的必要性2020年10月15日链接系列之二 电镜实验室的电磁环境改善2020年10月20日链接系列之三 低 频 电 磁 屏 蔽 实 践2020年10月22日链接系列之四 主动式低频消磁系统2020年10月27日链接系列之五 几种改善电磁环境方法比较2020年10月29日链接系列之六 低频振动环境改善2020年11月3日链接系列之七 谈谈电子显微镜的接地2020年11月5日链接系列之八 温度湿度和风速噪声2020年11月11日链接… … … … … … 附3：相关专家系列约稿安徽大学林中清扫描电镜系列约稿

英国辐射保护委员会官网设定0.4μT为危险值广州某变电站3米内电磁辐射强度为0.7μT雪佛兰这款车被车主检出车内辐射高达19μT 　　近日，一则题为《震惊，科鲁兹车内电磁辐射非常之大》的帖子在多家车汽论坛上引起热议：多位雪佛兰科鲁兹车主检测出车内辐射超标。据检测，科鲁兹行驶中主驾驶位置的电磁辐射强度达到19μT，而专业机构检测的广州某变电站3米范围内的电磁辐射强度仅0.7μT，也就是说，车内的电磁辐射强度是变电站的近30倍。 　　据了解，我国目前尚无公众环境下工频电磁辐射强度安全范围的国家标准，而英国国家辐射保护委员会官方网站上把危险值设定在0.4μT，瑞典更是率先正式承认强度在0.2μT以上的工频电磁场对人体有害。　 　　在主驾位排挡杆下部左侧面，记者录得辐射高达19μT。　 　　车主：车内电磁辐射超过变电站周边 　　记者联系上了发帖的车主郭先生。郭先生称，他于2010年12月在广州某4S店购买了一辆雪佛兰科鲁兹汽车(1.6LSLAT天地版标配)。 　　近日，郭先生从朋友处借得一台家庭电磁辐射测试仪，欲测试家里电脑、电视等电子产品的电磁辐射强度有多大。当他无意中在自己的车上打开测试仪时，结果让他非常震惊：车内辐射远远大于电脑、电视等产生的辐射。发动机怠速运行时主、副驾驶的辐射达到了4μT(微特斯拉)，行驶过程中辐射最高更达到15μT，排挡杆下部左侧面(主驾驶位置)更达到19μT以上，越低的位置辐射越强，最下面已超过20μT。随后，郭先生找到多位科鲁兹车主，对其科鲁兹汽车进行检测，发现其车内的电磁辐射强度与自己车内电磁辐射强度大小差不多。根据郭先生的投诉，记者昨日也用电磁辐射测试仪测试了多辆科鲁兹汽车，均得出相同的数据。 　　4μT、15μT、19μT究竟是多大辐射?据了解，省环境辐射研究检测中心的专家曾对位于广州市海珠区的110千伏小港变电站、天河区的110千伏林和变电站、110千伏盘福变电站分别做现场环境检测，得出结果是磁感应强度0.6μT，3米处则为磁感应强度小于0.7μT。也就是说，车内辐射已达变电站周边辐射的几十倍。 　　厂家：专业机构出检测报告才能受理 　　郭先生告诉记者，当发现辐射有可能超标后，他和另外一名车主刘先生便向上海通用公司投诉，该公司第二天回复说，目前为止尚未收到类似投诉，也没有发现类似问题，要求郭先生先将车开到4S店检测。 　　郭先生于是将车开到买车的4S店检测。但该店称，没有检测工具。于是，郭先生就用自己的检测仪检测了该店的另外几台科鲁兹以及雪佛兰景程和科帕奇。检测结果显示，无论是在发动机怠速运转状态还是在行驶中，科鲁兹车内的电磁辐射都大于景程并远大于科帕奇。发动机怠速运转状态，景程主副驾驶的辐射和在1μT左右，而科帕奇主副驾驶的辐射更低至0.02μT以下。 　　对于检测结果，4S店并不否认，但该店表示，必须要有专业的检测机构出具检测报告证明辐射确实超标，才会处理此事。到目前为止，通用公司和4S店尚未给郭先生任何其他回复。 　　记者与郭先生和车友们一起又找来天籁、凯美瑞、君威等多款车与科鲁兹进行检测对比，检测发现，在相同时间、相同地点，除了科鲁兹之外，其它车的电磁辐射强度都小于0.4μT。 　　专业机构：国家无标准无法检测 　　记者联系了广州市环境监测中心站及广东省环境辐射监测中心，希望能为科鲁兹作出车内电磁辐射的专业检测。作为环境监测的权威机构，这两个机构均有检测电磁辐射并出具相关报告的业务。 　　但是，两个机构均表示，目前只能测量国家有标准的无线通讯机站及变电站的辐射值，无法测量汽车内的辐射值，因为国家对于汽车车内的电磁辐射尚无任何相关标准。随后，记者又联系了几家有资质的监测机关，都得到了相同的答案。“我们现在也不知道该怎么办了，生产厂家和4S店都不处理我们的投诉，要我们拿专业机构的检测报告才肯处理，但专业机构又没法为我们出具检测报告，真是投诉无门啊!”车主刘先生无奈地对记者说。 　　记者致电广州电器科学科究院的一位工程师，据工程师介绍，我国对汽车电磁辐射的检测，也仅仅停留在电池对其他元器件的电磁干扰领域，至于对人体的影响，目前尚没有这方面的研究及计划。 　　公众环境电磁辐射的标准 　　我国还在采取上世纪九十年代国际辐射保护协会推荐限值0.1mT，相当于100μT 　　电磁辐射的安全范围是多少?其强度超过多少了会对人体有害?我国对于公众环境电磁辐射的标准和规范集中在射频电磁辐射，主要的标准有1988年6月1日实施的《电磁辐射防护规定》，1989年1月1日开始实施的《环境电磁波卫生标准》，这两个规范都只规定了100KHz及以上频率电磁波的辐射限值要求。对于工频电磁辐射的安全范围，我国目前尚缺乏相应的国家规范。对公众环境工频电磁辐射限值，自上世纪九十年代，我国一直采取国际辐射保护协会推荐的限值0.1mT(相当于100μT)。 　　目前，英国国家辐射保护委员会官网把危险值设定在0.4μT(4mG)，国际上认同儿童居住环境中的磁场强度也不应超出这个标准。瑞典则首个认为强度在0.2μT(2mG)以上，就会对人体有害。 　　汽车车内电磁辐射是工频辐射还是射频辐射? 　　不少网友将其归为工频辐射，市环境监测中心相关专家昨表示目前尚不能定论 　　电磁辐射分为工频(低频)电磁辐射和射频电磁辐射：工频电磁辐射较为典型的是变电站、高压电线和家用电器、笔记本等产生的电磁辐射，这部分设备因为使用交流电，其电磁场变化频率较低。 　　射频电磁辐射较为典型的是微波站、电视塔、基站等产生的电磁辐射，这些设施对外发射频率较高的电磁波(一般是MHz及以上单位)。一般对于低频电磁辐射强度，使用电磁感应强度来表示，其单位是特斯拉T，旧单位是高斯G，其换算单位是1T=10000G。一般环境电磁辐射强度数量级在毫高斯级别(mG)或微特斯拉级别(μT)1μT=10mG。