电磁场作业 —检测手机辐射
检测手机辐射
手机在使用过程中都向外辐射电磁波。尤其是GSM制式的手机，辐射信号更强。检测手机辐射的实质是检测手机发出的电磁波，手机信号是高频电磁波，当人们打开手机，手机就会向手机基站传送无线电波，短信、通话都会产生极大的电磁信号。手机辐射的大小，和手机信号的强弱有密切关联。一般而言，通信基站覆盖越好，手机通话信号就越好。那么，基站信号越强，手机辐射越小；基站信号越弱，手机辐射越强。
在不使用专业设备的情况下，检测手机辐射可用：
（1）简易方法
可以利用收音机进行测试，把不同的手机放在收音机跟前，收音机会发出干扰声，基本上干扰声越大，手机的辐射就越大。
（2）手机查询法（受手机个体差别限制，有些手机不行）
需要用安卓手机
?第1步：打开拨号界面，输入*#*#4636#*#*即可快速进入工程测试模式；
?第2步：在随后出现的页面上（工程测试模式），点击“手机信息”；
?第3步：即可显示基站信号强度，单位dBm。
然后可根据基站信号强度——>手机信号强度——>手机辐射强度，评估出手机辐射强度，一般而言，越靠近-50信号强度越好，手机辐射越低，越靠近-80信号越差，手机辐射越强。
（3）电路板简易检测法
本电路可以检测手机在使用过程中电磁辐射状况。
1．电路介绍
电路图如下图所示电路由手机信号接收及整形、脉冲计数及显示、自动清零、声音提醒等4部分组成。
2．电路分析
高频三极管T1对天线接收到的手机电磁辐射信号进行放大、检波，然后输出到CD4069组成的整形电路变成脉冲信号，输出到4040计数器。T1最好选用高频管C3355．用9018也可以。三极管工作点的稳定由直流反馈电阻R1、R2提供；为了保证放大倍数，电容C2将反馈信号中的交流成分旁路。检波后的手机信号由CD4069的非门1组成的线性放大电路放大。
（1）在没有接收到手机的电磁辐射信号时，CD4069非门2的11脚被电阻R6、R7控制．为高电平；经过两级非门转换。非门3的8脚输出高电平。CD4040计数器CR清零端被上拉电阻R8控制，为高电平，所以计数器所有的输出均为零，显示二进制计数结果的LED均为熄灭状态。
（2）一旦接收到手机电磁辐射信号，经过三极管T1检波的手机信号输入到非门1。再经过整形，脉冲信号由非门3输入到CD4040计数器：同时二极管D1导通并输出低电平，导致清零端电位为低电平，计数器开始工作，发光二极管点亮；同时蜂鸣器发出间断的呜叫。声音提醒的驱动信号由计数器的Q5端输出，再由二极管D2整流，推动三极管T2。可使单音有源蜂鸣器发出约半秒周期的“嘀一嘀一”声。
（3）当手机电磁辐射信号消失时，非门3输出高电平。二极管D1不导通；CD4040的CR端电位由R8、C5控制，经过1秒钟后变成高电平，CD4040计数器被清零。
注意事项：
CD4040的12个输出不一定都用到。但一定要从低位开始用，一般不少于8位即可。
电源可采用4.5～6V，电路组装无误不需调整即可工作。
天线的制作比较特殊，只需在T1的基极直接用一个带有几毫米长引线的0.01u 的电容接地即可：也就是说，无论是在面包板上插接本电路。还是在印刷电路板上焊接，都不需要另外安装一个“天线”——电容C1本身就是天线。
3．手机电磁辐射演示实验
(1)本手机电磁辐射演示器探测距离实验
将一部手机放置距离本机1m左右的地方，拨打手机进行观察；改变本作品与手机的距离，可确定作品的最大探测距离。每个手机的辐射强度是不同的：根据使用环境的不同，一个手机辐射电磁信号的强度也是不同的；本作品对GSM 制式的手机探测灵敏度大约为5m。
(2)各种制式手机辐射强度比较实验
手机制式有GSM、CDMA、3G等，哪一种手机电磁辐射大?通过实验可知，GSM 制式手机辐射强度最大。但从另一方面考虑，CDMA手机并没有节电的效果，这表明GSM手机工作时发射的是脉冲信号，瞬时功率大；其平均功率与CDMA手机区别不大。
(3)手机接收短信辐射实验
实验可知，手机接收短信息时也向外发射电磁信号。
(4)手机关机时电磁辐射实验
把手机按程序关机，会发现关机的同时产生了电磁辐射。这是手机向基站发出本机关机的信息。
大物电磁场习题
1. （1101）一导体球外充满相对介电常量为εr 的均匀电介质，若测得导体表面附近场强为E ，则导体球面上的自由电荷面密度σ0为 (A) ε0 E ． (B) ε 0 εr E ． (C) ε r E ． (D) (ε 0 ε r - ε0)E ． ［ b ］ 2.（5280）一平行板电容器中充满相对介电常量为εr 的各向同性均匀电介质．已知介质表面极化电荷面密度为±σ′，则极化电荷在电容器中产生的电场强度的大小为： 3. （1345）在空气平行板电容器中，平行地插上一块各向同性均匀电介质板，如图所示．当 电容器充电后，若忽略边缘效应，则电介质中的场强与空气中的场强相比较，应有 (A) E > E 0，两者方向相同． (B) E = E 0，两者方向相同． 例 两个相互平行的导体板A 和B,带电量分别为Q A 和Q B ,面积均为S,间距为d,长宽都相等,且长宽比间距大得多. 求:导体板上的电量分 A Q s =+)(21σσ0 22220 4 3 2 1 =- - - εσεσεσεσ1 σB Q s =+)(43σσ022220 4 030201=-++εσεσεσεσ0 σε'
(C) E < E 0，两者方向相同． (D) E < E 0，两者方向相反 ［ c ］ 4.（1207）一平行板电容器，充电后切断电源，然后使两极板间充满相对电容率为 的各向同性均匀电介质, 此时两极板间的电场强度是原来的 _______倍. 5.（1227）一空气平行板电容器接电源后，极板上的电荷面密度分别为 ，在电源保持接通的情况下，将相对电容率为 的各向同性均匀电介质充满其内，如忽略边缘效应，介质 中的场强应为____________． 6.（1324）C 1和C 2两空气电容器串联以后接电源充电．在电源保持联接的情况下，在C 2中插入一电介质板，则 (A) C 1极板上电荷增加，C 2极板上电荷增加． (B) C 1极板上电荷减少，C 2极板上电荷增加． (C) C 1极板上电荷增加，C 2极板上电荷减少． (D) C 1极板上电荷减少，C 2极板上电荷减少． ［ A ］ 7.（1328） C 1和C 2两空气电容器并联起来接上电源充电．然后将电源断开，再把一电介质板插入C 1中，如图所示, 则 (A) C 1和C 2极板上电荷都不变． (B) C 1极板上电荷增大，C 2极板上电荷不变． (C) C 1极板上电荷增大，C 2极板上电荷减少． E r 1ε0 εσ
电磁场与电磁波习题及答案
1 麦克斯韦方程组的微分形式 是：.D H J t ???=+? ,B E t ???=-? ,0B ?= ,D ρ?= 2静电场的基本方程积分形式为： 0C E dl =? S D d s ρ=? 3理想导体（设为媒质2）与空气（设为媒质1）分界面上，电磁场的边界条件为：4线性且各向同性媒质的本构关系方程是：5电流连续性方程的微分形式为：。 6电位满足的泊松方程为 ； 在两种完纯介质分界面上电位满足的边界 。7应用镜像法和其它间接方法解静 态场边值问题的理论依据是。8.电场强度E 的单位是， 电位移D 的单位是 。9．静电场的两个基本方程的微分 形式为 0E ??= ρ?= D ；10.一个直流电流回路除受到另一个直流电流回路的库仑力作用外还将受到安培力作用 3.0 0n S n n n S e e e e J ρ??=??=???=???=?D B E H 4.D E ε= ,B H μ= ,J E σ= 5. J t ρ ??=- ? 6.2ρ?ε?=- 12??= 12 12n n εεεε??=?? 7.唯一性定理 8.V/m C/m2 1.在分析恒定磁场时，引入矢量磁位A ，并令 B A =?? 的依据是（c.0B ?= ） 2. “某处的电位0=?，则该处的电场强度0=E ” 的说法是（错误的 ）。 3. 自由空间中的平行双线传输线，导线半径为a , 线间距为D ，则传输线单位长度的电容为（ ) l n (0 1 a a D C -= πε ）。 4. 点电荷产生的电场强度随距离变化的规律为（ 1/r2 ）。 5. N 个导体组成的系统的能量∑==N i i i q W 1 21φ，其中i φ是（除i 个导体外的其他导体）产生的电位。 6.为了描述电荷分布在空间流动的状态，定义体积电流密度J ，其国际单位为（a/m2 ） 7. 应用高斯定理求解静电场要求电场具有（对称性） 分布。 8. 如果某一点的电场强度为零，则该点电位的（不一定为零 ）。 8. 真空中一个电流元在某点产生的磁感应强度dB 随该点到电流元距离变化的规律为（1/r2 ）。 10. 半径为a 的球形电荷分布产生的电场的能量储存于 （整个空间 ）。 三、海水的电导率为4S/m ，相对介电常数为81，求频率为1MHz 时，位幅与导幅比值？ 三、解：设电场随时间作正弦变化，表示为： cos x m E e E t ω= 则位移电流密度为：0sin d x r m D J e E t t ωεεω?==-? 其振幅值为：304510.dm r m m J E E ωεε-==? 传导电流的振幅值为：4cm m m J E E σ== 因此： 3112510 .dm cm J J -=? 四、自由空间中，有一半径为a 、带电荷量q 的导体球。 试求：（1）空间的电场强度分布；（2）导体球的电容。（15分） 四、解：由高斯定理 D S S d q =?得2 4q D r π= 24D e e r r q D r π== 空间的电场分布2 04D E e r q r επε== 导体球的电位 2 0044E l E r e r r a a a q q U d d d r a πεπε∞∞∞====??? 导体球的电容04q C a U πε= = 五、两块无限大接地导体板分别置于x=0和x=a 处，其间在x=x0处有一面密度为σ2C/m 的均匀电荷分布，如图所示。求两导体板间的电场和电位。（20分） 解：()2 102d 00;d x x x ?=<<()22 02d 0 d x x a x ?=<< 得： ()()11100;x C x D x x ?=+<< ()()2220x C x D x x a ?=+< <
电磁场试题A及答案
2010-2011 学年第 1 学期末考试试题（A 卷） 电磁场与电磁波 使用班级： 08050641X-3X 一、简答题（30分，每题6分） 1 根据自己的理解，解释什么是场？标量场？矢量场？并举例说明。 场是某一物理量在空间的分布； 具有标量特征的物理量在空间的分布形成标量场；如电位场、温度场。 具有矢量特征的物理量在空间的分布形成矢量场；如电场、磁场。 2写出电流连续性方程，并说明其意义。 ()()t t r t r J ??- =??,,ρ 电荷守恒定理 3 写出坡印廷定理，并说明各部分的意义。 ? ???+?+?=??-V V S V V t d d )2121(d d d )(J E B H D E S H E
等式左边表示通过曲面S 进入体积V 的电磁功率。 等式右边第一项表示单位时间内体积V 中所增加的电磁能量 等式右边第二项表示单位时间内电场对体积V 中的电流所做的功； 在导电媒质中，即为体积V 内总的损耗功率。 4 根据自己的理解，解释镜像法的基本原理。 用位于场域边界外虚设的较简单的镜像电荷分布来等效替代该边界上未知的较为复杂的电荷分布，在保持边界条件不变的情况下，将边界面移去，从而将原含该边界的非均匀媒质空间变换成无限大单一均匀媒质的空间，使分析计算过程得以明显简化的一种间接求解法。 5 写出麦克斯韦方程组，并说明每个方程的意义。 麦克斯韦第一方程，表明传导电流和变化的电场都能产生磁场 麦克斯韦第二方程，表明变化的磁场产生电场 麦克斯韦第三方程表明磁场是无源场，磁感线总是闭合曲线 麦克斯韦第四方程，表明电荷产生电场 ??? ?????? ? ?=??=????-=????+=??ρD B t B E t D J H
电磁场理论习题及答案1
一． 1.对于矢量A u v，若A u v＝ e u u v x A＋y e u u v y A＋z e u u v z A， x 则： e u u v?x e u u v＝；z e u u v?z e u u v＝； y e u u v?x e u u v＝；x e u u v?x e u u v＝ z 2.对于某一矢量A u v，它的散度定义式为； 用哈密顿算子表示为 3.对于矢量A u v，写出： 高斯定理 斯托克斯定理 4.真空中静电场的两个基本方程的微分形式为 和 5.分析恒定磁场时，在无界真空中，两个基本场变量之间的关系为，通常称它为 二.判断：（共20分，每空2分）正确的在括号中打“√”，错误的打“×”。 1.描绘物理状态空间分布的标量函数和矢量函数，在时间为一定值的情况下，它们是唯一的。（） 2.标量场的梯度运算和矢量场的旋度运算都是矢量。（） 3.梯度的方向是等值面的切线方向。（） 4.恒定电流场是一个无散度场。（） 5.一般说来，电场和磁场是共存于同一空间的，但在静止和恒定的情况下，电场和磁场可以独立进行分析。（） 6.静电场和恒定磁场都是矢量场，在本质上也是相同的。（）
7.研究物质空间内的电场时，仅用电场强度一个场变量不能完全反映物质内发生的静电现象。（ ） 8.泊松方程和拉普拉斯方程都适用于有源区域。（ ） 9.静电场的边值问题，在每一类的边界条件下，泊松方程或拉普拉斯方程的解都是唯一的。（ ） 10.物质被磁化问题和磁化物质产生的宏观磁效应问题是不相关的两方面问题。（ ） 三.简答：（共30分，每小题5分） 1.用数学式说明梯无旋。 2.写出标量场的方向导数表达式并说明其涵义。 3.说明真空中电场强度和库仑定律。 4.实际边值问题的边界条件分为哪几类？ 5.写出磁通连续性方程的积分形式和微分形式。 6.写出在恒定磁场中，不同介质交界面上的边界条件。 四.计算：（共10分）半径分别为a,b(a>b),球心距为c(c 课程编号:INF05005 北京理工大学2011-2012学年第一学期 2009级电子类电磁场理论基础期末试题A 卷 班级________ 学号________ 姓名________ 成绩________ 一、简答题（共12分）（2题） 1.请写出无源、线性各向同性、均匀的一般导电（0<σ<∞）媒质中，复麦克斯韦方程组的限定微分形式。 2.请写出谐振腔以TE mnp 模振荡时的谐振条件。并说明m ，n ，p 的物理意义。 二、选择题（每空2分，共20分）（4题）（最好是1题中各选项为同样类型） 1. 在通电流导体（0<σ<∞）内部，静电场（ A ），静磁场（B ），恒定电流场（B ），时变电磁场（ C ）。 A. 恒为零； B. 恒不为零； C.可以为零，也可以不为零; 2. 以下关于全反射和全折射论述不正确的是：（ B ） A.理想介质分界面上，平面波由光密介质入射到光疏介质，当入射角大于某一临界角时会发生全反射现象； B.非磁性理想介质分界面上，垂直极化波以某一角度入射时会发生全折射现象； C.在理想介质与理想导体分界面，平面波以任意角度入射均可发生全反射现象； D.理想介质分界面上发生全反射时，在两种介质中电磁场均不为零。 3. 置于空气中半径为a 的导体球附近M 处有一点电荷q ，它与导体球心O 的距离为d(d>a)，当导体球接地时，导体球上的感应电荷可用球内区域设置的（D ）的镜像电荷代替；当导体球不接地且不带电荷时，导体球上的感应电荷可用（B ）的镜像电荷代替； A. 电量为/q qd a '=-，距球心2/d a d '=；以及一个位于球心处，电量为q aq d ''=； B. 电量为/q qa d '=-，距球心2/d a d '=；以及一个位于球心处，电量为q aq d ''=； C. 电量为/q qd a '=-，距球心2/d a d '=； D. 电量为/q qa d '=-，距球心2/d a d '=； 4.时变电磁场满足如下边界条件：两种理想介质分界面上，（ C ）；两种一般导电介质（0<σ<∞）分界面上，（A ）；理想介质与理想导体分界面上，（ D ）。 A. 存在s ρ，不存在s J ； B. 不存在s ρ，存在s J ； C. 不存在s ρ和s J ； D. 存在s ρ和s J ； 三、（12分）如图所示，一个平行板电容 器，极板沿x 方向长度为L ，沿y 方向宽 度为W ，板间距离为z 0。板间部分填充 一段长度为d 的介电常数为ε1的电介质，如两极板间电位差为U ，求：（1）两极板 间的电场强度；（2）电容器储能；（3）电 介质所受到的静电力。 科目：电磁场与电磁波基础 1.“场”的概念是哪位科学家首先提出？（1850，M.Faraday），搜索资料详细叙述。 早在1849年3月19日的实验日记中，法拉第写道：“这种力（重力）肯定同电磁盒其他力有一种实验关系……”后来，在皇家学院的演讲大厅里，他把铀、铋、铁等各种金属球从房顶上掉下来，掉到铺在地面的垫子上，看它们在重力作用下会不会产生电，结果是否定的。他又把试验物体作高频振荡，结果仍是否定的。 直到1859年，已是68高龄，他还爬上泰晤士河畔滑铁卢大桥附近的一座高塔里（伦敦 当时所能找到的最高高度），把一个200磅重的铅球从塔顶上吊下来，吊绳长达165英尺，法拉第把铅球从塔顶放电，然后降到底，又从塔底吊上顶，结果都是否定的，重复多次亦未出现所期望的结果。 所以说法拉第首先提出了“场”的概念，认为在电荷的周围存在着由它产生的电场，处在电场中的其他电荷受到的作用力就是这个电场给予的。但当时并未受到重视。 忽视法拉第统一场思想可能有如下理由： ①法拉第场概念虽经麦克斯韦等发展，但本人不可能理解；当时的场概念只实证地限于电磁方面，他只是哲学地认为存在于其他方面，因此他的思想至多是“泛场论”，始终是思辨的（这一点实际上也否定了其“场论”的科学性）。 ②当时尚未发现强、弱相互作用，无所谓统一场。 ③未在理论上提出明确的统一场概念。 ④他的一系列实验室十分粗糙而失败的。 2.编制程序绘制电偶极子的电场与电位3D和2D空间分布图。 Matlab源程序如下 电势分布模拟： q=1; d=2; e0=8.854187817*10.^-12; x=-3:0.1:3; y=-3:0.1:3; [x,y]=meshgrid(x,y); z=q.*(1./sqrt((y-1).^2+x.^2)-1./sqrt((y+1).^2+x.^2))./(4*pi*e0); mesh(x,y,z); 图像： 电磁场与电磁波试题及答案 1.麦克斯韦的物理意义：根据亥姆霍兹定理，矢量场的旋度和散度都表示矢量场的源。麦克斯韦方程表明了电磁场和它们的源之间的全部关系：除了真实电流外，变化的电场（位移电流）也是磁场的源；除电荷外，变化的磁场也是电场的源。 1. 写出非限定情况下麦克斯韦方程组的微分形式，并简要说明其物理意义。 2.答非限定情况下麦克斯韦方程组的微分形式为,,0,D B H J E B D t t ρ????=+ ??=-??=??=??，(3分)（表明了电磁场和它们的源之间的全部关系除了真实电流外，变化的电场（位移电流）也是磁场的源；除电荷外，变化的磁 场也是电场的源。 1.简述集总参数电路和分布参数电路的区别： 2.答：总参数电路和分布参数电路的区别主要有二：（1）集总参数电路上传输的信号的波长远大于传输线的几何尺寸；而分布参数电路上传输的信号的波长和传输线的几何尺寸可以比拟。（2）集总参数电路的传输线上各点电压（或电流）的大小与相位可近似认为相同，无分布参数效应；而分布参数电路的传输线上各点电压（或电流）的大小与相位均不相同，呈现出电路参数的分布效应。 1.写出求解静电场边值问题常用的三类边界条件。 2.答：实际边值问题的边界条件可以分为三类：第一类是整个边界上的电位已知，称为“狄利克莱”边界条件；第二类是已知边界上的电位法向导数，称为“诺依曼”边界条件；第三类是一部分边界上电位已知，而另一部分上的电位法向导数已知，称为混合边界条件。 1.简述色散效应和趋肤效应。 2.答：在导电媒质中，电磁波的传播速度（相速）随频率改变的现象，称为色散效应。在良导体中电磁波只存在于导体表面的现象称为趋肤效应。 1.在无界的理想媒质中传播的均匀平面波有何特性？在导电媒质中传播的均匀平面波有何特性？ 2. 在无界的理想媒质中传播的均匀平面波的特点如下：电场、磁场的振幅不随传播距离增加而衰减，幅度相差一个实数因子η（理想媒质的本征阻抗）；时间相位相同；在空间相互垂直，与传播方向呈右手螺旋关系，为TEM 波。 在导电媒质中传播的均匀平面波的特点如下：电磁场的振幅随传播距离增加而呈指数规律衰减；电、磁场不同相，电场相位超前于磁场相位；在空间相互垂直，与传播方向呈右手螺旋关系，为色散的TEM 啵。 1. 写出时变电磁场在1为理想导体与2为理想介质分界面时的边界条件。 2. 时变场的一般边界条件 2n D σ=、20t E =、2t s H J =、20n B =。 (或矢量式2n D σ=、20n E ?=、 2s n H J ?=、20n B =) 1. 写出矢量位、动态矢量位与动态标量位的表达式,并简要说明库仑规范与洛仑兹规范的意义。 2. 答矢量位,0B A A =????=；动态矢量位A E t ??=-?- ?或A E t ??+=-??。库仑规范与洛仑兹规范的作用都 是限制A 的散度，从而使A 的取值具有唯一性；库仑规范用在静态场，洛仑兹规范用在时变场。 1. 简述穿过闭合曲面的通量及其物理定义 2. s A ds φ=??? 是矢量A 穿过闭合曲面S 的通量或发散量。若Ф> 0，流出S 面的通量大于流入的通量，即通量由S 面内向外扩散，说明S 面内有正源若Ф< 0，则流入S 面的通量大于流出的通量，即通量向S 面内汇集，说明S 面内有负源。若Ф=0，则流入S 面的通量等于流出的通量，说明S 面内无源。 1. 证明位置矢量 x y z r e x e y e z =++ 的散度，并由此说明矢量场的散度与坐标的选择无关。 2. 证明在直角坐标系里计算 ，则有 ()()x y z x y z r r e e e e x e y e z x y z ? ? ?????=++?++ ?????? 3x y z x y z ???= ++=??? 若在球坐标系里计算，则 23 22 11()()()3r r r r r r r r r ????= ==??由此说明了矢量场的散度与坐标的选择无关。 课程编号:INF05005 北京理工大学2013-2014学年第一学期 2011级电子类电磁场理论基础期末试题B 卷 班级________ 学号________ 姓名________ 成绩________ 一、简答题（12分） 1．请写出无源媒质中瞬时麦克斯韦方程组积分形式的限定形式。（4分） 答：媒质中无源，则0su J =，0ρ= ()l s E H dl E ds t ?εσ??? ?=+??????? ?? ()l s H E dl ds t ?μ??=-?? ? =0s E ds ε?? =0s H ds μ?? （评分标准：每式各1分） 2．请写出理想导体表面外侧时变电磁场的边界条件。（4分） 答：? ??==?00?t E E n , ?? ?==?s n s D D n ρρ ?, ???==?00 ?n B B n , ? ? ?==?s t s J H J H n ? 3．请利用动态矢量磁位A 和动态电位U 分别表示磁感应强度B 和电场E ；并简要叙述引入A 和U 的依据条件。（4分） 答：B A =??，A E U t ?=-?- ?； 引入A 的依据为：0B ??=，也就是对无散场可以引入上述磁矢位；引入U 的依 据为：0A E t ?? ???+= ????，也就是对无旋场，可以引入势函数。 二、选择题（共20分）（4题） 1. 以?z 为正方向传播的电磁波为例，将其电场分解为x ，y 两个方向的分量：(,)cos()x xm x E z t E t kz ωφ=-+和(,)sin()y ym y E z t E t kz ωφ=-+。判断以下各项中电 磁波的极化形式：线极化波为（ B ）；右旋圆极化波为（ C ）。（4分） 综 述 几种电磁无损检测方法的工作特征 康宜华1,2,宋 凯1,2,杨建桂2,任吉林2 (1.华中科技大学机械学院,武汉 430074; 2.南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室,南昌 330063) 摘 要:从工作原理入手,对电磁无损检测中的涡流(单、多频和脉冲涡流)、交流漏磁、交变磁场等方法,剖析了它们在激励磁场的成分、频段、作用区域及检测磁场的特性方面的联系和区别。 对比了各方法的用途和特点,以期对无损检测应用实践提供借鉴。 关键词:电磁检测;电磁感应;检测特征 中图分类号:T G115.28 文献标识码:A 文章编号:100026656(2008)1220928203 The Study of Several Electromagnetic T esting Methods on Operational Features KANG Yi2H u a1,2,SONG K ai1,2,YANG Jian2G ui2,REN Ji2Lin2 (1.School of Mechanical Science and Engineering,Huazhong University of Science and Technology,Wuhan430074,China; 2.Key Laboratory of Nondestructive Test(Ministry of Education),Nanchang Hangkong University,Nanchang330063,China) Abstract:A few of new techniques of electromagnetic testing,such as eddy current testing(single or multi2 frequency,pulsed eddy current),alternative magnetic flux leakage and alternative current field measurement,were introduced.Based on their operational principles,the relation and difference of exciting magnetic characteristic (component,wave band,and action zone)were analyzed,as well as measuring magnetic characteristic.Finally,the applications and features of these methods were presented,providing some valuable reference for non2destructive testing practice. K eyw ords:Electromagnetic testing;Electromagnetic induction;Detecting features 电磁无损检测是利用材料在电磁场作用下呈现出的电磁特性变化来判断被测材料组织及有关性能的一类试验方法[1]。随着技术的发展,出现了许多新的电磁无损检测方法。由于它们工作原理十分相似,有时难以对其各自的内禀特性加以区别。笔者从工作原理入手,剖析涡流、交流漏磁、交变磁场检测方法间的区别和特性,以供无损检测应用借鉴。 1 电磁无损检测方法分类 在无损检测中,不论方法、方式如何,均可归结 收稿日期:2007211227 基金项目:国家自然科学基金资助项目(50675083);无损检测技术教育部重点实验室基金资助项目(ZD200629009);江西省教育厅基金资助项目(赣教技字[2006]172号) 作者简介:康宜华(1965-),男,教授,主要从事无损检测技术及仪器方面的研究工作。为激励+检测的模式,即采用一种或多种激励方式在被测构件中产生出可以探测到的信息,由检测单元拾取这一信息,获得无损检测的信号[2]。在电磁检测中,用于激励的是磁场,成为信息载体的是电磁场,检测的则是电磁场信号,因而,激励场和检测方式的变化会形成不同的检测手段(图1)。 2 激励磁场与激励方式 电磁无损检测以电磁场为工作和信息的载体,但不同电磁检测方法的磁场产生和作用的方式不同。 2.1 激励磁场的成分与结构 除了采用永久磁铁磁化外,电磁检测中的激励均采用通电线圈去实现,因而,讨论磁化线圈中通过的电流特征就可以分析激励磁场的时频形态。首先,讨论方波电流激励。对于方波电流A(t),采用傅里叶级数展开为: 1—2—2、求下列情况下，真空中带电面之间的电压。 (2)、无限长同轴圆柱面，半径分别为a 和b （a b >），每单位长度上电荷：内柱为τ而外柱为τ-。 解：同轴圆柱面的横截面如图所示，做一长为l 半径为r （b r a <<）且与同轴圆柱面共轴的圆柱体。对此圆柱体的外表面应用高斯通量定理，得 l S D s τ=?? d 考虑到此问题中的电通量均为r e 即半径方向，所以电通量对圆柱体前后 两个端面的积分为0，并且在圆柱侧面上电通量的大小相等，于是 l rD l τπ=2 即 r e r D πτ2= ， r e r E 02πετ= 由此可得 a b r e e r r E U b a r r b a ln 2d 2d 00 ? ?επτ=?επτ=?= 1—2—3、高压同轴线的最佳尺寸设计——高压同轴圆柱电缆，外导体的 内半径为cm 2，内外导体间电介质的击穿场强为kV/cm 200。内导体的半径为 a ，其值可以自由选定但有一最佳值。因为a 太大，内外导体的间隙就变得很 小，以至在给定的电压下，最大的E 会超过介质的击穿场强。另一方面，由于 E 的最大值m E 总是在内导体的表面上，当a 很小时，其表面的E 必定很大。试问a 为何值时，该电缆能承受最大电压？并求此最大电压。 （击穿场强：当电场增大达到某一数值时，使得电介质中的束缚电荷能够脱离它的分子 而自由移动，这时电介质就丧失了它的绝缘性能，称为击穿。某种材料能安全地承受的最大电场强度就称为该材料的击穿强度）。 解：同轴电缆的横截面如图，设同轴电缆内导体每单位长度所带电荷的电量为τ，则内外导体之间及内导表面上的电场强度分别为 r E πετ2= ， a E πετ 2max = 而内外导体之间的电压为 a b r r r E U b a b a ln 2d 2d πετπετ? ?=== 2.6 在圆柱坐标系中电荷分布为P =｛①r∕a, r≤a②0, r>a , r为场点到 常数。求电场强度。 解：电场强度只有沿r方向分量，选取长度为I的圆柱 2.7在直角坐标系中电荷分布为P （X，y，Z）=｛①P 0 ∣ X ∣≤a②O 度。解：电场与y，Z均无关，电场强度只有沿X方向分量, 4 ■J~?. E= : EX= 一X X > O时E X为有限值所以C=O 「0 r a 时］=0 代入（1）得：Er=C 在x=a处E r连续，所以C'二 E r Z轴的距离，a为 IE dS =2二rlE r S (1) r V 2.16已知电场强度为E=3x+4y-5z ,试求点（0,0,0）与点（1,2,1）之间的电 b b b b 压 解：U=E dl = E X dX E y dy E Z dZ = 6 a a a a 2.26两同心导体球壳半径分别为a 、b ,两导体之间有两层介质，介电常数 分别为ε 1、ε 2，介质界面半径为C ，内外导体球壳电位分别为 V 和0，求两导 体球壳之间的电场和球壳上的电荷面密度， 以及介质分界面上的束缚电荷面密度。 解：两球壳之间电介质不带电电位分布满足拉普拉斯方程 ? ? -0 C 1 ' —C1 r C 2 ' -C 2 代入边界条件 φ I _ — 2 r z b _ b C 1 _ C 1 =V a 由上式可得: I I ■ I I ,(…：C) (1-1) S 1Jr 2 a C ；2 c b ■ I I I I ,(c"b ) 2(1j ) (^1)r 2 j 1 a C C b 在介质与导体分界面上的电荷密度匚= D n 选取球坐标则有：V 2 =1 ： r 2 ；:r / ；:r C 2 =0 D Inr Z C= D 2n r =C C I C 2 (1 T)J(1 -[) a C ；2 c b V 1 1 1 )(-) C C b 2 (1 E 1 E 2 一 习题答案（第二章） 2.4 由E =-?? 已知?=+2ax b 得2E a =-??=- x ax 根据高斯定理：0 .E ?= ρ ε得 电荷密度为： 00.E ==? -2a ρεε 2.6 取直角坐标系如图所示，设圆盘位于xoy 平面，圆盘中心与坐标原点重合 方法1： 由 ' 04s s ds R ρ?=πε? 在球坐标系求电位值，取带点坐标表示源区2009级电磁场理论期末试题-1(A)-题目和答案--房丽丽
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