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電磁輻射選頻儀范文1
Abstract： The measurement scheme of public exposure to environmental electromagnetic radiation of Yan'an city was designed， and the electromagnetic radiation database system was based by using Visual Foxpro 6 database software for measurement result， finally analyses the measuring data.
關鍵詞： 電磁輻射；輻射場；數據庫
Key words： electromagnetic radiation；radiation field；database
中圖分類號：TP39 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2013）07-0210-02
0 引言
隨著科學技術的發展，電磁輻射廣泛應用于廣播、電視、通迅等領域，推動了科學技術的發展和人類進步，但是電氣電子設備的大量使用使人類生存空間的電磁場強度迅速增大，過量的電磁輻射會危害人體健康，電磁輻射被認定為造成公害的主要污染物之一[1]。我國許多大中城市也相繼展開了對城市市區電磁輻射的調查研究工作。本文筆者在2012年也對延安市區公眾暴露電磁輻射進行測量，并建立了延安市區電磁輻射數據庫系統。
1 電磁輻射的測量
1.1 測量儀器 工作人員運用先進的PMM8053P非選頻式電磁輻射分析儀，實地測量延安市市區公眾暴露環境電磁輻射水平。具體運行情況由PAD及相關測控軟件進行控制，并與探頭和光電數據處理器連接，操作方便，以國內相關標準為依據對射頻進行采樣測量。用PMM8053P分析儀進行實地測量的過程中，PAD和多種頻段的測量探頭可以配合使用。采用EP2330S射頻探頭，將測量精度設定為0.3V/m，對包括手機基站、電磁爐、微波爐、電視、電臺和廣播等多種頻段進行實測，以達到環境監測的基本要求。
1.2 測量布點方案及結果 本次針對延安市區公眾暴露環境的測量，依據“一般電磁環境”布點方法進行布點[2]。延安市區的地貌環境比較復雜，長、寬布局非常特殊，城區四面環山，平均寬度大致為0.5Km，地域狹長，河流、公路并行，公路兩側人口分布比較集中。在4條公路主干線上布設測量點，各點間距設計為1Km，將城區劃分成多個小方格，測量點就設在每個方格的中心點上，更換不同探頭測量了不同頻率范圍的場強值，最后用非選頻探頭直接讀出測試點的綜合場強值。綜合場強測量結果見表1。
2 數據庫建立
微軟公司于1998年推出了Visual Foxpro 6.0可視化數據庫管理系統。該系統是基于Windows操作系統而設計出的小型數據庫應用系統，它的面向對象程序設計與使用對象的操作要求更為貼近。通過Visual Foxpro 6.0來設置數據庫結構，具體內容包括：①數據庫結構設計；②數據表結構及關系設計；③表單設計；④查詢設計；⑤菜單結構設計；⑥主程序的編制；⑦通過項目管理器編寫應用程序并建立用戶界面；⑧系統測試。項目管理器屬一種組織工具，它能按既定順序及邏輯關系來組織系統文件，工作人員通過它運用可視化的方法途徑來管理數據表單及數據庫。設計該數據庫結構時，先組建項目文件“dcfs.pjx”，將系統文件存儲于“dcfs”目錄中，并根據“data”“form”“class”“report”“others”等文件類型進行分類儲存，直觀、明朗地展示出了整個開發流程。
在下文中，筆者將一個測量點的實測數據作為分析對象，對數據庫結構及其構建過程進行詳細說明。首先，建立一個項目文件“dcfs.pjx”在其中建立數據庫“dcfsl.dbc”并建立表“dcfssjl.dbf”、“cqypltl.dbf”，電磁輻射數據表1與場強與頻率曲線圖表1分別通過這兩個數據表表示。在表“dcfssjl.dbf”中加入字段；測量點，溫度，濕度，頻率范圍，輻射強度，備注。對字段的寬度、類型進行設置后建立測量點的主關鍵字。同樣在表“cqypltl.dbf”中加入字段：測量點，場強與頻率曲線，設測量點為主關鍵字，接下來在數據庫“dcfs1.dbc”中通過關鍵字測量點按照一一對應的順序建立“dcfssjl.dbf”、“cqypltl.dbf”兩個數據表，同時按要求設置參照完整性，一個比較完整的數據庫“dcfsl.dbc”便由此產生。根據上述編程模式，用相同的辦法就能在項目文件中建立其他測量點的電磁輻射數據表和場強與頻率曲線圖；再參照已建成的數據庫完善數據瀏覽表、數據查詢表和數據維護表，使系統具有數據顯示、數據更新、數據查詢以及數據維護等功能。
3 數據分析
《環境電磁波衛生標準》（GB 9175-88）公眾暴露導出限值標準規定，一級（安全區）電場強度小于5V/m，二級（中間區）電場強度小于12V/m[3]。本次設定的測量點總數為38個，A4點測得的綜合場強數據在所有測點中是最大的，最大值是6.458V/m。工作人員進行實地勘察后發現，廣播電視轉播站、通信基站就設在A4測點的周邊，這是該測點綜合場強達到最大值的主要原因。即使如此，但該點數值仍低于二級限值。A8、C1、D1測量點的測量值大于1小于2.3，且這三點都集中在延安市中心，說明延安市中心的綜合場強較其它區域高，但仍低于一級限值。此次實測數據表明，目前延安城區整體的公眾暴露電磁輻射環境較為清潔。
參考文獻：
[1]莊振明，謝詠梅等.南京市城區電磁輻射水平調查[J].中國輻射衛生，2008（2）.
電磁輻射選頻儀范文2
關鍵詞：110kV變電所；工頻電磁場；強度監測；實測數據；環境影響 文獻標識碼：A
中圖分類號：TM631 文章編號：1009-2374（2015）29-0133-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2015.29.067
1 概述
變動的電場會產生磁場，變動的磁會產生電場。1831年，英國人法拉第發現了這一奇妙的現象，后人稱之為法拉第電磁感應定律，并利用這個原理開始發電，各種用電設施逐漸出現在人類生活的各個方面。經過一百多年的發展，電力已經成為人類社會不可缺少的能源之一。由于電能必須經過變電所輸送、分配，隨著電能的廣泛應用，變電所的數量逐漸增加，其電壓等級也不斷提高，使人們居住環境中的工頻電磁場隨之增大。人類在享受著電力帶來生活改善的同時，也開始感到憂慮，諸如“電磁污染危害人類健康”“隱形殺手-電磁輻射”等的報道開始出現在各種媒體中傳播，導致公眾漸漸對電力電磁現象產生恐懼，甚至達到談之色變的
情況。
眾所周知，變電所的工作頻率為50Hz（簡稱“工頻”），其周圍的電場與磁場是單獨存在的，屬于低頻電磁場，通常情況下不會涉及電磁輻射問題。國際權威組織在極低頻環境健康影響領域內，也只涉及電場與磁場分析，而不使用“電磁輻射”這一籠統模糊的概念，更沒有任何國際權威組織會在該領域誤用“電磁輻射”這一術語。
2 監測實施
2.1 監測儀器
意大利產PMM8053電磁場強度儀、PMMEHP-50A極低頻電場分析器。該儀器通過華東國家計量測試中心校準，其計量性能溯源至國家計量基準，并在有效期內。
2.2 評價依據
國內暫未制定有關居民區工頻電場評價標準，可引用國家環保總局《環境影響評價技術導則 輸變電工程》（HJ 24-2014）中規定的推薦值作為指引標準。規范中“推薦暫以4kV/m作為居民區工頻電場評價標準，推薦暫以應用國際輻射保護協會關于對公眾全天輻射時的工頻限值0.1mT作為磁感應強度的評價標準”。
3 監測過程
3.1 樣本及監測點的選取
紹興市質量技術監督檢測院在電力部門的配合下，選取了三類典型的110kV變電所：戶外布置式變電站、戶外設備戶內布置式變電站、氣體絕緣（GIS）變電站。額定負荷均為2×50MVA，高壓進出線回路均為2回。測試點分主變、控制室、進出線、圍墻外四個
區域。
3.2 測量條件
3.2.1 測量距離的選擇：測量高度選1.5m，測量人員離測量傳感器探頭2.5m以上，測量探頭距主變壓器（分高壓側、低壓側和兩主變中間）或控制室控制屏外殼1m、2.5m、5m。圍墻內進出線正下方距圍墻1～2m開始測，向垂直于進出線方面每間隔2m測一次，共測4～8點。圍墻外從距圍墻1m開始測，沿進出線方向每間隔2m測一次，共測6點。測量讀數：每1min讀一個數，每次測量時間不小于15s，共測5次，取5次的平均值為測量結果。
3.2.2 測量點數量：本次監測主變周圍共設15個點，圍墻內進出線周圍各設8個點，控制室設6個點，圍墻外各設6個點。
3.3 監測結果
3.3.1 戶外布置式變電站。主變周圍電場強度最高2.32kV/m，最低0.73kV/m，平均值為1.03kV/m。磁感應強度最高23.126uT，最低1.805uT。圍墻內進出線周圍電場強度最高2.881kV/m，最低0.177kV/m，平均值為0.89kV/m。磁感應強度最高18.345uT，最低0.237uT。控制室內電場強度最高0.33kV/m，最低0.16kV/m，平均值為0.19kV/m。磁感應強度最高0.312uT，最低0.121uT。圍墻外電場強度最高2.22kV/m，最低0.21kV/m，平均值為0.33kV/m，磁感應強度最高2.417uT，最低0.123uT。
3.3.2 戶外設備戶內布置式變電站。主變周圍電場強度最高1.69kV/m，最低0.70kV/m，平均值為0.95kV/m。磁感應強度最高13.124uT，最低1.705uT。圍墻內進出線周圍電場強度最高1.84kV/m，最低0.176kV/m，平均值為0.89kV/m。磁感應強度最高12.410uT，最低0.217uT?？刂剖覂入妶鰪姸茸罡?.33kV/m，最低0.15kV/m，平均值為0.18kV/m。磁感應強度最高0.315uT，最低0.122uT。圍墻外電場強度最高1.77kV/m，最低0.22kV/m，平均值為0.31kV/m，磁感應強度最高2.417uT，最低0.123uT。
3.3.3 氣體絕緣（GIS）變電站。主變周圍電場強度最高0.88kV/m，最低0.36kV/m，平均值為0.41kV/m。磁感應強度最高7.718uT，最低1.705uT。圍墻內進出線周圍電場強度最高0.84kV/m，最低0.192kV/m，平均值為0.64kV/m。磁感應強度最高8.044uT，最低0.236uT?？刂剖覂入妶鰪姸茸罡?.32kV/m，最低0.14kV/m，平均值為0.17kV/m。磁感應強度最高0.318uT，最低0.120uT。圍墻外電場強度最高0.77kV/m，最低0.20kV/m，平均值為0.29kV/m，磁感應強度最高0.835uT，最低0.123uT。
3.4 結果分析
3.4.1 戶外布置式變電站圍墻周界處的工頻磁場水平最大不超過3μT。該類變電站周界處較高的磁場水平是由110kV架空進線產生的，在現場測得的最大磁感應強度值為23.126μT（110kV架空線與另一路110kV電纜的共同影響）；對采用110kV電纜進線的戶外布置式變電站，在110kV進線電纜溝上方實測得的最大工頻磁感應強度均小于19μT。戶外設備戶內布置式變電站在主變壓器滿負荷（2×50MVA）情況下，墻界處的工頻磁場，除進線電纜溝上方（由地下電纜產生的磁場）外，均不超過2μT（110kV進線電纜溝上方產生的最大工頻磁場水平不超過15μT）。戶外設備戶內布置式變電站。氣體絕緣（GIS）變電站由于大部分母線都有屏蔽，整個變電站總體的磁場水平較低。即使在滿負荷（2×50MVA）運行時，除臨近110kV電纜進線部位以外，建筑物外5m距離處的磁場水平不超過1μT（110kV電纜進線溝上方最大不超過10μT）。
3.4.2 位于市外的變電站。監測表明，該類變電站周圍環境空曠，電磁場變化趨勢明顯，變電站外的電磁環境受進出線的影響非常大。就工頻磁場而言，圍墻外工頻磁場小于3μT。
3.4.3 位于市內的變電站。圍墻外1m處的磁感應強度一般小于1.25μT。而且由于該類變電站多數位于市區，變電站外環境復雜，易受進出線和路邊10kV或380V電力線路影響，很難看出變電站產生的電磁場的變化趨勢。
3.4.4 電場強度與變電所種類無關，只與距離
有關。
3.4.5 作業點磁場強度比較。戶外布置式變電站較高，戶外設備戶內布置式變電站次之，氣體絕緣（GIS）變電站。各類變電所磁場強度依兩主變周圍、進出線下、控制室、圍墻外遞減。
4 結論
（1）三類110kV變電站中，電場強度均小于3kV/m，產生的磁場均低于25μT，屬于合格范圍內，比限值低1個數量級以上，而且在距變電所約4～5m處，電磁場已降至環境背景值；（2）主變、進出線上方的電磁場較其他區域大，所以現場作業人員在兩主變周圍、進出線下方應做出相應的安全保護；（3）相同負荷時，電磁場從大到小的順序是：戶外布置式變電站、戶外設備戶內布置式變電站、氣體絕緣（GIS）變電站。
5 結語
通過現場測試可以看出，變電站外工頻電場和磁場均符合標準限值。報告建議，在建設高壓變電站時，要注意設計和布置好架空進出線的走向和位置，使之盡量避讓民房。
參考文獻
[1] 中華人民共和國國家環境保護標準：環境影響評價技術導則 輸變電工程（HJ 24-2014）[S].
[2] 中華人民共和國國家標準：電磁環境控制限值（GB 8702-2014）[S].
[3] 中華人民共和國國家環境保護標準：交流輸變電工程電磁環境監測方法（試行）（HJ 681-2013）[S].
[4] 中華人民共和國國家環境保護標準：輻射環境保護管理導則 電磁輻射監測儀器和方法（HJ/T 10.2-1996）[S].
電磁輻射選頻儀范文3
關鍵詞：開關電源；抑制；電磁干擾
中圖分類號：U291.4+5 文獻標識碼：A
開關電源使用的實際環境中總是存在著由自然因素或人為因素產生的電磁能量，這些電磁能量對開關電源產生多余而有害的信號，即為干擾噪聲。這種干擾噪聲的產生來自兩個方面:一是來自外部干擾源的噪聲，另一是來自開關電源本身內部電路的噪聲。
1 開關電源電磁干擾的產生機理
開關電源產生的干擾,按噪聲干擾源種類來分,可分為尖峰干擾和諧波干擾兩種;若按耦合通路來分,可分為傳導干擾和輻射干擾兩種?，F在按噪聲干擾源來分別說明：
1.1 二極管的反向恢復時間引起的干擾高頻整流回路中的整流二極管正向導通時有較大的正向電流流過,在其受反偏電壓而轉向截止時,由于PN結中有較多的載流子積累,因而在載流子消失之前的一段時間里,電流會反向流動,致使載流子消失的反向恢復電流急劇減少而發生很大的電流變化(di/dt)。
1.2 開關管工作時產生的諧波干擾
功率開關管在導通時流過較大的脈沖電流。例如正激型、推挽型和橋式變換器的輸入電流波形在阻性負載時近似為矩形波,其中含有豐富的高次諧波分量。當采用零電流、零電壓開關時,這種諧波干擾將會很小。另外,功率開關管在截止期間,高頻變壓器繞組漏感引起的電流突變,也會產生尖峰干擾。
1.3 交流輸入回路產生的干擾
無工頻變壓器的開關電源輸入端整流管在反向恢復期間會引起高頻衰減振蕩產生干擾。
開關電源產生的尖峰干擾和諧波干擾能量，通過開關電源的輸入輸出線傳播出去而形成的干擾稱之為傳導干擾;而諧波和寄生振蕩的能量，通過輸入輸出線傳播時，都會在空間產生電場和磁場。這種通過電磁輻射產生的干擾稱為輻射干擾。
1.4 其他原因
元器件的寄生參數，開關電源的原理圖設計不夠完美，印刷線路板(PCB)走線通常采用手工布置，具有很大的隨意性，PCB的近場干擾大，并且印刷板上器件的安裝、放置，以及方位的不合理都會造成EMI干擾。
2 開關電源EMI的特點
作為工作于開關狀態的能量轉換裝置，開關電源的電壓、電流變化率很高，產生的干擾強度較大;干擾源主要集中在功率開關期間以及與之相連的散熱器和高平變壓器，相對于數字電路干擾源的位置較為清楚;開關頻率不高(從幾十千赫和數兆赫茲)，主要的干擾形式是傳導干擾和近場干擾;而印刷線路板(PCB)走線通常采用手工布線，具有更大的隨意性，這增加了PCB分布參數的提取和近場干擾估計的難度。
3 抑制電磁干擾的措施
3.1 干擾抑制技術的基礎知識
抑制干擾要“對癥下藥”。即只有在深入的分析了干擾的來源、性質、傳遞方式、藕合方式以及干擾是以何種形式、在什么位置影響工作后，才能正確選擇合適的抑制技術?？偟膩碚f，采用“滅”、“阻”、“抗”等三種方法來抑制干擾。
3.1.1消除干擾源-“滅”干擾的方法
消除干擾源一種積極的措施.例如，大功率變壓器會產生強大的工頻干擾，若能把變壓器搬走，或暫時停電或在遠離干擾的地方進行實驗，這樣就能消除由變壓器引起的工頻干擾。原則上講，對于干擾源都應予消除。但是在實際測量時，有些干擾源是不能消除的。例如，自然界的干擾，大功率電臺發出的射頻干擾等，此時，只能采用其它抑制方法來消除這些干擾。
3.1.2破壞干擾的傳輸途徑-“阻止”干擾的方法
干擾的傳輸方式可分兩類:其一是以“場”的形式傳輸，例如，電容性耦合和互感性耦合;其二是以“路”的形式傳輸，例如，共阻抗耦合和漏電流耦合。對于以“路”形式傳輸的干擾，采取提高絕緣性能的方法以抑制漏電流耦合干擾;采用隔離變壓器、光電耦合抑制共模干擾產生的環路電流;采用濾波、選頻、屏蔽等技術消除干擾，采用合理的接地技術消除“共地”阻抗耦合，采用退耦電路消除電源內阻的影響等。對于以“場”形式傳輸的干擾，一般采用屏蔽和接地技術等。
3.1.3提高接收電路的抗干擾能力-“抗”的方法
一臺設計良好的電子裝置，應該具有對有用信號敏感且具有一定的抗干擾能力。一般情況是:高輸入阻抗電路比低輸入阻抗電路更容易受到干擾的影響;布局松散的電子裝置比結構緊湊的電子裝置更易受外來干擾;模擬電路比數字電路的抗干擾能力差等。在設計電路時，對輸入放大器采用對稱結構，采用雙絞線作為傳輸線，采用合理接地和退耦、濾波以及選頻等方法提高接收電路的抗干擾能力。
3.2屏蔽技術
屏蔽技術能夠抑制電場、磁場的干擾，正確地使用屏蔽技術既能抑制干擾源對其它電子系統的影響，也能阻止干擾源進入系統內部。因此，屏蔽技術能用來防止干擾，也能用來阻斷干擾。屏蔽技術的基本原理是把電力線和磁力線的影響限制在某個范圍.即隔斷“場”的耦合。
3.2.1靜電屏蔽
靜電屏蔽的方法:選用低電阻的金屬材料(如鋼和鋁)制成一個空腔的金屬盒（稱為屏蔽盒)，將電路置于屏蔽盒內，并將屏蔽盒良好接大地。
靜電屏蔽的原理:由靜電學理論可知，處于靜電平衡狀態而且接地的屏蔽盒內，如果其內部無凈電荷，外電場在屏蔽盒上產生的電荷通過接地線進入大地，屏蔽盒內任何一點處的電場為零，即盒內的電位處處相等，因此，置于屏蔽盒內的接收電路不會受外界電場的影響。同理，當屏蔽盒內有一個電量+Q的電荷，在屏蔽盒的內外側產生符號相異的電荷，但因屏蔽盒接地，則外表面的感應電荷被中和，這樣屏蔽盒外不存在電場.因此屏蔽盒內帶電體的電場不會對外界產生影響。
3.2.2電磁屏蔽
電磁屏蔽的方法:采用導電良好的材料制成屏蔽盒，將欲保護電路置于屏蔽盒內，這樣屏蔽盒內的電磁場不會對外界產生干擾，外界電磁干擾也不會干擾屏蔽盒內的電路。其原理是，由電渦流效應和集膚效應可知，屏蔽盒具有阻斷高頻電磁波透入的特性。屏蔽層的厚度只要超過干擾電磁波透射深度的3倍即可。實際上屏蔽層的厚度只要能滿足機械強度就行了。若把屏蔽盒接地，則兼有靜電屏蔽作用。
3.2.3低頻磁屏蔽
為了防止低頻磁場干擾，要用高磁導率材料制作屏蔽罩，使干擾磁場的磁力線在屏蔽罩內構成磁通路。由高磁導率材料內的磁阻比空氣的磁阻小得多，因此，屏蔽罩外的漏磁可以略去不計，從而抑制低頻磁場的干擾作用。
磁屏蔽罩應選擇高磁導率材料，如坡莫合金，鐵氧體罐等.并注意所用材料應有足夠的厚度.以減少磁阻和防止磁飽和。同時注意到所用材料的頻率特性，如坡莫合金在頗率超過500Hz時，其磁導率急劇下降，同時注意所用材料的環境溫度，當溫度升高，其磁導率下降;坡莫合金在經機械加工后，導磁率下降，因此加工后必須進行適當的熱處理。
3.3接地技術
選擇合理的接地點是抑制干擾的重要措施。電纜屏蔽層或屏蔽罩(如機殼等)都必須選擇合理的接地點，才能有較強的抗干擾能力，為了防止共阻抗耦合產生的干擾，在印制電路板布線時也要選擇合理的接地點:在實際測量中若同時使用多個儀器時，也要選擇合理的接地點等等。如果接地不當.就會導致干擾，甚至造成測量儀器無法工作。由此可見，接地是一很重要的問題。
結束語
近些年來，隨著電源技術的飛速發展，高頻開關電源控制從最初的模擬電路逐漸發展到微處理器、DSP等高集成度的控制器件。這些器件體積小、精密度高，但開關電源內的電磁干擾、輻射相對其他通訊設備更強，這對高頻開關電源的抗干擾設計技術提出了更高的要求。
參考文獻
電磁輻射選頻儀范文4
MSP430F149（以下簡稱“F149”）是德州儀器（TI）公司推出超低功耗Flash型16位RISC指令集單片機。F149有豐富的內部硬件資源，是一款性價比極高的工業級芯片。在應用中，F149不需做過多的擴展，適合要求快速處理的實時系統，故可在電力系統微機測量和保護方面得以應用。詳細的F149資料可參閱有關文獻，本文主要對電力系統中基本參數測量的實現方法和開發中一些應注意的問題進行論述。
1 F149外圍模擬信號調理
在電力系統微機測量中，通常將一次額定電流和電壓通過電流互感器（TA）、電壓互感器（TV）分別轉換為0～5A的電流信號和0～100V的電壓信號，該信號再經一級互感器轉換為數百mV～幾V的電壓信號，具體輸出電壓的幅值，可根據實際電路的情況來定制。
F149內置的模數轉換器（ADC）的單極性ADC，其輸入范圍0～2.5V。對于雙極性的輸入信號，必須轉換為單極性輸入信號，即對信號進行直流偏置。實現直流偏置可采用電阻分礦井或運放升壓的方式。電阻分壓方式的電路形式如圖1所示，這種電路實際上采用的是單電源供電，可雙極性輸入的ADC芯片內部結構，+2.5V的基準可由F149提供。運放升壓的方式是利用運放的特性將零點進行偏置，如圖2所示，輸入與輸出的關系有：V0=1.25V-Vi。可見，輸入與輸出在相位上是反相的，在使用多級運放對信號進行放大或縮小處理時，應保證各路輸出信號相位的一致。當然，相位的處理也可通過軟件的數據處理來實現。
電阻分壓方式具有結構簡單，成本低的優點，且允許幅值較大的雙極性模擬信號在板內傳輸，在外界干擾一定的時候，提高了信噪比。對于F149內部的積分型ADC而言，電阻分壓方式的輸入阻抗較大，為保證片內電容的充電時間，以達到應有的測量精度，需相應延長采樣的時間。
運放升壓方式需要精密運放的配合，成本較高，且低阻抗輸出的+0.625V基準源也不易得到，但電路的輸出阻抗低，可提高ADC的采樣速度。
電力系統中電流測量的范圍很大，在額定值1.2倍范圍內，要求測量精度為0.5級；在1.2～20倍保護范圍內，要求精度較低，為3級。在電路設計中，通常使用可編程PGA（增益放大器）來解決大范圍信號測量的問題?？紤]PGA方式判斷、切換所需的時間較長和保護范圍內對測量的高實時性要求，在本系統中，采取對電流的兩段范圍同時采樣的方法，即將電流信號一分為二，保護范圍內的信號進行壓縮處理，使用兩路A/D口同時進行采樣。
對于三相電路，此時有3路電流測量信號、3路電流保護信號和3路電壓信號，共9路信號，而F149僅提供8路外部信號采樣通道。為此，將F149的負參考電平VeREF測量通道用于信號測量。
2 F149內置ADC采樣時序控制
內置ADC工作于序列通道單次轉換模式，通過控制采樣/轉換位ADC12SC來觸發ADC。ADC12SC可由一定時器來置位，該定時器的定時時間根據當前工頻的實際周期和每周期的采樣點來確定，使得采樣時間間隔能跟蹤工頻的變化，減小了測量的非同步誤差。
當ADC數據轉換完成時，ADC12SC自動復位，同時會產生一個中斷，對各通道的當前讀數據讀取，并可對數據緩沖區進行數據更新。
3 交流采樣算法
交流采樣算法有多種選擇，考慮F149的運算速度和采樣速度，在每周期采樣24點或36點和不需做諧波分析的情況下，在測量范圍內計算，推薦使用真有效值算法，這樣方法具有高的嚴謹和相對較小的運算量。在保護范圍內計算，此時精度要求不高，而對實時性要求高，要使用基于正弦波模型的半周期積分法進行計算，這種方法僅須半個周期的數據窗，計算量小。半周期積分法的精度與采樣點數和計算的首點有關，當計算首點最接近其有效值時，誤差最小。以下給出兩種方法離散化后的計算公式。
真有效值算法：
式中N為每周期等間隔采樣點數，u(k)、i（k）分別為第k次采樣的電壓、電流瞬時值。
4 快速開平方算法
計算有效值離不開開平方運算，開平方運算是非常耗時的算法。常見的定點數開平方運算有牛頓選代法、快速查表法、直流逼近法和試根法等。對于查表法，當被開方數變化范圍較大時，提高運算精度和減少內存占用量是相矛盾的；直線逼近法需要存貯各段線性逼近函數的斜率和截距值，當要求的運算精度增加時，線性段的劃分越密，運算處理時間隨著增加；試根法的缺點是運算時間與被開放數的大小有關，并被開方數據很大時，試根次數增加，運算執行時間將變長；牛頓迭代法是一種一致收斂的開平方算法，若初始值選取得當，只需很少次甚至是一次迭代算法，即可得到滿足給定精度要求的運算結果，但如果初值選擇不當，將須多次迭代，在微機測量保護中電流、電壓的動態變化范圍很大，從而增加了選擇初值的難度。
開平方函數f(x)=x2-c=0的根的牛頓迭代公式為：
可證明上述迭代算法是收斂的，收斂的速度完全取決于X0的選擇,x0越接近真值根號c，收斂速度越快。
為選擇適當的初值x0，可使用查表法。根據開方函數f(x)=x2-c=0的特點（當待開方數較小時，曲率大，插值誤差也就較大，故要保證誤差一致，則應取不待步長，低端步長小，高端時步長大），用不等步長存儲表格可減少表格的存儲量，提高查表時間。實際應用中，將不等步長查表法與牛頓迭代法相結合，形成一種混合開平方算法，查表用于給出牛頓迭代初值，經3次的迭代運算即可達到精度要求。
5 工頻頻率測量
工頻頻率是電力系統中基本的參數之一，利用F149內部的硬件資源可方便的實現頻率測量。取一路電壓信號，如A相電壓信號+1.25V的直流電平信號進行比較，比較器輸出的方波信號送至工作于捕獲模式的定時器。定時器的時鐘源泉為8MHz主頻經8分頻的1MHz信號。定時器在方波的上升沿開始計數，在下一上升沿到來時將計數值鎖存，該計數值對應于工頻的周期，經轉換后即可得到工頻頻率。
在實際開發過程中遇到的問題是，雖然在F149內部可實現比較器與定時器的連接，但因該比較器無遲滯比較的功能，當比較器兩輸入端的電平接近時，比較器的輸出端會產生振蕩，因此必須將比較器的輸出信號加以整形，方能輸入到定時器上。F149內部比較器模塊的內部濾波單元濾波效果不理想，故將比較器的輸出引出，經RC濾波后再送到定時器上，其結構如圖3所示。
以下給出定時器捕獲中斷的處理程序，由于工頻頻率的變化范圍小，采樣這種方式不需處理計數溢出中斷，結構較為簡單。
interrupt[TIMERA1_VECTOR]void Timer_A1(void){switch(TAIV){
case 2:
{First_Cnt=CCR1;
if(First_Cnt>Last_Cnt)
Period=First_Cnt-Last_Cnt;
//計數無溢出
else
Period=65535-Last_Cnt+First_Cnt;
//計數溢出
Last_Cnt=First_Cnt;
Break;}
}
}
6 系統可靠性措施
微機系統抗干擾方面的文獻已有許多，在這里對實際使用F149應注意的問題及處理方法進行論述。
①確保輸入信號的幅值不超過規定范圍。過大的輸入或沖擊可能導致程序運行不正常。在惡劣的電磁干擾干擾下工作時，應采用吸收、濾波和隔離等技術對輸入的信號進行處理，對于難于確定輸入范圍的模擬信號也應有相應的限幅措施。
②F149的輸出功率較小，在有較多信號需要驅動時，應考慮在其外圍增加驅動芯片，以減小F149的輸出電流，這對于F149的穩定運算是很有意義的。同時，對于與外部有較長引線的接口（如鍵盤、LCD），驅動（緩沖）芯片，此時還能起到隔離電磁輻射干擾的作用。
③F149未使用的引腳，應將其設置為輸入模式，并將該引腳做接地處理，這些措施有利于抗電磁輻射和靜電干擾。
④使用復位芯片來控制F149的復位；在成本允許的條件下，可外置-“看門狗”，構成雙“看門狗”結構，提高系統運行的可靠性。
電磁輻射選頻儀范文5
【關鍵詞】數字頻率計；計數器；定時器；閘門時間；顯示器；校準信號；清零電路
一、問題的提出
在電子信息領域，僅僅電壓、電流和電阻的測量已遠遠不能滿足其飛速發展的要求，所謂一塊萬用表在手可走偏天下的時代也已一去不復返。目前信號頻率、電磁輻射、有害氣體等等的測量要求非常廣泛。價格低廉、簡單實用的檢測設備是普通電子愛好者需求的目標之一。
本文利用價格低廉的集成電路CD4541、4528、4093、4026設計制作一款數字頻率計，并對具體電路進行分析。
二、電路功能
頻率是指在1S時間內周期信號變化的次數，單位為Hz，用f來表示，周期用T來表示，他們的關系為：
由此可見，數字頻率計在1s標準時間內，測出信號變化的次數，然后再用數字形式顯示出來，即完成其功能的主要部分。具體來說，數字頻率計必須具備以下三個功能部件：
1.能產生1s標準時間的功能部件。
2.計數部件。
3.顯示部件。
電路功能框圖如圖1所示。
三、電路原理
1.電路原理圖
電路原理如圖2所示，被測信號經“IN”輸入，經整形后送到計數控制器輸入端，當控制定時器跳變為高電平（TH：1s）時其波形前沿觸發置零電路，使計數器瞬時置零，同時閘門打開，信號通過，允許計數，并通過LED顯示計數值。當控制計時器為低電平時，閘門關閉，計數技術停止，所計數值保持不變并被穩定顯示。
2.單元電路工作原理分析
1）整形電路和內置振蕩
整形電路和內置振蕩器單元由集成電路4093中的IC3：A和B組成，集成電路4093內部結構是4個雙輸入與非門電路組成。
整形：當SA置于“外接”時，IC3：A和B的輸入端分別短接，電路成為反相“非門”，兩個反相“非門”串聯，則總相位不變。由于門電路輸入輸出特性，其輸出只有“0”和“1”兩種狀態，整形效果較好。但要注意信號幅度必須足夠大，一般應大于4/5電源電壓，否則有可能無法計數顯示。
內置振蕩：當SA置于“校準”時，IC3：B、RP2、RP3、C3構成內置振蕩器，調節RP2（粗調）與RP3（細調）設定為5000HZ，5V，可作為“校準信號”，其原理與門控振蕩器相仿，這里不再重復。
2）閘門
閘門電路單元主要由集成電路4093中的IC3：C和D組成該電路利用了與非門任一輸入端輸入為“0”，其他輸入端不再對輸出狀態起作用的特點，將IC3：C的一個輸入端（4093⑨腳），另一輸入端作為信號輸入，是與非門變成一個受控的閘門。
受控輸入端接控制定時器輸出端，當控制定時器輸出“0”時，閘門關閉，無輸出。當控制定時器輸出“1”，閘門打開，波形輸出與輸入相位一致，能夠傳遞到計數器。
3）控制定時器
控制定時器單元是由集成電路4541和R1、RP1、C1組成。該電路輸出一周期為2s（TH和TL各為1s）的方波波形，電路主要由R1、RP1、C1選頻電路決定4541的內振蕩頻率，再經29分頻得到上述波形，當輸出Q端為“1”時閘門打開，開始計數，OUT端有波形輸出，LED顯示數字快速變化，Q端為“0”時，閘門關閉，計數停止，LED顯示數字不再變化，保持，OUT端無輸出波形。
4）置零電路
置零電路單元主要由集成電路IC2（4528）和R2、C2等組成。該電路是利用脈沖的上升沿進行觸發的單穩態電路，R、C大小決定置零脈沖的寬度，置零脈沖的寬度應遠小于被測信號的周期，IC2④腳是輸入端，接4541輸出端，當接收到“1”信號上升沿時，產生一個正窄脈沖信號，計數器置零。窄脈沖過后，計數器恢復計數狀態。
5）顯示電路
顯示電路單元由4片4026集成電路和4只共陰極LED數碼管組成。4026集成電路是十進制譯碼、直接驅動LED電路，4為十字分別表示千位、百位、十位、個位。①腳為輸入端，上升沿有效，⑤腳為進位信號輸出端，在本電路中又為高一位計數器提供計數脈沖。圖2是數字頻率計電路原理圖。
四、結論
本電路設計結構簡單，功能比較齊全，作為電子愛好者自行設計信號源時的頻率顯示輔助電路具有一定的實用性，在調試過程中，須將標準信號源接入，SA在“外接”位，信號源頻率調節為5000HZ，然后調節定時器電路阻容網絡（調節RP1），使Q端輸出為T=2S，即為正電平1S，使閘門打開時間為1S，操作時為調節RP1使數碼管顯示5000。SA放到“校準”位時，調節RP2到中間位，再調節RP3使數碼管顯示5000即完成。
參考文獻
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