生活环境中的电磁辐射检测仪设计
第３２卷第１０期
２０１３年１０月
实验室研究与探索
ＲＥＳＥＡＲＣＨＡＮＤＥＸＰＬＯＲＡＴｌ０ＮＩＮＬＡＢＯＲＡＴＯＲＹ
Ｖ０１．３２Ｎｏ．１０Ｏｃｔ．２０１３
生活环境中的电磁辐射检测仪设计
徐
彬，
石文星，
张立辉，
张
凯
（江汉大学物理与信息工程学院，湖北武汉４３００５６）
摘要：以生活环境中的家用和类似器具电磁场分布为研究对象，根据电磁感应原
理，采用环形线圈作为辐射检测探头，结合计算机技术设计了电磁辐射检测仪。介绍了环形线圈探头的设计，由高精度低噪声仪表放大器ＡＤ６２３组成的二级放大电路，以及模数转换和基于单片机ＡＴ８９Ｃ５１的软硬件设计：研究了采用螺线管作为参考源的辐射定标方法，通过测量螺线管内部磁场强度和放大电路输出电压之间的关系，在单片机程序中设置定标系数完成定标。在实际应用中能快速、准确地测量最大强度为２０ｍＴ的磁场，对生活环境中的电磁辐射污染起到了重要的评估作
用，
关键词：生活环境；电磁辐射；单片机；定标中图分类号：０
４４１．５
文献标志码：Ａ
文章编号：１００６—７１６７（２０１３）１０—００２５—０３
ＤｅｓｉｇｎｏｆＥｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃＲａｄｉａｔｉｏｎＤｅｔｅｃｔｏｒＢａｓｅｄ
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ＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＪｉａｎｇｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｈａｎ４３００５６，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｐａｐｅｒｔａｋｅｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ
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雹
引
日
收稿日期：２０１３—０ｌ一２０
基金项目：湖北省教学研究项目（２０１０２２０）；武汉市科技计划项目（２０１２５０４９９１４５）
作者简介：徐彬（１９７０一），男，湖北武汉人，实验师，主要研究方向为物理实验和计算机应用。
Ｔｅｌ：１８６２７
１
随着人们生活水平的不断提高，在生活环境中会存在各种不同的家用电器和电子设备，如电视机、微型计算机、电磁炉、微波炉等，在享受现代生活带来便捷的同时，也会受到其电磁辐射污染的危害。电磁辐射是交变的电场与交变的磁场相互垂直，以源为中心向
９６５３８：Ｅ—ｍａｉｌ：ｘｕｂｉｎ４４５６＠１２６．ｃｏｍ
万方数据
２６
实验室研究周围空间交替的产生且以一定的速度传播的波¨’３。，超过一定程度的辐射就会对人体健康产生不同程度的影响，而较长时间的辐射还会引起神经系统、心血管系统、生殖系统、视觉系统、免疫系统的功能改变。在国家标准《电磁辐射防护规定》中，明确规定在生活环境中，电磁辐射的功率密度不能超过４０ＩｘＷ／ｃｍ２，而当磁场达到２０ｍＴ及以上，风险开始加倍”ｊ。针对生活环境中的这类辐射源测量，本文设计了基于ＡＴ９８Ｃ５ｌ单片机的电磁辐射检测仪，并研究了以螺线管作为参考源的辐射定标方法。
１检测电路的设计
在家用和类似器具ＥＮ５０３６６标准中，认为电场符合参考限值，只对磁场进行测量¨“，频率的范围是
ｋＨｚ。检测仪设计由环形线圈辐射探头、滤
波、放大电路、模数转换、单片机单元组成，使用９Ｖ电池供电，如图１所示。其工作原理是当辐射探头检测到信号后，经低通滤波电路滤除高频成分后送至放大电路，放大后的信号由ＡＤ转换电路转换为数字信号，送单片机进行处理，通过单片机程序完成数字信号处理和计算，在液晶屏上显示出辐射强度。
冈１
电路框图
１．１辐射探头的设计
成品的辐射探头虽然性能良好，但价格昂贵，不利于普及家用。由于只对磁场进行测量，本文根据电磁感应原理设计了环形线圈作为辐射探头。７一。环面积内磁通量的变化将在环线圈上产生感应电压，电压大小正比于环面积、环线圈匝数、待测磁场强度，环形线圈两端的感应电势为
ｆ＝肛ｏ』、ｒ１Ｔ６２甜Ｈ
（１）
式中：Ⅳ为线圈匝数；ｂ为环半径；Ｈ为待测磁场强度。
为提高探头的灵敏度，线圈中可置入铁芯，探头线
圈用０．１８ｍｍ的漆包线绕制，７５０匝，线圈直径１９
ｍｍ
ｏ
１．２滤波及放大电路
滤波及放大电路如图２所示，图中：￡为环形线圈辐射探头；尺，、尺：和Ｃ．组成低通滤波电路、９。，滤除信号中的高频成分。电路设计为两级放大电路，第一级采用高精度仪表运算放大器ＡＤ６２３¨…，可由单个电阻进行增益编程，通过电阻尺；的调节，增益最高可达
１
０００倍；第二级采用高精度运算放大器ＯＰ０７，采用两
级放大能满足噪声系数小和频带宽的要求…。。
万方数据
与探索
第３２卷
图２滤波、放大电路
模数转换电路采用流行的ＡＤＣ０８０４芯片，它属于Ｖ）不需要调零。放８位单片２。，将所测辐射强度数值在ＬＣＤｌ２８６４液晶模块上显示，单片机外围线路如图３所示。
辐射定标
辐射定标是以标准辐射源作为参考，通常这种标
日（ｒ，ｔ）＝‰ｎＩＪｏ（ｋｒ）ｅ……＝
ｔｘｏｎｌ［・一志㈥２＋志㈥４一
击㈤”’卜‘
㈦
Ｂ＝肛ｏｎｌ
（３）
将螺线管两端连接到数字信号发生器上，通过调１．３模数转换和单片机电路
连续渐进式的Ａ／Ｄ转换器，具有转换速度快、分辨率
０．０１～４００
高的特点，在单电源工作时（０～５大后的模拟信号输入到ＡＤＣ０８０４芯片的第６脚，将模拟信号转换成数字信号，然后送至单片机进行下一步处理。单片机采用ＡＴＭＥＬ公司生产的ＡＴ８９Ｃ５１集成芯片，是广泛应用的低电压、高性能ＣＭＯＳ机。转换后的数字信号从Ｐｌ口送人单片机，通过单片机程序控制‘１２
准辐射源不易获取。为达到较高测量精度的目的，采用紧密绕制的长直螺线管作为辐射参考源。设螺线管
两端通以角频率∞的交变电流，则螺线管内部产生时变磁场¨３；，通过求解麦克斯韦方程组得到内部磁场可
表示为
式中：Ｊ。（ｋｒ）是第一类零阶贝塞尔函数；ｒ是螺线管半径；∞是加在螺线管两端信号的角频率。当ｃ／∞》ｒ时，即在频率较低的情况下，只考虑一阶近似，则螺线管内部的磁场强度为
节输出电压来改变螺线管内部磁场，磁场大小通过测量螺线管的电流，由式（３）计算得出。将探头放入螺线管中，此时放大电路得到多个对应于磁场的输出电压，将得到的数据用回归分析法进行分析，得出被测磁场和输出电压之间的关系，在单片机程序中通过设置定标系数完成辐射强度定标，图４为所测的一段磁场强度和输出电压的关系曲线。
徐彬，等：生活环境中的电磁辐射检测仪设计
÷『３
ｆｐ片机电路
各种电器辐射源的测量，设计以环形线圈作为辐射检测探头，达到了低成本易普及的目的；通过高精度、低噪声的二级放大电路实现了对微弱信号的放大；以创新的物理设计思想，利用螺线管实现了辐射定标。检测仪设计的最大测量磁场强度为２０ｍＴ，能够满足日常生活环境中的电磁辐射检测和评估作用。
输｝｛｛电爪＼ｆ
参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）：
图４磁场强度一输出电压关系曲线
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进行初始化处理，选通Ａ／Ｄ模数转换芯片，并负责调验室研究与探索，２００９，１５７（４）：１９９－２００．
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雾
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军皋
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图５软件流程图
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４
结语
［１１］陈梓城．模拟电子技术基础［Ｍ］．北京：高等教育出版社，２００３：
１３０．１３Ｉ．
电磁辐射作为干扰电器设备和危害人体健康的隐形污染，已受到越来越多的重视…１。针对生活环境中
（下转第３１页）
万方数据
第１０期
于金伟：电路板ＥＮＥＰＩＧ表面涂覆工艺实验
３１
金的莫氏硬度２．５０），薄的镀层即可获得较好的耐磨性能，可作为金线键合表面，更胜任于高连接可靠性的产品上。
因此，ＥＮＥＰＩＧ工艺被认为是全能型表面涂覆处理工艺，特别适合应用在表面贴装和金线键合混合组装板等高连接可靠性的产品上，全面取代目前的ＥＮＩＧ
工艺。
Ｅ｝ｋｅＶ
参考文献【Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）：
“４
高温老化处理后．镍钯金镀层丧面元素分析
ＨｎＣＥ，ＹａｎｇＳＣ，Ｋａｏ
＇
ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
ＣＲ．Ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌｒｅａｃｔｉｏｎ
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旦
×
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当
暑
＇岂
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Ｐ
Ａ，ＳｈｉｈＤ－Ｙ，ｅｔ
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ｓｏｌｄｅｒ
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）“
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Ｑ，ＹａｈＣ，ｅｔａ１．Ｃｒｏｓｓｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｏｆｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌ
Ｎｉ（Ａｕ／Ｎｉ／Ｃｕ）／Ｓｎ－Ａｇ—Ｃｕｓｏｌｄｅｒｊｏｉｎｔｓｄｕｒｉｎｇｒｅｆｌｏｗ
ｓｏｌｄｅｒｉｎｇａｎｄｔｈｅｒｍａｌ
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ｏｆ
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ｔｈｅｂｌａｃｋｐａｄｄｅｆｅｃｔ－ｆａｉｌｕｒｅａｎａｌｙｓｉｓ’Ｓ
ＪａｙＲ，Ｋｗｏｎｇ
ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅ［Ｃ］／／Ｐｒｏｃ
镀层／ｍｎｌ
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（ｂ）Ａｕ＝０．２
ｌＬｍ
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于金伟．ＥＮＥＰＩＧ表面涂覆工艺的可靠性实验分析［Ｊ］．实验室研究与探索，２０１２（５）：２５－２７．
图５
高温老化处理后，镍钯金镀层表面元素分析２
［７］ＧｅｏｒｇｅＭｉｌａｄ．ＥＮＥＰＩＧ：Ａｆｉｎａｌｆｉｎｓｈｔｈａｔ’Ｓｔｉｍｅ
ｈａｓ
ｃｏｍｅ『Ｊ］．
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４
结论
［８］权赫辰包含氢卤酸的抑制钯活性的溶液及防止镀层缺陷的方法［Ｐ］．中国专利：ＣＮｌ０２０８６５１６Ａ．２０１１－０６－０８．
应用ＥＮＥＰＩＧ工艺制作的电路板镀层平整度良好、焊接性能优异、可靠性高、成本相对较低¨４。“。
（１）引入化学镀Ｐｄ层，不但阻挡了镍的扩散和迁移，还阻挡了镀镍层与浸金溶液的接触，从而不会发生化学镀镍磷合金的腐蚀，可以有效抑制镍表层的氧化，防止黑垫缺陷产生；
（２）化学镀Ｐｄ层在焊接时会完全溶解在焊料中，在ＩＭＣ层中不会有高磷层出现，而且当化学镀Ｐｄ层溶解后，新鲜的化学镀镍层将会显露出来生成良好的镍锡合金，从而提升了焊点可靠性；
（３）所引入的Ｐｄ层硬度高（钯的奠氏硬度４．７５，
［９］梁继荣．无氰化学镍把金的生产线装置［Ｐ］．中国专利：
ＣＮ２０１７３８００ｌＵ．２０１１－０２－０９．
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ＣＮ２０１７４６５８８Ｕ．２０１１＿０２一１６．
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ＣＮ２０１７３８００２Ｕ．２０１１．０２－０９．
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ＩＰＣＥＩＡ
Ｊ－ＳＴＤ－００３Ｂ－２００４，印制板可焊性测试方法［Ｓ］．
７Ｖ－ｔｃＧｃ７≯二，Ｐｏ气ｃ创＾ＨｙＰｏ气ｃ４≯二，Ｐｏ气ｃ７“ｙＰｏ气ｃ＾Ｎ“斗二，謦ｏｔ‘，‘口ｃ７渺弋ｃ＾＿‘１７≯’冒ｃ气Ｎ，皆，气ｃ７“＇譬ｃ‘心７辞’寸ｃ气ｃ１—＇掣＇口。气吧７“．／口ｅ气吧／“Ｗ｝ｔｅ＾－ｃ＾嗣，ｉｅ气℃７≯ｏ∞（上接第２７页）
【１２］
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万方数据
生活环境中的电磁辐射检测仪设计
作者：
作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：
徐彬， 石文星， 张立辉， 张凯， XU Bin， SHI Wen-xing， ZHANG Li-hui， ZHANG Kai江汉大学物理与信息工程学院,湖北武汉,430056实验室研究与探索
Research and Exploration in Laboratory2013,32(10)
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本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_sysyjyts201310008.aspx