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无线电磁环境监测与分析贵州省信息产业厅无线电管理局 夏跃兵摘 要对无线电磁环境的定义和测量、分析方法进行阐述。说明了无线电磁环境的测量方法以及测量时应注意的事项，如保证监测系统本身的准确性、监测资料正确记录。最后介绍了在实际工作中，电磁环境分析软件的基本要求、主要功能及辅助应用。关键词电磁环境 监测 分析 应用0前言在诸多无线电管理文件和资料中，经常出现“电磁环境恶化”、“电磁环境复杂”等术语，这在某种程度上表明了电磁环境在无线电管理工作中的重要性。如何测量和判别电磁环境的优劣，对于我们维护电波秩序、主动查处有害干扰、科学规划和利用无线电频谱资源有着极为重要的作用。下而，笔者结合无线电监测实践，与大家分享一些对无线电磁环境监测和分析的认识。1电磁环境监测1．1电磁环境的定义GB／T4365—1995对电磁环境有这样的描述：电磁环境是指存在于给定场所的所有电磁现象的总和。此定义包括了两层含义：第一，电磁环境是指某一给定场所，有限定 的地区范围；第二，电磁环境是在给定地区范围内所有电磁现象的总和，包括自然界电磁现象、人为电磁现象。电磁噪声是一种明显不传递信息的时变电磁现象，它可能与有用信号叠加或组合。电磁环境的优劣直接影响无线电设备的工作质量，恶劣的电磁环境会导致无线电设备不能正常工作，这就是我们常说的电磁噪声干扰。无线电环境是指无线电频率范围内的电磁环境。指在给定场所内所有处于工作状态的无线电发射机产生的电磁场总和，属于人为电磁现象(人工装置所产生的电磁现象)的范畴。1．2电磁环境监测设备 电磁环境的监测通常需要专用的设备来完成。电磁环境的监测设备的要求不同于通信接收机，通信接收机是用于再现一个信号，在接收这种信号中灵敏度和速度起着重要的作用。电磁环境监测设备是用来测试电磁噪声和无线电信号的电平和频率等指标，所测量的可能是干扰源，也可 能是无线电信号。因此，对它的要求是测量精度。1．2．1临测接收机 由于在电磁环境洲量中，经常出现具有不同带宽特性的信号，所以对监测接收机的互调特性也有严格的要求。为适应各种调制形式信号的测量，除可接收正弦波信号外，更常用于接收脉冲干扰信号。因此，监测接收机应具有平均值检波、峰值检波和准峰值检波功能，依据不同的测量对象，选择检波方式。实际测量的信号基本可以分为三类：连续波、脉冲波和随机噪声。连续波干扰(如：载波、电源谐波和本振)是窄带干扰，往无调制的情况下用峰值、有效值或平均值检波器均可以检测出来，且测量的幅度相同。对于脉冲干扰信号，峰值检波器可以很好地反映脉冲的最大值，但反映不出脉冲重复频率的变化。这时，使用准峰值检波器最为合适，其加权系数随脉冲信号重复频率的变化而改变，重复频率低的脉冲信号引起的干扰小，反之加权系数大。而用平均值、有效值检波器测量脉冲信号，其读数也与脉冲重复的频率有火。随机十扰的来源有热噪声、雷达日标反射以及自然噪声等，这时，主要分析平稳随机过程干扰信号的测量，通常使用有效值和平均值检波器来测量。利用检波器的特性，通过比较信号在不同检波方式下的响应，就可以判别所测未知信号的类型，确定干扰信号的性质。例如，用峰值检波器来测量某一干扰信号，改为平均值或有效值检波时幅度小变，则该信号是窄带信号。若幅度发生变化，则该信号可能是宽带信号(即频谱超过接收机分辩带宽的信号，如脉冲信号)。对于电磁环境监测设备，需要注意的是：(1)防止输入端过载；(2)选用合适的检波方式；(3)测试前要进行校准；(4)选择适合的预选器。 无论是高电平的窄带信号还是具有一定频谱强度的宽带信号，都可能导致测量接收机输入端混频器过载，产生错误的测量结果。对于脉冲类的宽带信号，任混合器前进行滤波(也称为预选)，可避免发生过载的现象。不经预选 时，宽带信号的所有频谱分量都同时出现在混频器上，若宽带信号的时域峰值幅度超过了混频器的过载电平，便会发生过载情况。经过预选时，由于进行了跟踪滤波，故输入信号频谱只有一部份进入预选器的通带内，到达混频器的输入端，输入信号的频谱强度不会因滤波而改变。这种靠滤波而不是靠衰减来实现的幅度减小，改变了宽带信号测量的动态范围，同时又能维持接收机测量低电平信号的能力。若窄带信号(如连续波信号)处在预选滤波器的带通内，则预选的过程不会改变测量窄带信号的动态范围。1．2．2临测天线 各省(区、市)监测站拥有最多的是覆盖70 MHz～3000 MHz频段的监测设备，同时该频段也是关注程度最高的频段。住此频段进行监测时，要求有覆盖70 MHz～3000 MHz频段的监测天线，监测天线应具有水平和垂直两种极化方式，无方向性，以便更为详尽地监测电磁环境。使用定向天线时，要有尽可能低的方向性，在360°不同方向的增益变化小大于6 dB。监测天线的高度以能够消除地表面反射波的影响为基本要求，一般监测天线高度距地表面(或房顶而)不低下6米。
电磁波吸收材料背景：根据频率的不同，可以将电磁波分为无线电波、紫外线、可见光和红外线等（如图1）。电磁波自被发现以来，其应用已经涉及到我们生活的各个方面，其中最重要的应用就是雷达的探测与反探测。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/09/201509161443_566248_3028526_3.jpg http://bbs.instrument.com.cn/xheditor/xheditor_skin/blank.gif电磁波吸收材料（以下简称吸波材料）：指能够让接触到材料表面的电磁波进入材料内部，然后通过能量转换，或者干涉等方式将电磁波消耗的一类材料的总称。电磁波吸收原理：目前，吸波材料的理论依据大多是根据传输线理论来推演：http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/09/201509161446_566254_3028526_3.jpghttp://bbs.instrument.com.cn/xheditor/xheditor_skin/blank.gifhttp://bbs.instrument.com.cn/xheditor/xheditor_skin/blank.gifhttp://bbs.instrument.com.cn/xheditor/xheditor_skin/blank.gifhttp://bbs.instrument.com.cn/xheditor/xheditor_skin/blank.gifhttp://bbs.instrument.com.cn/xheditor/xheditor_skin/blank.gifhttp://bbs.instrument.com.cn/xheditor/xheditor_skin/blank.gifμr=μ′-jμ″，该复数等式代表吸波材料的复磁导率；εr=ε′-jε″，该复数等式代表吸波材料的复介电常数；f、c分别表示电磁波的介质传播频率、光在真空中速度，d表示材料的测试厚度。f、c、d是常数或者固定值，因此材料的复介电常数和复磁导率是影响材料吸波性能的最关键的两个指标。μ′、ε′代表吸波材料磁导率、介电常数的实部，μ″、ε″代表吸波材料磁导率、介电常数的虚部，简单来说，材料的μ″、ε″数值越大，材料的吸波性能越好，不过其值越大，可能材料的阻抗匹配性增加，即会影响电磁波进入吸波材料而被反射回去。因此，材料的吸波性能是多种参数综合作用的结果。吸波材料的分类：吸波材料的分类根据区分对象的不同，可以有不同的分类。大致的分类包括以下：1、根据材料对电磁波的损耗方式不同将吸波材料分为三类：电阻型、磁介质型、电介质型；2、根据材料制作工艺以及承载工艺的不同，可分为两类：结构型和涂料涂敷型；3、根据吸波材料的更新换代、吸波能力的不同，可分为两大类：传统型吸波材料，如铁氧体、碳化硅、石墨等材料；新型吸波材料，如纳米吸波材料、手性吸波材料与电路模拟吸波材料等。常见的吸波材料：1、铁氧体：由铁元素、氧元素以及一系列不同价态的金属元素组成，其优点是吸波性能良好、易制备、成本较低，缺点是材料的密度较大、热稳性定较差；2、碳系吸波材料：指吸波剂的主要构成元素是碳元素，包括石墨、碳纤维、碳纳米管以及石墨烯等，碳系材料本身的电学性能良好，且各自具有独特的性能，通过改性、修饰等手段，能制备性能较好的吸波材料；3、导电高聚物：指掺杂了对阴离子或者对阳离子在高分子聚合物中的一类化合物的总称。其优点是密度小、电导率可调，缺点是吸波频带窄，吸波强度低，制作成本高；4、新型吸波材料：包括纳米吸波材料、电路模拟吸波材料，以及智能吸波材料等。吸波材料研究趋势：1、复合化：探测技术的飞速发展，单一组分的材料很难满足现代化的需求，最佳的解决方式是综合不同优点的材料进行复合。通常来说，复合密度较小的电损耗型材料与吸波强度大的磁损耗材料，弥补缺点，优势互补。2、低维化：纳米材料由特殊尺寸带来的独特性质，如纳米吸波材料的界面特点、多重散射功能，这些性质可以很好的利用到吸波材料上来。目前研究较多的主要是纳米颗粒和纳米纤维吸波材料。3、兼容化：不同波段雷达探测器的发明，使得单一频段的隐身材料很难取得理想的隐身效果，未来的军事设备要求隐身材料兼容多频谱吸波功能，以达到对各种波段先进探测器的隐身效果。目前研究方向主要针对红外、微波、激光兼容的吸波材料。4、智能化：智能化吸波材料的宗旨是材料能根据刺激给出的信息，通过传感器，自行做出判断，然后调节自身的电磁参数，从而达到隐身效果。智能化吸波材料无疑是一种理想的吸波材料，最早由美国提出，还有待研究力度的加大。结论：本文的目的只是简单综合吸波材料相关知识作一个入门级的吸波材料普及，更多相关内容可参阅《电磁波屏蔽及吸波材料》以及相关论文。
前 言 中国石化出版社出版地流量计应用指南丛书,已出版。肖素琴、韩厚义主编《质量流量计》分册,由蔡武昌、马中元等撰写的《电磁流量计》分册亦即将出版。 《电磁流量计》全书内容涉及工作原理与典型结构、应用和选择、安装调试、故障检查和分析、流量校准和现场比对等，附录部分还有200余种液体的电导率和电极材料选择参考等。本讲座即是该书“第七章 故障检查和分析”部分。 第一节 故障类型 电磁流量汁运行中产生故障的第一类为仪表本身故障，即仪表结构件或元器件损坏引起的故障；第二类为外界原因引起的故障，如安装不妥流动畸变，沉积和结垢等。本章重点讨论的是应用方面和上述第二类外界原因的故障。 按照故障发生时期分类，可分为：①调试期故障；②运行期故障。调试期故障出现在新装用后调试初期，主要原因是仪表选用或设定不当，安装不妥等。运行期故障足在运行一段时期后出现，主要原因有流体中杂质附着电极衬里，环境条件变化出现新干扰源等。 按故障外界源头分析来自3个方面：①管道系统和安装等方面引起的；②环境方面引起的；③流体方面引起的。来源①主要在调试期表现出来；来源②和③则在调试期和运行期均会出现。 一、调试期故障 本类故障在电磁流量计初始装用调试时就出现，但一经改进排除故障，以后在相同条件下一般就不会再度出现。常见调试期故障主要有安装不妥、环境干扰、流体特性影响三方面原因。 · 1、管道系统和安装等方面 通常是电磁流量传感器安装位置不正确引起的故障，常见的例如将流量传感器安装在易积聚潴留气体的管网高点；流量传感器后无背压，液体迳直排人大气，形成其测量管内非满管；装在自上向下流的垂直管道上，可能出现排空等。 2、环境方面 主要是管道杂散电流干扰，空间电磁波干扰，大电机磁场干扰等。管道杂散电流干扰通常采取良好单独接地保护可获得满意测量，但如遇管道有强杂散电流（如电解车间管道）亦不一定能克服，须采取流量传感器与管道缘绝的措施（参见下文案例12）。空间电磁波干扰-般经信号电缆弓I入，通常采用单层或多层屏蔽予以保护，但也曾遇到屏蔽保护还不能克服（见案例10）。 3、流体方面 液体含有均匀分布细小气泡通常不影响正常测量，唯所测得体积流量是液体和气体两者之和；气泡增大会使输出信号波动，若气泡大到流过电极遮盖整个电极表面，使电极信号回路瞬时断开，输出信号将产生更大波动。 低频（50／16 Hz-50／6 Hz）矩形波激磁电磁流量计测量液体中含有固体超过一定含量时将产生浆液噪声，输出信号亦会有一定程度波动。 两种或两种以上液体作管道混合工艺时，若两种液体电导率（或各自与电极间电位）有差异，在混合未均匀前即进入流量传感器进行流量测量，输出信号亦会产生波动。 电极材质与被测介质选配不善，产生钝化或氧化等化学作用，电极表面形成绝缘膜，以及电化学和极化现象等，均会妨碍正常测量。 二、运行期故障 经初期调试并正常运行一段时期后在运行期间出现的故障，常见故障原因有：流量传感器内壁附着层，雷电击，环境条件变化。 1、内壁附着层 由于电磁流量计测量含有悬浮固相或污脏体的机会远比其他流量仪表多，出现内壁附着层产生的故障概率也就相对较高。若附着层电导率与液体电导率相近，仪表还能正常输出信号，只是改变流通面积，形成测量误差的隐性故障；若是高电导率附着层，电极间电动势将被短路；若是绝缘性附着层，电极表面被绝缘而断开测量电路。后两种现象均会使仪表无法工作（参见案例7）。 2、雷电击 雷电击在线路中感应瞬时高电压和浪涌电流，进入仪表就会损坏仪表。雷电击损仪表有3条引入途径：电源线，传感器勺转换器间的流量信号线和激磁线。然而从雷电故障中损坏零部件的分析，引起故障的感应高电压和浪涌电流大部分足从控制室电源线路引入的，其他两条途径较少。还从发生雷击事故现场了解到，不仅电磁流量计出现故障，控制室中其他仪表电常常同时出现雷击事故。因此使用单位要认识设置控制室仪表电源线防雷设施的重要性。现任已有若于设计单位队识和探索解决这一问题，如齐鲁石化设计院。 3、环境条件变化 主要原因同上节调试期故障环境方面，只是干扰源不在调试期出现而在运行期间再介入的。例如一台接地保护并不理想的电磁流量计，调试期因无厂扰源，仪表运行正常，然而在运行期出现新干扰源（例如测量点附近管道或较远处实施管道电焊）干扰仪表正常运行，出现输出信号大幅度波动。第二节 故障现象和检查流程●电磁流量计常见故障现象有：（1）无流量信号；（2）输出晃动；（3）零点不稳； （4）流量测量值与实际值不符；（5）输山信号超满度值5类，下文将分节讨论。 ●通常检查整个测量系统和判断故障的程序如图1所示，检查环节包括电磁流量计本身的传感器和转换器以及连接两者的电缆，电磁流量计上位的工艺管道，下（后）位显示仪表连接电缆。 ●经常采用的检查手段或方法及其检查内容列举如下： （1）通用常规仪器检查①电阻法 ●保险丝的通断 ●信号电缆、激磁电缆的通断 ●激磁线圈的通断 ●电极对称性测量 ●电极对地的绝缘电阻 ●激磁线圈对地的绝缘电阻图1 故障检查流程②电流法 ●测量激磁电流 ●测量输出电流 ③电压法 判别：工作电源(包括供电和转换器本身电源)是否正确 ④波形法 在熟悉线路基础上测量关键点波形，判别故障所在（2）替代法 利用转换器和传感器间以及转换器内务线路板部件间的互换性，以替代法判别故障所在位置。 （3）信号踪迹法 用模拟信号器替代传感器，在液体未流动条件下提供流量信号，以测试电磁流量转换器。 ●检查首先从显示仪表工作是否正常开始，逆流量信号传送的方向进行。用模拟信号器测试转换器，以判断故障发生在转换器及其后位仪表还足在转换器的上位传感器发生的。若足转换器故障，如有条件可方便地借用转换器或转换器内线路板作替代法调试；若是传感器故障需要试调换时，因必须停止运行，关闭管道系统，因涉及面广，常不易办到。特别是大口径流量传感器，试换工程量大，通常只有在作完其他各项检查，最后才下决心，卸下管道检查传感器测量管内部状况或调换。
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