 |
2. Основные характеристики и классификация ЭМП
|
|
|
|
2. Основные характеристики и классификация ЭМП
Электромагнитные колебания (как волновой процесс) характеризуются:
- периодом T – наименьшим промежутком времени, по истечении которого повторяются характеристики периодического процесса;
- частотой f – числом полных колебаний за единицу времени;
- длиной волны λ – расстоянием, на которое перемещается фронт волны за время, равное периоду;
- скоростью υ – частным от деления длины волны на период.
Соотношения, связывающие указанные характеристики: f = 1/T; υ = λ /T.
Круговая частота ω = 2π f.
Частота ЭМП имеет размерность колебание в секунду, Герц (Гц), а круговая частота – радиан в секунду.
ЭМП с частотой, равной нулю, называется статическим (электростатическим и магнитостатическим). По диапазону частот условно установлены три шкалы электромагнитных излучений (ЭМИ):
- радиотехническая (Международный комитет по радиосвязи, МККР);
- медицинская (Всемирная организация здравоохранения, ВОЗ);
- электротехническая (Международная электротехническая комиссия, МЭК).
Электротехническая шкала разбита на несколько частотных диапазонов:
- низкие частоты (НЧ) от 0 до 60Гц;
- средние частоты (СЧ) от 60Гц до 10кГц;
- высокие частоты (ВЧ) от 10кГц до 300МГц;
- сверхвысокие частоты (СВЧ) от 300МГц до 300ГГц.
Скорость распространения электромагнитной волны определяется свойствами среды: абсолютной диэлектрической проницаемостью ε и абсолютной магнитной проницаемостью μ: υ = (ε μ )-1/2. В вакууме ε = ε 0 = 8, 8510-12Ф/м –электрическая постоянная, μ = μ 0 = 1, 25710-6Гн/м – магнитная постоянная, а скорость распространения волны равна скорости света в вакууме υ 0 = с = 2, 998108м/с.
|
|
|
Для ЭМП различают ближнюю и дальнюю зоны действия. Граница этих зон определяется формированием электромагнитной волны: в ближней зоне волна ещё не сформирована (зона индукции), в дальней – сформирована (зона излучения). Радиус границы двух зон ЭМП точечного источника определяется по соотношениям:
- для ненаправленных излучателей и антенн R=λ /2π;
- для направленных апертурных антенн R=d2/2λ (d - диаметр антенны);
- для других типов антенн R=L1L2/2λ (L1 и L2 - размеры антенны).
Интенсивность ЭМП характеризуется напряжённостью электрического поля Е, измеряемой в Вольтах на метр (В/м) и напряжённостью магнитного поля Н, измеряемой в Амперах на метр (А/м), либо магнитной индукцией В, измеряемой в Теслах (Тл). Для поля в вакууме справедливо соотношение В = μ 0Н.
В воздухе, в дальней зоне действия, Е/Н = Z0, где Z0 - волновое сопротивление свободного пространства, равное 377Ом.
При частоте ЭМИ больше 300МГц интенсивность ЭМП характеризуется плотностью потока энергии S, выражаемой в Ваттах на квадратный метр (Вт/м2). Для дальней зоны действия S = Е2/Z0 = Z0Н2.
3. Методы измерения параметров электромагнитных полей
Методы измерений ЭМП основаны на различных физических эффектах, например,
- силовом взаимодействии МП с магнитным моментом физического объекта или частиц вещества,
- возбуждении ЭДС индукции в катушке индуктивности в переменном МП,
- изменении траектории движущихся в МП электрических зарядов под воздействием отклоняющей силы,
- тепловом воздействии ЭМП на приемник излучения и т. п.
Требования, предъявляемые к современной электронной технике, такие как: повышение надежности и помехоустойчивости, снижение цены, габаритов, потребляемой мощности - распространяются и на датчики. Выполнение этих условий становится возможным при использовании микроэлектронной схемотехники и технологии, поскольку:
во-первых, электрофизические свойства полупроводников и полупроводниковых приборов, на которых основана микросхемотехника, сильно зависят от внешних воздействий;
|
|
|
во-вторых, микроэлектронная технология основана на групповых методах обработки материалов для изготовления приборов, что снижает их себестоимость, габариты, потребляемую мощность и ведет к повышению надежности и помехоустойчивости.
Кроме того, при использовании полупроводникового сенсора или сенсора, изготовление которого совместимо с технологическим процессом создания интегральных микросхем (ИМС), сам сенсор и схемы обработки полученного сигнала могут быть изготовлены в едином технологическом цикле, на едином полупроводниковом или диэлектрическом кристалле.
К наиболее распространенным микроэлектронным магнитным преобразователям относятся: элементы Холла; магниторезисторы; магнитотранзисторы и магнитодиоды; магниторекомбинационные преобразователи.
4. Оптические методы получения информации
Оптика - раздел физики, в котором изучаются природа оптического излучения (света), его распространение и явления, наблюдаемые при взаимодействии света и вещества
Свет имеет двойственную структуру и проявляет как волновые, так и корпускулярные свойства. С волновой точки зрения свет представляет электромагнитные волны, лежащие в определенном диапазоне частот. Оптический спектр занимает диапазон длин электромагнитных волн в интервале от 10-8м до 2*10-6м (по частоте от 1. 5*1014Гц до 3*1016Гц). Верхняя граница оптического диапазона определяется длинноволновой границей инфракрасного диапазона, а нижняя - коротковолновой границей ультрафиолета. Волновые свойства проявляются в процессах дифракции и интерференции. С корпускулярной точки зрения свет представляет собой поток движущихся частиц (фотонов). Связь между волновыми и корпускулярными параметрами света устанавливает формула де Бройля 
, где λ – длина волны, р – импульс частицы, h - постоянная Планка, равная 6, 548 × 10–34 Дж·с (в системе СИ).
Оптические методы исследования отличаются высокой точностью и наглядностью.
|
|
|
