电磁的磁效应范文

电磁的磁效应范文第1篇

瑞典皇家科学院2007年10月9日宣布，将2007年度诺贝尔物理学奖授予法国国家科学研究中心的阿尔贝・费尔和德国于利希研究中心的彼得・格林贝格尔，以表彰他们在19年前各自独立发现了巨磁电阻效应，为现代信息技术，特别是为人们今天能使用小型化、大容量的硬盘以及在各种磁性传感器和电子学新领域的发展中所作出的奠基性贡献。

从磁电阻效应说起

在人类长期的生产实践中，磁的利用源远流长，我国对古代世界文明的四大贡献之一的指南针便是磁的一种重要应用。人们很早就以大量科学观测和实验来寻找电与磁之间的联系。早在150年前的1857年，英国科学家开尔文就发现了铁磁材料在磁场中电阻改变的磁电阻效应。他把铁和镍放在磁场中，发现这些磁性材料在磁场作用下，沿着磁场方向测得的电阻增加，垂直于磁场方向测得的电阻减小：电阻增加或减小的幅度约在1％～2％之间。由于磁电阻效应的大小与磁化强度的取向有关，所以称为各向异性磁电阻效应(AMR)。由于电阻的变化不大和当时技术条件的限制，这一效应未引起太多的关注。直到1971年，美国科学家亨特才第一次提出利用磁电阻效应制作磁盘系统读出磁头。1985年IBM公司首先把亨特的设想付诸实用化，生产了AMR磁头，用于当时IBM3480磁带机上。重要的转折点发生在今年这两位诺贝尔物理学奖得主1988年的新发现之后。

巨磁电阻效应的发现

从1986年起，德国格林贝格尔教授率领的研究小组，利用纳米技术，对“Fe/Cr/Fe三层膜”结构系统进行实验研究，从中他们发现：当调节铬(Cr)层厚度为某一数值时，在两铁(Fe)层之间存在反铁磁耦合作用；再取各种不同膜层厚度，在一定的磁场和室温条件下，可观察到材料电阻值的变化幅度达4.1％；在后来的实验中，他们再通过降低温度，观察到材料电阻值的变化幅度达10％。格林贝格尔意识到这种磁电阻效应在技术上的应用前景。因此，他在1988年发表该项研究成果的同时就申请了专利。

与此同时，法国费尔教授领导的科研小组独立地设计了一种铁、铬相间的“Fe/Cr多层膜”。他们在实验中使用微弱的磁场变化就成功地使材料电阻发生急剧变化。例如，他们在温度为4.2K、2T磁场的条件下，观察到材料电阻值下降达50％。

费尔小组在研究报告中把这一效应称为巨磁电阻效应(缩写为GMR)。GMR的发现起源于纳米科技的进步，也是凝聚态物理学的一项重大成就，它的发现引起了世界各国科学家的普遍关注。

GMR发现后，人们迅速开发出一系列磁电子新器件，并得到了广泛应用，其中最突出的是IBM实验室帕金的工作。他的小组尝试用通常的磁性材料进行实验，并很快获得成功；以后又在室温、常规磁场条件下做大量相关实验，最终获得突破性进展。这一突破大大推动了计算机技术的发展步伐。

巨磁电阻效应的应用

这里只谈一些大家较常见的例子。先讲讲它在计算机外存储器或称硬盘(HDD)中的应用。大家知道，硬盘读取数据是通过磁头来完成的。最早使用的磁头是一种读写合一的电磁感应式磁头，由于它对硬盘的设计造成不便，很快就被一种分离式结构的MR磁头替代。但随着单碟容量的不断增加，MR磁头也到了读取的极限。这样人们很快就意识到GMR材料的重要性。1994年，IBM公司首次把GMR材料用于制造GMR自旋阀结构读出磁头(GMRSV)，当年就获得了每平方英寸10亿位(1Gb/平方英寸)的HDD面密度世界纪录，1995～1996年，IBM产的HDD面密度继续领先，达到了5Gb/平方英寸。这些新技术、新产品给IBM公司带来了上百亿美元的收入。近年来，研究人员通过引入纳米厚度的氧化物反射层和人造反铁磁耦合技术对GMR磁头的结构进行改进，使HDD的面密度迅速提高到100Gb/平方英寸的数量级。硬盘的体积越来越小，容量越来越大，转换信号的清晰度越来越高，从而引发了硬盘容量与质量的根本变革。

再讲讲GMR在计算机内存方面的开发应用。内存用来存放计算机正在使用(或执行中)的数据或程序。前些年，内存广泛采用的随机存储器(RAM)主要是半导体动态存储器(DRAM)和静态存储器(SRAM)。但这两种均为易失性的存储器，即当机件断电时，所存数据易丢失。这些年来，人们用GMR研制成了巨磁电阻随机存储器(MRAM)，它是一种非挥发性的随机存储器，所谓“非挥发性”是指关掉电源后，仍可保持记忆完整，只有在外界的磁场影响下，才会使它改变存储的数据。运用MRAM，大大地降低了器件的生产成本，在容量和运行速度上均超过半导体存储器。目前IBM、摩托罗拉和西门子等公司都在不断地研究与推出新一代MRAM。另外，由于MRAM具有抗辐射性能强、寿命长等特点，使它在军事和航空航天中的应用有重要意义。它对民用工业中的传真机、固态录像机等大容量电子存储器都具有良好的应用前景。

最后，还要讲讲GMR传感器的广阔市场。磁传感器主要用来检查磁场的存在、强弱、方向和变化。在GMR传感器之前，人们主要是用AMR材料制作的传感器。由于AMR磁电阻率变化小，在检测微弱磁场时受到限制。而巨磁电阻材料制成的传感器则磁电阻率变化大，能够对微弱磁场进行传感，具有抗恶劣环境的特点；再加上体积小、功耗少，可靠性强等优势，它将逐步取代霍尔传感器、感应线圈传感器等传统产品。它在汽车电子技术、机电一体化控制、家用电器、卫星定位、导航系统以及精密测量技术中都具有广阔的开发与应用价值。

但是，巨磁电阻效应在作用机理等方面的理论还需要不断地完善，目前各国仍有不少科学家在进行研究。早在1996年6月，我国香山科学会议的主题就是“巨磁电阻效应的现状与未来”，会议把GMR的研究及应用开发列为重点发展领域之一。中科院物理所“九五”课题“磁膜和微结构”的研究取得了重要成果，当时国际上发现的20多种GMR金属多层膜，其中的3种是该课题组首次发现的。同时，南京大学等高校及中科院技术研究所等研究机构这些年来在GMR颗粒膜、大磁矩膜、磁膜随机存储器、薄膜磁头等项研究都获得了显著成果，使我国具备了GMR基础研究和器件研制的良好基础。

几点启示

今年诺贝尔物理学奖颁发给两位长期从事基础研究的科学家，其意义不仅是因为他们的发现被广泛应用，造福了人类，而且更重要的意义在于该发现具有极大的潜力，为我们打开了通往自旋电子学等新领域的大门，推动未来人类社会信息化的进程。从中我们可以得到什么启示呢?

首先，物理学作为一门最基础的自然科学，它的发展动力是深深地植根于人类对真理的非功利追求。巨磁电阻效应的发现有力地证明，这种非功利的追求给人类带来了最大的利益。坚持基础研究，带动应用科学，方能实现高技术的创新与突破。

其次，当今科研成果转化为应用技术，技术应用、实际生产或社会发展中的需求转化为科研课题，这两种转化互为因果，关系越来越紧密，转化的周期也不断缩短。巨磁电阻效应发现这一基础性研究成果转化为生产力仅仅间隔6年，在历史上是罕见的，它是科研成果快速转化为高技术生产力的一个范例，说明了科学技术是第一生产力的观点。

其三，先进技术离不开基础科学，今天谁能在基础研究中站在领先地位谁就有可能成为推动先进技术的领头军，IBM等公司之所以投入巨资支持GMR研究，其原因就在这里。

电磁的磁效应范文第2篇

从磁电阻效应说起

在人类长期的生产实践中，磁的利用源远流长，我国对古代世界文明的四大贡献之一的指南针便是磁的一种重要应用。人们很早就以大量科学观测和实验来寻找电与磁之间的联系。早在150年前的1857年，英国科学家开尔文就发现了铁磁材料在磁场中电阻改变的磁电阻效应。他把铁和镍放在磁场中，发现这些磁性材料在磁场作用下，沿着磁场方向测得的电阻增加，垂直于磁场方向测得的电阻减小：电阻增加或减小的幅度约在1％～2％之间。由于磁电阻效应的大小与磁化强度的取向有关，所以称为各向异性磁电阻效应(AMR)。由于电阻的变化不大和当时技术条件的限制，这一效应未引起太多的关注。直到1971年，美国科学家亨特才第一次提出利用磁电阻效应制作磁盘系统读出磁头。1985年IBM公司首先把亨特的设想付诸实用化，生产了AMR磁头，用于当时IBM3480磁带机上。重要的转折点发生在今年这两位诺贝尔物理学奖得主1988年的新发现之后。

巨磁电阻效应的发现

从1986年起，德国格林贝格尔教授率领的研究小组，利用纳米技术，对“Fe/Cr/Fe三层膜”结构系统进行实验研究，从中他们发现：当调节铬(Cr)层厚度为某一数值时，在两铁(Fe)层之间存在反铁磁耦合作用；再取各种不同膜层厚度，在一定的磁场和室温条件下，可观察到材料电阻值的变化幅度达4.1％；在后来的实验中，他们再通过降低温度，观察到材料电阻值的变化幅度达10％。格林贝格尔意识到这种磁电阻效应在技术上的应用前景。因此，他在1988年发表该项研究成果的同时就申请了专利。

与此同时，法国费尔教授领导的科研小组独立地设计了一种铁、铬相间的“Fe/Cr多层膜”。他们在实验中使用微弱的磁场变化就成功地使材料电阻发生急剧变化。例如，他们在温度为4.2K、2T磁场的条件下，观察到材料电阻值下降达50％。

费尔小组在研究报告中把这一效应称为巨磁电阻效应(缩写为GMR)。GMR的发现起源于纳米科技的进步，也是凝聚态物理学的一项重大成就，它的发现引起了世界各国科学家的普遍关注。

GMR发现后，人们迅速开发出一系列磁电子新器件，并得到了广泛应用，其中最突出的是IBM实验室帕金的工作。他的小组尝试用通常的磁性材料进行实验，并很快获得成功；以后又在室温、常规磁场条件下做大量相关实验，最终获得突破性进展。这一突破大大推动了计算机技术的发展步伐。

巨磁电阻效应的应用

这里只谈一些大家较常见的例子。先讲讲它在计算机外存储器或称硬盘(HDD)中的应用。大家知道，硬盘读取数据是通过磁头来完成的。最早使用的磁头是一种读写合一的电磁感应式磁头，由于它对硬盘的设计造成不便，很快就被一种分离式结构的MR磁头替代。但随着单碟容量的不断增加，MR磁头也到了读取的极限。这样人们很快就意识到GMR材料的重要性。1994年，IBM公司首次把GMR材料用于制造GMR自旋阀结构读出磁头(GMRSV)，当年就获得了每平方英寸10亿位(1Gb/平方英寸)的HDD面密度世界纪录，1995～1996年，IBM产的HDD面密度继续领先，达到了5Gb/平方英寸。这些新技术、新产品给IBM公司带来了上百亿美元的收入。近年来，研究人员通过引入纳米厚度的氧化物反射层和人造反铁磁耦合技术对GMR磁头的结构进行改进，使HDD的面密度迅速提高到100Gb/平方英寸的数量级。硬盘的体积越来越小，容量越来越大，转换信号的清晰度越来越高，从而引发了硬盘容量与质量的根本变革。

再讲讲GMR在计算机内存方面的开发应用。内存用来存放计算机正在使用(或执行中)的数据或程序。前些年，内存广泛采用的随机存储器(RAM)主要是半导体动态存储器(DRAM)和静态存储器(SRAM)。但这两种均为易失性的存储器，即当机件断电时，所存数据易丢失。这些年来，人们用GMR研制成了巨磁电阻随机存储器(MRAM)，它是一种非挥发性的随机存储器，所谓“非挥发性”是指关掉电源后，仍可保持记忆完整，只有在外界的磁场影响下，才会使它改变存储的数据。运用MRAM，大大地降低了器件的生产成本，在容量和运行速度上均超过半导体存储器。目前IBM、摩托罗拉和西门子等公司都在不断地研究与推出新一代MRAM。另外，由于MRAM具有抗辐射性能强、寿命长等特点，使它在军事和航空航天中的应用有重要意义。它对民用工业中的传真机、固态录像机等大容量电子存储器都具有良好的应用前景。

最后，还要讲讲GMR传感器的广阔市场。磁传感器主要用来检查磁场的存在、强弱、方向和变化。在GMR传感器之前，人们主要是用AMR材料制作的传感器。由于AMR磁电阻率变化小，在检测微弱磁场时受到限制。而巨磁电阻材料制成的传感器则磁电阻率变化大，能够对微弱磁场进行传感，具有抗恶劣环境的特点；再加上体积小、功耗少，可靠性强等优势，它将逐步取代霍尔传感器、感应线圈传感器等传统产品。它在汽车电子技术、机电一体化控制、家用电器、卫星定位、导航系统以及精密测量技术中都具有广阔的开发与应用价值。

但是，巨磁电阻效应在作用机理等方面的理论还需要不断地完善，目前各国仍有不少科学家在进行研究。早在1996年6月，我国香山科学会议的主题就是“巨磁电阻效应的现状与未来”，会议把GMR的研究及应用开发列为重点发展领域之一。中科院物理所“九五”课题“磁膜和微结构”的研究取得了重要成果，当时国际上发现的20多种GMR金属多层膜，其中的3种是该课题组首次发现的。同时，南京大学等高校及中科院技术研究所等研究机构这些年来在GMR颗粒膜、大磁矩膜、磁膜随机存储器、薄膜磁头等项研究都获得了显著成果，使我国具备了GMR基础研究和器件研制的良好基础。

几点启示

今年诺贝尔物理学奖颁发给两位长期从事基础研究的科学家，其意义不仅是因为他们的发现被广泛应用，造福了人类，而且更重要的意义在于该发现具有极大的潜力，为我们打开了通往自旋电子学等新领域的大门，推动未来人类社会信息化的进程。从中我们可以得到什么启示呢?

首先，物理学作为一门最基础的自然科学，它的发展动力是深深地植根于人类对真理的非功利追求。巨磁电阻效应的发现有力地证明，这种非功利的追求给人类带来了最大的利益。坚持基础研究，带动应用科学，方能实现高技术的创新与突破。

其次，当今科研成果转化为应用技术，技术应用、实际生产或社会发展中的需求转化为科研课题，这两种转化互为因果，关系越来越紧密，转化的周期也不断缩短。巨磁电阻效应发现这一基础性研究成果转化为生产力仅仅间隔6年，在历史上是罕见的，它是科研成果快速转化为高技术生产力的一个范例，说明了科学技术是第一生产力的观点。

电磁的磁效应范文第3篇

电流的磁效应：任何通有电流的导线，都可以在其周围产生磁场的现象。

特征如下：

非磁性金属通以电流，却可产生磁场，其效果与磁铁建立的磁场相同。通有电流的长直导线周围产生的磁场。在通电流的长直导线周围，会有磁场产生，其磁感线的形状为以导线为圆心一封闭的同心圆，且磁场的方向与电流的方向互相垂直。

（来源：文章屋网 ）

电磁的磁效应范文第4篇

1、电流的磁效应是奥斯特发现的。1820年的一天，丹麦哥本哈根大学的物理学教授奥斯特正在给学生上电学实验课。只见他用导线连接伏打电堆的两端，又把磁针悬挂在导线上。

2、“瞧，磁针转动了，偏离了南北极！”一位名叫玛尔格蕾特的女学生惊奇地说。这一偶然现象，令奥斯特教授兴奋不已。

3、奥斯特用许多伏打电堆做成了一个很大的“电流影响磁针偏转的实验装置”。他决定改变一下导线和磁针的方向，变相互交叉成直角为平行并排放着。他把导线转了90°角，让它和磁针平行，成南北方向。就在接通电源的一瞬间，磁针迅速转动起来，从南北指向转为东西指向，轻轻晃动了两下后停下来。当切断电源后，磁针又恢复到原来的南北指向。

4、这次实验，证明电流确实能对磁针发生作用。在这个基础上，奥斯特发表了他著名的论文《论磁针的电流撞击实验》，他将这一实验现象称为“电流的磁效应”。为了纪念奥斯特，磁场强度的单位以“奥斯特”命名。

（来源：文章屋网 ）

电磁的磁效应范文第5篇

当全家人围坐在电视机旁欣赏节目时、当你坐在计算机前工作或利用微波炉烹饪美食时，你是否意识到一种无形、无色、无味的隐形杀手正悄悄地侵蚀你和家人的身体，影响你们的健康，这个可怕的杀手就是电磁辐射。我们生活的地球就是一个大磁场，大自然中无时无刻不在散发着各种类型的电磁辐射。天然产生的微弱电磁辐射对人体是没有损害的，甚至还可以加速体内的微循环、防止炎症的发生，也可促进生长和发育，对人体反而有益。同时，人体本身也是一个带电荷的电磁辐射源，正常情况下，这种电荷处于平衡状态，对于人体没有任何伤害。但一旦外界的电磁辐射超过一定限度，打破了平衡，就会逐渐出现负面影响，会导致头疼、失眠、记忆衰退、血压升高或下降、心脏出现异常等症状。电磁辐射已经成为继大气污染、水污染和噪声污染之后的“第四污染源”。

电视机

CRT电视机的成像原理决定了它在使用过程中难以完全消除电磁辐射。CRT电视机的最大电磁辐射来自机身的背部和两侧，因为这里安置了电压高达上万伏的电子枪和偏转线圈。不过基本上所有的CRT电视机在这里都设计了金属网罩以屏蔽电磁辐射。而在CRT电视机的正面，由于电视机屏幕具备很强的吸收能力，这种辐射在一定的距离内不会对人体产生危害。以32英寸的CRT电视机为例，如果观看距离在2米之外正面所产生的电磁辐射几乎可以忽略不计对于人体是没有伤害的。

文章内容：

平板电视机的工作原理与CRT电视机完全不同，它不必发出高速的射线来轰击荧光粉，使得辐射量大为减小。但是平板电视机的电磁辐射现象仍然存在。平板电视机对人体产生危害的电磁波，主要来自于平板电视机的背部。一般情况下平板电视机的背部都是朝向墙，其电磁辐射受到墙壁的阻扰，已经得到消除。但如果电视机厂商为节省成本而简化电路，或者采用了质量低劣的电子器件，甚至直接省略了灯管驱动电路的屏蔽罩，那么LCD灯管的高驱动电压直接产生的大量电磁辐射，同样也不容小觑。

防护建义：■选择信誉好的电视机品牌

■看电视节目时应保持一定的观看距离

微波炉

微波炉已经成为厨房里面使用频率最高的设备之一，但我们却很少有人知道以微波炉为代表的厨房电器，长久以来都位居家电电磁辐射量排行榜的前列。因为微波炉需要发出足以产生高热量的微波，而这些微波一旦泄漏就容易对靠近它的人体造成伤害。人体最容易受到微波伤害的部位是眼睛的晶体。如果眼睛较长时间受到超过安全规定的微波辐射，视力会下降，甚至引起白内障。为了让这些强烈的微波不至于泄露出来，微波炉的加热腔体都采用金属材料做成，炉门玻璃还采用了金属防护网来防止微波的泄露，而且炉门还采取了载氧体橡胶、炉门密封系统和门锁系统等安全防护措施来防止微波泄漏。但如果遇到密封系统不严、老化等问题，微波炉产生的电磁辐射就容易泄漏出来。目前一些国际知名品牌，已经开发出了许多防泄漏专利技术，例如采用了环绕抑制结构的微波炉就能够充分利用微波本身的特性，将微波炉的微波泄漏控制到最小范围。先进的密封机构也可有效防止微波的泄露，例如抗流槽密封结构，它是在门内设置的一条异型槽结构，具有引导微波反转相位的作用，在抗流槽入口处，微波会被它逆向的反射波抵消，这样微波就不会泄漏了。

防护建议：■经常检查炉门有没有损伤

■在微波炉使用时，离微波炉一米以外，眼睛不要看炉门

电磁炉

冬日一家人围坐在电磁炉旁烫烫火锅，涮涮羊肉，真是舒坦。可你却不知道，此时你正遭受电磁辐射的伤害。电磁炉的工作原理使其在工作时会产生巨大的电磁场并向上辐射，它产生的电磁辐射量为其他电器产生量的数十倍乃至上百倍。如果在侧面保持一定距离进行操作，当然可以解决问题。但电磁炉的特性又决定了多数情况下需要人们在使用时保持较近距离，而且也没有任何阻隔，因此应引起我们绝对的警惕。近期的质量调查表明，市场上有50％的电磁炉辐射量严重超标，因此，知名度较高的品牌应是选购电磁炉时的首选。这些产品都采用了防电磁能量泄漏设计，从而降低电磁炉辐射场强。但正上方的较强辐射仍然难以避免。如果要经常或长时间使用电磁炉，那么应尽可能选择有金属隔板遮蔽的电磁炉。

防护建议：■选择信誉好的电磁炉品牌

■减少使用时间和次数

电吹风

洗完头，我们肯定要用电吹风吹干头发，但就是这个看似不起眼的电吹风，却蕴含着巨大的电磁辐射杀机。据测定，一般普通家用1000W的电吹风，电磁辐射值达350mG左右，而电视机的辐射值才约为45mG，因此称电吹风为“辐射大王”也毫不为过。而且，通常电吹风都直接对着头部使用，因此电吹风的辐射源――后端电机部位离头部很近，很容易引发头晕、乏力的症状。遗憾的是，目前电吹风的辐射尚无法得到有效地控制，国家也未出台任何限制的措施，唯有在使用时格外小心来避免。

防护建议■不要连续长时间使用，最好间断停歇

■开启和关闭电吹风时尽量远离头部

电磁的磁效应范文第6篇

关键词：各向异性磁电阻;W;磁性死层

中图分类号：TM721 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）06-0075-03

1 实验背景概述

各向异性磁电阻（AMR）效应指的是铁磁材料的电阻率随着自身磁化强度与电流方向夹角改变而改变的现象。AMR效应在1857年被William Thomson在铁和镍中发现，后来到20世纪70年代开始进入传感器市场，20世纪90年代初作为磁头应用于磁记录中。

如今，虽然AMR磁头的功能已经被自旋阀结构的GMR材料取代，但是AMR材料在传感器方面的研究仍备受关注。目前，AMR效应在地磁导航、位置测量、大容量存储磁带机等方面被广泛应用。

通常认为，AMR效应的微观机制是自旋-轨道耦合相互作用导致的传导电子自旋相关散射的各向异性。由于坡莫合金（Ni81Fe19）价格低廉，结构简单，具有比较可观的AMR效应、低矫顽力等优越性能，所以一直是被用于实际应用。而Ta是磁电阻结构中最常用的缓冲层、保护层材料。

采用Ta/NiFe/Ta多层膜结构，可以很好地保证NiFe薄膜的优异软磁性能。底层利用Ta作为缓冲层可极大改善NiFe薄膜的结晶性和诱发（111）织构;由于Ta膜表面容易钝化，所以在NiFe层上覆盖Ta层可以保护NiFe层不被氧化。并且Ta的电阻率远大于NiFe薄膜，使得Ta层分流效应不明显，可见缓冲层和覆盖层对NiFe层至关重要。

在实际应用中，为了减小NiFe薄膜的退磁场效应，需要将其沉积的尽量薄。但是由此带来的问题是，随着NiFe薄膜厚度的减小，薄膜的磁电阻随之急剧下降。并且，在Ta和NiFe的接触界面会出现磁性死层，磁性死层对坡莫合金薄膜的磁性能会产生不利的影响。经过高温退火处理后，由于界面原子扩散使得磁性死层厚度进一步增加，因此，减小磁性薄膜中界面间互混现象，使磁性能更稳定是当前AMR研究的一个内容。

通过之前的研究发现，表面能较小，熔点较低的元素在退火过程中会发生严重的扩散，本文利用表面能、熔点均大于Ta的W作NiFe薄膜的缓冲层和覆盖层，对比研究两种元素对NiFe薄膜AMR的影响。结果显示，W/NiFe/W结构可以很好的保证NiFe薄膜的软磁性能。相较于Ta，其磁性能更稳定。

2 实验细节

本研究的样品结构为W（4 nm）/NiFe（X）/W（4 nm）与Ta（4 nm）/NiFe（X）/Ta（4 nm），其中，X=4 nm，7 nm，10 nm，15 nm，20 nm，30 nm，40 nm。衬底采用表面附有SiO2氧化膜的单晶硅Si基片，样品采用直流磁控溅射方法生长，溅射系统的背景真空好于5×10-5 Pa，溅射工作介质Ar气压为0.5 Pa。真空腔内装有4个靶枪，可以一次性沉积16个多层膜样品。

所有靶的纯度均为99.99%。在薄膜生长时，衬底处施加了一个平行于衬底表面的磁场（30 kA・m-1）以诱导NiFe层的单轴各向异性。部分样品在气压为3×10-5 Pa的真空炉中以350 ℃退火一个小时，退火过程中沿样品易轴方向施加80 kA・m-1外磁场。用振动样品磁强计（VSM）测量样品的磁滞回线，四探针法测量其磁电阻。不同衬底和覆盖层对NiFe层微结构的影响通过X射线衍射仪（XRD）测量，采用常规镜面反射式2θ/θ衍射（specular diffration），X射线光源为Cu靶Kα线。

3 实验结果和讨论

W/NiFe/W和Ta/NiFe/Ta（NiFe厚度均为20 nm）样品在制备态和退火后的磁电阻曲线如图1所示。可以看出，在制备态时，利用W作为NiFe合金的缓冲层和覆盖层的样品AMR数值与利用Ta作为NiFe合金的缓冲层和覆盖层的样品AMR数值相近。经过350 ℃退火后，W/NiFe/W和Ta/NiFe/Ta两个样品的AMR效应均有不同程度的下降，但是差别较小。W/NiFe/W薄膜和Ta/NiFe/Ta薄膜在制备态和退火后的AMR随NiFe厚度变化关系如图2（a）、（b）所示。在制备态时，W/NiFe/W与Ta/NiFe/Ta两组薄膜样品的AMR基本相同。一般来说，Ta/NiFe/Ta多层膜在高温退火后的AMR效应会有不同程度的下降。如图2（b）所示，W/NiFe/W多层膜经过高温退火后AMR效应也有所下降，其AMR比值相比于Ta相差不多。并且在NiFe层较薄的时候（小于10 nm）两种样品的AMR比值基本相同。下面从几个角度来对比研究利用W或Ta作缓冲层和覆盖层对NiFe薄膜AMR性质的影响。

首先，通过X射线衍射研究分别利用W、Ta两种元素作为缓冲层和覆盖层对NiFe层微结构的影响。为制备态NiFe厚度为20 nm时以W作为缓冲层、覆盖层和Ta作为缓冲层、覆盖层的镜面反射衍射谱如图3所示。从图中可以看出，如图3（a）所示，制备态的两种多层膜沿NiFe（111）方向有很好的取向。而坡莫合金的易磁化方向正是（111）方向，说明两种多层膜都有较好的磁性能。W/NiFe/W多层膜的（111）峰位在44.280 ？{处，Ta/NiFe/Ta多层膜的（111）峰位在44.260 ？{处，峰位基本相同，说明两种多层膜中的NiFe的晶格参数基本相同。这是由于Ta、W的晶格常数十分接近，晶体结构都为体心立方，所以NiFe在两种缓冲层上生长的效果基本一样。

根据图3（a）和（b）的比较，我们发现，退火后，利用W作为缓冲层、覆盖层的多层膜样品，NiFe（111）峰位向高角度移动了0.14 ？{。而利用Ta作为缓冲层、覆盖层，NiFe（111）峰位向高角度移动了0.2 ？{。这说明NiFe的晶格参数有所减少。可以看出，经过退火处理后多层膜中的Ta、W都有一定扩散，这是样品AMR下降的一个原因。

Ta/NiFe/Ta薄膜在高温退火过程中通常伴随着NiFe晶粒长大和界面扩散这两个过程。如图3（b）所示，为两种NiFe薄膜在350 ℃退火后的镜面反射衍射谱。两种多层膜样品在退火后峰宽均变窄：W/NiFe/W样品的半峰宽（FWHM）在退火前是0.606 ？{，退火后是0.507 ？{;Ta/NiFe/Ta样品的峰宽在退火前是0.540 ？{，退火后是0.508 ？{根据Scherrer公式，两种样品的垂直膜面方向晶粒大小均超过10 nm，比膜厚略小。退火过程中峰宽变宽意味着NiFe晶粒有所增大。从以往的研究中我们知道，晶粒尺寸的大小会影响AMR效应。晶粒尺寸增大会使得AMR值增加，但退火后样品AMR比值均下降，进一步证明其原因是由于界面扩散所导致。

W/NiFe/W和Ta/NiFe/Ta（NiFe厚度均为20 nm）样品在制备态和退火后的磁滞回线如图4所示。经过退火处理后，样品W/NiFe（20 nm）/W易轴方向矫顽力由2.240 e增至2.460 e;样品Ta/NiFe（20 nm）/Ta易轴方向矫顽力由1.780 e增至2.000 e，可以看出，两种多层膜样品退火后仍保持比较优异的软磁性，矫顽力变化不太大。利用W做缓冲层、保护层的效果与Ta相近。

一般在多层膜的界面处会出现磁性死层，并且经过退火处理后死层厚度会增加。而磁性死层会影响NiFe层的有效厚度，导致AMR值的下降。当NiFe层较薄时，影响更加明显。样品Ta（4 nm）/NiFe/Ta（4 nm）和W（4 nm）/NiFe/W（4 nm）系列多层膜NiFe薄膜的磁矩与厚度的关系曲线如图5所示，数据已经被线性拟合，其中实线为制备态，虚线为退火后。从图中我们可以看出，NiFe薄膜的磁矩和厚度之间几乎呈线性关系。而直线没有通过原点，这说明Ta（4 nm）/NiFe/Ta（4 nm）和W（4 nm）/NiFe/W（4 nm）系列多层膜中均在界面处存在磁矩损失，即存在磁性死层。利用W作缓冲层、覆盖层的多层膜样品在制备态时，磁性死层厚度为0.30 nm。退火处理后，死层厚度增至1.16 nm。而以Ta作缓冲层、覆盖层的多层膜样品经过退火处理后，死层厚度由1.56 nm增至2.12 nm。

可以看出，不论是在制备态还是退火后，W/NiFe/W系列薄膜的磁性死层厚度更小，磁性更稳定。膜间的扩散难易程度和材料的表面能、熔点有一定关系。

常温时，Ta的表面能为3.018 J・m-2，W的表面能为3.468 J・m-2;Ta的熔点为3 269 K，W的熔点为3 683 K。可以看出，W的表面能和熔点均稍大于Ta，所以在退火过程中W更不容易扩散到NiFe薄膜中去，从而死层厚度更小，提高了样品磁性的温度稳定性。

4 结 语

综上所述，通过对比研究W/NiFe/W和Ta/NiFe/Ta系列样品，发现制备态时AMR值基本相同，退火后W/NiFe/W的AMR比值比Ta/NiFe/Ta稍差，但在NiFe层较薄时（小于10 nm）效果基本相同。并且，利用W作缓冲层、保护层所产生的磁性死层更小，磁性能更稳定。

参考文献：

[1] McGuire T R，Potter R I[J].IEEE Trans Magn.1975，（11）.

[2] 皇甫加顺，盛树，李宝河，等.各向异性磁电阻材料的研究进展[J].中国材料进展，2011，（10）.

电磁的磁效应范文第7篇

关键词： 电磁环境效应； 线缆； 时域积分方程； 时域有限差分； 时域平面波

中图分类号： TN01?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）21?0157?06

0 引 言

随着数字设备和集成电路的广泛应用，现代电子信息系统对雷电、高功率脉冲武器等产生的强电磁环境极为敏感。这种瞬态电磁场会通过天线、孔缝或外部电缆，耦合到信息设备机箱内部线缆网络从而对终端电路产生电磁干扰（EMI），甚至造成损伤。

在系统设计阶段就对其进行电磁环境效应分析无疑是一种有效手段。但对于典型的系统级分析会面临多尺度问题，电子信息系统的载体一般是电大或超电大尺寸，系统的线缆网络在一维上（传输方向）电大、另一维（横截面）电小。

为了解决极其复杂的电磁环境效应分析问题，20世纪70年代Baum提出了电磁拓扑理论[1]（Electromagnetic Topology，EMT），其基本思想是将复杂系统分割为相互联系的空间，各空间单独求解，再将结果进行综合，并在此基础上发展了BLT（Baum?Liu?Tesche）方程方法[2]，但EMT理论人为地对系统进行分割，分析误差较大。传统的数值计算方法，如矩量法[3]（Method of Moment，MoM）、有限元法（Finite Element Method，FEM） [4]、时域有限差分方法（Finite Difference Time Domain，FDTD）[5]、传输线矩阵法（Transmission Line Matrix，TLM）[6]、时域积分方程法[7]等等，以及其加速、改进算法等[8?12]，解决多尺度问题、线缆加载问题仍有较大难度。一种可行的解决方案是将多种方法进行混合，已有的代表性的成果包括：Ba?c?采用FFT加速的TDIE方法求解带线缆结构飞机的电磁环境效应问题[13]；Xie采用FDTD方法和SPICE等效电路模型求解线缆网络的响应[14?15]； Liu采用FDTD方法和MNA方法混合求解带线缆和非线性负载结构的系统响应[16?18]。另外，一些电磁场商业软件（如CST、HFSS等）也纷纷推出复杂系统的电磁兼容和电磁环境效应仿真解决方案。

本文发展了一种基于TDIE?FDTD的混合方法，采用PWTD加速的TDIE方法求解场问题，高阶FDTD（2，4）方法求解线缆响应，结合两种方法的优势对系统的电磁环境效应进行有效预测，数值算例表明了方法的有效性。

1 PWTD加速的TDIE方法求解场问题

基于Maxwell方程组，金属问题的时域电场积分方程表达式为：

[n×n×Eir，t=n×n×μ04πs1R?Jr，τ?tds-14πε0?sds-∞τ??Jr，tRdt r，r∈s]

式中：[Eir，t]表示入射场；[Jr，t]为表面电流；[n×n]表示取矢量的表面负切向分量；[?]作用于场[r]上；[?]作用于源[r]上；[s]表示电流源分布表面；[τ=t-Rc]表示时间延迟。

传统的求解方法是时间递推方法：

式中：[Ij]为第[j]时刻电流系数向量；[Vj]为第[j]时刻激励向量；[Zi]为阻抗矩阵。

MOT方法的主要计算量在于式右端的矩阵矢量乘积求和运算，它表示先前各时刻表面电流源对当前时刻各场点的贡献，其运算量为[O（N2s）]。由于上述求和运算需要进行[Nt]个时间步，经典MOT算法的总计算量为[O（NtN2s）]。实际的计算实体（飞机、舰船）基本都是电大尺寸问题，计算量和存储量都十分巨大，因此必须采用加速方法来进行。

时域平面波（PWTD）方法的机理在于瞬态远场的平面波展开，通过这种展开可以减少式右端的求和运算。对于空间中某点的散射场，其贡献来源可分为两部分：一部分由该场点所在组的近场组[NFP（α）]中的源所产生；另一部分由远场组[FFP（α）]中的源产生。因此，利用PWTD加速MOT算法求解电磁散射的迭代公式可表达如下：

[Z0Ij=Vj-α∈NFP（α）l=0j-1Zααj-lIαl- α′∈FFP（α）n∈α′（n）fm（r），LeJn（r，t）t=lMtΔt+iΔt] （3）

式中：[Le·]表示电场积分算子；[Mt]为基本子信号离散序列的点数，[i]为整数，且[0≤i

PWTD的计算复杂度为这两部分计算量之和，采用多层或加窗的PWTD总的计算量可以降至最低[ONtNslogNs]能够极大地提高计算速度。

2 高阶1D?FDTD求解线缆响应

外部电磁场在传输线上会激励其传输线模（差模）和天线模（共模）电流，但对于传输线终端有影响的只会是传输线模电流，另外，在有接地板存在的情况下（实际情况也如此），产生的天线模电流极小，基本可忽略，因此，采用基于传输线理论的方法来求解线缆响应。作为一种准静态方法，传输线理论忽略了纵向场分量的影响，在求解波长与线缆横截面尺寸可比拟的情况下（频率很高）会有误差，但在一般情况下还是能够保证较高精度。求解传输线方程的频域方法的优势是计算速度快，能够处理频变的参数；但其劣势是难以进行非均匀线和非线性负载的计算，因此，本文采用高阶FDTD（2，4）（时间具有二阶精度，空间具有四阶精度）方法求解线缆响应，由于高阶算法的低数值色散性，采用较少的离散点就能获得满意的数值精度，提高了计算效率。

复杂系统中，为了减少强电磁脉冲对系统内部电缆线路的辐射耦合，通常采用屏蔽电缆。因为屏蔽的不完整性（能量对材料的穿透、编织屏蔽层存在孔缝、两端屏蔽层未360°搭接等），芯线也能感应到电流，这一过程一般用屏蔽层的转移阻抗来表示。其定义是单位长的电缆中有单位电流流过屏蔽层时在电缆芯线与屏蔽层间所形成的开路电压。实际情况中，电缆的转移阻抗是与频率有关的函数，且随着频率增加而减小。而为了能够直接进行时域分析，本文忽略转移阻抗的频率相关性，这种假设导致阻抗值要比实际值偏大，可用于电磁兼容的最坏情况估计。

考虑如图1所示的多芯电缆结构，定义其轴向沿着坐标[x]方向。图中屏蔽电缆被等效成两个回路模型，即电缆屏蔽层与参考地之间构成的外部回路以及与内部芯线之间构成的内部回路。忽略线缆内部耦合到屏蔽层外部的能量，当线缆附近的入射场在屏蔽层上激励起外部电压源[VEM-lines]与电流源[IEM-lines]时，外部回路可用下面方程进行描述：

[dVsoutdx+ZsoutIsout=VEM-lines] （4）

[dIsoutdx+YsoutVsout=IEM-lines] （5）

式中：[Vsout，][Isout]表示屏蔽层上电压与电流；[Zsout=][R+jωL]为屏蔽层单位长阻抗；[Ysout=G+jωC]为屏蔽层单位长导纳；[R，][L，][G，][C]分别为屏蔽层单位长电阻、电感、电导和电容参数。而内部回路可通过转移阻抗[Zt]和转移导纳[Yt]与外部回路耦合，因此芯线电压[Vi]与电流[Ii]满足如下方程：

式中：[Zt=Rdc+jωLt，Yt=jωCt]表示芯线导体的单位长阻抗矩阵和导纳矩阵；[Lt]为转移电感矩阵；[Ct]为转移电容矩阵。

根据式（4）～（7）可写出外、内部回路的时域表达式为：

在实际系统中，电缆大多采用导电细丝组成的编织网构成屏蔽体。对于编织层的屏蔽特性可以用屏蔽体半径[b]，编织束数[l，]编织束内细线根数[Nl，]细线直径[d，]细线电导率[σ]以及编织角[?]来描述。该电缆的转移电阻、转移电感及转移电容可用下式计算得到：

式中：[κ]表示投影覆盖率，定义为[κ=2F-F2]，其中[F=Nldl4πbcos?]为编织网参数填充因子。[K（e），][E（e）]分别表示第一类第二类椭圆积分，[e]为椭圆离心率。[Cout，][Cin]分别为电缆屏蔽层内部电容以及对参考地的外部电容。[εout]和[εin]分别表示电缆外部区域介电常数及内部电介质介电常数。

为了求解方程（8）～（11），通常采用二阶的FDTD（2，2）方法，将电压电流分别在空间与时间上以[Δx2]和[Δt2]为间隔交替离散取点，按中心差分公式将上述方程离散，得：

FDTD（2，4）的稳定性条件为：

这种算法的数值色散关系可以写为：

从式（27）可以看出，当[Δx=λ2]时，仍然不会造成因为离散而带来的数值色散。与传统FDTD方法相比（[Δx≤λ12]），FDTD（2，4）放宽了空间离散间隔所带来的限制，因而对传输线进行粗网格取点能够有效保证数值精度。

但采用四阶中心差分离散得到的迭代方程组不能获取线缆端点附近的电特性。因此为了保证线缆上电压电流的连续性，计算[n=1，][N]位置的电流和[n=2，][N]位置处的电压时，采用式（17）～（20）求解。

3 TDIE?FDTD混合方法求解复杂系统电磁

环境效应

TDIE和FDTD方法混合的关键在于电磁场对线缆的耦合。由激励源的不同，场线耦合理论可分为Taylor模型（磁通量和电通量产生分布电压源和分布电流源）[20]、Agrawal模型（沿导体的切向入射电场产生分布电压源）[21]以及Rashidi模型（入射磁场分量产生分布电流源）[22]三种，三种方法在理论上是共通的，只要运用得当都能够得到同一个解[23]。本文基于电场积分方程求解场，因此采用Agrawal模型求解线缆分布源。

由PWTD方法计算得到系统电磁结构表面电流密度[JEM。]采用如下电场积分方程，获取线缆位置的场分布：

为了将TDIE场求解器与FDTD线求解器有效结合，需要对线缆位置处的场分布在整个计算时间内进行内插，以获取FDTD各个不同时间离散点的激励场。

4 算 例

考虑如图2所示的穿舱线缆耦合结构，其中线缆为RG?58型同轴电缆，舱内舱外电缆长度均为0.5 m，电缆外屏蔽层对地电阻为100 Ω，芯线与屏蔽层间电阻为50 Ω。矩形理想金属屏蔽腔尺寸为0.8 m×0.5 m×0.6 m，腔体接地，腔体顶面孔缝中心距左侧顶边0.1 m，左侧面三个矩形窄缝长为0.3 m，宽为0.02 m，相邻孔缝中心距为0.05 m。

为了模拟雷电脉冲对该型电缆的辐射耦合影响，本文采用IEC标准的双指数脉冲形式的辐射源，具体表达式为：

[E（t）=kE0e-βt-e-αt] （30）

式中：[k=1.3，][E0=50]kV，[α=6.0×108 s-1，][β=][4.0×107 s-1]，波形如图3（a）所示，其极化角[α=π/4]，入射角[φ=π4，][θ=0。]求解线缆终端[V1]和[V2]端口的电压响应。

仿真中，先利用两层PWTD加速的TDIE计算腔体内线缆位置处的场分布。其中舱外的屏蔽线缆将其视为电磁结构与整个腔体一起进行表面剖分，结果如图3（b）所示。腔体表面被剖分成2 906个三角形，一共生成4 328个未知数。获取到舱外电缆屏蔽层表面电流后，结合FDTD场线耦合模型，求得内部芯线上的感应电压、电流。

＼13年21期＼Image＼13t3.tif>

在这个算例中，辐射源耦合到线缆终端负载的路径有两条：

（1）入射波直接辐射到腔体外的同轴线，然后通过传导耦合到内部线路；

（2）入射波通过腔体顶部与侧面的孔缝，进入到腔体内部，将能量耦合到线缆负载上。

设定两种情形进行仿真：

（a）忽略孔缝辐射耦合效应；

（b）综合考虑传导与孔缝耦合两条路径。

仿真的结果如图4和图5所示，对比两种情形，可以看出内部芯线负载端电压波形存在振荡，这是由孔缝存在导致腔体中非均匀场耦合到内部线缆所造成的影响。总的来说，综合两种情形对应的负载端产生的感应电压波形几乎重合，说明负载端受外部电磁场直接辐射产生的感应电压要远远大于通过孔缝耦合产生的感应电压。

5 结 语

本文方法适合分析带有线缆结构系统的多尺度问题，数值算例说明了方法的有效性。

当然，本文方法有其局限性：

（1）场计算时忽略了线缆感应电流生成的场反过来对已有场的互作用影响，在谐振效应较强的情况下准确性会降低。

（2）线缆计算时采用的是基于传输线理论的方法，其本身是一种准静态方法，忽略了场的纵向分量的影响，在频率较低时（一般在GHz以下）很准确，但在频率较高时（线缆束横截面积与波长可比拟）准确度会降低。

参考文献

[1] BAUM C E. How to think about EMP interaction [C]// Proceedings of the 1974 Spring FULMEN Meeting. Kirtland AFB， England： [s.n.]， 1974.

[2] BAUM C E， LIU T K， TESCHE F M. On the analysis of general multi?conductor transmission?line networks [J]. Interaction Notes， 1978， 350.

[3] HARRINGTON R F. Filed computation by moment method [M]. Marlabar， FL： Krieger， 1982.

[4] MARTIN H C， CAREY G F. Introduction to finite element analysis： Theory and application [M]. New York： McGraw Hill， 1973.

[5] YEE K. Numerical solution of initial boundary value problems involving Maxwell′s equations in isotropic media [J]. IEEE Transactions on Antennas Propagation， 1966， 14： 302?307.

[6] HOEFER W. The transmission?line?matrix method： theory and applications [J]. IEEE Transactions Microwave Theory Technology， 1985， 33（10）： 882?893.

[7] RAO S M， WILTON D R， GLISSON A W. Electromagnetic scattering by surfaces of arbitrary shape [J]. IEEE Transactions on Antennas propagation， 1982， 30（3）： 409?418

[8] AYGUN K， SHANKER B， ERGIN A， et al. A two?level plane wave time?domain algorithm for fast analysis of EMC/EMI problems [J]. IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility， 2002， 44 （1）： 152?164.

[9] DONEPUDI K C， JIN J M， CHEW W C. A higher order multilevel fast multipole algorithm for scattering from mixed conducting/dielectrics bodies [J]. IEEE Antennas Propagation Magazine， 2003， 51（10）： 2814?2821.

[10] KONDYLIS G D， FLAVIIS F D， POTTIE G J， et al. A memory?efficient formulation of the finite?difference time?domain method for the solution of Maxwell equations [J]. IEEE Transactions on Microwave Theory Technology， 2001， 49（7）： 1310?1320.

[11] JIAO D， ERGIN A， SHANKER B， et al. A fast time?domain higher?order finite?element?boundary?integral method for 3?D electromagnetic scattering analysis [J]. IEEE Transactions on Antennas propagation， 2002， 50（9）： 1192?1202.

[12] TRENKIC V， CHRISTOPOULOS C. Development of a general symmetrical condensed node for the TLM method [J]. IEEE Transactions on Microwave Theory Technology， 1996， 44（12）： 2129?2135.

[13] BA?CI H. Fast and rigorous analysis of EMC/EMI phenomena on electrically large and complex cable?loaded structures [J]. IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility， 2007， 49（2）： 361?381.

[14] XIE H， WANG J， FAN R， et al. Study of loss effect of transmission lines and validity of a SPICE model in electromagnetic topology [J]. Progress in Electromagnetics Research， 2009， 90： 89?103.

[15] XIE H， WANG J， FAN R， et al. A hybrid FDTD?SPICE method for transmission lines excited by a nonuniform incident wave [J]. IEEE Transactions on Electromagnet Compatibility， 2009， 51（3）： 811?817.

[16] LIU Q F， YIN W Y， MAO J F， et al. Accurate characterization of shielding effectiveness of metallic enclosures with thin wires and thin Slots [J]. IEEE Transactions on Electromagnet Compatibility， 2009， 51（2）： 293?300.

[17] LIU Q F， YIN W Y， XUE M F et al. Shielding characterization of metallic enclosures with multiple slots and a thin wire antenna loaded： multiple oblique EMP incidence with arbitrary polarization [J]. IEEE Transactions on Electromagnet Compatibility， 2009， 51（2）： 284?292.

[18] LIU Q F， YIN W Y， LIU P G， et al. Time?domain investigation on cable?induced transient coupling into metallic enclosure [J]. IEEE Transactions on Electromagnet Compatibility， 2009， 51（4）： 953?962.

[19] WANG W， QIN Y J， LIU P G， et al. The solution of transient response for complex transmission line network by hybrid higher order finite difference time domain?modified nodal analysis method [J]. Journal of Electronics and Information Technology， 2012， 34（12）： 2999?3005.

[20] TAYLOR C D. The Response of a Terminated two?wire transmission line excited by a nonuniform electromagnetic Field [J]. IEEE Transactions on Antennas propagation， 1965， 13（6）： 987?989.

[21] AGRAWAL A K. Transient Response ofmulticonductor transmission lines excited by a nonuniform electromagnetic field [J]. IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility， 1980， 22（2）： 119?129.

[22] RASHIDI F. Formulation of field?to?transmission line coupling equations in terms of magnetic excitation field [J]. IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility， 1993， 35（3）： 404?407.

[23] PAUL， C R. Analysis of multiconductor transmission lines [M]. New York ： Wiley， 1994.

[24] WANG W， LIU P G， QIN Y J. An unconditional stable 1D?FDTD method for modeling transmission lines based on precise split?step scheme [J]. Progress in Electromagnetics Research， 2010， 135： 245?260.

[25] WANG W， ZHOU D M， LIU P G， et al. Transient analysis of transmission line with arbitrary loads based on the split?step Crank?Nicolson?FDTD method [J]. Journal of Electronics and Information Technology， 2013， 35（1）： 209?214.

电磁的磁效应范文第8篇

【关键词】:疼痛;擦伤;骨折;风湿关节炎;骨质增生

【中图分类号】R454.1【文献标识码】A【文章编号】1007-8517 (2010) 02-130-2

AFT型核电子磁是广州市奥菲特有限公司研制开发的原子核核外电子磁感应的简称。原子核核外电子磁感应是一种与我们常见的磁性材料所表现出来磁感应现象有着根本区别的作用场,它是由组成物质分子的原子核核外电子偏转运动所形成的。对外,象我们日常见到的各种磁卡,并不表现出很强的磁性。但是,经过长期的研究,这种原子核核外电子的偏转运动和我们人体发生的各种生物化学反应具有同样的能量级别,因此能迅速减轻并消除疼痛。

笔者利用广州市奥菲特有限公司生产的磁疗止痛贴(原名:AFT型核电子磁止痛贴,商品名:OK贴,以下简称:OK贴)治疗擦伤、扭伤、挫伤、骨折、风湿性关节炎、骨质增生等引起的疼痛,并与常规的治疗方法如内服消炎止痛药品,外用理疗及其他止痛贴,作为对照进行平行治疗、观察,疗效满意。

1资料与方法

1.1一般资料

105例擦伤、扭伤、挫伤、骨折、风湿性关节炎、骨质增生患者,来自XXX医院门诊和住院病房。随机分为观察组53例和对照组52例。临床试验的试验对象均签署《知情同意书》,观察男16例,女37例;年龄25-80岁,平均年龄60岁,病程最短的1天,最长者60天,平均8.6天。对照组男15例,女37例;年龄27-78岁,平均58岁,病程最短的1天,最长者60天,平均8.4天。主要症状均为疼痛,尤其是夜间为甚,彻夜难眠。部份患者因风湿性关节炎、骨质增生长年不定期复发,发作期间,疼痛难忍,严重影响日常生活。两组患者在性别、年龄、病史、病情方便比差异均无显著性意义(P>0.05)。

1.2方法

1.2.1观察组:患处擦洗干净后,将OK贴贴在患者疼痛部位,视疼痛部位面积的大小,每个患者一次贴1到2贴,24小时为一个疗程,每个患者四个疗程。

1.2.2对照组:采用常规的治疗方法如内服消炎止痛药品,外用理疗及其他止痛贴作为对照进行平行治疗。

1.3疗效标准

显效:患者使用OK贴之后,感到不疼或有轻微疼痛。

有效:患者使用OK贴之后,疼痛有明显的减轻。

无效:患者使用OK贴之后,疼痛没有明显的减轻。

1.4疗效观察

全部病例治疗后均进行随访,观察病例疼痛部位的变化,询问患者的感受。

2结果与讨论

经1-4个疗程治疗,观察组中,有两例出现过敏和可疑过敏而终止冶疗,另有15例因治疗效果良好,在三个疗程内自行停止治疗,只有一例治疗四个疗程后无效,观察组总有效率98.1%,对照组总有效率为76.9%,观察组总有效率明显一高于对照组(P

我们根据患者的临床表现,进行了统计,结果见下表:

OK贴经临床使用之后,患者普遍反映,消炎止痛速度快,效果明显,不含任何刺激人体的物质和气味,使用简单方便,皮肤干净,无不良反应,反映良好,是广大患者的常备之物。

人体体内的各种生命活动的本质是自由基的产生、转化和消失(淬灭);自由基可以彼此复合成为三重态(自旋相同)或单线态(自旋相反)。在众多物质中,金属茂络合物在激活的状态下,核外电子处于典型三重态或单线态。

电磁的磁效应范文第9篇

【关键词】 化疗 增敏 电磁波

[Abstract]Chemotherapy is a primary clinical treatment for cancer, but its lack of selective sensitivity and severe side effects limit its widespread use and application. This article explores the use of experimental techniques in biology and electrical engineering. Based on the observation that electromagnetic waves control tumors, we study how these waves help with sensitization during chemotherapy, and how this may lead to a new way to improve chemotherapy treatments for cancer.

[Key words] Chemotherapy；Sensitization；Electromagnetic waves

引言

随着人类生活环境、生活水平和生活方式的变化以及医学的进步，疾病谱发生了显著的变化，一般性传染病逐渐被控制。而恶性肿瘤则日益成为常见且严重的威胁人类生命和生活质量的主要疾病之一。化疗是临床癌症治疗最主要的成熟的治疗手段之一。但化疗所存在的药物缺乏特异的敏感选择性及同时存在的严重的副作用等制约其在临床实践中的推广和应用。如何提高放疗药物的敏感性是过内外科研、制药和医学界专家十分关注的前沿问题。

一、研究背景

包括人类在内的多细胞机体均存在细胞的不断增殖与死亡。细胞的死亡包括坏死(necrosis)和凋亡 (apoptosis) 两种方式。细胞的凋亡是细胞主动的自杀过程，是由基因所控制的细胞自主有序的死亡，凋亡体可从上皮细胞表面脱落或被周围细胞吞噬清除，不伴随坏死所特有的炎症反应。凋亡对维持机体的正常发育及内环境的稳定起着十分重要的作用。

在细胞凋亡的诱导中，作为肌醇磷脂代谢途径中细胞信息转导的第二信使，细胞内钙离子（Ca2+）起着十分重要的作用。胞内Ca2+ 浓度的改变是细胞生理活动的重要物质基础，并在细胞信号转导、诱发一系列细胞功能事件中起重要作用。因此，细胞内Ca2+ 浓度平衡处于严格的调节控制之中。研究发现，细胞内Ca2+浓度的高低调控着多种类型细胞的凋亡，具体表现为Ca2+内流和聚积可诱导多种细胞凋亡，被认为是细胞凋亡的共同途径。而用钙通道拮抗剂等方法阻止Ca2+内流则可减轻细胞损伤，抑制细胞凋亡。

化疗药物对癌症治疗有效的主要机制之一是诱导癌细胞凋亡。参与调控细胞凋亡的因素很多，包括细胞外信号、细胞内第二信使及细胞内各种酶类。Ca2+ 作为参与许多生命活动的第二信使，其在调控细胞凋亡中的作用尤其受到关注。大量实验发现，化疗中细胞凋亡主要由细胞内Ca2+ 介导；化疗药物在诱导对癌细胞的杀伤时均与癌细胞中的Ca2+ 浓度的增加密切相关。

但目前的化疗方法还存在重要不足。化疗药物缺乏特异的敏感选择性，在杀死癌细胞的同时，也同样会杀伤正常细胞，并由此产生较为严重的副作用，如骨髓抑制、肾毒性导致肾衰、肌体免疫功能抑制、肝功能损伤、胃肠道反应、脱发、口腔溃疡等。另外，毒副反应还会使化疗药物的剂量和疗程受到限制，导致化疗失败。

另外，癌细胞对化学治疗药物产生多药耐药性是癌症治疗不能取得治愈性疗效的重要原因之一。多药耐药性是指癌细胞在接触一种抗癌药物后产生了耐受包括本药物在内的多种结构迥然不同、作用机理也大相径庭的抗癌药物的抗药性。国内外学者在器官、细胞和分子水平上对如何克服癌细胞耐药性的问题，进行了大量研究，发现了一些具有逆转癌细胞多药耐药性的药物，称为化疗增敏剂，其中引人瞩目的是Ca2+通道阻滞剂。Ca2+ 通道阻滞剂的作用机制是能选择性地阻断Ca2+经细胞膜上的Ca2+通道进入细胞内，从而降低细胞内的Ca2+浓度。但Ca2+ 通道阻滞剂作为一种具有心血管药理作用的药物，除了可能引起患者的传导阻滞、低血压、充血性心力衰竭等心血管系统的严重毒性反映外，还可能对患者的免疫系统和造血系统产生不利影响。

二、研究思路

从前面的介绍中可以看出，癌症的发生和发展取决于细胞的增殖与凋亡是否平衡，而细胞的凋亡受胞内第二信使Ca2+的调控。化疗是目前治疗癌症的主要方法之一，胞内Ca2+ 浓度增加是不同化疗药物诱导癌细胞凋亡的共同通路。但化疗还存在重要缺陷：化疗药物在诱导癌细胞凋亡的同时，也会对正常细胞产生同样的杀伤；化疗中癌细胞会产生多药抗药性，从而导致化疗失效，适合临床使用的化疗增敏方法目前尚未找到。

细胞中的Ca2+ 在癌症的发生、细胞的凋亡、化疗对癌细胞的杀伤等几个方面都起着重要作用；而在特定参数的电磁波干预下，正常细胞和癌细胞中Ca2+ 浓度可以产生不同的变化。所有这些都为下列问题的提出打下了基础：能否使用特定参数的电磁波与化疗药物协同作用，其中电磁波参数的选择使癌细胞可产生窗效应，而正常细胞不会有窗效应时，使电磁波与化疗药物分别诱导胞内Ca2+ 浓度升高叠加，并共同介导癌细胞凋亡，正常细胞则不会出现这样的叠加，从而相对降低化疗药物对正常细胞的毒副作用？Ca2+ 通道阻滞剂通过对细胞中Ca2+ 浓度的影响，来逆转癌细胞的多药耐药性，但它会引起许多副作用而不能实用于临床。注意到电磁波的非热生物窗效应也可影响细胞中Ca2+ 的浓度，那么电磁波能否用于逆转化疗药物的多药耐药性？需要哪些条件？

三、研究基础

1.实验结果发现癌细胞内Ca2+ 出现窗效应对电磁波参数的要求相对正常细胞有其特点，即既有相同的一面，又有不同的情况。结合这些特点设法增强化疗药物对癌细胞敏感性杀伤能力的研究已经起步。初步的离体细胞层次的实验表明，一定参数的电磁波可以提高化疗药物对癌细胞的选择性杀伤能力，对正常细胞的杀伤相对可以减轻；

2.初步建立和改进了不同癌细胞株及其正常对照细胞株、多药耐药性癌细胞株在电磁场干预下化疗药物诱导凋亡的体外细胞研究模型。其中利用改进的多药抗药性离体细胞实验模型相比传统模型具有抗药性程度高，性能更稳定的优势。

以上理论分析和研究表明，无论从科学研究还是临床医学的要求来说，都需要开展对电磁波非热生物效应的进一步研究，探讨电磁波对正常组织细胞和不同种类癌细胞的作用规律和作用机理，并将其应用于改进癌症的治疗，以造福患者和社会。

四、研究方法

1.宽频专用横电磁波传播小室即TEM小室 (Transverse Electromagnetic Cell，横电磁波传输小室) 的研制，可产生不同参数、不同类型的电磁波，且这些参数均可以实时准确测量；

2.建立和改进不同癌细胞及其正常对照细胞、多药耐药性癌细胞在电磁场干预下化疗药物诱导凋亡的体外研究模型；

3.对不同类型癌细胞和正常对照组细胞进行电磁波作用下的非热效应发生条件研究。改变电磁波的类型和参数，反复进行实验，记录各组实验的照片和数据；分析提取可使癌细胞和正常对照组细胞发生非热生物窗效应对电磁波参数的不同要求；

4.从细胞和分子层次的生物学实验研究、生物系统建模和细胞病理生理等角度对实验结果进行分析解释，探讨癌细胞电磁波非热生物效应的发生机理；

5.在可使癌细胞发生窗效应，而正常细胞不发生生物窗效应的电磁波协同化疗药物作用下，应用验证细胞凋亡的几种不同方法检查细胞凋亡情况，分别研究化疗药物诱导癌细胞和正常细胞凋亡的情况，分析提出电磁波对化疗增敏方法与效果；

6.在上述工作的基础上，逐步研究可供动物实验和临床应用的电磁波协同癌症化疗增敏技术。

五、初步成果

本课题研究小组对电磁波干预不同生物组织的非热生物学效应进行研究，完成二十多例次实验，取得了一些规律性的有价值的结果。

1.不同强度的电磁波对癌细胞增生有明显抑制作用。

选择不同强度的电磁波(5mT、8mT、11mT)对人舌鳞癌细胞进行连续3天的辐照刺激,每天1h,通过MTT法和流式细胞术检测细胞的增生、凋亡和细胞周期的变化.对照组采用相同的实验条件和作用时间但不加磁场辐照。结果 MTT法检测实验组与对照组辐照后24h、48h、72h的OD值,通过SPSS软件分析显示实验组比对照组的OD值显著降低(P

由此得出结论：不同强度的电磁场辐照对人舌鳞癌细胞增生有明显抑制作用,并可阻滞细胞周期,但对舌鳞癌细胞的凋亡未发现明显影响。

2.电磁波作用于不同癌细胞及其正常对照细胞时胞浆Ca2+浓度窗效应的实验研究。

基本步骤是：制备各种细胞样品，包括三种癌细胞及其对照正常细胞；对不同细胞样品进行荧光负载，后用D-Hank’s液洗涤。先将每一样品在激光扫描共聚焦显微镜下进行荧光强度检测，首先获得没有电磁波作用时的基础数据；之后将这些样品放在电磁波照射系统中接受电磁波辐照，并再次将每一样品在激光扫描共聚焦显微镜下进行荧光强度检测，以获得照射后数据；改变电磁波的类型和参数，反复进行实验，记录各组实验的结果；然后，对数据进行分析，包括有电磁波作用和无电磁波作用时的数据分析、不同参数电磁波对同一样品作用时的数据分析、不同种类癌细胞对不同参数电磁波作用时的窗效应表现等；最后，通过对各参数电磁波产生或不产生生物学效应的总体分析，寻找出哪些参数电磁波会产生细胞Ca2+ 的生物学窗效应并对其规律进行归纳总结，特别注意癌细胞相对于正常对照细胞所表现出的不同窗效应特性。

我们采用的荧光探针 (试剂)为Fluo-3，由于 Fluo-3为极性大的酸性化合物，难以进入细胞，而当其结合上亲脂的乙酰羟甲基酯(Acetoxymethyl Esters，AM) 成为脂溶性的Fluo-3/ AM，再与细胞孵育时，就很容易透过细胞膜。电磁波对细胞样品的作用是通过TEM小室来具体实现的。采用TEM小室是为了获得在较大范围内参数一致的、被屏蔽的均匀平面电磁波，这样，既便于进行准确的生物电磁剂量估计，又可使各样品处于相同的、不受外界干扰的辐照环境中。

实验研究表明，癌细胞表现出的窗效应相对于正常细胞有其类似的一面，但也显示出明显差异。具体表现为，在频率为16Hz、强度为42.5V/m的电磁波作用下，肝癌细胞和正常对照肝细胞均会出现胞内Ca2+ 浓度明显改变的（频率）窗效应，但肝癌细胞在同样强度、频率为45 Hz的电磁波作用下也会出现窗效应，而正常肝细胞在该频率电磁波作用下则不会出现窗效应。

3.特定参数电磁波协同化疗药物作用对提高癌细胞选择性杀伤效果的实验研究。

首先分别培养各种正常细胞和癌细胞样品株，对正常细胞和癌细胞分别加化疗药物后将这些样品放在该癌细胞可产生生物窗效应（对正常细胞不会有窗效应）的电磁波照射系统中接受电磁波辐照。选择不同时间点观察电磁波协同化疗药物作用下对正常细胞的杀伤情况和癌细胞凋亡的情况，研究电磁波协同改善化疗敏感性的条件和方法；对选择性诱导癌细胞凋亡、相对减轻正常细胞损伤的效果做出评价。

窗效应的产生取决于施加的脉冲场强、脉冲时间、细胞大小、细胞种类以及悬浮液或周围组织的条件。通过电脉冲联合低剂量顺铂治疗异种移植人卵巢癌SKOV_3裸鼠，取得了很好的疗效，为特定参数电磁波协同化疗药物作用对提高癌细胞选择性杀伤效果的应用打下了基础。实验表明：高幅度电磁波对肿瘤具有较强的抑制作用，其对肿瘤的治疗作用具有选择性，这种选择性与肿瘤组织的特性以及肿瘤细胞的生物学特性有关。实验中采用的药物剂量远远低于常规化疗剂量，并且在肿瘤部位直接给药，减少了药物总量以及药物的全身循环，毒副作用小。通过对化疗后的裸鼠肾脏做病理检察表明：低剂量药物未造成裸鼠肾功能的损伤。 高幅度电脉冲对肿瘤血管的生长具有明显抑制作用。经电场处理的肿瘤表面几乎无血管分布，而未经电场处理的肿瘤表面血管丰富。采用免疫组化法检测肿瘤病理切片中血管内皮生长因子VEGF受体KDR的表达，经电场处理的肿瘤的VEGF受体KDR明显下降，肿瘤血管的生长受到明显的抑制。说明高幅度电场抑制了肿瘤血管的生长，减少或完全切断了肿瘤的营养供应，促使肿瘤细胞凋亡或坏死，达到了治疗肿瘤的目的。

在利用特定参数电磁波协同化疗药物作用对提高癌细胞选择性杀伤效果时应该选择合适的脉冲参数。

六、研究特色

1.通过大量实验，可以系统研究电磁波作用于不同癌细胞和正常对照细胞株时胞内Ca2+运动的生物学窗效应规律，也为进一步探讨其发生机理提供了更好基础。

2.在特定参数电磁波协同化疗药物的作用下，研究增强化疗药物对癌细胞选择性凋亡诱导能力的方法。这些研究的开展，可以为克服临床化疗中存在的困难提供新途径。

3.建立和改进了癌细胞株在电磁场干预下化疗药物诱导凋亡的体外细胞研究模型。我们建立的模型相比传统方法有抗药性程度高，性能更稳定的特点。

4.动物实验和临床研究中的一些问题，涉及电磁波应用于动物或人体时的使用方法、身体介质衰减和体内分布估计，电磁波协同化疗药物作用时的时间和效果分析。

结语

本项目拟研究电磁波的生物效应对肿瘤化疗增敏的效果与其作用的机理，旨在提高肿瘤化疗治疗效果的新途径，属探索性基础研究。但因此项目涉及提高社会资源消耗极大的肿瘤医疗效率提高的问题，所以，即使在项目研究进展上取得很小的突破，也将具有极广阔的经济与社会前景，对肿瘤化疗的治疗效果产生深远的影响。

【参考文献】

【1】郭鹞 陈景藻 《电磁辐射生物效应及其医学应用》中国工程咨询 2003

【2】张智军 唐露新 《电磁波的生物学效应研究进展》科技创新导报 2007年36期

电磁的磁效应范文第10篇

【关键词】 脉冲电磁 血脑屏障 大鼠 脑部组 损伤效应 量效关系

ARelations of opening blood brain barrier with pulse electromagnetic field and its damaging effect on brain tissues

【Abstract】 The relationship of opening effects of blood brain barrier in rats with features of electromagnetic field was studied under action of a wide-band pulse electromagnetic field. The results showed that the opening effort for the pulse electromagnetic field with strength of 100KV/m or 75KV/m， pulse frequency of 100s-1 and exposing time of 20 minutes was good. In the meanwhile， the damaging effect of brain tissues was measured and checked after the opening by using the Nexus 670FT-Irinfrared spectrometer and F700 fluorescence spectrometer. It was found that the infrared spectra of absorption and fluorescence spectra of these brain tissues had only increases of strengths of absorptions， but not the changes of frequencies and frequency shifts of absorbed peaks. Thus we can determine that the damaging effect of brain tissues is quite small after radiation.

【Key words】 Pulse electromagnetic field; blood brain barrier; rat; brain tissue; damaging effect; dose-effect relationship

如所知，人和哺乳类动物等都有血脑屏障（BBB）组织， 所谓血脑屏障就是存在于血液和脑组织之间的一种结构，它由一些脑毛细血管的内皮细胞与紧密连接组成的细胞层，与包裹他们的外面连续基膜和附着于基膜上的星状形交织细胞形成的一层坚韧胶质薄膜突起组成的一种致密性结构。它能阻止生命系统中的一些水溶性物质如小分子的电解质进入脑组织，仅允许脂溶性的物质通过血脑屏障进入脑组织中。在其上存在的物质输运系统能使极性物质，各种氨基酸分子和葡萄糖转运到大脑组织和其他中枢神经系统中， 供大脑组织和中枢神经系统的生命活动［1～3］。同时它能阻止异物（微生物、毒素等）入侵而达到保护作用。但是，一旦大脑组织出现一些疾病如脑肿瘤时，由于血脑屏障的存在，许多水溶性或分子量>500Da的药物不能穿越BBB到达病灶，或治疗部位的药物浓度远低于有效治疗浓度而不能充分发挥药效，极大地阻碍了包括脑肿瘤在内的多种中枢神经系统（CNS）疾病，如老年痴呆症、Huntington 舞蹈病、脑血管意外等的治疗。其原因在于恶性的胶质细胞瘤由于分化不全且深入神经细胞深处，手术不可能全部切除，同时95%以上的治疗神经系统疾病药物难以通过血脑屏障到达残存瘤灶，故其复发率极高。在此情况下就需想办法开放血脑屏障，让药物能进入大脑，使疾病得到医治， 便是现代医疗技术急需解决的一大难题。于是研究开放血脑屏障的方法和技术显得非常重要，一旦取得突破，无论从经济性、时效性、促进医疗事业发展等来说都是非常有意义的。

电磁辐射可引起BBB对药物的通透性增加。研究发现，体外血脑屏障模型经1.8GHz GSM微波辐照后，14C标记的蔗糖通透性显著增加。动物实验也证实电磁辐射可引起BBB通透性的增加，如用900MHz SAR=7.5W/kg的GSM微波辐照大鼠后BBB处血清蛋白外渗出现。1994年Salford指出915MHz 射频连续波和脉冲波均可引起动物BBB开放。Lin等在微波辐照大鼠后立即给予抗肿瘤药物氨甲蝶呤（MTX），观察MTX进入脑组织的情况，发现在微波辐照后立即给药，可以明显增加脑组织对药物的摄入量，该作用在辐照后45min消失，表明微波致BBB的开放是可逆的。国内第四军医大学郭国帧等人采用一种前沿陡、脉冲短、频带宽、具有双指数波形特征的电磁脉冲开放了血脑屏障， 但体温没有升高，并发现随着电磁脉冲场强和脉冲次数增加时，标志BBB通透性变化程度的伊文思蓝（EB）光斑面积显著增加并且呈现可逆性改变。从而使血脑屏障开放的技术得到了发展，将为脑肿瘤等脑部疾患的治疗提供一个崭新的方法。此后，邝芸［4］等人建立了EB为示踪剂的方法。EB是一种深蓝色粉末状浆料，其分子量为961。在正常情况下，它不能穿过血脑屏障进入大脑组织。一旦血脑屏障开放，便可穿过它进入大脑组织中，迅速与血蛋白结合。此反应的结果可成为检验血脑屏障开放的一种有效方法。李静［5］等人研究了血脑屏障开放后对大脑功能的影响，发现可降低大鼠、小鼠的学习与记忆能力，影响大鼠脑外和脑内5-HT，儿茶酚胺类神经递质的代谢。曲润江［6］发现50次脉冲的40kV/M的电磁脉冲照射大鼠后， SCN和PG中部分细胞的线粒体发生肿胀破裂，细胞膜与核膜结构模糊。丁桂荣［7］发现40kV/M的脉冲可诱发大鼠海马的细胞凋亡数增加。王琦等人［8］发现电磁脉冲照射大鼠后，海马边缘区微结构的改变，溶酶体增多，线粒体肿胀。总之，研究工作做了不少。但是没有研究过血脑屏障开放与外加电磁脉冲的场强、频率和暴露时间的量效关系，这种开放所引起的脑组织和血脑屏障组织损伤、破坏等负面效应。这些问题直接关系到今后的临床运用，因此显得非常重要。本文就是利用已建立的类似的宽频电磁脉冲照射系统来系统全面研究这些问题，从而使开放血脑屏障达到实际和临床运用并奠定坚实的基础。

1 实验原理及方法

脉冲电磁场是由脉冲发生器产生的脉冲电流所产生的一种交变电磁场。利用脉冲发生器的可调性可产生特定频率、特定大小、特定长度的脉冲电流，从而产生特定的脉冲电磁场。在通常的实验都是将被试物置于两极板之间。我们这里采用新仪器和旧仪器天照射，以考察它们的效果， 为今后的应用服务。新仪器是一个改进型， 但它的效应没有被研究。

实验是首先调节所制作的脉冲电磁仪的频率和强度，将旧仪器强度调节到50kV/m，100kV/m， 200kV/m，400kV/m，脉冲次数都是100次/s，新仪器强度调节到50kV/m， 75kV/m，100kV/m，脉冲次数分别控制在75次/s和100次/s。将Wistar大鼠分为实验组和对照组。实验组又分为24个组，对照组1组，共25组，每组12只大鼠。在旧仪器的条件下，将场强设为50kV/m， 100kV/m， 200kV/m， 400kV/m，对144只大鼠分别照射10min、20min和30min。对新仪器，将场强50kV/m， 75kV/m，100kV/m，脉冲次数分别控制在75次/s和100次/s，对144只大鼠分别照射10min、20min和30min。其中实验组放在上述产生电磁脉冲的发生器中照射，而对照组则放在无电磁脉冲的环境中饲养。

在实验中，先用乙醚诱导大鼠昏睡，然后在10%水合氯醛麻醉（0.4ml/100g）下，由一侧股静脉注入20% EB大约1ml，等大鼠完全清醒后将上述各实验组动物置入产生电磁脉冲的发生器中照射，照射的时间分别是10min、20min和30min，照射后再麻醉大鼠，由左心室快速注入400ml的生理盐水，然后每只大鼠又灌注4%的多聚甲醛磷酸缓冲液(先快速灌注100～150ml，再缓慢灌注200～250ml)直至流出液无色为止。然后取出全脑，立即置于-25℃以下培养箱中冷冻。在恒冷切片机上连续冠状切片，片厚控制在20～30μm以内，隔5取1并直接贴在载玻片上，用50％甘油封片并在-5℃无光条件下保存。然后解冻后，对额叶脑组织进行称重，再根据重量的大小按比例加入N，N-二甲基甲酰胺，其比例为每毫克加入30ml N，N-二甲基甲酰胺，然后对额叶脑组织匀浆，匀浆后，将所得的混合溶液置于45℃的水浴中，保存48h。48h后，用3000r/min的离心机将其中的水分离去，然后用分光光度计测其光密度，从而确定EB在脑组织中的含量。对照组额叶中没有检测到EB。于是我们可以得到在不同强度，不同脉冲次数和不同时间下脑组织中EB的浓度，以此来决定在不同强度，不同脉冲次数的脉冲电磁场作用下在不同作用时间下血脑屏障开放的程度。

2 实验结果

2.1 血脑屏障开放程度与电磁场的强度和频率的量效关系及其变化规律 按照传统的方法，我们通过向血液注射伊文斯蓝（EB），然后用电磁场照射脑组织，看测量EB穿过血脑屏障，进入脑组织的多少来表征血脑屏障的开放程度。所以我们的实验基本思想就是测量脑组织中EB浓度的大小来研究开放程度与外加电磁场的变化关系和变化规律。按照上述实验方法，用分光光度计测其光密度，从而确定EB在脑组织中的含量。对照组额叶中没有检测到EB。于是可以得到在不同强度，不同脉冲次数和不同时间下脑组织中EB的浓度，以此来决定在不同强度，不同脉冲次数的脉冲电磁场作用下在不同作用时间下血脑屏障开放的程度。对旧仪器和新仪器的实验结果分别示于图1和图2中。它们示出了血脑屏障开放的程度与外加场强、脉冲次数和不同作用时间的变化关。可看出，血脑屏障开放的程度与外加的脉冲场强度、频率和照射时间有一定关系，但没有固定的变化规律，在不同脉冲电磁场中都存在有开放的极大和开放的极小。具体讲，对旧仪器，当照射时间为10min时，强度100kV/m的电磁场照射效果最好；当照射时间为20min时，400 kV/m电磁场照射效果最好；而照射30min时，100 kV/m电磁场照射效果最好，对50kV/m和200kV/m的场强，照射时间为10min时，其开放程度还是比较好的。对新仪器，当照射时间为10min时，强度100kV/m，脉冲频率为100次/s的电磁场效果最好；当照射时间为20min时，75kV/m，脉冲次数为100次/s的脉冲电磁场，效果最好；而照射30min时，100kV/m电磁场，脉冲频率为100次/s时，效果最好；对100kV/m，脉冲频率为100次/s的脉冲电磁场，当照射20min时，效果最佳；对100kV/m，脉冲频率为75次/s的脉冲电磁场时，照射时间为20min时，其开放程度还是比较好的。对50kV/m，脉冲频率为100次/s的脉冲电磁场时，照射时间为30min时，其开放程度还是比较好的。 注：‘1’表示场强为50kV/m的结果;‘2’表示场强为100kV/m的结果；‘3’表示场强为200kV/m的结果；‘4’表示场强为400kV/m的结果

现在我们采取单因素的方差分析方法，从我们所得的结果中计算出其平均均方值来研究量效关系。通过分析后得知，在100kV/m的电场强度下，改变辐照时间和辐照时的脉冲次数（100次/s和50次/s），发现只在辐照时间为10min时，不同脉冲次数的电磁场才能产生显著差异。其具体结果是，在100kV/m的电场强度下，脉冲次数为50次/s时，其均方平均值为1.32454与对照组(均方平均值为1.74259）的差异较大；当辐照时间为20min和30min时，不同脉冲次数的电磁场不能导致显著差异。对于不同的场强之间存在显著差异，其中在75kV/m的脉冲电磁场照射下，它的均方平均值为1.3564，与对照组的差异最大。对于不同的照射时间之间也存在显著差异，其中在照射时间为20min时，其均方平均值为1.41708与对照组的差异最大。从此，我们得出采用新仪器，选择场强为75kV/m，照射时间为20min的效果最好，也可以选择100kV/m的电场强度，脉冲次数为50次/s，其效果也好。这些结果与上面的结果基本一致。

2.2 脉冲电磁场血脑屏障开放以后对脑组织结构的损伤影响 我们将84只大鼠分成实验组和对照组，其中，60只大鼠分成5个实验组，每组12只，用新仪器进行照射，其照射的场强分别为50kV/m， 75kV/m，100kV/m，照射时间分别为10min、20min和30min，脉冲次数都为100次/s。对旧仪器仅用了400kV/m场强，100次/s的脉冲电磁场，照射时间为30min。按照上述方法，取出实验组和对照组中大鼠的大脑额叶，然后用Nexus 670FT-IR红外光谱仪测量血脑屏障组织额叶分子结构的改变情况，进行红外光谱的测定。其测量的每组的平均红外吸收谱示于图3中。从图3看出，在经过不同条件的电磁场照射后，大鼠脑组织的红外光谱的峰值位置没有改变，但峰值的强度发生了变化，特别是新仪器的50kV/m，30min和新仪器的100kV/m，10min组在2800～2900cm-1峰值的变化较明显。由于红外光谱表征了生物组织中分子结构和构象及分子极化效应等特征。如果有新峰产生，旧峰表明有新的结构模产生和分子结构和构象的变化。而吸收峰的幅度的变化表征了分子极化效应的增加和跃迁偶极矩的增大。上述的脑组织额叶的实验组和对照组的红外光谱的对照中，我们仅发现了峰值强度的改变，而未发现新峰的产生和频率的红移。因此，我们可以得出，用我们所制造的开放血脑屏障的脉冲电磁仪照射大脑组织的时候，并没有使分子的结构和构象发生变化，仅是它们内部分子的极化效应增加。这种极化增加是可以理解的。它是由于所加的电磁场的电场力使带电的分子如蛋白质分子发生了极化效应所产生的。由此可以得出，我们所加的电磁场对大脑组织的损伤是非常之小的。图3 对照组和实验组中的大鼠大脑额叶的红外光谱

我们将48只大鼠分成实验组和对照组，其中，40只大鼠分成5个实验组，每组8只，用新仪器进行照射，其照射的场强为100kV/m，照射时间分别为10min和30min，脉冲次数都为100次/s。对旧仪器用场强分别为400kV/m，100kV/m， 100次/s的脉冲电磁场，照射时间为30min，10min。按照上述方法，取出实验组和对照组中大鼠的大脑额叶，然后用F700荧光光谱仪测量它的荧光光谱。其测量的每组的平均荧光光谱示于图4中。从图4可知用脉冲电磁场照射大鼠大脑额叶组织后，所有实验组的荧光光谱的强度相对于对照组都有不同程度的增加，其中用场强为100kV/m，脉冲频率为100次/s的旧仪器照射10min后的荧光光谱的强度增加非常大；用场强为100kV/m，脉冲频率为100次/s的旧仪器照射30min后的荧光光谱的强度增加减少了；其用场强为100kV/m，脉冲频率为100次/S，照射时间分别为10min和30min的新仪器引起的脑组织的荧光光谱的强度是基本一致的，它们的强度都低于前两种的情况，但都高于用场强为400kV/m，脉冲频率为100次/s的旧仪器照射10min后的荧光光谱的强度。由于一种组织的荧光光谱表征了组织中的原子和分子当中的电子的跃迁强度和分子中活性中心能量转移和受杂质缺陷影响后的增强和淬灭大小。上述在照射后，组织荧光光谱的表征只是增加了荧光的强度和峰值半宽度，没有新峰的出现和频率的移动。这表明，用脉冲电磁场照射后，脑组织的分子结构没有发生改变，只是增强了电子跃迁的强度。这与前面用红外光谱测量的结果一致。由此我们可以从这两种光谱技术得出的结果可以证明，用宽谱带脉冲电磁场开放血脑屏障后并没有使脑组织的分子结构发生改变。因此，产生的损伤是非常小的。

3 结论

我们这里研究了用不同宽频带强脉冲电磁场开放血脑屏障，研究开放程度与外加电磁脉冲的场强、频率和暴露时间的量效关系，并得出了它们之间的变化规律曲线，由血脑屏障开放所引起的脑组织和血脑屏障组织损伤、破坏等负面效应的程度。从这个量效关系得出，新仪器和旧仪器比较起来，新仪器的效果比较好，它们对血脑屏障开放程度大大高于旧仪器，并有明显的变化规律，即随着照射时间和场强的增加，血脑屏障的开放程度越来越大，在照射20min时候，效果最好。 同时 我们用Nexus 670FT-IR红外光谱与F700荧光光谱仪测量血脑屏障组织额叶分子结构的改变情况时发现大鼠脑组织的红外光谱与荧光光的峰值位置没有改变，但峰值的强度发生了变化。 这表明所制造的开放血脑屏障的脉冲电磁仪照射大脑组织的时，并没有使分子的结构和构象发生变化。 因此，脉冲电磁场对大鼠脑部组织产生的损伤是非常小的， 这些成果为脉冲电磁场开放血脑屏障达到实际和临床运用奠定坚实的基础。因此具有重要意义。

（本文彩图见封三）

参考文献

1 H.K Kinderg. Current concepts of brain edema: Review of laboratory investigations. J Neurosurg，1995，83(60)：105.

2 庞小峰.生物电磁学.北京:国防工业出版社，2008.

3 庞小峰.生物物理学. 成都:电子科技大学出版社，2007.

4 邝芳，王白忍，王凌，等.利用伊文思兰的荧光显示肾上腺素诱发的血脑屏障开放. 神经解剖学杂志，1997，13:417-420.

5 李静，郭鹞，郭国祯，等.电磁脉冲对对大鼠、小鼠大脑功能及形态的影响.西安:第四军医大学出版社，1999， 4-6.

电磁的磁效应范文第11篇

【关键词】  电磁脉冲；数据库；元数据；数据字典

Establishment of a metadata standard reference frame for sharing database on biological effect of electromagnetic pulse

【Abstract】 AIM: To establish a metadata standard reference frame for sharing database on biological effect of electromagnetic pulse (EMP). METHODS: In accordance with international and national standard basic form of metadata and in combination with the noun, terminology and information code standard of biological experiment, a metadata standard reference frame was established. RESULTS: The first level of metadata frame was composed of sign information, acquisition information, administration information, description information, visit information and metadata administration information. And description information was composed of leading unit information, range of time, experimental parameter information, tried object information, experiment design information, observation index information and statistical analysis information. CONCLUSION: The metadata standard reference frame could not only serve the sharing database of EMP biological effect, but also provide the specification of sharing data for other largescale researches.

【Keywords】 electromagnetism pulse； database；metadata； data dictionary

【摘要】 目的：建立电磁脉冲（EMP）生物学效应共享数据库元数据标准参考框架. 方法：参照元数据（metadata）的相关国际和国内标准基本格式，结合生物学实验的名词、术语、信息代码标准. 结果：一级元数据框架由标识信息、采集信息、管理信息、描述信息、访问信息和元数据管理信息六方面的内容组成. 其中描述信息由负责单位信息、时间范围、实验参数信息、受试对象信息、实验设计信息、观察指标信息、统计分析信息七个元数据实体组成. 结论：本研究所探讨的元数据标准参考框架不仅能够服务于EMP生物学效应的实验数据库共享，也可为其他大型研究信息共享提供元数据规范.

【关键词】 电磁脉冲；数据库；元数据；数据字典

0引言

电磁脉冲（EMP）生物学效应的研究需要大量动物实验和医学观察数据的支持，由不同单位各自组成若干个实验分课题组，进行不同方面的研究. 大量实验数据分散在不同单位、不同实验者手中，造成了数据流通不畅、无法共享的局面，也为整个研究的进展造成巨大的障碍. 由于这些数据往往是相互关联的，例如在相同实验参数条件下，实验动物不同系统、器官在结构、功能、代谢方面的改变. 这样，就需要一个数据平台把所有实验数据（包括相关的图片、文献资料等）集中管理，以利于检索、查询、更新和统计分析. 为了使平台数据库的内容能够为所有EMP生物学效应的研究者提供数据服务，必须采用元数据（metadata）来描述信息资源的属性［1］，并应用资源描述框架（resource description framework，RDF）作为携带元数据的工具实现信息交流和资源共享［2］.

1材料和方法

电磁的磁效应范文第12篇

【关键词】 电磁脉冲；数据库；元数据；数据字典

Establishment of a metadata standard reference frame for sharing database on biological effect of electromagnetic pulse

【Abstract】 AIM: To establish a metadata standard reference frame for sharing database on biological effect of electromagnetic pulse (EMP). METHODS: In accordance with international and national standard basic form of metadata and in combination with the noun， terminology and information code standard of biological experiment， a metadata standard reference frame was established. RESULTS: The first level of metadata frame was composed of sign information， acquisition information， administration information， description information， visit information and metadata administration information. And description information was composed of leading unit information， range of time， experimental parameter information， tried object information， experiment design information， observation index information and statistical analysis information. CONCLUSION: The metadata standard reference frame could not only serve the sharing database of EMP biological effect， but also provide the specification of sharing data for other largescale researches.

【Keywords】 electromagnetism pulse； database；metadata； data dictionary

【摘要】 目的：建立电磁脉冲（EMP）生物学效应共享数据库元数据标准参考框架. 方法：参照元数据（metadata）的相关国际和国内标准基本格式，结合生物学实验的名词、术语、信息代码标准. 结果：一级元数据框架由标识信息、采集信息、管理信息、描述信息、访问信息和元数据管理信息六方面的内容组成. 其中描述信息由负责单位信息、时间范围、实验参数信息、受试对象信息、实验设计信息、观察指标信息、统计分析信息七个元数据实体组成. 结论：本研究所探讨的元数据标准参考框架不仅能够服务于EMP生物学效应的实验数据库共享，也可为其他大型研究信息共享提供元数据规范.

【关键词】 电磁脉冲；数据库；元数据；数据字典

0引言

电磁脉冲（EMP）生物学效应的研究需要大量动物实验和医学观察数据的支持，由不同单位各自组成若干个实验分课题组，进行不同方面的研究. 大量实验数据分散在不同单位、不同实验者手中，造成了数据流通不畅、无法共享的局面，也为整个研究的进展造成巨大的障碍. 由于这些数据往往是相互关联的，例如在相同实验参数条件下，实验动物不同系统、器官在结构、功能、代谢方面的改变. 这样，就需要一个数据平台把所有实验数据（包括相关的图片、文献资料等）集中管理，以利于检索、查询、更新和统计分析. 为了使平台数据库的内容能够为所有EMP生物学效应的研究者提供数据服务，必须采用元数据（metadata）来描述信息资源的属性［1］，并应用资源描述框架（resource description framework，RDF）作为携带元数据的工具实现信息交流和资源共享［2］.

1材料和方法

1.1材料由于EMP实验研究均在同一实验环境、相同的实验参数条件下，各个实验小组统一进行，再各自研究实验对象不同脏器在结构、功能、代谢等方面的变化. 本研究的实验数据在某些方面，例如：实验参数、受试对象、实验设计类型、数据结构等，具有相同性或相似性. 因此，在元数据参考框架建立之初，首先收集某一实验小组的部分数据，对这些数据中涉及本研究的相关信息进行分析，并反复咨询实验者及实验组织者，从中查找出所有实验数据可能存在的共同的信息. 但各个分课题组因为研究内容的差异，相关的实验数据在具有共性的基础上又存在不同的特性，例如，有的实验小组只研究某一指标不同时间点的计量观察数据，而有的实验小组研究某一器官在形态、结构上的变化，就只需要图片的说明.

为了对数据集的统一，规定所有测量资料均以SPSS统计软件数据格式录入并上交，这样，既保证了数据格式的统一，也为后续的统计分析提供了便利. 所有影像资料均以图片文件格式存储并上交. 在教科书中对元数据的定义并不是十分严格的，在实际操作中所收集和记录的元数据的具体内容和层次弹性很大，根据具体情况由元数据库的设计者根据需要确定. 元数据库存储的信息在范围上非常广，可以具有多个层次的内容. 元数据库可以帮助用户从众多机构管理的大量数据集中找到自己所关心的数据的位置，也就是说，找到这个数据所在的数据集，知道是谁建立的这个数据集，谁是这个数据集的监管人，数据监管人的地址和联系方式(sdinfo.net.cn/ngcc/sdinfo/prodtecteddoc/mt9.htm).

1.2方法

1.2.1本元数据标准参考框架设计原则国际与国内相结合，即一些通用的元素采用国内外成熟的元数据规定的标准元素，如都柏林核心元数据（dublin core）［3］. 对于具有专有性的元素进行自主定义. 简单与准确相结合，简单是指元数据元素要少、元数据著录过程简单，但过于简单毕竟会影响到数据描述不全面、检索不准确. 因此，本标准参考框架是在简单与准确之间尽量进行权衡，以达到最优的结合. 具有互操作性：设计本元数据，不仅要能方便的为自己建立的各相关应用系统所操作，还应尽可能的为其他组织或机构所建立的应用系统所操作. 即在所携信息损失最小的前提下，可方便的转换为其他系统常用的元数据. 具有可扩展性：允许使用者在不破坏已规定的内容下，扩充一些元素或属性值［4］.

1.2.2元数据结构设计元数据的内容结构是定义元数据的构成元素，包括描述性元素和管理性元素［5］. 描述性元素由两部分组成： ①引用DC的全部元素； ②结合EMP生物学效应实验的部分数据特点，通过增加限定词加以扩展和缩减. 本标准参考ISO 158362003版本(niso.org/internationgal/sc4/n515.pdf)中的15项元素作为基本对象(表1).

表1都柏林核心元数据元素（略）

2结果

通过引用DC元数据项目的15个元素为基础，并结合EMP生物学效应实验的部分数据特点，通过增加限定词加以扩展和缩减. 所建立的一级元数据标准参考框架（数据集元数据）由标识信息、采集信息、管理信息、描述信息、访问信息和元数据管理信息六方面的内容组成. 针对收集的实验数据，拟定出的数据集的元数据描述信息包括负责单位信息、时间范围、实验参数信息、受试对象信息、实验设计、观察指标、统计分析七大部分，43个项目，共同组成了一个数据集的基本信息. 由于EMP生物学实验的特殊性，仅列出部分元数据的描述信息(图1).

图1EMP生物学效应共享数据库元数据标准示意图（略）

在建立一级元数据框架同时，参照医学名词、术语、信息代码标准，建立数据字典框架. 数据字典框架由数据集信息（基本信息以及图片信息）、数据字典管理信息、数据项信息三方面的内容组成.

3讨论

本标准参考框架的初步制定为EMP生物学效应实验的研究工作起到了极大的辅助作用. 实验研究者可依靠本标准，将各研究单位所提交的繁复的实验数据统一，为后续的总体研究分析以及信息共享奠定基础.

针对医药科学研究方面积累的大量关于基础、临床、预防及中医药的科学研究和观察数据，由于这些数据资源分散在不同领域、不同单位和不同专家手里，存在着同种疾病科学数据分割、流通不畅、无法共享的局面，导致了许多研究重复和资源浪费. 本研究提供的共享数据库元数据标准参考框架不仅能够服务于EMP生物学效应的信息共享，也可为其他大型研究信息共享提供元数据规范参考.

参考文献

［1］ 范敏，朱福成，吴勇军. 一种基于元数据的Web数据共享技术［J］. 绵阳师范学院学报， 2004， 23(2):34-40.

［2］ 陈虹涛，李志俊. 元数据的标准规范及其互操作性［J］. 情报杂志， 2005，(7):93-95.

［3］ 朱慧，劳瑞勤. 元数据的新贵：都柏林核心［J］. 情报资料工作， 1999，(5):19-23.

电磁的磁效应范文第13篇

论文 关键词：电磁辐射；生物效应；抗辐射镜片；防护

论文摘要：日益增多的电磁辐射成为危害人体健康的环境污染之一。具有抗辐射功能的镜片能有效阻止有害电磁波进入人眼，从而减少视觉疲劳、预防视力下降，减小视力丧失的可能性，大大降低电磁辐射对人眼的伤害。

电磁辐射作为环境污染和职业危害的一种新形式，受到政府和社会各界的普遍关注。联合国人类环境会议已将电磁辐射列为必须控制的公害之一。电磁辐射对生物体的致伤效应，目前已成为医学领域的重大研究课题。眼睛作为人体最重要的感觉器官之一，容易受到电磁辐射的损伤。抗辐射镜片能有效阻止有害电磁波进入人眼，从而降低电磁辐射对人眼的伤害。

1 电磁辐射

在空间区域内当存在变化的电场时，会在临近的区域引起随时间变化的磁场，变化的磁场会产生新的电场，交替变化的电磁场在空间中按照一定速度由远向近传播，形成了电磁波。低频的电磁振荡主要借由有形的导电体传递，磁电之间的相互变化比较缓慢，几乎没有能量辐射出去，而是全部返回原电路。当电磁振荡频率逐渐变高时，电磁振荡既可以束缚在有形的导电体内传递，也可以在自由空间内传递。在自由空间内传递的高频率电磁振荡，磁电互变速度加快，能量不再以电振荡的形式全部返回原振荡电路，电能、磁能随着电场与磁场的周期变化以电磁波的形式向空间传播出去，在不借助任何介质的情况下以波的形式向外传递能量，这就是电磁辐射[1]。电磁辐射是传递能量的一种方式，电磁辐射所衍生的能量，取决于频率的高低，频率愈高，能量愈大。

电磁辐射广泛存在于职业场所和生活环境中，生物体时时刻刻都会受到不同程度的电磁场辐照。 自然 环境中的电场和磁场分别为10－4v/m和10－13t，而50hz高压输电线下的电场和磁场约为1～10kv/m和1－10μt，极端情况下可达到11kv/m和100μt；普通居民家中的本底电场约为1－10v/m，但电热毯或加热水床可达几个kv/m[2]。电磁辐射的频谱很宽，频率范围从0至1025 hz，不同频率的电磁辐射其生物学效应不同。广义的电磁辐射是指所有能辐射出能量的电磁波，狭义的电磁辐射指频率小于300ghz的在生活环境中存在并且可能对生物体造成某种伤害的电磁波。抗辐射镜片所指的辐射是针对于在一定时间或者一定强度下会对人眼产生暂时性、永久性或者累积性伤害的电磁辐射。

2 电磁辐射的生物效应

电磁辐射使生物系统产生的与生命现象有关的响应称为电磁辐射的生物学效应。影响电磁辐射生物学效应的主要参数是频率和强度，不同频率和强度的电磁辐射产生生物学效应的方式不同，效应也不同[3]。电磁辐射效应按照效应出现时间可以分为近期效应和远期效应。从电磁辐射的热作用方式达到一定量值或者一定时间的生物学效应可以分为热效应和非热效应。热效应和非热效应作用于人体后，对人体伤害尚未进行自我修复之前，再次受到电磁辐射，其伤害程度就会发生累积，这种效应称为电磁辐射的累积效应[4]。

世界卫生组织在1998年的调查报告中指出，过量的电磁辐射可导致视力下降，严重者可导致视网膜脱落。长期遭受低强度电磁辐射的作用，可促使视觉疲劳，眼睛不舒适和眼感干燥等现象发生。眼睛是人体中对电磁辐射比较敏感的器官之一，容易受到电磁辐射的损伤。眼部无脂肪层覆盖，眼组织含有大量的水分，晶状体缺少血管散热，在受到电磁辐射热效应后，晶状体蛋白质凝固并产生酶代谢障碍，从而导致晶状体混浊，严重的会形成白内障[5]。同时强电磁辐射会使人眼的重要器官角膜受到伤害，从而造成视觉疲劳、视力下降或丧失。

3 抗辐射镜片的原理

电磁波通过不同介质时，会发生折射、反射、绕射、散射及吸收等。为了有效的阻止有害电磁波进入人眼，必须在镜片中添加特定材料或者在镜片表面进行镀膜，从而能够将特定频段的电磁波通过折射、反射、吸收等方式屏蔽，同时要保证可见光能够正常透过镜片进入人眼之中。由于镜片折射率差异较大，选择添加抗辐射材料很难保证镜片稳定的光学特性，因此选择具有吸波特性的材料镀膜至镜片表面是实现镜片抗辐射功能的重要形式。

应用于镜片镀膜的材料必须在超薄厚度的前提下具有良好的吸波作用和透明导电的特性，对于可见光区具有非常优良的透过率。能够产生吸波作用的材料主要有羟基铁、导电高聚物、多晶铁纤维、金属氧化物超细粉末等[6]。多数吸波材料的共同缺点就是不透明，无法应用于镜片镀膜中。经过细化的金属氧化物吸收剂粒子的磁、电、光等物理性能发生了质的变化，同时具有吸波、透波等功能。

抗辐射镜片按其作用原理可以分为吸收型抗辐射镜片和干涉型抗辐射镜片。吸收型抗辐射镜片是利用材料吸收入射的电磁波，并将电磁能转变成热能。干涉型抗辐射镜片是利用电磁波在传播过程中到达各膜层分界面以及膜层和镜片基体分界面上会发生反射、吸收和透射三种光学作用以此改变电磁波传播方向或者使电磁波产生干涉作用而相互抵消。

抗辐射镜片可以选择采用特殊工艺将金属氧化物超细粉末镀膜至镜片表面的方法来阻挡有害电磁波。由于金属氧化物膜层对于可见光的透过率很高，同时能够对某些频段的有害电磁波有效阻挡，可以满足眼用镜片的需求。当电磁波到达镜片外表面膜层时，产生反射、吸收和折射的作用。外表面膜层只吸收很小一部分电磁波，而反射和折射是主要的。折射过的电磁波通过镜片基体后有少量的反射和吸收，大部分电磁波正常透射到达镜片内表面，内表面膜层反射的电磁波和从外表面透射到达镜片基体的电磁波在满足一定条件下产生干涉作用，相互抵消。镀膜方式也可以采用单面多层镀膜，利用多层膜之间产生干涉相消来阻挡电磁波的通过。

4 结论

在电磁辐射广泛存在的今天，采用镀有金属氧化物超细粉末膜层抗辐射镜片能缓解电磁辐射对人眼的近期效应、远期效应以及累计效应，能有效减少视觉疲劳、预防视力下降，减小视力丧失的可能性。在辐射可能存在的环境中应用抗辐射镜片是保障良好视觉状态的重要手段之一。

参考 文献

[1] f.h. read著． 密予宏译． 电磁辐射．高等 教育 出版社，1988

[2] 黄德寅．电磁辐射对生物体的生物学效应．职业卫生与应急救援，2004．3

电磁的磁效应范文第14篇

王昕  王静怡

（.王昕.福建水口发电集团有限公司，福州 350004）

摘要：本文概述了隧道磁电阻（TMR）效应的技术原理，着重介绍了基于TMR效应的传感器的工作原理和性能特性，分析了其存在的优势和不足，展望了TMR技术在电力系统中的应用前景。

关键词：隧道磁电阻效应；传感器；电力系统

1 引言

传感测量技术贯穿了电力系统发电、输电、变电、配电、用电和调度等主要环节，是实现电力系统智能化的必要条件[1]。传感器技术的进步与材料学中新发现密切相关。隧道磁电阻效应是近年新发现的物理现象.本文主要讨论隧道磁电阻技术在电力系统传感测量中的应用。

2 磁电阻效应

2.1巨磁电阻效应

磁电阻效应是指由磁场引起的材料电阻率发生变化的现象，其变化大小的比率称为磁电阻变化率，记为MR=Δρ/ρ(H) =[ρ(0)- ρ(H)]/ρ(H)。大多数磁性金属都存在磁电阻效应效应,但MR值很小，一般低于3%，因此实用性较低。1988年，科学家在Fe/Cr多层膜中发现了巨磁电阻效应(Giant MagnetoResistance Effect，GMR效应)（图1）。GMR效应的MR值接近50%，因此很快实现工业应用并成为大容量硬盘制造的关键技术。2007年发现GMR效应的两位科学家获得了诺贝尔物理奖[2]。GMR技术已应用于多种磁敏传感器中，但由于层间交换耦合导致饱和磁场较高，影响了基于GMR技术的传感器的敏感度。

2.2 隧道磁电阻效应

随着GMR效应研究的深入，在铁磁层/非磁绝缘层/铁磁层类型磁性隧道结（Magnetic Tunnel Junction，MTJ）（图2）中发现了隧道磁电阻效应（Tunnel MagnetoResistance Effect，TMR效应），其MR值可以达到400%。TMR效应来源于电子自旋相关的隧穿效应，即当两铁磁层平行时，一个磁性层中的多数自旋子带的电子将进入另一磁性层中多数自旋子带的空态，少数自旋子带的电子也将进入另一磁性层中少数自旋子带的空态，总的隧穿电流较大，磁性隧道结为低阻态；若两磁性层反平行时，一个磁性层中的多数自旋子带的电子将进入另一磁性层中少数自旋子带的空态,而少数自旋子带的电子将进入另一磁性层中多数自旋子带的空态，这种状态的隧穿电流比较小，是高阻态。由于两铁磁层的矫顽力不同，当饱和磁化时，两铁磁层的磁化方向互相平行，反向磁化时，矫顽力小的铁磁层磁化矢量首先翻转，两铁磁层的磁化方向变成反平行。因此，可以通过施加外磁场的方式改变两铁磁层的磁化方向为相互平行或反平行，从而使得隧穿电阻发生变化，即产生TMR效应 [2]。由于TMR磁性隧道结的两铁磁层间基本不存在层间耦合，所以只需要一个很小的外磁场即可实现铁磁层磁化方向的改变，引起隧道磁电阻的巨大变化，因此TMR元件具有很高的磁敏感度。而且，TMR元件还具有电阻率高、能耗小、性能稳定的特点，所以TMR元件作为磁敏感元件，在各种电流、位置、角度传感器中具有很好的应用前景。

3 隧道磁电阻传感器

3.1 TMR电流传感器

TMR电流传感器通常采用如图3（a）所示的惠斯通电桥结构，这种结构中包含有4个TMR元件，所有TMR元件均未屏蔽，但R1、R2和R3、R4的磁敏感方向相反。当磁场变化时，R1、R2电阻变大，而R3、R4电阻变小，这样可以输出较大的电压。TMR磁传感器也可以采用如图3(b)所示的半桥结构，这种结构只包含2个磁敏感方向相反的TMR元件，虽然输出电压和灵敏度减小，但功耗低，尺寸小，成本低，使用更加灵活。

如表2所示，与现有的电流互感器、感应式磁力计、霍尔传感器和OFCT电流传感器等电流测量方式相比，TMR电流传感器具有能够测量从直流到高频（MHz）信号、测量范围宽、灵敏度高、温度稳定性好、体积小等优点。而且，对于电力系统分布式测量和数据采集而言， TMR电流传感器具有结构简单、成本低廉、便于大规模推广使用的优势。

附表2 TMR与常见电路传感器

种类

CT电流互感器

霍尔电流传感器

光纤电流传感器

TMR电流传感器

原理

电磁感应

Hall效应

磁光效应

隧道磁电阻效应

体积

大

小

大

小

直流测量

否

是

是

是

灵敏度

低

低

高

高

有源/无源

无源

有源

无源

有源

成本

高

低

电磁的磁效应范文第15篇

关键词：开关电源；磁集成技术

中图分类号：O434文献标识码： A

一、磁组件建模的方法

磁组件建模的理论依据是磁路的基本定律与电磁感应定律。目前主要有两种磁组件等效电路模型：电感--变压器表征的等效电路及回转器、电容表征的等效电路。

推导电感、变压器表征的等效电路的方法主要是对偶变换方法，即依据磁组件的磁路模型，进行对偶变换从而导出磁组件的电路模型。

建模过程可分为四步：首先根据磁路欧姆定律，画出磁组件等效磁路；然后运用对偶原理，得到等效磁路的对偶图；对对偶图进行尺度变换，得到电流及磁链关系图；最后，应用法拉第电磁感应定律与变压器的阻抗变换关系，由电流、磁链关系图变换得到等效电路。对偶变换的目的是将磁动势包含的i与电路的电流i、磁通φ与电路中的电压v(v=Nφ)，建立联系，以完成磁路向电路的转换。也可以依据电感的定义式L=φ/i推导各端口的等效电感，与表达式及变压器阻抗变换关系、电路串并联关系相结合画出等效电路图，其实这两种方法的本质是相同的。

磁组件的电感--变压器等效电路模型与常用电路相同，便于电路的直接比较、解析分析等，应用广泛，但推导过程繁琐，因此，对磁组件按照磁柱划分，得到磁组件的电感--变压器等效电路通用模型，解决了这一问题。但是，建立复杂磁芯结构磁组件的电感--变压器等效电路很困难，而且电感--变压器等效电路未能直接反映磁组件的磁路参数。为此，David C．Hamill在1993年提出另一种磁组件等效电路模型：回转器--电容等效模型。

回转器--电容等效模型是根据Buntenbach 1968年提出的磁路与电路的模拟关系而得出的磁组件等效电路。根据所采用的模拟关系称其建模方法为磁导电容模拟法，下面用图l(a)所示的电感为例进行说明。图中φ为磁通、Λm为铁心磁导、Λ为气除磁导，v，i为磁件绕组的电压、电流，N为绕组匝数，F为绕组电流产生的磁势。该磁件可分为两部分：①连接磁路与电路的绕组；②磁路部分。其中绕组连接电路和磁路，可被看作二端口组件。根据法拉第电磁感应定律及磁动势的定义，对于该绕组有式(1)成立，即

由于φ和F，分别模拟于电路中的电流和电压，式(1)给出的函数关系与电路中的二端口组件一回转器的特性一致，因此，可用回转器作为绕组的等效电路模型，如图1(b)所示。其中，绕组匝数N相当于回转电阻，成为有量纲参数，单位为Ω。在绕组的回转器模型包含了F、φ等磁路参数，因此，磁路部分的模型只需要表征磁路的特性参数。根据模拟关系，可以直接用电容替代铁心和气隙磁导，磁路中各种关系不变。这样就可以得到图1(b)。显然，对于任意磁组件，用回转器模型表示磁组件绕组、电容模型表示磁导，就能得到磁组件的等效电路模型。

该建模方法简便、直接，并同时反映磁组件的电路和磁路特性。用电流控制电压源代替回转器，如图l(c)所示，就可进行电路仿真。此外，该模型中磁芯的特性参数相对独立，磁芯的饱和、滞环等特性可以较方便地加入其中，而用电感--变压器等效模型则需要折算为电感。因而回转器--电容模型既能同时仿真得到电和磁的参数，又有利于磁组件的精确仿真，还使得建立标准化、系列化的磁芯仿真模型库具有强的实用价值，在磁组件仿真分析上具有明显优势，吸引了人们的研究兴趣。

D.C.Hamill提出用压控电匿源等效磁芯的饱和；M．Eaton用受控源进一步等效了磁芯的滞环特性，并提出回转器-电容-电阻磁芯等效模型，其中电阻用来表示磁芯损耗。

图1 电感的回转器―电容模型和相应的仿真模型

二、磁组件集成通用方法――解耦集成

分立的磁组件集成后互相没有耦合作用则为解耦集成，解耦集成主要影响磁组件的体积和损耗，对电压、电流影响很小。解耦集成是磁集成的通用方法，目前有两种解耦集成的方法。

提供低磁阻磁路实现解耦是常规的解耦方法。图2说明如何运用该方法实现两电感的解耦集成。图2中N1、N2为电感绕组，绕在磁芯两侧柱上。磁芯中柱无气隙，其磁阻远小于有气隙的侧柱，所以N1、N2产生的磁通经中柱形成回路，互相之间基本无耦合。该方法可以推广到多个磁组件的解耦集成。由于需要一条独立、低磁阻的公共磁路，n个磁组件解耦集成要求磁芯至少有n+1个磁支路。从该解耦思路出发，也可以得到变换器电感解耦集成的通用方法。

图2解耦集成方法l用于两电感集成

另一种通过抵消耦合作用实现解耦集成的方法。用图3来说明如何运用到两电感的解耦集成。图3中，电感l绕在磁芯中柱，匝数为N1,磁通经两侧柱闭合。如图3所示，为了抵消电感1产生的磁通，电感2被拆成N21、N22两个绕组串联绕在侧柱上，使电感l产生的磁通在磁芯左侧柱与N21，产生的磁通方向相反，而在右侧柱与N22的方向相同。进一步合理设计磁阻，就可抵消磁通耦合作用实现解耦。该方法推广到电感与变压器、变压器与变压器的集成。由图3可以看出，中柱绕组对两个侧柱磁通的作用相反，两侧柱最大磁通密度差别明显。对此，将心移到磁芯中柱、电感1移到磁芯右柱，使磁通尽量均分，提高磁芯的利用率。这种方法除了存在磁通分布不均的问题，还有不易于推广到多个磁组件的解耦集成。

电感与电感集成得到通常讲的耦合电感，根据电感绕组电压的关系可分为两类。一类是绕组与电压成比例，另一类是电感绕组电压有相位差。

绕组与电压成比例意味着与绕组匝链的交变磁通相同，因此，可用单磁路磁芯进行磁集成。这类磁集成被用于减小电流脉动甚至获得零纹波，应用非常广泛。这类磁组件集成在实际应用方法简单、通用。对于电感绕组电压存在比例关系的电路拓扑，如Cuk变换器、电压型多路输出电源，可直接将分立电感集成。对于一般变换器，Gordon Bloom早就提出可以外加电感和电容，实现纹波抑制。图4说明如何在Buck变换器应用该方法，图中Lo为输出滤波电感，La为外加电感，Ca为外加电容。稳态时，不考虑电容电压脉动，Ca上电压与输出电压相等，所以La与Lo上的电压满足电压成比例的条件，电感集成能减小输出电流脉动，合理设计参数可实现输出零纹波。此类磁组件的应用极其广泛。

电感绕组电压有相位差，这一类电感集成主要应用于多路交错并联工作的变换器，根据磁通作用的不同可将磁集成方式分为两种：正向耦合和反向耦合方式。当绕组产生的磁通互相增强，就是正向耦合方式；反之，为反向耦合方式。研究结果表明，磁通反向作用集成方式相对更优。

电感与变压器集成被应用于多种隔离型变换器，如正激变换器、推挽变换器、CDR电路、单级功率因子校正电路，以及谐振变换器。其中，磁集成的CDR电路一直是研究热点。

图5IM-CDR电路的改进和完善

图6 不对称半桥倍流同步整流电路及其IM变压器

图5(a)是分立组件的CDR电路，图5(b)为C．Peng提出的最早的磁集成CDR电路，这种电路虽然减小了磁组件数量，但较多的绕组和连接端限制了磁集成技术的应用。将图5(b)--次绕组拆分，并与电感绕组合并就得到Wei Chen提出的磁集成方案，见图5(c)。这种方案减少了连接端子和绕组数量，非常适用于大电流场合。但该磁组件中，绕组分别位于三个磁柱，存在较大的漏感，会降低变换器性能。此外，为了减小一次侧电流脉动，气隙集中在侧柱而中柱无气隙，一方面不利于生产、安装，而且气隙处的散磁还会增加铜损。为此，Peng Xu拆分图5(c)磁集成的一次侧绕组、改变绕组连接方式，并将气隙集中到磁芯中柱，得到图6(d)所示的磁组件。改进的磁组件不仅减小了漏感，结构更便于生产，还有利于减小铁心损耗和电流脉动。

可以看出，一种分立组件的电路对应有多种磁集成电路和结构，磁组件的变换(如绕组拆分法)是磁集成技术改进、完善的基础，结合电路对磁集成组件进行比较、改进、完善是充分发挥磁集成作用的关键。

三、实验与模拟结果

以磁集成技术在低压大电流输出的DC／DC变换器中的应用为例，介绍电感和变压器的集成方法和原理。并对拓扑进行了模拟。图6为不对称半桥倍流同步整流电路及其IM变压器图。瑚变压器是Wei Chen提出的CDRIM(IM―CDR)电路圆，包括了变压器T和两个电感L。、L2的集成。采用了一种新的建立磁件模型的方法：磁导--电容模拟建模法，建立了磁件的回转器一电容模型，对整个电路参数进行了详细计算，用MULTISIM2001进行了模拟，得到了与理论相符的结果。

图7所示的是材质为N一2H的扁平型EE22 磁芯用于计算磁导的几何图。而磁导的计算结果则由表1给出

图6所示的IM-CDR回转器―电容模型如图8所示

Λ4是原副边的漏感，当D=0.5时，A近似为零，然而实际模拟时，漏感要考虑。

电路基本参数：额定输出电流30A；输入电压48V；额定输出电压：3.3V(±0．03V)；开关频率300kHz；匝比3：l。根据图6进行模拟，模拟波形如图9所示。模拟中，S1和S2都是开关器件，两个同步整流管由双肖特基二极管MBR20035CT替代，输出滤波电容为330μF0假设Λ4=0，则模拟结果见图9(a)和(b)；如果考虑漏感的情况，假设Λ4=10nF，那么模拟波形如图9(c)所示。再假设Λ4=0，而增加Λl=Λ3=300nF，即把磁芯两侧柱气隙开大，使三柱绕组电感量增大，最终仿真得到输出电压纹波如图9(d)所示。

分析图9可知，漏感的增加会影响效率的提高和整体的性能。其次，IM变压器侧柱绕组电感增加，使得输出电压纹波减小，而效率下降了，这说明IM变压器中的侧柱绕组和输出滤波电容组成了LC滤波电路，IM变换器和DM变换器基本性能相同。整个模拟很好地验证了磁集成的应用。

总之，磁集成技术在开关电源中的应用其优势是十分显著的，是非常值得推广的。

参考文献：