低频脉冲磁场作用下计算机效应的试验研究

　　摘要低频脉冲磁场是一种常见电磁干扰源，可以在雷电放电、地面核爆炸及生产生活等多种活动中产生，具有低频、低阻和时变等多重特性，可通过直接穿透和磁电感应作用于计算机系统上，对其产生干扰或毁伤．为确定低频脉冲磁场对计算机系统的效应规律，文章利用螺线管脉冲磁场模拟装置，开展了低频脉冲磁场作用下联想品牌计算机(包括2款台式机和一款笔记本)效应的试验研究，得到了扰乱阈值和效应规律，分析了磁场特征参数与效应现象的关系，并与相关研究成果进行了对比.其中脉冲磁场上升时间在数μs至数百μs之间，磁感应强度最大约70mT.研究结果符合理论预期，并与现有成果逻辑关系一致，可为计算机系统及相近设备的低频脉冲磁场防护提供参考和依据．

　　关键词低频；脉冲；磁场；计算机效应；试验研究

　　潘征1，2石立华1李跃波2郑颖2熊久良2黄刘宏2

　　(1.陆军工程大学电磁环境效应与电光工程国家重点实验室，南京210007；2.军事科学院国防工程研究院，洛阳471000)

　　引言

　　计算机系统是电子信息系统的核心设备之一，计算机的电磁防护工作因此受到了广泛重视．目前关于计算机电磁脉冲效应的研究成果主要集中在高功率微波或快沿电磁脉冲效应方面，如高功率微波对计算机的毁伤效应、高空爆核电磁脉冲对计算机的毁伤效应及计算机机箱电磁耦合数值仿真等[1-5]，而低频脉冲磁场对计算机的效应研究相对较少．从公开文献来看，陆军工程大学在此方面开展了不少工作，如周璧华等对286计算机[6]、高成等对486计算机[7]开展的脉冲磁场环境下效应试验研究，其所用脉冲磁场均为上升时间约为数μs以内的快沿磁场．相近研究成果有兰州大学张国宾开展的脉冲磁场对典型电子器件影响机理研究[8]，所用脉冲磁场磁感应强度最大可达2T以上，脉冲上升时间在1ms左右，典型电子器件包括单片机系统、存储器、振荡器及磁敏器件等．

　　上述研究工作对低频磁场效应研究及其防护工作具有很好的参考价值和指导作用，但其研究内容未能涵盖上升时间在数十至数百μs范围的低频宽脉冲磁场，这种磁场可以在雷电放电、地面核爆炸及冶金制造等多种自然和人为活动中产生，具有很强的防护必要性．针对此种情况，本文利用螺线管低频脉冲磁场模拟装置，开展了低频脉冲磁场对联想品牌计算机的效应研究，得到了一些扰乱阈值和效应规律，并和现有成果进行了对比分析，可为计算机及相关设备的低频脉冲磁场防护提供参考和依据．

　　1试验环境与方法

　　1.1螺线管低频脉冲磁场模拟装置

　　螺线管低频脉冲磁场模拟装置主要由RLC串联回路构成，用于提供试验所需的低频脉冲磁场，通过高压电容C对大型螺线管L放电，在螺线管内产生试验所需的低频脉冲磁场，试验区域位于螺线管内部，螺线管直径最大6m，最小1.5m，磁场空间尺寸及均匀性满足试验要求．调节模拟系统中的R、L、C等电路参数和电容放电电压，可产生不同特征参数的脉冲磁场，脉冲磁场磁感应强度最大约70mT．文中所用的低频脉冲磁场场源及其主要特征参数如表1所示，不同放电电压下的典型波形如图1所示．经频谱分析可知，本文所用场源频率成分及其主要能量分布在100kHz以下，以磁场能量为主，且低于IEEE划分的低频范围30～300kHz，因此属于低频脉冲磁场．

　　表1低频脉冲磁场场源及其主要参数

　　Tab.1Low-frequencypulsedmagneticfieldsource

　　anditsmainparameters

　　width=357，height=193，dpi=110

　　width=346，height=214，dpi=110

　　(a)S1场源

　　(a)S1source

　　width=346，height=205，dpi=110

　　(b)S5场源

　　(b)S5source

　　1.2低频脉冲磁场测量系统

　　脉冲磁场测量系统用于测试试验过程中设备附近的实时场强，包括两套测量装置，分别采用电磁感应原理和霍尔效应原理进行测试，能够测试直流至1MHz的脉冲磁场，测试精度满足试验要求．系统各组成设备实物照片如图2所示，所测得的实际波形如图1所示．

　　1.3受试设备

　　考虑到试验样本代表性和数量要求，项目组共选取了6台台式计算机和3台笔记本式计算机作为试验样品，均为联想品牌．台式计算机包括Lenovo家悦E3608三台和LenovoMT8400三台，笔记本式计算机为Lenovo天翼F41笔记本3台．各计算机工作性能正常，组成完整．计算机主要性能指标及硬件配置如表2、表3所示．选取键盘和鼠标作为计算机的输入设备，选取打印机作为与计算机连接的输出设备，共3台，HP2132型，为复印、扫描及打印一体化喷墨打印机．

　　width=346，height=140，dpi=110

　　(a)霍尔原理磁场测量传感器

　　(a)Hallprinciplemagneticfieldmeasurementsensor

　　width=346，height=98，dpi=110

　　(b)电磁感应原理磁场测量传感器

　　(b)Electromagneticinductionprinciplemagneticfield

　　1.4试验方法与过程

　　试验采用辐照法进行，即将受试设备置于试验区域中，低频脉冲磁场直接辐照于设备上，通过对比设备效应现象与其受试状态及磁场特征参数的关联变化关系，得到低频宽脉冲磁场对计算机系统的效应规律和阈值．试验过程中，脉冲磁场主要参数按照磁感应强度逐渐增强、脉宽逐渐增大、脉冲上升时间逐渐减小的变化规律调节，受试设备按照从单一到系统、从简单到复杂的状态逐步接受磁场辐照，设备效应现象通过视频监控系统观察并存储记录．为保证试验数据的准确、全面，每种场值试验重复次数不低于3次，且每炮次间隔时间不小于2min．低频脉冲磁场对计算机系统的效应试验示意过程如图3所示．

　　计算机受试状态共有8种，如表4所示，主要根据计算机与输入输出设备的连接方式及其与磁场方向的相对角度确定，同时兼顾主机机壳完整、去掉机壳两种情况，每种状态下计算机的运行状态有待机、复制、磁盘碎片整理、闪盘复制、视频播放、打印等．

百度搜索“yundocx”或“云文档网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，云文档网，提供经典理学类低频脉冲磁场作用下计算机效应的试验研究在线全文阅读。