何超明[1]2003年在《人体电磁模型的初步仿真研究》文中认为本文综述了电磁场对神经和心脏刺激的研究进展，着眼于磁共振这个集中代表着磁场各项顶尖技术指标发展的系统中存在的电磁生理刺激问题，阐述了本课题研究的必要性，并引出研究方法；对本课题采用的研究方法即时域有限差分法做了介绍，包括数值稳定性分析和色散条件的分析，着重介绍了吸收边界条件的重要意义并对四类边界条件的理论基础做了说明；对四类边界条件进行数值仿真，对仿真结果进行了比较；对全人体模型做了梯度线圈激励下的数值仿真，考察梯度线圈在人体不同截面产生的平均特异吸收率分布情况，并通过改变梯度线圈的位置考察其对人体作用的影响；因为心脏截面有着较大的感应电流电流峰值，又由于心脏部位的敏感性和提高计算效率的需要，所以从人体模型中把心脏体段截取出来，考察梯度线圈电流作用下心脏部位的电流分布情况，从而评价梯度场对心脏刺激的作用，结果表明现有的磁共振系统的技术指标在最不利的情况下产生的涡流已经非常接近异常心肌细胞的刺激阈值。
陶贵生[2]2004年在《全人体电磁模型及其在电磁场生物效应中的初步应用研究》文中进行了进一步梳理本文简述了生物电磁学的发展概况，分析了磁共振成像(MRI)中由时变梯度场感应的涡流对人体外周神经刺激(PNS)和心脏刺激等生物效应机理。由此提出建立全人体电磁模型进行仿真研究的必要性。 基于电磁场的时域有限差分法(FDTD)和人体实测电磁特性参数构造出全人体电磁仿真模型软件包，建立本课题所需要的适合于时域有限差分法在网格空间中进行计算的叁维数值化人体电磁模型，实现了人体高度任一截面的等磁导线和等电导线图形的显示。针对时域有限差分法中的吸收边界条件的设定这一关键技术，考虑提高计算机的计算速度、节省内存、提高计算精度，对几类典型的吸收边界条件进行了仿真，并对仿真结果进行分析比较，得出使用完全匹配层(PML)比较理想。 进行MRI系统中纵向梯度线圈生物效应的初步仿真研究：结合人体电磁场模型，通过用“Maxwell对”实现纵向梯度线圈仿真，计算出全人体的感应涡流分布，得出的结果和阈值进行比较，发现感应涡流已很接近人体刺激阈值。因此，应把感应涡流值作为梯度线圈的优化设计的重要参数。 文章最后结合在课题研究中遇到的实际问题进行了分析和思考，提出了优化改进的办法。从节约计算机内存和提高计算速度方面考虑，电磁场数值计算建议采用时域伪谱算法(PSTD)来代替时域有限差分法(FDTD)，并进行了相应的比较和分析。提出采用现在比较流行的并行计算方法应用于仿真计算。
庞越[3]2011年在《手机天线对人脑的电磁辐射仿真研究》文中研究指明随着科学技术的迅猛发展和人们生活水平的日益提高,手机的持有量不断增大,已成为现代社会中不可或缺的信息交换工具.但手机的电磁辐射是否会对人体健康构成危害也同时成了人们关注的焦点.手机辐射总功率虽小。但由于在使用时天线距人的头部很近,因而头部可能处于强电磁辐射场环境中,而实验表明,在一定的电磁辐射条件下,可在人体组织中产生生物学热效应或生物学非热效应,从而可能对人体健康构成现实的或潜在的危害。手机与人体相互作用的研究是一项涉及面很广的课题,其主要原因是：从电磁场理论角度讲,涉及近场问题；从生物学角度讲,人体各组织问具有极不规则的边界,且各组织又具有不同的电特性和色散特性.这意味着,对该问题的研究需要综合并交叉运用电磁场理论、天线理论、电磁边值问题的数值解法以及生物医学方面的知识.本论文的研究内容主要包括正问题和逆问题两个方面：正问题是,处于手机辐射场近区的人体头颅对电磁功率有什么样的吸收特性,即有关分析计算头颅内的分布比吸收率SAR和平均比吸收率SARav的问题,并依据目前已有的非电离电磁辐射限制标准对其是否对人体构成危害作出评价；逆问题是,处于手机近场的人体头颅对手机天线的辐射特性会产生什么影响。正问题的研究结果可为射频电磁场在生物医学工程领域的应用以及为制定非电离辐射卫生标准奠定量化基础,逆问题的研究结果可为手机新产品的开发和性能的改善提供参考。本文在介绍生物电磁学及生物电磁剂量学基本知识的基础上,对时域有限差分法的基本原理和要点作了归纳：在讨论人体模型的建立原则的基础上着重阐述由人体解剖图获得(时域有限差分)FDTD法结构模型和电磁模型的过程；在建立人体头颅结构模型和电磁模型的基础上,用FDTD法对在手机近场的人体头颅吸收的电磁剂量进行了仿真计算；在分析平面倒F天线辐射特性的基础上,分析了人体头颅对手机天线辐射特性的影响。最后,将人体头颅吸收的电磁剂量和人体头颅对手机辐射特性的影响均以数据和图表两种形式给出。
杨丽[4]2007年在《手机辐射对人体器官影响的动态仿真研究》文中认为本文利用FDTD算法,计算和分析了手机使用时对于佩戴金属镜架和不佩戴眼镜两种情况下人体眼睛以及用耳机接听电话时人体心脏部位产生的场强和比吸收率。手机辐射是近年来电磁剂量学方面的一个相当重要的问题,也是人们普遍关心的问题之一,此方面的研究有相当重要的理论和现实意义。利用时域有限差分方法,结合手机辐射电磁模型和人体的生物电磁模型,研究了GSM 900MHz移动电话天线近区场中的人体眼睛和心脏在辐射系统峰值功率下比吸收率和场强的分布,并将计算结果同现有的国际卫生标准进行了比较。本文主要包括以下几部分内容:第一、将电磁场数值计算的常用方法FDTD引入到SAR模拟仿真计算中,并对边界条件、网格剖分进行定义,以更好的适应电磁辐射的计算。第二、建立了1/4波长的单极天线手机模型和佩戴眼镜和没佩戴眼镜两种情况下人体头部电磁模型。第叁、计算和分析了在佩戴金属镜架和没有佩戴眼镜使用手机时,眼睛内的场强和比吸收率的大小和分布。第四、对人体胸部进行建模,计算当人们将手机放在左上衣口袋,使用耳机接听电话时手机的电磁辐射对人体心脏的影响。计算结果表明:距离天线馈电点越近,电场强度越大;距离天线越远场强越小。SAR和电场强度具有相同的变化趋势,右眼附近的SAR变化比左眼大,因为手机的馈电点在右耳附近。对于佩戴金属镜架的头模型,其SAR的最大空间峰值几乎是没有佩戴金属镜架时的2倍,此时产生的电磁辐射使得SAR值超过了IEEE C95标准所规定的数值。手机放置在心脏附近部位时产生的电磁辐射要远小于头部模型计算的结果,主要因为人体心脏的电磁常数与头部的不同,SAR值均在参考标准允许的范围之内。
高阳[5]2015年在《高压输电线路电磁环境分析及人体生物效应研究》文中提出随着社会经济的日益发展、人们牛活水平的逐渐提高,电力需求的持续增长,目前的电网规模和配电格局都发生了较为重大的变化。电网的电压等级已经从高压(110-220kV)提升到超高压(500kV),甚至是特高压(1000kV),这必将导致输电线路周围电磁场强度增大,电磁环境问题恶化。同时,为了提高供电质量,越来越多的输电线路接近甚至置身于人口聚集区,人们对于高压输电线路的电磁环境问题和可能引起的生物效应非常担忧,相关媒体的报道更是给公众造成了巨大的心理压力,因此,电磁环境问题成为制约特高压交流输电发展的一个重要因素。而将特高压输电线路与高压、超高压进行比较可知,其无论在电压等级、线路结构方面,还是在运行环境、导线类型等方面都有很大不同,因此用已经得到的研究成果去评估特高压条件下的电磁环境和生物效应是不准确的也是不科学的。在这一背景下,本文以1000kV特高压输电线路为研究对象,就输电线路周围的电磁环境和生物效应两方面进行了详细的仿真研究,得到了一定的研究成果,可以为特高压输电系统的建设和优化提供一定程度上的参考和建议。用客观的科学数据为支撑,削减甚至消除民众对特高压交流输电系统所造成的电磁污染的过分恐慌。研究成果：(1)在电磁环境方面,首先,分析了目前应用于叁相输电系统工频电磁场计算的几种典型方法(有限差分法、模拟电荷法、有限元法等)。分析并比较各种算法的优缺点及适用情况。其次,建立了特高压交流输电线路的二维电磁场模型,通过]inatlab仿真分析线路周围电磁场强度的一般分布情况与变化规律,着重仿真相导线间距、分裂导线结构、相导线布置方式以及导线对地距离等因素变化的情况下,特高压输电线路周围电磁场强度分布规律。(2)在生物效应方面,创新性地构造了一种人体模型,该模型可以有效模仿人体内部电磁特性。基于上述模型,并采用数值法与解析法相结合的计算方法,用电磁场仿真软件ANSYS仿真人体内部电磁场的具体分布情况以及线下人体吸收的电磁场能量(SAR)。同时,分析造成人体内电磁场分布发生变化的因素,仿真了在不同输电线路布置方式、不同电压等级、不同电流等级、不同子导线结构、不同相问距和对地距离情况下人体内电磁场分布的变化规律。最后,根据仿真计算结果,对照现行的主流安全标准,就特高压输电系统与人类健康的关系从热效应和非热效应两方面分别进行分析,并得到初步成果。
肖烁[6]2016年在《小型化可穿戴天线研究》文中研究表明由于在多个领域的潜在应用价值,如个人医疗保健,识别系统,娱乐和医学应用,人体中心无线通信逐渐成为第四代移动通信系统的一个重要组成部分。在这些应用中,各个移动终端设备必然要通过无线的形式将各个电子设备进行互联,这就需要信号的接收与发射,而这正是天线的作用所在,那么对作用于人体上的可穿戴天线的研究有着重大的意义。可穿戴天线的设计与我们一般设备天线的设计不同,它必须考虑人体本身是个多种介质混合的复杂电磁结构。在生物结构上人体由多种电磁特性不同的器官组织构成,而且大多数器官组织都是非均匀介质,同时不便于测量研究。因此,研究人体与天线的相互影响来进行可穿戴天线的设计必须要建立详细的电磁人体模型。本文的主要从以下几个方面来对可穿戴天线进行研究:首先根据各类文献中人体组织电磁特性参数的基本情况,进行梳理分析,并采用同轴线终端开路法对活体生物组织以及部分人体组织的相对介电常数进行替代性测量,对测量结果进行对比验证,选取有效结果进行建模的参考。其次,通过建模软件根据成年男子人体建立完成的人体结构模型,并对其赋值、剖分、计算分析。从部分到整体,从多层介质到单一介质,在保证天线辐射情况的条件下,分层次来进行人体电磁模型等效简化的研究。最后,通过前面部分得到的等效的人体电磁模型来研究人体对可穿戴天线的辐射影响。总结人体对天线辐射性能影响的规律,并通过天线辐射表面及人体表面的电流分布对影响原因进行探讨分析。
张书轶[7]2016年在《屏蔽服屏蔽效能测试方法研究》文中指出如今科技高速发展,人员在各个领域都很容易受到电磁辐射的影响,屏蔽服作为保护人员安全的主要电磁防护用品越来越受到人们的重视。但是目前国内外关于屏蔽服屏蔽效能测试方法的相关标准甚少。因此,通过一系列的研究,为制定出科学可行的屏蔽服测试标准提供可靠有效的参考依据成为目前一个迫在眉睫的问题。首先,由平板型材料的计算着手,结合全身屏蔽服仿真的方法分析了基于场的屏蔽效能与基于SAR的屏蔽效能之间的差别。比较由这两种评价方法所获得的屏蔽效能的不同,重点是填充材料对这两种评价方法的影响。之后,建立了在半电波暗室中使用全身人体模型的适用于完整屏蔽服测试的多点屏蔽效能测试体系。在此基础上,综合模拟仿真、实际测试、暴露限值分析等多种方法进一步深入比较了屏蔽服基于场的屏蔽效能与基于SAR的屏蔽效能;研究了若干影响因素对屏蔽服屏蔽效能的结果会造成的具体影响。分析过程中采用平均值比较等方式,得出了对于探头位置,放置于模型中心深处比放置于模型内表面边缘处更好；对于填充材料,有填充材料的测试优于无填充材料的测试：对于不同受试部位,暴露限值小且屏蔽效能低的头部、胸部、下腹部为屏蔽服多点测试法的必须测试点,与之相反的处于四肢处的手肘部与膝盖部则可以不测等结论。最后又建立了电磁护目镜单独的屏蔽效能测试体系。以此为基础,针对护目镜测试时头部专用模型是否为模拟人体皮肤组织的导电材料这一因素对屏蔽效能结果的影响进行了仿真研究。结果表明,在无填充的情况下,使用不导电模型会导致测试结果严重偏低失真,应当使用导电膜材质的模型。在有填充的情况下,模型是否为导电材料对测试结果影响很小。
黄国栋[8]2014年在《高压直流绝缘介质空间电荷运动分布仿真研究》文中指出近十几年间,高压直流输电工程在国内得到快速发展,高压直流输电技术相关问题如输电线路电磁环境、高压直流设备绝缘问题成为科研工作者关注的重点。本文以高压直流输变电系统关键设备—输电线路、直流分压器、换流变压器为研究对象,分别研究了空气介质和油纸绝缘介质内空间电荷的稳态分布和暂态运动。本文以上流元法为基础,耦合求解泊松方程和电流连续性方程,实现对空间电荷的运动分布进行仿真研究。传统上流元法在计算直流输电线路离子流场时,如果导线表面电荷密度以及空间电荷密度初始值设置的不合理,会导致离子流场在求解过程中无法收敛。本文引入自适应迭代控制因子,在保证不影响计算速度的同时提高算法收敛稳定性。针对实际输电线路研究了风速对离子流场产生的影响。以改进上流元法为基础,编制HVDC离子流场计算平台,可以实现对直流输电线路离子流场的工程计算。在二维上流元法的基础上,推导实现了叁维上流元法计算离子流场。传统上流元法在空间场域内寻找上流有限单元进行空间电荷密度更新时,采用堆栈内已知电荷密度节点逐一比较的方法判断是否构成上流有限单元,会浪费大量的时间。本文提出新型上流有限单元寻找策略,通过对相邻单元节点进行判断是否构成上流有限单元的方法,可以提高空间电荷密度更新效率。通过简单算例验证了新型上流有限单元寻找策略在进行空间电荷密度更新时的效率,该方法是求解叁维大规模离子流场的基础。对试验线路下方房屋附近合成场强进行计算,与试验测量结果进行对比验证了叁维上流元法在计算复杂结构附近离子流场时的精度。计算了特高压直流输电线路下方走廊处人体模型附近合成场强的大小,认为空间电荷的存在极大增强了人体周围的电场强度。对直流分压器附近离子流场的求解是直流分压器外绝缘问题研究以及结构优化设计的基础。实现了二维轴对称上流元法可以计算轴对称模型的离子流场。推导实现了瞬态上流元法,可以对空间电荷在空气介质中的运动过程进行仿真。提出空间电荷在绝缘介质表面的积聚特性以及稳态判据理论,基于二维轴对称瞬态上流元法,对针板电极电晕放电电荷在绝缘介质表面的积聚过程进行仿真,仿真得到的绝缘介质表面的电荷密度呈钟形分布,与试验结论一致。对直流分压器离子流场进行计算,结果表明,直流分压器周围存在的空间电荷对绝缘伞裙表面的电场分布起到一定程度的改善作用。采用瞬态上流元法求解双极性空间电荷输运方程,实现了对单层油纸绝缘介质内空间电荷运动过程的仿真,通过调整控制方程中的材料微观参数可以得到与试验测量数据较为一致的仿真结果。以上述仿真参数为依据,通过调整外加场强、电极注入势垒、载流子迁移率、陷阱捕获系数、陷阱浓度以及正负载流子复合系数等参数,研究了外加电场强度、温度梯度以及材料本身属性对油纸绝缘介质内部空间电荷运动特性产生的影响,得到的结论可用于对油纸绝缘介质击穿机理的研究。
童颖[9]2007年在《手机与人体相互作用的数值模拟研究》文中进行了进一步梳理随着科学技术的迅猛发展和人们生活水平的日益提高,手机的持有量不断增大,已成为现代社会中不可或缺的信息交换工具。但手机的电磁辐射是否会对人体健康构成危害也同时成了人们关注的焦点。手机辐射总功率虽小,但由于在使用时天线距人的头部很近,因而头部可能处于强电磁辐射场环境中,而实验表明,在一定的电磁辐射条件下,可在人体组织中产生生物学热效应或生物学非热效应,从而可能对人体健康构成现实的或潜在的危害。手机与人体相互作用的研究是一项涉及面很广的课题,其主要原因是:从电磁场理论角度讲,涉及近场问题;从生物学角度讲,人体各组织间具有极不规则的边界,且各组织又具有不同的电特性和色散特性。这意味着,对该问题的研究需要综合并交叉运用电磁场理论、天线理论、电磁边值问题的数值解法以及生物医学方面的知识。本论文的研究内容主要包括正问题和逆问题两个方面:正问题是,处于手机辐射场近区的人体头颅对电磁功率有什么样的吸收特性,即有关分析计算头颅内的分布比吸收率SAR (r)和平均比吸收率SARav的问题,并依据目前已有的非电离电磁辐射限制标准对其是否对人体构成危害作出评价;逆问题是,处于手机近场的人体头颅对手机天线的辐射特性会产生什么影响。正问题的研究结果可为射频电磁场在生物医学工程领域的应用以及为制定非电离辐射卫生标准奠定量化基础,逆问题的研究结果可为手机新产品的开发和性能的改善提供参考。本文在介绍生物电磁学及生物电磁剂量学基本知识的基础上,对时域有限差分法的基本原理和要点作了归纳;在讨论人体模型的建立原则的基础上着重阐述由MRI人体解剖图获得(时域有限差分)FDTD法结构模型和电磁模型的过程;在建立人体头颅结构模型和电磁模型的基础上,用FDTD法对在手机近场的人体头颅吸收的电磁剂量进行了仿真计算;在分析平面倒F天线辐射特性的基础上,分析了人体头颅对手机天线辐射特性的影响。最后,将人体头颅吸收的电磁剂量和人体头颅对手机辐射特性的影响均以数据和图表两种形式给出。
周晓明[10]2004年在《移动电话与人体系统建模及其数值模拟研究》文中进行了进一步梳理随着科学技术的迅猛发展和人们生活水平的大幅提高，移动电话(手机)的持有量急剧增加，已成为现代社会中一种大众化信息交换工具；与此同时，手机电磁辐射是否对人体构成危害，也自然成为人们关注的焦点。手机作为小功率的收发射机，在被操作时，由于天线离人头很近，头部处于近区感应和辐射场范围内，操作时不可避免地受到手机的电磁辐射，足够强的微波辐射可能对人体组织产生至热和非至热效应，从而构成对人体的潜在危害。 移动电话与人体相互作用的研究是一项牵涉面很广的电磁兼容复杂课题，需要综合应用电磁场与天线理论、计算技术和生物医学等方面的最新研究成果，具有很强的学科交叉特征。该领域的研究主要包括两个方面，一是揭示手机电磁辐射是否对人体构成危害以及构成危害的程度及其机理，即电磁作用剂量学与人体生物效应问题；二是探究人体对手机通信性能的邻近效应，因为通信过程中人体处于手机天线的近区场中，人体的邻近效应必然会影响到天线的辐射特性，在手机天线的优化设计中需要考虑人体尤其是头部的作用因素。该项课题具有重要的现实意义和学术价值，不仅为制订合理的非电离辐射卫生防护标准提供必要的资讯数据，而且可以为有效开展生物电磁学实验奠定理论依据，同时，对绿色环保型移动通信新技术和新产品的开发也将起到指导性作用。 本文中将从考察手机操作的真实情形出发，深入研究移动通信手机与人体相互作用系统的建模问题，并在此基础上进行一系列数值模拟仿真计算，主要工作概述如下： 首先，在查阅大量文献的基础上，综述手机电磁辐射问题国内外研究历程与现状，比较各种研究方法(实验法、解析法和数值模拟法等)的特点，阐述时域有限差分法FDTD(Finite-Difference Time-Domain)在该领域的应用成果及发展趋势，进而提出本文的研究内容、研究思路和研究方法。 其次，介绍与本课题相关的背景理论，包括生物组织电磁效应特性、电磁辐射剂量学表征参数及国内外已有的安全标准等，详细介绍了时域有限差分法的基本原理与方法。 接着，讨论了人头模型的建模步骤，着重描述由MRI人体解剖图获得FDTD几何-电磁网格的转换过程，提出了一种具有独创性的转换方法—加权平均法，采用这种转换方法，能够最大程度地利用MRI技术提供的图像信息，从而大大提高
参考文献：
[1]. 人体电磁模型的初步仿真研究[D]. 何超明. 浙江大学. 2003
[2]. 全人体电磁模型及其在电磁场生物效应中的初步应用研究[D]. 陶贵生. 浙江大学. 2004
[3]. 手机天线对人脑的电磁辐射仿真研究[D]. 庞越. 北京邮电大学. 2011
[4]. 手机辐射对人体器官影响的动态仿真研究[D]. 杨丽. 河北工业大学. 2007
[5]. 高压输电线路电磁环境分析及人体生物效应研究[D]. 高阳. 华北电力大学. 2015
[6]. 小型化可穿戴天线研究[D]. 肖烁. 电子科技大学. 2016
[7]. 屏蔽服屏蔽效能测试方法研究[D]. 张书轶. 东南大学. 2016
[8]. 高压直流绝缘介质空间电荷运动分布仿真研究[D]. 黄国栋. 武汉大学. 2014
[9]. 手机与人体相互作用的数值模拟研究[D]. 童颖. 西安电子科技大学. 2007
[10]. 移动电话与人体系统建模及其数值模拟研究[D]. 周晓明. 华南理工大学. 2004
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