低频脉冲磁场作用下计算机效应的试验研究(2)

　　2试验结果

　　计算机系统在各种场源作用下的具体试验结果如表5所示，表中数值为效应现象发生时的空场磁感应强度量值．图4和图5分别给出了台式计算机显示器显示错误和主机重启的实际现象．试验结果表明，本文所用场源不能对计算机系统产生降级或损坏效果，但可以对其产生明显的扰乱效应．下面按照§1试验方法中场源变化特点及设备受试状态等可能会对效应现象产生影响的主要因素对试验结果进行说明．

　　2.放电电压等级数字代号表示放电电压逐渐提高，磁场强度随之增强

　　2.1磁场强度

　　从表5纵向对比可以看出：在磁场强度较弱情况下，计算机系统在各个场源作用下均无效应现象；随着磁场强度的增加，扰乱效应现象开始出现，且发生频率逐渐提高，效应现象更加明显．主要效应现象有屏幕闪黑、金属壳体尖端出现电晕、主机死机、主机重启等，这些效应现象均可自动恢复或通过人工重启恢复正常，没有发生计算机系统有不可逆转的损坏现象．对于不同的场源，产生效应现象的磁场强度不尽相同，这与低频脉冲磁场的其他特性参数有关．

　　2.2脉冲上升时间

　　从表5横向对比可以看出，不同场源的扰乱效应阈值明显不同，这种差异主要与脉冲上升时间相关，分为三个层次．首先S1、S2和S3三种场源在一个层次上，效应阈值比较接近，均约为16mT，上升时间较大，分别为30μs、300μs和90μs，虽然彼此之间最大相差一个数量级，但磁感应强度效应阈值基本一样．从上升时间来看，S1场源具有更强的磁电感应效果，但产生扰乱的磁感应强度仍与S2相同，这说明这三种场源的上升时间差异对效应结果的影响相差不大，而磁场强度影响相对较大．其次，S4和S5场源在同一个层次上，分别具有20μs和10μs的快速上升时间，虽然与S1的上升时间相差不大，但阈值明显较低，扰乱效应阈值约为10mT左右．最后，S6为单匝线圈，电感量较小，因此具有更快的脉冲上升时间，单独在一个层次上．单匝线圈磁场均匀性较差，场强较弱，位于其中的计算机有效受辐照面积相对较小，为便于与其他场源对比，本文取主机中心与线圈中心大致重合情况下的试验结果．

　　试验发现计算机系统对快沿脉冲磁场比较敏感，显示器在5mT的较小场强作用下就开始出现闪黑现象，主机重启场强也偏小，约19mT，但没有观察到打火现象．此种试验结果与文献[7]中的一些结果较为接近，说明快沿脉冲磁场具有很强的扰乱效应．

　　2.3脉冲宽度

　　试验中通过对RLC回路中电容C参数的调节，调整了低频脉冲磁场的脉冲宽度，在300μs至1ms的脉冲宽度变化过程中，没有发现脉冲宽度对效应现象有明显影响，这种试验结果与文献[7]的试验结果一致．

　　2.4受试状态

　　对于表4中计算机系统的各种受试状态，逐一进行了试验．试验发现计算机壳体尖端产生电晕火花，与主机重启、死机等同时发生，而主机是否带有机壳(主机壳体有一侧不允许拆卸)、是否连接其他设备及主机与磁场相对方向等因素对效应现象没有明显影响，即上述几种状态的效应现象相同．

　　2.5笔记本计算机

　　从各种场源作用下效应现象来看，笔记本计算机在场强较低情况下屏幕偶尔会出现闪烁现象，在20mT以上场强且脉冲上升时间较快情况下才出现较为频繁的闪烁现象，对于S6场源，没有发现笔记本产生效应现象．因此，笔记本计算机明显比台式计算机更能承受低频脉冲磁场干扰．这种结果与文献[9]提到的笔记本电磁脉冲耐受能力较强的结论一致．

　　总体上，本文试验结果因为场源参数特征处于周璧华、高成与张国宾所用场源参数之间，试验结果也基本介于三者试验特征范围之间，验证并发现了一些新的试验现象，符合逻辑关系和理论预期．

　　3低频脉冲磁场对计算机系统的作用机理分析

　　3.1计算机基本特点分析

　　从现有相关研究成果及计算机结构组成特点可以预判，计算机系统中对电磁场敏感的关键部件主要有硬盘、显卡、各种接口、主板、显示器等，这些器件及接口的工作电压一般在DC48V以下，且5V电平居多，各种元器件和芯片以CMOS电路为主．计算机主机存在电源线、鼠标线、键盘线、内部各种数据线、电路板布线、壳体孔缝等电磁脉冲的多种耦合途径，从理论上看比较容易受到毁伤．但从另一方面看，目前常用电路基本都有保护器件或电路，其最高耐受阈值(电压)可达额定工作电压的几十倍，如某些输入端口额定电压5V，但其短时内承受最高电压可达200V左右，加上计算机金属壳体及其内部元器件自身壳体具有一定电磁防护作用，因此计算机内部电子系统具有一定的电磁防护能力．

　　3.2显示器闪黑现象分析

　　对于液晶显示器的闪黑现象，本文也对显示器进行了单独的效应验证试验，观察同样条件下显示器独立运行时的效应现象，试验结果表明，显示器对本文低频脉冲磁场不敏感，即显示器闪黑的原因在于计算机主机主板或其显卡受到了干扰，间接造成了显示器闪黑现象．

　　3.3主机重启现象分析

　　对于主机重启现象，从表5中可以看出，在不同的磁场强度及上升时间情况下，主机基本均有重启现象，同时在重启的同时，多数情况下都能看到主机壳体尖端部位出现电晕现象，部分炮次没有看到的原因应是观察角度或者电晕强度较小，而电晕应是实际存在的．从理论分析和一些试验资料来看[10-11]，此种规模电晕的放电电压一般大于10kV，电晕辐射场上升时间约数ns左右，其周边约20cm的范围内电场强度非常高，且分布于电晕发生区域周围．由于计算机机壳为采用压接、铆固或螺栓连接方式固定而成的组合六面体，多个板面上存在数量不等的孔口和缝隙，且板面之间的电连接性能较差，因此电晕电场可通过缝隙和孔洞进入机壳内部，即机壳内部也存在电晕电场．因此，电晕可以造成二次干扰，由此可以确定是壳体电晕现象造成了主机重启．产生电晕的原因是低频脉冲磁场在金属壳体上感应出涡流电荷，电荷在壳体尖端累积到一定程度放电而形成电晕火花．这种现象说明了低频脉冲磁场破坏途径的多样性．从图6利用Ansys软件的仿真结果可以看出，金属壳体尖端处为磁场强度最大点，此处容易累积电荷造成尖端放电现象，这与试验结果及静电理论相符，说明试验结果是准确、可靠的．

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