在加油站使用手机的安全隐患及防范措施电磁场课题研究.docx
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在加油站使用手机的安全隐患及防范措施电磁场课题研究在加油站使用手机的安全隐患及防范措施电磁场课题研究加油站使用手机的安全隐患及防范措施电磁场课题研究学院：
电气工程学院专业班级：
电气工程与自动化7班组员：
杜晶晶，侯志豪，熊涛涛，郭智琪，谷若雨，朱丹阳，郝爽，戚金凤，吴安楠课题：
在加油站使用手机的安全隐患及防患措施目录1摘要32手机工作原理32.1概述32.2信号系统32.2.1信号接收32.2.2信号发送62.3控制系统72.4电源系统72.5手机的三大部分82.6开机83加油站手机使用产生危害的原理83.1加油站本身的脆弱性83.2手机使用在加油站的危害原理94防患措施94.1杜绝射频火花来源94.2杜绝静电火花104.3杜绝人为来源104.4危险品的管理115课题总结116参考文献12
（一）摘要本课题通过对手机工作原理的阐述，结合电路原理、模拟电本课题通过对手机工作原理的阐述，结合电路原理、模拟电子技术、数字电子技术与电磁场原理知识，详细阐述了手机的工子技术、数字电子技术与电磁场原理知识，详细阐述了手机的工作原理，揭示加油站手机使用存在的安全隐患及其成因，并提出作原理，揭示加油站手机使用存在的安全隐患及其成因，并提出有针对性的有针对性的防患措施。
防患措施。
关键词：
电磁感应定律电磁辐射射频ADC/DAC滤波原理电磁屏蔽麦克斯韦方程ABSTRCT:
Throughelaborateingtheworkingprincipleofthemobilephone，combingcircuittheory,analogelectronictechnology,digitalelectronictechnologyandelectromagneticfieldtheory,thistopicelaboratestheprincipleofthemobilephone,revealinghiddendangersandcausesofmobilephoneuseingasstation,andputforwardthepreventionmeasures.Keywords:
ThelawofelectromagneticinductionElectromagneticradiationRFADC/DACFilterprincipleelectromagneticshieldingMaxwelleguation
（二）手机工作原理2.1概述数字手机从印刷电路板的结构一般分为：
信号系统、控制系统、电源系统，3个部分。
在手机中，这3个部分相互配合，在控制系统统一指挥下，完成手机的各项功能。
2.2信号系统2.2.1信号接收信号的接收是一个从电磁场到电压信号的转换过程，电磁波负载的信息通过电磁感应，产生感应电动势，经过射频滤波器选择信号频段，同时，要把微弱的噪声信号放大在滤掉，再进入混频器滤波，送入中频滤波器，再解调。
以下是各部分原理：
1天线：
天线接收可以把电磁波接收转换成电信号原理：
空间信号把信息加载在电磁波上，以电磁波的形式传播，电磁波的产生原理如下：
空间中变化的电场就产生变化的磁场，变化的磁场又产生变化的电场，这样变化的电场与变化的磁场耦合，这种耦合以波的形式存在于空间之中，我们称之为电磁波，电磁波在信息的传播的过程中也伴随着能量的传播。
我们用麦克斯韦方程组来表示电磁波形成原理
（1）
（2）（3）（4）
（1）式全电流定律说明变化的电场产生磁场；
（2）式电磁感应定律说明变化的磁场产生电场；（3）式磁通连续性原理说明时变磁场是无散场；（4）式高斯通量定理时变电场是有散场。
电磁波转换成电信号的过程就是时变电磁场转换为感应电动势的物理过程。
电磁感应定律表明当一导体回路L所限定的面积S中的磁通发生变化时，在这个回路就要产生感应电势，形成感应电流。
感应电动势的大小与磁通对时间的变化率成正比，感应电势的实际方向由楞次定律确定，以下是楞次定律感应电动势及其所产生的电流总是企图阻止与导体回路相交链磁通的变化。
由电磁感应定律及楞次定律推导出感应电动势公式如下式中，S为回路L所限定的面积。
“-”号体现楞次定律：
当规定感应电势的参数方向与回路交链的磁链的方向成右手螺旋关系，“-”号反映感应电势的真实方向。
手机通过天线接收电磁波负载的信息，把电磁波转换成电流（电压）信号，就完成了信号接收的第一步。
2射频滤波器：
选择信号频段，限制输入信号带宽，减少互调失真。
抑制杂散信号，避免杂散响应。
原理：
RF是RadioFrequency的缩写，即射频。
在电磁波频率低于100khz时，电磁波会被地表吸收，不能形成有效的传输，但电磁波频率高于100khz时，电磁波可以在空气中传播。
RF指具有远距离传输能力的高频电磁波，射频技术在无线通信领域中被广泛使用。
我们的手机能接收的电磁波频率即为RF射频。
但由于我们电路处理的频率有范围限制，所以需要对射频滤波。
我们选择带通滤波器滤掉高频与低频波段。
滤波器原理如下（t）带通滤波3低噪声放大器：
低噪声放大器的主要作用是放大天线从空中接收得到微弱信号，降低噪声干扰。
原理：
实际上低噪声信号对手机的通信质量影响很大，噪声信号是指由于电子的不规则运动引起的对有用信号的扰动信号。
噪声信号一般比较微弱，而滤波器有一定的滤波范围，所以我们需要先把噪声信号放大再滤波。
评价滤波优劣的指标是信噪比S/N，信噪比越高，信号质量越好。
放大电路是对信号乘以比例的运算。
手机用集成运算放大器实现，集成运算放大器主要由半导体元件以及电阻元件组成，可实现信号放大功能。
4射频滤波器：
抑制由低噪声放大器放大或产生的镜像干扰，进一步抑制其他杂散信号，减少本振泄露。
原理：
滤掉放大后的噪声信号。
5混频器：
混频器将信号频率降为中频信号，送入中频处理电路。
6中频滤波器：
抑制相邻信道的干扰，提供选择性，滤除混频器产生的干扰。
7中频放大器：
将信号放大到一定的幅度供后续电路处理。
8解调：
原理：
从调制产生的振荡或波中恢复原调制信号。
解调类型分为调幅解调，调频解调，调相解调，单边带波解调。
解调器的工作原理是把包含在接收中频信号中的语音信息或各种指令信息还原，得到RXI/Q信号。
在移动通信中，采用的解调技术有饿相解调、正交鉴频解调两种。
它把已放大了的交流电压还原为直流电压，其大小和极性与交流电压的幅度和相位对应。
9语音处理原理：
数字信号被还原成模拟的话音信号，模拟的话音信号通过扬声器转化成人能听到的声音。
10VCO：
原理：
VCO即压控振荡器，是射频电路的重要组成部分。
射频电路多采用调制解调方式，因此严重依赖本振。
而现代通信技术要求复用、跳频等新技术，采用电压控制振荡回路中电容的电容量，进而改变振荡回路谐振频率就成为实现这些技术的手段之一。
信号接收原理图2.1.2信号发送1发射音频拾取：
原理：
该电路是一个音频电路，它将送话器转换得到的模拟话音点信号进行放大，得到适合于通信的话音信号。
2数字语音处理：
原理：
该电路是一个数字电路，它首先将发射音频拾取电路输出的mini话音信号经A/D转换，得到数字式的话音信号，然后经信源编码，分间charity，通信编码等一系列处理，得到发射基带信号TXI/Q。
3I/Q调制：
原理：
I/Q调制的卢是数字手机独特拥有的电路、对讲机、无绳电路等没有此电路。
其作用是：
把I/Q信号调制在发射中频载波上。
4RX：
原理：
指接收，与TX（指输出）相对应。
TRX在通讯里面是收发单元。
而TX和RX，是TRX的两部分。
5分频：
原理：
受外部周期信号激励的震荡，其频率恰为激励信号频率的纯分数，叫做分频。
6前置放大：
原理：
前置放大是指把音频（AUX、MIC）信号放大至功率放大器所能接受的输入范围。
7功率放大器：
原理：
对最终发射信号进行功率放大，以使发射信号有足够的功率经天线辐射出去。
8电磁波辐射：
原理：
电磁波从波源出发，以有限速度在媒质中向四面八方传播，一部分电磁能量脱离波源而单独在空间波动，不再返回波源，这种现象称为辐射。
我们推导一下电磁辐射基本公式假设一个横截面积可忽略的导线通有电流，则式中为单位长度上的电荷，v为电荷的运动速度。
如果电流是时变的，上式可以写成假设导线长度为L，上式为该式即为电磁场辐射的基本公式。
信号发射原理图2.3控制系统CPU读取软件对手机各部分控制，软件储存在字库里，它对射频部分高频放大器、中频控制，待机状态下射频部分不是每时每刻都在工作，当CPU有一个高电位到射频部分，它们才会它叫RX电位信号开始工作。
发射部分控制功放和功率控制器；另外CPU对电源有一个开机维持电压，高电位维持电源工作。
对SIM充电的检测，根据软件获解音频内收到的信号资料。
灯光、振动、音乐模块铃声都由CPU发出的高电位控制。
2.4电源系统电池电压加到手机电源IC上，由手机电源IC稳压输出，一般情况有五组电压2.75V供中频，2.75V供音频，2.7V或2.5V和2V或1.8V供CPU，2.7V供高频放大器、中频，3V供SIM卡，电池电压直接供按健灯光充电IC，功率放大器以及振动音乐模块。
2.5手机的三大部分手机的三大系统组成了手机的三大部分A逻辑音频处理器它包括逻辑处理器和音频处理器,逻辑处理器是由CPU、闪存、暂存、码片组成。
音频处理器是由数字处理器与多模转换器听筒spk，送话mic组成。
B收、发信机收信机由天线、天线开关、高频放大、一次混频、一中频滤波、中频放大、二次混频、二中频滤波。
输出RXIFPRXIFN两组接收信号。
一本振由13MHz经频率合成器产生。
二本振由13MHz在中频IC倍频产生。
发信机:
逻辑音频处理器输出的MODIPMODINMODQPMODQN四组信号经中频IC进行频率合成、载波、调制后经发射压控后再经功率放大器、天线开关、天线发射出去。
功率放大器的放大由功率控制器控制。
C供电部分手机的供电由于机型的不同而不同。
有的是稳压管分开供电；有的是稳压IC提供整机的供电。
2.6开机当按下开机健，电源工作输出各组电压、中频和13MHZ也可能是26MHZ主时钟工作，输出一个准确的13MHZCPU。
当供电和13MHZ都到CPU后，CPU才工作，CPU读取开机程序，包括字库、暂存、码片工作，正常读取开机程序后手机开机。
注：
字库：
可擦写存储器，要通过其他设备才能对其编程。
码片：
电可擦可写可编程存储器。
暂存：
随机存储器，它只储存中间结果，关机后它不储存任何软件（现在的大多数字库都是码片，暂存与其一体化）。
彩屏灯光：
分为两种：
1、通过升压电路升压过后的15V供电，此种灯光线只有正、负两根线。
2、电压直接供给灯光，此种有45根线其中一根为负，其余为正。
（三）加油站手机使用产生危害的原理3.1加油站本身的脆弱性汽油、柴油物质具有易燃性、易爆性、易挥发性、易扩散流淌性、静电荷积聚性、有毒性等危险、危害特性，由于加油站经营过程中大量存储和销售汽油和柴油物质，决定了加油站具有较大的火灾爆炸危险和中毒危害。
火灾爆炸事故，一旦发生，不仅造成加油站内人员伤亡和设备设施的毁坏，而且会严重威胁加油站周围的居民和环境，带来较大的人员伤亡、财产损失和社会影响。
根据以上叙述，可知加油站主要危险有火灾、爆炸。
3.2手机使用在加油站的危害原理使用手机主要产生以下几种危险：
1、手机产生射频火花；2、手机本身产生火花；3、电子摩擦引爆空气中的油气。
射频简称RF射频就是射频电流，它是一种高频交流变化电磁波的简称。
每秒变化小于1000次的交流电称为低频电流，大于1000次的称为高频电流，而射频就是这样一种高频电流。
在电子学理论中，电流流过导体，导体周围会形成磁场；交变电流通过导体，导体周围会形成交变的电磁场，称为电磁波。
手机作为一种无线电通讯工具在使用时，无线电发射机发射出的无线电波（射频电磁辐射），能使接受无线电的天线感生射频电流。
当射频电流在金属导体间环流时，遇有锈蚀或接触不良，就会产生射频火花。
只要射频火花持续一微秒以上、能量大于6毫瓦时，就会引燃一定浓度的甲烷与空气的混合气。
由于汽油是易挥发性物质，在加油站、油气罐及天然气管道泄漏处空气中油气含量较高，手机产生的射频火花很容易引起爆炸，导致灾害的发生。
油气的燃点很低，例如汽油的燃点约为427，柴油则是220摄氏度。
所以，柴油和汽油都属于易燃品，很容易引燃。
另外，因为手机本身并不具备防爆功能，如果手机使用时间较长或者手机本身质量较差的话，手机内部芯片的电路很容易产生短路现象，这样手机在接听瞬间就能产生少量的火花，从而也会引起加油站发生爆炸。
汽油的爆炸极限是1.4%7.6%（V/V），也就是说，当汽油在空气中的含量达到了1.04%7.6%就很有可能引发爆炸，而加油站本身就弥漫着油气，有一点火花就有可能引发爆炸。
当加油站通过油枪向汽车或摩托车油箱注加汽油时，原来空油箱内的油气便向外飘散，加之新注入的汽油向空中挥发，使加油的车辆周围油气密度骤增。
同时，为了让通讯信号更加清晰，移动电话使用的频率很高，发射功率比较强。
现在加油、加气站普遍采用电脑控制，高强度的移动电话信号会与电脑设备引起感应，二者瞬间产生的电子摩擦就可能点燃油气，引发爆炸。
点燃油气所需要的电流很小，移动电话在工作状态下产生的静电流完全可以达到这个界限。
如果在加油、加气站接卸油时，遇到空气湿度大、气压低的阴天或有雾天气，由于空气流通差、油气密度相应增加，接打移动电话引发爆炸的可能性会进一步加大。
（四）防患措施防护措施有以下几种类型4.1、杜绝射频火花来源不使用手机或者开发防爆手机。
防爆手机可以这样做，降低电磁波辐射功率。
我们把手机天线抽象成一个单元偶极子，单元偶极子向自由空间辐射的总功率是以单元偶极子为球心，半径为r（r）的球面上坡印廷矢量的积分，即dS式中将可见，我们可以通过增加，减小或者减小电流来减小功率，使得射频火花的能量小于6mw。
由于增加意味着减小频率，所以这种方案不可行，所以我们可以通过缩短发射天线长度和减小驱动电流来防爆。
4.2、杜绝静电火花加油站产生静电的主要因素有：
汽车油罐在运油过程中产生静电；油品在过滤器、泵和计量器中产生静电；作业人员人体静电等。
应当采取的措施是：
（1）、卸油前连接好静电接地线。
加油站接地装置每年至少在雷雨季节前检测其有效性，油罐、站房、罩棚的接地电阻值不得超过10欧姆，输油管道的接地电阻不得超过30欧，卸油静电接地电阻不超过100欧姆。
（2）、经常检查加油枪胶管的金属屏蔽线和机体间的静电连接。
（3）、严禁向塑料桶直接加注汽油，防止静电积聚，引燃汽油蒸汽发生火灾事故。
正确的方法是：
将油品加到铁桶内，再将铁桶提到安全区域，通过漏斗将油品注入到塑料桶内。
（4）、作业人员要穿防静电工作服，以消除人体静电，不允许穿化纤服装上岗操作，更不允许在加油站穿脱、拍打化纤服装，以免发生静电事故。
（5）、爆炸危险区域内电器设备的选型、安装、电力线路敷设应满足安全规程规定。
（6）、检查电器线路应注意电器线路是否老化，电器设备是否渗油破损等。
（7）、配线、接线是否松动和脱落，发现问题及时处理和更换。
4.3、杜绝人为来源例如在加油、泄油、量油过程中一定要保证操作的规范性，经常检查设备防止老化
（1）防止冒油加油站冒油事故绝大部分为人为责任事故，其次是由于设备故障引起的。
由于汽油柴油有流动扩散的特性，冒油事故发生后，油品会迅速向四周扩散蒸发，从而易引起火灾事故。
主要控制措施有：
a加强计量工作，接卸前通过人工计量检测确认卸油罐的空容量。
b设置带高液位报警装置的液位计，特别坚持对油车的监卸操作，卸油过程中，必须专人负责监卸，并且，罐车司机不得远离现场。
c防止设备老化和带病作业。
加油站应定期对站内设备进行检查维护。
d站内堆置砂土防止冒油泄漏时扩大和蔓延。
e站内各种管沟应充沙填实。
（2）防止漏油a防止油箱溢油：
经常检测和维护加油枪的自封部件，保持设备完好。
b防止油箱漏油：
加油过程中发现油箱漏油时，应停止加油（漏油数量较多时用铁桶接住），此时绝对不得打火开车，并将车推走，远离加油机，并及时清理地面，注意不得在站内修理。
c防止油枪漏油或胶管破损漏油：
油枪漏油是指油枪封闭部件渗漏及胶管连接处渗漏，另外，胶管在长期作业中，可能由于某一局部频繁弯折、磨擦、损坏而产生渗漏。
使用加油枪时不能用力拉动胶管，同时防止加油管被车碾压，加油完毕迅速将油管收回。
d防止加油机渗漏：
加油机易产生渗漏的部位是进油口下法兰口、吸入管口法兰连接处、油泵、油气分离器排出口等。
加油机一旦泄漏，应立即停止加油，然后将汽油放空回油、关阀、切断电源进行检查。
4.4、危险品的管理从危险品管理的角度上来说，在加油站使用手机具有很大的危险性，从防患于未然的角度出发，我们必须排除所有可能引发加油站事故的安全隐患，因此，建议大家到加油站加油时，千万不要使用手机。
如果把手机留置于车内，要管好车门，即使有来电响铃也要等加完油，车辆驶出加油站以后再查看回复。
如果非用不可，合适的做法是到离加油机5M以外的地方接听电话或作其他操作。
这是因为加油站的危险区域是加油机周围34.5m的范围以内，考虑到加油枪的不确定性，离加油机5m才是一个安全的距离。
加油站应该在明显的位置悬挂“严禁使用手机的标志”；并加大宣传力度，提高用户的知情度；在地面划上线，设立出严禁使用手机的区域。
防止加油站打手机的最好方式是安装手机信号屏蔽装置，从根本上避免打手机引发安全事故问题，消除干扰，确保安全。
加大在加油站接听手机存在安全风险的宣传力度，让客户认识和了解其行为的危险性和可能导致的后果。
提高行业部门从业人员的业务素质，作为直接从业人员，更应该了解导致火灾事故的风险因素，并且主动由浅入深，通俗易懂向广大客户宣传，要求一线员工具有较高的理论和业务素质。
（五）课题总结在郑老师的教授下，我们的电磁场原理课程已经上了将近一学期。
本次课题就是对电磁场课程学习效果的检验，我们选的课题是加油站为什么不能用手机打电话，我们把题目拟定为加油站使用手机的安全隐患及防范措施，我们通过对手机工作原理的阐述，结合电路原理、模拟电子技术、数字电子技术与电磁场原理知识，揭示加油站手机使用存在的安全隐患及其成因，并提出有针对性的防患措施。
在完成课题的过程中我们明白，即使是生活中最常的手机，其原理也是很复杂的，它综合了电路原理、模拟电子技术、数字电子技术与电磁场原理知识，是人类知识的结晶。
电磁场原理的应用非常广泛，手机的通信就是基于电磁波的。
使用手机把语言信号变换成电信号传输到移动通信网络中的基地台，再由基地台把代表语言的电信号变成电磁频谱，通过在距地面高度为3600km的通信卫星辐射漫游传送到受话人的电信网络中，受话人的通信设备接收到无线电波，转换成语言信号。
我们可以手持手机，不管走到哪里，都可与城市电话网的所有用户及本系统移动电话用户进行通话。
它们间的通话是经过系统的基地台发射电磁波与接收电磁波来实现的。
我们明白了，不管我们走到哪儿，都处在电磁场的“魔掌”之中。
手机作为一种无线电通讯工具在使用时，无线电发射机发射出的无线电波（射频电磁辐射），能使接受无线电的天线感生射频电流。
当射频电流在金属导体间环流时，遇有锈蚀或接触不良，就会产生射频火花。
只要射频火花持续一微秒以上、能量大于6毫瓦时，就会引燃一定浓度的甲烷与空气的混合气。
由于汽油是易挥发性物质，在加油站、油气罐及天然气管道泄漏处空气中油气含量较高，手机产生的射频火花很容易引起爆炸，导致灾害的发生。
所以我们今后在加油站坚决不要使用手机，尽量把手机关机或者开启飞行模式。
（六）参考文献1俞集辉电磁场原理重庆大学出版社2009.32周守昌电路原理高等教育出版社2011.123杨浩信号处理基础科学出版社2012.14唐治德数字电子技术基础科学出版社5唐治德模拟电子技术基础科学出版社6黄其虎加油站使用移动电话安全问题不同忽视7唐丰在加油站使用手机潜在的安全隐患及防范措施8加油站为什么不能打电话http:
/9韩琼调制解调器实用技术人民邮电出版社10陈孝威通信原理重庆大学出版社
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