Методы измерений ЭМП основаны на различных физических эффектах, например,

силовом взаимодействии МП с магнитным моментом физического объекта или частиц вещества,

возбуждении ЭДС индукции в катушке индуктивности в переменном МП,

изменении траектории движущихся в МП электрических зарядов под воздействием отклоняющей силы,

тепловом воздействии ЭМП на приемник излучения и т.п.

Требования, предъявляемые к современной электронной технике, такие как: повышение надежности и помехоустойчивости, снижение цены, габаритов, потребляемой мощности - распространяются и на датчики. Выполнение этих условий становится возможным при использовании микроэлектронной схемотехники и технологии, поскольку:

во-первых, электрофизические свойства полупроводников и полупроводниковых приборов, на которых основана микросхемотехника, сильно зависят от внешних воздействий;

во-вторых, микроэлектронная технология основана на групповых методах обработки материалов для изготовления приборов, что снижает их себестоимость, габариты, потребляемую мощность и ведет к повышению надежности и помехоустойчивости.

Кроме того, при использовании полупроводникового сенсора или сенсора, изготовление которого совместимо с технологическим процессом создания интегральных микросхем (ИМС), сам сенсор и схемы обработки полученного сигнала могут быть изготовлены в едином технологическом цикле, на едином полупроводниковом или диэлектрическом кристалле.

К наиболее распространенным микроэлектронным магнитным преобразователям относятся: элементы Холла; магниторезисторы; магнитотранзисторы и магнитодиоды; магниторекомбинационные преобразователи.

1. Оптические методы получения информации

Оптика - раздел физики, в котором изучаются природа оптического излучения (света), его распространение и явления, наблюдаемые при взаимодействии света и вещества

Свет имеет двойственную структуру и проявляет как волновые, так и корпускулярные свойства. С волновой точки зрения свет представляет электромагнитные волны, лежащие в определенном диапазоне частот. Оптический спектр занимает диапазон длин электромагнитных волн в интервале от 10 -8 м до 2*10 -6 м (по частоте от 1.5*10 14 Гц до 3*10 16 Гц). Верхняя граница оптического диапазона определяется длинноволновой границей инфракрасного диапазона, а нижняя - коротковолновой границей ультрафиолета. Волновые свойства проявляются в процессах дифракции и интерференции. С корпускулярной точки зрения свет представляет собой поток движущихся частиц (фотонов). Связь между волновыми и корпускулярными параметрами света устанавливает формула де Бройля, гдеλ – длина волны,р – импульс частицы,h - постоянная Планка, равная 6,548 × 10 –34 Дж·с (в системе СИ).

Оптические методы исследования отличаются высокой точностью и наглядностью.

1. Оптическая микроскопия

Для исследования и измерения объектов малых объектов используются такие оптические приборы как микроскопы. Класс оптических микроскопов очень разнообразен и включает в себя оптические, интерференционные, люминесцентные, инфракрасные и т.п.

Микроскоп представляет собой комбинацию двух оптических систем – объектива и окуляра. Каждая система состоит из одной или нескольких линз.

Перед объективной линзой размещается объект, перед глазом наблюдателя располагается окулярная линза. Для наглядного представления прохождения света через оптическую систему пользуются представлениями геометрической оптики, в которой основным понятием является луч света, направление луча совпадает с направлением волнового фронта.

Принципиальная схема получения изображения в оптическом микроскопе представлена на рис.1.

Для простоты построения изображения на рисунке система линз объектива заменена одной собирающей линзой L 1 , а система линз окуляра - линзойL 2 . ПредметАВ помещается перед фокальной плоскостью объектива, который создает увеличенное действительное изображениеА"В" предмета вблизи переднего фокуса окуляра. ИзображениеА"В" находится немного ближе переднего фокуса окуляраF 2 . В этом случае окуляр создает увеличенное мнимое изображениеА"В" , которое проектируется на расстояние наилучшего зрения и рассматривается через окуляр глазом.

Оптический микроскоп характеризуется следующими основными параметрами: увеличение, разрешение, глубина фокуса (резкости), поле зрения.

Увеличение определяется увеличительной способностью всех линз, включаемых в ход оптических лучей. Можно предположить, что, подбирая соответствующим образом значения увеличения объектива и окуляра, можно получить микроскоп со сколь угодно большим увеличением. Однако на практике не используют микроскопы с увеличением свыше 1500 – 2000 крат, так как возможность различения мелких деталей объекта в микроскопе ограничена. Это ограничение обуславливается влиянием дифракции света, происходящей в структуре рассматриваемого объекта. Благодаря волновой природе света изображение каждой точки объекта в плоскости изображений имеет вид концентрических темных и светлых колец, вследствие чего близко расположенные точки объекта на изображении сливаются. В связи с этим вводят понятия предела разрешения и разрешающей способности микроскопа.

Пределом разрешения микроскопа называется наименьшее расстояние между двумя точками объекта, когда эти точки различимы, т.е. воспринимаются в микроскопе не сливающимися друг с другом.

Предел разрешения определяется формулой δ=0,51·λ/A , величинаА=n ·sinu называется числовой апертурой микроскопа;λ - длина волны света, освещающего предмет;n - показатель преломления среды между объективом и предметом;u - апертурный угол объектива, равный половине угла между крайними лучами конического светового пучка, входящего в объектив микроскопа.

Данные о каждом объективе маркируются на его корпусе с указанием следующих параметров):

увеличение («х» – кратность, размер);

числовая апертура: 0,20; 0,65, пример: 40/0,65 или 40х/0,65;

дополнительная буквенная маркировка, если объектив используется при различных методах исследования и контрастирования: фазовый – Ф, поляризационный – П (Pol), люминесцентный – Л (L ), и т.п.

маркировка типа оптической коррекции: апохромат – АПО (АРО), планахромат – ПЛАН (PL, Plan),.

Разрешающей способностью микроскопа называется способность микроскопа давать раздельное изображение мелких деталей предмета. Разрешающая способность - это величина, обратная пределу разрешенияξ = 1/δ.

Как видно из формулы, разрешающая способность микроскопа зависит от его технических параметров, но физический предел этого параметра определяется длиной волны падающего света.

Повысить разрешающую способность микроскопа можно, заполнив пространство между предметом и объективом иммерсионной жидкостью с большим показателем преломления.

Глубиной резкости называется расстояние от самой ближней плоскости до самой дальней плоскости объекта, которые изображаются приемлемо сфокусированными.

Если точки предмета находятся на различных расстояниях перед объективом (в разных плоскостях), то формируемые им резкие изображения этих точек будут находиться также на различных расстояниях позади объектива. Это должно означать, что резкие изображения могут быть образованы только точками, лежащими в одной плоскости. Остальные точки в этой плоскости будут отображаться кружками, которые называются кружками рассеяния. (рис.2).

Величина кружка зависит от расстояния от данной точки до плоскости отображения. Вследствие ограниченной разрешающей способности глаза точки, отображаемые малыми кружками, будут восприниматься как точки и соответствующая плоскость объекта будет рассматриваться как сфокусированная. Глубина резкости тем больше, чем короче фокусное расстояние объектива, чем меньше диаметр действующего отверстия (диаметр оправы линзы или отверстия диафрагмы). На рис.2.показана зависимость глубины резкости от перечисленных факторов. При прочих равных условиях, то есть при F постоянном и также постоянном расстоянии от объектива до объекта, для увеличения глубины резкости уменьшают диаметр действующего отверстия. С этой целью между линзами объектива устанавливается диафрагма, позволяющая изменить диаметр входного отверстия.

Поле зрения оптической системы - часть пространства (плоскости), изображаемая этой системой. Величина поля зрения определяется входящими в систему деталями (такими как оправы линз, призм и зеркал, диафрагмы и пр.), которые ограничивают пучок лучей света.

4.3. Методы контроля. Физические факторы

Методические указания МУК 4.3.677-97

"Определение уровней электромагнитных полей на рабочих местах радиопредприятий, технические средства которых работают в НЧ, СЧ и ВЧ диапазонах"

Дата введения: с момента утверждения

1. Область применения

2. Сущность метода

3. Основные положения метода расчетного прогнозирования

3.1.1. Излучение экранов бикоаксиальных фидеров передатчиков с симметричным выходом

3.1.2. Излучение экранов коаксиальных фидеров передатчиков с несимметричным выходом

3.2.2. Метод сшивания в точках при кусочно-синусоидальном базисе

4.1. Операции измерений

4.2. Средства измерений

4.3. Условия измерений

4.4. Проведение измерений

1. Область применения

Методические указания составлены в помощь инженерам органов и учреждений санитарно-эпидемиологической службы, инженерно-техническим работникам, проектным организациям средств связи с целью обеспечения предупредительного санитарного надзора за источниками излучения кило- (НЧ), гекто- (СЧ) и декаметрового (ВЧ) диапазонов на предприятиях радиовещания и радиосвязи, а также для прогнозирования уровней напряженности электромагнитного поля при организации рабочих мест обслуживающего.

2. Сущность метода

Методы контроля уровней электромагнитных полей на рабочих местах радиопредприятий НЧ, СЧ и ВЧ диапазонов содержат метод расчетного прогнозирования напряженности электромагнитного поля излучающих технических средств радиосвязи и радиовещания в кило-, гекто- и декаметровом диапазонах волн, а также методику измерений уровней электромагнитного поля. Расчетные и экспериментальные исследования, производимые в соответствии с данной методикой, являются необходимыми и достаточными при проведении электромагнитной экспертизы излучающих объектов.

Метод расчетного прогнозирования электромагнитных полей на рабочих местах, обслуживающего технические средства НЧ, СЧ и ВЧ диапазонов базируется на строгих решениях соответствующих электродинамических задач тонкопроволочных структур, при известных функциях распределения токов по излучателям, которые определяются на основе приближенных решений.

Методические указания распространяются на радиотехнические объекты, которые могут быть укомплектованы как техническими средствами одного частотного диапазона, так и техническими средствами различных частотных диапазонов. Электромагнитные поля технических средств могут отличаться интенсивностью, поляризацией, частотами, зависимостью от параметров почвы и т.д. Методические указания учитывают индивидуальность реальных объектов, проявляющуюся (с точки зрения электромагнитной обстановки) в различии размещения и ориентации отдельных источников излучения, в несовпадении расписаний смены волн, в неодинаковом наборе технических средств.

К основным источникам электромагнитного поля внутри технических зданий на рабочих местах обслуживающего относятся:

Экраны бикоаксиальных фидеров передатчиков с симметричным выходом;

Экраны коаксиальных фидеров передатчиков с несимметричным выходом;

Щели шкафов передатчиков;

Антенны радиоцентра. В расчетном прогнозировании электромагнитное поле определяется для конкретных электрофизических моделей технических помещений с учетом тех или иных источников излучения.

3. Основные положения методики расчетного прогнозирования

Особенностью электромагнитного прогнозирования в НЧ, СЧ и ВЧ диапазонах является то, что поле необходимо определять в ближней зоне излучения. При этом напряженность поля определяется как суперпозиция полей источников излучения и вторичных полей, создаваемых токами, наведенными этими источниками (т.е. первичным полем) на металлические поверхности помещений (каркасы и обшивка шкафов передатчиков, трубы водяного охлаждения, внешние поверхности экранов коаксиальных и бикоаксиальных внутренних фидеров и т.п.).

Учесть эти факторы возможно только решением соответствующей электродинамической задачи, в рамках которой находятся наведенные токи.

3.1. Излучение источников электромагнитного поля

Первичное поле источников излучения рассчитывается поэтапно. В качестве сторонних источников рассматриваются поля, создаваемые токами на внешних поверхностях экранов фидеров, излучением из щелей шкафов передатчиков, а в случае неэкранированного здания - излучением антенн радиоцентра. Расчет токов экранов фидеров выполняется на основе теории длинных линий; волновые сопротивления эквивалентных линий, образованных экранами и шинами заземления, находятся путем решения двумерной электростатической задачи; в качестве возбуждающих источников рассматриваются вертикальные участки шин заземления в сечении перехода на наружний фидер, обладающие конечным индуктивным сопротивлением и возбуждающиеся за счет асимметрии тока передатчиков с симметричным выходом или за счет недостаточного экранирующего действия проволочного экрана наружного концентрического фидера передатчика с несимметричным выходом. Излучение щелей шкафов рассматривается как действие эквивалентных магнитных токов, текущих вдоль щелей. Поля, создаваемые излучением антенн рассчитываются методом, учитывающим реальные электрофизические параметры подстилающей поверхности.

3.1.1. Излучение экранов бикоаксиальных фидеров передатчиков с симметричным выходом

Расчет поля, создаваемого излучением бикоаксиальных фидеров, выполняется за 5 этапов:

1) расчет геометрических параметров эквивалентной линии (ЭЛ), одним проводом которой является экран фидера, другим - шина заземления;

2) расчет параметров ЭЛ - волновых сопротивлений однородных участков и импедансов в сечениях стыков этих участков определенных в сторону передатчика;

3) расчет параметров выходной цепи ЭЛ (вертикальный участок шины заземления, антенный фидер) и напряжения на выходе ЭЛ, т.е. в сечении перехода на наружний концентрический фидер;

4) расчет тока ЭЛ на каждом однородном участке;

5) расчет поля, создаваемого этим током ЭЛ.

На первом этапе вводится декартова система координат таким образом, чтобы плоскость (XOY) совпадала с плоскостью земли. Азимутальная ориентация осей (ОХ) и (OY) может быть произвольной. Данная основная система является общей для всех фидеров и других элементов здания и используется впоследствии при всех расчетах. Фидер представляется каскадным соединением однородных отрезков ЭЛ. Из соображений унификации каждый однородный отрезок должен быть прямолинейным, т.е. его длина не должна превышать длину участка фидера между соседними поворотами. В тех случаях, когда в пределах прямолинейного участка имеется резкое изменение однородности ЭЛ (скачкообразное изменение расстояния между фидером и шиной), можно разделить этот участок на два или более однородных отрезка. Каждый однородный отрезок характеризуется декартовыми координатами его крайних точек. Для определенности точки берутся на экране фидера (а не на шине). Координаты должны образовывать упорядоченную пару векторов, очередность записи которых определяет положительное направление тока на данном отрезке (1-й вектор - начало отрезка, 2-й - конец). Определение пространственного положения отрезков ЭЛ необходимо для расчета создаваемого ее током поля.

На втором этапе выполняется расчет волновых сопротивлений ЭЛ путем решения двумерной электростатической задачи методом интегрального уравнения, которое в свою очередь решается методом моментов.

Волновое сопротивление линии передачи полностью определяются ее погонной емкостью Сс, Ф/м, которая характеризует электростатическую связь между проводами линии, т.е. определяет величину погонного заряда провода при некоторой разности потенциалов проводов в соответствии с соотношениями:

(3.1)

где Q1 и Q2- соответственно погонные заряды провода 1 и провода 2, Кл/м, причем Q2=-Q1 (для определенности считается, что провод 1 - экран фидера, провод 2 - шина заземления);

и - соответственно потенциалы провода 1 и провода 2, В.

Для определения погонной емкости достаточно решить следующую электростатическую задачу: потенциал провода задать равным, например, 1 В, потенциал провода 2 положить равным нулю, т.е. и найти погонные заряды проводов. Тогда из (3.1) находится емкость по формуле:

(3.2)

где - погонный заряд одного из проводников (безразлично какого), Кл/м;

Абсолютное значение разности потенциалов, В.

При решении электростатической задачи о нахождении погонных зарядов проводов линии целесообразно использовать интегральное уравнение (являющееся решением известного дифференциального уравнения Пуассона):

(3.3)

где p - плотность заряда, Кл/м3

Электрическая постоянная;

где v и v"- радиусы-векторы точек пространства (v - точка наблюдения; v - переменная интегрирования);

r - расстояние между точками v и v".

Поскольку заряд существует только на поверхности проводников, объемный интеграл можно заменить соответствующим поверхностным (при этом плотность заряда р является поверхностной, Кл/м2, в поперечном сечении относительно оси линии она будет функцией криволинейной координаты, отсчитываемой вдоль контура поперечного сечения проводника; вдоль линии - константой). Далее, поскольку потенциалы точек, лежащих на поверхности проводников известны, левую часть (3.3) можно рассматривать как заданную функцию. При таком подходе выражение (3.3) является уравнением Фредгольма 1-го рода.

Линия полагается бесконечно протяженной (в обе стороны от исследуемого сечения). Сплошные поверхности проводников заменяются равномерно заряженными полосками нулевой толщины, протяженность которых (в продольном направлении) много больше поперечных размеров линии (что соответствует ее бесконечной протяженности). Дискретное распределение заряда по полоскам является приближенным аналогом непрерывного распределения плотности заряда по сплошным поверхностям. Особенность в интегральном уравнении, имеющая место при v -> v", исключается тем, что в случае распределения заряда по поверхности величина заряда в точке v" (т.е. на бесконечно малой площадке, содержащей точку v, в которой вычисляется потенциал) стремится к нулю.

Выражения для потенциалов полосок образуют систему уравнений, которая в матричной записи имеет вид:

(3.4)

где [Р] - комплексная матрица потенциальных коэффициентов размерностью М х М, каждый элемент которой Р~ представляет собой коэффициент при заряде j-й полоски q~ - интеграл в (3.3), взятый по поверхности j-й полоски, подынтегральная функция которого определяется i-й и j-й полосками с учетом того, что за знак интеграла вынесена искомая функция (т.е. в подынтегральной функции q(v")=1 Кл); [q] - вектор-столбец погонных зарядов полосок, Кл/м; [ф] - вектор-столбец потенциалов полосок, В. Решением системы (3.4) находятся погонные заряды полосок.

Полные погонные заряды проводников находятся как соответствующие суммы зарядов образующих их полосок.

Учет влияния полупроводящей земли в методе моментов может быть осуществлен введением зеркальных изображений полосок. Эквивалентные погонные заряды зеркальных изображений полностью определяются погонными зарядами соответствующих полосок, поэтому размер матрицы /Р/ в (3.4) остается при этом неизменным (к каждому элементу Рij добавляется составляющая потенциала, создаваемая на i-й полоске зеркальным изображением j-й полоски).

Волновые сопротивления однородных участков находятся по формуле

(3.5)

где скорость света в воздухе.

После нахождения волновых сопротивлений однородных участков полностью восстанавливается схема ЭЛ, которая показана на рис. 1. Линия состоит из N каскадно включенных участков. Каждый i-й участок характеризуется волновым сопротивлением Wi и координатой своего конца, которая представляет собой электрическое расстояние от передатчика (электрическая длина i-ro отрезка - есть разность тетаi-тетаi-1). На схеме использованы обозначения: z 1 , z 2 , ... z n - входные импедансы отрезков; z m - импеданс вертикального участка шины заземления; z c - входной импеданс наружного фидера по однотактной волне; E синф - напряжение синфазной волны на выходе внутреннего фидера.

Входные импедансы отрезков находятся по рекуррентной формуле:

(3.6)

i =1, 2,...N .

На третьем этапе рассчитываются импеданс вертикального участка шины заземления z , входной импеданс наружного фидера по однотактной волне z c и напряжение на выходе ЭЛ (см. рис. 1).

Импеданс вертикального участка шины заземления Zш рассчитывается по формуле:

(3.7)

где омега - круговая частота, рад/с;

L ш - индуктивность шины, Гн.

Индуктивность шины L ш следует рассчитывать по формуле

Схема эквивалентной линии, образованной экраном внутреннего фидера и шиной заземления

где µ 0 - магнитная проницаемость воздуха;

I - длина шины;

g - величина, значение которой находится по формуле

где с - ширина шины;

К и Е - полные эллиптические интегралы первого и второго рода с модулем k, определяемые из уравнения

где К", Е" - полные эллиптические интегралы с дополнительным модулем

b - толщина шины.

Для расчета волнового сопротивления наружного фидера по однотактной волне (т.е. величины Zc) используется тот же метод, что и для нахождения волновых сопротивлений однородных участков.

Для оценки величины E синф используется нормируемый показатель - максимально допустимая асимметрия токов на выходе двухтактного каскада, т.е. предполагается, передатчик исправен. Амплитудное значение Е синф принимается равным 2...3% от амплитудного значения противофазной составляющей напряжения при 100 % модуляции.

Цепь на выходе ЭЛ (см. рис.1) представляет собой делитель напряжения, одним плечом которого является импеданс Zс, другое образовано параллельным соединением Zш и ZN. Следовательно, напряжение в сечении ЭЛ определяется соотношением:

(3.8)

Далее, на четвертом этапе, находится ток ЭЛ. Для этого в пределах каждого i-го однородного отрезка вводятся амплитуды падающей Ui и отраженной Vi волн напряжения, отнесенные ко входному сечению данного отрезка (так что имеет место равенство Ui+Vj=ui-1). Величины Ui и Vi находятся из условия выполнения закона Ома во входном сечении и непрерывности напряжения в ЭЛ как функции тета. Опуская громоздкие промежуточные выкладки запишем рекуррентные соотношения для Ui, Vi и напряжений ui в сечениях , ,... , ... , (напряжение uN уже найдено):

Ток i-гo отрезка при этом определяется выражением:

(3.10)

Таким образом, на первых четырех этапах находится распределение тока по каждому однородному отрезку ЭЛ.

Пятый этап. Выражения для составляющих поля Еz, Ер, Нфи, создаваемых прямолинейным кусочно-синусоидальным током в некоторой точке наблюдения с координатами р, z в цилиндрической системе координат, ось аппликат которой совпадает с линией тока и направлена в соответствии с его положительным направлением:

(3,13)

где, z 1 и z 2 - аппликаты начала и конца данного прямолинейного однородного отрезка ЭЛ, соответственно;

r 1 и r 2 - расстояние до точки наблюдения от начала и конца отрезка, соответственно;

I(х) - токовая функция;

х - криволинейная координата - расстояние до передатчика по фидеру;

х 1 и х 2 - координаты х начала и конца отрезка, соответственно.

Аналогичным образом находится поле, создаваемое током шины (равным по модулю и противоположным по фазе току экрана фидера).

3.1.2. Излучение экранов коаксиальных фидеров передатчиков с несимметричным выходом

Поле, создаваемое током коаксиального фидера передатчика с несимметричным выходом рассчитывается как и в случае бикоаксиального фидера за пять этапов. Процедура расчета отличается только третьим этапом, т.е. иначе рассчитываются параметры выходной цепи ЭЛ и ее выходное напряжение.

Рассмотрим третий этап для коаксиального фидера. В данном случае обратный ток частично течет по проволочному экрану концентрического фидера, частично - по земле. Мерой удельного веса тока земли в общем обратном токе является коэффициент прозрачности проволочного экрана kп. Суммарный обратный ток перетекает на внутреннюю поверхность экрана коаксиального фидера передатчика с проволочного экрана, шины заземления и внешней своей поверхности. Последняя составляющая и есть ток ЭЛ. В эквивалентной схеме ток земли течет по параллельному соединению импедансов Z ш (вертикальный участок шины) и Z N (входной импеданс последнего N-го однородного отрезка ЭЛ, - см. рис.1).

При расчете тока земли сначала находится коэффициент прозрачности проволочного экрана k формуле:

(3.14)

где С 12 - взаимная погонная емкость между центральным проводом и проволочным экраном концентрического фидера;

С 11 - собственная емкость центрального провода.

Емкости С 11 и С 12 находятся решением электростатической задачи (методом, описанным в предыдущем пункте) при потенциале центрального провода фидера 1В и при нулевых потенциалах проволочного экрана и земли: величины С 11 и С 12 при этом совпадают с абсолютными значениями погонных зарядов центрального проводника и экрана, соответственно. Затем вычисляется ток земли I з формуле:

(3,15)

где, I0 - ток центрального провода, который находится как выходной ток передатчика в предположении высокого уровня согласования антенны.

Напряжение на выходе ЭЛ uN рассчитывается как падение напряжения на параллельном соединении Zш и Z N при протекании тока I3:

(3.16)

В остальном, как уже отмечалось выше, расчет аналогичен случаю бикоаксиального фидера передатчика с симметричным выходом.

3.1.3. Излучение щелей шкафов передатчиков

Щели шкафов передатчиков рассматриваются как короткие магнитные вибраторы, возбужденные кусочно-синусоидальным эквивалентным магнитным током щели с амплитудой в пучности I(м). На основе принципа перестановочной двойственности уравнений Максвелла получены замкнутые выражения для фи-составляющей электрического, р- и z - составляющих магнитного полей в цилиндрической системе координат, ось аппликат которой совпадает с осью вибратора, начало координат - с его центром:

(3.17)

(3.18)

(3.19)

где, r 1 , r 0 , r 2 - расстояния до точки наблюдения от разных точек вибратора, определяемых подстрочными индексами:

Индекс "2" - начало (нижняя крайняя точка в данной системе координат);

Индекс "0" - центр (средняя точка);

Индекс "1" - конец (верхняя крайняя точка).

Для определения величины I(м) используется формула (3.19), при этом считается, что величина Е ф задана. Возможны два случая:

В ТУ на передатчики данного типа установлено требование для максимально допустимой напряженности с указанием расстояния от стенки передатчика, на котором это требование проверяется;

В ТУ на передатчики данного типа упомянутое требование установлено либо без указания расстояния, на котором оно проверяется, либо в виде ссылки на ПДУ.

В первом случае имеются все необходимые исходные данные для вычисления эквивалентного магнитного тока щели. Во втором случае предлагается, руководствуясь величинами напряженности поля, взятыми из ТУ или (при отсутствии в ТУ) из гигиенического норматива, считать что эти значения определены на расстоянии 0,3 ... 0,7 м от стенки передатчика. Тем или иным способом определенная напряженность Ефи подставляется в (3.19), в результате из этого выражения находится амплитуда эквивалентного магнитного тока в пучности I(м).

3.1.4. Излучение антенн радиоцентра

Расчет поля, создаваемого излучающими антеннами радиоцентров, подробно приведен в "Методических указаниях МУК 4.3.044-96. Определение уровней электромагнитного поля, границ санитарно-защитной зоны и зон ограничения застройки в местах размещения передающих средств радиовещания и радиосвязи кило-, гекто- и декаметрового диапазонов".

3.2. Расчет токов, наведенных на металлические элементы

Расчет токов, наведенных на металлические элементы, проводится следующим образом.

Задача решается как дифракционная методом интегрального уравнения в тонкопроволочном приближении (задача о рассеянии стороннего поля). Объект представляется как система "тонких" проводов - проволочная модель. Большинство металлических элементов внутри здания реально являются линейными проводниками (экраны фидеров, трубы водяного охлаждения, шины заземления и т.д.), экранированные стены и железобетонные перекрытия моделируются как сплошные металлические поверхности проволочными сетками. Для решения интегрального уравнения использован известный метод сшивания в дискретных точках при кусочно-синусоидальном базисе разложения токовой функции. В разделе подробно описаны основные вычислительные процедуры, выполняемые в рамках метода.

3.2.1. Метод интегрального уравнения в тонкопроволочном приближении

Поля, создаваемые источниками, рассмотренными выше, имели бы место при отсутствии других металлических предметов. В данном случае электромагнитное поле будет подвержено влиянию проводящих (экранированных) стен здания, фидеров, шин заземления, труб водяного охлаждения, шкафов передатчиков и т.д. В результате действия источников на этих предметах наведутся токи, которые в свою очередь вызовут появление поля рассеяния. Результирующее поле будет суперпозицией первичного поля рассмотренных выше источников и вторичного - поля рассеяния на металлических телах, расположенных в здании. Первичное поле следует рассматривать как стороннее, при этом необходимо находить вторичный ток на экранах фидеров, который в сумме с первичным (найденным при моделировании этих источников) представляет реальную картину распределения тока с учетом взаимодействия фидеров между собой и с другими проводниками.

В качестве исходного интегрального уравнения используется уравнение Харрингтона. Его решение выполняется методом сшивания в точках при кусочно-синусоидальном базисе разложения токовой функции. В предыдущем подразделе подробно рассмотрены связанные с этим теоретические вопросы. Ниже дается описание конкретных вычислительных процедур.

3.2.2. Метод сшивания в точках при кусочно-синусоидальном базисе.

Решение задачи о рассеянии поля сторонних источников в здании (т.е. о наведенных токах) выполняется за 4 этапа:

1) построение тонкопроволочной модели;

2) построение на проводах сегментов с кусочно-синусоидальными базисными функциями;

3) расчет коэффициентов и свободных членов системы линейных алгебраических уравнений (СЛАУ) - аналога исходного интегрального уравнения;

4) решение СЛАУ, в результате чего находятся амплитуды токов сегментов в пучностях - коэффициенты при базисных функциях, которые совместно с последними полностью восстанавливают функцию, аппроксимирующую истинное распределение тока.

Проволочная модель представляет собой систему прямолинейных проводников. Она должна включать:

Все линейные проводники (фидеры, трубы водяного охлаждения и т.д.);

Шкафы передатчиков (в диапазонах НЧ и СЧ шкафы с превалирующим размером моделируются одним проводом большого радиуса, в диапазоне ВЧ - проволочной сеткой);

Экранированные стены и перекрытия здания (в том числе железобетонные).

Модель строится в основной декартовой системе, использованной при моделировании источников. Каждый прямолинейный проводник задается упорядоченной парой радиус-векторов крайних точек (порядок записи векторов определяет положительное направление тока). Линейные размеры ячеек сеток, моделирующих сплошные поверхности, не должны превышать 3,5% длины волны, и быть, по крайней мере, вдвое меньше расстояния до ближайшего линейного проводника (например, фидера). С целью снижения объема вычислений следует варьировать густоту сетки в зависимости от расстояния до линейных проводников, шкафов передатчиков и др. В случае сложной конфигурации здания можно разделить объект на отдельные части, соединенные электрически малыми дверными проемами, и для каждой такой части отдельно решать задачу.

Система проводников модели представляет собой криволинейный контур L". Для определения базисных функций на нем выделяются N коротких отрезков - сегментов. Каждый k-й сегмент определяется тремя точками: l"1,k - начало, l"0,k - средняя точка, l"2,k - конец. Соответствующая ему k-я базисная функция задается выражениями:

В сущности, сегмент представляет собой короткий вибратор с кусочно-синусоидальным током, причем в общем случае его плечи - отрезки и - могут не лежать на одной прямой и иметь разную длину. Соседние сегменты частично перекрываются: средняя точка k-ro сегмента l"0,k совпадает с концом (k-1)-ro и началом (k+1)-гo сегментов.

Электрические контакты между проводниками (например, в узлах сетки) описываются введением специальных сегментов, плечи каждого из которых лежат на разных проводниках. При этом автоматически выполняется закон Кирхгоффа для узла цепи.

На поверхности провода на расстоянии его радиуса у средней точки каждого сегмента вводится соответствующая точка сшивания. Кривые, соединяющие точки сшивания и проходящие по поверхности проводников образуют контур L.

Токовая функция представляется в виде разложения по системе базисных функций:

(3.22)

где, - неизвестные (искомые) коэффициенты - амплитуды токов сегментов в пучностях.

Величины находятся решением СЛАУ:

(3.23)

где каждый коэффициент выражает связь между k-м и i-м сегментами и имеет смысл тангенциальной составляющей поля в точке сшивания i-го сегмента при =1А, свободные члены E i обусловлены действием сторонних источников. Коэффициенты вычисляются следующим образом. Поскольку плечи сегмента в общем случае могут не лежать на одной прямой, удобно вычислять поле каждого плеча отдельно, суммируя затем соответствующие тангенциальные составляющие. Поле, создаваемое одним плечом, целесообразно вычислять в виде разложения по единичным векторам 1z и 1рo цилиндрической системы координат, ось аппликат которой (OZ) совмещена с плечом, средняя точка сегмента находится в начале координат, начало (для 1-го плеча) или конец (для 2-го плеча) сегмента находится в области положительных z.

Формулы для z-й и рo-й компонент поля, создаваемого в точке сшивания одним из плеч сегмента (в соответствующей цилиндрической системе) имеют вид:

(3.24)

(3.25)

где, r 1 - расстояние до точки наблюдения от начала (конца) сегмента, м;

r 0 - расстояние до точки наблюдения от средней точки сегмента, м;

Волновое число;

Длина волны, м;

l - длина рассматриваемого плеча, м;

z и - цилиндрические координаты точки наблюдения (соответственно аппликата и проекция радиус-вектора точки на плоскость z=0, м).

Знак "+" в (3.24, 3.25) соответствует 1-му плечу сегмента, знак "-" - 2-му.

Пусть z- и р-компоненты поля по формулам (3.24, 3.25) рассчитаны для обоих плеч k-го сегмента, т.е. получены 4 числа. Обозначим их Е m ,k , m = 1, 2, 3, 4. Каждой m-й компоненте в исходной основной системе координат соответствует единичный вектор 1"m,k. С учетом этих обозначений формула для может быть записана в виде:

(3.26)

где, i - единичный вектор, тангенциальный к L в i-й точке сшивания.

Формула для свободных членов Еi имеет вид:

(3.27)

где, - стороннее поле, создаваемое всеми источниками рассмотренными выше;

Радиус-вектор i-й точки сшивания в исходной основной системе координат.

После вычисления коэффициентов и свободных членов составляется и решается СЛАУ (3.23).

Решение СЛАУ наиболее целесообразно выполнять методом оптимального исключения, требующим сохранения в памяти ЭВМ только верхней треугольной матрицы коэффициентов СЛАУ (включая главную диагональ) и столбца свободных членов.

3.3. Расчет уровней электромагнитного поля

После решения СЛАУ (3.23) имеем систему токов:

Сторонние на экранах фидеров и эквивалентные магнитные токи щелей шкафов передатчиков;

Наведенные на металлические тела, в том числе на экраны фидеров, обтекаемые сторонними токами (полный ток экранов фидеров будет суммой сторонних и наведенных токов).

Кроме того (в случае неэкранированного здания) имеются сторонние поля создаваемые антеннам радиоцентра.

Полное поле в некоторой точке наблюдения будет суперпозицией стороннего поля антенн, поля сторонних токов (экраны фидеров, щели шкафов) и поля наведенных токов.

Электрическое поле излучения антенн находится методом, описанным выше. Для вычисления магнитного поля можно, учитывая удаленность антенн, использовать приближенный подход, основанный на предположении о волновом характере поля. При этом для антенны вертикальной поляризации в цилиндрической системе (ось аппликат вертикальна и совпадает с антенной) магнитное поле имеет только -составляющую:

(3.28)

для антенны горизонтальной поляризации в такой же цилиндрической системе надо найти Ефи, тогда магнитное поле будет иметь только z-составляющую:

(3.29)

Поле, создаваемое сторонними токами экранов фидеров, вычисляется по формулам (3.11-3.13), как это было описано выше; поле излучения из щелей шкафов передатчиков - по формулам (3.17-3.19).

Поле, создаваемое наведенными токами является суперпозицией полей отдельных сегментов. Для вычисления электрического поля необходимо методом, описанным выше, рассчитать коэффициенты СЛАУ для точки наблюдения, рассматривая ее как точку сшивания, причем контур L поочередно ориентировать вдоль базисных векторов основной декартовой системы. Тогда поле одного сегмента (пусть это будет i-й сегмент) будет произведением тока в пучности Ii на этот коэффициент.

Магнитное поле сегментов вычисляется как суперпозиция полей отдельных их плеч следующим образом. Для каждого плеча каждого сегмента строится цилиндрическая система координат так, что ось аппликат (OZ) совпадает с плечом, центральная точка сегмента находится в начале координат, его крайняя точка - в области положительных z. В такой системе магнитное поле будет иметь только фи-составляющую, которая вычисляется по формуле:

(3.20)

где, I 0 - ток в пучности, т.е. коэффициент Ii, для i-ro сегмента, найденный в результате решения СЛАУ;

r 1 и r 0 - расстояния до точки наблюдения от крайней и средней точки сегмента, соответственно;

l - длина плеча;

z и рo - цилиндрические координаты точки наблюдения. После вычисления Нфи для некоторого плеча, находятся проекции вектора магнитного поля на оси основной декартовой системы. Данная процедура выполняется для всех плеч, полное магнитное поле наведенных токов находится как сумма соответствующих проекций.

4. Методика измерения уровней электромагнитного поля

Инструментальный контроль уровней ЭМП проводится с целью определения фактического состояния электромагнитной обстановки на рабочих местах обслуживающего и служит средством оценки достоверности результатов расчета. Измерения проводятся:

На этапе предупредительного санитарного надзора - при приемке радиотехнического объекта (РТО) в эксплуатацию;

На этапе текущего санитарного надзора - при изменении технических характеристик или режимов работы (мощности излучения, антеннофидерного тракта, направлений излучения и т.п.);

При изменении ситуационных условий размещения технических средств станций (изменение расположения антенн, фидеров, высот их установки, азимута или угла места максимального излучения антенн, изменения расположения передатчиков);

После проведения защитных мероприятий, направленных на снижение уровней ЭМП;

В порядке плановых контрольных измерений (не реже одного раза в год).

При подготовке к проведению измерений проводятся следующие работы:

Согласование с заинтересованными предприятиями и организациями цели, времени и условий проведения измерений;

Определение необходимости использования средств индивидуальной защиты;

Подготовка необходимой измерительной аппаратуры. Настоящая методика распространяется на все рабочие места радиопредприятий, излучающих энергию НЧ, СЧ и ВЧ диапазонов.

4.1. Операции измерений

При проведении измерений должны выполняться следующие операции:

Измерение напряженности электрической составляющей электромагнитного поля.

Измерение напряженности магнитной составляющей электромагнитного поля.

Пересчет измеренных уровней электрической и магнитной составляющих в значения энергетической нагрузки.

4.2. Средства измерения

При проведении измерений должны применяться следующие образцовые и вспомогательные средства:

Селективный микровольтметр SMV-11 (SMV-6);

Специальная антенна для измерения электрической составляющей ЭМП на частотах 0.06-30 МГц ("ОРТ");

Специальная антенна для измерения магнитной составляющей ЭМП на частотах 0.06-30 МГц.

Разрешается, кроме указанных выше, применять другие измерительные селективные (WMS-4, ESH 2, ESH 3, ESHS 10) и широкополосные приборы (NFM-1, ПЗ-15 - ПЗ-22) с погрешностями не хуже, чем у приборов, перечисленных выше.

4.3. Условия измерений

При проведении измерений должны соблюдаться следующие условия:

Температура окружающей среды 293 +- 5 К° (20 +- 5 С°);

Атмосферное давление 100 +- 4 кПа (750 +- 30 мм. рт. ст.);

Относительная влажность воздуха 65 +- 15%;

Напряжение питания сети частотой 50 Гц +- 1% и содержание гармоник до 5% должно быть 220 В +- 2%.

Измерения на рабочих местах проводят на расстояниях от источников ЭМП, соответствующих нахождению тела работающих, на нескольких уровнях от поверхности пола или земли с определением максимального значения напряженности ЭМП для каждого рабочего места.

Минимальное расстояние между измерительной антенной и металлическими поверхностями не должно быть менее четырех максимальных размеров антенны, при размерах антенны не более 0,25 м.

4.4. Проведение измерений

4.4.1. Измерение уровня напряженности электрической составляющей ЭМН в диапазоне частот 0.06-30 МГц.

4.4.1.1. Уровень напряженности поля определяют на каждой рабочей частоте радиопередающего устройства.

4.4.1.2. Включают селективный микровольтметр и прогревают его в течение времени, указанном в инструкции по эксплуатации.

4.4.1.3. Специальную антенну для измерения электрической составляющей ЭМП располагают в выбранной плоскости XOY по оси Х в соответствующей точке измерения.

4.4.1.4. Включают (если оно не работает) радиопередающее устройство в режим непрерывного излучения.

4.4.1.5. Устанавливают и калибруют частоту прибора SMV-11.

4.4.1.6. Настраивают прибор на измеряемый сигнал.

4.4.1.7. Проводят калибровку усиления.

4.4.1.8. Отсчитывают измеренное значение напряжения по сумме ослабления на делителях и по показанию индикаторного прибора в дБ.

4.4.1.9. Определяют напряженность поля по сумме измеренного значения напряжения и калибровочного коэффициента специальной измерительной антенны на данной частоте в дБ.

4.4.1.10. Производят пересчет значения напряженности поля Ех, выраженной в дБ относительно 1 мкВ, в В/м по формуле

4.4.1.11. Ориентируют измерительную антенну по оси Y, повторяют действия по пп. 4.4.1.7-4.4.1.10, определяя Еy.

4.4.1.12. Устанавливают измерительную антенну ортогонально к плоскости XOY, повторяют действия по пп. 4.4.1.7-4.4.1.10, определяя Еz.

4.4.1.13. Повторяют измерения составляющих Еx, Еy, Еz, еще два раза. Выбирают наибольшие из измеренных значений.

4.4.1.14. Повторяют действия по пп. 4.4.1.7-4.4.1.13, поместив антенну в другую точку пространства на рабочем месте обслуживающего (на другую высоту). Выбирают наибольшие из измеренных значений.

4.4.1.15. Повторяют действие по п.4.4.1.14 так, чтобы на одном рабочем месте были проведены измерения не менее, чем в трех точках. Выбирают наибольшие из измеренных значений.

4.4.1.16. Производят пересчет измеренных значений в значение суммарной составляющей по формуле

4.4.2. Измерение уровня напряженности магнитной составляющей ЭМП в диапазоне частот 0.06-30 МГц.

4.4.2.1. Измерения проводят согласно п.4.4.1, заменив антенну для измерения электрической составляющей на специальную антенну для измерения магнитной составляющей.

4.4.2.2. Производят пересчет измеренных значений в значение суммарной составляющей по формуле

4.4.3. Проводят измерения электрической и магнитной составляющих ЭМП, создаваемого другими радиопередающими устройствами на их рабочих частотах согласно пп. 4.4.1-4.4.2.

Результаты измерений оформляются протоколом.

Главный государственный санитарный врач

Российской Федерации Г.Г.Онищенко

Государственное санитарно-эпидемиологическое нормирование Российской Федерации

Определение уровней электромагнитного
поля, создаваемого излучающими
техническими средствами телевидения,
ЧМ радиовещания и базовых станций
сухопутной подвижной радиосвязи

Методические указания
МУК 4.3.1677-03

Минздрав России
Москва 2003

1. Разработаны сотрудниками Самарского отраслевого научно-исследовательского института радио Министерства Российской Федерации по связи и информатизации (А.Л. Бузовым, С.Н. Елисеевым, Л.С. Казанским, Ю.И. Кольчугиным, В.А. Романовым, М.Ю. Сподобаевым, Д.В. Филипповым, В.В. Юдиным).

2. Представлены Минсвязи России (письмо № ДРТС-2/988 от 02.12.02). Одобрены комиссией по государственному санитарно-эпидемиологическому нормированию при Минздраве России.

3. Утверждены и введены в действие Главным государственным санитарным врачом Российской Федерации от 29.06.03.

4. Введены взамен МУК 4.3.045-96 и МУК 4.3.046-96 (в части базовых станций).

	УТВЕРЖДАЮ
	Главный государственный санитарный врач Российской Федерации, Первый заместитель Министра здравоохранения Российской Федерации Г.
	Г. Онищенко
	Дата введения: с момента утверждения

4.3. МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ. ФИЗИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ

Определение уровней электромагнитного поля,
создаваемого излучающими техническими средствами
телевидения, ЧМ радиовещания и базовых станций
сухопутной подвижной радиосвязи

Методические указания МУК 4.3.1677-03

Назначение и область применения

Методические указания предназначены для применения специалистами центров государственного санитарно-эпидемиологического надзора, инженерно-техническими работниками, проектными организациями, операторами связи в целях обеспечения санитарно-эпидемиологического надзора за источниками излучения.

Методические указания устанавливают методики определения (расчета и измерений) уровней электромагнитного поля (ЭМП), излучаемого техническими средствами телевидения, ЧМ радиовещания и базовых станций сухопутной подвижной радиосвязи в диапазоне 27-2400 МГц в местах их размещения.

Документ введен взамен МУК 4.3.04-96 и МУК 4.3.046-96 (в части базовых станций). Отличается от прежних документов тем, что содержит методику расчета уровней ЭМП для произвольных расстояний от антенн, включая ближнюю зону, с учетом подстилающей поверхности и влияния различных металлоконструкций.

Методические указания не распространяются на средства связи, содержащие апертурные антенны.

1. Общие положения

Определение уровней ЭМП проводится с целью прогнозирования и определения состояния электромагнитной обстановки в местах размещения излучающих объектов телевидения, ЧМ вещания и базовых станций сухопутной подвижной радиосвязи.

Расчетное прогнозирование проводится:

При проектировании передающего радиотехнического объекта (ПРТО);

При изменении условий размещения, характеристик или режимов работы технических средств действующего ПРТО (изменение расположения антенн, высот их установки, направлений излучения, мощности излучения, схемы антенно-фидерного тракта, застройки прилегающих территорий и т. п.):

В случае отсутствия материалов расчетного прогнозирования электромагнитной обстановки ПРТО;

При сдаче ПРТО в эксплуатацию (при внесении изменений в проект относительно его первоначального варианта, для которого осуществлялось расчетное прогнозирование).

Измерения проводятся:

При сдаче ПРТО в эксплуатацию;

В порядке плановых контрольных измерений не реже одного раза в три года (в зависимости от результатов динамического наблюдения периодичность проведения измерений уровней ЭМП может быть сокращена по решению соответствующего центра Госсанэпиднадзора, но не чаще, чем один раз в год);

При изменении условий размещения, характеристик или режимов работы технических средств действующего ПРТО;

После проведения защитных мероприятий, направленных на снижение уровней ЭМП.

В методике расчетного прогнозирования определены следующие способы расчета уровней ЭМП:

Непосредственно по току в проводниках антенны (предварительно рассчитанному);

По диаграмме направленности (ДН) антенны, которая определяется по распределению тока в проводниках антенны;

По паспортным ДН антенны.

Для тех случаев, когда антенна представляет собой антенную решетку, в качестве элементов которой используются излучатели неизвестной конструкции с известными ДН, предусмотрена возможность расчета ДН такой решетки.

Расчет уровней ЭПМ непосредственно по току выполняется для относительно малых расстояний от антенны (в ближней и промежуточной зонах), расчет по ДН - для относительно больших расстояний (в дальней зоне). Паспортные ДН используются при отсутствии сведений о конструкции антенны.

Распределение тока по проводникам антенны находятся решением электродинамической задачи методом интегрального уравнения. При этом антенна представляется в виде системы определенным образом расположенных и ориентированных в пространстве проводников.

В методике расчета уровней ЭПМ предусмотрены:

Возможность учета подстилающей поверхности на основе двухлучевой модели распространения радиоволн в предположении, что подстилающая поверхность не влияет на распределение тока в проводниках антенны;

Возможность учета влияния металлоконструкций на основе определения тока, наведенного на них полем антенны.

Исходными данными для учета ЭПМ служат геометрические параметры антенны в виде набора координат концов проводников, геометрические и электрофизические параметры подстилающей поверхности, технические характеристики радиопередающих средств.

Орт оси аппликат базовой системы координат;

Орт указывающий направление из геометрического центра зеркального изображения антенны в точку наблюдения.

При наличии как влияющих металлоконструкций, так и подстилающей поверхности вектор напряженности электрического поля определяется по , где:

1) определяется аналогично тому, как это делается в случае наличия только подстилающей поверхности - по , где определяется по , а - по ;

2) определяется аналогично тому, как определяется эта величина в - по току в проводниках металлоконструкций с той лишь разницей, что поле в точках коллокации на проводниках металлоконструкций определяется (с последующим определением проекции вектора на положительное направление проводника металлоконструкции) с учетом подстилающей поверхности так же, как это делается при определении .

2.3.4. Расчет уровней электромагнитного поля по паспортным диаграммам направленности

Расчет уровней ЭМП выполняется в основном так же, как в . Разница состоит в следующем:

1) вместо ДН в вертикальной и горизонтальной плоскостях, рассчитанных по току антенны, используются нормированные амплитудные паспортные ДН в вертикальной и горизонтальной плоскостях - и соответственно; если паспортные ДН не нормированы и даны в относительных единицах («в разах»), их нормировка выполняется аналогично тому, как это делается в ; если паспортные ДН даны в дБ (ДН вертикальной и горизонтальной плоскостях- и , соответственно), то ДН и определяются по формулам:

Где(2.30)

- максимальное значение ДН

2) сферические координаты точки наблюдения (углы θ, φ расстояние R ) определяются не относительно геометрического центра антенны (как в ), а относительно точки, принимаемой за фазовый центр антенны (т. е. сферические координаты определяются в сферической системе, начало которой совмещено с указанной точкой); аналогичным образом определяются сферические координаты для зеркального изображения антенны - в сферической системе, начало которой совмещено с зеркальным изображением точки, принимаемой за фазовый центр антенны;

3) КНД также определяется по паспортным данным:

Если задан КНД ( D ) в относительных единицах, то в расчетах непосредственно используется заданное значение;

Если задан КНД в дБ (D (дБ) ), то в расчетах используется КНД в относительных единицах, определяемый по формуле (формула пересчета из дБ в относительные единицы);

Если задан коэффициент усиления (КУ) относительно изотропного излучателя, то КНД принимается равным КУ (при необходимости с последующим пересчетом из дБ в относительные единицы по вышеуказанной формуле);

Если задан КУ относительно полуволнового вибратора в относительных единицах, то используемое в расчетах значение КНД определяется как произведение заданного значения КУ и коэффициента 1,64;

Если задан КУ относительно полуволнового вибратора в дБ, то сначала определяется КНД в дБ как величина, на 2,15 дБ превышающая КУ, а затем выполняется пересчет КНД из дБ в относительные единицы по вышеуказанной формуле.

Ниже приводятся данные для определения положения точки, принимаемой за фазовый центр, для основных типов антенн.

В качестве точки, принимаемой за фазовый центр коллинеарной антенны, берется точка, лежащая на вертикальной оси антенны на одинаковом удалении от нижнего и верхнего ее концов.

Положение точки, принимаемой за фазовый центр панельной антенны, определяется по . Положение точки, принимаемой за фазовый центр антенны типа Уда-Яги («волновой канал»), определяется по . На этих рисунках Δ F H - ширина ДН (главного лепестка) по уровню -3 дБ (уровень 0,707 для нормированной ДН в относительных единицах) в H -плоскости. Ширина ДН определяется в градусах. В качестве H -плоскости берется горизонтальная плоскость для антенн вертикальной поляризации и вертикальная плоскость для антенн горизонтальной поляризации.

Точка, принимаемая за фазовый центр логопериодической антенны, находится на ее продольной оси. Положение данной точки определяется смещением h по направлению максимального излучения, так же как и для антенны Уда-Яги, - см. . Величина h рассчитывается по формуле:

, где(2.31)

;

L - длина логопериодической антенны (вдоль продольной оси);

Соответственно нижняя и верхняя граничные частоты рабочего диапазона логопериодической антенны;

f - частота, для которой определяется положение фазового центра

Следует отметить, что при расчете уровней ЭМП без учета влияния металлоконструкций и подстилающей поверхности находить положение точки, принимаемой за фазовый центр не требуется. В этом случае, как и в положение антенны можно характеризовать положением ее геометрического центра.

2.3.5. Расчет уровней электромагнитного поля антенной решетки по паспортным диаграммам направленности составляющих ее излучателей

Расчет уровней ЭМП выполняется в основном так же, как в . Разница состоит в том, что иначе определяется ненормированная ДН как функция обеих угловых сферических координат которая в рассчитывается по .

В данном случае ДН определяются следующим образом.

Каждый k - й излучатель характеризуется следующими параметрами:

Координатами точки, принимаемой за фазовый центр, (соответственно абсцисса, ордината и аппликата в базовой декартовой системе координат);

Ориентационным азимутом - углом поворота излучателя по азимуту относительно нулевого азимута в базовой системе (направление нулевого азимута указывается осью абсцисс);

Паспортными ДН в вертикальной и горизонтальной плоскостях - и , соответственно; ДН должны быть определены в относительных единицах и нормированы - так же, как в ;

Комплексной амплитудой нормированного входного напряжения U k нормированные входные напряжения излучателей определяются следующим образом: для одного из излучателей нормированное входное напряжение полагается равным единице, а остальные входные напряжения нормируются к фактической величине входного напряжения данного излучателя.

ДН рассчитывается по формуле:

Следует отметить, что при использовании необходимо выполнение следующих условий:

Все излучатели, образующие антенную решетку, должны представлять собой антенны одного типа поляризации (либо вертикальной, либо горизонтальной);

При построении антенной решетки излучатели могут поворачиваться только по азимуту (вокруг вертикальной оси).

3. Методика измерения уровней электромагнитных полей

3.1. Подготовка к проведению измерений

При подготовке к проведению измерений проводятся следующие работы:

Согласование с заинтересованными предприятиями и организациями цели, времени и условий проведения измерений;

Рекогносцировка района проведения измерений;

Выбор трасс (маршрутов) и площадок измерений;

Организация связи для обеспечения взаимодействия между персоналом станции и группой измерений;

Обеспечение измерений дальности до точки измерений;

Определение необходимости использования средств индивидуальной защиты;

Подготовка необходимой измерительной аппаратуры.

3.2. Выбор трасс (маршрутов) измерений

Число трасс определяется рельефом прилегающей местности и целью измерений. При установлении границ санитарно-защитной зоны (СЗЗ) выбирается несколько трасс, определяемых по конфигурации теоретических границ СЗЗ и прилегающей селитебной территории. При текущем санитарном надзоре, когда характеристики ПРТО и условия его эксплуатации остаются неизменными, измерения могут проводиться по одной характерной трассе или по границе СЗЗ.

При выборе трасс учитывается характер прилегающей местности (рельеф, растительный покров, застройка и пр.), в соответствии с которым район, прилегающий к ПРТО, разбивается на секторы. В каждом секторе выбирается радиальная относительно ПРТО трасса.

К трассе предъявляются требования:

Трасса должна быть открытой, а площадки, на которых намечается проведение измерений, должны иметь прямую видимость на антенну излучающего средства и не иметь в радиусе до 5 метров переотражающих конструкций. Если это требование невыполнимо и на измерительной площадке находятся переотражающие конструкции, то измерительную антенну следует располагать на расстоянии не менее 0,5 метра от этих конструкций.

Вдоль трассы, в пределах главного лепестка ДН, не должно быть переизлучателей (металлических конструкций и сооружений, линий электропередачи и т. п.), а также затеняющих препятствий;

Наклон трассы должен быть минимальным по сравнению с наклоном всех возможных трасс в данном секторе;

Трасса должна быть доступной для пешего передвижения или для автотранспорта;

Протяженность трассы определяетсяна основе расчетного удаления границ СЗЗ и зон ограничения застройки, причем измерения рекомендуется проводить в точках, близких к границе зоны, как внутри зоны, так и вне ее.

3.3. Проведение измерений

3.3.1. Общие положения

На каждой площадке необходимо проводить не менее трех независимых измерений. За результат принимается среднее арифметическое значение этих измерений.

Для измерения расстояний могут использоваться теодолит, мерная лента, план (карта) местности и другие доступные средства, обеспечивающие достаточную точность.

Для средств телевизионного вещания измерения должны проводиться как на несущей частоте изображения, так и несущей частоте звукового сопровождения.

По результатам измерений составляется протокол. Протоколы измерений уровней ЭМП являются сведениями, подлежащими включению в санитарно-эпидемиологическое заключение на ПРТО.

При одновременной работе источников электромагнитного излучения радиочастотного диапазона (ЭМИ РЧ), излучающих в диапазонах частот с разными гигиеническими нормативами, измерения должны проводиться раздельно в каждом диапазоне частот.

Аппаратура, используемая для измерений уровней ЭМП, должна быть исправной и иметь действующее свидетельство о государственной поверке. Перечень рекомендуемых приборов приведен в .

Подготовка аппаратуры к измерениям и сам процесс измерений проводятся в соответствии с инструкцией по эксплуатации применяемых приборов. При этом необходимо учитывать тот факт, что измерения могут проводиться, как в ближней, так и дальней зоне передающего радиотехнического средства. Критерием определения границы между ближней и дальней зонами является соотношение

Измерение уровней ЭМП в дальней зоне селективными и широкополосными приборами с антеннами направленного приема

Измерительная антенна прибора ориентируется в пространстве в соответствии с поляризацией измеряемого сигнала. Измерения проводятся в центре площадки на высоте от 0,5 до 2 м от уровня подстилающей поверхности (земли). В этих пределах отыскивается высота, при которой значение измеряемой величины (показание прибора) наибольшее. На этой высоте, плавно поворачивая измерительную антенну в плоскости поляризации измеряемого сигнала, вновь добиваются максимального показания прибора.

Измерение уровней ЭМП в дальней зоне широкополосными приборами с антеннами ненаправленного приема

Измерения проводятся на высоте от 0,5 до 2 м от уровня подстилающей поверхности (земли). В этих пределах высот производится ориентация измерительной антенны на максимум приёма. Максимум приёма соответствует максимальному показанию измерительного прибора.

Измерение уровней ЭМП в ближней зоне селективными и широкополосными приборами с антеннами направленного приема

В ближней зоне необходимо проводить измерение трёх составляющих вектора напряженности электрического поля каждой антенны ПРТО Е х, Е у, Е z : путем соответствующей ориентации измерительной антенны. Значение модуля вектора напряженности поля рассчитывается по формуле:

Измерение уровней ЭМП в ближней зоне широкополосными приборами с антеннами ненаправленного приема

Широкополосные приборы с антеннами ненаправленного приема измеряют сразу модуль вектора напряженности поля, поэтому достаточно провести ориентацию измерительной антенны на максимум приема. Максимум приема соответствует максимальному показанию индикатора измерительного прибора.

3.3.2. Измерения в диапазоне частот 27-48,4 МГц

В данном диапазоне частот производится измерение среднего квадратичного (эффективного) значения напряженности электрического поля.

Измерения должны проводиться селективными приборами (селективными микровольтметрами, измерительными приемниками, анализаторами спектра) с антеннами направленного приема или широкополосными измерителями напряженности поля.

В случае применения селективных или широкополосных приборов с антеннами направленного приема необходимо руководствоваться положениями об измерениях уровней ЭМП в ближней и дальней зонах.

При измерении широкополосными приборами должно быть предусмотрено последовательное включение технических средств ПРТО одного частотного диапазона (27-30 МГц) и отключение - другого (30-48,4 МГц), работающих в данном направлении или оказывающих влияние на суммарное значение напряженности поля в данной точке, и наоборот.

3.3.3. Измерения в диапазоне частот 48,4-300 МГц

В данном диапазоне частот производится измерение среднего квадратичного (эффективного) значения напряженности электрического поля. Измерения напряжённости поля технических средств телевидения и ЧМ-вещания должны проводиться только селективными приборами (селективными микровольтметрами, измерительными приемниками, анализаторами спектра) с антеннами направленного приема. Измерение напряженности поля каждого технического средства телевидения должно проводиться в режиме измерения эффективных значений на несущих частотах каналов изображения и звукового сопровождения.

Измерения селективными приборами с антеннами направленного приема проводятся в соответствии с положениями .

Измерения напряженности поля других технических средств указанного диапазона могут проводиться, как селективными приборами с антеннами направленного приема, так и широкополосными приборами с любым типом антенн. При этом следует учесть, что измерения широкополосными приборами должны проводиться при выключенных технических средствах телевидения и ЧМ-вещания.

3.3.4. Измерения в диапазоне частот 300-2400 МГц

В данном диапазоне частот производится измерение плотности потока энергии ППЭ ЭМП. Измерения проводятся широкополосными измерителями ППЭ или селективными измерителями напряженности поля.

В ближней зоне измерения проводятся только широкополосными измерителями ППЭ в соответствии с положением . В дальней зоне измерения проводятся, как широкополосными измерителями ППЭ, так и селективными приборами с антеннами направленного приема. Измерения проводятся в соответствии с положениями .

Значение напряженности электрического поля, измеренное селективным прибором в дальней зоне, пересчитывается в ППЭ по формуле:

МкВт/см 2 (3.2)

E - значение напряжённости электрического поля в В/м.

В случае использования селективного прибора с измерительными рупорными антеннами, необходимо руководствоваться следующими правилами. Произвести ориентацию рупорной антенны в направлении максимума излучения. Поворачивая рупорную антенну вдоль своей оси добиться максимального показания уровня измеряемого сигнала по шкале (экрану) измерительного прибора. Затем показания прибора нужно пересчитать в микроватты. Окончательное значение ППЭ, мкВт/см 2 получается из формулы 3.3:

Где(3.3)

Р - показания измерительного прибора, мкВт;

K з - затухание, вносимое переходными волноводными устройствами рупорной антенны и соединительным коаксиальным кабелем, в разах;

S - эффективная поверхность рупорной антенны, см

Приложение 1

Примеры расчетов уровней электромагнитного поля

Пример 3

Исходные данные. Техническое средство - антенна, аналогичная рассмотренной в , при той же мощности излучения и частоте. Требуется рассчитать уровень ЭМП, создаваемого антенной в точке М1 с координатами: х = 2,7 м, у = 0, z = -3 м (та же точка, что и в ). При этом необходимо учесть влияние подстилающей поверхности, расположенной в плоскости z =- 5 м (см. ). Параметры среды под подстилающей поверхностью: относительная магнитная проницаемость μ = 1; относительная диэлектрическая проницаемость ε = 15; удельная проводимость σ = 0,015 Ом/м. Учитывать влияние металлоконструкций не требуется.

Выполнение расчетов

1) В данном диапазоне частот, согласно действующим нормам, нормируется напряженность электрического поля Е , В/м. Поэтому уровень ЭМП характеризуется величиной Е ,

D Е

3) Расчет тока антенны выполняется аналогично тому, как это сделано в .

4) Расчет напряженности электрического поля выполняется по методике, изложенной в . Составляющая поля = -3 м (та же точка, что и в ). При этом необходимо учесть влияние металлоконструкции и подстилающей поверхности. Параметры металлоконструкции - те же, что в , параметры подстилающей поверхности - те же, что в .

Выполнение расчетов

Е , Е , которую и требуется рассчитать.

2) Поскольку расстояние до точки наблюдения (точка М1) и максимальный размер антенны D соотносятся так же, как и в , расчет Е выполняется непосредственно по току антенны. примере 1 , при той же мощности излучения и частоте. Требуется рассчитать уровень ЭМП, создаваемого антенной в точке М1 с координатами: х = 10 м, у = 5 м, z = -3 м (см. ). Учитывать влияние металлоконструкций и подстилающей поверхности не требуется.

Выполнение расчетов

1) В данном диапазоне частот, согласно действующим нормам, нормируется напряженность электрического поля Е , В/м. Поэтому уровень ЭМП характеризуется величиной Е , которую и требуется рассчитать.

В соответствии с устанавливается, как выполнять расчет - непосредственно по току антенны или по ее ДН. По имеем R гр = формуле (2.23) Техническое средство - антенна, аналогичная рассмотренной в , при той же мощности излучения и частоте. Требуется рассчитать уровень ЭМП, создаваемого антенной в точке М1 с координатами: х = 10 м, у = 5, z = -3 м (та же точка, что и ). При этом необходимо учесть влияние подстилающей поверхности, расположенной в плоскости х = -5 м (см. ). Параметры среды под подстилающей поверхностью - те же, что и в . Учитывать влияние металлоконструкций не требуется.

Выполнение расчетов

1) В данном диапазоне частот, согласно действующим нормам, нормируется напряженность электрического поля Е , В/м. Поэтому уровень ЭМП характеризуется величиной Е , которую и требуется рассчитать.

2) Поскольку расстояние до точки наблюдения и максимальный размер антенны D соотносятся так же, как и в , расчет Е выполняется непосредственно по ДН антенны, которая, в свою очередь, определяется по току антенны.

3) Расчет тока и ДН антенны выполняется аналогично тому, как это сделано в .

4) Расчет напряженности электрического поля выполняется по методике, изложенной в . Вектор напряженности электрического поля определяется по , где первое слагаемое рассчитывается так же, как и вектор Е

Пример 7

Исходные данные. Техническое средство - антенна Уда-Яги, заданная своими паспортными ДН. Паспортная ДН в вертикальной плоскости приведена на рис. , паспортная ДН в горизонтальной плоскости - на рис. . Антенна расположена так, что ее геометрический центр совмещен с началом координат, и ориентирована максимумом излучения по направлению оси абсцисс (ориентация - такая же как в -). Задан КНД антенны в относительных единицах: D = 27,1. Мощность излучения равна 100 Вт, частота - 900 МГц. Максимальный линейный размер антенны 1160 мм. Требуется рассчитать уровень ЭМП, создаваемого антенной в точке М1 с координатами: х = 5 м, у = 0, z = -3 м. Учитывать влияние металлоконструкций и подстилающей поверхности не требуется.

Выполнение расчетов

1) Поскольку в данном диапазоне частот, согласно действующим нормам, нормируется плотность потока энергии П, мкВт/см, необходимо ее рассчитать.

В соответствии с устанавливается необходимость введения поправочного коэффициента р, определяемого по графику, приведенному на . По имеем R гр = 12,622 м. При этом расстояние от геометрического центра антенны до точки М1 равно 5,831 м, т. е. оно не превышает R гр Поэтому необходимо ввести поправочный коэффициент. С учетом того, что α = 1,7, имеем (по графику на ) р = 1,05.

2) Расчет напряженности электрического поля выполняется по методике, изложенной в . Поскольку влияние металлоконструкций и подстилающей поверхности учитывать не требуется, нет необходимости определять фазовый центр антенны, и можно считать, что она представляет собой точечный излучатель, расположенный в геометрическом центре антенны (т. е. в начале координат). Угловые сферические координаты точки наблюдения М1: θ = 121°; φ = 0°. Расстояние от геометрического центра антенны до точки М1 R = 5,831 м. Значения нормированных ДН в направлении на точку . Напряженность электрического поля в точке наблюдения М1 Е

Измерительный приемник

от 9 кГц до 1000 МГц

1,0 дБ

SMV -8

Селективный микровольтметр

от 30 кГц до 1000 МГц

1,0 дБ

НР8563Е

Анализатор спектра

от 9 кГц до 26,5 ГГц

2,0 дБ

С4-60

Анализатор спектра

от 10 МГц до 39,6 ГГц

2,0 дБ

С4-85

Анализатор спектра

от 100 Гц до 39,6 ГГц

2,0 дБ

ОРТ

Антенна дипольная

от 0,15 МГц до 30 МГц

2,0 дБ

D Р1

Антенна дипольная

от 26 МГц до 300 МГц

2,0 дБ

D Р3

Антенна дипольная

от 300 МГц до 1000 МГц

2,0 дБ

П6-31

Рупорная антенна

от 0,3 ГГц до 2,0 ГГц

± 16 %

НР11966Е

Рупорная антенна

от 1 до 18 ГГц

1,5 дБ

Н Z -11

Комплект измерительных антенн

от 100 кГц до 2 ГГц

1,5 дБ

NF М-1

Измеритель ближнего поля

от 60 кГц до 350 МГц

± 20 %

П3-22

Измеритель ближнего поля

от 0,01 до 300 МГц

± 2,5дБ

П3-15/16/17

от 1,0 МГц до 300 МГц

± 3,0 дБ

ИПМ-101

Измеритель ближнего поля

от 0,03 до 1200 МГц

20 - 40 %

ЕМ R -20/30

Измерители напряженности поля

от 0,1 до 3000 МГц

3,0 дБ

П3-18/19/20

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http :// www . allbest . ru /

Кафедра: охраны труда, промышленной безопасности и экологии

Дисциплина: Мониторинг безопасности

Методы и системы измерения электромагнитных полей

Введение

Введение

Современное состояние биосферы вызывает тревогу у всего прогрессивного человечества по причине ее значительного загрязнения. Жизнь современного общества находится под влиянием электромагнитных полей (ЭМП). Не в последнюю очередь это связано с тем, что вторая половина 20-го столетия ознаменовалась бурным развитием радиоэлектроники, систем беспроводной связи, электроэнергетики. Создаются мощные радиопередающие устройства, системы радиосвязи и телевидения, антенны которых преднамеренно излучают в пространство электромагнитную энергию. Биосфера наполнено ЭМП технического происхождения. Интенсивность ЭМП и другие показатели электрического и магнитного полей в большинстве случаев увеличились многократно. В настоящее время это стало крупной проблемой в области электромагнитной безопасности человека.

Каждый день локальным и фоновым электромагнитным энергетическим нагрузкам подвергаются миллионы людей. Места отдыха детей оснащены электрическими и электронными играми, компьютерами. Компьютеризуется учебный процесс в начальных, средних и высших учебных заведениях. Рабочие места работников промышленности, науки и вооружения, специалистов управленческих и диспетчерских служб, служб испытаний и спасения, летчиков и водителей электротранспорта насыщены электрическими приборами, электрокабелями, электронными средствами оргтехники, пультами управления и средствами связи. Все эти источники ЭМП расположены в зонах нахождения человека. Значительная часть населения планеты систематически облучается ЭМП от сотовых телефонов, антенны которых излучают электромагнитную энергию в области головы.

Действие на человека ЭМП не проходит бесследно. В медицине имеются неоспоримые доказательства негативных последствий (включая отдаленные последствия), вызванных длительными воздействиями как мощных, так и малоинтенсивных ЭМП. Эти поля воздействуют на нервную, эндокринную и сердечнососудистую системы, нарушают обмен веществ и морфологический состав крови, вызывают изменения репродуктивной функции и т. д.

Человек «беззащитен» перед ЭМП, «коварство» которых состоит в том, что их действие не ощущается органами чувств. Особенно это относится к магнитным полям (МП), для которых все биологические объекты «прозрачны». Эффективным способом защиты человека является определение предельно допустимых значений соответствующих основных характеристик вкупе с контролем ключевых параметров ЭМП, что в итоге сформирует безопасные условия для жизни.

1. Определение и виды электромагнитных полей

Электромагнитное поле (ЭМП) - совокупность изменяющихся во времени электрического поля и магнитного поля. Поля связаны между собой непрерывным взаимным превращением, которое происходит в процессе движения ЭМП.

Геомагнитное поле (ГМП) - магнитное поле Земли. Это поле имеет две составляющие - постоянную и переменную. Постоянное магнитное поле возникает в недрах планеты и с течением времени практически не меняется. Его величина зависит только от географической точки на планете (близость к магнитным полюсам, наличие магнитных аномалий и пр.). Причины переменного магнитного поля, а значения его не значительны. Геомагнитное поле внутри зданий, сооружений, кабин транспорта ослабляется ограждающими конструкциями. Кроме того, эти конструкции сами могут являться источниками постоянного магнитного поля. Сумма ослабленного геомагнитного поля в помещении и полей от других источников называется гипогеомагнитным полем (ГГМП).

Электрическое поле (ЭП) - составляющая электромагнитного поля, которая окружает электрические заряды. ЭП создается как неподвижными заряженными частицами (телами), так и заряженными частицами, двигающимися в пространстве со скоростями, значительно меньшими, чем скорость ЭМП. ЭП неподвижных электрических зарядов называют электростатическим полем. Значение силы пропорционально электрическому заряду частицы и не зависит от ее скорости. Отличительная особенность ЭП состоит в том, что только оно оказывает силовое воздействие на неподвижные заряженные частицы.

Статические электрические поля (СЭП) - представляют собой поля неподвижных электрических зарядов, либо стационарные электрические поля постоянного тока. Они могут существовать в виде собственно ЭСП (поля неподвижных зарядов) или стационарных электрических полей (электрические поля постоянного тока).

Магнитное поле (МП) - составляющая электромагнитного поля, окружающая движущиеся заряды и намагниченные тела. МП не существует без движущихся зарядов и намагниченных тел, а они, в свою очередь, создают вокруг себя МП, которое обладает массой, энергией и импульсом.

Постоянные магнитные поля (ПМП) Источниками ПМП на рабочих местах являются постоянные магниты, электромагниты, сильноточные системы постоянного тока (линии передачи постоянного тока, электролитные ванны и другие электротехнические устройства).

МП неподвижных намагниченных тел и проводников с постоянным током называют магнитостатическим или постоянным магнитным полем.

Электрическое поле, а также магнитное поле и вещество (включая живую материю) проницаемы друг для друга. Они могут занимать один и тот же объем.

Физической причиной существования электромагнитного поля является то, что изменяющееся во времени электрическое поле возбуждает магнитное поле, а изменяющееся магнитное поле - вихревое электрическое поле. Непрерывно изменяясь, обе компоненты поддерживают существование электромагнитного поля. Поле неподвижной или равномерно движущейся частицы неразрывно связано с носителем (заряженной частицей). Однако при ускоренном движении носителей электромагнитное поле существует в окружающей среде независимо в виде электромагнитной волны, не исчезая с устранением носителя (например, радиоволны не исчезают при исчезновении тока в излучающей их антенне). Отличие ЭМП от других видов полей состоит в том, что только ЭМП оказывает давление на поглощающую поверхность. Основными физическими параметрами, характеризующими ПМП, являются: напряженность поля (Н), магнитный поток (Ф) и магнитная индукция(В). Единицами измерения напряженности магнитного поля является ампер на метр (А/м), магнитного потока - вебер (Вб), магнитной индукции (или плотности магнитного потока) - тесла (Тл)

Электромагнитным полями радиочастот (ЭМП РЧ) называют поля, находящиеся в диапазоне 10 кГц -300 ГГц. Различные диапазоны радиоволн объединяет общая физическая природа, но они существенно различаются по заключенной в них энергии, характеру распространения, поглощения, отражения, а вследствие этого - по действию на среду, в том числе и на человека. Чем короче длина волны и больше частота колебаний, тем больше энергии несет в себе квант.

Электромагнитное поле (ЭМП) радиочастот характеризуется рядом свойств (способностью нагревать материалы, распространяться в пространстве и отражаться от границы раздела двух сред, взаимодействовать с веществом), благодаря которым ЭМП широко используются в различных отраслях народного хозяйства: для передачи информации (радиовещание, радиотелефонная связь, телевидение, радиолокация, радиометеорология и др.), в промышленности, науке, технике, медицине. Электромагнитные волны диапазона низких, средних, высоких и очень высоких частот применяются для термообработки металлов, полупроводниковых материалов и диэлектриков (поверхностный нагрев металла, закалка и отпуск, напайка твердых сплавов на режущий инструмент, пайка, плавка металлов и полупроводников, сварка, сушка древесины и др. Для индукционного нагрева наиболее широко используются ЭМП частотой 60-74, 440 и 880 кГц. Индукционный нагрев осуществляется в основном магнитной составляющей ЭМП за счет вихревых токов, наводимых в материалах при воздействии на них ЭМП.

2. Основные источники электромагнитных полей

Источниками электромагнитных полей являются:

Линии электропередач (ЛЭП);

Интенсивность электрических полей ЛЭП зависит от электрического напряжения. Например, под ЛЭП с напряжением 1 500 кВ напряженность у поверхности земли в хорошую погоду составляет от 12 до 25 кВ/м. При дожде и изморози напряженность ЭП может возрастать до 50 кВ/м.

Токи проводов ЛЭП создают также магнитные поля. Наибольших значений индукция магнитных полей достигает в середине пролета между опорами. В поперечном сечении ЛЭП индукции уменьшаются по мере удаления от проводов. Например, ЛЭП с напряжением 500 кВ при токе в фазе 1 кА создает на уровне земли индукции от 10 до 15 мкТл.

Радиостанции и радиоаппаратура;

Различные радиоэлектронные средства создают ЭМП в широком диапазоне частот и с различной модуляцией. Наиболее распространенными источниками ЭМП, вносящими существенный вклад в формирование электромагнитного фона как производственной, так и окружающей среды, являются центры радиовещания и телевидения.

Радиолокационные станции;

Радиолокационные и радарные установки имеют обычно антенны рефлекторного типа и излучают узконаправленный радиолуч. Они работают на частотах от 500 МГц до 15 ГГц, однако отдельные специальные установки могут работать на частотах до 100 ГГц и более. Основными источниками ЭМП в радиолокаторах являются передающие устройства и антенно-фидерный тракт. На антенных площадках значения плотности потока энергии составляют от 500 до 1500 мкВт/см2, в других местах технической территории - соответственно от 30 до 600 мкВт/см2. Причем радиус санитарно-защитной зоны для обзорного радиолокатора может достигать 4 км при отрицательном угле наклона зеркала.

ЭВМ и средства отображения информации;

Основными источниками электромагнитных полей в ЭВМ являются: электросетевое питание (частотой 50 Гц) мониторов, системных блоков, периферийных устройств; источники бесперебойного питания (частотой 50 Гц); система кадровой развертки (от 5 Гц до 2 кГц); система строчной развертки (от 2 до 14 кГц); блок модуляции луча электроннолучевой трубки (от 5 до 10 МГц). Также у мониторов с электроннолучевой трубкой и большим экраном (19, 20 дюймов) за счет высокого напряжения создается значительное рентгеновское излучение, что должно рассматриваться как фактор риска для здоровья пользователей.

Электропроводка;

ЭМП в жилых и производственных помещениях формируются как за счет внешних полей, создаваемых линиями электропередачи (воздушными, кабельными), трансформаторами, распределительными электрощитами и другими электротехническими устройствами, так и за счет внутренних источников, таких как бытовая и промышленная электротехника, осветительные и электронагревательные устройства, различные типы проводки электропитания. Повышенные уровни электрических полей наблюдаются только в непосредственной близости от этого оборудования.

Источниками магнитных полей могут быть: токи электропроводки, блуждающие токи промышленной частоты, обусловленные несимметрией загрузки фаз (наличием большого тока в нулевом проводе) и протекающие по сетям водо- и теплоснабжения и канализации; токи силовых кабелей, встроенных трансформаторных подстанций и кабельных трасс.

Электротранспорт;

Электромагнитная среда в традиционных городских видах транспорта характеризуется неоднозначным распределением значений магнитных полей как в рабочих зонах, так и в салонах вагонов. Как показывают измерения индукции постоянного и переменного магнитных полей, диапазон регистрируемых значений составляет от 0,2 до 1200 мкТл. Так, в кабинах водителей трамваев индукция постоянного магнитного поля составляет от 10 до 200 мкТл, в салонах от 10 до 400 мкТл. Индукция магнитного поля крайне низкой частоты при движении до 200 мкТл, а при разгоне и торможении до 400 мкТл.

Измерения магнитных полей в электротранспорте указывают на наличие различных уровней индукции, особенно в биологически важных диапазонах ультранизких частот (частота составляет от 0,001 до 10 Гц) и крайне низких частот (частота составляет от 10 до 1000 Гц). Магнитные поля таких диапазонов, источником которых является электротранспорт, могут представлять опасность не только для работников этого вида транспорта, но и для населения.

Мобильная связь (приборы, ретрансляторы)

Мобильная связь работает на частотах от 400 МГц до 2000 МГц. Источниками ЭМП радиочастотного диапазона являются и базовые станции, и радиорелейные линии связи, и подвижные станции. У подвижных станций наиболее интенсивные ЭМП регистрируются в непосредственной близости от радиотелефона (на расстоянии до 5 см).

Характер распределения ЭМП в пространстве, окружающем телефон, значительно изменяется в присутствии абонента (при разговоре абонента по телефону). Голова человека при этом поглощает от 10,8 до 98 % энергии, излучаемой модулированными сигналами различных несущих частот.

3. Воздействие ЭМП на человека

Взаимодействие внешних ЭМП с биологическими объектами происходит путем наведения внутренних полей и электрических токов, величина и распределение которых в теле человека зависит от целого ряда параметров, таких как размер, форма, анатомическое строение тела, электрические и магнитные свойства тканей (диэлектрическая и магнитная проницаемости и удельная проводимость), ориентация тела относительно векторов электрического и магнитного полей, а также от характеристик ЭМП (частота, интенсивность, модуляция, поляризация и др.).

Биологическое действие ослабленного геомагнитного поля (ГМП).

Результаты обследования работающих в экранированных помещениях, проведенных ИБФ МЗ и НИИ МТ РАМН, свидетельствуют о развитии у них ряда функциональных изменений в ведущих системах организма. Со стороны центральной нервной системы выявлены признаки дисбаланса основных нервных процессов в виде преобладания торможения, удлинение времени реакции на появляющийся объект в режиме непрерывного аналогового слежения, снижение критической частоты слияния световых мельканий.

Нарушения механизмов регуляции вегетативной нервной системы проявляются в развитии функциональных изменений со стороны сердечнососудистой системы в виде лабильности пульса и артериального давления.

Отмечен рост заболеваемости с ВУТ у лиц, длительное время работающих в экранированных сооружениях. При этом показано, что у обследованных частота заболеваний, сопровождающих синдром иммунологической недостаточности, существенно превышает таковую среди практически здоровых людей.

Таким образом, приведенные данные свидетельствуют о гигиенической значимости гипогеомагнитных условий и необходимости их соответствующей регламентации.

Биологическое действие электростатических полей (ЭСП).

ЭСП - фактор, обладающий сравнительно низкой биологической активностью. Кровь устойчива к воздействию ЭСП. Следует отметить, что механизмы влияния ЭСП и ответных реакций организма остаются неясными и требуют дальнейшего изучения.

Биологическое действие ПМП.

Живые организмы весьма чувствительны к воздействию ПМП. Принято считать, что наиболее чувствительными к воздействию ПМП являются системы, выполняющие регуляторные функции (нервная, сердечнососудистая, нейроэндокринная и др.)

Эксперты ВОЗ на основании совокупности имеющихся данных пришли к заключению, что уровни ПМП до 2 Тл не оказывают существенного влияния на основные показатели функционального состояния организма животных.

Отечественными исследователями описаны изменения в состоянии здоровья у лиц, работающих с источниками ПМП. Наиболее часто они проявляются в форме вегетодистоний, астеновегетативного и периферического вазовегетативного синдромов или их сочетания.

Биологическое действие ЭМП ПЧ.

Зависимость биоэффектов от плотности наведенных ЭП и МП ПЧ положена в основу разработанных по заданию ВОЗ Международных временных рекомендаций по ПДУ ЭП и МП ПЧ 50/60 Гц (ICNIRP, 1990). Эта зависимость может быть представлена следующим образом:

Биологическое действие ЭМП РЧ.

Организм животных и человека весьма чувствителен к воздействию ЭМП РЧ. В целом же биологическое действие ЭМП, выявляемое на молекулярном, клеточном, системном и популяционном уровнях, феноменологически можно объяснить несколькими био-физическими эффектами:

индуцированием электрических потенциалов в системе кровообращения;

стимулированием выработки магнитофосфена импульсами

магнитного поля в ОНЧ - СВЧ диапазонах, амплитудой от долей до десятков мТл;

инициированием переменными полями широкого спектра клеточных и тканевых изменений;

Варианты воздействия ЭМП на человека разнообразны: непрерывное и прерывистое, общее и местное, комбинированное от нескольких источников и сочетанное с другими неблагоприятными факторами производственной среды и т.д. Сочетание вышеперечисленных параметров ЭМП может давать существенно различающиеся последствия для реакции облучаемого организма человека.

4. Гигиеническое нормирование ЭМП

Нормирование гипогеомагнитного поля.

В целях сохранения здоровья и работоспособности персонала применяется гигиенический норматив «Временные допустимые уровни (ВДУ) ослабления интенсивности геомагнитного поля на рабочих местах», который включен в СанПиН 2.2.4.1191-03 «Электромагнитные поля в производственных условиях», по которому основными нормируемыми параметрами геомагнитного поля являются его интенсивность и коэффициент ослабления. Интенсивность геомагнитного поля оценивают в единицах напряженности магнитного поля (Н, А/м) или в единицах магнитной индукции (В, Тл), которые связаны между собой следующим соотношением: Интенсивность ГМП на открытом пространстве, выраженная в величинах напряженности ГМП (Hq), характеризует собой фоновое значение напряженности ГМП, характерное для данной конкретной местности. Напряженность постоянного ГМП на территории Российской Федерации на высоте 1,2-1,7 м от поверхности Земли может изменяться от 36 А/м до 50 А/м (от 45 мкТл до 62 мкТл), достигая максимальных значений в районах высоких широт и аномалий. Величина напряженности ГМП на широте Москвы составляет около 40 А/м (50 мкТл). В соответствии с гигиеническим нормативом «Временные допустимые уровни (ВДУ) ослабления интенсивности геомагнитного поля на рабочих местах» допустимые уровни ослабления интенсивности геомагнитного поля на рабочих местах персонала внутри объекта, помещения, технического средства в течение рабочей смены не должны превышать 2 раз по сравнению с его интенсивностью в открытом пространстве на территории, прилегающей к месту их расположения.

Нормирование ЭСП. В соответствии с СанПиН 2.2.4.1191-03 «Электромагнитные поля в производственных условиях» и ГОСТ 12.1.045-84. «ССБТ. Электростатические поля. Допустимые уровни на рабочих местах и требования к проведению контроля» предельно допустимая величина напряженности ЭСП на рабочих местах устанавливается в зависимости от времени воздействия в течение рабочего дня, и согласно данного норматива не должна превышать следующих величин:

при воздействии до 1 часа - 60 кВ/м;

при воздействии 2 часов - 42,5 кВ/м;

при воздействии 4 часов - 30,0 кВ/м;

при воздействии 9 часов - 20,0 кВ/м.

Кроме того, согласно п. 2.2 Приказа Главного государственного санитарного врача СССР от 12.11.1991 N 6032-91 «Допустимые уровни напряженности электростатических полей и плотности ионного тока для персонала подстанций и ВЛ постоянного тока ультравысокого напряжения» Предельно допустимый уровень напряженности ЭСП (Епр) устанавливается 60 кВ/м в течение часа. Пребывание в ЭСП напряженностью более 60 кВ/м без средств защиты не допускается (см. ГОСТ 12.1.045-84).

Работа на ПВЭМ под воздействием ЭСП согласно Таблицы 1 Приложения № 2 СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03 «Гигиенические требования к персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы» временно допустимый уровень напряженности электростатического поля не должен превышать 15 кВ/м.

Нормирование ПМП.

Нормирование и гигиеническая оценка постоянного магнитного поля (ПМП) осуществляется по его уровню дифференцировано в зависимости от времени воздействия на работника в течение смены с учетом условий общего (на все тело) или локального (кисти рук, предплечье) облучений.

Уровни ПМП оценивают в единицах напряженности магнитного поля (Н) в кА/м или в единицах магнитной индукции (В) м/Тл согласно Таблицы 1 СанПиН 2.2.4.1191-03:

При необходимости пребывания персонала в зонах с различной напряженностью (индукцией) ПМП общее время выполнения работ в этих зонах не должно превышать ПДУ для зоны с максимальной напряженностью.

Нормирование ЭМП ПЧ

Гигиеническая регламентация осуществляется раздельно для электрического (ЭП) и магнитного (МП) полей, при этом нормируемым параметрам ЭП является напряженность, которая оценивается в киловольтах на метр (кВ/м), а для МП - магнитная индукция или напряженность магнитного поля, измеряемые соответственно в миллиили микротеслах (мТл, мкТл) и амперах или килоамперах на метр (А/м, кА/м).

При этом гигиеническое нормирование МП ПЧ на рабочих местах регламентируется СанПиН 2.2.4.1191-03 «Электромагнитные поля в производственных условиях» в зависимости от времени пребывания в электромагнитном поле и с учетом локального и общего воздействия:

В интервале интенсивностей 5-20 кВ/м допустимое время пребывания определяется по формуле:

Т - допустимое время пребывания в ЭП при соответствующем уровне напряженности, ч;

Е - напряженность воздействующего ЭП в контролируемой зоне.

Согласно этой формулы предельно допустимый уровень (ПДУ) ЭП ПЧ для полного рабочего дня составляет 5 кВ/м, а максимальный ПДУ для воздействий не более 10 мин - 25 кВ/м, при этом пребывание при таком уровне напряженности без применения средств защиты не допускается.

Учитываемое различие в уровнях напряженности ЭП контролируемых зон составляет 1 кВ/м. Допустимое время пребывания в ЭП может быть реализовано одноразово или дробно в течение рабочего дня. В остальное рабочее время необходимо находиться вне зоны влияния ЭП или применять средства защиты.

Временные допустимые уровни ЭМП, создаваемых ПЭВМ на рабочих местах определяются согласно Таблице 1 Приложения 2 к СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03:

5. Принципы измерения параметров электрических и магнитных полей

Принципы измерения напряженности электрического поля.

В основе метода измерения параметров электрического поля лежит свойство проводящего тела, помещенного в электрическое поле. Если в однородное электрическое поле поместить два проводящих тела, то возникает разность потенциалов, равная разности потенциалов внешнего электрического поля между центрами электрических зарядов тел. Эта разность потенциалов связана с модулем напряженности внешнего электрического поля.

При измерении напряженности переменного электрического поля в качестве первичного преобразователя используется дипольная антенна, размеры которой малы по сравнению с длиной волны. В однородном электрическом поле между элементами дипольной антенны (цилиндрами, конусами и т.д.) возникает переменное напряжение, мгновенное значение которого будет пропорционально проекции мгновенного значения напряженности электрического поля на ось дипольной антенны. Измерение среднеквадратического значения этого напряжения даст величину, пропорциональную среднему квадратическому значению проекции напряженности электрического поля на ось дипольной антенны. То есть речь идет об электрическом поле, которое существовало в пространстве до внесения в него дипольной антенны. Таким образом, для измерения среднеквадратического значения напряженности переменного электрического поля необходимы дипольная антенна и средний квадратический вольтметр.

Принципы измерения напряженности (индукции) магнитного поля. Для измерения напряженности постоянного и низкочастотного магнитных полей обычно используются преобразователи, основанные на эффекте Холла, который относится к гальваномагнитным явлениям, возникающим при помещении проводника или полупроводника с током в магнитное поле. К этим явлениям относятся: возникновение разности потенциалов (ЭДС), изменение электрического сопротивления проводника, возникновение разности температур.

Эффект Холла проявляется, если к паре противоположных граней прямоугольной пластины из полупроводника приложить напряжение, вызывающее постоянный ток. Под действием вектора индукции, перпендикулярного пластине, на движущиеся носители заряда будет действовать сила, перпендикулярная вектору плотности постоянного тока. Следствием этого будет возникновение разности потенциалов между другой парой граней пластины. Эту разность потенциалов называют ЭДС Холла. Ее величина пропорциональна составляющей вектора магнитной индукции, перпендикулярной пластине, толщине пластины и постоянной Холла, которая является характеристикой полупроводника. Зная коэффициент пропорциональности между ЭДС и магнитной индукцией, измеряя ЭДС, определяют значение магнитной индукции.

Для измерения среднего квадратического значения напряженности переменного магнитного поля в качестве первичного преобразователя используется рамочная антенна, размеры которой малы по сравнению с длиной волны. Под действием переменного магнитного поля на выходе рамочной антенны возникает переменное напряжение, мгновенное значение которого пропорционально проекции мгновенного значения напряженности магнитного поля на ось, перпендикулярную плоскости рамочной антенны и проходящую через ее центр. Измерение среднего квадратического значения этого напряжения дает величину, пропорциональную среднему квадратическому значению проекции напряженности магнитного поля на ось рамочной антенны.

Принципы измерения плотности потока энергии ЭМП.

На частотах от 300 МГц до 300 ГГц плотность потока энергии (ППЭ) измеряется в уже сформировавшейся электромагнитной волне. В этом случае ППЭ связана с напряженностями электрического или магнитного полей. Поэтому для измерения ППЭ используются измерители среднего квадратического значения напряженностей электрического или магнитного полей, которые отградуированы в единицах плотности потока энергии электромагнитного поля.

6. Защитные мероприятия при работе с источниками ЭМП

При выборе средств защиты от статического электричества должны учитываться особенности технологических процессов, физико-химические свойства обрабатываемого материала, микроклимат помещений и др., что определяет дифференцированный подход при разработке защитных мероприятий.

Одним из распространенных средств защиты от статического электричества является уменьшение генерации электростатических зарядов или их отвод с наэлектризованного материала, что достигается:

1) заземлением металлических и электропроводных элементов оборудования;

2) увеличением поверхностей и объемной проводимости диэлектриков;

3) установкой нейтрализаторов статического электричества. Заземление проводится независимо от использования других

методов защиты. Заземляются не только элементы оборудования, но и изолированные электропроводящие участки технологических установок.

Более эффективным средством защиты является увеличение влажности воздуха до 65-75%, когда это возможно по условиям технологического процесса.

В качестве индивидуальных средств защиты могут применяться антистатическая обувь, антистатический халат, заземляющие браслеты для защиты рук и другие средства, обеспечивающие электростатическое заземление тела человека.

При общем воздействии ПМП на организм работающих участки производственной зоны с уровнями, превышающими ПДУ, следует обозначить специальными предупредительными знаками с дополнительной поясняющей надписью: «Осторожно! Магнитное поле!» Необходимо осуществлять организационные мероприятия по снижению воздействия ПМП на организм человека выбором рационального режима труда и отдыха, сокращением времени нахождения в условиях действия ПМП, определением маршрута, ограничивающего контакт с ПМП в рабочей зоне.

При проведении ремонтных работ систем шинопроводов следует предусматривать шунтирующие решения. Лица, контактирующие с источниками ПМП, должны проходить предварительный и периодический медицинские осмотры. При медицинских осмотрах следует руководствоваться общими медицинскими противопоказаниями к работе с вредными факторами производственной среды.

При условии локального воздействия (ограниченного кистями рук, верхним плечевым поясом работающих) на предприятиях электронной промышленности следует применять сквозные технологические кассеты для работ, связанных со сборкой полупроводниковых приборов, ограничивающих контакт кистей рук работающих с ПМП. На предприятиях по производству постоянных магнитов ведущее место в профилактических мероприятиях принадлежит автоматизации процесса измерения магнитных параметров изделий с помощью цифровых автоматических устройств, что исключает контакт с ПМП. Целесообразно применение дистанционных приспособлений (щипцы из немагнитных материалов, пинцеты, захваты), которые предупреждают возможность локального действия ПМП на работающего. Должны применяться блокирующие устройства, отключающие электромагнитную установку при попадании кистей рук в зону действия ПМП.

В гигиенической практике используются три основных принципа защиты: защита временем, защита расстоянием и защита с помощью использования коллективных или индивидуальных средств защиты. Кроме того, проводятся предварительные и ежегодные периодические осмотры персонала, обеспечивающие профилактику неблагоприятного влияния на состояния здоровья.

Принцип защиты временем реализуются преимущественно в требованиях соответствующих нормативно-методических документов, регламентирующих производственные воздействия ЭМП ПЧ. Допустимое время пребывания персонала в условиях воздействия ЭМП ПЧ ограничивается продолжительностью рабочего дня и, соответственно, уменьшается с возрастанием интенсивности экспозиции. Для населения профилактика неблагоприятного влияния воздействий ЭП ПЧ обеспечивается наряду с дифференцированными ПДУ в зависимости от типа территории (селитебная, часто или редко посещаемая), что является проявлением обеспечения защиты человека за счет ограничения времени экспозиции, премущественно за счет реализации принципа защиты расстоянием. Для ВЛ сверхвысокого напряжения (СВН) различного класса устанавливаются возрастающие размеры санитарно-защитных зон.

Под размещение ВЛ 330 кВ и выше должны отводиться территории вдали от зоны жилой застройки.

При проектировании ВЛ напряжением 750-1150 кВ должно предусматриваться их удаление от границ населенных пунктов, как пра- вило, не менее чем на 250-300 м соответственно. И только в исключительных случаях, когда по местным условиям это требование не может быть выполнено, линии напряжением 330, 500, 750 и 1150 кВ могут быть приближены к границе сельских населенных пунктов, но не ближе, чем до 20, 30, 40 и 55 метров соответственно; при этом напряженность электрического поля под проводами ВЛ должна быть не более 5 кВ/м. Возможность приближения ВЛ к границе населенных пунктов должна согласовываться с органами Роспотребнадзора.

В то же время для МП ПЧ в связи с отсутствием соответствующего нормативно-методического документа, регламентирующего их внепроизводственные воздействия, защита населения не предусматривается (главным образом, из-за недостаточной изученности вопроса).

Профилактика неблагоприятного действия ЭМП ПЧ на человека применением средств защиты обеспечивается лишь для производственных воздействий и только для электрической составляющей (ЭП ПЧ) в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.002-84 и СанПиН N 5802-91 и специально разработанными для решения этих вопросов ГОСТ 12.4.154-85 «ССБТ. Устройства экранирующие для защиты от электрических полей промышленной частоты. Общие технические требования, основные параметры и размеры» и ГОСТ 12.4.172-87 «ССБТ. Комплект индивидуальный экранирующий для защиты от электрических полей промышленной частоты. Общие технические требования и методы контроля».

К коллективным средствам защиты относятся две основных категории таких средств: стационарные и передвижные (переносные).

Стационарные экраны могут представлять собой различные заземленные металлические конструкции (щитки, козырьки, навесы - сплошные или сетчатые, системы тросов), размещаемые над рабочими местами персонала, находящимися в зоне действия ЭП ПЧ.

Передвижные (переносные) средства защиты представляют собой различные виды съемных экранов.

Коллективные средства защиты находят в настоящее время применение не только для обеспечения сохранения здоровья персонала, обслуживающего электроустановки сверхвысокого напряжения и подвергающегося вследствие этого воздействию ЭП ПЧ, но и для защиты населения с целью обеспечения нормативных значений напряженности ЭП ПЧ в зоне жилой застройки (чаще всего на территориях садовых участков, расположенных вблизи трассы ВЛ). В этих случаях чаще всего используются тросовые экраны, сооружаемые в соответствии с инженерными расчетами.

Основным индивидуальным средством защиты от ЭП ПЧ в настоящее время являются индивидуальные экранирующие комплекты. В России имеются различные типы комплектов с разной степенью экранирования не только для наземных работ в зоне воздействия ЭП ПЧ напряженностью не более 60 кВ/м, но и для выполнения работ с непосредственным касанием токоведущих частей, находящихся под напряжением (работ под напряжением) на ВЛ напряжением 110-1150 кВ. В целях предупреждения ранней диагностики и лечения нарушений состояния здоровья работающих под воздействием ЭМИ радиочастотного диапазона необходимо проведение предварительных и периодических медосмотров. Переводу на другую работу также подлежат женщины в период беременности и кормления, если уровни ЭМИ на рабочих местах превышают ПДУ, установленные для населения. Лица, не достигшие 18-летнего возраста, к самостоятельной работе на установках, являющихся источниками ЭМИ радиочастотного диапазона, не допускаются. Меры защиты работающих следует применять при всех видах работ, если уровни ЭМИ на рабочих местах превышают допустимые.

Защита персонала от воздействия ЭМИ радиочастотного диапазона достигается путем проведения организационных и инженерно-технических мероприятий, а также использования средств индивидуальной защиты.

К организационным мероприятиям относятся: выбор рациональных режимов работы установок; ограничение места и времени нахождения персонала в зоне облучения и другие. Данные мероприятия предусматривают предотвращение попадания людей в зоны с высокой напряженностью ЭМП, создание санитарно-защитных зон вокруг антенных сооружений различного назначения. Для прогнозирования уровней электромагнитных излучений на стадии проектирования используются расчетные методы определения ППЭ и напряженности ЭМП.

Инженерно-технические мероприятия включают: рациональное размещение оборудования, использование средств, ограничивающих поступление электромагнитной энергии на рабочие места персонала (поглотители мощности, экранирование), а также электрогерметизация элементов схем, блоков, узлов установки в целом с целью снижения или устранения электромагнитного излучения.

К средствам индивидуальной защиты относятся защитные очки, щитки, шлемы, защитная одежда (комбинезоны, халаты и т.д.). Способ защиты в каждом конкретном случае должен определяться с учетом рабочего диапазона частот, характера выполняемых работ, необходимой эффективности защиты.

Принципы защиты различны в зависимости от назначения и конструктивного выполнения излучателей. Защита персонала от облучения может осуществляться путем автоматизации технологических процессов или дистанционного управления, исключающих обязательное присутствие оператора вблизи источника излучения, путем экранирования рабочих индукторов.

Лечебно-профилактические мероприятия должны быть направлены, прежде всего, на раннее выявление признаков неблагоприятного воздействия ЭМП Для лиц, работающих в условиях воздействия ЭМП УВЧ- и ВЧ-диапазонов (средние, длинные и короткие волны), периодические медосмотры работающих осуществляются 1 раз в 24 мес. В медицинском осмотре принимают участие терапевт, невропатолог, офтальмолог.

При выявлении симптомов, характерных для воздействия ЭМП, углубленное обследование и последующее лечение проводятся в соответствии с особенностями выявленной патологии.

Список использованных источников

электромагнитный защитный вихревой ток

1. Безопасность жизнедеятельности человека в электромагнитных полях: методические рекомендации к выполнению практических работ по курсу «Безопасность жизнедеятельности» для студентов всех специальностей и форм обучения / А.Г. Овчаренко, А.Ю. Козлюк; Алт. гос. техн. ун-т, БТИ - Бийск: Изд-во Алт. гос. техн. ун-та, 2012. - 38 с.

2. Гигиена труда: учебник / Под ред. Н.Ф. Измерова, В.Ф. Кириллова. 2011. - 592 c.

3. ГОСТ 12.4.172-87 «ССБТ. Комплект индивидуальный экранирующий для защиты от электрических полей промышленной частоты. Общие технические требования и методы контроля».

4. Приказ Минтруда России от 24.01.2014 N 33н «Об утверждении Методики проведения специальной оценки условий труда, Классификатора вредных и (или) опасных производственных факторов, формы отчета о проведении специальной оценки условий труда и инструкции по ее заполнению (с изменениями на 7 сентября 2015 года)».

5. СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03 «Гигиенические требования к персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы».

6. СанПиН 2.2.4.1191-03 «Электромагнитные поля в производственных условиях».

7. СанПиН 2.2.4.3359-16 "Санитарно-эпидемиологические требования к физическим факторам на рабочих местах".

8. Электромагнитное поле: Учебное пособие; Мартинсон Л.К., Морозов А.Н., Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2013 г. - 424 с.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Основные источники электромагнитных полей, их воздействие на биологические объекты и человека. Механизмы воздействия магнитных полей на примере представителей семейства бобовых. Системы санитарно-гигиенического нормирования электромагнитных полей в РФ.

дипломная работа , добавлен 18.04.2011


Анализ области использования электромагнитных полей радиочастот. Принцип биологического действия ЭМП радиочастот. Характер и сущность гигиенического нормирования электромагнитных полей. Особенности защитных мероприятий при работе с источниками ЭМП.

реферат , добавлен 19.08.2010


Влияние электромагнитного поля и излучения на живые организмы. Основные источники электрических и магнитных полей. Опасность сотовых телефонов. Меры безопасности при пользовании мобильным телефоном. Нормы допустимого облучения и защита от его воздействия.

реферат , добавлен 01.11.2011


Воздействие на человека и среду обитания электромагнитных полей. Естественные и искусственные статические электрические поля в условиях техносферы. Воздействие на человека электромагнитных полей промышленной частоты и радиочастот. Аварии и катастрофы.

контрольная работа , добавлен 21.02.2009


Элементы системы "человек - среда обитания". Методы анализа несчастных случаев на производстве. Источники возникновения, воздействие на организм, нормирование параметров электромагнитных полей и вибрации. Способы утилизации твердых бытовых отходов.

контрольная работа , добавлен 25.04.2013


Вывод из организма радиоактивных элементов. Естественные источники ЭМП. Антропогенные источники электромагнитных полей (ЭМП). Влияние электромагнитных полей радиочастот на организм человека. Гигиеническое нормирование электромагнитных излучений.

реферат , добавлен 25.03.2009


Источники и воздействие электромагнитных излучений. Природные и антропогенные источники электромагнитных полей. Излучение бытовых приборов. Воздействие электромагнитных полей на организм. Защита от электромагнитных излучений.

реферат , добавлен 01.10.2004


Источники излучения электромагнитной энергии. Влияние электромагнитные полей на человека и меры защиты от них. Требования к проведению контроля уровней электромагнитных полей на рабочих местах. Допустимые уровни напряженности электрических полей.

презентация , добавлен 03.11.2016


Исследование влияния электромагнитных полей на здоровье человека. Изучение биологического воздействия полей разных диапазонов на организм. Защита от электромагнитного излучения бытовой техники, компьютеров, телевизоров, радиотелефонов, оргтехники.

презентация , добавлен 25.11.2015


Электромагнитное поле Земли как необходимое условие жизни человека. Источники постоянных магнитных полей: электромагниты с постоянным током; магнитопроводы в электрических машинах и аппаратах; литые магниты. Воздействие электромагнитных волн на человека.

Скачать документ

Государственная система санитарно-эпидемиологического
нормирования Российской Федерации

4.3. МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ. ФИЗИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УРОВНЕЙ
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ
НА РАБОЧИХ МЕСТАХ ПЕРСОНАЛА

СРЕДСТВА КОТОРЫХ РАБОТАЮТ
В НЧ, СЧ И ВЧ ДИАПАЗОНАХ

Методические указания
МУК 4.3.677-97

2. Представлены Госкомсвязи России письмом от 27.05.97 № НТУОТ-1/058. Одобрены Комиссией по государственному санитарно-эпидемиологическому нормированию при Минздраве России.

3. Утверждены и введены в действие Главным государственным санитарным врачом Российской Федерации от 6 ноября 1997 г.

4. Введены впервые.

1. Область применения. 2 2. Сущность метода. 2 3. Основные положения методики расчетного прогнозирования. 3 3.1. Излучение источников электромагнитного поля. 3 3.1.1. Излучение экранов бикоаксиальных фидеров передатчиков с симметричным выходом.. 3 3.1.2. Излучение экранов коаксиальных фидеров передатчиков с несимметричным выходом.. 8 3.1.3. Излучение щелей шкафов передатчиков. 9 3.1.4. Излучение антенн радиоцентра. 10 3.2. Расчет токов, наведенных на металлические элементы.. 10 3.2.1. Метод интегрального уравнения в тонкопроволочном приближении. 10 3.2.2. Метод сшивания в точках при кусочно-синусоидальном базисе. 11 3.3. Расчет уровней электромагнитного поля. 13 4. Методика измерения уровней электромагнитного поля. 14 4.1. Операции измерений. 14 4.2. Средства измерения. 14 4.3. Условия измерений. 15 4.4. Проведение измерений. 15

УТВЕРЖДАЮ

Главный государственный

санитарный врач Российской Федерации,

Г. Г. Онищенко

МУК 4.3.677-97

Дата введения: с момента утверждения.

4.3. МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ. ФИЗИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УРОВНЕЙ
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ
НА РАБОЧИХ МЕСТАХ ПЕРСОНАЛА
РАДИОПРЕДПРИЯТИЙ, ТЕХНИЧЕСКИЕ
СРЕДСТВА КОТОРЫХ РАБОТАЮТ
В НЧ, СЧ И ВЧ ДИАПАЗОНАХ

Методические указания

1. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Методические указания составлены в помощь инженерам органов и учреждений санитарно-эпидемиологической службы, инженерно-техническим работникам, проектным организациям средств связи с целью обеспечения предупредительного санитарного надзора за источниками излучения кило- (НЧ), гекто- (СЧ) и декаметрового (ВЧ) диапазонов на предприятиях радиовещания и радиосвязи, а также для прогнозирования уровней напряженности электромагнитного поля при организации рабочих мест обслуживающего персонала.

2. СУЩНОСТЬ МЕТОДА

Методы контроля уровней электромагнитных полей на рабочих местах персонала радиопредприятий НЧ, СЧ и ВЧ диапазонов содержат метод расчетного прогнозирования напряженности электромагнитного поля излучающих технических средств радиосвязи и радиовещания в кило-, гекто- и декаметровом диапазонах волн, а также методику измерений уровней электромагнитного поля. Расчетные и экспериментальные исследования, производимые в соответствии с данной методикой, являются необходимыми и достаточными при проведении электромагнитной экспертизы излучающих объектов.

Метод расчетного прогнозирования электромагнитных полей на рабочих местах персонала, обслуживающего технические средства НЧ, СЧ и ВЧ диапазонов базируется на строгих решениях соответствующих электродинамических задач тонкопроволочных структур, при известных функциях распределения токов по излучателям, которые определяются на основе приближенных решений.

Методические указания распространяются на радиотехнические объекты, которые могут быть укомплектованы как техническими средствами одного частотного диапазона, так и техническими средствами различных частотных диапазонов. Электромагнитные поля технических средств могут отличаться интенсивностью, поляризацией, частотами, зависимостью от параметров почвы и т.д. Методические указания учитывают индивидуальность реальных объектов, проявляющуюся (с точки зрения электромагнитной обстановки) в различии размещения и ориентации отдельных источников излучения, в несовпадении расписаний смены волн, в неодинаковом наборе технических средств.

К основным источникам электромагнитного поля внутри технических зданий на рабочих местах обслуживающего персонала относятся:

Особенностью электромагнитного прогнозирования в НЧ, СЧ и ВЧ диапазонах является то, что поле необходимо определять в ближней зоне излучения. При этом напряженность поля определяется как суперпозиция полей источников излучения и вторичных полей, создаваемых токами, наведенными этими источниками (т.е. первичным полем) на металлические поверхности помещений (каркасы и обшивка шкафов передатчиков, трубы водяного охлаждения, внешние поверхности экранов коаксиальных и бикоаксиальных внутренних фидеров и т.п.).

Учесть эти факторы возможно только решением соответствующей электродинамической задачи, в рамках которой находятся наведенные токи.

3.1. ИЗЛУЧЕНИЕ ИСТОЧНИКОВ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ

Первичное поле источников излучения рассчитывается поэтапно. В качестве сторонних источников рассматриваются поля, создаваемые токами на внешних поверхностях экранов фидеров, излучением из щелей шкафов передатчиков, а в случае неэкранированного здания - излучением антенн радиоцентра. Расчет токов экранов фидеров выполняется на основе теории длинных линий; волновые сопротивления эквивалентных линий, образованных экранами и шинами заземления, находятся путем решения двумерной электростатической задачи; в качестве возбуждающих источников рассматриваются вертикальные участки шин заземления в сечении перехода на наружний фидер, обладающие конечным индуктивным сопротивлением и возбуждающиеся за счет асимметрии тока передатчиков с симметричным выходом или за счет недостаточного экранирующего действия проволочного экрана наружного концетрического фидера передатчика с несимметричным выходом. Излучение щелей шкафов рассматривается как действие эквивалентных магнитных токов, текущих вдоль щелей. Поля, создаваемые излучением антенн рассчитываются методом, учитывающим реальные электрофизические параметры подстилающей поверхности.

3.1.1. ИЗЛУЧЕНИЕ ЭКРАНОВ БИКОАКСИАЛЬНЫХ ФИДЕРОВ ПЕРЕДАТЧИКОВ С СИММЕТРИЧНЫМ ВЫХОДОМ

Расчет поля, создаваемого излучением бикоаксиальных фидеров, выполняется за 5 этапов:

1) расчет геометрических параметров эквивалентой линии (ЭЛ), одним проводом которой является экран фидера, другим - шина заземления;

2) расчет параметров ЭЛ - волновых сопротивлений однородных участков и импедансов в сечениях стыков этих участков определенных в сторону передатчика;

3) расчет параметров выходной цепи ЭЛ (вертикальный участок шины заземления, антенный фидер) и напряжения на выходе ЭЛ, т.е. в сечении перехода на наружний концетрический фидер;

4) расчет тока ЭЛ на каждом однородном участке;

5) расчет поля, создаваемого этим током ЭЛ.

На первом этапе вводится декартова система координат таким образом, чтобы плоскость (XOY) совпадала с плоскостью земли. Азимутальная ориентация осей (ОХ) и (OY) может быть произвольной. Данная основная система является общей для всех фидеров и других элементов здания и используется впоследствии при всех расчетах. Фидер представляется каскадным соединением однородных отрезков ЭЛ. Из соображений унификации каждый однородный отрезок должен быть прямолинейным, т.е. его длина не должна превышать длину участка фидера между соседними поворотами. В тех случаях, когда в пределах прямолинейного участка имеется резкое изменение однородности ЭЛ (скачкообразное изменение расстояния между фидером и шиной), можно разделить этот участок на два или более однородных отрезка. Каждый однородный отрезок характеризуется декартовыми координатами его крайних точек. Для определенности точки берутся на экране фидера (а не на шине). Координаты должны образовывать упорядоченную пару векторов, очередность записи которых определяет положительное направление тока на данном отрезке (1-й вектор - начало отрезка, 2-й - конец). Определение пространственного положения отрезков ЭЛ необходимо для расчета создаваемого ее током поля.

На втором этапе выполняется расчет волновых сопротивлений ЭЛ путем решения двумерной электростатической задачи методом интегрального уравнения, которое в свою очередь решается методом моментов.

Волновое сопротивление линии передачи полностью определяются ее погонной емкостью С с, Ф/м, которая характеризует электростатическую связь между проводами линии, т.е. определяет величину погонного заряда провода при некоторой разности потенциалов проводов в соответствии с соотношениями:

Q 1 = С л (j 1 - j 2), Q 2 = С л (j 2 - j 1), (3.1)

где Q 1 и Q 2 - соответственно погонные заряды провода 1 и провода 2, Кл/м, причем Q 2 = -Q 1 (для определенности считается, что провод 1 - экран фидера, провод 2 - шина заземления);

j 1 и j 2 - соответственно потенциалы провода 1 и провода 2, В.

Для определения погонной емкости С л достаточно решить следующую электростатическую задачу: потенциал провода 1j 1 задать равным, например, 1 В, потенциал провода 2 положить равным нулю, т.е. j 2 = 0 и найти погонные заряды проводов. Тогда из (3.1) находится емкость по формуле:

где Q л - погонный заряд одного из проводников (безразлично какого), Кл/м;

Абсолютное значение разности потенциалов, В.

При решении электростатической задачи о нахождении погонных зарядов проводов линии целесообразно использовать интегральное уравнение (являющееся решением известного дифференциального уравнения Пуассона):

, (3.3)

где r - плотность заряда, Кл/м 3 ;

e 0 - электрическая постоянная;

где v и v` - радиусы-векторы точек пространства (v - точка наблюдения; v` - переменная интегрирования);

r - расстояние между точками v и v`.

Поскольку заряд существует только на поверхности проводников, объемный интеграл можно заменить соответствующим поверхностным (при этом плотность заряда р является поверхностной, Кл/м 2 , в поперечном сечении относительно оси линии она будет функцией криволинейной координаты, отсчитываемой вдоль контура поперечного сечения проводника; вдоль линии - константой). Далее, поскольку потенциалы точек, лежащих на поверхности проводников известны, левую часть (3.3) можно рассматривать как заданную функцию. При таком подходе выражение (3.3) является уравнением Фредгольма 1-го рода.

Линия полагается бесконечно протяженной (в обе стороны от исследуемого сечения). Сплошные поверхности проводников заменяются равномерно заряженными полосками нулевой толщины, протяженность которых (в продольном направлении) много больше поперечных размеров линии (что соответствует ее бесконечной протяженности). Дискретное распределение заряда по полоскам является приближенным аналогом непрерывного распределения плотности заряда по сплошным поверхностям. Особенность в интегральном уравнении, имеющая место при v ® v`, исключается тем, что в случае распределения заряда по поверхности величина заряда в точке v` (т.е. на бесконечно малой площадке, содержащей точку v, в которой вычисляется потенциал) стремится к нулю.

Выражения для потенциалов полосок образуют систему уравнений, которая в матричной записи имеет вид:

[Р] [q] = [j], (3.4)

где [Р] - комплексная матрица потенциальных коэффициентов размерностью М? М, каждый элемент которой Р^ представляет собой коэффициент при заряде j-й полоски q^ - интеграл в (3.3), взятый по поверхности j-й полоски, подынтегральная функция которого определяется i-й и j-й полосками с учетом того, что за знак интеграла вынесена искомая функция (т.е. в подынтегральной функции q (v") = 1 Кл); [q] - вектор-столбец погонных зарядов полосок, Кл/м; [j] - вектор-столбец потенциалов полосок, В. Решением системы (3.4) находятся погонные заряды полосок.

Полные погонные заряды проводников находятся как соответствующие суммы зарядов образующих их полосок.

Учет влияния полупроводящей земли в методе моментов может быть осуществлен введением зеркальных изображений полосок. Эквивалентные погонные заряды зеркальных изображений полностью определяются погонными зарядами соответствующих полосок, поэтому размер матрицы /Р/ в (3.4) остается при этом неизменным (к каждому элементу р ij добавляется составляющая потенциала, создаваемая на i-й полоске зеркальным изображением j-й полоски).

Волновые сопротивления однородных участков находятся по формуле

где С 0 - скорость света в воздухе.

После нахождения волновых сопротивлений однородных участков полностью восстанавливается схема ЭЛ, которая показана на рис. 1. Линия состоит из N каскадно включенных участков. Каждый i-й участок характеризуется волновым сопротивлением W i и координатой своего конца, которая представляет собой электрическое расстояние от передатчика Q i (электрическая длина i-гo отрезка - есть разность Q i - Q i -1). На схеме использованы обозначения: Z i , Z 2 , ... Z N - входные импедансы отрезков; Z ш - импеданс вертикального участка шины заземления; Z c - входной импеданс наружного фидера по однотактной волне; Е синф - напряжение синфазной волны на выходе внутреннего фидера.

Входные импедансы отрезков находятся по рекуррентной формуле:

, , (3.6)

На третьем этапе рассчитываются импеданс вертикального участка шины заземления Z ш, входной импеданс наружного фидера по однотактной волне Z c и напряжение на выходе ЭЛ u n (см. рис. 1).

Импеданс вертикального участка шины заземления Z ш рассчитывается по формуле:

Z ш = j?L ш, (3.7)

где w - круговая частота, рад/с;

L ш - индуктивность шины, Гн.

Индуктивность шины L ш следует рассчитывать по формуле

,

где - магнитная проницаемость воздуха;

l - длина шины;

g - величина, значение которой находится по формуле

где с - ширина шины;

К и Е - полные эллиптические интегралы первого и второго рода с модулем k, определяемые из уравнения

где К`, Е` - полные эллиптические интегралы с дополнительным модулем

b - толщина шины.

Схема эквивалентной линии, образованной экраном внутреннего фидера и шиной заземления

Для расчета волнового сопротивления наружного фидера по однотактной волне (т.е. величины Z c) используется тот же метод, что и для нахождения волновых сопротивлений однородных участков.

Для оценки величины Е синф используется нормируемый показатель - максимально допустимая асимметрия токов на выходе двухтактного каскада, т.е. предполагается, передатчик исправен. Амплитудное значение е синф принимается равным 2 ... 3 % от амплитудного значения противофазной составляющей напряжения при 100 % модуляции.

Цепь на выходе ЭЛ (см. рис. 1) представляет собой делитель напряжения, одним плечом которого является импеданс Z c , другое образовано параллельным соединением Z ш и Z N . Следовательно, напряжение в сечении ЭЛQ = Q N определяется соотношением:

. (3.8)

Далее, на четвертом этапе, находится ток ЭЛ. Для этого в пределах каждого i-гoоднородного отрезка вводятся амплитуды падающей U i и отраженной V i волн напряжения, отнесенные ко входному сечению данного отрезка (так что имеет место равенство U i + V i = u i-1). Величины U i и V i находятся из условия выполнения закона Ома во входном сечении и непрерывности напряжения в ЭЛ как функции 0. Опуская громоздкие промежуточные выкладки запишем рекуррентные соотношения для U i , V i и напряжений u i в сеченияхQ 1 , Q 2 , ... Q i , ... Q N -1 , (напряжение u n уже найдено):

, u i-1 = U i + V i , i = N - 1, N - 2, … 1.

Ток i-гo отрезка при этом определяется выражением:

Таким образом, на первых четырех этапах находится распределение тока по каждому однородному отрезку ЭЛ.

Пятый этап. Выражения для составляющих поля Е z , Е r , Н j , создаваемых прямолинейным кусочно-синусоидальным током в некоторой точке наблюдения с координатами r, z в цилиндрической системе координат, ось аппликат которой совпадает с линией тока и направлена в соответствии с его положительным направлением:

где, z 1 и z 2 - аппликаты начала и конца данного прямолинейного однородного отрезка ЭЛ, соответственно;

r 1 и r 2 - расстояние до точки наблюдения от начала и конца отрезка, соответственно;

I(х) - токовая функция;

х - криволинейная координата - расстояние до передатчика по фидеру;

х, и х 2 - координаты х начала и конца отрезка, соответственно.

Аналогичным образом находится поле, создаваемое током шины (равным по модулю и противоположным по фазе току экрана фидера).

3.1.2. ИЗЛУЧЕНИЕ ЭКРАНОВ КОАКСИАЛЬНЫХ ФИДЕРОВ ПЕРЕДАТЧИКОВ С НЕСИММЕТРИЧНЫМ ВЫХОДОМ

Поле, создаваемое током коаксиального фидера передатчика с несимметричным выходом рассчитывается как и в случае бикоаксиального фидера за пять этапов. Процедура расчета отличается только третьим этапом, т.е. иначе рассчитываются параметры выходной цепи ЭЛ и ее выходное напряжение.

Рассмотрим третий этап для коаксиального фидера. В данном случае обратный ток частично течет по проволочному экрану концентрического фидера, частично - по земле. Мерой удельного веса тока земли в общем обратном токе является коэффициент прозрачности проволочного экрана k п. Суммарный обратный ток перетекает на внутреннюю поверхность экрана коаксиального фидера передатчика с проволочного экрана, шины заземления и внешней своей поверхности. Последняя составляющая и есть ток ЭЛ. В эквивалентной схеме ток земли течет по параллельному соединению импедансов Z ш (вертикальный участок шины) и Z N (входной импеданс последнего N-го однородного отрезка ЭЛ, - см. рис. 1).

При расчете тока земли сначала находится коэффициент прозрачности проволочного экрана k формуле:

K п = 1 - С 12 /С 11 , (3.14)

где, С 12 - взаимная погонная емкость между центральным проводом и проволочным экраном концентрического фидера;

С 11 - собственная емкость центрального провода.

Емкости С 11 и С 12 находятся решением электростатической задачи (методом, описанным в предыдущем пункте) при потенциале центрального провода фидера 1В и при нулевых потенциалах проволочного экрана и земли: величины С 11 и С 12 при этом совпадают с абсолютными значениями погонных зарядов центрального проводника и экрана, соответственно. Затем вычисляется ток земли I з по формуле:

I з = k п I 0 , (3.15)

где, I 0 - ток центрального провода, который находится как выходной ток передатчика в предположении высокого уровня согласования антенны.

Напряжение на выходе ЭЛ u n рассчитывается как падение напряжения на параллельном соединении Z ш и Z N при протекании тока I з:

u n = I з /(1/Z ш + 1/Z N). (3.16)

В остальном, как уже отмечалось выше, расчет аналогичен случаю бикоаксиального фидера передатчика с симметричным выходом.

3.1.3. ИЗЛУЧЕНИЕ ЩЕЛЕЙ ШКАФОВ ПЕРЕДАТЧИКОВ

Щели шкафов передатчиков рассматриваются как короткие магнитные вибраторы, возбужденные кусочно-синусоидальным эквивалентным магнитным током щели с амплитудой в пучности I м. На основе принципа перестановочной двойственности уравнений Максвелла получены замкнутые выражения для?-составляющей электрического, r- и z-составляющих магнитного полей в цилиндрической системе координат, ось аппликат которой совпадает с осью вибратора, начало координат - с его центром:

, (3.19)

где, r 1 , r 0 , r 2 - расстояния до точки наблюдения от разных точек вибратора, определяемых подстрочными индексами:

Индекс «2» - начало (нижняя крайняя точка в данной системе координат);

Индекс «0» - центр (средняя точка);

Индекс «1» - конец (верхняя крайняя точка).

Для определения величины I м используется формула (3.19), при этом считается, что величина е? задана. Возможны два случая:

В ТУ на передатчики данного типа установлено требование для максимально допустимой напряженности с указанием расстояния от стенки передатчика, на котором это требование проверяется;

В ТУ на передатчики данного типа упомянутое требование установлено либо без указания расстояния, на котором оно проверяется, либо в виде ссылки на ПДУ.

В первом случае имеются все необходимые исходные данные для вычисления эквивалентного магнитного тока щели. Во втором случае предлагается, руководствуясь величинами напряженности поля, взятыми из ТУ или (при отсутствии в ТУ) из гигиенического норматива, считать, что эти значения определены на расстоянии 0,3 ... 0,7 м от стенки передатчика. Тем или иным способом определенная напряженность Еj подставляется в (3.19), в результате из этого выражения находится амплитуда эквивалентного магнитного тока в пучности I м.

3.1.4. ИЗЛУЧЕНИЕ АНТЕНН РАДИОЦЕНТРА

Расчет поля, создаваемого излучающими антеннами радиоцентров, подробно приведен в «Методических указаниях МУК 4.3.044-96. Определение уровней электромагнитного поля, границ санитарно-защитной зоны и зон ограничения застройки в местах размещения передающих средств радиовещания и радиосвязи кило-, гекто- и декаметрового диапазонов».

3.2. РАСЧЕТ ТОКОВ, НАВЕДЕННЫХ НА МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Расчет токов, наведенных на металлические элементы, проводится следующим образом.

Задача решается как дифракционная методом интегрального уравнения в тонкопроволочном приближении (задача о рассеянии стороннего поля). Объект представляется как система «тонких» проводов - проволочная модель. Большинство металлических элементов внутри здания реально являются линейными проводниками (экраны фидеров, трубы водяного охлаждения, шины заземления и т.д.), экранированные стены и железобетонные перекрытия моделируются как сплошные металлические поверхности проволочными сетками. Для решения интегрального уравнения использован известный метод сшивания в дискретных точках при кусочно-синусоидальном базисе разложения токовой функции. В разделе подробно описаны основные вычислительные процедуры, выполняемые в рамках метода.

3.2.1. МЕТОД ИНТЕГРАЛЬНОГО УРАВНЕНИЯ В ТОНКОПРОВОЛОЧНОМ ПРИБЛИЖЕНИИ

Поля, создаваемые источниками, рассмотренными выше, имели бы место при отсутствии других металлических предметов. В данном случае электромагнитное поле будет подвержено влиянию проводящих (экранированных) стен здания, фидеров, шин заземления, труб водяного охлаждения, шкафов передатчиков и т.д. В результате действия источников на этих предметах наведутся токи, которые в свою очередь вызовут появление поля рассеяния. Результирующее поле будет суперпозицией первичного поля рассмотренных выше источников и вторичного - поля рассеяния на металлических телах, расположенных в здании. Первичное поле следует рассматривать как стороннее, при этом необходимо находить вторичный ток на экранах фидеров, который в сумме с первичным (найденным при моделировании этих источников) представляет реальную картину распределения тока с учетом взаимодействия фидеров между собой и с другими проводниками.

В качестве исходного интегрального уравнения используется уравнение Харрингтона. Его решение выполняется методом сшивания в точках при кусочно-синусоидальном базисе разложения токовой функции. В предыдущем подразделе подробно рассмотрены связанные с этим теоретические вопросы. Ниже дается описание конкретных вычислительных процедур.

3.2.2. МЕТОД СШИВАНИЯ В ТОЧКАХ ПРИ КУСОЧНО-СИНУСОИДАЛЬНОМ БАЗИСЕ

Решение задачи о рассеянии поля сторонних источников в здании (т.е. о наведенных токах) выполняется за 4 этапа:

1) построение тонкопроволочной модели;

2) построение на проводах сегментов с кусочно-синусоидальными базисными функциями;

3) расчет коэффициентов и свободных членов системы линейных алгебраических уравнений (СЛАУ) - аналога исходного интегрального уравнения;

4) решение СЛАУ, в результате чего находятся амплитуды токов сегментов в пучностях - коэффициенты при базисных функциях, которые совместно с последними полностью восстанавливают функцию, аппроксимирующую истинное распределение тока.

Проволочная модель представляет собой систему прямолинейных проводников. Она должна включать:

Все линейные проводники (фидеры, трубы водяного охлаждения и т.д.);

Шкафы передатчиков (в диапазонах НЧ и СЧ шкафы с превалирующим размером моделируются одним проводом большого радиуса, в диапазоне ВЧ - проволочной сеткой);

Экранированные стены и перекрытия здания (в том числе железобетонные).

Модель строится в основной декартовой системе, использованной при моделировании источников. Каждый прямолинейный проводник задается упорядоченной парой радиус-векторов крайних точек (порядок записи векторов определяет положительное направление тока). Линейные размеры ячеек сеток, моделирующих сплошные поверхности, не должны превышать 3,5 % длины волны, и быть, по крайней мере, вдвое меньше расстояния до ближайшего линейного проводника (например, фидера). С целью снижения объема вычислений следует варьировать густоту сетки в зависимости от расстояния до линейных проводников, шкафов передатчиков и др. В случае сложной конфигурации здания можно разделить объект на отдельные части, соединенные электрически малыми дверными проемами, и для каждой такой части отдельно решать задачу.

Система проводников модели представляет собой криволинейный контур L`. Для определения базисных функций на нем выделяются N коротких отрезков - сегментов. Каждый k-й сегмент определяется тремя точками: l` 1, k - начало, l` 0, k - средняя точка, l` 2, k - конец. Соответствующая ему k-я базисная функция задается выражениями:

b k (l`) = sinb(l` - l` 1, k)/sinbL 1 , l` 1, k ? l` ? l` 0, k , (3.20)

b k (l`) = sinb(l` 2,k - l`)/sinbL 2 , l` 0,k ? l` ? l` 2,k ,

где, L 1 = l` 0, k - l` 1, k ;

L 2 = l` 2, k - l` 0, k .

В сущности, сегмент представляет собой короткий вибратор с кусочно-синусоидальным током, причем в общем случае его плечи - отрезки и - могут не лежать на одной прямой и иметь разную длину. Соседние сегменты частично перекрываются: средняя точка k-гo сегмента l` 0, k совпадает с концом (k - 1)-гo и началом (k + 1)-гo сегментов.

Электрические контакты между проводниками (например, в узлах сетки) описываются введением специальных сегментов, плечи каждого из которых лежат на разных проводниках. При этом автоматически выполняется закон Кирхгоффа для узла цепи.

На поверхности провода на расстоянии его радиуса у средней точки каждого сегмента вводится соответствующая точка сшивания. Кривые, соединяющие точки сшивания и проходящие по поверхности проводников образуют контур L.

Токовая функция представляется в виде разложения по системе базисных функций:

, (3.22)

где, I k - неизвестные (искомые) коэффициенты - амплитуды токов сегментов в пучностях.

Величины I k находятся решением СЛАУ:

I = 1, 2, … N, (3.23)

где каждый коэффициент Z ik выражает связь между k-м и i-м сегментами и имеет смысл тангенциальной составляющей поля в точке сшивания i-гo сегмента при I k = 1 А, свободные члены Е i обусловлены действием сторонних источников. Коэффициенты Z ik вычисляются следующим образом. Поскольку плечи сегмента в общем случае могут не лежать на одной прямой, удобно вычислять поле каждого плеча отдельно, суммируя затем соответствующие тангенциальные составляющие. Поле, создаваемое одним плечом, целесообразно вычислять в виде разложения по единичным векторам 1 z и 1r цилиндрической системы координат, ось аппликат которой (OZ) совмещена с плечом, средняя точка сегмента находится в начале координат, начало (для 1-го плеча) или конец (для 2-го плеча) сегмента находится в области положительных z.

Формулы для z-й и r-й компонент поля, создаваемого в точке сшивания одним из плеч сегмента (в соответствующей цилиндрической системе) имеют вид:

(3.24)

где, r 1 - расстояние до точки наблюдения от начала (конца) сегмента, м;

r 0 - расстояние до точки наблюдения от средней точки сегмента, м;

b = 2p/l - волновое число;

l - длина волны, м;

l - длина рассматриваемого плеча, м;

z и r - цилиндрические координаты точки наблюдения (соответственно аппликата и проекция радиус-вектора точки на плоскость z = 0, м).

Знак «+» в (3.24, 3.25) соответствует 1-му плечу сегмента, знак «-» -2-му.

Пусть z- и r-компоненты поля по формулам (3.24, 3.25) рассчитаны для обоих плеч k-гoсегмента, т.е. получены 4 числа. Обозначим их E m, k , m = 1, 2, 3, 4. Каждой m-й компоненте в исходной основной системе координат соответствует единичный вектор 1` m, k . С учетом этих обозначений формула для Z ik может быть записана в виде:

, (3.26)

где, 1 i - единичный вектор, тангенциальный к L в i-й точке сшивания.

Формула для свободных членов Е i имеет вид:

Е i = j(1 i , E ст (v i)), (3.27)

где, E ст (v i) - стороннее поле, создаваемое всеми источниками рассмотренными выше;

v i - радиус-вектор i-й точки сшивания в исходной основной системе координат.

После вычисления коэффициентов и свободных членов составляется и решается СЛАУ (3.23).

Решение СЛАУ наиболее целесообразно выполнять методом оптимального исключения, требующим сохранения в памяти ЭВМ только верхней треугольной матрицы коэффициентов СЛАУ (включая главную диагональ) и столбца свободных членов.

3.3. РАСЧЕТ УРОВНЕЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ

После решения СЛАУ (3.23) имеем систему токов:

Сторонние на экранах фидеров и эквивалентные магнитные токи щелей шкафов передатчиков;

Наведенные на металлические тела, в том числе на экраны фидеров, обтекаемые сторонними токами (полный ток экранов фидеров будет суммой сторонних и наведенных токов).

Кроме того (в случае неэкранированного здания) имеются сторонние поля создаваемые антеннам радиоцентра.

Полное поле в некоторой точке наблюдения будет суперпозицией стороннего поля антенн, поля сторонних токов (экраны фидеров, щели шкафов) и поля наведенных токов.

Электрическое поле излучения антенн находится методом, описанным выше. Для вычисления магнитного поля можно, учитывая удаленность антенн, использовать приближенный подход, основанный на предположении о волновом характере поля. При этом для антенны вертикальной поляризации в цилиндрической системе (ось аппликат вертикальна и совпадает с антенной) магнитное поле имеет только j-составляющую:

Н j = E z /(120p), (3.28)

для антенны горизонтальной поляризации в такой же цилиндрической системе надо найти Е j , тогда магнитное поле будет иметь только z-составляющую:

H z = Ej/(120p). (3.29)

Поле, создаваемое сторонними токами экранов фидеров, вычисляется по формулам (3.11 - 3.13), как это было описано выше; поле излучения из щелей шкафов передатчиков - по формулам (3.17 - 3.19).

Поле, создаваемое наведенными токами является суперпозицией полей отдельных сегментов. Для вычисления электрического поля необходимо методом, описанным выше, рассчитать коэффициенты СЛАУ для точки наблюдения, рассматривая ее как точку сшивания, причем контур L поочередно ориентировать вдоль базисных векторов основной декартовой системы. Тогда поле одного сегмента (пусть это будет i-й сегмент) будет произведением тока в пучности I i на этот коэффициент.

Магнитное поле сегментов вычисляется как суперпозиция полей отдельных их плеч следующим образом. Для каждого плеча каждого сегмента строится цилиндрическая система координат так, что ось аппликат (OZ) совпадает с плечом, центральная точка сегмента находится в начале координат, его крайняя точка - в области положительных z. В такой системе магнитное поле будет иметь только j-составляющую, которая вычисляется по формуле:

где, I 0 - ток в пучности, т.е. коэффициент I i для i-гoсегмента, найденный в результате решения СЛАУ;

r 1 и r 0 - расстояния до точки наблюдения от крайней и средней точки сегмента, соответственно;

l - длина плеча;

z и r - цилиндрические координаты точки наблюдения. После вычисления Н j для некоторого плеча, находятся проекции вектора магнитного поля на оси основной декартовой системы. Данная процедура выполняется для всех плеч, полное магнитное поле наведенных токов находится как сумма соответствующих проекций.

4. МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЕЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ

Инструментальный контроль уровней ЭМП проводится с целью определения фактического состояния электромагнитной обстановки на рабочих местах обслуживающего персонала и служит средством оценки достоверности результатов расчета. Измерения проводятся:

На этапе предупредительного санитарного надзора - при приемке радиотехнического объекта (РТО) в эксплуатацию;

На этапе текущего санитарного надзора - при изменении технических характеристик или режимов работы (мощности излучения, антенно-фидерного тракта, направлений излучения и т.п.);

При изменении ситуационных условий размещения технических средств станций (изменение расположения антенн, фидеров, высот их установки, азимута или угла места максимального излучения антенн, изменения расположения передатчиков);

После проведения защитных мероприятий, направленных на снижение уровней ЭМП;

В порядке плановых контрольных измерений (не реже одного раза в год).

При подготовке к проведению измерений проводятся следующие работы:

Согласование с заинтересованными предприятиями и организациями цели, времени и условий проведения измерений;

Определение необходимости использования средств индивидуальной защиты;

Подготовка необходимой измерительной аппаратуры. Настоящая методика распространяется на все рабочие места персонала радиопредприятий, излучающих энергию НЧ, СЧ и ВЧ диапазонов.

4.1. ОПЕРАЦИИ ИЗМЕРЕНИЙ

При проведении измерений должны выполняться следующие операции:

Измерение напряженности электрической составляющей электромагнитного поля,

Измерение напряженности магнитной составляющей электромагнитного поля,

Пересчет измеренных уровней электрической и магнитной составляющих в значения энергетической нагрузки.

4.2. СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ

При проведении измерений должны применяться следующие образцовые и вспомогательные средства:

Селективный микровольтметр SMV-11 (SMV-6);

Специальная антенна для измерения электрической составляющей ЭМП на частотах 0,06 - 30 МГц («ОРТ»);

Специальная антенна для измерения магнитной составляющей ЭМП на частотах 0,06 - 30 МГц.

Разрешается, кроме указанных выше, применять другие измерительные селективные (WMS-4, ESH2, ESH 3, ESHS 10) и широкополосные приборы (NFM-1, ПЗ-15 - ПЗ-22) с погрешностями не хуже, чем у приборов, перечисленных выше.

4.3. УСЛОВИЯ ИЗМЕРЕНИЙ

При проведении измерений должны соблюдаться следующие условия:

Температура окружающей среды 293 ± 5 К° (20 ± 5 С°);

Атмосферное давление 100 ± 4 кПа (750 ± 30 мм. рт. ст.);

Относительная влажность воздуха 65 ± 15 %;

Напряжение питания сети частотой 50 Гц ± 1 % и содержание гармоник до 5 % должно быть 220 В ± 2 %.

Измерения на рабочих местах проводят на расстояниях от источников ЭМП, соответствующих нахождению тела работающих, на нескольких уровнях от поверхности пола или земли с определением максимального значения напряженности ЭМП для каждого рабочего места.

Минимальное расстояние между измерительной антенной и металлическими поверхностями не должно быть менее четырех максимальных размеров антенны, при размерах антенны не более 0,25 м.

4.4. ПРОВЕДЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЙ

4.4.1. Измерение уровня напряженности электрической составляющей ЭМН в диапазоне частот 0,06 - 30 МГц.

4.4.1.1. Уровень напряженности поля определяют на каждой рабочей частоте радиопередающего устройства.

4.4.1.2. Включают селективный микровольтметр и прогревают его в течении времени, указанном в инструкции по эксплуатации.

4.4.1.3. Специальную антенну для измерения электрической составляющей ЭМП располагают в выбранной плоскости XOY по оси X в соответствующей точке измерения.

4.4.1.4. Включают (если оно не работает) радиопередающее устройство в режим непрерывного излучения.

4.4.1.5. Устанавливают и калибруют частоту прибора SMV-11.

4.4.1.6. Настраивают прибор на измеряемый сигнал.

4.4.1.7. Проводят калибровку усиления.

4.4.1.8. Отсчитывают измеренное значение напряжения по сумме ослабления на делителях и по показанию индикаторного прибора в дБ.

4.4.1.9. Определяют напряженность поля по сумме измеренного значения напряжения и калибровочного коэффициента специальной измерительной антенны на данной частоте в дБ.

4.4.1.10. Производят пересчет значения напряженности поля Е, выраженной в дБ относительно 1 мкВ, в В/м по формуле

E x (В/м) = 10 0,05Е (дБ) *10 -6 .

4.4.1.11. Ориентируют измерительную антенну по оси Y, повторяют действия по пп. 4.4.1.7 - 4.4.1.10, определяя Е у .

4.4.1.12. Устанавливают измерительную антенну ортогонально к плоскости XOY, повторяют действия по пп. 4.4.1.7 - 4.4.1.10, определяя E z .

4.4.1.13. Повторяют измерения составляющих Е х, Е у, E z еще два раза. Выбирают наибольшие из измеренных значений.

4.4.1.14. Повторяют действия по пп. 4.4.1.7 - 4.4.1.13, поместив антенну в другую точку пространства на рабочем месте обслуживающего персонала (на другую высоту). Выбирают наибольшие из измеренных значений.

4.4.1.15. Повторяют действие по п. 4.4.1.14 так, чтобы на одном рабочем месте были проведены измерения не менее, чем в трех точках. Выбирают наибольшие из измеренных значений.

4.4.1.16. Производят пересчет измеренных значений в значение суммарной составляющей по формуле

.

4.4.2. Измерение уровня напряженности магнитной составляющей ЭМП в диапазоне частот 0,06 - 30 МГц.

4.4.2.1. Измерения проводят согласно п. 4.4.1, заменив антенну для измерения электрической составляющей на специальную антенну для измерения магнитной составляющей.

4.4.2.2. Производят пересчет измеренных значений в значение суммарной составляющей по формуле

.

4.4.3. Проводят измерения электрической и магнитной составляющих ЭМП, создаваемого другими радиопередающими устройствами на их рабочих частотах согласно пп. 4.4.1 - 4.4.2.

Результаты измерений оформляются протоколом.