Устройство для контроля предельного значения напряженности переменного электрического поля

 

Использование: в измерительной технике, в технике охраны труда при эксплуатации установок, излучающих электромагнитную энергию в диапазонах средней и высокой частоты и СВЧ. Сущность изобретения: для повышения надежности оповещения о наличии предельного значения напряженности переменного электрического поля и повышения информативности устройство содержит приемную дипольную антенну, светодиод, являющийся средством тревожной световой сигнализации, мостовой выпрямитель, выход которого подключен через фильтр нижних частот к входу порогового блока с регулируемым порогом срабатывания, выравнивающую цепь, симметрирующий трансформатор и генератор звуковой частоты, а светодиод введен в пороговый блок и использован в качестве пассивного переключающего элемента, причем вход выравнивающей цепи подключен к выходу дипольной приемной антенны, являющийся корпусом и экраном устройства, выход выравнивающей цепи подключен к входу симметрирующего трансформатора, выход которого подсоединен к входу мостового выпрямителя, а вход генератора звуковой частоты подключен к выходу порогового блока. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в области охраны труда при эксплуатации установок, излучающих электромагнитную энергию в диапазонах средней, высокой и очень высокой частот, преимущественно при эксплуатации различных радиосредств, работающих на передачу, где напряженность электрического поля может достигать 1000 В/м и более в непосредственной близости от радиопередатчика и где соответствующим изменением к ГОСТ 12.1.006-84 установлены единые для каждого диапазона предельно допустимые уровни электромагнитного поля (Изменение N 1 ГОСТ 12.1.006-84. Система стандартов безопасности труда. Электромагнитные поля радиочастот. Допустимые уровни на рабочих местах и требования к проведению контроля).

Известно устройство тревожной сигнализации (патент ФРГ N 2533742, кл. G 01 R 29/08), работающее в сверхвысокочастотном диапазоне, потребляющее только энергию излучения, содержащее сврехвысокочастотную приемную антенну и подключенный к ней нелинейный пассивный элемент индикации, излучающий световой или звуковой сигнал при превышении энергией сверхвысокочастотного электромагнитного поля заданного уровня. Все устройство помещено в корпус, прозрачный для электромагнитного излучения, и жестко зафиксировано в нем.

Недостатками известного устройства являются сложность в установлении порога срабатывания устройства из-за необходимости тщательного подбора элемента индикации, наличие только световой или только звуковой индикации, а также подверженность элемента индикации непосредственному воздействию электромагнитного излучения, что может привести к ложному срабатыванию устройства или повреждению элемента индикации. Известен также прибор для обнаружения статического электрического поля или переменного электрического поля (патент США N 3774110, кл. G 01 R 19/16), содержащий антенну, усилитель, пороговую схему, которая переходит в электропроводное состояние, когда величина входного сигнала больше, чем заранее определенная величина. Переход пороговой схемы в электропроводное состояние вызывает возбуждение генератора, который приводит в действие индикаторы различных типов.

Недостатком этого устройства является большая вероятность отказа устройства из-за сложности схемы (наличия семи активных элементов - транзисторов), а также при появлении на входе устройства сигнала, уровень которого превышает уровень, соответствующий допустимому рабочему напряжению транзисторов, что приводит к необратимому тепловому пробою полупроводниковых элементов. Общим недостатком известных устройств является нестабильность калибровочного коэффициента приемной антенны в рабочем диапазоне частот из-за влияния на приемную антенну входного сопротивления последующей части схемы устройства, что приводит к большой частотно-зависимой погрешности индикации порогового значения напряженности поля.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является датчик электромагнитного излучения (патент Франции N 2218569, кл. G 01 R 29/08), работающий на основе измерения напряжения и снабженный средством тревожной сигнализации. Устройство содержит непосредственно датчик напряжения (мостовой выпрямитель на полупроводниковых диодах), вход которого соединен с приемной антенной, а выход подсоединен через фильтр нижних частот к входу порогового блока с регулируемым порогом срабатывания, состоящего из делителя напряжения с переменным коэффициентом деления и активного переключающего элемента - транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером. Выход порогового блока подключен через светоизлучающий диод, служащий средством тревожной световой сигнализации, к батарейному источнику питания.

Недостатком этого устройства является ненадежность оповещения оператора о наличии порогового значения напряженности переменного электрического поля, что является следствием отказа устройства из-за необратимого теплового пробоя полупроводниковых элементов при появлении на входе устройства сигнала с уровнем, превышающим предельный для полупроводниковых элементов, при этом наиболее уязвимым является светодиод, отличающийся низкими значениями максимально допустимых тока и напряжения; нестабильности калибровочного коэффициента приемной антенны в рабочем диапазоне частот из-за влияния на приемную антенну входного сопротивления последующей части схемы устройства, приводящей к большой частотно-зависимой погрешности индикации порогового значения напряженности поля; наличия только световой индикации опасного уровня электромагнитного излучения; наличия источника питания, приводящего к увеличению массы и габаритов устройства, а также к необходимости контроля напряжения на выходе источника питания и периодической замены (перезарядке) элементов питания.

Целью изобретения является повышение надежности оповещения оператора установки излучающей электромагнитную энергию, о наличии предельного значения напряженности переменного электрического поля 500, 300, 80 В/м соответственно в одном из трех диапазонов частот: от 0,06 до 3 МГц; от 3 до 30 МГц; от 30 до 300 МГц.

Это достигается тем, что устройство для контроля предельного значения напряженности переменного электрического поля содержит выравнивающую цепь, вход которой соединен с приемной дипольной антенной, являющейся одновременно корпусом устройства и экраном для исключения влияния электромагнитного излучения на остальные элементы устройства, а выход выравнивающей цепи связан через симметрирующий трансформатор с входом мостового выпрямителя, выход которого через фильтр нижних частот подключен к входу порогового блока, состоящего из делителя напряжения с переменным коэффициентом деления для установления нужного порога срабатывания и включенных последовательно с делителем напряжения пассивного переключающего элемента с нелинейной зависимостью проводимости от приложенного напряжения - светоизлучающего диода, который одновременно является средством тревожной световой сигнализации, и токозадающего резистора. Параллельно светоизлучающему диоду и токозадающему резистору подключен стабилитрон, являющийся элементом защиты светоизлучающего диода от необратимого пробоя. Выход порогового блока подключен к входу генератора звуковой частоты, являющегося средством тревожной звуковой сигнализации.

Приведенные в изменении к ГОСТУ 12.1.006-84 предельные значения напряженности электрического поля в диапазонах средней, высокой и очень высокой частот являются достаточными для нормального функционирования устройства.

Предложенное устройство отличается как наличием новых элементов: выравнивающей цепи, симметрирующего трансформатора, генератора звуковой частоты, так и отсутствием источника питания.

Таким образом, оно соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение с другими техническими решениями показывает, что выравнивающая цепь с симметрирующим трансформатором, размещенные внутри электрически короткой приемной дипольной антенны, известны. (Yokoshima, Т. Мatsui. Small Diроle antenna for YHF-UНF wide band field strength standards, 1984. Int. Simр. Elestromagh. Comрat, Тokyo, осt. 16-18, vol.1 р.112-115).

Известен генератор звуковой частоты на минимальном числе компонентов. (Д. Приймак. Простейший генератор звуковой частоты. Радио, N 11, 1983, с. 55).

Однако, в предложенном устройстве выравнивающая цепь, образующая вместе с емкостью приемной дипольной антенны сильно шунтированный параллельный резонансный контур с низкой добротностью и согласующий выходное сопротивление выравнивающей цепи и входное сопротивление мостового выпрямителя симметрирующий трансформатор выполняют также функцию понижения уровня входного сигнала до такой величины, чтобы входное напряжение, соответствующее предельному значению напряженности поля, было одного порядка с номинальными значениями падений напряжений на полупроводниковых элементах устройства, что необходимо для предотвращения выхода из строя из-за необратимого теплового пробоя.

Использование в пороговом блоке стабилитрона в качестве элемента защиты позволяет избежать пробоя светоизлучающего диода при появлении на входе устройства сигнала с уpовнем, значительно превышающим уровень, соответствующий предельному значению напряженности переменного электрического поля.

Сравнение предложенного устройства с прототипом показывает, что светоизлучающий диод является не только средством тревожной световой сигнализации, но и используется в новом качестве пассивного переключающего элемента, который подключает генератор звуковой частоты к источнику энергии в зависимости от соотношения напряжения на выходе источника энергии и порогового напряжения включения светоизлучающего диода.

Это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "Существенные отличия".

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема устройства для контроля предельного значения напряженности переменного электрического поля с обозначениями функциональных блоков устройства.

Устройство для контроля предельного значения напряженности переменного электрического поля содержит последовательно соединенные дипольную приемную антенну 1, выравнивающую цепь 2, симметрирующий трансформатор 3, мостовой выпрямитель 4, фильтр 5 нижних частот, пороговый блок 6 с регулируемым порогом срабатывания и генератор 7 звуковой частоты.

Выравнивающая цепь 2 состоит из последовательно соединенных первой катушки 8 индуктивности, первого 9, второго 10, третьего 11 резисторов и второй катушки 12 индуктивности. Фильтр нижних частот состоит из последовательно соединенных резистора 13 и конденсатора 14. Пороговый блок 6 содержит последовательно соединенные делитель напряжений 15, светодиод 16, токозадающий резистор 17 и включенный параллельно светодиоду 16 и резистору 17 стабилитрон 18.

Генератор звуковой частоты 7 содержит телефонный капсуль 19, один вывод которого подключен к точке соединения коллектора транзистора 20 n-р-n-структуры и базы транзистора 21 р-n-р-структуры, а другой вывод подключен через резистор 22 к эмиттеру транзистора 21 р-n-p-структуры, при этом база транзистора 20 n-р-n-структуры и коллектор транзистора 321 р-n-р-структуры соединены между собой, выводами генератора звуковой частоты являются эмиттер транзистора 20 n-р-n-структуры и точка соединения телефонного капсуля 19 и резистора 2.

Устройство работает следующим образом.

Переменное напряжение, наведенное на плечи приемной дипольной антенны 1 переменным электрическим полем, подается через компенсирующую емкость антенны выравнивающую цепь 2 и через согласующий выходное сопротивление выравнивающей цепи 2 и входное сопротивление мостового выпрямителя 4 симметрирующий трансформатор 3 на вход мостового выпрямителя 4, являющегося датчиком напряжений. С выхода мостового выпрямителя 4 через резистор 13 и конденсатор 14 фильтра нижних частот 5, сглаживающего пульсации напряжения, выпрямленное напряжение подается на вход делителя напряжения 15. При превышении напряжения на выходе делителя напряжения 15 порогового напряжения включения светоизлучающего диода 16 течет ток, вызывающий излучение светодиода 16 и возбуждение на частоте механического резонанса телефонного капсуля 17 генератора звуковой частоты. При появлении на входе устройства напряжения, значительно превышающего напряжение, соответствующее предельному уровню напряженности поля и вызывающее возрастание тока через светодиод 16 и токозадающий резистор 17, следствием чего является увеличение падения напряжения на них, происходит обратимый пробой стабилитрона 18, что приводит к шунтированию светодиода и токозадающего резистора и предотвращению выхода светодиода из строя.

По сравнению с известным устройством аналогичного назначения предложенное устройство работает без источника питания и обеспечивает при этом надежное оповещение оператора о наличии предельного значения напряженности переменного электрического поля в рабочем диапазоне частот.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПРЕДЕЛЬНОГО ЗНАЧЕНИЯ НАПРЯЖЕННОСТИ ПЕРЕМЕННОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ, содержащее исследуемый источник переменного электрического поля, мостовой выпрямитель, выход которого подключен через фильтр нижних частот, содержащий последовательно соединенные резистор и конденсатор, к входу порогового блока с регулируемым порогом срабатывания, содержащим делитель напряжения, к выходу которого подключен световод, при этом входными зажимами фильтра нижних частот являются свободные выводы резистора и конденсатора, а выходные зажимы подключены параллельно конденсатору, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности оповещения о наличии предельного значения напряженности переменного электрического поля и повышения информативности, в него введены блок ослабления звуковой частоты, последовательно включенные со светодиодом токозадающий резистор и генератор звуковой частоты и включенный параллельно со светодиодом и токозадающим резистором стабилитрон, причем блок ослабления включен между исследуемым источником переменного электрического поля и мостовым выпрямителем.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок ослабления состоит из последовательно соединенных первого, второго и третьего резисторов, при этом входными зажимами блока являются свободные выводы первого и третьего резисторов, а выходные зажимы подключены параллельно второму резистору.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что генератор звуковой частоты состоит из телефонного капсуля, один вывод которого подключен к точке соединения коллектора и базы транзистора p-n-p-структуры, а второй вывод подключен через резистор с эммитеру транзистора p-n-p-структуры, при этом база и коллектор транзистора p-n-p-структуры соединены между собой, выводами генератора звуковой частоты являются эмиттер транзистора n-p-n-структуры и точка соединения телефонного капсуля и резистора.

РИСУНКИ

Рисунок 1