Способ определения уровня низкочастотного электромагнитного излучения средств электронно-вычислительной техники

 

Изобретение относится к технике радиоизмерений и может быть использовано при определении уровней электромагнитного излучения (ЭМИ), создаваемого радиоэлектронными средствами электронно-вычислительной техники (ЭВМ) различного назначения в полосе частот, включающей промышленную частоту 50 Гц. Технологическим результатом является повышение точности определения уровня ЭМИ ЭВМ за счет исключения влияния ЭМИ промышленной частоты 50 Гц на результат определения уровня исследуемого ЭМИ в полосе частот 5 Гц - 2 кГц. С помощью приемной антенны, фильтра и измерительного прибора измерение уровня исследуемого ЭМИ в полосе частот 5 Гц - 2 кГц производят дважды: в первом случае при отсутствии фильтра, во втором случае - при его наличии, а затем искомый результат определяется по приведенным в тексте формулам. 3 ил.

Изобретение относится к технике радиоизмерений и можeт быть использовано при определении уровней электромагнитного излучения (ЭМИ), создаваемого радиоэлектронными средствами электронно-вычислительной техники (ЭВМ) различного назначения в полосе частот, включающей промышленную частоту 50 Гц.

Известны методы измерения ЭМИ, создаваемого ЭВМ, средствами офисной и бытовой техники в процессе их функционирования, целью которых является обеспечение максимально возможной метрологической точности определения характеристик ЭМИ в интересах экспертизы безопасности указанных средств [1-5].

Наиболее близким по технической сущности является способ измерения характеристик неионизирующего ЭМИ ЭВМ, который заключается в измерении уровней электрической напряженности поля Е, В/м; и магнитной индукции В, нТл; в двух полосах частот 5 Гц - 2 кГц и 2 - 400 кГц [6]. Известный способ позволяет определить уровни Е и В как в непосредственной близости от источника ЭМИ, так и в окружающем пространстве, чтобы затем на основе полученных данных произвести экспертизу. Например, если речь идет о безопасности ЭВМ для здоровья пользователей, результаты измерений следует сравнить с действующими нормативами [4-5] и сделать соответствующие выводы. В случае, если влиянием общего фона по ЭМИ (обычно определяемого ЭМИ промышленной частоты 50 Гц) в помещении, где размещены ЭВМ, на результаты измерений можно пренебречь, проведение экспертизы затруднений не вызывает (предельно допустимые уровни общего фона по ЭМИ приводятся в [6]).

В реальных условиях уровни общего фона по ЭМИ (за счет ЭМИ промышленной частоты 50 Гц) существенно превышают нормы [6] и правильная интерпретация полученных данных встречает трудности. Например, для ЭМИ ЭВМ согласно [4-6] нормами являются значения: - Е_НЧ=25 В/м и В_НЧ=250 нТл при допустимых уровнях фона Е_НФ=2 В/м и В_НФ=40 нТл в полосе частот 5 Гц - 2 кГц; - Е_ВЧ=2,5 В/м и В_ВЧ=25 нТл при допустимых уровнях фона Е_ВФ=0,2 В/м и В_ВФ=5 нТл в полосе частот 2 - 400 кГц.

В то же время в помещениях, где размещены ЭВМ, за счет дефектов электропроводки, других радиоэлектронных офисных и бытовых средств уровни общего фона достигают соответственно 40 - 100 В/м; 150 - 400 нТл в полосе частот 5 Гц - 2 кГц и 0,5 - 2 В/м; 1 - 1,5 нТл в полосе частот 2 - 400 кГц [1]. Особенно сложной при этом становится экспертиза безопасности по характеристикам Е_НЧ и В_НЧ в полосе частот 5 Гц - 2 кГц, поскольку нормы для ЭМИ ЭВМ [4-5] и ЭМИ промышленной частоты 50 Гц [7-9] не совпадают между собой.

Действительно, если приведенные уровни ЭМИ Е_НЧ и В_НЧ созданы ЭВМ, их следует считать опасными для людей со всеми вытекающими отсюда последствиями. Однако если они создаются источниками ЭМИ промышленной частоты, их же следует признавать безопасными, поскольку согласно [7] нормой для Е_НЧ является 500 В/м; согласно [8] - 5000 В/м; а согласно [9] норма для В_НЧ в течение 8-часового рабочего дня составляет 100 мкТл. Методические указания [10] ясности в ситуацию не вносят, поскольку рекомендация признавать безопасными ЭМИ, для которых разность значений Е_НЧ при включенных и выключенных ЭВМ не превышает 20 В/м, является научно необоснованной.

Решение проблемы состоит в разделении (расфильтровке) ЭМИ промышленной частоты 50 Гц и исследуемого ЭМИ (создаваемого ЭВМ) в полосе частот 5 Гц - 2 кГц. Однако указанная операция встречает трудности ввиду близости значений промышленной частоты f₀=50 Гц и частот спектра исследуемого ЭМИ (например, частоты ₁ первой гармоники сигнала кадровой развертки дисплея ЭВМ).

Техническим результатом предлагаемого изобретения является исключение влияния ЭМИ промышленной частоты 50 Гц на результат определения уровня исследуемого ЭМИ в полосе частот 5 Гц - 2 кГц.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что с помощью приемной антенны, фильтра и измерительного прибора измерение уровня исследуемого ЭМИ в полосе частот 5 Гц - 2 кГц производят дважды: в первом случае при отсутствии фильтра, во втором случае - при его наличии, а затем искомый результат определяют по формулам где Э₀ - уровень исследуемого ЭМИ; Э_Ф - уровень ЭМИ промышленной частоты 50 Гц; Э_I - результат измерения уровня ЭМИ при отсутствии фильтра;
Э_II - результат измерения уровня ЭМИ при наличии фильтра;
А=10^0,1АdБ, А_dБ - затухание фильтра на частоте 50 Гц;
В=10^0,1ВdБ, В_dБ - затухание фильтра на частотах выше 50 Гц;
- относительный "вес" первой гармоники Э₁ энергетического спектра исследуемою ЭМИ из общего числа N гармоник, попадающих в полосу частот 5 Гц - 2 кГц;
n - номер гармоники с уровнем Э_n, n [1; N].

На фиг. 1 приведена структурная схема аппаратурной реализации предлагаемого способа.

На фиг. 2 приведены идеальная (штриховая кривая) и реальная (сплошная кривая) частотные характеристики затухания фильтра.

На фиг. 3 представлены нормированные временные зависимости пилообразного тока кадровой развертки i₀(t) и его первой производной i₁(t).

Способ осуществляется следующим образом.

Антенна 1 ориентируется на источник исследуемого ЭМИ (см. фиг.1) и с помощью измерительного прибора 3 определяется Э_I - результат измерения уровня ЭМИ при отсутствии фильтра 2. Затем аналогичным образом определяется Э_II - результат измерения уровня ЭМИ при наличии фильтра 2, частотная характеристика затухания которого считается известной (см. фиг.2). В полосу пропускания 5 Гц - 2 кГц измерительного прибора 3 попадают N гармоник исследуемого ЭМИ, поэтому
Э_I ²=Э₀ ²+Э_Ф ², (1)
где - уровень исследуемого ЭМИ,
n - номер гармоники с уровнем Э_n из общего числа N гармоник, попадающих в полосу частот 5 Гц... 2 кГц, n [1; N];
Э_ф - уровень ЭМИ промышленной частоты 50 Гц.

Аналогичным образом, поскольку частота первой гармоники исследуемого ЭМИ близка значению промышленной частоты 50 Гц
Э_II ²=АЭ_Ф ²+АЭ_I ²-ВЭ_I ²+ВЭ₀ ²=АЭ_Ф ²+(А-В)Э_I ²+ВЭ₀ ², (2)
где А=10^0,1AdБ, А_dБ - затухание фильтра на частоте 50 Гц;
В=10^0,1ВdБ, В_dБ - затухание фильтра на частотах выше 50 Гц;
- относительный "вес" первой гармоники Э_I энергетического спектра исследуемого ЭМИ из общего числа N гармоник, попадающих в полосу частот 5 Гц - 2 кГц.

Так как форма энергетического спектра исследуемого ЭМИ, соответствующего, например, пилообразному сигналу, последовательности прямоугольных импульсов и т. д. (см. фиг. 3) является типовой, детерминированное значение известно точно. Тогда из (2) следует
Э_II ²=АЭ_Ф ²+[В+(А-В)С]Э₀ ² (3)
Формулы (1) и (3) представляют собой систему двух уравнений с двумя неизвестными, поскольку значения параметров фильтра А и В также известны. Поэтому однозначным образом


Согласно [1] в ближней зоне элементарного рамочного излучателя (модель дисплея ЭВМ с электронно-лучевой трубкой) напряженность поля Е и плотность потока магнитной индукции В можно представить как
Е=Е_m•i₀(t); В=B_m•i₁(t), (6)
где E_m и В_m - максимальные значения соответственно для Е и В; графики i₀(t) и i₁(t) см. на фиг.3.

Энергетические спектры составляющих ЭМИ, соответствующие (6), подробно проанализированы в [1]. Из этих данных следуют расчетные формулы:
- при определении в качестве Э плотности магнитного потока

- при определении в качестве Э напряженности электрического поля E

В случае f₁= f₀=50 Гц; N=40 при (τ/Т)<<1 из (7) и (8) получаем С_B≈0,6; С_Е≈0,025. Предлагаемый способ прост, эффективен и удобен для практической реализации.

ЛИТЕРАТУРА
1. Маслов О.Н. Электромагнитная безопасность радиоэлектронных средств. М.: МЦНТИ, Мобильные коммуникации, 2000. - 82 с.

2. Готовский Ю. В., Перов Ю.Ф. Электромагнитная безопасность и офисе и дома (видеодисплейные терминалы и сотовые телефоны). М.: "Имедис". 1998. - 17 с.

3. Обеспечение электромагнитной безопасности при эксплуатации компьютерной техники. Справочное руководство. Под ред. Туркевича А.А. М.: ГНПП "Циклон-Тест", 1998. - 112 с.

4. Гигиенические требования к видеодисплейным терминалам, персональным электронно-вычислительным машинам и организация работы. СанПиН 2.2.2.542-96. М.: Госкомсанэпиднадзор России, 1996.

5. ГОСТ Р 50948-96. Средства отображения информации индивидуального пользования. Общие эргономические требования и требования безопасности. Введен 11.09.96. 576.

6. ГОСТ Р 50949-96. Средства отображения информации индивидуального пользования. Методы измерений оценки эргономических параметров и параметров безопасности. Введен 11.09.96. 577.

7. Санитарные нормы допустимых уровней физических факторов при применении товаров народного потребления в бытовых условиях. МСанПиН 001-96, Госкомсанэпиднадзор России, 1996.

8. Санитарные нормы и правила выполнения работ в условиях воздействия электрических полей промышленной частоты (50 Гц). СНиП 5802-91. Госкомсанэпиднадзор РФ. 1993.

9. Переменные магнитные поля промышленной частоты (50 Гц) в производственных условиях. СанПиН 2.2.4.723-98. Федеральный центр Госсанэпиднадзора Минздрава РФ. 1999.

10. Методические материалы по измерению электромагнитных полей от видеомониторов и ПЭВМ. Федеральный центр Госсанэпиднадзора Минздрава РФ. исх. 12 РУ/1437 от 02.09.97.

Формула изобретения

Способ определения уровня низкочастотного электромагнитного излучения средств электронно-вычислительной техники, заключающийся тем, что с помощью приемной антенны, фильтра и измерительного прибора производится определение уровня электромагнитного излучения (ЭМИ), отличающийся тем, что измерение уровня исследуемого ЭМИ в полосе частот 5 Гц - 2 кГц, производят дважды: в первом случае при отсутствии фильтра, во втором случае - при его наличии, а затем искомый результат определяется по формулам


где Э₀ - уровень исследуемого ЭМИ;
Э_Ф - уровень ЭМИ промышленной частоты 50 Гц;
Э_I - результат измерения уровня ЭМИ при отсутствии фильтра;
Э_II - результат измерения уровня ЭМИ при наличии фильтра;
А=10^{0,1 АdБ}, А_dБ - затухание фильтра на частоте 50 Гц;
В=10^{0,1 ВdБ}, В_dБ - затухание фильтра на частотах выше 50 Гц;
относительный "вес" первой гармоники Э₁ энергетического спектра исследуемого ЭМИ из общего числа N гармоник, попадающих в полосу частот 5 Гц - 2 кГц;
n - номер гармоники с уровнем Э_n, n [1;N].

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3