Способ определения уровней низкочастотного электромагнитного излучения
Владельцы патента RU 2294544:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Поволжская государственная академия телекоммуникаций и информатики" (RU)
Изобретение относится к технике радиоизмерений и может быть использовано при определении уровней электромагнитного излучения (ЭМИ), создаваемого радиоэлектронными средствами различного назначения в полосе частот, включающей промышленную частоту 50 Гц. Техническим результатом изобретения является повышение точности определения уровней ЭМИ ЭВМ за счет исключения влияния ЭМИ промышленной частоты на результат. Определение уровней исследуемого ЭМИ, создаваемого внешним источником, и уровня ЭМИ промышленной частоты производят в три этапа: - на первом этапе с помощью стандартного измерителя уровней ЭМИ производят измерение их суммарного уровня; - на втором этапе по спектрограмме уровней исследуемого ЭМИ и ЭМИ промышленной частоты определяют их относительные энергетические уровни по приведенным математическим формулам; - на третьем этапе определяют уровни исследуемого ЭМИ и ЭМИ промышленной частоты. При определении уровня ЭМИ, создаваемого ЭВМ, выступающей в качестве внешнего источника, роль анализатора частотного спектра может выполнять сама ЭВМ. 4 ил.
Изобретение относится к технике радиоизмерений и может быть использовано при определении уровней электромагнитного излучения (ЭМИ), создаваемого радиоэлектронными средствами различного назначения в полосе частот, включающей промышленную частоту 50 Гц.
Известны способы измерения ЭМИ, создаваемого средствами электронно-вычислительной, офисной и бытовой техники в процессе их функционирования [1-5], целью которых является обеспечение максимально-возможной метрологической точности определения характеристик ЭМИ в интересах экспертизы электромагнитной безопасности указанных средств [6-8].
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 [3]. 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 провести экспертизу. Например, если речь идет о безопасности ЭВМ для здоровья пользователей, результаты измерений следует сравнить с действующими нормативами [3-6] и сделать соответствующие выводы. Если влиянием общего фона по ЭМИ (обычно определяемого ЭМИ промышленной частоты 50 Гц) в помещении, где размещены источники исследуемого ЭМИ, на результаты измерений можно пренебречь, проведение экспертизы затруднений не вызывает (предельно-допустимые уровни общего фона по ЭМИ для ЭВМ приводятся в [4]).
В реальных условиях уровни общего фона по ЭМИ (за счет ЭМИ промышленной частоты 50 Гц) существенно превышают нормы [4] и правильная интерпретация полученных данных встречает трудности. Например, для ЭМИ, создаваемых ЭВМ, согласно [3-6], нормами являются значения
- ЕНЧ=25 В/м и ВНЧ=250 нТл при допустимых уровнях фона ЕНФ=2 В/м и
ВНФ=40 нТл в полосе частот 5 Гц ... 2 кГц;
- ЕВЧ=2,5 В/м и ВВЧ=25 нТл при допустимых уровнях фона ЕВФ=0,2 В/м и
ВВФ=5 нТл в полосе частот 2...400 кГц.
В то же время в помещениях, где размещены ЭВМ, за счет дефектов электропроводки, наличия 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 [8]. Особенно сложной при этом становится экспертиза безопасности по характеристикам ЕНЧ и ВНЧ в полосе частот 5 Гц ... 2 кГц [7-8], поскольку нормы для ЭМИ ЭВМ [3-4] и ЭМИ промышленной частоты 50 Гц [5-6] не совпадают между собой.
Действительно, если приведенные уровни ЭМИ ЕНЧ и ВНЧ 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 [6] нормой для ЕНЧ в этом случае является 500 В/м; согласно [5] - 5000 В/м; а также согласно [5] норма для ВНЧ в течение 8-часового рабочего дня составляет 100 мкТл. Методические указания [7] ясность в ситуацию не вносят, поскольку рекомендация признавать безопасными ЭМИ, для которых разность значений ЕНЧ при включенном и выключенном оборудовании не превышает 20 В/м, не является научно-обоснованной (пространственно-временная структура ЭМИ неоднородна и при выключении ЭВМ уровни ЕНЧ и ВНЧ на рабочих местах могут как уменьшаться, так и возрастать, изменяясь достаточно сложным и неоднозначным образом).
Решение проблемы состоит в разделении (расфильтровке) ЭМИ промышленной частоты 50 Гц и исследуемого ЭМИ (создаваемого ЭВМ, средствами офисной и бытовой техники) в полосе частот 5 Гц ... 2 кГц.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение точности определения уровней ЭМИ ЭВМ за счет исключения 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:
1. Определение уровней исследуемого ЭМИ, создаваемого внешним источником, и уровня ЭМИ промышленной частоты f0=50 Гц производят в три этапа:
- на первом этапе с помощью стандартного измерителя уровней ЭМИ производят измерение их суммарного уровня Э;
- на втором этапе с помощью приемной антенны и анализатора частотного спектра по спектрограмме уровней исследуемого ЭМИ и ЭМИ промышленной частоты определяют их относительные энергетические уровни по формулам:
где S0 - относительный энергетический уровень ЭМИ промышленной частоты;
SЭ - относительный энергетический уровень исследуемого ЭМИ;
S0n - относительный энергетический уровень n-ой гармоники ЭМИ промышленной частоты;
SЭm - относительный энергетический уровень m-ой гармоники исследуемого ЭМИ;
N и М - число гармоник соответственно ЭМИ промышленной частоты и исследуемого ЭМИ;
- на третьем этапе уровни исследуемого ЭМИ ЭЭ и ЭМИ промышленной частоты Э0 определяют по формулам
где 
.
При определении уровня электромагнитного излучения, создаваемого ЭВМ, выступающей в качестве внешнего источника, роль анализатора частотного спектра может выполнять сама ЭВМ.
На Фиг.1 приведена структурная схема аппаратурной реализации предлагаемого способа при определении ЭМИ, создаваемого внешними источниками (общий случай).
На Фиг.2 приведена структурная схема аппаратурной реализации предлагаемого способа при определении ЭМИ, создаваемого ЭВМ, выступающей в качестве внешнего источника.
На Фиг.3 представлены в схематичном виде спектрограммы ЭМИ, уровни которых подлежат определению, в случае fк=85 Гц; f0=50 Гц.
На Фиг.4 представлены реальные спектрограммы ЭМИ, уровни которых подлежат определению, в случае fк=85 Гц; f0=50 Гц.
Устройство для реализации способа содержит измерительную антенну 1 и анализатор частотного спектра 2, который представляет собой ЭВМ с исследовательским интерфейсом DSP.
Способ осуществляется следующим образом.
1. В случае определения уровня ЭМИ, создаваемого внешним источником:
- на первом этапе с помощью стандартного измерителя уровней исследуемого ЭМИ (для ЭМИ ЭВМ, соответствующего требованиям [3]) производят измерение общего уровня ЭМИ Э (для ЭВМ - напряженности электрического поля Е, В/м; магнитной индукции В, нТл);
- на втором этапе антенну 1 ориентируют на источник исследуемого ЭМИ (см. Фиг.1) и с помощью портативной ЭВМ (note book) - анализатора частотного спектра 2 определяют спектрограмму уровней исследуемого ЭМИ и ЭМИ промышленной частоты S(f) - см. Фиг.3 и Фиг.4. В качестве интерфейса DSP может быть использована звуковая карта Cristal 4235 на базе однокристального 16-разрядного цифрового сигнального процессора АЦП/ЦАП, встроенного в note book. По спектрограмме уровней исследуемого ЭМИ и ЭМИ промышленной частоты определяют их относительные энергетические уровни по формулам:
где S0 - относительный энергетический уровень ЭМИ промышленной частоты;
SЭ - относительный энергетический уровень ЭМИ ЭВМ;
S0n - относительный энергетический уровень n-ой гармоники ЭМИ промышленной частоты;
SЭm - относительный энергетический уровень m-ой гармоники исследуемого ЭМИ ЭВМ;
N и М - число гармоник соответственно ЭМИ промышленной частоты и исследуемого ЭМИ, попадающих в полосу частот 5 Гц ... 2 кГц;
- на третьем этапе уровни исследуемого ЭМИ ЭЭ и ЭМИ промышленной частоты Э0 определяют по результатам измерения уровней Э (для ЭВМ - ЕНЧ, В/м; ВНЧ, нТл; на частотах 5 Гц ... 2 кГц) по формулам
где
2. В случае определения уровня ЭМИ, создаваемого ЭВМ, выступающей в роли внешнего источника, антенна 1 ориентируется на ЭВМ (см. Фиг.2), которая в данном случае сама выполняет роль анализатора частотного спектра 2 со встроенным интерфейсом DSP. Другие действия по определению Э0 и ЭЭ аналогичны рассмотренным в п.1.
Предлагаемый способ универсален, прост и эффективен, он удобен для реализации и позволяет наглядно контролировать структуру исследуемых ЭМИ путем визуального анализа спектрограмм. Поскольку в качестве анализатора спектра 2 используется ЭВМ, процесс определения всех уровней ЭМИ согласно (1)-(2) легко поддается автоматизации. При этом калибровочные характеристики антенн и измерительных трактов для определения ЕНЧ и ВНЧ могут оперативно изменяться программным путем.
ЛИТЕРАТУРА
1. Способ определения уровня низкочастотного электромагнитного излучения средств электронно-вычислительной техники // Маслов О.Н., Толмачев В.Б. Патент RU 2187825 от 25.06.2001, опубл. 20.08.2002, бюл. №23.
2. Способ измерения уровней электромагнитного излучения // Маслов О.Н., Толмачев В.Б., Шакиров P.P. Патент RU 2189605 от 11.07.2001, опубл. 20.09.2002, бюл. №26.
3. Гигиенические требования к персональным электронно-вычислительным машинам и организация работы. СанПиН 2.2.2/2.4,1340-03. М.: Минздрав России, 2003. Введены 30.06.2003, №118.
4. ГОСТ Р 50949-96. Средства отображения информации индивидуального пользования. Методы измерений и оценки эргономических параметров безопасности. Введен 11.09.96, №577.
5. Электромагнитные поля в производственных условиях. СанПиН 2.2.4.1191-03. М.: Минздрав России, 2003. Введены 01.05.2003, №118.
6. Санитарные нормы допустимых уровней физических факторов при применении товаров народного потребления в бытовых условиях. МСанПиН 001-96, Госкомсанэпиднадзор России, 1996.
7. Методические материалы по измерению электромагнитных полей от видеомониторов и ПЭВМ. М.: Федеральный центр Госсанэпиднадзора, исх. №12РУ/1437 от 02.09.97.
8. Маслов О.Н. Электромагнитная безопасность радиоэлектронных средств. М.: МЦНТИ, «Мобильные коммуникации», 2000. - 82 с.
1. Способ определения уровней низкочастотного электромагнитного излучения, заключающийся в том, что с помощью стандартного измерителя уровня, приемной антенны и анализатора частотного спектра производят определение уровней электромагнитного излучения, отличающийся тем, что определение уровней исследуемого электромагнитного излучения, создаваемого внешним источником, и уровня электромагнитного излучения промышленной частоты f0=50 Гц производят в три этапа: на первом этапе с помощью стандартного измерителя уровней производят измерение их суммарного уровня Э, на втором этапе с помощью приемной антенны и анализатора частотного спектра, по спектрограмме уровней исследуемого электромагнитного излучения и электромагнитного излучения промышленной частоты, определяют их относительные энергетические уровни по формулам:
где S0 - относительный энергетический уровень электромагнитного излучения промышленной частоты;
SЭ - относительный энергетический уровень исследуемого электромагнитного излучения;
S0n - относительный энергетический уровень n-й гармоники электромагнитного излучения промышленной частоты;
SЭm - относительный энергетический уровень m-й гармоники исследуемого электромагнитного излучения;
N и М - число гармоник соответственно электромагнитного излучения промышленной частоты и исследуемого электромагнитного излучения;
на третьем этапе уровни исследуемого электромагнитного излучения ЭЭ и электромагнитного излучения промышленной частоты Э0 определяют по формулам
где 
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при определении уровня электромагнитного излучения, создаваемого ЭВМ, выступающей в качестве внешнего источника, роль анализатора частотного спектра выполняет сама ЭВМ.
