Устройство для измерения удельной поглощенной мощности свч электромагнитного излучения

Изобретение относится к области обеспечения электромагнитной безопасности и может быть использовано для непрерывного контроля получаемой дозы СВЧ-энергии на рабочих местах и в быту. Техническим результатом является обеспечение контроля удельной поглощенной мощности электромагнитного излучения при наличии нескольких источников и распространении электромагнитного излучения с различных направлений одновременно. Устройство для измерения удельной поглощенной мощности СВЧ электромагнитного излучения включает в себя материал, имитирующий биоткань, расположенный между двумя концентрическими диэлектрическими сферами разного радиуса, детекторы, расположенные группами по два, причем один из них размещен на внешней поверхности сферы большего радиуса, а другой - на внутренней поверхности сферы меньшего радиуса на линиях, проходящих через центры детекторов, устройство обработки и управления расположено внутри малой сферы. 2 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к области обеспечения электромагнитной безопасности и может быть использовано для непрерывного контроля получаемой дозы СВЧ-энергии на рабочих местах и в быту.

Известно устройство [1] для определения мощности излучения электромагнитного излучении (дозиметр). Устройство представляет собой одиночный детектор, измеряющий величину электромагнитного излучения, размещаемый на поверхности объекта, для которой необходимо определить удельную мощность излучения. При этом устройство регистрирует электромагнитное излучение, поступающее только со стороны детектора.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению и принятому в качестве прототипа является устройство [2] для измерения удельной поглощенной мощности электромагнитного излучения в лабораторных условиях. Данное устройство содержит объем с материалом, имитирующим биоткань, измерительные детекторы и устройство обработки. Материал, имитирующий биоткань, представляет собой вещество, состав которого подбирается таким образом, что удельная электрическая проводимость (σ_m), диэлектрическая проницаемость (ε_m) материала близки по величине к таковым для тканей человека или другого биообъекта. Измерительные детекторы размещены по одну сторону от объема с материалом, имитирующим биоткань, один из детекторов измеряет величину падающего электромагнитного излучения, другой - отраженного от материала, имитирующего биоткань. При этом направление распространения электромагнитной волны заранее определено. Устройство обработки и управления размещено вне зоны облучения и на основе сигналов, поступающих с измерительных детекторов, определяет удельную поглощенную мощность падающего излучения. Недостатком устройства [2] является его однонаправленность, то есть устройство не обеспечивает независимость проведения измерений от направления падения электромагнитной волны и невозможность проведения измерений при наличии нескольких волн, воздействующих на устройство с разных сторон одновременно.

Техническим результатом предлагаемого устройства является обеспечение возможности проведения измерений при произвольном направлении распространения электромагнитной волны и при любом количестве источников излучения. Это достигается тем, что в известном устройстве, содержащем материал, имитирующий биоткань, детекторы, устройство обработки и управления, материал, имитирующий биоткань, расположен между двух концентрических диэлектрических сфер, детекторы размещены группами по два, причем один из них размещен на внешней поверхности сферы большего радиуса, а другой - на внутренней поверхности сферы меньшего радиуса, на линиях, проходящих через центры детекторов и центр сфер, устройство обработки и управления размещено внутри малой сферы и соединено электрическими цепями с детекторами. Расстояние между сферами h определяется из условия:

где

ω=2πf - частота электромагнитного излучения, Гц;

μ₀=4π·10^-7 Гн/м - магнитная постоянная;

ε_m - относительная диэлектрическая проницаемость материала, имитирующего биоткань, отн. ед.;

ε₀=8,86·10^-12 Ф/м - диэлектрическая постоянная;

σ_m - удельная электрическая проводимость материала, имитирующего биоткань, См/м.

Величина h представляет собой глубину проникновения электромагнитного излучения в материал, имитирующий биоткань, которая зависит от электрических свойств данного материала и частоты электромагнитного излучения. В качестве значения частоты f берется наименьшая частота (нижняя граница) рабочего частотного диапазона устройства. Количество и структура размещения групп детекторов на сферах определяется видом детекторов и необходимым углом обзора.

Сущность изобретения заключается в размещении материала, имитирующего биоткань, в виде сферического слоя определенной толщины и распределении детекторов по всей поверхности данного материала как изнутри, так и снаружи. Структура размещения детекторов по поверхности сферы будет зависеть от характеристик направленности применяемых детекторов, а также требуемой точностью измерений. Такой способ размещения имитирующего материала и детекторов позволяет регистрировать электромагнитное излучение даже в тех случаях, когда оно поступает одновременно с нескольких направлений. Размещение детекторов по обе стороны от материала, имитирующего биоткань, позволяет на основе разности показаний внутреннего и внешнего детекторов судить о величине поглощенной в материале электромагнитной энергии. Расположение детекторов на одной линии, проходящей через центры детекторов и центр сфер, позволяет более точно регистрировать поступающее с данного направления электромагнитное излучение. Размещение устройства обработки и управления внутри малой сферы улучшает характеристики направленности предлагаемого устройства за счет снижения паразитного влияния электрических цепей, соединяющих детекторы и устройство обработки и управления.

Блок-схема одного из вариантов предлагаемого устройства представлена на фиг.1 и 2. Предлагаемое устройство содержит две концентрические сферы - внешнюю 1 и внутреннюю 2, пространство между которыми заполнено поглощающим материалом, имитирующим биоткань 3; внешние 4 и внутренние 5 измерительные детекторы, расположенные на линии, проходящей через центры детекторов и центр сфер, и распределенные по поверхности поглощающего материала для обеспечения проведения измерения независимо от направления распространения электромагнитной волны. Сигналы со всех детекторов 4 и 5 поступают по электрическим цепям в устройство обработки и управления 6, выполняющее функцию управления детекторами, обработку поступающих с детекторов сигналов и отображения окончательных результатов измерений.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. Электромагнитное излучение воздействует на устройство, величина электромагнитного излучения определяется детекторами 4, затем излучение проходит через материал, имитирующий биоткань 3, который поглощает часть излучения. Величину прошедшего электромагнитного излучения определяет детектор 5. Сигналы с детекторов 4 и 5 поступают в устройство обработки и управления 6, где усиливаются, определяется разность между сигналами с детекторов 4 и 5, затем эта разность для всех пар детекторов дополнительно обрабатывается для получения окончательной величины удельной поглощенной мощности. Величина удельной поглощенной мощности выводится на устройство отображения, либо подается звуковой или световой сигнал о получении предельно допустимой дозы облучения.

Заявляемое устройство обладает новым качеством, отличающим его от прототипа [2] - способность измерения в условиях произвольного распространения электромагнитной волны.

Сравнение заявленного устройства с аналогом [1] позволяет предположить возможность проведения измерений в условиях, когда картина распределения СВЧ электромагнитного поля заранее не известна.

Список литературы:

1. США, пат. №4659984 от 21.04.1987 г., 324/95, G01R 21/04.

2. США, пат. №5789929 от 04.08.1998 г., 324/642, G01N 22/00.

Устройство для измерения удельной поглощенной мощности СВЧ электромагнитного излучения, содержащее материал, имитирующий биоткань, детекторы и устройство обработки и управления, отличающееся тем, что материал, имитирующий биоткань, расположен между двумя концентрическими диэлектрическими сферами разного радиуса, расстояние между которыми определено из условия

где ω=2πf - частота электромагнитной волны, Гц;

μ₀=4π·10^-7 Гн/м - магнитная постоянная;

ε_m - относительная диэлектрическая проницаемость материала, имитирующего биоткань, отн. ед.;

ε₀=8,86·10^-12 Ф/м - диэлектрическая постоянная;

σ_m - удельная электрическая проводимость материала, имитирующего биоткань, См/м,

при этом детекторы расположены группами по два, причем один из них размещен на внешней поверхности сферы большего радиуса, а другой - на внутренней поверхности сферы меньшего радиуса на линиях, проходящих через центры детекторов и центр сфер, а устройство обработки и управления расположено внутри малой сферы и соединено электрическими цепями с детекторами.