Индикатор магнитных полей промышленной частоты


 


Владельцы патента RU 2457501:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) (RU)

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для выбора безопасных для человека мест его жизнедеятельности и определения местоположения скрытой электропроводки при проведении ремонтных работ. Сущность изобретения заключается в том, что в индикатор магнитных полей промышленной частоты, содержащий автономный источник питания, датчик переменного магнитного поля, состоящий из магнитопроводящего сердечника и катушки индуктивности, размещенной на этом сердечнике, усилитель переменного напряжения, резистивный делитель постоянного напряжения источника питания, включающий резистор переменного сопротивления, и компаратор, имеющий два входа, первый из которых соединен с подвижным контактом резистора переменного сопротивления, и один выход, а также устройство световой сигнализации, вход которого соединен с выходом компаратора, дополнительно введены полосовой пропускающий фильтр с полосой пропускания 30-70 Гц, двухполупериодный выпрямитель и устройство звуковой индикации, вход которого соединен с выходом компаратора, катушка индуктивности соединена с входом усилителя, вход фильтра соединен с выходом усилителя, вход выпрямителя - с выходом фильтра, а второй вход компаратора - с выходом выпрямителя, при этом уровни индукции магнитного поля, при которых происходят включения устройств световой и звуковой сигнализации, выбраны равными 0,2 мкТл и 2 мкТл на частоте 50 Гц при крайних положениях подвижного контакта резистора переменного сопротивления. Технический результат - расширение функциональных возможностей индикатора. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для выбора безопасных для человека мест его жизнедеятельности, в частности в квартире, и для определения местоположения скрытой электропроводки при проведении ремонтных работ.

Известен «Индикатор уровня ЭМП промышленной частоты 50 Гц ВЕ-50И», предназначенный для измерения эффективных значений индукции магнитного поля и напряженности электрического поля промышленной частоты 50 Гц [1]. Прибор применяется для контроля электромагнитной безопасности промышленных электроустановок при проведении комплексного санитарно-гигиенического обследования жилых и производственных помещений и рабочих мест. Область применения - контроль по СанПиН 2.2.4.1191-03 и СанПиН 2.1.2.1002-00 предельно допустимых уровней электромагнитного поля промышленной частоты в производственных условиях и в жилых зданиях и помещениях. Конструктивно индикатор ВЕ-50И состоит из датчика индукции магнитного поля, датчика напряженности электрического поля, блока операционных усилителей, блока процессорной обработки сигналов, жидкокристаллического дисплея, отображающего измеренные величины, батареи аккумуляторов и блока их зарядки. Диапазон рабочих частот прибора - 45-55 Гц, диапазон измеряемых эффективных значений: индукции магнитного поля - 1-5000 мкТл и напряженности электрического поля - 0,05-50 кВ/м. Габариты устройства - 130×75×26 мм3. Цена на момент оформления заявки на изобретение - 21750 руб.

К недостаткам прибора следует отнести завышенные, по крайней мере в пять раз, начальные уровни измерения магнитной индукции и напряженности электрического поля. Покажем это на примере начального измеряемого этим прибором уровня магнитной индукции. В конце 70-х годов прошлого столетия в разных странах были проведены широкомасштабные исследования по влиянию низкочастотных (НЧ) магнитных полей (МП) на здоровье человека. Для человека НЧ МП считается безопасным, если величина его индукции не превышает 0,2 мкТл. Такая величина индукции в ряде стран установлена в качестве максимально допустимой для населения. Инициатором введения этой нормы была Швеция, в которой около 20 лет велись наблюдения за здоровьем полумиллиона человек, проживающих в условиях повышенных уровней МП промышленной частоты. Всемирная организация здравоохранения также рекомендовала величину 0,2 мкТл в качестве максимально допустимой для населения нормой индукции магнитных полей промышленной частоты. В России 15.12.2000 г. совершенно необоснованно были утверждены «Санитарно-эпидемиологические требования к жилым зданиям и помещениям. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы. СанПиН 2.1.2.102-00», в которых имеется следующий пункт: Индукция МП промышленной частоты 50 Гц в жилых помещениях (на расстоянии 0,2 м от стен и окон и на высоте 0,5-1,5 м от пола) не должна превышать 10 мкТл (принимается в качестве временного норматива). От величины индукции 0,2 мкТл она отличается в 50 раз. Авторы разработки СанПиН 2.2.4.1191-03 и СанПиН 2.1.2.1002-00, по-видимому, не знали, что в организме человека нет простейших ионов и более крупных заряженных частиц и молекул, взаимодействующих с магнитным полем частотой 50 Гц на фоне постоянного магнитного поля Земли (на этой частоте отсутствуют циклотронный и параметрический резонансы, стохастический резонанс и другие виды резонансов), и что бóльшую опасность для людей представляют продетектированные ими модулирующие 50 Гц биологически значимые частоты, находящиеся в диапазоне частот 0-20 Гц. В России гигиенические нормативы воздействий МП промышленной частоты на человека производятся при помощи генераторов, вырабатывающих синусоидальное напряжение (ток) частотой 50 Гц. Реальное магнитное поле промышленной частоты, воздействующее на человека, представляет амплитудно-модулированное магнитное поле. Модуляция токовой несущей частоты (50 Гц) осуществляется хаотическим подключением и отключением нагрузок к сетям переменного напряжения. Амплитуда МП в квартирах, расположенных вблизи высоковольтных ЛЭП, в течение двух часов может изменяться от 0,2 до 2,7 мкТл [2]. У потребителей электроэнергии МП состоит из несущей частоты 50 Гц, промодулированной инфранизкочастотным шумом. В организме человека содержится огромное количество нелинейных элементов, в частности биологических мембран, детектирующих амплитудно-модулированное напряжение, возникающее в тканях организма при изменении магнитной индукции во времени. Чувствительность биологических мембран к магнитным полям низких частот составляет около 10-12 Вт/см2 [3].

Биологические мембраны в отличие от полупроводниковых диодов имеют высокую степень нелинейности вольт-амперной характеристики вблизи нуля. Некоторые биологические мембраны обладают отрицательным сопротивлением [4]. Нелинейными элементами являются и биологически активные точки. Заметим, что российские нормативы на максимально допустимые низкочастотные магнитные поля определены для одной точки - 50 Гц, в то время как международные рекомендации экстраполированы на весь низкочастотный спектр [5]. Заметим, что индукция средней магнитной бури равна 0,2 мкТл. Исследования ученых Томского государственного университета и Сибирского медицинского университета в течение восемнадцати лет по влиянию магнитных полей промышленной частоты на развитие сердечно-сосудистых заболеваний, в частности показали, что относительно безопасным для здоровья населения уровнем магнитной компоненты электромагнитного поля промышленной частоты является 0,2 мкТл [6]. Таким образом, индикатор ВЕ-50И ввиду его малой чувствительности и устранения из принимаемого спектра частот модулирующих составляющих, находящихся в диапазонах частот 30-45 Гц и 55-70 Гц, не позволяет определять места, безопасные для здоровья человека. Другим недостатком прибора является высокая стоимость изделия.

Наиболее близким к заявляемому устройству по числу существенных признаков является индикатор магнитных полей промышленной частоты, содержащий автономный источник питания, датчик переменного магнитного поля, состоящий из магнитопроводящиего сердечника и катушки индуктивности, размещенной на этом сердечнике, конденсатор, включенный параллельно катушке индуктивности и образующий с ней параллельный резонансный контур, настроенный на частоту 50 Гц, усилитель переменного напряжения, вход которого через разделительный конденсатор подключен к параллельному резонансному контуру, резистивный делитель постоянного напряжения источника питания, включающий резистор переменного сопротивления, компаратор, имеющий два входа, первый из которых соединен с подвижным контактом резистора переменного сопротивления, а второй - с выходом усилителя переменного напряжения, и один выход, и состоящее из последовательно соединенных светодиода и резистора устройство световой сигнализации, вход которого соединен с выходом компаратора [7].

Данный прибор разработан для поиска скрытой электропроводки и не предназначен для определения мест в помещениях, безопасных для здоровья человека. Индикатор-прототип отфильтровывает на входе датчика магнитного поля переменные напряжения, спектры которых расположены в диапазонах частот 30-49 Гц и 51-70 Гц (модулирующие частоты несущей частоты 50 Гц и различные помехи) и которые совместно с напряжением несущей частоты преобразуются нелинейной системой человека в биологически значимые напряжения частот 1-20 Гц и которые оказывают большее влияние на человека, чем частота 50 Гц.

Задача, на достижение которой направлено предлагаемое решение, - расширение функциональных возможностей индикатора-прототипа.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в индикатор магнитных полей промышленной частоты, содержащий автономный источник питания, датчик переменного магнитного поля, состоящий из магнитопроводящиего сердечника и катушки индуктивности, размещенной на этом сердечнике, усилитель переменного напряжения, резистивный делитель постоянного напряжения источника питания, включающий резистор переменного сопротивления, компаратор, имеющий два входа, первый из которых соединен с подвижным контактом резистора переменного сопротивления, и один выход, и устройство световой сигнализации, вход которого соединен с выходом компаратора, дополнительно введены полосовой пропускающий фильтр с полосой пропускания 30-70 Гц, двухполупериодный выпрямитель переменного напряжения и устройство звуковой индикации, вход которого соединен с выходом компаратора, катушка индуктивности соединена с входом усилителя переменного напряжения, вход полосового пропускающего фильтра соединен с выходом усилителя переменного напряжения, вход двухполупериодного выпрямителя - с выходом полосового пропускающего фильтра, а второй вход компаратора - с выходом двухполупериодного выпрямителя, при этом уровни индукции магнитного поля, при которых происходят включения устройств световой и звуковой сигнализации, выбраны равными 0,2 мкТл и 2 мкТл на частоте 50 Гц при крайних положениях подвижного контакта резистора переменного сопротивления.

В частном случае световой сигнал, создаваемый устройством световой сигнализации, выбран мигающим с частотой мигания светового излучения, находящейся в диапазоне 2-5 Гц. В частном случае звуковой сигнал, создаваемый устройством звуковой сигнализации, выбран в виде несущей частоты, находящейся в диапазоне 1-2 кГц, модулированной частотой, равной частоте мигания светового излучения.

Функциональная схема предлагаемого индикатора магнитных полей промышленной частоты приведена на чертеже, на котором обозначено:

1 - автономный источник питания, выполненный на основе одного или двух гальванических элементов (имеющий в своем составе выключатель и индикатор разряда гальванических элементов);

2 - датчик переменного магнитного поля;

3 - усилитель переменного напряжения;

4 - полосовой пропускающий фильтр;

5 - двухполупериодный выпрямитель переменного напряжения;

6 - компаратор;

7 - устройство световой индикации;

8 - устройство звуковой индикации;

9 - резистивный делитель постоянного напряжения, в состав которого входит резистор переменного сопротивления.

Цепи питания усилителя переменного напряжения 3, полосового пропускающего фильтра 4, двухполупериодного выпрямителя переменного напряжения 5, компаратора 6 и устройств световой 7 и звуковой 8 сигнализации на чертеже не приведены.

Узлы и элементы индикатора размещаются в малогабаритном прямоугольном диэлектрическом корпусе, имеющем габаритные размеры приблизительно такие же, как и названные выше габаритные размеры индикатора-аналога «ВЕ-50И» [1]. Некоторые из элементов и узлов частично выходят через отверстия корпуса наружу (ручка выключателя, кнопка и светодиод, входящие в индикатор разряда гальванических элементов, светодиод, входящий в состав устройства световой сигнализации, динамик, ручка резистора переменного сопротивления). На верхней поверхности корпуса (через верхнюю стенку корпуса проходит ось резистора переменного сопротивления) рядом с ручкой резистора нанесена линия в виде дуги окружности, центр которой находится на оси резистора и которая расположена в секторе, на который поворачивается ручка резистора. На дуге нанесены две крайние риски и две промежуточные. На ручке нанесена одна риска, совмещаемая с крайними рисками дуги окружности при крайних положениях ручки резистора. Рядом с рисками дуги окружности нанесены значения порогов срабатывания индикатора в мкТл: 0,2; 0,5; 1,0 и 2,0. На одной из внешних боковых поверхностей корпуса нанесена стрелка, показывающая направление исследуемого магнитного поля (направление магнитного поля определяется при повороте индикатора в пространстве). По направлению магнитного поля определяется направление на источник магнитного поля.

Полоса частот детектируемого сигнала 30-70 Гц в предлагаемом устройстве выбрана потому, что в этом диапазоне находится значительная доля магнитной индукции, которая во взаимодействии с основной долей на 50 Гц создает в организме человека шумоподобные напряжения, похожие на шумоподобные колебания индукции магнитных бурь (в биологически значимом диапазоне частот 1-20 Гц). Для человека полезными являются только фликкер-шумовые колебания, у которых спектральная плотность обратно пропорциональна частоте. Не учитывая продетектированные нелинейными элементами человека составляющие мы уменьшаем измеренное значение индукции магнитного поля, отрицательно воздействующего на человека. Применяя двухполупериодное выпрямление переменного напряжения мы в два раза увеличиваем обрабатываемый сигнал.

Предлагаемый индикатор магнитных полей промышленной частоты позволяет определять безопасные для человека места его жизнедеятельности, что не позволяет осуществлять ни устройство-аналог [1], ни устройство-прототип [2[. Цена такого индикатора при его промышленном производстве не превысит 1500 руб.

Источники информации

1. Индикатор уровня ЭМП промышленной частоты 50 Гц. Руководство по эксплуатации. БВЕК43 1449.08 РЭ. ООО «НТМ-ЗАЩИТА». http://www.meteopribor.ru/emp/be50i.htm.

2. A.M.Белоусов, А.С.Бородин, А.Г.Колесник, С.А.Колесник, А.В.Соловьев. Электромагнитное загрязнение в КНЧ-диапазоне урбанизированных территорий как экологический фактор // Известия высших учебных заведений. Физика. - 2008. - №9/3. - С.193-196.

3. Н.И.Музалевская, А.В.Бобров. О возможной роли двойных электрических слоев в реакции биологических объектов на внешние воздействия // Биофизика. - 1988. Т.33. Вып.4. - С.725.

4. В.И.Гвоздев, В.В.Герасев, Б.Я.Климов. Модель биоклетки при сверхмалых дозах воздействия // Биомедицинская радиоэлектроника. - 2000. - №4. - С.39-46.

5. Р.В.Афанасьев, А.А.Галкин. Крайне и очень низкие частоты электромагнитного спектра - биологическое действие и проблемы нормирования // Ежегодник Рос. нац. комитета по защите от неионизирующего излучения, Москва, 2003 г. - С.96-107.

6. А.С.Бородин, Л.П.Волкотруб, М.В.Гудина, А.Г.Колесник. Электромагнитное загрязнение урбанизированных территорий как предиктор риска сердечно-сосудистых заболеваний // Сб. трудов VI международной научно-практической конференции. Взгляд в будущее. - Ростов-на-Дону, 2010. - 456 с. (С.56-58).

7. Индикатор магнитного поля. http://cadzone.ru/content/view/496/22/ - прототип.

1. Индикатор магнитных полей промышленной частоты, содержащий автономный источник питания, датчик переменного магнитного поля, состоящий из магнитопроводящего сердечника и катушки индуктивности, размещенной на этом сердечнике, усилитель переменного напряжения, резистивный делитель постоянного напряжения источника питания, включающий резистор переменного сопротивления, компаратор, имеющий два входа, первый из которых соединен с подвижным контактом резистора переменного сопротивления, и один выход, и устройство световой сигнализации, вход которого соединен с выходом компаратора, отличающийся тем, что в его состав дополнительно введены полосовой пропускающий фильтр с полосой пропускания 30-70 Гц, двухполупериодный выпрямитель переменного напряжения и устройство звуковой индикации, вход которого соединен с выходом компаратора, катушка индуктивности соединена с входом усилителя, вход фильтра соединен с выходом усилителя, вход выпрямителя - с выходом фильтра, и второй вход компаратора - с выходом выпрямителя, при этом уровни индукции магнитного поля, при которых происходят включения устройств световой и звуковой сигнализации, выбраны равными 0,2 и 2 мкТл на частоте 50 Гц при крайних положениях подвижного контакта резистора переменного сопротивления.

2. Индикатор по п.1, отличиющийся тем, что световой сигнал, создаваемый устройством световой сигнализации, выбран мигающим с частотой мигания, находящейся в диапазоне 2-5 Гц.

3. Индикатор по п.2, отличающийся тем, что звуковой сигнал, создаваемый устройством звуковой сигнализации, выбран в виде несущей частоты, находящейся в диапазоне 1-2 кГц, модулированной частотой, равной частоте мигания светового излучения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерению электрических и магнитных величин, а именно к устройствам и способам измерения напряженности магнитных полей. .

Изобретение относится к феррозондовым навигационным магнитометрам и может быть использовано для измерения трех ортогональных компонент вектора индукции магнитного поля Земли и выдачи сигналов, пропорциональных измеренным компонентам в виде цифрового кода.

Изобретение относится к электрическим испытаниям на восприимчивость к электромагнитному полю (ЭМП) изделий электрооборудования и/или электронных систем автотранспортных средств (АТС) в заданном диапазоне частот, при котором испытуемые изделия подвергают воздействию от одного или нескольких источников поляризованного ЭМП, параметры которого выбирают из условий: Здесь hi - шаг перестройки воздействующего ЭМП по частоте; Q - параметр, задаваемый вначале испытаний; fнi - несущая частота воздействующего ЭМП; Ев - напряженность воздействующего ЭМП; Еmin.доп - минимально-допустимый уровень электромагнитной стойкости изделий электрооборудования; fmin - наименьшая граничная частота в заданном диапазоне частот.

Изобретение относится к области измерительных приборов для научных исследований. .

Изобретение относится к устройствам, использующим магнитометрию на железных дорогах, в частности измерению напряженности магнитного поля в рельсовых стыках. .

Изобретение относится к феррозондовым навигационным магнитометрам и может быть использовано для измерения трех ортогональных компонент вектора индукции магнитного поля Земли и выдачи сигналов, пропорциональных измеренным компонентам, в виде цифрового кода.

Изобретение относится к феррозондовым навигационным магнитометрам и может быть использовано для измерения трех ортогональных компонент вектора индукции магнитного поля Земли и выдачи сигналов, пропорциональных измеренным компонентам, в виде цифрового кода.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для магнитных измерений, в дефектоскопии и других областях науки и техники. .
Изобретение относится к области радиоизмерений, радиофизики и радиотехники и может быть использовано для регистрации возмущений электромагнитного поля. .

Изобретение относится к информационно-измерительной технике, в частности к магнитометрии, и может быть использовано для получения и визуализации распределенных в пространстве и периодически изменяющихся во времени магнитных полей внутри тела с неоднородными магнитными свойствами без механического проникновения в него

Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено для преобразования переменного магнитного поля в электрическое напряжение в составе измерительной аппаратуры и в различных системах автоматического управления, а также в качестве питающего элемента

Изобретение относится к феррозондовым навигационным магнитометрам и может быть использовано для измерения трех ортогональных компонент вектора индукции магнитного поля Земли и выдачи сигналов, пропорциональных измеренным компонентам, в виде цифрового кода

Изобретение относится к области измерительной техники и твердотельной электроники и может быть использовано при создании миниатюрных датчиков магнитного поля для применения в магниточувствительных электронных микросистемах управления приводами, бесконтактных переключателях, дефектоскопии, при создании мобильных магнитолокаторов наземного воздушного и космического базирования и аппаратуры навигации

Изобретение относится к области измерения параметров магнитного поля конструкций из ферромагнитного материала, например корпуса судна

Изобретение относится к области электроизмерительной техники и предназначено для измерений магнитного поля надводного или подводного объекта при наладке его системы электромагнитной компенсации

Изобретение относится к учебным приборам и может быть использовано в лабораторном практикуме в высших и средних специальных учебных заведениях по курсу физики для изучения и углубления знаний физических законов и явлений

Изобретение относится к датчиковому устройству измерения магнитного поля. Датчиковое устройство измерения магнитного поля содержит датчиковую часть, которая включает в себя магнитоимпедансное устройство, имеющее магнитную аморфную структуру; стержневую часть сердечника, которая направляет магнитное поле к магнитной аморфной структуре и расположена в продольном направлении относительно магнитной аморфной структуры; и средство подавления магнитного поля, которое создает корректирующее магнитное поле, которое подавляет магнитное поле окружающей среды, обусловленное земным магнетизмом, входящее в магнитную аморфную структуру. Технический результат - повышение эффективности измерений при подземной электромагнитной разведке. 12 з.п. ф-лы, 14 ил.

Изобретение относится к феррозондовым навигационным магнитометрам и может быть использовано для измерения трех ортогональных компонент вектора индукции магнитного поля Земли. Сущность изобретения заключается в том, что цифровой феррозондовый магнитометр содержит задающий генератор, выход которого соединен с входом логического блока, выход которого соединен с входом формирователя синусоиды, выход которого соединен с первыми входами трех феррозондов, выходы которых соединены с входами трех избирательных усилителей, выходы которых соединены с входами трех устройств выборки-хранения, первые выходы которых соединены со вторыми входами трех феррозондов, при этом в него введены три мультиплексора и три инвертора, входы которых соединены с третьими выходами трех устройств выборки-хранения, а выходы соединены со вторыми входами трех мультиплексоров, первые входы которых соединены со вторыми выходами трех устройств выборки-хранения, а выходы соединены с входами трех аналого-цифровых преобразователей. Технический результат - повышение быстродействия устройства. 2 ил.

Изобретение относится к поверке магнитоизмерительных систем, в том числе предназначенных для поиска ферромагнитных объектов, без демонтажа входящих в систему магнитометрических средств. Трехкомпонентную меру магнитного момента ориентируют вдоль осей координат системы поиска, устанавливают на некотором расстоянии от системы и задают компоненты радиус-вектора от центра системы координат до центра меры. Затем воздействуют на систему полем заданного магнитного момента, воспроизводимого мерой, и по показаниям бортовых магнитометрических средств определяют (косвенно измеряют) координаты источника магнитного поля и компоненты его магнитного момента. После этого определяют погрешности всей системы как разности между измеренными и заданными величинами, а также определяют погрешности каждого магнитометрического средства. Техническим результатом заявленного способа является определение погрешностей системы поиска с учетом погрешностей, вносимых носителем этой системы. 1 ил., 2 табл.
Наверх