Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Омский государственный университет путей сообщения

Кафедра «Безопасность жизнедеятельности и экология»

Защита от свч-излучений

Отчет по лабораторной работе №1 по дисциплине

«Безопасность жизнедеятельности»

Студенты гр. 38 а

Зайцев А. В.

Зайнуллин Р. Р.

Зуева Н. В.

Руководитель

А.А. Кообар

Омск 2012

Цель работы

1) изучить характеристики электромагнитного излучения и нормативные требования к его уровням;

2) провести измерения интенсивности электромагнитного излучения СВЧ-диапазона;

3) оценить эффективность защиты от СВЧ-излучения с помощью экранов из различных материалов.

1. Назначение и устройство лабораторного стенда

В качестве источника СВЧ-излучения используется бытовая СВЧ-печь.

Стенд (рисунок 1) представляет собой стол лабораторный 1, на котором размещаются СВЧ-печь 2, стойка 5 с датчиком 4 измерителя плотности потока энергии (далее – датчик), узлы 6 установки сменных защитных экранов.

Рисунок 1 – Стенд лабораторный «Защита от СВЧ-излучения БЖ 5м»

Стол выполнен в виде металлического сварного каркаса со столешницей, на поверхности которой с помощью самоклеящейся бумаги Jet Laser нанесена координатная сетка 3 с изображением осей X и Y.

Стенд обеспечивает три степени свободы перемещения датчика (по осям X, Y, Z), что дает возможность исследовать излучение со стороны передней панели СВЧ-печи (место наиболее интенсивного излучения) по всей площади координатной сетки.

В качестве нагрузки в СВЧ-печи используется огнеупорный шамотный кирпич, устанавливаемый на неподвижную подставку, в качестве которой используется неглубокая фаянсовая тарелка, что обеспечивает стабиль­ность измеряемого сигнала (предварительно удаляются из печи поворачи­вающийся столик и роликовое кольцо).

Датчик 4 (полуволновой вибратор на частоту 2,45 ГГц) закреплен на стойке 5, выполненной из диэлектрического материала, и может перемещаться по вертикали (ось Z).

Узлы 6 установки сменных защитных экранов обеспечивают оперативную установку и замену экрана 7. Сменные экраны имеют один типоразмер, изготовлены они из различных материалов: металлической сетки, металлического листа, резины, полистирола ударопрочного.

В качестве измерительного прибора используется мультиметр 8, который располагается на свободной части столешницы (за пределами координатной сетки).

1.1. Технические характеристики стенда

Диапазон плотности потока электромагнитного излучения в изучаемой зоне СВЧ-печи – от 0 до 120 мкВт/см².

Соотношение показаний мультиметра и измерителя плотности по­тока энергии – 1 мкА (соответствует (0,35 ± 0,04) мкВт/см²).

Значения перемещения датчика относительно СВЧ-печи:

– по оси X – не более 500 мм,

– по оси Y – не более ±250 мм,

– по оси Z – не более 300 мм.

Количество сменных защитных экранов – пять:

– из сетки металлической с шагом 10 мм;

– резиновый;

– из сетки металлической с шагом 50 мм;

– из ударопрочного полистирола;

– металлический.

Размер экранов:

– высота – (330 ± 5) мм;

– ширина – (500 ± 5) мм.

Потребляемая мощность – не более 1200 В·А.

Цена деления шкал по осям X, Y, Z – (10 ± 1) мм;

Режим работы СВЧ печи:

– продолжительность работы – не более 5 мин;

– продолжительность перерыва между рабочими циклами – не менее 30 с;

– уровень мощности – 100 %.

2 Порядок проведения лабораторной работы

1) Подключаем СВЧ-печь к сети переменного тока, в печь на подставку (перевернутую тарелку) кладем кирпич, закрываем дверь печи, установливаем режим работы печи.

2) Размещаем датчик в непосредственной близости от печи по оси X.

3) Перемещая датчик по осям У и Z, определяем зоны наиболее интенсивного излучения и с помощью мультиметра фиксируем их численные значения.

Перемещая стойку с датчиком по координате X (удаляя датчик от печи) снимаем показания мультиметра дискретно с шагом 20 мм.

Результаты измерений записываем в таблицу 1.

Таблица 1 – Результаты измерений интенсивности излучения

Номер измерения	Координата, см			Интенсивность излучения
	Х	Y	Z	Показание мультиметра, мкА	ППЭ, мкВт/см2
1	0	-20	19	31,2	10,92
2	5	-20	19	43,1	15,08
3	10	-20	19	18,8	6,58
4	15	-20	19	38,2	13,37
5	20	-20	19	55,4	19,39
6	25	-20	19	24,9	8,71
7	30	-20	19	4,3	1,5
8	35	-20	19	4,6	1,61
9	40	-20	19	3,7	1,3
10	45	-20	19	6,2	2,17
11	50	-20	19	3,0	1,05

4) Располагаем датчик в зоне наиболее интенсивного излучения, фиксируем показания мультиметра. Поочередно устанавливаем сменные защитные экраны и фиксируем показания мультиметра. Результаты измерений записываем в таблицу 2.

Таблица 2 – Эффективность экранирования различных материалов

Номер измерения (материал экрана)	Интенсивность излучения (показания мультиметра, мкА)		Эффективность экранирования δ , %
	до экранирования	после экранирования
1 (сетка металлическая с шагом 10 мм)	181,2	16,5	90,9
2 (резиновый)	181,2	153,4	97,62
3 (сетка металлическая с шагом 50)	181,2	61,3	11,58
4 (ударопрочный полистирол)	181,2	160,2	15,34
5 (металлический)	181,2	4,3	66,17

5) Определяем эффективность экранирования для каждого из экранов по формуле:

δ = (( I – I_э )/ I ) · l00 %, (1)

где I, I_э – показание мультиметра без экрана и с экраном, мкА.

7) Строим диаграммы пространственного распределения интенсивности СВЧ-излучения и эффективности экранирования в зависимости от вида материала экрана (рисунки 2 и 3 соответственно)

Рисунок 2 – График зависимости интенсивности излучения от расстояния

Рисунок 3 – Гистограмма эффективности экранирования

3 Вывод: В результате проделанной работы на графике зависимости интенсивности излучения от расстояния видно, что уровень излучения уменьшается с увеличением расстояния.

На графике эффективности экранирования видно, что эффективность экранирования резиновым материалом наиболее высока, а металлическая сетка с шагом 50 мм имеет наиболее низкий показатель.

4 Ответы на контрольные вопросы

1) Каковы основные характеристики ЭМП? Какие параметры характеризуют ЭМП в ближней и дальней зонах?

Электрическое поле характеризуется напряженностью Е, В/м, магнитное – напряженностью Н, А/м, или плотностью магнитного потока В, Тл. Физические причины существования электромагнитного поля связаны с тем, что изменяющееся во времени электрическое поле напряженностью Е порождает магнитное поле Н, которое, изменяясь, вызывает вихревое электрическое поле: оба компонента (Е и Н), непрерывно изменяясь, индуцируют друг друга. ЭМП неподвижных или равномерно движущихся заряженных частиц неразрывно связано с этими частицами. При ускоренном движении заряженных частиц ЭМП «отрывается» от них и существует независимо в форме электромагнитных волн, не исчезая с устранением источника (например, радиоволны не исчезают и при отсутствии тока в излучившей их антенне).

Электромагнитные волны характеризуются длиной волны λ, м, или частотой f, Гц. Для вакуума справедливо соотношение: λ = с / f , где с – скорость света в вакууме, с = 3 · 10⁸ м/с.

Обозначая длину волны ЭМП λ, на расстоянии r от источника выделяют три зоны воздействия:

– ближнюю (зону индукции): λ / r >> 1;

– промежуточную (резонансную): λ / r ≈ 1;

– дальнюю (волновую, или квазиоптическую): λ / r << 1.

Важная особенность ЭМП – это деление его на так называемые ближнюю и дальнюю зоны. В ближней зоне на расстоянии от источника r < λ ЭМП можно считать квазистатическим, ЭМП быстро убывает с увеличением расстояния обратно пропорционально квадрату (кубу) расстояния от источника r² (r³) и электромагнитная волна еще не сформирована. ЭМП в зоне индукции служит для формирования бегущих составляющих поля, ответственных за излучение (электромагнитной волны). Для характеристики ЭМП в ближней зоне напряженность электрического поля Е и напряженность магнитного поля Н измеряют раздельно.

Дальняя зона – это зона сформировавшейся электромагнитной волны, начинается она с расстояния r > 3λ. В дальней зоне интенсивность поля убывает обратно пропорционально расстоянию до источника r и между величинами Е и Н существует взаимосвязь: Е = 377Н, где 377 – волновое сопротивление вакуума, Ом.

ЭМП в дальней (волновой) зоне характеризуется как электромагнитное излучение (ЭМИ), или СВЧ-излучение, а его интенсивность определяется как ППЭ, Вт/м² (мВт/см², мкВт/см²).