Методы и средства контроля параметров электромагнитных полей
.docxМетоды и средства контроля параметров электромагнитных полей
Что такое электромагнитное поле.
Электромагнитное поле - особая форма материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между электрически заряженными частицами. В бытовых условиях источниками электромагнитных полей являются элементы токопередающих электропередач, электротранспорт (метрополитен, поезда железной дороги, трамваи), различные типы бытового электрооборудования. Источниками электромагнитного поля радиочастотного и микроволнового диапазонов служат антенные системы радиолокационных станций, радио- и телестанций, систем мобильной связи.
Характеристики электромагнитного поля. Единицы измерения. Связь единиц измерений.
ЭМП характеризуется частотой и периодом как всякий волновой процесс.
Периодом Т электромагнитного колебания называют наименьший промежуток времени, по истечении которого повторяются значения всех величин, характеризующих колебание. Число полных колебаний за единицу времени Т называется частотой f электромагнитных колебаний:
f=1/Т гц
Электромагнитное поле в соответствии с законом Максвелла характеризуется векторами напряженности электрического Е (В/м) и магнитного Н (А/м) полей. При контроле электромагнитных полей промышленной частоты определяют электрическую составляющую напряженности электромагнитного поля Е (В/м) и магнитную составляющую напряженности электромагнитного поля Н (А/м) или магнитную индукцию В (Тл). Векторы Е и Н бегущей электромагнитной волны взаимно перпендикулярны и при распространении в проводящей среде связаны соотношением:
При распространении в воздухе Е = 377Н, где 377 – волновое сопротивление воздуха.
Пространство около источника переменного электромагнитного поля делится на две зоны: ближнюю (зону индукции), которая находится на расстоянии R ≤ λ / 2 π ≈ λ /6 (λ - длина волны, определяемая из соотношения λ = с/ƒ, где с – скорость распространения волны (для вакуума или воздуха – скорость света, ƒ – частота электромагнитных колебаний) и дальнюю (зону излучения), которая находится на расстоянии R < λ /6.
При одновременном воздействии на окружающую среду нескольких источников излучения значение электрической составляющей напряженности электромагнитного поля Е определяется по формуле:
Е2 = Е12 + Е22 + Е32 + … + Еп2
Где Еп – электрическая составляющая напряженности электрического поля, создаваемого каждым источником.
В зоне излучения электромагнитное поле характеризуется электромагнитной волной, наиболее важным параметром которой является плотность потока энергии ППЭ, Вт/м2.
Единицы измерения
Напряженность электрического поля - Е (В/м);
Напряженность магнитного поля – Н (А/м);
Частота – f (Гц,кГц,МГц,ГГц);
Длина волны – λ (мм,см,м);
Период – Т (мкс,мс,с)
Скорость распространения волны – с (м/с);
Плотность потока энергии – ППЭ (Вт/м2);
Магнитная индукция - В (Тл).
Между частотой электромагнитного колебания, длиной волны и периодом колебания существует вполне определенная связь:
F = 1/Т; F = v/λ.
Векторы Е и Н бегущей электромагнитной волны взаимно перпендикулярны и при распространении в проводящей среде связаны соотношением: При распространении в воздухе Е = 377Н, где 377 – волновое сопротивление воздуха.
Принцип работы измерителей параметров ЭМП.
При контроле электрической составляющей электромагнитного поля измеряется не непосредственно данная величина, а среднее квадратическое
значение электрической составляющей напряженности электромагнитного поля. Измерители среднего квадратического значения электрической составляющей напряженности электромагнитного поля отградуированы в
единицах напряженности электрического поля.
Принцип действия прибора заключается в преобразовании при помощи антенны энергии измеряемого переменного электромагнитного поля в напряжение, пропорциональное напряженности электрического или магнитного поля по трём взаимно ортогональным осям, преобразовании этих напряжений в сигнал. пропорциональный среднеквадратическому значению скалярной величины вектора измеряемого поля и отображением результата измерения на устройстве индикации.
Возбужденные и усиленные в антенне три сигнала по трём взаимно ортогональным осям поступают на три полосовых фильтра встроенных в прибор. После фильтрации производится определение их среднеквадратических значений с последующим вычислением результирующего значения скалярной величины вектора. Сигнал с выхода вычислителя среднеквадратического значения поступает в аналого-цифровой преобразователь, а его оцифрованный результат в процессор. Процессор производит дополнительную обработку оцифрованного сигнала и вывод результата измерения на устройство отображения - жидкокристаллический индикатор.
Порядок работы приборов для измерения ЭПМ.
Для измерения электрической составляющей электромагнитного поля используется дипольная антенна в качестве первичного преобразователя и
среднеквадратический вольтметр. Если поместить дипольную антенну в однородное электрическое поле, то между ее элементами (цилиндрами, конусами и т.д.) возникает переменное напряжение, мгновенное значение которого будет пропорционально проекции мгновенного значения электрической составляющей напряженности измеряемого электромагнитного поля на ось антенны. Измерение среднего квадратического значения этого напряжения даст величину, пропорциональную среднему квадратическому значению проекции электрической составляющей напряженности измеряемого электромагнитного поля на ось дипольной антенны. При контроле магнитной составляющей электромагнитного поля измеряют среднее квадратическое значение магнитной составляющей напряженности электромагнитного поля. Измерители среднего квадратического значения магнитной составляющей напряженности электромагнитного поля отградуированы в единицах напряженности магнитного поля.
При измерении напряженности поля методом непосредственной оценки рамочную антенну располагают в измеряемом поле, настраивают антенный
контур, образованный рамкой и конденсатором в резонанс с частотой измеряемых колебаний и ориентируют антенну так, чтобы получился на выходе антенны максимальный сигнал. Измеренное ЭДС, индуцированное в антенне , производится вольтметром.