Лаб раб №8_СВЧ

Для населения и персонала радиотехнических объектов при одновре-

менном облучении от n источников в частотном диапазоне 30 кГц÷300

МГц и m источников в диапазоне 300 МГц÷300 ГГц должно выдерживать-

ся условие [11]:

За рубежом воздействие микроволнового излучения на организм че-

ловека оценивается показателем SAR (Specific Adsorption Rate) – удельная поглощаемая мощность на единицу массы всего тела или его части (орга-

на, ткани). Этот параметр широко используется при тестировании сотовых телефонов. В Европе максимальный уровень SAR мобильного телефона для всего тела не должен превышать 0,08 Вт/кг, а в любом объеме органа или ткани массой 10 г – 2 Вт/кг (в течение 6 минут разговора). В США по-

следняя норма несколько более жесткая – 1,6 Вт/кг для любой части тела массой 1 г. В России установлены предельно допустимые уровни ППЭ:

применительно к отдельному телефону – 100 мкВт/см2, а для базовой станции сотовой связи – 10 мкВт/см2 (для мест постоянного нахождения людей) [13]. Следует отметить, что излучение мобильного телефона мак-

симально в момент соединения: величина ППЭ на расстоянии 3 см дости-

гает 18 мВт/см2, т. е. на несколько порядков выше установленных норм и почти на порядок выше, чем во время разговора (до 2 мВт/см2).

Для микроволновых печей, работающих на частоте 2,45 ГГц, установ-

лен «ПДУ утечки» 10 мкВт/см2 на расстоянии 0,50 ± 0,05 м от любой точ-

ки печи при загрузке 1 л воды и максимальной мощности излучения [14].

Следует отдельно остановиться на ЭМП, излучаемых персональными электронно-вычислительными машинами (ПЭВМ). Компьютеры являются источником ЭМП в достаточно широком частотном диапазоне. Основное воздействие на человека оказывает поле, создаваемое пилообразным на-

11

пряжением, подаваемым на отклоняющие катушки строчной развертки электронно-лучевой трубки монитора. Таким образом, вокруг работающе-

го монитора имеется поле, частота которого совпадает с частотой строч-

ной развертки (десятки килогерц), а также поля (меньшей интенсивности)

с кратными частотами гармоник разложения в ряд Фурье. Кроме того, ис-

точником ЭМП является импульсный блок питания компъютера. Времен-

но допустимые уровни ЭМП на рабочих местах пользователей, а также в помещениях использующих ПЭВМ образовательных, дошкольных и куль-

турно-развлекательных учреждений представлены в табл. 2.3 [15].

Примечание. Плотностью магнитного потока в [15] названа магнитная индукция B, пропорциональная напряженности магнитного поля H: B = μ0μH (где μ0 – магнитная постоянная, μ – магнитная проницаемость; для воздуха μ ≈ 1, а 1 мкТл ~ 0,8 А/м).

Защита от воздействия переменных ЭМП заключаются в устройстве санитарно-защитных зон вокруг излучающих объектов, применении дис-

танционного управления ими и экранирования (последнее реализуется как установкой стационарных экранов – экранируют либо источник излуче-

ния, либо рабочее место; так и в средствах индивидуальной защиты).

Для частот до 300 МГц эффективность экранирования чаще всего оценивают уровнем ослабления электрической составляющей поля (в дБ – децибеллах):

12

где E0 и E – напряженности электрического поля соответственно при отсутствии и наличии экрана, В/м.

Для ЭМИ с частотой свыше 300 МГц также оценивается уровень (дБ)

снижения интенсивности поля, но по другому параметру – ППЭ:

где ППЭ0 и ППЭ – плотности потока энергии соответственно при от-

сутствии и наличии экрана, Вт/м2.

При небольших значениях уровня ослабления (из-за малых размеров экрана, не позволяющих полностью закрыть источник излучения, и т. д.)

эффективность экранирования оценивается непосредственно в процентах:

Различают отражающие и поглощающие экраны. Первые изготав-

ливают из хорошо проводящих электрический ток металлов – меди, лату-

ни, алюминия, стали. Такие экраны могут выполняться как сплошными,

так и сетчатыми, а эффективность защиты существенно увеличивается при их заземлении. Наиболее эффективны сплошные металлические экраны,

которые уже при толщине 0,01 мм обеспечивают ослабление уровня ППЭ до 50 дБ (т. е. величины ППЭ – до 105 раз). Сетчатые экраны удобнее в случае необходимости наблюдения за объектом и применяются в тех слу-

чаях, когда необходимо снижения уровня поля на 20÷30 дБ (величины ППЭ – в 100÷1000 раз). Такой же результат дает использование экранов из прозрачного стекла, покрытого полупроводниковой двуокисью олова (при этом обеспечивается пропускание не менее 75 % видимого света).

Экраны из радиопоглощающих материалов (резины, поролона, про-

питанной соответствующим составом древесины и т. п.) часто требуют применения систем охлаждения.

13

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

3.1. Лабораторная установка

Внешний вид лабораторной установки представлен на рисунке. Ус-

тановка монтируется на лабораторном столе 1. В качестве источника из-

лучения используется бытовая микроволновая печь 2 («Rolsen», модели

MS2380M) с прозрачной дверцей 3, снабженной самозащелкивающимися замками (чтобы открыть дверцу, достаточно потянуть на себя ручку 4).

Общий вид лабораторной установки:

1 – стол; 2 – микроволновая печь; 3 – дверца печи; 4 – ручка дверцы; 5 – регулятор мощности; 6 – регулятор таймера; 7 – датчик; 8 – стойка; 9 – установочная риска; 10 – фиксирующий винт; 11 – координатная сеткапланшет; 12 – направляющие; 13 – экраны; 14 – мультиметр

14

В качестве нагрузки используется огнеупорный шамотный кирпич, уста-

навливаемый на неподвижную подставку (перевернутую фаянсовую та-

релку), что обеспечивает стабильность измеряемого сигнала (предвари-

тельно при монтаже установки из печи удалены поворачивающийся сто-

лик и роликовое кольцо). Желательно, чтобы кирпич с неподвижной под-

ставкой находились в печи постоянно. Мощность излучения устанавлива-

ется переключателем 5. Уровень выходной мощности обозначен точками – от одной до пяти. Используемое в данной лабораторной работе положение

« · · · · · » соответствует максимальной выходной мощности. Время рабо-

ты печи устанавливается регулятором таймера 6 (0…30 минут). При вы-

полнении лабораторной работы не следует устанавливать длительность цикла работы печи более 5 минут, а продолжительность перерывов между циклами должна быть не менее 30 с. Для включения таймера менее, чем на

5 минут, необходимо повернуть регулятор в положение после 5 минут, а

затем установить его на нужное время. Пуск цикла нагрева (включение излучения) производится при закрывании дверцы 3 (загорается лампочка подсветки). После завершения установленного таймером временного цик-

ла лампочка гаснет и раздается звуковой сигнал. Возможно досрочное (до отработки заданного времени) выключение печи – открыванием дверцы 3

(излучение отключается системой защиты). После досрочного отключения

вслучае прекращения работы необходимо возвратить регулятор таймера 6

вположение «0». Если же после досрочного отключения требуется про-

должить работу, нужно снова закрыть дверцу 3 – ранее установленный временной цикл будет завершен.

Плотность потока мощности излучения регистрируется датчиком 7

(измеритель плотности потока ПЗ–19), выполненным в виде полуволново-

го вибратора, настроенного на частоту 2,45 ГГц. Датчик 7 крепится к имеющей плоское основание диэлектрической стойке 8 с возможностью вертикального перемещения (по оси Z). Для позиционирования датчика по

15

высоте стойка 8 снабжена шкалой, а на датчике нанесена риска 9. Фикса-

ция датчика 7 относительно стойки 8 осуществляется винтом 10. В свою очередь стойка 8 имеет возможность горизонтального перемещения по столешнице стола 1, т. е. по осям X и Y нанесенной на поверхность сто-

лешницы координатной сетки 11. Таким образом, конструкция установки обеспечивает три степени свободы перемещения датчика: по осям Y и Z –

для отыскания зоны наиболее интенсивного излучения со стороны перед-

ней панели печи (известно, что излучение микроволновых печей макси-

мально именно со стороны передней панели), и по оси X – для исследова-

ния закономерности изменения интенсивности излучения в зависимости от расстояния до печи.

На поверхности столешницы лабораторного стола 1 закреплены на-

правляющие 12 для установки сменных защитных экранов 13, имеющих одинаковые габариты рамки (500×330 мм) и выполненных из следующих материалов:

–сетка из оцинкованной стали с ячейками 50×50 мм;

–сетка из оцинкованной стали с ячейками 10×10 мм;

–листовой алюминий;

–полистирол;

–резина.

В качестве измерительного прибора в установке задействован стан-

дартный цифровой мультиметр М3900 (возможна замена) – поз. 14 на ри-

сунке. Кнопка включения-выключения мультиметра расположена ниже окна дисплея слева и обозначена символами «1» и «0». Датчик 7 выдает токовый сигнал. Поэтому его контакты должны быть подключены к сред-

ним гнездам на корпусе мультиметра, обозначенным «A» и «COM». Соот-

ношение показаний мультиметра и измеряемой датчиком плотности пото-

ка энергии (мощности): 1 мкА ~ 0,35 мкВт/см2. При проведении измерений переключатель выбора измеряемой величины (и диапазона измерений)

16

мультиметра должен находиться в секторе «A=» (постоянный ток): в по-

ложении «20 μ» (диапазон 0…20 мкА) или, при более высоком уровне сигнала, – «200 μ» (диапазон 0…200 мкА). Индикация на дисплее прибора единственной цифры «1» в левом разряде при положении «20 μ» переклю-

чателя мультиметра свидетельствует о том, что ток превышает 20 мкА и следует перейти на более широкий диапазон измерений 0…200 мкА (по-

ложение переключателя «200 μ»).

3.2.Методика проведения работы и обработка результатов

3.2.1.Перед началом работы необходимо ознакомиться с устройством

ипринципом действия лабораторной установки (см. раздел 3.1).

3.2.2.Убедиться в том, что в печи на подставке (перевернутая фаянсо-

вая тарелка) находится нагрузка – шамотный кирпич. Убедиться в пра-

вильности расположения микроволновой печи на столе: параллельно ко-

ординатной сетке и на минимально возможном расстоянии от нее. При возникновении сомнений следует обратиться к преподавателю или лабо-

ранту.

3.2.3. При открытой дверце подключить печь к розетке сети перемен-

ного тока.

3.2.4. Установить максимальный уровень мощности переключателем

5 (положение « · · · · · ») и время работы печи (5 минут) переключателем

6.

3.2.5. Присоединить датчик ПЗ–19 (поз. 7) к мультиметру согласно указаниям п. 3.1. Установить переключатель мультиметра в положение

«200 μ» сектора «A=». Включить мультиметр (на дисплее появятся нули). 3.2.6. Разместить стойку с датчиком в непосредственной близости от печи (X = 0 по координатной сетке). Включить печь, закрыв ее дверцу до защелкивания (появление микроволнового излучения подтверждается

17

включением лампочки подсветки). Далее включение излучения печи про-

изводить по мере отработки задаваемых 5-минутных циклов, не забывая о минимальных 30-секундных паузах между ними.

3.2.7. Перемещая датчик по координатным осям Y и Z, определить зо-

ну максимальной интенсивности излучения (показания прибора и резуль-

таты расчета плотности потока энергии ППЭ заносить в табл. 3.1).

Для минимизации числа замеров можно воспользоваться различными приемами поиска экстремума. Например, первоначальные измерения про-

извести при значениях Y и Z, соответствующих положениям датчика на-

против углов дверцы печи. Или, наоборот, начать измерения при положе-

нии датчика напротив геометрического центра дверцы, определив далее

«направление» возрастания величины ППЭ. Также рекомендуется начи-

нать поиск зоны максимального излучения при большем шаге перемеще-

ния датчика вдоль осей Y и Z, а завершать – при минимальном шаге (1 см).

3.2.8. Оставить (установить) датчик в положении (по координатам Y и Z), соответствующем максимальной интенсивности излучения, а также за-

нести эти значения Y и Z в табл. 3.2 и 3.3. Произвести измерение плотно-

сти потока энергии в зависимости от расстояния до печи (перемещая стой-

ку с датчиком по координате X). Занести результаты измерений (тока I и

18

рассчитанные по показаниям мультиметра величины ППЭ) в табл. 3.2 для

указанных в ней значений расстояния до печи X.

Таблица 3.2

Результаты измерения ППЭ излучения в зависимости от расстояния до печи

3.2.9.Построить график зависимости величины ППЭ от расстояния до

печи X.

3.2.10.Вернуть датчик в положение X = 0 (не меняя координат Y и Z,

соответствующих максимальной интенсивности излучения).

3.2.11. Поочередно устанавливая в направляющие защитные экраны,

произвести определения ППЭ. Результаты занести в табл. 3.3. Для каждо-

экрана определить уровень снижения ППЭ (в дБ) и эффективность экра-

нирования (в %) по формулам соответственно (2.8) и (2.9). Результаты расчетов также занести в табл. 3.3.

19

3.2.12. Установить переключатель таймера в положение «0», отклю-

чить печь от сети и отсоединить датчик от мультиметра. Сделать выводы:

–о расположении зоны максимального излучения печи;

–о характере изменения величины плотности потока энергии в зави-

симости от расстояния до печи;

– о соответствии данной микроволновой печи гигиеническим нормативам (ППЭПДУ = 10 мкВт/см2 на расстоянии 0,5 м);

– об эффективности экранов из различных материалов.

3.3. Техника безопасности при выполнении работы

1. Пользоваться лабораторной установкой можно только после оз-

накомления с ее устройством, работой и мерами безопасности, изложен-

ными в настоящем разделе.

2.Не разрешается самостоятельно перемещать печь по поверхности стола – следует обратиться к преподавателю или лаборанту.

3.При работе печи не следует прикасаться к ее горячим поверхно-

стям, а также укладывать на печь посторонние предметы.

4. Не допускается включение и работа печи без нагрузки. Рекоменду-

ется оставлять в печи кирпич в перерывах между рабочими циклами.

3. 4. Содержание отчета

Отчет по лабораторной работе должен содержать:

1)титульный лист;

2)цель и основные задачи работы;

3)таблицы 3.1÷3.3 с результатами измерений и график зависимости плотности потока энергии от расстояния до печи;

4)выводы, характеризующие полученные результаты.

20