Лабораторная работа №53 / LAB_5
.DOCСанкт-Петербургский Государственный Электротехнический Университет
Кафедра БЖД
Отчет
по лабораторной работе № 1(5)
“Исследование защиты человека
от СВЧ-излучения”
Бригада: Воскресенский С.
Смирнов В.
Широкий А.
Преподаватель: Трусов А. О.
2002
Цель работы: ознакомиться с санитарно-гигиеническим нормированием излучения радиочастот и изучить методы защиты персонала от облучения при работе с маломощным СВЧ-генератором.
Исследуемые закономерности. В работе требуется изучить зависимости интенсивности СВЧ облучения от расстояния до источника, от положения рабочего места по отношению к направлению максимума излучения антенны, влияние материала и конструкции защитных экранов на уровень облучения. Необходимо также ознакомиться с методикой нормирования облучения при работе с технологическим СВЧ-оборудованием.
Лабораторная установка. При работе исследуются уровни возможного облучения персонала при работе с генератором СВЧ.
Условные обозначения на рисунке:
1 — ваттметр.
2 — рупорная приемная антенна.
3 — направляющие со шкалой для отсчета расстояния между плоскостями раскрыва рупоров генератора СВЧ и измерителя мощности.
4 — передающая рупорная антенна.
5 — поворотное устройство.
6 — генератор Ганна.
В качестве источника СВЧ-излучения используется генератор Ганна, который настроен на частоту 10 ГГц (длина волны λ = 3 см).
Выходная мощность генератора 4 мВт.
Сечение волновода 23 Х 10 мм.
Мощность излучения измеряется ваттметром с рупорной приемной антенной.
Используемые закономерности. Пространство около излучающей антенны делится на ближнюю, переходныу и дальнюю зоны. В ближней и переходной зонах формируется поле излучения (волновое поле). Здесь наблюдается сложный характер зависимости напряженностей электромагнитного и магнитного полей от расстояния до плоскости раскрыва антенны.
Граница начала дальней зоны излучающей антенны в направлении главного максимума излучения соответствует расстоянию
lд.з. ≥ L2н/ λ;
где Lн — максимальный размер раскрыва антенны; λ — длина волны СВЧ-излучения в воздухе.
Для используемой в работе антенны Lн = 9 см, λ = 3 см, lд.з. ≥ 27 см.
Обозначим полную принятую СВЧ-мощность в эксперименте Pпр. Тогда экспериментальное значение плотности потока энергии на входе приемной антенны определяется выражением
г
де
Sэф
— эффективная площадь приемной антенны.
Эффективную площадь приемной антенны можно вычислить, используя соотношение
г
де
λ — длина волны СВЧ-излучения, Gпр
— коэффициент усиления приемной антенны.
Коэффициент усиления антенны Gпр показывает, во сколько раз значение сигнала, созданного этой антенной в дальней зоне в направлении максимума излучения, превышает значение сигнала, создаваемое ненаправленной антенной, находящейся на том же расстоянии от места приема и излучающей ту же мощность.
В используемом макете коэффициент усиления приемной и передающей антенн Gп = Gпр = 55.
Теоретическая
плотность потока энергии ППЭт
на расстоянии l
от передающей антенны в направлении
максимума вычисляется по формуле
где PГ — выходная мощность генератора; GП — коэффициент усиления передающей антенны по мощности; F — коэффициент искажения, учитывающий реальные условия облучения, т. е. интерференцию прямого луча от антенны и лучей, отраженных от окружающих предметов. Коэффициент F — сложная колеблющаяся функция расстояния между антеннами.
Для данной работы в первом приближении принимаем F=1. Расчет ППЭ следует выполнить для l, равного 30—95 см. Коэффициент усиления приемной и передающей антенн Gп = Gпр = 55.
Выполненная работа.
1. Исследование зависимости уровня облучения от расстояния до источника.
Сняли зависимость Рпр(l) в зоне от 1 см. до 9 см. (Ближняя зона).
|
l, см. |
1 |
1.5 |
2 |
2.3 |
3 |
3.5 |
4.5 |
5 |
5.5 |
6 |
6.7 |
7.3 |
8 |
8.5 |
|
Pпр, мВт. |
0.1 |
0.17 |
0.055 |
0.2 |
0.06 |
0.19 |
0.06 |
0.17 |
0.06 |
0.15 |
0.05 |
0.13 |
0.05 |
0.12 |
Ниже представлен график этой зависимости:
Сняли зависимость Рпр(l) в зоне от 15 см. до 24 см. (Ближняя и переходные зоны).
|
l, см. |
15 |
15.7 |
16.2 |
17 |
17.4 |
18.2 |
18.7 |
19.5 |
19.9 |
20.5 |
21.1 |
22 |
22.5 |
23.2 |
23.7 |
24 |
|
Pпр, мВт. |
0.06 |
0.07 |
0.03 |
0.065 |
0.03 |
0.06 |
0.03 |
0.065 |
0.03 |
0.05 |
0.03 |
0.048 |
0.03 |
0.042 |
0.028 |
0.04 |
Ниже представлен график этой зависимости:
2. Исследование зависимости уровня облучения от направленности антенны.
Сняли зависимость Рпр(l) при угле поворота от +10 до -40о.
|
Угол поворота, градусы. |
+10 |
+5 |
+0 |
-0 |
-5 |
-10 |
-15 |
-20 |
-25 |
-30 |
-35 |
-40 |
|
Pпр, мВт. |
0.015 |
0.03 |
0.036 |
0.035 |
0.03 |
0.02 |
0.01 |
0.001 |
0 |
0 |
0 |
0 |
Ниже представлен график этой зависимости:
3. Исследование защитных свойств экранов из различных материалов.
l = 30 см.; Pпр=0.03 мВт.
|
Номер экрана |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
|
Название |
Отсутствие экрана |
Резина со сложной поверхностью |
Крупная сетка |
Мелкая сетка |
Специальная резина, армированная мелкой сеткой. |
|
Pпр, мВт. |
0.03 |
0 |
0,027 |
0.008 |
0.0001 |
Наилучшие результаты по защите от СВЧ-излучения дает резина со сложной поверхностью.
Обработка результатов измерений.
1. Вычисление экспериментальных значений плотности потока мощности ППЭэ в ближней и переходной зонах.
λ
= 3 см.;
Gп = Gпр = 55.
-
l, см.
Pпр, мВт.
ППЭэ, мкВт/см2
1
0.1
2.538661
1.5
0.17
4.315723
2
0.055
1.396263
2.3
0.2
5.077321
3
0.06
1.523196
3.5
0.19
4.823455
4.5
0.06
1.523196
5
0.17
4.315723
5.5
0.06
1.523196
6
0.15
3.807991
6.7
0.05
1.26933
7.3
0.13
3.300259
8
0.05
1.26933
8.5
0.12
3.046393
2. Сравнение экспериментальных и вычисленных значений ППЭт для дальней зоны.
Выходная мощность генератора PГ = 4 мВт; Gп = Gпр = 55; F = 1.
-
l, см.
Pпр, мВт
ППЭэ, мкВт/см2
ППЭт, мкВт/см2
30
0.03
0.761598
1.945227
45
0.011
0.279253
0.864545
60
0.01
0.253866
0.486307
75
0.008
0.203093
0.311236
3. Расчет безопасного расстояния до антенны без экрана при используемой (PГ = 4 мВт) и повышенной (PГ = 80 мВт) мощностях генератора в направлении максимума излучения при предельно допустимой ППЭ = 0.1 мВт/см2.
При пониженной мощности теоретически безопасное расстояние от передающей антенны не менее 5 см. При этом расстоянии ППЭт=70.1 мкВт/см2.
|
l, см. |
ППЭт, мкВт/см2 |
|
1 |
1750.704 |
|
2 |
437.6761 |
|
3 |
194.5227 |
|
4 |
109.419 |
|
5 |
70.02818 |
|
6 |
48.63068 |
|
7 |
35.72866 |
|
8 |
27.35476 |
|
9 |
21.61363 |
|
10 |
17.50704 |
При повышенной мощности теоретически безопасное расстояние от передающей антенны не менее 19 см. При этом расстоянии ППЭт=97 мкВт/см2.
|
l, см. |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
ППЭт, мкВт/см2 |
35014.09 |
8753.522 |
3890.454 |
2188.381 |
1400.564 |
972.6136 |
714.5732 |
547.0951 |
432.2727 |
350.1409 |
|
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
|
289.3726 |
243.1534 |
207.184 |
178.6433 |
155.6182 |
136.7738 |
121.156 |
108.0682 |
96.99193 |
87.53522 |
|
21 |
22 |
23 |
24 |
25 |
|
79.39703 |
72.34316 |
66.1892 |
60.78835 |
56.02254 |
