Артюхин А. В.

г. Алматы АО «КазИнж Электроникс»

Альтернативный вариант мониторинга электромагнитной безопасности окружающей среды

Во всем мире нарастает озабоченность органов государственного руководства, общественных организаций, больших и малых предприятий, населения в связи с опасностью возникновения техногенных катастроф. Только в России в настоящее время насчитывается более 200 тысяч опасных производственных объектов [1]. Наибольшую опасность для населения и территорий могут представлять аварии в промышленно развитых городах, а также на объектах добычи и транспортирования нефти и природного газа. Однако, проблемы промышленной безопасности существуют на любом предприятии и касаются в той или иной степени каждого. В частности, при работе с источниками электромагнитного СВЧ излучения, риск возникновения техногенной катастрофы практически равен нулю, а вот вероятность облучения обслуживающего персонала или людей, находящихся в зоне действия оборудования, достаточно высока. Поэтому очень важным является вопрос о наличии полной и достоверной информации о грозящей опасности.

Известно устройство П3–41 (Сертификат об утверждении типа средств измерений RU.C.35.002.A №18825/1. Прибор зарегистрирован в Государственном реестре РФ под №27826-04 от 4.11.04. Технические решения защищены патентом РФ №31860), предназначенное для  измерения  плотности  потока  энергии  (ППЭ)  в  режиме  непрерывной  генерации  (при  гармонической  зависимости  от  времени  измеряемого  электромагнитного  поля)  при  проведении  контроля  уровней  электромагнитного  поля  на  соответствие  требованиям  норм  по  электромагнитной  безопасности,  для  проведения  измерений  уровней  СВЧ излучения  в  жилых  и  рабочих  помещениях  при  наличии  в  них  электрооборудования  силового,  хозяйственного,  коммутационного  и  информационного  назначения,  а  также  при  проведении  комплексного  санитарно-гигиенического  обследования  территорий,  для  работы  в  полевых  условиях,  если  они  соответствуют  эксплуатационным  характеристикам.  Динамический диапазон  измерений  ППЭ  0,1...250  мкВт/см. Однако, данное устройство обладает некоторыми недостатками, например оно не имеет возможности постоянного приёма СВЧ излучений со всех направлений, в трехмерном пространстве, необходимо постоянно перемещать антенну в поисках источника излучений, не говоря о том, что данный прибор довольно дорог и по этому доступен далеко ни каждому. Следовательно, имеется существенная потребность в приборе, который бы мог принимать СВЧ излучения со всех направлений, быть индикатором опасных для здоровья уровней излучения, быть простым, надёжным и сравнительно недорогим.

Так же известно, что при малой амплитуде СВЧ сигнала в случае его частотной модуляции характеристики СВЧ дискриминатора совпадают с характеристиками квадратичного СВЧ детектора, а в случае амплитудной модуляции сигнал может детектироваться и на квадратичном и на линейном участке вольт-амперной характеристики [2]:

(1)

где вн=UТ/(ISRН);

uн=Uн+Umcos(Ωt-θ);

UТ, IS – параметры вольт-амперной характеристики СВЧ диода;

RН – сопротивление нагрузки;

uс – напряжение СВЧ сигнала на входе детектора;

uн - напряжение смещения;

Uн – постоянное напряжение на выходе СВЧ детектора;

Um, θ – амплитуда и начальная фаза сигнала модуляционной частоты.

Предполагая, что uс имеет неглубокую частотную модуляцию (m≤0,1) и используя известное разложение [3] получаем:

(2)

где Ik(z) – модифицированная функция Бесселя k-го порядка.

Приняв за обозначение нормированную амплитуду СВЧ сигнала с=Uн/UТ и учитывая, что на общую нагрузку работают три дискриминатора, постоянная составляющая на выходе будет определяться из выражения

(3)

где а =Δω/Δωo – обобщенная расстройка детекторной характеристики.

Из (3) видно, что на средней частоте диапазона, при том же значении сопротивления нагрузки, общий коэффициент передачи детектора может уменьшиться в девять раз, следовательно для сохранения коэффициента передачи необходимо увеличение сопротивления нагрузки.

Измерения, проводимые во время лабораторных испытаний, показали, что сопротивление нагрузки детектора может быть выбрано сколь угодно большим, его предельная величина определяется входным сопротивлением дифференциального усилителя индикатора напряжения. По результатам испытаний приведён график зависимости коэффициента передачи α1 от сопротивления нагрузки R1 :

По графику видно, что увеличение сопротивления нагрузки приводит к увеличению коэффициента передачи по экспоненциальной зависимости. По результатам проведенных исследований было разработано устройство – датчик электромагнитных излучений (ДЭМИ), который обеспечивает обнаружение и контроль биологически опасных уровней плотности потока энергии электромагнитных излучений в соответствии с действующими правовыми и нормативными документами по техническому регулированию и метрологии и Республиканской службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека. Может применяться для аттестации рабочих мест, сертификации продукции и в научных исследованиях. Разработанный датчик предназначен для измерения плотности потока энергии (ППЭ) в режиме непрерывной генерации при проведении контроля уровней электромагнитного поля на соответствие требованиям норм по электромагнитной безопасности в соответствии с ГОСТ 12.1.006, ГН 2.1.8./2.2.4.019 и СанПин 2.2.4/2.1.8.055 и СанПиН 2.2.41191-03.

1. Ксандопуло С.Ю., Маринин С.Ю., Новиков В.В. и др. Автоматизированная система управления безопасностью труда на предприятиях с опасными производственными объектами // Безопасность труда в промышленности. – 2006.- №12. – С. 64.

2. Мецнер Е.П. Исследование характеристик резонаторного СВЧ дискриминатора при различных режимах СВЧ детектора // Радиотехника. – 1992. - №5-6. – С. 19-24.

3. Справочник по специальным функциям /Под ред. М. Абрамцовича, И. Стиган //Пер. с англ. под ред. В.А. Диткина, Л.Н. Карамзиной. – М.: Наука, 1979. – С. 239.