Артюхин А.В.

г. Алматы НАО «Алматинский университет энергетики и связи»

Анализ приборной базы для измерений высокочастотных электромагнитных   полей

 

       Первые работы по созданию приборов для измерения напряжённостей ВЧ электрического и магнитного полей относятся к концу 50-х годов. Следует обратить внимание, что в основу конструирования ряда последующих отечественных и зарубежных измерителей легли труды и изобретения советского учёного В.А. Франке [1].

        Схема построения приборов для измерения энергетических параметров электромагнитных полей включает следующие основные элементы, соединенные покаскадно:

        - малогабаритная широкополосная антенна, удобная в конструктивном отношении;

         - детектор, рассчитанный на работу в большом динамическом диапазоне сигналов;

         - усилитель постоянного тока;

         - регистратор, позволяющий производить отсчёт результатов измерения.

         Антенны (датчики поля) используются как изотропные, так и обладающие направленными свойствами и требующие ориентации в пространстве (например, рамка или электрический диполь). Основными техническими параметрами приборов являются:

         - диапазон частот, на который рассчитан измеритель, оснащенный антеннами;

         - пределы измерений энергетических параметров электромагнитного поля;

         - основная погрешность измерений, обычно выражаемая в децибелах.

         Точность измерений приборов для гигиенического контроля параметров электромагнитных излучений обуславливается следующими причинами:

         - во-первых, помещение биологического объекта (человека) в электромагнитное поле, особенно в условиях «ближней» зоны, достаточно сильно искажает пространственную структуру поля. Имеющая место анизотропия человеческого тела приводит к затруднениям в прогнозе распределения искажённого поля в зависимости от напряжения облучения; 

         - во-вторых, повышение точности измерений приводит к усложнению схемы антенны и собственно прибора, а также к удорожанию измерителя. В силу этих причин, погрешность измерений ± 2…2,5 дБ полагается достаточной, особенно при контроле высокоинтенсивных полей. Однако, современные высокочастотные приборы зарубежных производителей обладают основной погрешностью до ± 1…0,5 дБ.

         В таблице 1 приведены приборы, которые используются в России и Казахстане для измерений интенсивности ВЧ ЭМП.

Таблица 1 - Измерители Е и Н в ВЧ диапазоне (Россия и Казахстан)

Тип прибора

Частотный диапазон, МГц

Пределы измерений

Погрешность измерений, дБ

Е

Н

Е, В/м

Н, А/м

П3-17

0,01…300

0,01…30

1 … 1000

0,5 …500

± 3

П3-21

0,01…300

0,01…30

1 … 1000

0,5 … 16

± 2…3

П3-22

0,01…300

0,01…30

1 … 3000

0,3 …500

± 2,5

П3-31

0,01…300

0,01…30

2 … 600

0,5 … 16

± 2,5

ИПМ-101

0,03…1200

0,03…3; 

 1…50

1 … 100    5 … 500

0,5 … 50 0,1 … 10

± 2…3

 

        Приборы позволяют производить широкополосные измерения электромагнитных полей. Если известны частоты радиоизлучений и предельно допустимые уровни для этих частот одинаковы для полосы измерителей, то это позволяет производить «интегральную» оценку параметров излучений (напряжённостей поля) в полосе частот. Если же ситуация требует оценить вклад отдельных частотных составляющих (например, гармоник излучений), попадающих в полосу частот, то с помощью широкополосных приборов это проделать невозможно. Кроме того, широкополосные измерители требуют априорного значения фактических частот излучений, в качестве которых берутся частоты ВЧ генераторов.

         Интенсиметрическое оборудование ведущих зарубежных производителей подразделяется на 3 группы, которые приведены ниже.

         1 группа. Стационарные измерительные комплекты - предназначены для высокоточных измерений. Отдельно выпускаются и поставляются измерительные антенны и цифровые регистраторы, причём в качестве последних может использоваться персональные ЭВМ типа Notebook со специальным программным обеспечением. Связь между антенной и регистратором осуществляется по волоконно-оптическому кабелю. В зависимости от потребностей пользователь может комплектовать регистратор конкретными антеннами на необходимые диапазоны частот. Программное обеспечение, выполненное в среде WINDOWS XP, позволяет производить текущее непрерывное наблюдение и математическую обработку результатов измерений. Основная погрешность составляет до ± 0,5…1,0 дБ. В таблице 2 приведены основные характеристики некоторых измерительных антенн фирмы «Holaday Industries, Inc».

Таблица 2 - Измерительные антенны, выпускаемые фирмой «Holaday Industries».

Модель антенны

Тип поля

Частотный диапазон

Пределы измерений

HI-4422

E

10 кГц …2 ГГц

1 … 300 В/м

HI-4433-HSE

E

500 кГц…1,5 ГГц

0,3 … 30 В/м

HI-4433-STE

E

500 кГц…5 ГГц

30 … 3000 В/м

HI-4433-GRE

E

500 кГц…5 ГГц

3 … 300 В/м

HI-4433-HSH

H

5 МГц…300 МГц

0,03 … 3 А/м

HI-4433-LFH

H

300 кГц…30 МГц

0,3 … 30 А/м

 

         2 группа. Переносные измерительные комплекты – обладают несколько большей погрешностью (до 1,5 дБ). Представляют собой измерительную антенну, связанную с упрощенным цифровым индикатором через волоконно-оптический или коаксиальный кабель. Облегченная конструкция комплектов позволяет их переносить вручную, либо закреплёнными на поясе.

         3 группа. Персональные приборы – обладают погрешностью 2…3 дБ, предназначены для экспресс-оценки электромагнитной обстановки. В ряде моделей используется звуковой сигнал для предупреждения о высоком уровне поля. Их выпуск освоен многими зарубежными фирмами, часть которых приведена в таблице 3.

         Обращает на себя внимание тот факт, что многие зарубежные приборы (в том числе и не вошедшие в таблицу 3) также позволяют вычислять квадраты действующих значений напряженностей поля. Это связано с особенностями зарубежного нормирования параметров радиоизлучений, которое предполагает приведение напряжённостей электрической и магнитной компонент к плотности мощности эквивалентной плоской волны в свободном пространстве.

Таблица 3 - Персональные приборы зарубежных фирм

Модель прибора

Фирма – производитель

Частотный диапазон

Пределы измерений

HI3001A

’’

0,5 МГц…6 ГГц

10 … 3000 В/м

HI – 3002

’’

0,5 МГц…6 ГГц(Е),

0,5…10 МГц (Н)

104 (В/м)2 …107(В/м)2

0,1 (А/м)2 …103(А/м)2

HI – 3004

’’

0,5 МГц…1,5 ГГц

1 … 3000 В/м

HI – 3005

’’

0,3…300 МГц

1 … 100 (А/м)2

Narda 8652

Narda Microwave

0,3…10 МГц

0,052 … 5 (А/м)2

Narda 8718

Narda Microwave Corp.

3 кГц…40 ГГц (Е)

0,3…300 МГц (Н)

0,5 … 800 В/м

0,02 … 7,3 А/м

EFM – 5

NBS

0,2…1000 МГц

1 … 1000 В/м

        

         Подводя итоги, необходимо сделать следующие выводы:

         - зарубежные производители выпускают достаточно широкий перечень интенсиметрической аппаратуры, которая в комплекте с программным обеспечением позволяет производить автоматизированный контроль и обработку параметров ЭМП;

         - при использовании Российских приборов для гигиенического контроля ЭМП, излучения ВЧ установок полагаются монохромными, на присвоенных частотах генераторов, причём побочные и внеполосные колебания не учитываются.

          Как показывает опыт, измерение ВЧ ЭМП на рабочих местах затрудняются следующими факторами:

         - суммарным электромагнитным фоном в производственных помещениях, приходящимся на частотную полосу пропускания измерителя ЭМП;

         - наличием большого числа переотражающих предметов различных электрических параметров, что приводит к появлению локальных полей со структурой, обусловленной геометрией переотражателей;

          - если облучение имеет кратковременных характер, то инерционность стрелочных индикаторов может не позволить произвести точное измерение.

          В силу отмеченных недостатков, при оценке облучаемости рабочих мест необходимо производить несколько (не менее 3-х) измерений ЭМП в каждой точке на нескольких уровнях от поверхности поля с выявлением и исключением промахов и занесением в протокол средних значений для каждой точки измерений.

 

Литература

1. Франке В.А. Прибор доя измерения электрической и магнитной составляющих высокочастотного ЭМП в зоне индукции. – Л.: ВНИИОТ ВЦСПС, 1958. – 16 с.