Физические эффекты, положенные в основу реализации измерительного оборудования. Разработка системы автоматизированного многочастотного контроля электромагнитных излучений для оценки опасности электромагнитной обстановки. Нормирование параметров ЭМИ.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Введение

XX век ознаменовался стремительным развитием электротехники и радиотехники. Широкое распространение линий электропередач высокого напряжения, радиоэлектронных устройств и средств связи привело к существенному возрастанию уровней электромагнитных полей различных частотных диапазонов и расширению режимов генерации этих полей в окружающей среде. Было установлено, что электромагнитное поле представляет серьезную опасность жизни и здоровью человека и оказывает негативное влияние на функционирование радиоэлектронных средств. Факты свидетельствуют, что обычный уровень низкочастотного электромагнитного поля крупного промышленного города соответствует ситуации природной «магнитной бури». Уже сегодня электромагнитное загрязнение окружающей среды, наряду с химическим и радиационным,- наиболее распространенный вид загрязнения, несущий опасные глобальные последствия и вызывающий большую обеспокоенность как ученых, так и населения.

Всемирная организация здравоохранения включила проблему электромагнитного загрязнения окружающей среды в перечень приоритетных проблем человечества. Исследования убедительно показали существование значимого неблагоприятного воздействия ЭМП на здоровье человека. Этот вывод был сделан учеными России, США, Швеции, Германии и других стран. В решении межведомственной комиссии Совета безопасности Российской Федерации по экологической безопасности №2-2 от 20 февраля 1996 г. Указано, что «неблагоприятное воздействие на человека и окружающую среду электромагнитных принимает опасные размеры». Актуальность этой проблемы нашла свое отражение в специальном постановлении Президиума Российской академии медицинских наук. Среди зарегистрированных последствий воздействия электромагнитного загрязнения на человека самым распространенным является поражение сердечно - сосудистой и пищеварительных систем. Среди последствий электромагнитного загрязнения специалисты называют также нарушение поведения (вплоть до самоубийства), потерю памяти, болезни Паркинсона и Альцгеймера, синдром внезапной смерти у грудных детей, расстройства половой функции и другие серьезные патологические заболевания. По некоторым данным, значительная часть случаев инфаркта миокарда в крупных городах вызвана «скачками» мощных техногенных низкочастотных электромагнитных полей.

В связи с вышеизложенным возникает необходимость защиты людей, животных, электрических приборов от негативного воздействия электромагнитного поля, но лучшая защита это все таки предупреждение, что в свою очередь подразумевает качественный инструментальный контроль показателей электромагнитного поля. Для этой цели на данный момент создано большое количество приборов контроля, как отечественного так и зарубежного производства, каждый из которых работает на узком диапазоне частот и измеряет определенную характеристику, поэтому что бы дать комплексное описание картины электромагнитного поля необходимо несколько приборов, что затрудняет работу оператора и увеличивает время измерений. Так же у большинства современных приборов отсутствует возможность автоматизации измерений, а те у которых все же есть такая возможность отличаются высокой стоимостью. Решению этих проблем посвящена данная научная работа, задачей которой является создание технологической платформы, которая способна объединить несколько приборов измерения показателей электромагнитного поля. Каждый из приборов будет рассчитан на свой показатель и свой диапазон частот. Затем данные с приборов будут проходить через технологическую платформу и передаваться на персональный компьютер, где будут обрабатываться в специально разработанной программе. Возможна также обратная связь, т.е. управление измерениями с компьютера. Посредствам именно этой обратной связи будет осуществляется автоматизация измерений.

1. Параметры электромагнитного излучения

1.1 Общие сведения

Электродинамика - это раздел физики, предмет которого - электрические и магнитные явления. Основу этих явлений составляют электромагнитные взаимодействия, которые по широте и разнообразию своих проявлений играют в природе особо важную роль. Можно без преувеличения сказать, что современным уровнем своего развития человечество обязано именно изучению и практическому использованию электромагнитных явлений.

В основе электродинамики лежат понятия электрического заряда и электромагнитного поля. Как все аксиоматизирующие научную дисциплину понятия, «электрический заряд» и «электромагнитное поле» не допускают полного и непротиворечивого определения.

Концепция электрона делает смысл понятия «электрический заряд» если не яснее, то по крайней мере - привычнее. Об электромагнитном поле нельзя сказать и этого. Вообще говоря (это определение относится не только к электродинамике) поле - суть способ описания того, что происходит в некоторой точке пространства. Простейшее поле - скалярное описывает ситуацию, в которой каждая точка пространства может быть описана одним числом - скаляром. Эти числа могут меняться от точки к точке, и тогда говорят о неоднородном поле, а также и со временем, и тогда говорят о нестационарном поле.

В качестве примера можно привести поле температур в помещении. В одних точках теплее, в других холоднее - температура меняется от точки к точке. Эту ситуацию можно адекватно описать, сказав, что температура - функция положения в пространстве, т.е. температурное поле неоднородно.

Если все это меняется со временем, то температура также и функция времени - температурное поле нестационарное. Одним из способов представить себе скалярное поле - вообразить «изоконтуры», т.е. поверхности, проведенные через точки с одинаковым значением поля, подобно горизонталям на картах, соединяющим точки на одной высоте над уровнем моря. Для температурного поля контуры носят название «изотермическая поверхность» или «изотерма».

Более сложно векторное поле - ситуация, когда каждая точка пространства может быть охарактеризована фактором, имеющим величину и направление, т.е. вектором. Так же как и скаляр, вектор может меняться от точки к точке и со временем.

Электромагнитное поле имеет еще более сложную структуру - это тензорное поле. Его можно описать двумя векторами - напряженностью электрического поля Е и индукцией магнитного поля В, однако следует иметь в виду, что электричество и магнетизм - не независимые характеристики поля, они всегда должны рассматриваться в совокупности, как одно электромагнитное поле. В самой природе существует глубокая взаимосвязь между электрическим и магнитным полями, описываемая принципом относительности. Рассматривая эти поля с разных точек зрения (точнее - из разных систем координат), мы будем видеть различные соотношения между ними, вплоть до того, что одно из полей может исчезнуть (электрическое Е или магнитное В - в зависимости от выбора точки зрения). Иными словами - разделение поля на электрическую и магнитную части зависит от того, откуда (из какой системы координат) мы наблюдаем единое электромагнитное поле.

Точный анализ реальных физических проблем обычно крайне сложен, поэтому целесообразно выработать некоторые вспомогательные способы представления о поведении систем в различных обстоятельствах. В электродинамике этой цели служат представления о линиях поля, введенных М. Фарадеем. Линии поля - это линии, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора напряженности поля. Некоторые примеры наглядного представления электромагнитного поля с помощью силовых линий будут приведены ниже, здесь же следует отметить, что ни одна из вспомогательных эвристических моделей (картина силовых линий, изопотенциали, движения эфира как среды распространения поля и т.п.) на самом деле не может адекватно и точно описать все явления в электродинамике. Например, даже если известны картины силовых линий двух изолированных совокупностей зарядов, из них никак не следует картина силовых линий в ситуации, когда обе совокупности действуют вместе. Практически невозможно сформулировать строгие количественные законы (например - принцип суперпозиции полей) в терминах линий поля. Существует лишь один точный и продуктивный способ представления законов электродинамики - язык дифференциальных уравнений.

1.2 Характеристики электромагнитных полей

Для объяснения происхождения и передачи сил, действующих между покоящимися зарядами вводится понятие электрического поля. Когда в каком-то месте пространства появляется электрический заряд, вокруг него возникает электрическое поле.

Основное свойство этого поля в том, что на всякий другой заряд, помещенный в это поле, действует сила. Если мы заменим этот заряд другим, то сила, действующая на этот заряд, изменится пропорционально величине заряда. Для электрического поля справедлив принцип суперпозиции - поле системы зарядов можно определить как сумму (разумеется - векторную) электрических полей от каждого из зарядов. Для количественной характеристики электрического поля служит специальная физическая величина - напряженность электрического поля Е. Напряженность электрического поля в данной точке измеряется силой, действующей на единичный положительный заряд, помещенный в эту точку. Если сформулировать по другому, напряженность есть величина, равная отношению силы, действующей на положительный пробный заряд, помещенный в данную точку поля, к этому заряду. Единицей электрического поля является 1 В/м (Вольт на метр).

(1.1)

Для того, чтобы представить диапазон возможных значений электрического поля, в таблице 1.1 приведены различные источники поля [2].

Таб...