2. Лабораторная работа № 2

Защита от электромагнитных полей (ЭМП) радиочастот

Цель работы - расчет плотности потока мощности излучения антенны -источника ЭМП сверхвысоких частот (СВЧ) и толщины защитного экрана, ослабляющего воздействие поля на персонал на рабочем месте.

2.1. Краткие теоретические сведения

Среди электромагнитных излучений в настоящее время наибольшее распространение получили электромагнитные излучения радиочастот 100 кГц- 300 Ггц. При работе целого ряда радиотехнических устройств интенсивности излучений могут значительно превышать гигиенические нормативы и вызывать в организме человека функциональные, а иногда и органические изменения. Поэтому защита человека от воздействия ЭМП опасной интенсивности является одной из задач охраны труда.

Под переменным электромагнитным полем понимают совокупность изменяющихся во времени и взаимно связанных друг с другом электрического и магнитного полей. Оно характеризуется векторами напряженностей электрического Е и магнитного Н составляющей. Кроме того, на практике часто пользуются наиболее изученной характеристикой – плотностью потока мощности (энергии ) излучения I.

Плотность потока мощности I (Вт/м²), излучаемая антенной радиотехнической установки, может быть рассчитана по формуле:

I= PG/4πR², (2.1)

где: Р- мощность антенны, Вт;

G- коэффициент усиления антенны;

R- расстояние от расчетной точки до источника излучения, м.

Cреда, в которой поле распределяется, характеризуется свойствами, оказывающими влияние на его распространение: диэлектрической проницаемостью ε, магнитной проницаемостью μ, удельной проводимостью γ, волновым сопротивлением W=√μ/ε, коэффициентом поглощения энергии в среде к_п.

Коэффициент поглощения к_п для разных сред различен. В частности, для диэлектриков

к_п= (γ/2) √μ/ε (2.2)

Поскольку у диэлектриков удельная проводимость мала, то мал и к_п и, соответственно, велика глубина проникновения в вещество поля.

Для проводящей среды:

к_п= √ωγμ/2, (2.3)

где ω- круговая частота электромагнитных колебаний.

Так как удельная проводимость в такой среде весьма велика, то в проводниках велико затухание поля. Вследствие этого волны проникают в проводящую среду на незначительную глубину, уменьшающуюся с ростом частоты излучения.

Действие ЭМП на организм человека складывается в результате частичного поглощения электромагнитной энергии тканями, возникновения ионных токов и поляризации дипольных молекул, в первую очередь, воды. В результате электромагнитная энергия переходит в тепловую и происходит нагрев тканей, органов и клеток за счет диэлектрических потерь.

Наиболее подвержены тепловому воздействию органы богатые водой -желчный и мочевой пузырь, желудок, печень, поджелудочная железа, а также органы с плохим кровоснабжением- мозг, хрусталик глаза. При длительном воздействии ЭМП у работающих наблюдается расстройство нервной и сердечно-сосудистой систем. Иногда возникают трофические явления: выпадение волос, ломкость ногтей.

Для уменьшения вредного влияния ЭМП диапазона СВЧ (300 МГц-300ГГц) согласно ГОСТ 12.1.006-84 устанавливаются предельно допустимые значения плотности потока энергии и время пребывания на рабочем месте персонала, подвергающегося в производственных условиях воздействию ЭМП, которые приведены в табл. 1.

Таблица 1

Предельно допустимые плотности потока энергии ЭМП.

Для защиты персонала используется один из наиболее эффективных и распространенных способов - экранирование рабочего места. Отражающие экраны (сплошные или сетчатые) делают из материалов с высокой удельной проводимостью - меди, латуни, алюминия, стали. Защитное действие обусловлено тем, что экранируемое ЭМП создает в экране токи Фуко, наводящие в нем вторичное поле, по амплитуде почти равное, а по фазе противоположное экранируемому полю. Результирующее поле, возникающее при сложении этих полей, быстро убывает в экране, проникая в него на незначительную глубину, определяющую требуемую толщину защитного экрана.

Толщина защитного экрана d, ослабляющая плотность потока мощности (энергии) излучения I до предельно допустимой величины I_н, рассчитывается по формуле:

d=L/20 к_п lg e, (2.4)

где: L- эффективность экранирования, дб, определяемая по формуле:

L=10 lg (I/I_н). (2.5)

2.2. Порядок выполнения работы

1. Включить ПК.

2. Выбрать на экране метку лабораторной работы- LAB 2.

3. Открыть листы 1,2 для ознакомления с теорией вопроса.

4. Открыть лист 3.

5. Рассчитать плотность потока мощности излучения антенны:

а) ввести исходные данные, полученные у преподавателя:

• мощность антенны - Р ,Вт ,

• коэффициент усиления антенны- G,

б) напечатать результаты расчета.

6. Открыть лист 4.

7. Рассчитать толщину защитного экрана:

а) выбрать характеристики заданного материала экрана:

• магнитную проницаемость,

• удельную проводимость материала экрана.

б) открыть лист 5.

в) ввести исходные данные:

• I, рассчитанную в пункте 5 для заданного расстояния;

• I₀- предельно допустимую плотность энергии, равную 10 мкВт/см²,

• ω - угловую частоту излучения, определяемую по формуле ω=2πf, где f - заданная частота ЭМП.

8. Напечатать результаты расчета

Таблица 2

Электродинамические характеристики материалов экранов

2.3.Варианты заданий

1. P=100Вт, G=100, R =5м, f =500МГц, латунь.

2. P=500Вт, G=500, R =10м, f =1000МГц, медь.

3. P=700Вт, G=1000, R =15м, f =1500МГц, алюминий.

4. P=2000Вт, G=1000, R =20м, f =500МГц, сталь.

5. P=1000Вт, G=200, R =15м, f =1000МГц, свинец.

6. P=1000Вт, G=1000, R =10м, f =500МГц, серебро.

2.4. Контрольные вопросы

1.Параметры электромагнитного поля и среды. Их логарифмический уровень.

2.Поглощение поля в сплошном металлическом экране. Расчет толщины экрана.

3.Коэффициент поглощения электромагнитного поля в металлах и диэлектриках.

4.Нормирование поля.

5.Воздействие поля на организм человека. Тепловой порог воздействия.