Изобретение относится к области измерения, а именно к разделу "измерение напряженности магнитного поля" (класс G 01 R 29/08), и может быть использовано для измерения интенсивности электромагнитных полей радиочастот в экологии, для определения безопасности персонала и решения других аналогичных задач.

Известные методы измерения электромагнитных полей радиочастот основаны в помещении антенны-датчика в измеряемое поле и регистрации напряжения, наводимого измеряемым полем в нагрузке приемной антенны-датчика, с последующим расчетом напряженности поля при помощи известных зависимостей, связывающих значение напряженности поля и параметров датчика и нагрузки (см. книгу А.Н. Зайцева "Измерение на СВЧ и их метрологическое обеспечение", М. 1989 г., с. 163, или Адольф И. Шваб "Электромагнитная совместимость", М. 1998 г., с. 254). Указанный способ используется при измерениях на относительно низких радиочастотах, в диапазоне сверхвысоких частот используется аналогичный способ, отличающийся тем, что регистрируется мощность, выделяющаяся в нагрузке приемной антенны-датчика при помещении антенны-датчика в измеряемое поле, а при пересчете измеренной величины используются зависимости, связывающие величину выделившейся мощности с параметрами антенн-датчиков и плотностью потока мощности измеряемого поля (см. книгу А.Н. Зайцева "Измерение на СВЧ и их метрологическое обеспечение", М. 1989 г., с. 164).

Указанные способы измерения реализованы с использованием различных вариантов выполнения антенн-датчиков (см. Патент СССР A1 1649478 за 1991 г.) в измерительных приборах, предназначенных для измерения уровня электромагнитных полей в целях определения уровней, опасных для жизнедеятельности, например в отечественных приборах типа: ПЗ-16...ПЗ-21, а также в последней модификации Поле-3, суть которых заключается в измерении с выхода антенн-датчиков, предназначенных для работы в своем диапазоне частот, напряжения, пропорционального напряженности поля. При этом коэффициенты пропорциональности для каждой антенны-датчика в своем диапазоне известны.

Известны также способы частотно-селективных измерений, в которых электрические колебания, принятые приемной антенной-датчиком и содержащие колебания различных частот, фильтруют при помощи полосовых фильтров, усиливают, детектируют, измеряют и регистрируют величину выходного напряжения (см. книгу А.Н. Зайцева "Измерение на СВЧ и их метрологическое обеспечение", М. 1989 г., с. 174).

Способ частотно-селективных измерений применяется преимущественно для измерения относительно слабых полей. Способы реализованы в различных измерительных приемниках, селективных микровольтметрах, представляющих собой сложные и дорогостоящие устройства.

Прототипом изобретения является способ измерения напряженности поля путем помещения в измеряемое поле антенны-датчика и регистрации напряжения, пропорционального измеряемой напряженности, в нагрузке антенн-датчиков (см. книгу А. Н. Зайцева "Измерение на СВЧ и их метрологическое обеспечение", М. 1989 г., с. 163).

Способ состоит в помещении антенны-датчика в измеряемое поле, регистрации напряжения, создаваемого измеряемым полем в нагрузке приемной антенны, и определении напряженности электрического поля согласно известной зависимости, связывающей значение измеряемой напряженности поля с электрическими параметрами антенны-датчика и нагрузки.

Указанная зависимость имеет вид

где U - напряжение на выходе антенны-датчика, В;

E - напряженность электрического поля, В/М;

h_g(f) - эквивалентная высота антенны-датчика, М;

Z_н(f) - сопротивление нагрузки антенны-датчика, Ом;

Z_а(f) - эквивалентное сопротивление антенны-датчика, Ом;

К(f) - значение амплитудно-частотной характеристики по частоте, М.

Недостатком прототипа являются невозможность точного определения напряженности поля, создаваемого источником на определенной частоте f₁, за счет помех от источников, излучающих на других частотах f_i, где i = 2...N, а также невозможность определения напряженностей электромагнитного поля, создаваемых этими источниками помех. Напряжение, наводимое в нагрузке антенн-датчиков при воздействии на него N источников излучения с частотами f_i, будет определяться выражением

где U - напряжение на выходе антенны-датчика, В;

K(f_i) - значение амплитудно-частотной характеристики на частоте излучения i-го источника (f_i), М;

E_i - напряженность электрического поля на частоте излучения i-го источника (f_i), В/М;

f_i - частоты излучения i-го источника, Гц;

N - число источников излучения в измеряемом поле.

Таким образом, в реальных условиях вследствие конечной восприимчивости антенной-датчиком излучения с частотами, не входящими в частотный диапазон применяемой антенны-датчика, измерение истинного значения напряженностей поля становится невозможным.

Измеритель П3-80 предназначен для измерения среднеквадратичных значений напряженности переменных электрических (НЭП) и магнитных (НМП) полей и индустриальных источников в диапазоне частот 5-500000 Гц, а также для измерения напряженности электростатических полей (НЭСП).

Основная область применения - контроль электромагнитной обстановки, измерение индустриальных радиопомех, измерение биологически опасных уровней электромагнитных полей в соответствии с СанПиН 2.2.4.1191-03, а также для научных исследований.

Измеритель удовлетворяет требованиям ГОСТ 22261, а по условиям эксплуатации относится к группе 4 по ГОСТ 22261-94. Прибор не содержит пожароопасных, взрывчатых и других веществ, опасных для здоровья и жизни людей.

Измеритель поставляется в следующей комплектации.

Цифровой преобразователь электромагнитного поля П3-80-ЕН500.

Цифровой преобразователь электростатического поля П3-80-Е.

Индикаторный блок (ИБ) типа ЭКОФИЗИКА-D1 (в комплекте с набором аккумуляторов: 4 элемента типа АА (LR6)).

Эксплуатационная документация: руководство по эксплуатации, паспорт.

Технические характеристики прибора П3-80

Рабочий диапазон частот измерителя

- с преобразователем П3-80-ЕН500: от 0,005 до 500 кГц.

Измеряемые параметры

В режиме П3-80-Е400 (П3-80-Н400)

Текущие, максимальные и минимальные среднеквадратичные значения НЭП (НМП) в 27 полосах в диапазоне от 25 до 675 Гц;

Текущие, максимальные и минимальные среднеквадратичные значения НЭП (НМП) в полосах 10 кГц - 30 кГц; 5-2000 Гц, 2 кГц - 400 кГц.

В режиме П3-80-Е300 (П3-80-Н300)

Текущие, максимальные и минимальные среднеквадратичные значения НЭП (НМП) на характеристиках 30-300 Гц, 300-3000 Гц, 3 кГц -30 кГц, 30 кГц -300 кГц с опорными частотами 50 Гц, 500 Гц, 10 кГц, 100 кГц.

В режиме П3-80-Е Напряженность электростатического поля (НЭСП).

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРЕМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Измерения электромагнитного фона производились в городе Краснодаре. Были выбраны пять наиболее типичных точек для измерения напряженности магнитного и электрического полей. Это:………..

Результаты измерений представлены в таблице 1.

Таблица 1

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной курсовой работе мы изучили: электромагнитное поле и измерить электромагнитное излучение в городе Краснодаре с помощью измерителя напряженности электрических и магнитных полей ПЗ-80.

Электромагнитное поле -- фундаментальное физическое поле, взаимодействующее с электрически заряженными телами, а также с телами, имеющими собственные дипольные и мультипольные электрические и магнитные моменты. Представляет собой совокупность электрического и магнитного полей, которые могут, при определённых условиях, порождать друг друга, а по сути являются одной сущностью, формализуемой через тензор электромагнитного поля. Электромагнитное поле (и его изменение со временем) описывается в электродинамике в классическом приближении посредством системы уравнений Максвелла. В современной формулировке электромагнитное поле представлено тензором электромагнитного поля, компонентами которого являются три компонента напряжённости электрического поля и три компонента напряжённости магнитного поля (или -- магнитной индукции, а также четырёхмерным электромагнитным потенциалом -- в определённом отношении ещё более важным. Квантовые свойства электромагнитного поля и его взаимодействия с заряженными частицами (а также квантовые поправки к классическому приближению) -- предмет квантовой электродинамики, хотя часть квантовых свойств электромагнитного поля более или менее удовлетворительно описывается упрощённой квантовой теорией, исторически возникшей заметно раньше. Возмущение электромагнитного поля, распространяющееся в пространстве, называется электромагнитной волной (электромагнитными волнами)[~ 2]. Любая электромагнитная волна распространяется в пустом пространстве (вакууме) с одинаковой скоростью -- скоростью света (свет также является электромагнитной волной). В зависимости от длины волны электромагнитное излучение подразделяется на радиоизлучение, свет (в том числе).

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ