Определение оптимальных значений конструктивных параметров спиральной замедляющей системы лампы с бегущей волной

Во время работы на ЭВМ в помещении уровень шума не должен превышать 50 дБ, а уровни звукового давления в октавных полосах частот со среднегеометрическим значением 63, 125, 250, 50, 1000, 2000, 4000 и 8000 Гц - соответственно 71, 61, 54, 49, 42, 40 и 38 дб (ГОСТ ССБТ 12.1.003-83 “Шум. Общие требования безопасности”; “Санитарные нормы допустимых уровней шума на рабочих местах” №3223-85). Для снижения уровня шума потолок или стены выше панелей (1.5-17 м от пола), а иногда и стены и потолок должны облицовываться звукопоглощающим материалом с максимальным коэффициентом звукопоглощения в области частот 63-8000 Гц.

Дополнительным звукопоглощением в помещении могут быть занавеси, подвешенные в складку на расстоянии 15-20 см от ограждения, выполненного из плотной тяжелой ткани. Ширина занавеси должна быть в два раза больше ширины оконного проема.

При проведении исследований уровень звукового шума не превышал 50 дБ (48 дБ), что можно признать удовлетворяющем норме.

Качественный состав воздуха.

Содержание кислорода в помещении должно быть в пределах 21-22 об. %. Двуокись углерода не должна превышать 0.1 об. %, озон - 0.1 мг/м³, аммиак - 0.2 мг/м³, хлористый винил - 0.005 мг/м³, формальдегид - 0.003 мг/м. ³.

Количество легких (положительных и отрицательных) ионов должно соответствовать оптимальным значениям: для положительных - 1500-300, для отрицательных - 3000-5000. Коэффициент полярности (отношение разности числа положительных и отрицательных ионов к их сумме) должен находиться от -0.5 до 0 (“Санитарно-гигиенические нормы допустимых уровней ионизации воздуха производственных и общественных помещений” №2152-80).

В помещении, где используется компьютер, следует ограничивать применение полимерных материалов для отделки интерьера и оборудования. Пол должен иметь поливинилхлоридное антистатическое покрытие (ТУ 21-29-108-84). Двери и стенные шкафы могут быть облицованы поливинилхлоридным декоративным антистатическим материалом (ТУ 400-20-38-3-82).

Запрещается применять для отделки интерьера компьютерного помещения строительные материалы, содержащие органическое сырье: древесностружечные плиты (ДСП) декоративный бумажный пластик, поливинилхлоридные пленки, моющиеся обои и др.

Пожары.

К опасным факторам относится возникновение пожара, которое может произойти, например, от короткого замыкания из-за неисправностей в электропроводке. Находясь в горящем помещении, человек может получить сильные ожоги. При горении полимерных материалов, используемых для отделки интерьера, выделяются токсичные вещества, вызывающие сильное отравление организма.

Для того, чтобы избежать пожара, необходимо обязательно предусмотреть автоматическую пожарную сигнализацию, средства первичного пожаротушения, а также план эвакуации людей.

Табл. 5.4 Нормы первичных средств пожаротушения на действующих предприятиях

1. К (а) Должно быть не менее двух огнетушителей на этаж.

2. К (б) Вместо углекислотных огнетушителей могут устанавливаться порошковые.

Помещения, оборудованные автоматическими стационарными установками пожаротушения, обеспечиваются первичными средствами пожаротушения из расчета 50% расчетного количества.

Помещение, в котором осуществлялась настоящая дипломная работа, относится к категории (б).

Другие факторы

Зрительное и умственное перенапряжение можно уменьшить путем правильной организации рабочего места при работе с компьютером.

При работе на ЭВМ необходимо соблюдать правильную посадку. Работающий за видеотерминалом должен сидеть прямо, опираясь в области нижних углов лопаток на спинку стула, не сутулясь, с небольшим наклоном головы вперед (до 5-7^о). Предплечья должны опираться на поверхность стола, снимая тем самым статическое напряжение мышц плечевого пояса и рук. Угол, образуемый предплечьем и плечом, а также - голенью и бедром, должен быть не менее 90^о.

Уровень глаз должен приходиться на центр экрана и оптимальное ее отклонение в вертикальной плоскости должно находиться в пределах 10^о. Оптимальный обзор в горизонтальной плоскости от центральной оси экрана должен быть в пределах 15^о, допустимый - 30^о. При рассмотрении информации, находящейся в крайних положениях экрана ЭВМ, угол рассматривания ограниченный линией взора и поверхностью экрана должен быть не менее 45^о. Чем больше угол рассматривания, тем легче воспринимать информацию с экрана видеотерминала и меньше будут уставать глаза.

Оптимальное расстояние глаз до экрана монитора должно составлять 60-70 см, допустимое - не менее 50 см. Рассматривать информацию на экране видеотерминала ближе 50 см не рекомендуется.

Для предупреждения развития переутомления обязательными условиями являются:

1. осуществление перерыва после каждого академического часа работы длительностью не менее 15 минут, независимо от ее вида;

2. проведение во время перерыва проветривания помещения (желательно сквозное);

3. осуществление во время перерыва подвижной паузы с течении 3-4-минут;

4. через каждые 20-25 минут работы на видеотерминале осуществлять упражнения для глаз. Комплекс упражнений рекомендуется менять не реже одного раза в 2-3 недели.

Уровень неиспользованного рентгеновского излучения на расстоянии 5 см от экрана и других поверхностей ЭВМ не должен превышать 100 мкР/ч.

Напряженность электростатического поля на рабочем месте при работе на видеотерминале должна быть не более 15 кВ/м.

В целях предупреждения электротравмы запрещается работать на незаземленных мониторах, а также на мониторах, у которых нарушен внешний вид (повреждена поверхность корпуса и ЭЛТ и т.п.), имеются нехарактерные сигналы, нестабильное изображение на экране ЭЛТ и др.

Помещения должны быть оснащены устройствами защитного отключения. Электророзетки, находящиеся на рабочих местах операторов, должны быть расположены в труднодоступном месте. Свободные розетки должны быть закрыты заглушками. Должны быть соблюдены нормы, препятствующие легкому извлечению сетевых вилок из розеток (на розетках устанавливаются защитные кожухи).

Средства вычислительной техники должны быть установлены и подключены в строгом соответствии с инструкциями по их эксплуатации и заземлены. Провода электропитания не должны свешиваться со столов или висеть под столами. Должна быть исключена возможность случайного касания ногами проводов или электророзеток.

Операторы не должны иметь легкого доступа к задним панелям видеотерминалов.

ЭВМ должны находиться на столах в устойчивом положении, а столы должны быть прикреплены к полу. Средства вычислительной техники должны иметь чехлы, предохраняющие их от пыли.

Для снижения пыли в помещении с компьютером рекомендуется:

1. не входить в помещение, где установлены видеотерминалы, в уличной обуви;

2. на входе в помещение необходимо предусмотреть шкаф с полками для хранения портфелей и сумок, или же встроенный шкаф;

3. ежедневно проводить уборку помещения влажным способом и протирать экраны и корпус видеомонитора.

5.3 Расчет экрана

Основной целью электромагнитной экранировки установки является не допущение воздействия СВЧ мощности на персонал. Для частот свыше 300 МГц установлена максимальная мощность длительного (несколько часов) воздействия на человека и она равна 10мкВт/см² или 0.1 Вт/м².

Экранирование производится металлическими листами. Их защитные свойства обусловлены тем, что электромагнитное поле создает на экране токи Фуко, наводящие в нем вторичное поле по амплитуде примерно равное, а по фазе противоположное экранируемому. Результирующее поле, возникающее при сложении этих двух полей, очень быстро убывает в экране, проникая на незначительную глубину.

В исследованиях применяется частота 9 ГГц, получаемые выходные мощности находятся в пределах до 300 Вт при следующих геометрических размерах установки: диаметр выходного окна ~ 6 мм. Таким образом, в зоне вывода прибора устанавливаются потоки мощности порядка:

 (V.1)

Для экранирования опасных мощностей воспользуемся стальным экраном со следующими параметрами: = 0,24*10⁷ 1/Ом*м и = 1.

Рассчитаем по формуле (V.2) эффективность экранировки (в разах) для толщины медной фольги d = 0,3 мм.

(V.2)

где - толщина скин-слоя для данного металла на заданной частоте (V.3):

(V.3)

₀ = 4*10^-7 [Гн/м]

В нашем случае получим: А = 7,455*10⁹ раз

П^а_изл = П_изл/А = 0,001 Вт/м² - что меньше предельно-допустимого значения.

Глава 6. Экологическая часть

6.1 Воздействие электромагнитного излучения на людей

О вредном воздействии на здоровье электромагнитного излучения высоковольтных ЛЭП уже много писали, но, оказывается, наши квартиры, опутанные электрокабелем и переполненные бытовыми приборами, не намного безопаснее. Речь пойдет о воздействии на людей магнитных полей, которые создаются некоторыми бытовыми электроприборами, а в основном разнообразным электротехническим оборудованием здания: кабельными линиями, подводящими электричество ко всем квартирам, системами энергоснабжения лифтов. В России не установлены предельно допустимые уровни переменного магнитного поля частотой 50 Гц для населения, поэтому этот вид излучения не контролируется органами санэпидемнадзора в жилищах и для бытовых приборов. А вот в Швеции цифра 0,2 мкТл фигурирует уже в обязательных к исполнению существующих правил, и в них рекомендовано снижать уровень поля, насколько это позволяют сделать современные технические средства. В результате исследований населения в Швеции установлено, что у тех, кто живет в условиях повышенного (более 0,1 мкТл) уровня магнитного поля промышленной частоты, риск развития лейкемии у детей возрастал в 3,6 раза с повышением уровня магнитного поля от 0,1 мкТл до 0,4 мкТл.

Споры о воздействии электромагнитного излучения аппаратов сотовой связи на здоровье пользователей ведутся уже несколько лет, при этом самым главным аргументом защитников радиотелефона было отсутствие достоверных экспериментальных данных о связи высокочастотного излучения и заболеваемости.

В майском выпуске журнала “Radiation Research” группа исследователей под руководством доктора Майкла Рипачелли сообщила об экспериментах по облучению лабораторных животных импульсно-модулированным радиочастотным сигналом (900 МГц), соответствующим одному из наиболее распространенных стандартов сотовой связи.

Исследование проведено на мышах методами генной инженерии, выведенных для изучения раковых заболеваний. Эти мыши имеют особый ген, вызывающий склонность к образованию лимфомы, и ученые заранее знают, какой процент животных в нормальных условиях окажется больным через любое время. В ходе эксперимента около 100 мышей-самок подвергались облучению дважды в день в течение 30 минут. Через полтора года 43 процента облученных животных заболело лимфомой, в контрольной группе -только 22 процента.

Эти эксперименты устанавливают статистически достоверную связь между электромагнитным излучением сотового телефона и ростом онкологических заболеваний у подопытных животных.

Исследование группы Майкла Рипачелли выполнено квалифицированным коллективом с использованием самых современных методов. Работа проводилась в рамках международного проекта Всемирной организации здравоохранения. Биологическое действие электромагнитных полей, и ее результаты, очевидно, указывают на возможность канцерогенного действия электромагнитных полей, особенно в сочетании с другими канцерогенными факторами.

Однако полностью переносить эти результаты на человека пока преждевременно. Провести эксперименты на человеке невозможно, поэтому надо ждать, когда проявятся последствия для здоровья сегодняшних пользователей радиотелефонов. Точно так же в сороковых годах ученые не имели данных об онкологическом воздействии ядерного излучения на человека, хотя опыты на животных достоверно связывали радиацию и рак. Лишь потом, в ходе медицинских наблюдений за жертвами ядерных взрывов и аварий, все данные лабораторных исследований были подтверждены.

Результаты исследований доктора Рипачелли являются тревожным сигналом и требуют большой осторожности в использовании техники мобильной связи.

Биологическое действие электромагнитных полей зависит прежде всего от двух параметров - мощности и частоты излучения. В зависимости от мощности различают тепловое и нетепловое воздействие. Условной границей между этими областями является величина в 10 милливатт на квадратный сантиметр облучаемой поверхности. При таком значении мощности ткани могут прогреться на несколько десятых долей градуса. От частоты излучения зависит, насколько хорошо поглощается электромагнитная энергия в теле человека. Например, волны метрового диапазона (40 МГц) слабее поглощаются в тканях, чем волны дециметрового диапазона (900 МГц), а излучение сантиметрового диапазона может полностью "застрять" в живой ткани на глубине в несколько сантиметров. Значение выходной мощности является основной энергетической характеристикой - чем она больше, тем больший уровень электромагнитного поля будет около антенны. Для радиотелефонов ручного пользования мощность находится в пределах от десятых долей ватта до 10 ватт. В России уже несколько десятков лет действуют нормы для предельно допустимых уровней радиочастотных излучений. Например, для устройств, работающих в области частот 30 - 300 МГц была введена предельная напряженность электрического поля волны в 100 В/м. Для частот свыше 300 МГц установлена предельно допустимая мощность излучения 10 микроватт на кв.см (для облучаемого персонала). Для населения этот уровень меньше в 5.1 раза, без ограничения времени облучения. При использовании любой бытовой аппаратуры в России эти нормы должны соблюдаться. Простейшие оценки показывают, что радиотелефон (например, 900 МГц) с мощностью излучения около одного ватта способен создать в области вашей височной кости плотность мощности в 10-100 раз большую, чем предельно допустимые значения. Заметим, что инструментальные измерения уровней излучения радиотелефонов подтверждают эту печальную картину. Проблему влияния электромагнитного поля радиотелефона на здоровье стали широко обсуждать в США в начале 90-х годов. Именно тогда к производителям аппаратов и владельцам сотовых сетей был предъявлен ряд гражданских исков от родственников людей, активно пользовавшихся при жизни радиотелефоном и умерших от рака мозга. Вся эта история вызвала панику среди пользователей аппаратов сотовой связи, которая и привела в 1993 году к резкому падению курса акций крупнейших компаний, занятых в радиотелефонном бизнесе. Производители провели беспрецедентную кампанию по формированию благоприятного общественного мнения: в рекламу были включены сообщения о безопасности продукции, проводились пресс-конференции ученых, заявившие, что не было отмечено ни одного случая существования угрозы для здоровья от применения сотового телефона». При этом никто не отрицал того факта, что ни одного специального исследования, посвященного проблемам биомедицинских эффектов от радиотелефона к тому времени выполнено не было. Традиционно при рассмотрении биологических эффектов от электромагнитного поля считалось, что основным механизмом воздействия является «тепловое» поражение тканей. Исходя из этого, и разрабатывались стандарты безопасности во многих странах. Однако в последнее время появляется все большее количество доказательств, что существуют другие пути взаимодействия электромагнитного поля живого организма при интенсивностях поля, недостаточных для тепловых воздействий. В числе отдаленных проявлений этих воздействий и раковые, и гормональные заболевания, и многое другое. Кроме того, ученые обратили внимание на комбинированное воздействие малых интенсивностей различных видов воздействий. Практически все мы находимся в условиях одновременного воздействия электромагнитных полей, ионизирующих излучений, химических веществ и прочее. В результате совместного действия всех этих факторов процессы в организме протекают иначе, не так, как это моделировалось в лабораториях для какого-либо одного вредного воздействия.

Одна из групп провела в течение месяца эксперимент, в ходе которого 20 добровольцев 6 дней в неделю по 2 часа в день использовали стандартный сотовый телефон, а врачи анализировали их гормональное состояние. В отчете приведены данные об устойчивом снижении тиреотропного гормона, отвечающего за работу щитовидной железы. Хорошо известно, что при снижении функции щитовидной железы уменьшается потребление кислорода, снижается скорость обменных процессов. Внешние признаки этого - прорежение волос, сухая, одутловатая кожа с желтоватым оттенком. хриплый голос. Эксперименты на животных показали, что практически все контрольные системы организма реагируют именно на модулированный сигнал при низкой интенсивности энергии воздействия (100 мкВт/кв.см). При исследовании теплового воздействия электромагнитного излучения необходимо иметь в виду и тот факт, что ткани живого организма неоднородны. Например, в тканях головного мозга есть участки, которые из-за высокой проводимости способны поглотить значительно большую часть энергии электромагнитного излучения, чем соседние ткани. Возможность такого "локального" перегрева была достоверно установлена еще до изобретения радиотелефона. При превышении некоторых доз (кстати, весьма незначительных) высокочастотного излучения в мозгу подопытных животных наблюдались микроскопические участки, которые были буквально сварены. Не исключено, что подобное явление приведет к раку мозга. Вопрос о воздействии радиотелефонов на здоровье человека остается по сей день открытым.

Заключение

В ходе выполнения дипломного проекта были проведены расчет и анализ электродинамических и выходных параметров спиральной замедляющей системы широкополосной ЛБВ Ku-диапазона. Данный проект показывает перспективы развития математического моделирования.

Исходя из требований технического задания дипломного проекта была проведена оценка возможных конструкций замедляющей системы и выбрана оптимальная - спиральная ЗС с тремя металлокерамическими стержнями. Так же были рассмотрены основные требования, предъявляемые к выбранной замедляющей системе.

С помощью математического расчета на основе линейной теории ЛБВ были получены основные конструктивные параметры, такие как диаметр и шаг спирали, диаметр экрана, длина замедляющей системы, площадь керамических опор и т.д.

Была освоена программа WinHelix 1.0.0 для определения электродинамических параметров спиральной замедляющей системы на основе дисперсионного уравнения спиральной ЗС. Расхождение с линейной теорией составило: коэффициента замедления - 3%, сопротивления связи - 3.5%.

Зная основные параметры замедляющей системы - коэффициент замедления и сопротивление связи, с помощью программы HelixTwt, были определены выходные параметры спиральной ЗС: параметр усиления, выходная мощность, коэффициент усиления, коэффициент полезного действия (электронный и полный). Эти выходные параметры удовлетворили условия технического задания дипломного проекта.

Список литературы

1. Пирс Д. Р. «Лампа с бегущей волной», перевод с английского. Советское радио, 1952 г.

2. И.В. Лебедев «Техника и приборы СВЧ» 1-й,2-й том. Издание 2-е, переработанное и дополненное. М., 1972 г.

3. Кац А.М., Цейтлин М.Б. «Лампа с бегущей волной». Советское радио, М., 1964 г.

4. В. Клеен, К. Пешль «Введение в электронику сверхвысоких частот. Лампы с длительным взаимодействием», перевод с немецкого под ред. В.А. Солнцева. Советское радио, М., 1963г.

5. Коваленко В.Ф. «Введение в электронику сверхвысоких частот». Советское радио, 1955г.

6. Лошаков Л.Н., Пчельников Ю. Н. «Теория и расчет усиления лампы с бегущей волной». Советское радио, 1955г.

7. Силин Р.А. , Сазонов В.П. «Замедляющие системы». Советское радио, 1966 г.

8. Силин Р.А. «Периодические волноводы».,-М.:ФАЗИС, 2002г.

9. Ю.А. Кацман «Приборы СВЧ». Высшая школа, 1983г.

10. Н.А. Аваев, Г.Г. Шишкин «Электронные приборы». МАИ, 1996г.

11. С.В. Кукарин «Электронные СВЧ приборы».-М.: Радио и связь, 1981г.

12. В.М. Березин, В.С. Буряк, Э.М. Гутцайт, В.П. Марин «Электронные приборы СВЧ». Высшая школа, 1985г.

13. В.И. Гайдук, К.И. Палатов, Д.М. Петров «Физические основы электроники СВЧ». Советское радио, 1971г.

14. А.М. Чернушенко, Н.Е. Меланченко, Л.Г. Малорацкий, Б.В. Петров

«Конструкции СВЧ устройств и экранов». Радио и связь, 1983г.

15. В.Т. Овчарова «Лампа с бегущей волной». Госэнергоиздат., 1959г.

16. А. Бекк «Электронные лампы». Советское радио, 1958г.

17. Монахов А.Ф. «Защита от электромагнитных полей технологических установок» Москва. Издательство МЭИ, 1992г.

18. Никитин Д.П. Новиков. Ю.В. «Окружающая среда и человек». Москва. 2 издание 1986г.

Размещено на Allbest.ru