Размещено на http://www.allbest.ru/

МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СИСТЕМЫ "КОМНАТА МАГНИТНОЙ ТИШИНЫ"

Прищепов С.К., Ямилева З.М.

Известно, что магнитный фон имеет немаловажное значение в жизнеобеспечении биологического организма. Оказывая многоуровневое влияние на биообъект (БО), магнитные поля в различной степени определяют функционирование отдельных органов, их систем и организма в целом [1].

Наиболее благоприятной обстановкой для биообъекта является нормальное поле Земли (НПЗ), которое относительно постоянно и его уровень принимает значение 50-70 мкТл в зависимости от географических координат. Магнитные возмущения, возникающие в результате действия космических и техногенных агентов, искажают естественный магнитный фон. Магнитные аномалии (МА) могут быть постоянным или переменными, и их величина составляет 10-600 нТл. Частота переменных МА может достигать 200 Гц. Магнитные аномалии, сверхслабые по сравнению с НПЗ, существенным образом воздействуют на протекание многих биофизических, биохимических и физиологических процессов, что в свою очередь может привести к развитию различных патологий и прогрессированию заболеваний [2].

В связи с вышеизложенным возникает проблема защиты БО от влияния МА и одновременного сохранения действия НПЗ.

В предлагаемом устройстве стабилизации геомагнитного поля эта задача решается путем компенсации, т.е. формирования магнитного воздействия, равного по величине вектору МА, но противоположного по направлению. Измерение магнитного поля в системе производится с помощью трехкомпонентного феррозондового магнитометра, а воздействие формируется с помощью колец Гельмгольца (КГ) [3].

В ходе теоретического изучения системы была составлена ее математическая модель, которая с целью упрощения проведения последующих экспериментальных исследований, а также более наглядного представления полученных данных, была выполнена для двумерного пространства, т.е. рассматривалась работа двух пар КГ и двухкомпонентного феррозондового датчика, оси которых находятся в одной плоскости. Это позволило определить зависимость двумерного распределения создаваемого магнитного поля от угла падения б вектора МА.

При измерении магнитного воздействия в феррозондах наводятся ЭДС, пропорциональные составляющим напряженности Н_Х и Н_У вектора МА, т.к. коэффициенты осевого преобразования феррозондов и КГ в системе идентичны:

e_X ~ H₀Чcos б,

e_Y ~ H₀Чsin б;

где H_{0 -} величина напряженности;

б - угол падения вектора МА.

Выходные сигналы каналов преобразования - токи КГ, пропорциональны входным информационным сигналам феррозондов, т.е. в соответствии с полученными значениями ЭДС е_Х и е_У в КГ протекают управляющие токи:

I_X ~ H₀Чcos б,

I_Y ~ H₀Чsin б;

При этом парами КГ создаются магнитные поля, аксиальная и ортогональная ей радиальная составляющие которых принимают значения [4]:

где и - аксиальные составляющие полей Х-осевой и У-осевой пар КГ;

и - радиальные составляющие полей Х-осевой и У-осевой пар КГ;

В₀ - модуль вектора МА;

а = 0,5Чb, где b - сторона квадрата КГ.

Начало отсчета значений х и у совмещено с центром рабочего объема системы.

С целью повышения однородности создаваемого магнитного поля учитывается условие [4]:

d /a = 0,5445,

где d - расстояние от центра КМТ до КГ.

В соответствии с данным выражением и среднестатистическими сведениями о геометрических параметрах человека принимается d=1м, а=1,84м, при этом рабочий объем является кубическим и составляет 8м³. Кубическая форма рабочего объема и пропорциональное преобразование сигналов феррозондов в токи КГ обеспечивают независимость работоспособности системы от ее географического нахождения, т.е. от соотношения B_X и B_Y - полных векторов, действующих вдоль X-оси и Y-оси соответственно.

магнитная аномалия поле земля

Анализ векторов магнитного поля КГ, полученных в результате геометрического сложения аксиальных и радиальных составляющих, показал, что распределение относительной погрешности подавления МА является симметричным и линейно возрастающим относительно центра рабочего объема системы до 7,5% в зоне нахождения пациента и до 10,6% в наиболее удаленных (угловых) областях. Для центральной области характерно незначительное изменение погрешности, а на периферии она быстро возрастает, что обусловлено близостью КГ (рис.1. а - г). Такое распределение погрешности показывает, что в области расположения объекта защиты обеспечивается высокая однородность создаваемого магнитного поля.

При увеличении угла падения МА распределение магнитного воздействия изменяется и наиболее существенным образом - по осям пар КГ, где погрешность на границах ограниченного объема варьируются в пределах 4ч7%, что объясняется переложением создаваемого магнитного поля с одной пары КГ на другую. Колебания значений погрешности в остальных областях системы менее значительны и составляют доли и единицы процента в центре и на периферии рабочего объема соответственно. Так, при б = 0° (рис.1. а) компенсацию МА обеспечивает только Х-осевая пара КГ, и, следовательно, погрешность вносится только ею. Если увеличить угол до б = 30° (рис.1. б), то погрешность этой пары уменьшается, но она дополняется погрешностью уже включившейся У-осевой пары КГ. При б = 45° (рис.1. в) вклады обеих пар являются равными, а при б = 60° (рис.1. г) погрешность вносится в основном У-осевой КГ. Эти явления можно проследить по изменению уровней погрешности, обозначенных т. А и т. В (рис.1. а - г).

Таким образом, исследование полученной математической модели показало, что эффективность подавления системой МА в рабочем объеме от направления вектора магнитного возмущения существенно не зависит, при этом в центральной области рабочего объема системы, где располагается пациент, обеспечена наилучшая однородность магнитного поля: погрешность компенсации МА не превышает 7,5% в любой точке объема 7,6 м³ - достаточного для комфортного расположения пациента (рост 196 см и ниже) в течение длительного времени реабилитации и восстановления здоровья.

Библиографический список

1. Мизун Ю.Г., Хаснулин В.И. Наше здоровье и магнитные бури. - М.: Знание. - 1991 - 190 с.

2. Кострюкова Н.К. и др. Биологические эффекты сверхслабых магнитных полей / Экология человека. - 2004. - №3. - с.55-59.

3. Прищепов С.К., Ямилева З.М. Система "Комната магнитной тишины". // Сб. науч. тр. "Естествознание и гуманизм". - Томск. - 2004. - т.1, №2. - с.104.

4. Афанасьев Ю.В., Студенцов Н.В., Щелкин А.П. Магнитометрические преобразователи, приборы и установки. - Л.: Энергия. - 1972. - 273 с.

Размещено на Allbest.ru