Розвиток методів та засобів контролю і захисту навколишнього середовища від електромагнітних випромінювань

Визначено характерні траси контролю рівня ЕМП для даного методу захисту. Ними варто вважати ті напрямки, у яких рівень ЕМП має екстремальні значення.

Запропонований метод можна використовувати для автоматичного захисту від впливу потужних перешкод тих приймальних пристроїв РЕЗ, у яких використовуються рамкові антени. У цьому випадку замість конденсатора установлюється варикап, на який подається випрямлена напруга, що наводиться в рамковій антені. Якщо перешкода приходить по напрямку максимуму діаграми спрямованості антени, то збільшується напруга на варикапі і відбувається електронна розстрійка коливального контуру, що приводить до зміни діаграми спрямованості і зниженні коефіцієнта підсилення антени. В результаті зменшується напруга перешкоди на вході приймального пристрою. При зникненні перешкоди діаграма спрямованості автоматично відновлюється.

Практика експлуатації екранованих приміщень з напівпровідних матеріалів показала, що в багатьох випадках ефективність їх екранування в умовах виробництва виявляється набагато нижче очікуваної. Проведені в другому розділі дослідження пояснюють причину цього явища. Дійсно, при визначеному розташуванні випромінювача щодо стін приміщення з'являються напрямки в просторі, в яких потужність випромінювання джерела ЕМП підсилюється. Отже, в цих напрямках варто очікувати зростання значення потужності, яка випромінюється з приміщення в навколишнє середовище. А це еквівалентно зменшенню коефіцієнта екранування. Останнє підтверджено експериментальними дослідженнями в лабораторних і реальних умовах. Враховуючи викладене внесено корективи в діючу методику атестації екранованих приміщень. Їх суть полягає в тому, що передавальну антену необхідно встановлювати не на тих відстанях, що передбачалися в методиці, а в місцях формування спрямованого випромінювання, а також в тих місцях біля стіни, при яких значення її коефіцієнта екранування буде мінімальним. Таким чином, контроль ЕМП повинен здійснюватися не по одній (як раніш), а по двох характерних трасах. За результат атестації якості екранованого приміщення варто приймати мінімальне з обмірюваних значень коефіцієнтів екранування. Проведено оцінку погрішності вимірів.

В процесі експлуатації екранованих приміщень запропоновано використовувати поточну форму контролю за допомогою автоматизованої системи, тому що крім захисту навколишнього середовища такі приміщення забезпечують і необхідний ступінь радіомаскування радіоелектронних засобів військового призначення. Приведено опис цієї системи.

Викладені також питання контролю якості матеріалів, що екранують, для радіоімпульсних випромінювань.

У розділі викладені результати практичного застосування матеріалів дослідження, розглянуті перспективи їхнього використання в системах контролю частоти обертання вала та в інших областях науки і техніки.

Висновки

У дисертації наведене теоретичне узагальнення і нове вирішення наукової проблеми, що виявляється в тому, що на основі інформації про просторовий розподіл ЕМП в об'єкті розроблені методи і засоби контролю та захисту навколишнього середовища, які дозволяют підвищити перативність одержання та достовірність первинних даних, раціонально розмістити джерела випромінювань і більш ефективно використувати композиційні захисни матеріали для нормалізації параметрів ЕМП у довкіллі.

Основні наукові і практичні результати полягають у наступному.

1. Розроблено теоретичні основи активного контролю ЕМП ближніх і далеких зон випромінювання, створюваних джерелами випромінювань як всередині приміщення, так і поблизу нього. Це дозволило:

- розробити архітектурно-будівельні і планувальні заходи, що дозволяють мінімізувати рівні випромінювання джерел ЕМП в виробничих та житлових приміщеннях і в навколишньому середовищі;

- створити математичні моделі, що дозволяють визначити всередині приміщення і поза ним характерні траси і границі санітарно-захисних зон, в яких здійснюється контроль рівня ЕМП ближніх і далеких зон випромінювань;

2. Вперше встановлено, що при опроміненні напівпровідного рецептора ЕМП (людини, екрана, напівпровідникового приладу) амплітудно-модульованими полями з різними несущими частотами можливий ефект локальної концентрації енергії полю в рецепторі. З урахуванням даного ефекту запропоновано новий метод активного контролю багаточастотних полів. Розроблено відповідний йому метод захисту.

3. Розроблено математичні методи визначення контрольованих параметрів напівпровідних матеріалів при екрануванні ближніх, амплітудно-модульованих і несинусоїдальних полів. Дослідження цих параметрів виявило наступні закономірності:

- коефіцієнт екранування напівпровідного матеріалу залежить від типу джерела ЕМП, яке екранується, і відстані між ними. Його значення може змінюватися на кілька десятків децибелів;

- коефіцієнт екранування радіоімпульсних випромінювань менше, ніж гармонійних. При цьому в спектрі прониклого крізь екран випромінювання має місце зростання амплітуди другої гармоніки;

- коефіцієнти екранування гармонійних і несинусоїдальних ЕМП для однорідних екранів приблизно однакові. Однак, неоднорідні екрани (яки мають щілини й отвори) екранують несинусоїдальні поля більш ніж на 10 Дб гірше, ніж гармонійні.

4. Виявлені закономірності в поводженні контрольованих параметрів засобів захисту дозволили:

- розробити рекомендації з вибору матеріалу, що екранує, для захисту від розглянутих типів ЕМП;

- обґрунтувати необхідність виміру коефіцієнта екранування напівпровідних матеріалів як у полі далеких, так і ближніх зон випромінювання;

- розробити принципи контролю коефіцієнта екранування захисних матеріалів у полі ближніх зон випромінювання;

- розробити додаткові вимоги до методик виміру коефіцієнта екранування зразків захисних матеріалів для амплітудно-модульованих полів, що підвищує якість їх захисту;

- удосконалити методику контролю якості екранованих приміщень з напівпровідних матеріалів, що підвищує достовірність результатів атестації таких приміщень.

5. Розроблено керований метод “неекранованого” захисту, який можна використовувати при проведенні активного контролю низькочастотних ЕМП, створюваних джерелом у виді токової петлі. Знайдено характерні траси контролю його якості.

6. Розроблено інженерні методи проектування пристосувань, що поглинають радіохвилі, для радіолокаційних та інших засобів контролю і захисту, які дають можливість промислового освоєння запропонованих пристосувань.

7. Знайшов подальший розвиток метод зменшення зони невизначеності радіолокаційних засобів контролю навколишнього середовища за допомогою радіозахисних пристосувань, що дозволило зменшити габарити і вартість захисного комплекту.

8. Розроблено новий метод конструювання засобів індивідуального захисту. Даний метод, на відміну від діючого, забезпечує припустиму по нормах поглинену дозу випромінювання для всіх ділянок тіла людини. Запропоновано принцип контролю якості захисного матеріалу одягу.

Вірогідність отриманих теоретичних результатів підтверджується власними експериментальними дослідженнями, а також експериментальними дослідженнями інших авторів.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Нефедов Л.И., Гордица Д.Д., Сахацкий В.Д. Системный анализ и оценка окружающей среды по электромагнитным излучениям при проектировании архитектурных объектов.- К.: УМК ВО, 1989.- 160c.

2. Павлов В.Ф., Сахацкий В.Д., Юрчак Б.С. Исследование возможности снижения фона излучения зеркальной антенны // Радиотехника и электроника.-1980.-T.25.-№12.-C.2548-2556.

3. Павлов В.Ф., Сахацкий В.Д. Определение характеристик поглощающего устройства, используемого для снижения фона излучения антенны // Радиотехника.- 1984.-Вып.70.-C.65-72.

4. Артеменко В.А., Дзюндзюк Б.В., Сахацкий В.Д. Об экранировании поля дипольного источника слоем полупроводящего материала // Радиотехника.- 1986.-Вып.79.-C.65-73.

5. Сахацкий В.Д. Особенности экранирования электромагнитных сигналов // Радиотехника.- 1988.-Вып.85.-C.124-127.

6. Сахацкий В.Д. К вопросу об эффективности экранирования гармонического и негармонического излучений // Радиотехника.- 1989.-Вып.89.-C.49-53.

7. Сахацкий В.Д., Павлов В.Ф. О возможности локального нагрева внутренних участков тела человека серией радиоимпульсов // Известия вузов. Радиофизика.-1989.-T.32.-№6.-C.701-705.

8. Павлов В.Ф., Сахацкий В.Д. Простой метод оценки коэффициента отражения // Радиотехника.- 1991.-Вып.94.-C.97-102.

9. Сахацкий В.Д., Запорожцев С.Ю., Нефедова А.Л. Графоаналитический метод моделирования электромагнитной обстановки вблизи фасада здания // Автоматизированные системы управления и приборы автоматики.- 1997.- Вып.105.-С.86-90.

10. Сахацкий В.Д. Новые возможности осуществления СВЧ- гипертермии // Вестник науки и техники.- 1997.-Вып.1.-C.53-55.

11. Сахацкий В.Д. О существовании быстрых поверхностных волн Н- типа // Радиотехника.- 1997.-Вып.104.-С.35-38.

12. Сахацкий В.Д. Исследование нетрадиционного способа защиты от электромагнитных излучений // Известия вузов. Радиоэлектроника.-1998.-Т.41.-№2.-С.78-80.

13. Сахацкий В.Д. Повышение эффективности радиопоглощающих структур при больших углах падения волны // Известия вузов. Радиоэлектоника.- 1998.-Т.41.-№4.-С.73-75.

14. Сахацкий В.Д. Распределение поля излучателя в помещении с полупроводящими стенами // Электромагнитные волны и электронные системы.- 1998.- Т.3.- № 5.- С.68-71

15. Сахацкий В.Д. Коэффициент экранирования полупроводящих материалов в ближнем электромагнитном поле // Вестник Харьковского государственного политехнического университета.- 1999.- Вып.47.- С.86-89.

16. Сахацкий В.Д. О контроле уровня электромагнитного излучения в экранированных помещениях // Укаїньский метрологічний журнал.- 1999.- Вип.3.-С.50-51.

17. Сахацкий В.Д. Координаты опасных мест расположения источников излучений в экранированном помещении // Радиотехника.- 1999.- Вып. 112.- С. 59-61.

18. Сахацкий В.Д. Экранирующие свойства композиционных материалов при воздействии ближних электрических полей // Технология приборостроения.- 1999.- №1.- С. 64-68.

19. Нефедова А.Л., Сахацкий В.Д., Аль- Хеяри Али, Нефедов Л.И. Анализ методов и средств защиты от электромагнитных полей // Науковий вісник будівництва,- 1999.-Вип.8.-С.193-202.

20. Корсунов А.Р., Сахацкий В.Д., Хуторненко С.В. Исследование роли места расположения источников излучений при иерархической структуре сот телекоммуникационных каналов // Технология приборостроения.-1999.-№ 3.-С. 8-10.

21. Корсунов А.Р., Сахацкий В.Д., Хуторненко С.В. О текущем контроле эффективности экранирования помещений // Системи обробки інформції. Збірник наукових праць. Вип.3(9).- Харків: НАНУ, ПАНМ, ХВУ, 2000.- С.142-145.

22. Нефедова А.Л., Сахацкий В.Д., Аль-Таххан Б., Аль- Хеяри А. Анализ распределения ЭМП по фасаду здания и в помещении здания от внешнего источника излучений // Радиоэлектроника и информатика.- 2000.- Вып.1.-С.147-149.

23. Сахацкий В.Д. Распределение электромагнитного поля источников индустриальных помех вблизи фасада здания с полупроводящими стенами // Вестник Харьковского государственного политехнического университета.- 2000.- Вып. 92.- С.49-52

24. Сахацкий В.Д. К вопросу об оценке резонансных длин волн в экранированном помещении с полупроводящими стенами // Вестник Харьковского государственного политехнического университета.- 2000.- Вып. 93.- С.152-155.

25. Сахацкий В.Д. Оценка ослабления поля радиоволн полупроводящей стеной с оконным проемом // Вестник Харьковского государственного политехнического университета.- 2000.- Вып. 106.- С. 58-61.

26. Болычевцев А.Д., Добрыдень В.А., Сахацкий В.Д., Смолин Ю.А. Текущий контроль как предмет научного исследования // Математическое моделирование в образовании, науке и промышленности: Сб. Научн. трудов.-С.-Пб.: Санкт- Петербургское отделение МАН ВШ.- 2000.- С.35-39

27. А.с. 1269300 СССР, МКИ H01 Q. Экранирующая одежда / В.Д. Сахацкий, Б.В. Дзюндзюк.- № 3862292; Заявл. 19.02.85. (Не подлежит опубликованию в открытой печати).

28. А.с. 1501325 СССР МКИ H01 Q. Экранирующая одежда В.Д. Сахацкий, Б.В. Дзюндзюк, Э.И. Куликовский, Багров В.М., Никитин А.А..- №4289037; Заявл. 22.06.87. (Не подлежит опубликованию в открытой печати).

29. Сахацкий В.Д. Особенности экранирования импульсных электромагнитных полей // Тезисы докл. 5-й Всесоюзн. межвуз. конф. "Проблемы охраны труда".- Рубежное: РФ ВМСИ.-1986.- С.226.

30. Нефедов Л.И., Кропачев М.Г., Сахацкий В.Д. Моделирование на микро--ЭВМ индустриальных радиопомех от транспорта // Тезисы докл. Республ. конф. "Микропроцессорные системы связи и управления на железнодорожном транспорте". - Алушта.-1991.- С.17-18.

31. Нефедов Л.И., Кропачев М.Г., Сахацкий В.Д. Вопросы синтеза проектных решений объектов строительства с учетом ЭМИ // Аннотац. докл. Международн. школы "Проектирование автоматизированных систем контроля и управления сложными объектами". - Харьков - Туапсе.- 1992.- С.59.

32. Сахацкий В.Д. Особенности контроля уровней электромагнитного излучения в производственных и жилых помещениях // Тезисы докл. 3-й Междунар. научно- техн. конф. "Контроль и управление в технических системах".- Ч.1.- Винница.- 1995.- C.141.

33. Сахацкий В.Д. Определение мест контроля уровней ЭМП в жилой зоне // Труды 2-й Междунар. конф. "Метрологічне забезпечення в галузі електричних, магнітних та радіовимірювань (Метрологія в електроніці - 97)".- Том 2.- Харків: Державне НВО "Метрологія".- 1997.-C.91-93.

34. Сахацкий В.Д. Новый физический принцип конструирования радиопоглощающих материалов // Материалы 7-й Междунар. крымской конф. "СВЧ- техника и телекоммуникационные технологии".- Севастополь: Севастопольский гос. техн. университет.- 1997.- C.121-122.

35. Сахацкий В.Д. Особенности измерения экранного затухания экранированных помещений // Труды 2-й Междунар. конф. "Метрологічне забезпечення в галузі електричних, магнітних та радіовимірювань (Метрологія в електроніці - 97).- Том 2.- Харків : Державне НВО "Метрологія".- 1997.- C.88-90.

36. Болычевцев А.Д., Добрыдень В.А., Любимова Н.А., Сахацкий В.Д. Оценка качества контроля многопараметрических объектов // Научные труды 3-й Междунар. конф. "Метрологічне забезпечення в галузі електричних, магнітних та радіовимірювань (Метрологія в електроніці - 2000).- Том 2.- Харків : Державне НВО "Метрологія".- 2000.- C.128-130.

37. Нефедов Л.И., Сахацкий В.Д., Аль- Таххан Б. Критерии оценки электромагнитной обстановки // Сборник научн. трудов по материалам 6-й Междунар. конф. "Теория и техника передачи, приема и обработки информации".- Харьков - 2000.- С.72-73.

38. Нефедова А.Л., Сахацкий В.Д., Аль- Хеяри А. Синтез средств защиты от электромагнитных излучений // Сборник научн. трудов по материалам 6-й Междунар. конф. "Теория и техника передачи, приема и обработки информации".- Харьков - 2000.- С.74-76.

39. Нефедов Л.И., Сахацкий В.Д., Аль- Хеяри А. Проектирование средств защиты от электромагнитных излучений // Інформаційно- керуючі системи на залізничному транспорті. - 2000.- №4.- С.112-113.

40. Нефедова А.Л., Сахацкий В.Д., Аль- Таххан Б. Системный анализ электромагнитной обстановки // Інформаційно- керуючі системи на залізничному транспорті. - 2000.- №4.- С.119-120.

Анотацiя

Сахацький В.Д. Розвиток методiв та засобів контролю і захисту навколишнього середовища вiд електромагнiтних випромiнювань.- Рукопис.

Дисертацiя на здобуття наукового ступеня доктора технiчних наук за спецiальнiстю 05.11.13- прилади і методи контролю та визначення складу речовин. Національний технiчний унiверситет “Харківський політехнічний інститут”, Харкiв, 2001.

Дисертацiя присвячена питанням теорiї та практики активного контролю ЕМП в навколишньому середовищі та якостi захисту вiд електомагнiтних випромiнювань.

В дисертацii розроблено новий напрямок контролю та захисту навколишнього середовища за допомогою напiвпровідних матерiалiв в умовах впливу полiв ближнiх зон та нових видiв випромiнювань. Розроблено математичні методи оцінки електромагнітної обстановки в виробнічних приміщеннях та у довкіллі, визначені характерні траси та точки контролю рівня ЕМП. Розроблено теорію визначення контрольованих параметрів захистних матеріалів. Встановлено, що коефiцiент екранування напiвпровідних матерiалiв залежить вiд типу джерела випромiнювань та вiд його вiдстанi до екрану. Коефiцiент екранування неоднорiдних екранiв для несинусоiдальних сигналiв набогато нижче, ніж гармонiчних. Запропоновано новi організаційні та технічни методи по зніженню рівнєв ЕМП та.методи контролю якостi захисту. Основнi результати роботи знайшли промислове впровадження в проектуваннi та контролі якостi екранування споруд спеціального призначення, засобiв особистого захисту, а також в нормалiзацii параметрiв ЕМП у селітебній зоні.

Ключовi слова: метод, контроль, захист, ближне поле, коефiцiент екранування, напiвпровідний матерiал.

Аннотация

Сахацкий В.Д. Развитие методов и средств контроля и защиты окружающей среды от электромагнитных излучений.- Рукопись.

Диссертация посвящена вопросам теории и практики активного контроля электромагнитной обстановки (ЭМО) в окружающей среде и созданию для этой цели средств и методов защиты от электромагнитных излучений.

В диссертации приведено теоретическое обобщение и новое решение научной проблемы создания методов и средств контроля и защиты окружающей среды в условиях воздействия на нее электромагнитных излучений, что выявляется в решении задач активного контроля ЭМП и разработке с этой целью методов и средств защиты от полей ближних и дальних зон, а также новых видов излучений на базе полупроводящих материалов.

В работе развит метод приближенных зеркальных изображений применительно к определению топографии поля и оценки ЭМО в экранированных помещениях, стены которых выполнены из полупроводящих материалов. Разработаны математические методы определения характерных трасс и точек контроля уровня поля, а также границ зон опасного излучения для различных типов источников и мест их расположения. Разработаны организационные меры защиты, позволяющие минимизировать площади этих зон.

Для источника индустриальных радиопомех, расположенного вне стен помещения, разработаны математические модели, позволяющие определить создаваемую им напряженность поля ближней зоны излучения вблизи фасада здания и в его окрестности, когда стены здания выполнены из железобетонных и полупроводящих материалов. Определены характерные трассы и точки контроля напряженности поля.

Если стены здания обладают высокими экранирующими свойствами, то опсность для биологических и технических объектов, расположенных внутри здания, представляют те электромагнитные излучения внешних источников, которые проникают внутрь помещения через окно. Найдена топография поля, создаваемая внешним источником в производственных и жилых помещениях. Определены точки контроля его уровня в зависимости от частоты падающего излучения.

Обнаружен эффект локальной концентрации многочастотных амплитудно-модулированных полей в полупроводящих средах, представляющий опасность для человека и полупроводниковых приборов. Предложен метод активного контроля многочастотных излучений, обеспечивающий снижение данного эффекта зо счет размещения источников излучений по частотному признаку..

Разработана теория, позволяющая оценить значения контролируемых параметров полупроводящих экранирующих материалов в условиях воздействия на них полей ближних зон и несинусоидальных излучений.

Установлено, что коэффициент экранирования зависит не только от параметров материала, но и от типа источника излучений и его расстояния до экрана. Коэффициент экранирования несинусоидальных излучений для неоднородных экранов гораздо меньше, чем гармонических.

Разработаны инженерные методы проектирования радиопоглощающих экранов, тонкопленочных покрытий и красок для радиолокационных и других средств контроля, которые базируются на промышленной технологии их изготовления, позволяют расширить функциональные возможности этих средств и одновременно повысить степень защиты окружающей среды от электромагнитных излучений.

Получил дальнейшее развитие метод уменьшения зоны неопределенности радиолокационных средств контроля окружающей среды с помощью радиозащитных приспособлений, что позволило уменьшить габариты и стоимость защитного комплекта.

Разработан управляемый метод “безэкранной” защиты, который позволяет в определенных направлениях нормализовать параметры низкочастотных ЭМП, создаваемых в окружающей среде источником в виде токовой петли, а также обеспечить защиту от помех радиоприемных устройств с рамочными антеннами. Найдена характерная трасса контроля его качества.

Разработан новый метод конструирования средств индивидуальной защиты. Данный метод, в отличие от действующего, обеспечивает допустимую по нормам поглощенную дозу излучения для всех участков тела человека. Предложен принцип контроля качества защитного материала одежды.

Усовершенствована методика контроля качества экранирования помещений, выполненных из полупроводящих материалов. Ее отличительной особенностью является то, что измерение коэффициента экранирования осуществляется не по одной характерной трассе (как это было раньше), а по двум. За результат контроля принимается наименьшее из измеренных значений, что повышает достоверность результатов аттестации экранированных помещений.

Основные результаты работы нашли промышленное внедрение при проектировании и контроле качества экранирования сооружений специального назначения, средств индивидуальной защиты, при оценке ЭМО источников индустриальных помех в процессе проектирования объектов строительства в селитебной зоне.

Ключевые слова: метод, контроль, защита, ближнее поле, коэффициент экранирования, полупроводящий материал.

Summary

Sakhatskiy V.D. The development of methods and equipment of control and environmental protection from electromagnetic radiation.- Manuscript.

The disertation is devoted to questions of theory and practice of active control of parameters of electromagnetic fieldin environment and quality protection from electromagnetic radiation. It were working out a new direction of control of electromagnetic fields and quality of methods and semiconducting material equipment protection in condition of influence fields of nearer zone and a new type of radiation in dissertation.

It were working out mathematicals methods of evaluation of electromagnetic fields in environmentand determine the characteristic of protecting materials.

It were mounting that the screening koeficiant semiconducting materials depends of type of radiation source and it's disstance to the screen. The screening koeficiant ununiform screens for unsinusoidal radiation is too less then for garmonical. It were proposing anew methods of control of quality protection.

The principal results of the work have find an industrial uses in designing exploit and control of quality of screening construction, the equipments of individual protection, evaluation of electromagnetic situation, which creates by sources of industrial hindrance.

Keywords: method, control, protection, nearer field, the screening koeficiant, semiconducting material

Размещено на Allbest.ru