Лабораторная работа №7. Защита от сверхвысокочастотного излучения

Цель работы:

- ознакомить студентов с характеристиками электромагнитного излучения, нормативными требованиями к электромагнитному излучению;

- провести измерения электромагнитного излучения СВЧ-диапазона в зависимости от расстояния до источника и оценить эффективность защиты от СВЧ-излучения с помощью экранов.

Общие сведения

Электромагнитные поля (ЭМП) генерируются токами, изменяющимися во времени.

Спектр электромагнитных (ЭМ) колебаний находится в широких пределах по длине волны l от 1000 км до 0, 001 мкм и менее, а по частоте f от 3 10² до 3 10²⁰ Гц, включая радиоволны, оптические и ионизирующие излучения. В настоящее время наиболее широкое применение в различных отраслях находит ЭМ энергия неионизирующей части спектра. Это касается, прежде всего, ЭМП радиочастот.

ЭМП складывается из электрического поля, обусловленного напряжением на токоведущих частях электроустановок, и магнитного, возникающего при прохождении тока по этим частям. Волны ЭМП распространяются на большие расстояния.

В промышленности источниками ЭМП являются электрические установки, работающие на переменном токе частотой от 10 до 10⁶ Гц, приборы автоматики, электрические установки с промышленной частотой 50 - 60 Гц, установки высокочастотного нагрева (сушка древесины, склеивание и нагрев пластмасс и др.).

Предельно допустимые уровни (ПДУ) по электрической составляющей не должны превышать 20 В/м, а по магнитной составляющей 5 А/м. ЭМП характеризуется совокупностью переменных электрических и магнитных составляющих. Различные диапазоны радиоволн объединяет общая физическая природа, но они существенно различаются по заключенной в них энергии, характеру распространения, поглощения, отражения, а вследствие этого по действию на среду, в т.ч. и на человека.

В волновой зоне интенсивность поля оценивается величиной плотности потока энергии (ППЭ), т.е. количеством энергии, падающей на единицу площади поверхности. В этом случае ППЭ выражается в Вm/м² или производных единицах: мВт/см², мкВm/см².

ЭМП по мере удаления от источника излучения быстро затухает. ЭМ волны диапазона УВЧ, СВЧ и КВЧ (микроволны) используются в радиолокации, радиоастрономии, радиоспектроскопии, геодезии, дефектоскопии, физиотерапии. Иногда ЭМП УВЧ диапазона применяются для вулканизации резины, термической обработки пищевых продуктов, стерилизации, пастеризации, вторичного разогрева пищевых продуктов. СВЧ-аппараты используются для микроволновой терапии.

Защита от ЭМП.

Защитные меры от действия ЭМП сводятся, в основном, к применению защитного экранирования, дистанционного управления устройствами, излучающими ЭМ волны, применению средств индивидуальной защиты.

Защитные экраны делятся на:

1) отражающие излучение (сплошные металлические экраны, экраны из металлической сетки, из металлизированной ткани);

2) поглощающие излучение (экраны из радиопоглощающих материалов).

К средствам индивидуальной защиты (СИЗ) относятся: спецодежда, выполненная из металлизированной ткани: защитные халаты, фартуки, накидки с капюшоном, перчатки, щитки, а также защитные очки (при интенсивности выше 1 мВт/см²), стекла которых покрыты слоем полупроводниковой окиси олова, или сетчатые очки в виде полумасок из медной или латунной сетки.

Описание лабораторной установки

Внешний вид лабораторной установки представлен на рис.1.

Стенд представляет собой стол, выполненный в виде сварного каркаса со столешницей 1, под которой размешаются сменные экраны 2, используемые для изучения экранирующих свойств различных материалов. На столешнице 1 размещены СВЧ печь 3 (источник излучения) и координатное устройство 4.

Координатное устройство 4 регистрирует перемещение датчика 5 СВЧ поля по осям «X», «Y». Координата «Z» определяется по шкале, нанесенной на измерительную стойку 6, по которой датчик 5 может свободно перемещаться. Это дает возможность исследовать распределение СВЧ излучения в пространстве со стороны передней панели СВЧ печи (элементы наиболее интенсивного излучения).

Датчик 5 выполнен в виде полуволнового вибратора, рассчитанного на частоту 2, 45 ГГц и состоящего из диэлектрического корпуса, вибраторов и СВЧ диода.

Координатное устройство 4 выполнено в виде планшета, на который нанесена координатная сетка. Планшет приклеен непосредственно к столешнице 1. Стойка 6 изготовлена из диэлектрического материала (органического стекла), чтобы исключить искажение распределения СВЧ поля.

В качестве нагрузки в СВЧ печи используется огнеупорный шамотный кирпич, устанавливаемый на неподвижную подставку, в качестве которой используется неглубокая фаянсовая тарелка, обеспечивающая стабильность измеряемого сигнала.

Сигнал с датчика 5 поступает на мультиметр 7, размещенный на свободной части столешницы 1 (за пределами координатной сетки ). При измерении ЭМП переключатель мультиметра устанавливается в положение «А» 2000 µ.

На столешнице 1 имеются гнезда для установки сменных защитных экранов 2, выполненных из следующих материалов:

1. сетка из оцинкованной стали с ячейками 50 мм;

2. сетка из оцинкованной стали с ячейками 10 мм;

3. лист алюминиевый;

4. полистирол;

5. резина.

Рис.1. Лабораторная установка.

 

Требования безопасности при выполнении лабораторной работы

1. К работе допускаются студенты, ознакомленные с устройством лабораторного стенда, принципом действия и мерами безопасности при проведении лабораторной работы.
2. Запрещается работать с открытой дверцей СВЧ печи.
3. Запрещается самостоятельно регулировать или ремонтировать дверь, панель управления, выключатели системы блокировки или какие-либо другие части печи. Ремонт должен производиться только специалистами.
4. СВЧ печь должна быть заземлена.
5. Не допускается включение и работа печи без нагрузки. Рекомендуется в перерывах между рабочими циклами оставлять в печи кирпич. При случайном включении печи кирпич будет выполнять роль нагрузки.

Порядок проведения работы

1. Ознакомиться с мерами по технике безопасности при проведении лабораторной работы и строго выполнять их.

2. Подключить СВЧ печь к сети переменного тока.

3. В печь на подставку (перевернутая тарелка) положить кирпич.

4. Датчик, размещенный на стойке (координата Z по указанию преподавателя), устанавливается в начало координат.

5. Включить мультиметр путем установки переключателя в положение «А» 2000µ (на экране «0»).

6. Установить режим работы СВЧ печи:

- клавишей «Micro» установить нагрузку Р= 100%;

- клавишей «1 min» установить время эксперимента 5 минут;

- нажатием кнопки «Start» включить печь.

7. Медленно перемещая датчик по оси Y координатной системы определить зоны наиболее интенсивного излучения и с помощью мультиметра зафиксировать их численные значения (над табл.4).

8. Перемещая стойку с датчиком по координате Х (удаляя его от печи до предельной отметки 24 см) снять показания мультиметра дискретно с шагом 30 мм. Данные замеров занести в табл.4. Затем перевести значения интенсивности излучения в мкВт/см² и, сравнив их с допустимыми значениями (табл.3), сделать вывод о безопасном расстоянии. Построить график распределения интенсивности излучения в пространстве перед печью.

9. Разместить датчик на отметке 20 мм по оси X в зоне наибольшего значения ЭМП. Зафиксировать показания мультиметра (над табл.5).

10. Поочередно устанавливать защитные экраны и фиксировать показания мультиметра(табл.5).

11. Определить эффективность экранирования для каждого экрана по формуле:

%, (7.1)

12. где: I - показание мультиметра без экрана, мкА;

13. Iэ- показание мультиметра с экраном, мкА.

14. Построить диаграмму эффективности экранирования от вида материала защитных экранов.

Таблица 4

Y_{максимального излучения}= ……. см

Номер измерения	Значение Х, см	Интенсивность излучения (показания мультиметра) 1 мкА = 0, 35 мкВт/см2
мкА	мкВт/см2

 

Таблица 5

I_{без экрана} = ……. мкА

Материал защитных экранов	Iэ, мкА	Эффективность экранирования, d
1. Крупная металлическая сетка
2. Мелкая металлическая сетка
3. Резина
4. Металлический лист.
5. Пластик

5.5. Контрольные вопросы

1. Назовите зоны, которые формируются вокруг источника ЭМП.

2. Каким образом определяют расстояние каждой зоны?

3. Назовите нормативные характеристики ЭМП в зоне индукции.

4. Назовите нормативные характеристики для ЭМП.

5. Назовите распределение источников ЭМП по частоте.

6. Что входит в измерительный комплект ЭМП?

7. Как определить эффективность экранирования ЭМП?

8. Назовите основные защитные меры от ЭМП.

⇐ Предыдущая1234567Следующая ⇒

Поделиться: