Разработка прибора для измерения электромагнитного поля

/

/

Введение

Электромагнитное поле является особой формой материи. Различные части спектра электромагнитного поля характеризуются разными областями значений величины, которую называют частотой или связанной с ней через скорость света в вакууме длиной волны. В зависимости от этого параметра спектр электромагнитных излучений обычно делят на три части: радиоизлучение (диапазон длин волн до 0,1 мм), оптическое, включающее в себя инфракрасную, видимую и ультрафиолетовую области (до 10-2 мкм) и ионизирующее, к которому относят рентгеновское и гамма-излучения. При такой классификации спектра электромагнитных излучений исключаются электромагнитные явления, не зависящие от времени, соответствующие бесконечно большой длине волны или нулевой частоте, т.е. статические поля. Однако, электростатические и магнитостатические поля также являются физическими факторами, воздействующими на человека.

К потенциально опасным для здоровья человека относят гипогеомагнитные поля, постоянные электрические и магнитные поля, переменные электромагнитные поля (ЭМП) в диапазоне частот от 1 Гц до 300 ГГц, в котором особо выделяют электромагнитные поля промышленной частоты 50/60 Гц (ЭМП ПЧ) и электромагнитные излучения радиочастотного диапазона (ЭМИ РЧ) от 10 кГц до 300 ГГц.

Электростатическое поле (ЭСП) отмечается часто в бытовых условиях при использовании тканей из волокон с высокими диэлектрическими свойствами, эксплуатации персональных ЭВМ, при применении установок для ионизации воздушного пространства и т.д.

Источниками постоянного магнитного поля (ПМП) в быту могут быть средства электротранспорта (поезда метрополитена, железной дороги, трамваи), физиотерапевтическая аппаратура или диагностическое оборудование (установки ядерного магнитного резонанса).

Источниками ЭМП ПЧ являются элементы токопередающих систем различного напряжения (линии электропередачи, распределительные устройства и др.), электротранспорт, различные типы бытового электрооборудования.

Источниками электромагнитной энергии радиочастотного и микроволнового диапазонов в окружающей среде служат антенные системы радиолокационных станций, радио- и телерадиостанций, в том числе систем мобильной радиосвязи, а также физиотерапевтические аппараты и персональные ЭВМ. Причем, уровень электромагнитных полей радиочастотного диапазона искусственного происхождения, созданных человеком, существенно превышает уровень естественных полей.

Из-за того, что у человека нет органов чувств, непосредственно реагирующих на ЭМП РЧ, населению практически неизвестен тот факт, что в спектре электромагнитных излучений Земли из-за радиочастотных излучений произошли масштабные изменения. В некоторых участках спектра излучений Земля «светит» ярче Солнца. Такое сильное отклонение от естественного состояния электромагнитного спектра планеты произошло в XX веке в результате изобретения беспроводных средств коммуникаций, использующих электромагнитные волны радиочастотного диапазона. Радиосвязь, телевидение, радионавигация, системы сотовой телефонной связи явились источниками негативного влияния на окружающую среду и человека.

Целью данного дипломного проекта является разработка такого измерительного прибора, который мог бы использоваться для решения вопросов обеспечения экологической безопасности ЭМП и в первую очередь определять величины, которыми характеризуется электромагнитное поле промышленной частоты.

1. Параметры электромагнитного поля и механизмы его воздействия на человека

1.1 Параметры электромагнитного поля

Существуют четыре основные векторные функции координат и времени, определяющие электромагнитное поле:

-- напряженность электрического поля;

-- электрическая индукция;

-- напряженность магнитного поля;

-- магнитная индукция.

Радиус-вектор означает зависимость от пространственных координат, t - от времени. В изотропной среде (в среде, свойства которой не зависят от направления) векторы , и , связаны соотношениями:

;

;

, (1.1)

где ? - диэлектрическая проницаемость - параметр, характеризующий электрические свойства среды;

? - магнитная проницаемость - параметр, характеризующий магнитные свойства среды;

- плотность тока проводимости;

? - удельная проводимость среды.

В частности, в вакууме ? = ?0, ? = ?0, ?0 = 107/4?с2ф/м - электрическая постоянная, ?0 = 4p·10-7 Гн/м - магнитная постоянная, с = 2,9979·108 м/с - скорость света в вакууме.

Используя последнее соотношение из (1.1), можно вывести формулу:

, (1.2)

где R - электрическое сопротивление цилиндрического проводника длиной l с площадью поперечного сечения S.

Наличие связи (1.1) позволяет для характеристики электромагнитного поля в воздухе, а также в вакууме и вообще в любой изотропной среде использовать вместо четырех величин только две: либо или (обычно используют ), либо или (используют как ту, так и другую величину).

Определить электромагнитное поле в некоторой области пространства, например, в воздухе, значит определить векторы и или в каждый момент времени в каждой точке пространства.

Перечисленные выше векторные величины являются силовыми характеристиками электромагнитного поля. Так, является отношением силы, действующей на положительный точечный заряд и направленной вдоль скорости движения, если заряд движется, к заряду. В свою очередь, есть отношение силы, действующей на положительный точечный заряд и направленной перпендикулярно скорости движения, к произведению заряда на модуль скорости движения.

В Международной системе единиц (СИ) величины, связанные с электромагнитным полем, именуются электрическими. В качестве основной электрической величины выбрана сила электрического тока, с единицей измерения ампер, размерность которой (I) входит во все производные единицы измерения электрических величин.

В таблице 1.1 приведены основные величины, характеризующие электромагнитное поле и единицы их измерения.

Таблица 1.1

Величины, характеризующие электромагнитное поле

По временной зависимости величины, характеризующие электромагнитное поле, подразделяются на следующие основные виды:

1) постоянные (не зависящие от времени);

2) гармонические колебания;

3) произвольные периодические колебания;

4) импульсы;

5) шумы;

6) модулированные колебания.

В отличие, например, от акустических полей, которые представляют собой зависимость некоторой одной скалярной величины от времени, электромагнитное поле является более сложным объектом, так как описывается двумя векторными величинами и , т.е. шестью скалярными величинами. Специфику описания временной зависимости электромагнитного поля можно продемонстрировать на примере наиболее распространенного вида колебаний - гармонического колебания. Это колебание описывается следующими математическими выражениями:

,

,

где

, - амплитудные векторы напряженности электрического поля, зависящие только от пространственных координат и ортогональные друг другу;

, - амплитудные векторы напряженности магнитного поля, зависящие только от пространственных координат и ортогональные друг другу;

f - частота колебания. С частотой однозначно связаны такие величины как ? = 2pf - круговая частота, Т =1/f - период колебания, ? = c/f - длина волны.

В случае гармонического колебания, напряженность электрического (магнитного) поля характеризуется частотой и двумя векторными величинами (шестью скалярными). Если один из векторов равен нулю, то напряженность электрического (магнитного) поля не меняет своей ориентации в пространстве, изменяясь во времени только по величине и меняя направление на противоположное при прохождении через нуль. В общем случае (оба вектора отличны от нуля), конец вектора () описывает эллипс, а если ¦¦=¦¦ (¦¦=¦¦), то - окружность. При этом эллипс (окружность) расположен в плоскости, проходящей через векторы () и ().

В случае произвольных периодических колебаний конец вектора () описывает в пространстве замкнутую кривую, форма которой может быть весьма сложной.

Постоянное электрическое поле часто называют электростатическим. Оно создается заряженными диэлектрическими или металлическими телами. Графически структуру электрического поля принято изображать при помощи силовых линий, к которым вектор напряженности электрического поля касателен в каждой точке. Каждая силовая линия начинается на положительном заряде и заканчивается на отрицательном или уходит в бесконечность. Густота силовых линий качественно характеризует модуль напряженности электрического поля. Наиболее простую структуру имеет электрическое поле неподвижного точечного положительного заряда. Если поместить точечный положительный заряд q в начало декартовой системы координат, то вектор будет направлен вдоль радиуса-вектора и его модуль будет убывать обратно пропорционально квадрату расстояния ¦¦. В этом случае силовые линии - лучи, выходящие из начала координат (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 - Электрическое поле неподвижного точечного положительного заряда

Более сложную структуру имеет система, состоящая из двух равных по величине и противоположных по знаку точечных зарядов (рисунок 1.2).

Рисунок 1.2 - Электрическое поле системы двух равных по величине и противоположных по знаку точечных зарядов

Наконец, самую простую структуру имеет электрическое поле равномерно заряженной плоскости (рисунок 1.3).

Рисунок 1.3 - Электрическое поле равномерно заряженной плоскости

Выше и ниже плоскости электрическое поле является однородным (напряженность электрического поля одинакова во всех точках), а вектор -перпендикулярен заряженной плоскости.

Практически в любой реальной структуре постоянного электрического поля можно найти структурные элементы, изображенные на рисунки 1.1 - 1.3. Например, имеется положительно заряженное металлическое тело (рисунок 1.4), и на некотором расстоянии от него - заземленное металлическое тело.

Рисунок 1.4 - Электрическое поле реальной структуры

Так как одноименные заряды отталкиваются, а разноименные притягиваются, то положительные заряды уйдут с заземленного тела в землю, и оно зарядится отрицательно. Поэтому в целом структура электрического поля будет похожа на структуру, изображенную на рисунок 1.2. Вблизи плоских участков обоих тел электрическое поле будет по структуре близко к однородному полю (рисунок 1.3), а вблизи острых кромок похоже на электрическое поле, изображенное на рисунок 1.1. Подобным образом можно проанализировать любую систему заряженных тел.

Постоянное магнитное поле создается постоянным магнитом или проводниками с постоянным током. Графически структуру постоянного магнитного поля изображают при помощи силовых линий магнитного поля - линий, к которым вектор напряженности магнитного поля касателен в каждой точке.

Простейшим элементом, создающим магнитное поле, является бесконечно тонкий прямолинейный провод с постоянным током. В этом случае силовые линии магнитного поля - окружности, центры которых расположены на проводе с током, а сами окружности лежат в плоскостях, перпендикулярных проводу.

При наличии временной зависимости электрическое и магнитное поля связаны друг с другом и образуют единое целое - электромагнитное поле. В случае гармонических колебаний, пространственная структура электромагнитного поля зависит не только от распределения зарядов и токов на некотором проводящем теле, но и от частоты, а точнее от соотношения между длиной волны ? размерами источника Lu и расстоянием от источника до точки наблюдения R:

1) Lu << ?; R << ?. Размеры источника и расстояние от источника до точки наблюдения малы по сравнению с длиной волны. В этом случае электрическое и магнитное поля практически не зависят друг от друга. Электрическое поле возбуждается только зарядами, а магнитное - только токами. При этом в каждый момент времени в каждой точке пространства, удовлетворяющей условию R << ?, мгновенное значение напряженности электрического (магнитного) поля соответствует мгновенному значению распределения зарядов (токов). По величине и направлению эти значения такие же, как при постоянном распределении зарядов (токов). При выполнении этого условия точка наблюдения находится в ближней зоне. В рассматриваемом случае нет электромагнитного излучения, а есть независимые друг от друга квазистатические переменные электрическое и магнитное поля. Поэтому объект, находящийся в таком электромагнитном поле, подвергается как бы отдельно воздействию электрического и магнитного полей. Так как физические механизмы взаимодействия электрического и магнитного полей с помещенным в них телом разные, предельно допустимые уровни устанавливаются отдельно для электрического и магнитного полей.

2) Lu << ?; R >> ?. При выполнении условия R >> ? говорят, что точка наблюдения находится в дальней зоне. В этой зоне независимо от вида источника (переменные заряды или токи) существует сформировавшееся электромагнитное поле в виде сферической волны, которая распространяется во все стороны от источника электромагнитного поля. В такой волне векторы напряженности электрического и магнитного полей перпендикулярны друг другу и направлению распространения волны, а их модули связаны соотношением

, (1.3)

где - волновое сопротивление свободного пространства.

При этом модули напряженности электрического и магнитного полей убывают обратно пропорционально расстоянию от источника до точки наблюдения. Распространение электромагнитной волны сопровождается переносом энергии электромагнитного поля в направлении распространения волны. Плотность потока энергии электромагнитного поля р определяется по формуле:

. (1.4)

3) Lu >> ?. Как правило, источники излучения, для которых выполняется это условие, являются антеннами радиолокаторов или систем дальней связи. В отличие от предыдущего случая, кроме ближней и дальней зоны, есть еще промежуточная зона, в которой электромагнитная волна распространяется по законам геометрической оптики и в случае зеркальной антенны или многоэлементной антенной решетки имеет вид прожекторного луча.

Независимо от того, в какой зоне находится объект, подвергаемый воздействию электромагнитного поля, характер воздействия, главным образом, зависит от соотношения между длиной волны ? и размером объекта Lo. Если Lo << ?, то даже, если объект расположен в промежуточной или дальней зоне, электрическое и магнитное поля воздействуют на объект, возбуждая в нем токи, как независимо существующие поля, которые взаимодействуют сразу со всем объектом. В этом случае, например, для оценки тепла, выделяемого в объекте, надо найти токи, возбуждаемые электрическим и магнитным полями отдельно, а затем по суммарному току рассчитать выделяемое в объекте тепло.

Если Lo >> ?, то объект находится в поле электромагнитной волны, как в едином целом. В этом случае оценивается предельное значение тепла, которое можно выделить в объекте, умножив плотность потока энергии электромагнитного поля на площадь максимального сечения объекта в плоскости, перпендикулярной направлению распространения электромагнитной волны.

Как уже отмечалось выше, напряженность электрического (магнитного) поля является векторной функцией времени и координат, и измерение ее в каждый момент времени и в каждой точке пространства не реально, да в этом и нет необходимости. Поэтому, когда говорят об измерении напряженности переменного электрического (магнитного) поля, то подразумевают, что речь идет об измерении одного или нескольких скалярных параметров напряженности электрического (магнитного) поля или электромагнитной волны.

Для характеристики периодических электромагнитных колебаний используют следующие параметры:

1) среднее квадратическое значение напряженности электрического поля :

, (1.5)

где Т - период колебаний;

2) среднее квадратическое значение проекции напряженности электрического поля на заданное направление

, (1.6)

где - единичный вектор, определяющий заданное направление;

3) средние квадратические значения напряженности магнитного поля и магнитной индукции. Они определяются аналогичным образом. Соответствующие формулы получаются в результате замены Е на Н или В;

4) средняя плотность потока энергии электромагнитного поля в плоской волне.

1.2 Механизмы воздействия электромагнитного поля на человека

Любое вещество, в том числе и то, из которого состоит человек, является смесью частиц, имеющих положительные и отрицательные заряды. Важнейшей электромагнитной характеристикой свойств вещества является его электропроводность. В зависимости от степени электропроводности, вещества делятся на диэлектрики (? > 0) и проводники (? > ?). В результате резкого различия диэлектриков и проводников, их поведение в электромагнитных полях оказывается неодинаковым. Однако большинство веществ по параметру электропроводности занимают промежуточное положение между идеальными диэлектриками и идеальными проводниками. Вещества типа земли и воды ведут себя, в зависимости от характеристик электромагнитного поля, то как проводники, то как диэлектрики. Если зависимость электромагнитного поля от времени является гармонической, то существует мера оценки свойств вещества на частоте ?. Если , то вещество характеризуется как диэлектрик, если , то как проводник. Следовательно, в широком диапазоне частот свойства вещества могут меняться весьма значительно. Однако имеется общая тенденция превращения вещества в диэлектрик с ростом частоты.

Исходя из того, что при отсутствии внешнего электростатического поля тело человека электрически нейтрально (суммарный заряд равен нулю), при его воздействии на человека можно выделить три ситуации:

1) тело человека находится в поле и изолировано от остальных тел. В этом случае подвижные заряженные частицы вещества расположатся как у проводника на поверхности тела, а связанные поляризуются, как у диэлектрика;

2) тело человека заземлено. Тогда подвижные заряженные частицы, определяющие проводимость тела человека, перетекут на землю и тело приобретет заряд, который можно обнаружить, изолировав тело от земли и экранировав его от электрического поля;

3) тело человека является частью электрической цепи, в которой ток проводимости (перенос заряженных частиц) вызывается сторонней напряженностью электрического поля.

Действие постоянного магнитного поля на вещество, являющееся проводником, по которому течет электрический ток (движутся заряженные частицы), связано с магнитной силой, действующей под прямым углом к направлению движения. Общее движение представляет собой движение по цилиндрической спирали.

Взаимодействие внешних электромагнитных полей с биологическими объектами осуществляется путем наведения внутренних полей и электрических токов, величина и распределение которых в теле человека зависят от целого ряда параметров, таких как размер, форма, анатомическое строение тела, электрические и магнитные свойства тканей (диэлектрическая и магнитная проницаемости и удельная проводимость), ориентация тела относительно векторов электрического и магнитного полей, а также от характеристик ЭМП (частота, интенсивность, модуляция и др.).

Согласно современным представлениям, по механизму действия ЭМП сверхнизкочастотного и низкочастотного диапазонов (вплоть до 10 - 30 кГц), основную опасность для организма представляет влияние наведенного электрического тока на возбудимые структуры (нервную, мышечную ткань). Параметром, определяющим степень воздействия, является плотность наведенного в теле вихревого тока. При этом, для электрических полей (ЭП) рассматриваемого диапазона частот характерно слабое проникновение в тело человека, для магнитных полей (МП) - организм практически прозрачен.

Плотности наведенного тока (j) могут быть рассчитаны по формулам:

- для ЭП

j = k · f ·E,

где f - частота,

Е - напряженность ЭП,

k - коэффициент, отличающийся для различных тканей;

- для МП

j = p · R · ? · f · B,

где В - магнитная индукция,

? - проводимость ткани.

Поглощение энергии ЭМП в тканях определяется главным образом двумя процессами: колебанием свободных зарядов и колебанием дипольных моментов с частотой воздействующего поля. Первый эффект приводит к возникновению токов проводимости и связанным с электрическим сопротивлением среды потерям энергии (потери ионной проводимости), тогда как второй процесс приводит к потерям энергии за счет трения дипольных молекул в вязкой среде (диэлектрические потери). На низких частотах основной вклад в поглощение энергии ЭМИ вносят потери, связанные с ионной проводимостью. Ионная проводимость возрастает с ростом частоты поля до 106 - 107 Гц в связи с уменьшением емкостного сопротивления мембран и со все большим участием внутриклеточной среды в общей проводимости, что ведет к увеличению поглощения энергии. При дальнейшем увеличении частоты ионная проводимость среды остается практически постоянной, а поглощение энергии продолжает увеличиваться за счет потерь на вращение дипольных молекул среды, главным образом, молекул воды и белков. Первичные механизмы действия поглощенной энергии на микромолекулярном, субклеточном, клеточном уровнях изучены слабо. Одним из проявлений взаимодействия ЭМП с веществом вообще и с биологическими структурами, в частности, является их нагрев. Однако доказано, что биологические эффекты влияния ЭМП могут проявляться не только при действии сравнительно высоких интенсивностей излучений, вызывающих общий нагрев тканей, но и при так называемых «нетепловых» уровнях, когда общего повышения температуры не наблюдается. Возможно, при любых интенсивностях воздействия поглощение энергии ЭМП в тканях приводит к тепловыделению, однако распределение тепла может иметь неравномерный характер и приводить к возникновению внутренних «горячих точек» при интенсивности ЭМИ на порядок ниже интегрального теплового порога. Имеются данные о влиянии ЭМИ на клеточные мембраны, структуру некоторых белков, электрическую активность нейронов. Отмеченные эффекты не всегда могли быть интерпретированы как чисто тепловые. То есть принципиальная возможность неоднородного нагрева в мелкодисперсных биологических системах не вызывает сомнения, но вопрос о его количественной оценке остается открытым и не теряет своего значения.

В последнее десятилетие получила дальнейшее развитие информационная теория воздействия ЭМИ, основанная на концепции взаимодействия внешних полей с внутренними полями организма.

2. Анализ методов измерения электромагнитного поля

2.1 Методы измерения параметров электромагнитного поля

2.1.1 Напряженность электрического поля

Наиболее распространенным методом измерения параметров электрического поля является метод, в основе которого лежит свойство проводящего тела, помещенного в электрическое поле. Если поместить в электрическое поле незаряженное проводящее тело, то под действием электрического поля произойдет перераспределение электрических зарядов в теле и на его поверхности таким образом, что напряженность электрического поля в теле и касательная составляющая напряженности на его поверхности обратятся в нуль. При этом, кроме внешнего (падающего) поля, которое существовало в пространстве до внесения в него проводящего тела, появится электрическое поле, возбуждаемое зарядами на теле (рассеянное электрическое поле). Именно напряженность полного (суммарного, т.е. равного сумме внешнего и рассеянного) электрического поля в теле и касательная составляющая на поверхности должны равняться нулю. Равенство нулю касательной составляющей напряженности суммарного электрического поля на поверхности тела и напряженности суммарного электрического поля в теле означает, что потенциал суммарного электрического поля во всех точках тела одинаков. Этот потенциал называется потенциалом проводящего тела. Он равен потенциалу внешнего электрического поля в некоторой точке проводящего тела. Если проводящее тело находится в однородном электрическом поле, то эта точка совпадает с центром электрических зарядов тела (понятие центра электрических зарядов аналогично понятию центра масс в механике). Положение центра электрических зарядов зависит только от формы тела, и для тел, имеющих центр симметрии (шар, куб, цилиндр), совпадает с центром симметрии. Это значит, что потенциал проводящего шара (куба, цилиндра), помещенного в однородное электрическое поле, равен потенциалу внешнего электрического поля в центре шара (куба, цилиндра).

Если в однородное электрическое поле поместить два проводящих тела, то возникнет разность потенциалов, равная разности потенциалов внешнего электрического поля между центрами электрических зарядов тел. Эта разность потенциалов U связана с модулем напряженности внешнего электрического поля Е0 соотношением:

U = L E0 cos?, (1.11)

где L - расстояние между центрами электрических зарядов,

? - угол между вектором напряженности внешнего электрического поля и прямой, соединяющей центры электрических зарядов.

Приведенное соотношение лежит в основе измерения напряженности электрического поля, так как связывает разность потенциалов U между двумя проводящими телами, которая может быть измерена, с модулем напряженности внешнего электрического поля. Все сказанное выше относится как к постоянному, так и переменному электрическим полям при условии, что в случае переменного электрического поля размеры системы, состоящей из проводящих тел, малы по сравнению с длиной волны.

Модуль напряженности постоянного электрического (электростатического) поля. Формально для измерения модуля напряженности постоянного электрического поля можно использовать описанный выше принцип и использовать соотношение (1.12), измеряя вольтметром постоянного тока с большим входным сопротивлением напряжение U между проводящими телами, образующими первичный преобразователь. Однако из-за конечного входного сопротивления вольтметра между проводящими телами будет протекать ток. В результате протекания тока тела будут заряжаться, а разность потенциалов между телами будет уменьшаться. При этом показания вольтметра будут меняться. Формула применима при бесконечно большом входном сопротивлении вольтметра. Чтобы избежать этого, первичный преобразователь приводят во вращение, тем самым, изменяя во времени угол ?. Если угловая скорость вращения первичного преобразователя ?, то получаем:

U = L E0 cos?t. (1.12)

Таким образом, на выходе первичного преобразователя (между проводящими телами) будет действовать переменное напряжение, амплитуда которого пропорциональна модулю напряженности внешнего электростатического поля. Измерение U позволяет найти модуль напряженности внешнего электростатического поля.

Существуют различные варианты описанного метода измерения модуля напряженности электростатического поля. Например, можно вращать первичный преобразователь вокруг его центра симметрии, а можно использовать несимметричный преобразователь, оставляя при вращении одно из проводящих тел неподвижным. Наконец, можно оставить оба тела неподвижными, а вращать дополнительное третье тело, которое периодически экранирует первичный преобразователь.

Среднее квадратическое значение напряженности переменного электрического поля. При измерении напряженности переменного электрического поля в качестве первичного преобразователя, как правило, используется дипольная антенна, размеры которой малы по сравнению с длиной волны. Дипольная антенна состоит из двух одинаковых, симметрично расположенных и изолированных друг от друга металлических тел. Это могут быть, например, два соосных цилиндра (цилиндрическая антенна), два соосных конуса, обращенных вершинами друг к другу (биконическая антенна), две тонкие металлические полоски на диэлектрическом основании, две параллельные пластины (конденсаторная антенна) и т.д. Дипольная антенна имеет ось симметрии, например, общую ось цилиндров у цилиндрической антенны или общую ось конусов у биконической антенны. Эта ось называется осью дипольной антенны.

Если поместить дипольную антенну в однородное электрическое поле, то между элементами, образующими дипольную антенну (цилиндрами, конусами и т.д.), возникнет переменное напряжение, мгновенное значение которого будет пропорционально проекции мгновенного значения напряженности электрического поля на ось дипольной антенны. Измерение среднего квадратического значения этого напряжения даст величину, пропорциональную среднему квадратическому значению проекции напряженности электрического поля на ось дипольной антенны. Здесь речь идет о внешнем электрическом поле, т.е. об электрическом поле, которое существовало в пространстве, до внесения в него дипольной антенны. Таким образом, основными элементами измерителя электрического поля (измерителя среднего квадратического значения напряженности переменного электрического поля) являются дипольная антенна и средний квадратический вольтметр.

2.1.2 Напряженность (индукция) магнитного поля

Модуль напряженности постоянного магнитного поля. Существует несколько типов измерительных преобразователей постоянного магнитного поля, основанных на различных физических явлениях. Однако, в диапазоне значений напряженности магнитного поля, принятом для измерения на соответствие санитарным нормам, обычно используются преобразователи, основанные на эффекте Холла. Их широкое распространение связано отчасти с тем, что они используются не только для измерения постоянного магнитного поля, но и позволяют измерять низкочастотное переменное поле.

Эффект Холла относится к гальваномагнитным явлениям, под которыми понимают ряд вторичных эффектов, возникающих при помещении проводника или полупроводника с током в магнитное поле. К ним относятся: возникновение разности потенциалов (ЭДС), изменение электрического сопротивления проводника, возникновение разности температур.

Эффект Холла проявляется, если к паре противоположных граней прямоугольной пластины из полупроводника приложить напряжение, вызывающее постоянный ток. Под действием вектора индукции, перпендикулярного пластине, на движущиеся носители заряда будет действовать сила, перпендикулярная вектору плотности постоянного тока. Следствием этого будет возникновение разности потенциалов между другой парой граней пластины. Эту разность потенциалов называют ЭДС Холла. Ее величина пропорциональна составляющей вектора магнитной индукции, перпендикулярной пластине, толщине пластины и постоянной Холла, которая является характеристикой полупроводника. Таким образом, зная коэффициент пропорциональности между ЭДС и магнитной индукцией и измеряя ЭДС, определяют значение магнитной индукции.

Среднее квадратическое значение напряженности переменного магнитного поля. В качестве первичного преобразователя используется рамочная антенна, размеры которой малы по сравнению с длиной волны. Под действием переменного магнитного поля на выходе рамочной антенны возникает переменное напряжение, мгновенное значение которого пропорционально проекции мгновенного значения напряженности магнитного поля на ось, перпендикулярную плоскости рамочной антенны и проходящую через ее центр. Измерение среднего квадратического значения этого напряжения дает величину, пропорциональную среднему квадратическому значению проекции напряженности магнитного поля на ось рамочной антенны.

2.1.3 Плотность потока энергии электромагнитного поля

На частотах до нескольких десятков гигогерц плотность потока энергии измеряется в уже сформировавшейся электромагнитной волне, структура которой близка к структуре плоской волны. В этом случае плотность потока энергии связана с напряженностью электрического или магнитного поля. Поэтому для измерения плотности потока энергии используются фактически измерители среднего квадратического значения напряженности электрического или магнитного полей, которые отградуированы в единицах плотности потока энергии электромагнитного поля.

2.2 Приборы для измерения параметров электромагнитного поля

2.2.1 Narda EFA-200 / EFA-300 - Портативный анализатор ЭМП промышленной частоты

Измеритель напряженности электрического и магнитного поля EFA-300 является идеальным портативным анализаторами для измерения магнитных и электрических полей на рабочих местах и в местах общественного пользования. Обеспечивают проведение практически любых необходимых измерений в области низких частот с высокой точностью, сочетающейся с простотой в обращении.

Область применения. Приборы EFA-200 и EFA-300 являются идеальными портативными анализаторами для измерения магнитных и электрических полей на рабочих местах и в местах общественного пользования. Обе модели EFA-200 / EFA-300 рассчитаны на профессиональное применение на предприятиях энергетики, в муниципальных учреждениях, в страховых обществах, а также в индустрии безопасности и охраны здоровья. Приборы EFA-200 и EFA-300 обеспечивают проведение практически любых необходимых измерений в области низких частот с высокой точностью, сочетающейся с простотой в обращении.

Основные операции. Оба прибора, EFA-200 и EFA-300, имеют встроенные изотропные датчики магнитного поля. Возможно использование также дополнительных внешних датчиков. Например, для стандартизованных измерений различных магнитных полей может использоваться изотропный датчик В-поля с высокой чувствительностью и большой (100 см2) площадью поперечного сечения. Для измерений в труднодоступных местах предусмотрен миниатюрный датчик-анализатор В-поля диаметром 3 см. В состав модели EFA-300 входит модуль для изотропных измерений Е-поля. Этот модуль содержит датчик и электронику, позволяющую ему функционировать независимо от базового модуля. Для считывания результатов измерения в реальном масштабе времени и управления этим модулем может использоваться как базовый прибор, так и компьютер с программным обеспечением EFA-TS для удаленного доступа. Модуль, измеряющий Е-поле, может использоваться автономно в режиме регистрации данных. Прибор можно использовать, как анализатор электромагнитного поля. Сохраненные данные позднее можно считать и проанализировать с помощью компьютера и программного обеспечения EFA-TS. Главное преимущество удаленного управления при измерении Е-поля заключается в том, что при этом значительно снижается искажение измеряемого поля присутствием человеческого тела.

Таблица 2.1

Характеристики Narda EFA-200 / EFA-300

Прибор для измерения электромагнитных полей EFA-300 значительно превосходит по функциональным характеристикам аналоги П3-50 и П3-70.

Режимы работы:

- Режим измерения напряженности поля (Широкополосные измерения напряженности поля измерения на выбранной частоте, измерение индукции магнитного поля).

- Режим измерения STD (формирование временной области) - инновационная технология для измерения полей независимо от формы сигнала.

- Спектральный режим быстрого преобразования Фурье (FFT) (опция).

- Режим гармонического анализа (обеспечивается вместе с режимом FFT).

Таблица 2.2

Режим измерения напряженности поля Narda EFA-200 / EFA-300

2.2.2 Прибор для измерения параметров электромагнитных полей промышленной частоты BE-50

Прибор для измерения параметров электромагнитных полей промышленной частоты 50 Гц. Измеряет эффективные значения напряженности электрического поля и индукции магнитного поля, частоту осцилляций поля, параметры эллипса поляризации.

Область применения - контроль требований по СанПиН 2.2.4.1191-03 и СанПиН 2.1.2.1002-00 предельно допустимых уровней электромагнитного поля промышленной частоты в производственных условиях, в жилых и общественных зданиях и помещениях.

Рисунок 2.1 - Внешний вид прибора ВЕ-50

Измеритель электромагнитного поля промышленной частоты «ВЕ-50» совмещает свойства высокоточных профессиональных измерителей с компактностью и простотой обслуживания бытовых приборов. Измеритель электромагнитного поля «ВЕ-50» принадлежит к поколению новых приборов, которые отличает портативность и универсальность. Это переносной аппарат с возможностями стационарного. Измеритель электромагнитного поля «ВЕ-50» прост в управлении за счет малого числа функциональных клавиш и развитого меню. Измеритель электромагнитного поля «ВЕ-50» снабжен встроенными часами и общераспространенным портом RS-232, для анализа данных на персональном компьютере. Применение прогрессивных технических решений, конструктивных элементов, в частности быстродействующего микроконтроллера, пленочной клавиатуры, обуславливает высокую надежность Измерителя «ВЕ-50». Никакая другая марка аналогичных отечественных приборов не приближается по комплексу рабочих параметров и функциональных возможностей к Измерителю «ВЕ-50».

Назначение измерителя электромагнитного поля «ВЕ-50» - проведение мероприятий по охране труда, производственный контроль и контроль требований коммунальной гигиены.

Измеритель электромагнитного поля «ВЕ-50» предназначен для проведения измерений при гигиенической оценке всех видов производственных и жилых помещений. Измеритель электромагнитного поля «ВЕ-50» используется в работе ЦГСЭН, лабораторий по аттестации рабочих мест и контроля соблюдения нормативных требований (СанПиН 2.2.4.1191-03 Электромагнитные поля в производственных условиях, ГОСТ 12.1.002-84 Электрические поля промышленной частоты, ГН 2.1.8/2.2.4.2262-07 Предельно допустимые уровни магнитных полей частотой 50 Гц в помещениях жилых, общественных зданий и на селитебных территориях.) на электрических станциях и подстанциях, а также на предприятиях с силовым и высоковольтным оборудованием.

Таблица 2.3

Технические характеристики измерителя параметров электрического и магнитного поля «ВЕ-50»

Использование измерителя параметров электрического и магнитного поля для контроля санитарно-гигиенических норм (СанПиН 2.2.4.1191-03 Электромагнитные поля в производственных условиях, ГОСТ 12.1.002-84 Электрические поляпромышленной частоты, ГН 2.1.8/2.2.4.2262-07 Предельно допустимые уровни магнитных полей частотой 50 Гц в помещениях жилых, общественных зданий и на селитебных территориях) при проведении производственного контроля, аттестации рабочих мест.

Измеритель электромагнитного поля «ВЕ-50» отвечает ряду требований, соблюдение которых необходимо при контроле санитарно-гигиенических норм (СанПиН 2.2.4.1191-03 Электромагнитные поля в производственных условиях, ГОСТ 12.1.002-84 Электрические поляпромышленной частоты, ГН 2.1.8/2.2.4.2262-07 Предельно допустимые уровни магнитных полей частотой 50 Гц в помещениях жилых, общественных зданий и на селитебных территориях) при проведении мероприятий по охране труда, производственного контроля, аттестации рабочих мест:

- Измеритель электромагнитного поля «ВЕ-50» не искажает измеряемое электрическое поле. Это обусловлено электрической развязкой антенны (посредством волоконно-оптической линии связи) от блока индикации. Такая конструкция одновременно повышает безопасность процесса измерений, что немаловажно для условий работы с высоковольтным электротехническим оборудованием.

- Датчиком электромагнитного поля в Измерителе «ВЕ-50» служит трехкомпонентная антенна, обеспечивающая измерение действующих значений уровней электрического и магнитного поля при любой ориентации датчика в пространстве. Это убирает ориентационную погрешность измерения, присущей приборам с однокоординатным (дипольным) датчикам электрического и магнитного поля.

- Использование приборов с трехкоординатными датчиками становится безусловно необходимым при измерении электромагнитного поля, генерируемого трехфазным силовым электрооборудованием. В этом случае поле может быть эллиптически поляризованным и его действующее (эффективное) значение в v2 ? 1,42 раза отличается от действующего значения линейно поляризованного поля. «Распознавание» эллиптически поляризованного поля принципиально невозможно без использования приборов с трехкоординатными датчиками и со специальной программой анализа фазовых сдвигов между составляющими вектора поля.

- Соответствующие требованиям нормативных документов (СанПиН 2.2.4.1191-03 Электромагнитные поля в производственных условиях, ГОСТ 12.1.002-84 Электрические поля промышленной частоты, ГН 2.1.8/2.2.4.2262-07 Предельно допустимые уровни магнитных полей частотой 50 Гц в помещениях жилых, общественных зданий и на селитебных территориях) динамические диапазоны измерения, погрешности не превышающие требуемых.

- Для возможности инструментального анализа вредных условий труда, когда требуется уменьшение времени воздействия этих условий (защита временем), необходимо измерение среднесменных значений параметров, т.е. проведение длительных (многочасовых) измерений. Измеритель электромагнитного поля «ВЕ-50» снабжен достаточно емкой встроенной памятью, допускающей возможность многочасовой автономной работы с записью результатов и последующим считыванием их.

- Измеритель электромагнитного поля «ВЕ-50» позволяет использовать эффективные средства для сбора, анализа и хранения данных измерения. Применение цифровых носителей в сравнении с обычными системами хранения данных обеспечивает ряд преимуществ: возможность количественного анализа и коррекции результатов измерений, повышение их информативности, удобство архивирования и доступа.

Программное обеспечение мероприятий по охране труда (производственный контроль, аттестация рабочих мест). Методика проведения контроля: планирование измерений, анализ результатов измерений.

Измеритель «ВЕ-50» инкорпорирован в измерительный комплекс «НТМ-ЭкоМ». Это дает возможность, строго следуя Методическим указаниям 'Гигиеническая оценка электрических и магнитных полей промышленной частоты (50 Гц) в производственных условиях' (МУК 4.3.1.491-09), проводить в автоматическом режиме следующие операции:

1. Планирование измерений при проведении производственного контроля и аттестации рабочих мест.

2. Записи плана измерений в память прибора для обеспечения инструментальных замеров электромагнитных полей промышленной частоты.

3. Анализ результатов измерений и выводы по ним, Определение классов условий труда на рабочих местах по всей совокупности полученных результатов.

4. Ведение предусмотренной нормативными документами документации (рабочих журналов, протоколов измерений) и выработка проектов экспертных заключений.

5. Оформление и распечатка итоговых документов инструментального контроля условий на рабочих местах сотрудников обследуемого предприятия.

Программа «НТМ-ЭкоМ», представляет собой экспертную систему - программу, использующую представленные в некотором формальном виде знания и определенную логику принятия решений в трудно формализуемых задачах. Программа «НТМ-ЭкоМ» способна в сложной ситуации (при недостатке времени, информации или опыта) дать квалифицированную консультацию (совет, подсказку), помогающую специалисту принять обоснованное решение. Основная идея таких систем состоит в том, что знания и опыт, накопленные одними специалистов высокой квалификации в данной предметной области, используются другими специалистами (возможно - не столь высокой квалификации) в той же предметной области при решении возникающих перед ними проблем. Программа «НТМ-ЭкоМ» - это программное обеспечение для компьютера, оперирующее с информацией об окружающей среде по правилам, определяемым всем корпусом нормативных документов, с целью выработки экспертных решений по условиям труда и быта. С ее помощью в интерактивном режиме составляется план инструментальных измерений, который затем заносится в измеритель электромагнитного поля прибор. Полученные по этому плану результаты измерений передаются в ПК, где программа «НТМ-ЭкоМ» производит анализ результатов на соответствие действующим нормативам (СанПиН 2.2.4.1191-03 Электромагнитные поля в производственных условиях, ГОСТ 12.1.002-84 Электрические поля промышленной частоты, ГН 2.1.8/2.2.4.2262-07 Предельно допустимые уровни магнитных полей частотой 50 Гц в помещениях жилых, общественных зданий и на селитебных территориях) и оформляет всю необходимую документацию (рабочий журнал, протокол измерений, экспертное заключение).

2.2.3 Измеритель напряженности поля промышленной частоты П3-50

Измеритель напряженности поля промышленной частоты ПЗ-50 предназначен для измерения напряженности электрического и магнитного поля промышленной частоты (50 Гц) и применяется для контроля предельно допустимых уровней электрического и магнитного поля согласно ГОСТ 12.1.002-84 и СН №3206-85.

Измеритель П3-50 выполнен в виде малогабаритного носимого прибора автономным питанием. Основными элементами измерителя являются: устройство отсчетное УОЗ-50 и антенны- преобразователи (АП) направленного приема. Работа измерителя основана на возбуждении в АП под воздействием измеряемого поля переменного напряжения, пропорционального напряженности поля. Переменное напряжение предварительно усиливается в АП и поступает на вход УОЗ-50, где происходит его фильтрация, дальнейшее усиление, преобразование в постоянное напряжение и индикация.

Измеритель поставляется в 3-х комплектах:

- ПЗ-50А предназначен для измерения напряженности электрического поля.

- ПЗ-50Б предназначен для измерения магнитного поля.

- ПЗ-50В совмещает функции этих комплектов.

Таблица 2.4

Технические характеристики измерителя параметров электрического и магнитного поля ПЗ-50

3. Разработка технических требований к прибору

3.1 Требования к назначению

Прибор должен предназначаться для измерения параметров электромагнитного поля промышленной частоты.

3.2 Требования к области применения

Измерительный прибор должен применяться при измерении уровней напряженности электрического (ЭП) и магнитного полей (МП) промышленной частоты (50 Гц) для персонала, находящегося в зоне влияния электромагнитного излучения на производстве и для населения, проживающего вблизи источников электромагнитного поля частотой 50 Гц.

3.3 Требования к выполняемым функциям

Измерительный прибор должен выполнять следующие функции:

1) измерение напряженности электрического и магнитного полей промышленной частоты

2) передача результатов измерения в пункт сбора информации по стандарту USB и RS-232.

3.4 Требования к техническим характеристикам

Требования к техническим характеристикам приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1

Технические характеристики, предъявляемые к прибору

3.5 Требования к составу

Измерительный прибор должен состоять из следующих основных частей:

3.6 Требования к климатическим условиям эксплуатации

3.7 Требования к надежности

3.8 Требования к датчику напряженности

3.9 Требования к микроконтроллеру

3.10 Требования к индикации

3.11 Требования к устройству передачи данных на ПК

3.12 Требования к блоку питания

электромагнитный поле измерение параметр

4. Разработка структурной схемы прибора и выбор элементной базы

4.1 Разработка структурной схемы

Структурная схема прибора для измерения параметров электромагнитного поля представлена в Приложении 3.

Датчик предназначен для измерения напряженности электрического поля и магнитного поля.

Микроконтроллер (МК) осуществляет оцифровку входных сигналов с датчиков, обработав данные, передает информацию в доступном для пользователя (блок индикации) или компьютера (порты USB/RS-232) виде.

Блок питания обеспечивает подачу напряжения необходимого уровня ко всем энергозависимым элементам.

4.2 Выбор основных элементов прибора

4.2.1 Датчик напряженности электромагнитного поля

В качестве преобразователя магнитного поля используется катушка L индуктивностью 1 мГн. Для каркаса катушки используется корпус шариковой авторучки диаметром 8 мм. Прибор дает возможность оценивать уровень излучения ЭМП в диапазоне 45-65 Гц. Чувствительность прибора такова, что позволяет обнаруживать поле 20-ваттного трансформатора на расстоянии около 200 мм. Стрелочный индикатор прибора можно калибровать в единицах магнитной индукции (мТл, А/м) или в единицах напряженности поля (В/м). Калибровка производится по стандартным измерительным приборам.

Этот же прибор может использоваться и для поиска дефектов в скрытой электропроводке.

4.2.2 Микроконтроллер

Основная цель выбрать наименее дорогой микроконтроллер (чтобы снизить общую стоимость системы), но в то же время удовлетворяющий спецификации системы, т.е. требованиям по производительности, надежности, условиям применения и т.д. Общая стоимость системы включает все: инженерные исследования и разработку, производство (комплектующие и труд), гарантийный ремонт, дальнейшее усовершенствование, обслуживание, совместимость, простоту в обращении и т.д.

Микроконтроллеры в целом можно разделить на группы 8, 16 и 32разрядных по размеру их арифметических и индексных регистров, хотя некоторые разработчики считают, что 8/16/32разрядную архитектуру определяет разрядность шины. Выбор прикладного языка (высокого уровня вместо ассемблера) может сильно повлиять на производительность системы, которая затем может диктовать выбор 8/16/32разрядной архитектуры, но ограничение по цене может отвергнуть этот выбор.

Тактовая частота или, более точно, скорость шины определяет, сколько вычислений может быть выполнено за единицу времени. Некоторые микроконтроллеры, в основном ранних разработок имеют узкий диапазон допустимой тактовой частоты, в то время как другие могут работать вплоть до нулевой частоты. Иногда выбирается специфическая тактовая частота, чтобы сгенерировать другую тактовую частоту, требуемую в системе, например, для задания скоростей последовательной передачи. В основном, вычислительная мощность, потребляемая мощность и стоимость системы увеличиваются с повышением тактовой частоты. Цена системы при повышении частоты увеличивается из-за стоимости не только микроконтроллера, но также и всех требующихся дополнительных микросхем, таких как RAM, ROM, PLD и контроллеры шины.

Рассмотрим технологию, с использованием которой изготовлен микропроцессор: Nканальную металлокиселполупроводник (NMOS), которая использовалась в микроконтроллерах ранних разработок, сравним с современной CMOS технологией с высоким уровнем интеграции (HCMOS). В отличие от ранних NMOSпроцессоров, в HCMOS уровни сигналов изменяются в диапазоне от 0 до уровня напряжения питания. В связи с этим обстоятельством предпочтение отдается HCMOS процессорам. Кроме того, HCMOS потребляют меньшую мощность и, следовательно, меньше нагреваются. Геометрические размеры элементов в HCMOS меньше, что позволяет иметь более плотные схемы и, таким образом, работать при более высоких скоростях. Более плотный дизайн также уменьшает стоимость отдельного микроконтроллера, т.к. на кремниевой пластине того же размера можно получить большее количество чипов. По этим причинам сегодня подавляющее большинство микроконтроллеров производятся с использованием HCMOSтехнологии.

Микроконтроллеры семейства PIC16Fxx(Peripheral Interface Controller) объединяют все передовые технологии микроконтроллеров: мировое лидерство по гибкой однократно или многократно электрически перепрограммируемой пользователем технологии ППЗУ, минимальное энергопотребление, исключительную производительность, мощную RISC архитектуру и минимальные размеры корпуса. Эти широкие возможности и низкая стоимость сделали серию микроконтроллеров PIC лучшим выбором для инженерных применений. Более 200 миллионов микроконтроллеров PIC используются в нескольких тысячах приложений по всему миру. Использовать эти микроконтроллеры рекомендуется во всех случаях, когда критично энергопотребление, габариты и стоимость устройства.

Ниже приведены характеристики микроконтроллера, который я собираюсь использовать для своей схемы.

Технические характеристики микроконтроллера PIC16F877:

- высокоскоростная RISC архитектура;

- 35 инструкций;

- все команды выполняются за один цикл, кроме инструкций, переходов, выполняемых за два цикла;

- тактовая частота:

Fтакт = 20МГц;

Tцикла = 200нс (время одного машинного цикла);

- до 8к х 14 слов FLASH памяти программ;

- до 368 х 8 байт памяти данных (ОЗУ);

- до 256 х 8 байт EEPROM памяти данных;

- совместимость по выводам с PIC16C73B/74B/76/77;

- система прерываний (до 14 источников);

- 8-уровневый аппаратный стек;

- прямой, косвенный и относительный режим адресации;

- сброс по включению питания (POR);

- таймер сброса (PWRT) и таймер ожидания запуска генератора (OST) после включения питания;

- сторожевой таймер WDT с собственным RC - генератором;

- программируемая защита памяти программ;

- режим энергосбережения SLEEP;

- выбор параметров тактового генератора;

- высокоскоростная, энергосберегающая CMOS FLASH/EEPROM технология;

- полностью статическая архитектура;

- программирование в готовом устройстве (используется два вывода микроконтроллера);

- низковольтный режим программирования;

- режим внутрисхемной отладки (используется два вывода микроконтроллера);

- широкий диапазон напряжений питания от 2.0В до 5.5В;

- повышенная нагрузочная способность портов ввода/вывода (25мА);

- малое энергопотребление:

Iп = 0.6 мА при Uп = 3.0В и Fтакт = 4.0 МГц;

Iп = 20мкА при Uп = 3.0В и Fтакт = 32кГц;

Iп < 1 мкА в режиме энергосбережения.

На рисунке 4.2 представлена схема расположения выводов, подключения резонатора и питания к PIC-контроллеру.

Рисунок 4.2 - Условное графическое обозначение PIC16F877

4.2.3 Устройство для индикации

Для индикации будет использован микросхема с ЖК-индикатором MT-10S1-1YLG ЖКИ 10х1 компании МЭЛТ.

Жидкокристаллический модуль МТ-10S1 состоит из БИС контроллера управления и ЖК панели. Контроллер управления КБ1013ВГ6, производства ОАО «АНГСТРЕМ» (www.angstrem.ru), аналогичен HD44780 фирмы HITACHI и KS0066 фирмы SAMSUNG. Модуль выпускается со светодиодной подсветкой. Модуль позволяет отображать 1 строку из 10 символов. Символы отображаются в матрице 5х8 точек. Между символами имеются интервалы шириной в одну отображаемую точку.

Каждому отображаемому на ЖКИ символу соответствует его код в ячейке ОЗУ модуля.

Модуль содержит два вида памяти -- кодов отображаемых символов и пользовательского знакогенератора, а также логику для управления ЖК панелью.

Внимание! Недопустимо воздействие статического электричества больше 30 вольт.

Таблица 4.2

Технические параметры MT-10S1-1YLG ЖКИ 10х1

Модуль позволяет:

- модуль имеет программно-переключаемые 2 страницы встроенного знакогенератора (алфавиты: русский, украинский, белорусский, казахский и английский);

- работать как по 8-ми,так и по 4-х битной шине данных (задается при инициализации)

- принимать команды с шины данных (перечень команд приведен в таблице 4);

- записывать данные в ОЗУ с шины данных;

- читать данные из ОЗУ на шину данных;

- читать статус состояния на шину данных;

- запоминать до 8-ми изображений, задаваемых пользователем;

- выводить мигающий (или не мигающий) курсор двух типов;

- управлять подсветкой.

Таблица 4.3.

Назначение внешних выводов

4.2.4 Устройство для передачи данных по интерфейсу RS-232

Интерфейс стандарта EIA RS 232C предназначен для последовательной связи двухстройств. Он является общепринятым и широко используется в аппаратных комплексах с подсоединением внешнего оборудования к персональному компьютеру (ПК). Интерфейс RS/232C предусматривает использование «несимметричных» передатчиков и приемников, при этом передача данных осуществляется с помощью «несимметричного» сигнала по двум линиям - ТхD и RxD, а амплитуда сигнала измеряется относительно линии GND («нуля»). Логической единице соответствует диапазон значений амплитуды сигнала (напряжения) от -12 до -3 В, логическому нулю - от +3 до +12 В. Диапазон от -3 до +3 В соответствует зоне нечувствительности, определяющей гистерезис приемника. Несимметричность сигнала обуславливает низкую помехозащищенность данного интерфейса, особенно при промышленных помехах. Наличие линий приема (RxD) и передачи (TxD) данных позволяет поддерживать полнодуплексную передачу информации, т.е. одновременно информация может, как передаваться, так и приниматься.

Аппаратно интерфейс обеспечивается микросхемой МАХ232. MAX232 - интегральная схема, преобразующая сигналы последовательного порта RS-232 в сигналы, пригодные для использования в цифровых схемах на базе ТТЛ или КМОП технологий. MAX232 работает приемопередатчиком и преобразует сигналы RX, TX, CTS и RTS.

Функциональность и цоколевка микросхемы стала стандартом де-факто и ее аналоги (с другой маркировкой) выпускаются множеством производителей полупроводников.

Схема обеспечивает уровень выходного напряжения, используемый в RS-232 (приблизительно ± 7.5 В), преобразуя входное напряжение + 5 В при помощи внутреннего зарядового насоса на внешних конденсаторах. Это упрощает реализацию RS-232 в устройствах, работающих на напряжениях от 0 до + 5 В, так как не требуется усложнять источник питания только для того, чтобы использовать RS-232.

Входное напряжение от RS-232, которое может достигать ± 25 В, понижается до стандартных 5 В, используемых в транзисторно-транзисторной логике. Входы имеют средний порог 1.3 В и средний гистерезис 0.5 В.

Модификация MAX232A обратно совместима с MAX232, но может работать на более высоких скоростях, и использовать внешние конденсаторы меньшей емкости - 0.1 ?F вместо конденсаторов на 1.0 ?F, используемых с оригинальной схемой.

4.2.5 Блок питания

Для всех энергозависимых элементов прибора необходимо напряжение питания равное 5 В. Для датчика необходимо напряжение питания ±9В.

Емкость батареи питания рассчитываем, исходя из тока потребления элементов прибора. Ниже приведена таблица расчета.

Таблица 4.3

Расчет емкости батареи питания

Суммируя токи потребления получим общий ток потребления прибора:

Выбираем батарею, исходя из требований к времени непрерывной работы прибора - не менее 8ч.

Литиевый аккумулятор 9 В для устройств, которые требуют батарею большой емкости и малой саморазрядкой.

Таблица 4.4

Литиевый аккумулятор 9 В, 6F22

Для получения напряжения 5 В используется микросхема К142ЕН5.

5. Разработка схемы электрической принципиальной

Схема электрическая принципиальная прибора для измерения электромагнитного поля промышленной частоты представлена в Приложении 4.

Электромагнитное поле можно измерить при помощи простейшего прибора, схема которого приведена на рисунке 5.1. Схема не требует особых пояснений, за исключением того, что показывающий прибор заменен выходом на АЦП микроконтроллера.

Вместо показывающей головки будет использован резистор, номиналом:

Ом

Рисунок 5.1 - Принципиальная электрическая схема измерителя электромагнитного поля

В схеме используется операционный усилитель типа LF351 и транзистор типа ВС109С.

Выход «Тлф» может использоваться для звукового контроля. Необходимы наушники с сопротивлением 8-10 Ом.

Если наушники не используются, как в разрабатываемом приборе, резистор R4 соединяется напрямую и имеет номинал 20 Ом.

Обработав сигнал, микроконтроллер с помощью комбинаций нулей и единиц на выходах генерирует результат измерения на блоке индикации. Также информация с микроконтроллера может быть передана на компьютер по интерфейсу RS-232.

6. Разработка алгоритма работы прибора

Алгоритм работы прибора представлен в Приложении 5.

После нажатия кнопки включения прибора подается питание к его основным блокам. Начинает работу микроконтроллер. В его память занесена подпрограмма опроса входов на наличие подключения остальных блоков прибора и их нормального функционирования. В случае отклонения от нормы работы хотя бы одного из них включается сигнализация и прибор прекращает дальнейшие действия. В противном случае начинает производиться измерение.

Получив аналоговый сигнал с датчика, АЦП микроконтроллера преобразует его в дискретный. Далее микроконтроллер формирует и передает сигнал для индикации полученного значения измеряемой величины. Блок индикации обрабатывает полученный от микроконтроллера сигнал и отображает его с указанием единиц измерения.

Прибор сохраняет 10 последних значений напряженности. Для этого в память микроконтроллера занесена подпрограмма сохранения данных. При нажатии кнопки «Сброс» данные о значениях обнуляются.

После этого микроконтроллер опрашивает входа TxD, RxD на наличие запроса с компьютера. Получив запрос с компьютера, микроконтроллер начинает передачу информации по интерфейсу RS-232. Далее микроконтроллер запрашивает компьютер о завершении передачи данных, в случае, если их передача не завершена, микроконтроллер дает повторную команду о передаче информации. При отсутствии запроса выполняет следующую команду.

После выполнения вышеуказанных операций микроконтроллер запрашивает пользователя о продолжении проведения измерений. При подтверждении, прибор повторяет цикл, начиная с проведения измерения. Если пользователь не стал продолжать измерения, прибор прекращает работу.

7. Расчет метрологических характеристик прибора

Метрологические характеристики, определяют характер и величины погрешностей измерения датчиков. Часть погрешностей могут быть случайными и они учитываются методами математической статистики. Систематические погрешности могут быть аналитически описаны и исключены из результатов измерения.

Основными видами систематических погрешностей являются:

- погрешности, обусловленные нелинейностью функции преобразования, что характерно для полупроводниковых датчиков;

- погрешности, обусловленные вариацией функции преобразования вследствие изменения направления действия входной величины;

- погрешности, обусловленные несоответствием динамических возможностей датчика;

- дополнительные погрешности, обусловленные отличием условий работы датчика от тех, в которых определялась его функция преобразования;

- погрешности, обусловленные нестабильностью функции преобразования вследствие процессов старения материала.

Метрологические характеристики прибора определяются характеристиками используемых элементов.

Таким образом, относительная погрешность прибора будет складываться из погрешностей следующих элементов:

Таблица 7.1

Относительные погрешности элементов прибора

Рассчитаем относительную погрешность прибора:

Погрешность ниже приведенной в технических требованиях, следовательно прибор пригоден к эксплуатации.

8. Расчет экономической эффективности прибора

Переход экономики к рыночным отношениям предполагает создание экономических предпосылок для эффективно действующего производства и рационального использования ресурсов. Автоматизация производства может обеспечить высокое качество продукции, уменьшить время на проектирование и создание изготавливаемой продукции. Однако любой объект новой техники должен иметь четкую оценку эффективности его разработки, производства и эксплуатации, а все принятые в проекте научно-технические решения должны быть экономически целесообразны.

Обеспечение высокого качества продукции следует из совершенствования научно-технической базы производства, автоматизации труда человека, компьютеризации производства, внедрения передовых технологий.

Современный этап развития общества требует от каждого специалиста глубоких экономических знаний. Умение применять эти знания позволит организовать работу специалиста эффективно и качественно. Использование информационно-измерительных систем для выполнения измерительных, информационных и операций контроля не только обеспечивает высокий уровень их выполнения, но одновременно удешевляет решение любой задачи.

Целью разработки экономической части дипломного проекта является оценка и сравнение объема предполагаемых инвестиций и будущих денежных поступлений при создании и внедрении информационно-измерительной техники.

Первоначально рассчитываются частные, а затем общие показатели сравнительной экономичности вариантов.

Частные показатели экономического эффекта выражают величину экономии на отдельных элементах затрат общественного труда, затраченных на внедрение информационно-измерительной подсистемы.

К числу их относятся: снижение трудоемкости или рост производительности труда; снижение энергоемкости (расхода электроэнергии); снижение затрат других ресурсов (оборудования, инструмента, оснастки, площади и т. д.).

Решение о целесообразности проектов создания и внедрения информационно-измерительной техники (ИИТ) принимается на основе экономического эффекта от этого проекта.

Наряду с основным показателем - годовым экономическим эффектом - при оценке экономической эффективности могут использоваться дополнительные показатели: срок окупаемости дополнительных капитальных вложений, индекс рентабельности, норма рентабельности, коэффициент эффективности проекта.

Критерием экономичности работ и проектов является достижение максимума прибыли (годового экономического эффекта) за расчетный год

,

где Пч - прибыль предприятия от внедрения работ, проекта.

Максимуму совокупной прибыли соответствует при тех же условиях достижению минимума совокупных издержек предприятия (объединения), обусловленных внедрением от предлагаемых, проекта:

,

где И - издержки по созданию и внедрению работы, проекта, тенге/год.

За расчетный год принимают:

для эталонов и средств измерений и поверки единичного производства, для серийно изготавливаемых средств измерений и поверки, для новых методов проведения метрологических работ, для проектов ИИТ - второй год их использования.

Экономический эффект от метрологических работ и проектов ИИТ отражает совокупную экономию живого труда, сырья, материалов, капитальных вложений и дополнительный доход от более полного удовлетворения потребности производства.

Определение годового экономического эффекта основывается:

- на сопоставлении приведенных затрат по базовому и новому вариантам;

- оценке эффективности капиталовложений для создания, внедрения метрологических работ и проектов ИИТ.

Эффективным считается вариант, обеспечивающий минимум приведенных затрат.

На этапе производства и применения новых средств измерений при определении ожидаемого и фактического эффекта за базу сравнения принимаются:

- при производстве (эксплуатации) новых средств измерений на предприятии взамен аналогичных - технико-экономические показатели средств измерений, заменяемых на данном предприятии;

- при производстве (эксплуатации) новых средств измерений на предприятии, ранее не выпускавшем (не эксплуатировавшем) аналогичные
средства - технико-экономические показатели средств измерений, проводимых на другом предприятии. Если аналогичные по назначению средства измерений выпускаются (эксплуатируются) на ряде предприятий, за базу сравнения принимаются лучшие технико-экономические показатели их производства или эксплуатации.

С целью обеспечения сопоставимости сравниваемых вариантов затраты по базовому варианту приводятся к условиям предприятия, внедряющего новый вариант.

8.1 Расчет стоимости разработки проекта

Стоимость проектирования можно найти по формуле:

СПРОЕКТ = ФОТ + ЗЭЛ + А + ЗКТБК + НР , тенге, (8.1)

где ФОТ - зарплата сотрудникам, тенге;

Зэл - расходы на электроэнергию, отопление, тенге;

Актс - амортизационные отчисления, тенге;

ЗКТБК - затраты на канцелярские товары, бумагу, картриджи, тенге.

НР - накладные расходы, тенге.

Принимаем ЗКТБК = 8000 тенге.

Фонд оплаты труда рассчитывается по формуле:

Фот = , тенге (8.2)

где Зпi - ежемесячная заработная плата исполнителей i-й квалификации и специальности с учетом социального налога, тенге;

ni - число исполнителей работ i-й квалификации и специальности, чел.;

Ti - время на проведение i-го вида работ, мес.

Заработная плата исполнителей с учетом социального налога приведена в таблице 8.1.

Таблица 8.1

Заработная плата исполнителей

Фот = 50000х3+50000х2=250 000 тенге

Данные для расчета оплаты за оказание услуг приведены в таблице 8.2.

Таблица 8.2

Данные для расчета оплаты за оказание услуг

Зпр = Фот((П+100)/100)((Н+100)/100)((С+100)/100)((НДС+100)/100) (8.3)

Зпр = 250 0001,11,21,21,15=455400 тенге

Затраты на осуществление проекта с учетом всех налогов составят 455400 тенге.

Расчет затрат на электроэнергию, освещение и отопление производится по формуле:

ЗЭЛ = СЭЛ + СОС + СОТ, тенге, (8.4)

где СЭЛ - затраты на электроэнергию, потребляемую используемым оборудованием, тенге;

СОС - затраты на освещение, тенге;

СОT - затраты на отопление, тенге.

Затраты на электроэнергию вычислим по формуле:

СЭЛ = МСТ tСТ Ц, тенге, (8.5)

где Мкп - потребляемая мощность компьютера (0,5 кВт/час);

tСТ - время работы компьютера (750 ч = 5 мес(125 дн)*6ч);

Ц - стоимость 1кВт/час, тенге (5,8).

В результате получим:

СЭЛ = 0,5 750 5,8 =2175 тенге.

Затраты на освещение определим по формуле:

СОС = СЛ t ТЗ Ц, тенге, (8.6)

где СЛ - мощность светоустановки (3 ламп мощностью 100 Вт);

t - количество часов освещения в день (2 часа);

ТЗ - количество рабочих дней, затраченных на разработку автоматизированной системы (85 полных рабочих дней).

Ц - стоимость одного кВт/час (5,8 тенге);

СОС = 0,1 3 2 85 5,8 = 296 тенге

Затраты на отопление определяем по формуле:

СОТ = ЦОТ П МОТ , тенге, (8.7)

где ЦОТ - цена отопления за 1 кв.м., тенге;

П - площадь рабочего помещения, кв.м;

МОТ - количество отопительных месяцев, совпадающих с проведением работ.

СОТ = 62 100 4 = 24800 тенге,

В итоге получим

ЗЭЛ = 2175 + 296 + 24800 = 27271 тенге.

Расчет амортизационных отчислений производится по формуле:

, тенге, (8.8)

где СФА - стоимость фиксированных активов, тенге;

НА - норма годовых амортизационных отчислений фиксированных активов, для компьютерной техники равна 0,2;

ТЗ - время на разработку системы (1 год).

Стоимость фиксированных активов определяется

СФА = СК + СП , тенге (8.9)

где Ск - стоимость компьютера, примем равную 100000 тенге;

Сп - стоимость других периферийных устройств примем равную 20000 тенге.

Стоимость фиксированных активов равна

СФА = 100000 + 20000 = 120000 тенге.

Затраты на амортизацию составляют:

тенге

Накладные расходы вычисляются по формуле:

НР = КЗ * СФА, тенге, (8.10)

где КЗ = 0,05 - коэффициент затрат (условный) на накладные расходы от стоимости фиксированных активов.

СФА - стоимость фиксированных активов.

НР = 0,05 * 120000 = 6000 тенге.

После произведения всех необходимых расчетов, вычислим стоимость разработки проекта:

СПРОЕКТ = 455400 + 27271 + 6000 + 8000 + 6000 = 502671 тенге

8.2 Расчет себестоимости прибора

Себестоимость 1 прибора найдем по формуле:

СС = СДЕТ + ССБ + СПРОЕКТ / (ТОК ОПР) (8.11)

где СДЕТ - стоимость покупных изделий, тенге;

ССБ - расходы на сборку изделия, тенге;

ТОК - срок окупаемости прибора, лет;

ОПР - объем производства, шт/год.

Стоимость покупных изделий приведена в таблице 8.3

Таблица 8.3

Стоимость покупных изделий

Расходы на сборку приведены в таблице 8.4

Таблица 8.4

Расходы на сборку

Стоимость сборки 1 прибора определим по формуле:

ССБ = ЗСБ / ОПР (8.12)

где ЗСБ - затраты на сборку за год, тенге.

ССБ = 25000212 / 500 = 1200 тенге.

Срок окупаемости прибора Ток назначим равным 5 лет, что меньше нормативного срока окупаемости (Токн=6,5 лет).

Объем производства Опр равен 500 приборов в год.

После произведения всех необходимых расчетов, вычислим себестоимость 1 прибора с учетом затрат на разработку и сборку:

СС = 7623 + 1200 + 502671 /(5*500) = 9024 тенге

8.3 Расчет цены прибора

Если проект предполагается продать, то его цена может определяться по формуле:

Ц=Сс*(1+Пр), тенге (8.13)

где Пр - доля прибыли, которая должна определяться исходя из экономической целесообразности;

Сс - стоимость создания с учетом стоимости проектирования прибора, тенге.

Прибыль от реализации примем 20%. Таким образом, цена прибора составит:

Ц = 9024*(1+ 0,2) =10828 тенге

Выводы:

В данном дипломном проекте были рассмотрены затраты, которые возникнут в результате разработки прибора для измерения электромагнитного поля промышленной частоты.

К примеру, ниже приведены аналогичные приборы отечественных и зарубежных производителей с указанием их цены.

Таблица 8.5

Стоимость приборов, аналогичных разработанному

Проведя анализ существующих приборов этого класса, можно сделать вывод, что разработанный прибор может составить им ценовую конкуренцию.

8.4 Расчет экономического эффекта от приобретения прибора

Возьмем в качестве базового варианта прибор ПЗ-70, как самый дешевый по цене из аналогичных приборов. Амортизационные отчисления составляют 10% в год от стоимости прибора. Рассчитаем ежегодные амортизационные отчисления для прибора ПЗ-70:

36500 10% / 100% = 3650 тенге

Ежегодные амортизационные отчисления для разработанного прибора составят:

10828 10% / 100% = 1083 тенге

Разница в амортизационных отчислениях составит:

?Аот = 3650 - 1083 = 2567 тенге

Таким образом, экономический эффект от приобретения разработанного прибора тем больше, чем больше приборов будет куплено организацией.

Рассчитаем по формуле срок окупаемости разработанного прибора:

года (8.14)

Внедрение прибора для измерения параметров электромагнитного поля окупится за Ток=4,22 года, что меньше нормативного окупаемости (Токн=6,5 лет). Следовательно, внедрение прибора рентабельно.

9. Охрана труда

Охрана труда -- система сохранения жизни и здоровья работников в процессе трудовой деятельности, включающая в себя правовые, социально-экономические, организационно-технические, санитарно-гигиенические, лечебно-профилактические, реабилитационные и иные мероприятия.

Необходимо отметить, что охрану труда нельзя отождествлять с техникой безопасности, производственной санитарией, гигиеной труда, ибо они являются элементами охраны труда, её составными частями. Таким образом, в состав системы охраны труда входят следующие элементы:

- Техника безопасности.

- Производственная санитария определяется как система организационных мероприятий и технических средств, предотвращающих или уменьшающих воздействие на работающих вредных производственных факторов.

- Гигиена труда характеризуется как профилактическая медицина, изучающая условия и характер труда, их влияние на здоровье и функциональное состояние человека и разрабатывающая научные основы и практические меры, направленные на профилактику вредного и опасного воздействия факторов производственной среды и трудового процесса на работающих.

- Электробезопасность -- состояние защищённости работника от вредного и опасного воздействия электротока, электродуги, электромагнитного поля и статического электричества.

- Пожарная безопасность - состояние защищённости личности, имущества общества и государства от пожаров.

- Промышленная безопасность -- состояние защищённости жизненно важных интересов личности и общества от аварий на опасных производственных объектах и последствий указанных аварий. В свою очередь охрана труда, электробезопасность, промышленная безопасность, пожарная безопасность являются составными частями:

- Безопасности жизнедеятельности -- наука о комфортном и безопасном взаимодействии человека с техносферой.

- Управления безопасностью труда -- организация работы по обеспечению безопасности, снижению травматизма и аварийности, профессиональных заболеваний, улучшению условий труда на основе комплекса задач по созданию безопасных и безвредных условий труда. Основана на применении законодательных нормативных актов в области охраны труда.

9.1 Анализ опасных и вредных воздействий электромагнитного поля

Спецификой разрабатываемого прибора является возможное превышение ПДУ электромагнитного поля в зоне измерений. Следовательно, при проведении измерений человеком, его работа может быть оценена как вредная, а при особо высоких значениях напряженности электрического и(или) магнитного полей - опасная.

В европейских и международных стандартах дается краткое описание принципов нормирования. В основе нормирования, принятого в зарубежных странах, лежат следующие положения. Под действием электромагнитного поля, в котором находится человек, в его теле возбуждается электрический ток. Полагают, что на частотах до 1 МГц этот ток оказывает непосредственное вредное воздействие на мышечные ткани, нервную систему и другие органы человека. По результатам медико-биологических исследований устанавливается предельно допустимая плотность тока в теле человека (The basic restrictions for current densities in the body). Сведения о том, как это конкретно делается, в доступной литературе отсутствуют. Полученные значения предельно допустимой плотности тока используются для расчета ПДУ параметров электромагнитного поля, которые подлежат контролю при обеспечении электромагнитной безопасности. На низких частотах (в частности, на частотах ниже 1 МГц) такими параметрами являются напряженности электрического и магнитного полей. Расчет ПДУ производится следующим образом. Решается задача о возбуждении тока в модели тела человека, помещенной во внешнее электрическое (магнитное) поле. В результате решения этой задачи находится связь между плотностью тока в теле человека и напряженностью внешнего электрического (магнитного) поля. Используя эту связь, по известному значению предельно допустимой плотности тока устанавливают предельно допустимые значения напряженности электрического (магнитного) поля. Следует особо подчеркнуть, что ПДУ устанавливаются для параметров именно внешнего электромагнитного поля, т.е. электромагнитного поля, которое существует в среде при отсутствии тела человека. Связь между ПДУ и предельно допустимой плотностью тока может быть установлена не только теоретически, но и экспериментально, если поместить манекен (фантом, модель человека), имеющий необходимые электрические параметры, во внешнее электрическое (магнитное) поле и измерять в разных точках манекена плотность тока.

На частотах выше 1 МГц полагают, что вредное воздействие на организм оказывает не непосредственно протекающий ток, а тепло, выделяемое при протекании тока в теле человека, характеристикой которого является количество энергии dW, выделенное в массе тела dm за интервал времени dt. Так как приращение выделенной энергии dW за интервал времени dt является мощностью, то вводят понятие поглощенной удельной мощности (ПУМ) электромагнитной энергии в единице массы dm (Specific Absorption Rate - SAR).

-

. (9.1)

ПУМ выражается в единицах ватт на килограмм (Вт/кг).

ПУМ может быть выражена через приращение температуры тела dT за время dt, если известна его теплоемкость ci:

¦t = 0 (9.2)

Для электромагнитных величин

, (9.3)

где ? - плотность ткани тела объема dV, кг/м3;

Ei - среднее квадратическое значение напряженности электрического поля в ткани (В/м);

? - удельная проводимость ткани тела См/м.

По результатам медико-биологических исследований устанавливаются предельные значения ПУМ. Далее на основе установленных значений ПУМ проводят расчет ПДУ параметров внешнего электромагнитного поля. Для этого, как и в случае частот ниже 1 МГц, решается задача о возбуждении тока в модели человека, помещенной во внешнее электрическое (магнитное) поле на частотах до 10 МГц или в поле плоской волны на частотах выше 10 МГц. В результате решения этой задачи находится распределение ПУМ в модели при заданных параметрах внешнего электромагнитного поля. После этого устанавливают предельно допустимые значения напряженности внешнего электрического (магнитного) поля или параметров падающей плоской электромагнитной волны. При этом на частотах выше 10 МГц может использоваться любой из параметров плоской электромагнитной волны: напряженность электрического поля, напряженность магнитного поля, плотность потока энергии.

Однако как в рекомендациях ICNIRP, так и в нормативных документах ряда зарубежных стран устанавливаются не значения ПДУ, а лишь значения так называемых «контрольных (контролируемых) уровней» (reference levels), которые, по сути, не являются нормативными в понимании, принятом у нас в стране.

Все это относится к ПДУ, которые считаются гигиеническими, так как они устанавливаются исходя из вредного воздействия электромагнитного поля на человека. Относительно недавно появились ПДУ параметров электромагнитного поля, возбуждаемого видеодисплейными терминалами (ВДТ), которые также используются при контроле для обеспечения электромагнитной безопасности при работе с ВДТ, но устанавливаются по-другому. Такие ПДУ можно назвать техническими, и устанавливались они следующим образом. Для серии ВДТ были произведены измерения параметров электромагнитного поля, найдены средние значения этих параметров и эти средние значения либо сами, либо умноженные на коэффициент, меньший единицы, были взяты в качестве ПДУ. Как правило, полученные таким образом технические ПДУ более чем на порядок меньше гигиенических ПДУ. Такой подход для нормирования параметров электромагнитного поля, возбуждаемого ВДТ, получил широкое распространение, хотя эти стандарты являются стандартами на технические параметры, а не гигиеническими.

С недавнего времени получил распространение и еще один принцип гигиенического нормирования электромагнитного поля, в первую очередь магнитного поля промышленной частоты - предупредительный принцип (precautionary principle). Впервые предупредительный принцип в отношении магнитного поля промышленной частоты был сформулирован в 1996 г. в Швеции. Национальный институт защиты от излучений, Национальный совет по электробезопасности, Национальный совет по здоровью и безопасности населения, Национальный совет по здоровью и социальному обеспечению, Национальный совет по строительству и планированию разработали совместный документ ADI 478 о степени биологического действия магнитных полей промышленной частоты. В октябре 2001 г. он нашел отражение в информационном сообщении ВОЗ «Electromagnetic fields and public health. Extremely low frequency fields and cancer», предупреждающем о возможной канцерогенности крайне низкоинтенсивных магнитных полей промышленной частоты и рекомендующем всеми доступными средствами ограничивать воздействие магнитного поля промышленной частоты на организм человека.

Негативное воздействие на человека электрических и электромагнитных полей доказано многочисленными исследованиями. Ему ежедневно подвергается персонал, обслуживающий установки высокого и сверхвысокого напряжения и большинство излучающих установок радиочастотного диапазона. Воздействие этих техногенных факторов вызывает развитие у человека серьезных патологий, включая злокачественные опухоли, расстройства сердечно-сосудистой, нервной, иммунной и эндокринной систем, а также репродуктивной функции.

Многолетний опыт разработки, внедрения и применения защитных мероприятий показал недостаточную эффективность, принципа защиты 'временем' и 'расстоянием'. Зачастую технология проведения работ требует присутствия оперативного и ремонтного персонала в зонах высокой напряженности поля в течение достаточно продолжительного времени. Стационарные экраны, смонтированные на открытых распредустройствах и подстанциях высокого напряжения, в целом обеспечивают снижение уровня напряженности поля до приемлемых значений. Однако зона их действия весьма ограничена из-за необходимости соблюдения требуемых изоляционных промежутков при монтаже высоковольтного оборудования и определяется геометрией эксплуатируемых устройств. Все эти мероприятия просто не возможны при работах на ЛЭП, без снятия напряжения, а также на вышках ретрансляторов сотовой связи, теле- и радиопередающих антеннах и т.п.

9.2 Мероприятия по безопасной организации работ

Если условия работы не удовлетворяют требованиям норм, то применяются следующие способы защиты: ограничение времени работы вблизи источника поля, увеличение расстояния между источником поля и рабочим местом, применение стационарных экранов и т.п.

В этих условиях наиболее универсальным и эффективным средством защиты персонала зарекомендовали себя индивидуальные экранирующие комплекты, обеспечивающие вне зависимости от уровня напряженности электрического поля и времени проведения работ, гарантированную защиту человека от целого спектра поражающих факторов электрического поля промышленной частоты - емкостных токов, наведенного и индуктированного напряжения, шагового напряжения. Среди компаний зарекомендовавших себя в этой области можно отметить «НПО «Энергоформ», применяя экранирующие комплекты которой, человек получает гарантированную защиту, работая в непосредственном контакте с проводами не отключенных воздушных линий электропередачи напряжением до 1150 кВ включительно. Кроме того, при помощи индивидуального экранирующего комплекта обеспечивается эффективная защита от воздействия электромагнитных излучений радиочастотного диапазона персонала, обслуживающего большинство излучающих установок. Важно отметить, что «Энергоформ» является единственной в мире компанией выпускающей сертифицированные индивидуальные экранирующие комплекты зимнего исполнения. Все разработанные и выпускаемые компанией модели индивидуальных экранирующих комплектов соответствуют требованиям Российских и международных стандартов (ГОСТ 12.4.172-87, МЭК 60895) и сертифицированы Госстандартом. Их применение разрешено Госсанэпиднадзором России.

Для защиты от электромагнитного поля промышленной частоты используются комплекты Эп-4(0).Экранирующие комплекты Эп-4(0) предназначены для защиты персонала от наведенного напряжения, в частности, при работе на участках контактной сети железных дорог, подстанциях, включая тяговые, а так же воздушных линиях электропередачи.

Комплекты изготавливаются с применением системы гибких каналов высокой электрической проводимости с многочисленными параллельными связями и металлизированной ткани, из которой изготовлен внутренний (электропроводящий) слой комплекта. Такая конструкция исключает протекание электрического тока через тело пользователя, шунтируя токи смещения и импульсные токи и токи, обусловленные наведенным напряжением, а также обеспечивает индивидуальное экранирование пользователя

Принцип действия комплекта состоит в шунтировании им тока, протекающего через тело человека, попавшего (например, из-за нарушения схемы заземления) под наведенное напряжение. Комплект рассчитан на протекание, минуя тело человека, электрического тока величиной до 100 А в течении времени, достаточного для принятия защитных мер (например, восстановления схемы заземления). Нагрев элементов комплекта (около 40 градусов Цельсия) при этом не только не вызывает разрушения защитных элементов, но и не приводит к ожогам или дискомфорту пользователя. Это свидетельствует о способности комплекта защищать персонал не только при попадании под напряжение, наведенное емкостным путем, но и в случае индуктивной (электромагнитной) наводки, когда величина тока может достигать сотен ампер.

В состав экранирующих комплектов Эп-4(0) входят гальванически соединенные друг с другом элементы:

- экранирующая куртка с капюшоном;

- экранирующий полукомбинезон;

- экранирующий накасник;

- экранирующие трикотажные перчатки;

- кожаные экранирующие ботинки.

Кроме того, поставляется пояс с монтерской сумкой для инструментов.

Комплект сертифицирован Госстандартом России и Государственной санитарно-эпидемиологической службой РФ.

Таблица 9.1

Технические характеристики комплекта Эп-4(0)

9.3 Выбор и расчет необходимого количества СИЗ для работников организации, выполняющей замеры электромагнитного поля промышленной частоты

Потребность в СИЗ рассчитывается на основании данных планового отдела о численности рабочих каждой профессии (спеднесписочное количество за прошедший год с учетом потребности рабочей силы на измененный план последующего года).

Потребность в спецодежде и спецобуви ( ПС ) определяется по формуле:

?C = ?BH + ?УК ? ООЖ , (9.4)

где ПВН - потребность в СИЗ, идущая на возмещение износа;

ПУК - потребность в СИ3, предусматривающих увеличение контингента работающих в планируемом году;

ООЖ - ожидаемый остаток СИЗ на начало планируемого года.

Значения ПВН и ПУК находят по числу работающих соответствующего контингента в текущем и планируемом годах (соответственно), а также по нормам расхода изделий ( Н ), которые определяют по формуле:

, (9.5)

где tp - расчетный период, равный 12 месяцам;

tc - срок службы изделия, месяцы ( обычно приведен в “Нормах бесплатной

выдачи”).

Например, если срок носки tc рукавиц равен 2 месяцам, а расчетный период tр -12 месяцам, то норма расхода H рукавиц в год составляет: 12 : 2 = 6 пар.

Значение ООЖ определяется на основе данных личных карточек учета СИЗ, в которых указывается дата выдачи и срок носки выданной спецодежды или спецобуви.

Все перечисленные выше показатели заносят в специальные формы раздельно для мужской и женской спецодежды и спецобуви.

Потребность в предохранительных приспособлениях одного наименования на планируемый год определяют по формуле:

П = ПОБЩ - ПЭ , (9.6)

где П - потребное число предохранительных приспособлений одного наименования на планируемый год;

ПОБЩ - число предохранительных приспособлений одного наименования на планируемый год работающим, которым они полагаются;

ПЭ - число имеющихся в наличии приспособлений, годных к эксплуатации в планируемом году (по данным предприятия).

Значение ПОБЩ равно числу человек, умноженному на норму выдачи приспособления. Если ПЭ ? ПОБЩ, то дополнительного количества приспособлений заказывать не требуется.

При расчете потребности в касках следует учитывать, что гарантийный срок хранения и эксплуатации со дня изготовления составляет два года, после чего они списываются.

На основе обобщения потребности в СИЗ различных подразделений устанавливается общее количество спецодежды, спецобуви и предохранительных приспособлений по размерам, ростам. Согласно проведенным расчетам, составляются спецификации на СИЗ с указанием ГОСТов, ТУ, моделей, типов изделий, артикула тканей, вида пропитки, цвета (для спецодежды).

Ниже приведены примеры типовых решений сформулированных выше задач.

1. Анализ условий труда. 3аполняется карта условий труда, в которой указываются факторы, действующие на рабочих местах, и уровень каждого фактора. Карта заполняется в соответствии с Указанием МПС от 09.01.1987 № Г-197 У.

2.Список профессий. В зависимости от задач, поставленных в дипломном проекте, здесь можно рассмотреть две ситуации. Если в дипломном проекте решается задача организации производства, то список профессий будет сформулирован в зависимости от целей проектирования и предлагается самим разработчиком. Если в проекте рассматриваются задачи проектирования в условиях сложившейся ранее организации производства, то список профессий должен быть установлен в соответствии с действующим штатным расписанием на данном производстве.

3.Расчет необходимых средств индивидуальной защиты. Расчет выполняется в соответствии с нормами бесплатной выдачи спецодежды, спецобуви и других средств индивидуальной защиты работникам предприятий и организаций.

10. Промышленная экология

10.1 Вредное воздействие электромагнитного поля на окружающую среду

На протяжении миллиардов лет естественное магнитное поле Земли, являясь первичным периодическим экологическим фактором, постоянно воздействовало на состояние экосистем. В ходе эволюционного развития структурно-функциональная организация экосистем адаптировалась к естественному фону. Некоторые отклонения наблюдаются лишь в периоды солнечной активности, когда под влиянием мощного корпускулярного потока магнитное поле Земли испытывает кратковременные резкие изменения своих основных характеристик. Этот явление, получившее название магнитных бурь, неблагоприятно отражается на состоянии всех экосистем, включая и организм человека. В этот период отмечается ухудшение состояние больных, страдающих сердечно-сосудистыми, нервно-соматическими и другими заболеваниями. Влияет магнитное поле и на животных, в особенности на птиц и насекомых.

На нынешнем этапе развития научно-технического прогресса человек вносит существенные изменения в естественное магнитное поле, придавая геофизическим факторам новые направления и резко повышая интенсивность своего воздействия. Основные источники этого воздействия - электромагнитные поля от линий электропередачи (ЛЭП) и электромагнитные поля от радиотелевизионных и радиолокационных станций.

На территории СНГ общая протяженность только ЛЭП-500 кВ превышает 20000 км (помимо ЛЭП-150 ЛЭП-300 ЛЭП-750). Линии электропередачи и некоторые другие энергетические установки создают электромагнитные поля промышленных частот (50 Гц) в сотни раз выше среднего уровня естественных полей. Напряженность поля под ЛЭП может достигать десятков тысяч В/м.

Наибольшая напряженность поля наблюдается в месте максимального провисания проводов, в точке проекции крайних проводов на землю и в пяти метрах от неё кнаружи от продольной оси трассы: для ЛЭП-330 кВ - 3,5 - 5,0 кВ/м, для ЛЭП - 500 кВ - 7,6 - 8 кВ/м, для ЛЭП-750 кВ - 10,0 - 15,0 кВ/м.

Отрицательное воздействие электромагнитных полей на человека и на те или иные компоненты экосистем прямо пропорционально мощности поля и времени облучения. Неблагоприятное воздействие электромагнитного поля, создаваемого ЛЭП, проявляется уже при напряженности поля, равной 1000 В/м. У человека нарушаются эндокринная система, обменные процессы, функции головного и спинного мозга и др.

Воздействие неионизирующих электромагнитных излучений от радиотелевизионных и радиолокационных станций на среду обитания человека связано с формированием высокочастотной энергии. Японскими учеными обнаружено, что в районах, расположенных вблизи мощных излучающих теле- и радиоантенн заметно повышается заболевание катарактой глаз. Медико-биологическое негативное воздействие электромагнитных излучений возрастает с повышением частоты, то есть с уменьшением длины волн.

Неионизирующие электромагнитные излучения радиодиапазона от радиотелевизионных средств связи, радиолокаторов и других объектов приводят к значительным нарушениям физиологических функций человека и животных. Вредное воздействие на человеческий организм невидимого, но очень опасного электромагнитного загрязнения окружающей среды идет гораздо более быстрыми темпами, чем прогресс в электронике.

Влияние электрического поля на растения. Опыты проводились в специальной камере в неискаженном поле с напряженностью от 0 до 50 кВ/м. Было выявлено небольшое повреждение ткани листьев при экспозиции от 20 до 50 кВ/м, зависящее от конфигурации растения и первоначального содержания влаги в нем. Омертвление ткани наблюдалось в частях растений с острыми краями. Толстые, с гладкой закругленной поверхностью растения не повреждались при напряженности 50 кВ/м. Повреждения являются следствием короны на выступающих частях растений. У наиболее слабых растений повреждения наблюдались уже через 1--2 ч после экспозиции. Важно, что у сеянцев пшеницы, имеющих очень острые концы, корона и повреждения были заметны при сравнительно низкой напряженности, равной 20 кВ/м. Это был самый низкий порог появления повреждений в исследованиях. Наиболее вероятный механизм повреждения ткани растений -- тепловой. Поражение ткани появляется тогда, когда напряженность поля становится достаточно высокой, чтобы вызвать коронирование, и через кончик листка течет ток короны высокой плотности. Тепло, выделяемое при этом на сопротивлении ткани листа, приводит к гибели узкого слоя клеток, которые сравнительно быстро теряют воду, высыхают и сжимаются. Однако этот процесс имеет предел и процент высохшей поверхности растения невелик.

Проведенные наблюдения и эксперименты по влиянию электромагнитного поля воздушных линий на растения показали, что наблюдается уменьшение сухого веса надземной массы растений овса, подсолнечника растущих под воздушными линиями, по сравнению с контрольным. Отмечено отрицательное действие электромагнитного поля на величину потенциальной нитрогеназной активности почвенной ризосферной популяции, длину проростков растений. В некоторых исследованиях, например отмечается стимуляция роста и прорастания сухих семян креписа при воздействии напряженности электромагнитного поля 40 кВ/м.

Влияние электромагнитного поля воздушных линий на насекомых. Наиболее распространенными реакциями насекомых (таких как стрекоз, бабочек, майских жуков, шмелей) на напряженность электрического поля воздушных линий являются избегание подлета на близкое расстояние к низко расположенным проводам линии электропередачи, временная потеря ориентации и координации в пространстве вплоть до падения. При облучении напряженность электрического поля сверхвысокого напряжения (40 кВ/м; 50 Гц) гусениц китайского дубового шелкопряда было зарегистрировано замедление темпов роста и развития у гусениц младшего возраста, которое компенсировалось уже у гусениц третьего возраста. Увеличение в 2-6 раз численности особей некоторых насекомых (жука-кузьки, шпанской мушки, тли, имаго) под проводами воздушных линий было зарегистрировано В.В. Аникиным, Г.В. Шляхтиным, что может быть объяснено уменьшением под воздушными линиями численности естественных врагов и более богатым запасом пищевых ресурсов. Очень чувствительными к действию электромагнитному полю являются пчелы. В исследовании влияния электромагнитного поля от воздушных линий -765 (60 МГц, 7 кВ/м) на пчел были обнаружены следующие эффекты: увеличение двигательной активности, аномальное отложение прополиса у входа в улей, снижение пищедобывательной мотивации, повышенный уровень смертности маток улья.

Влияние электрического поля на животных. Исследования проводились по двум направлениям: изучение на уровне биосистемы и изучение порогов обнаруженных влияний. Среди цыплят, помещенных в поле с напряженностью 80 кВ/м, отмечалась прибавка массы, жизнеспособность, низкая смертность. Порог восприятия поля измерялся на домашних голубях. Было показано, что голуби обладают каким-то механизмом для обнаружения электрических полей малой напряженности. Генетических изменений не наблюдалось.

Лабораторные исследования А. Г. Карташева, Г. Ф. Плеханова по выяснению биотропности переменного электрического поля сверхвысокого напряжения (40 кВ/м; 50 Гц) показали, что у белых мышей (экспозиция 5, 10 и 20 сут) наблюдалось развитие анемии (30 %) на 10-е сут, которая компенсировалась развивающимся ретикулоцитозом к 20-м сут. Биотропность поля существенно зависела от стадии онтогенеза, уровня организации и экологических особенностей биообъектов, что необходимо учитывать при экологическом нормировании переменного электрического поля.Анализ результатов эксперимента по изучению влияния на животных (крысы-самцы) электрического поля (50 Гц) напряженностью от 100 до 5000 В/м при круглосуточном воздействии фактора позволил установить, что наблюдаются изменения общего состояния организма животных, нарушения метаболизма (белкового, углеродного и энергетического обменов и их регуляция) и процессов нейро-гуморальной регуляции, кроме того при длительном непрерывном воздействии электрического поля (напряженность 1-5 кВ/м) возникают изменения генеративной функции подопытных животных и их потомства (нарушения внутриутробного и постнатального его развития). При влиянии длительного прерывистого электрического поля также установлены нарушения генеративной функции (напряженности поля 10-15 кВ/м), выражавшиеся в снижении плодовитости подопытных самок и изменениях внутриутробного развития потомства. Эти данные подтверждаются результатами В.Д. Дышловой, С.М. Пилявской и др. (1982), которые обнаружили после 3-4 месячного облучения мышей линии Вистар электромагнитное поле промышленной частоты 15-25 кВ/м в семенниках животных морфологические и биохимические изменения интерстициальной ткани, характер которых зависел от напряженности электромагнитного поля промышленной частоты. Самцы, подвергавшиеся ежедневному 5-часовому воздействию электромагнитного поля промышленной частоты напряженностью 15 кВ/м, оказались бесплодными, несмотря на высокую сексуальную активность. При воздействии электромагнитного поля напряженностью 10 кВ/м самцы потомство дали, но оно развивалось хуже, чем в контроле (повышение частоты врожденных аномалий и постэмбриональной гибели, снижение интенсивности роста тела). В потомстве от самок, подвергавшихся воздействию электромагнитного поля промышленной частоты напряженностью 10 и 15 кВ/м, наряду с указанными выше нарушениями, отмечено ухудшение развития шерстяного покрова. На основании полученных данных о влиянии электромагнитного поля воздушных линий на репродуктивную систему животных, можно ожидать в природных экосистемах нарушение количественного соотношения особей некоторых видов, что нарушает устойчивость экосистемы.

Результаты нескольких исследований сельскохозяйственных животных (овцы, ягнята), постоянно подвергающихся облучению электромагнитного поля воздушных линий показали, что существенных отличий по сравнению с контролем не наблюдалось в следующих показателях: продуктивности, уровнях заболеваемости и смертности. Но были обнаружены статистически достоверное снижение иммунной активности (интерлейкин-1) при продолжительном облучении.

В лабораторных исследованиях Hjeresen et al (1982) обнаружено, что облучение (60 Гц, 30 кВ/м) свиней в период сна вызывало у них беспокойство и дискомфорт, в то время как в период активности таких реакций не возникало. В исследованиях Mercer (1985) по изучению влияния электромагнитного поля воздушных линий-345, 500, 760 (напряженность 2-15 кВ/м) на коров, было зарегистрировано увеличение случаев рождения телят с аномалиями и среднего процента смертности телят с 3,4% до 5,85%. В то же время у взрослых коров не было зарегистрировано изменений в продуктивности и биохимическом составе молока.

Проведенное Г.И. Евтушенко (1982) исследование влияния магнитного поля промышленной частоты на нервную, сердечно-сосудистую, гемато-иммунологическую, эндокринную системы животных показало, что прерывистые и непрерывные магнитные поля 7500 А/м являются биологически активными, поскольку вызвали достоверные изменения во всех показателях. Биоэффекты действия магнитного поля напряженностью 750 А/м и 75 А/м характеризовались меньшими изменениями и восстанавливались в период последействия. Результаты эксперимента Б.М. Савина с сотр. (1987) подтвердили высокую чувствительность иммунной системы к действию электрического поля 50 Гц напряженностью 1000-50 В/м при различных режимах облучения.

Влияние воздушных линий на экосистемы многосторонне: во-первых, строительство ВЛ нарушает места обитания одних видов животных и создает благоприятные условия для других; во-вторых, это механическое воздействие - например, столкновение летящих птиц с опорами и проводами воздушных линий; в-третьих, непосредственное токовое воздействие при контакте; в-четвертых, влияние электромагнитного поля на различные этапы онтогенеза животных. В работе О.Г. Нехорошева (1996) изучалось влияние воздушных линий -500 кВ на жизнедеятельность птиц. Средняя напряженность переменного электрического поля на уровне скворечников составляла 10-15кВ/м. В результате установлено, что смертность птиц на изучаемых участках воздушных линий от столкновения с проводами составляет в среднем 1,5 особи на 1 км воздушных линий в год. Отмечено, что совокупность условий под воздушными линиями 500 кВ влияет на пути метаболизма аминокислот в организме самок скворца, что затем отражается на потомстве - увеличивается продолжительность 'бесперьевого' периода развития птенцов и повышается их смертность.

Влияние электромагнитного поля воздушных линий на водные экосистемы.Исследования воздействия электромагнитного поля на гидрофауну и флору очень малочисленны. Проведенные модельные эксперименты В.Г. Дувинг, Ю.А. Малининой (2000) о влиянии пременного электрического поля 50 Гц напряжением до 500 кВ на гидробионтов Daphnia magna и Scenedesmus quadricauda показали их высокую чувствительность и возможность их использования в качестве тест-систем.

Отмечено, что животные, пребывающие в электрическом поле большой напряженности, могут испытывать мини-шок из-за посторонних факторов, зависящих от условий эксперимента, которые могут привести к некоторому беспокойству и возбуждению испытуемых.

В ряде стран имеются нормативные документы, ограничивающие предельные значения напряженности поля в зоне трасс воздушных линий электропередачи. Некоторые нормы приведены в таблице 10.1.

Максимальная напряженность 20 кВ/м была рекомендована в Испании, и такое же значение рассматривается в настоящее время как предельное в ФРГ.

Таблица 10.1

Предельные значения напряженности электрического поля для разных стран

Общественная осведомленность о влиянии электромагнитного поля на живые организмы продолжает расти, и некоторый интерес и беспокойство в связи с этим влиянием будут приводить к продолжению соответствующих медицинских исследований, особенно на людях, проживающих вблизи воздушных линий электропередачи.

10.2 Способы защиты от вредного воздействия электромагнитного поля на окружающую среду

Использование человеком электромагнитной энергии в возрастающих масштабах привело к тому, что в окружающей среде активно проявляется один из видов энергетического загрязнения -- электромагнитный. В связи с этим возникает необходимость разработать полную систему методических указаний по расчету электромагнитных полей энергетических систем.

Для обеспечения защиты окружающей среды и человека от электромагнитного поля, рационального управления излучающими техническими средствами и их размещением, решения вопросов градостроительства с учетом развития отрасли энергетики и контроля экологической безопасности регионов необходимо разработать систему электромагнитного мониторинга энергетических систем. При этом возникает проблема разработки методологии и соответствующей нормативно-методической базы прогнозирования электромагнитной обстановки вблизи элементов энергетической системы. Это предполагает создание соответствующих электродинамических моделей, а также расчетные и экспериментальные исследования электромагнитное поле различных элементов энергосистем в условиях реальных размещений.

Рисунок 10.1 - Результаты расчета электрического поля высоковольтной ЛЭП-35 в виде линий равного уровня 200 В/м, нанесенные на карту местности

Отметим, что постепенная ориентация расчетных методов электромагнитного мониторинга на строгие решения соответствующих электродинамических задач и широкое использование численных методов позволили унифицировать методы расчетов. В настоящее время для анализа электромагнитных полей в практике используются метод конечных элементов и метод конечных разностей.

Последние 2-3 года в СНГ проводятся работы над проблемами электродинамического моделирования элементов энергетических систем. В течение этих лет разработаны методики моделирования и визуализации электромагнитных полей, создаваемых элементами энергетической инфраструктуры области. Приняты допущения для моделирования источников, относящихся к различным группам, и указаны границы их применимости. В частности, сформулированы критерии перехода от трехмерных задач к псевдодвумерным, а также приняты допущения, позволяющие отказаться от учета взаимного влияния индуктивностей моделируемых технических средств при решении электродинамической задачи. При этом собственно решению электродинамической задачи предшествует расчет распределения напряжений и токов по полюсам анализируемого устройства методами электрических и магнитных цепей. Для каждой группы источников разработаны методы электродинамического моделирования, учитывающие их специфические особенности. При помощи разработанных методик проведены расчеты электромагнитных полей некоторых объектов, расположенных в области, и эти результаты нанесены на электронную карту (рисунки 10.1 и 10.2).

Рисунок 10.2 - Результаты расчета магнитного поля встроенной трансформаторной подстанции в виде линий равного уровня (в миллитеслах) на высоте двух метров от основания

На основе методик расчета разработан и утвержден документ «Электромагнитные поля в окружающей среде. Расчет электромагнитных полей распределительных и оконечных устройств сетей энергоснабжения», имеющий статус регионального нормативно-методического документа.

В перспективе предполагается разработка полной системы методических указаний по расчету электромагнитного поля энергетических систем. В данном направлении в настоящее время ведутся активные работы.

Измерение электромагнитного поля целесообразно проводить для определения его интенсивности, ведь любой человек подвержен его интенсивному воздействию. Измерение электромагнитного излучения позволяет оценить степень возмущения электрических и магнитных полей, которые образуются около работающих систем радиосвязи, бытовой техники, производственного оборудования и т. д.

Измерение электромагнитного излучения - очень важный момент, так как это излучение не вполне изучено, но доказано учёными, что оно влияет на живые организмы и может являться причиной повышенной утомляемости, слабости, скачков артериального давления и многих других неприятностей со здоровьем. Узнать, является ли уровень электромагнитного излучения в Вашем доме нормальным, можно с помощью измерения электромагнитного поля вокруг бытовых и радио проборов с помощью специальных устройств, а именно, измерителей напряжённости электромагнитных полей.

Заключение

В настоящем дипломном проекте был разработан прибор для измерения параметров электромагнитного поля промышленной частоты. Приобретение данного прибора позволит снизить затраты организаций на измерение параметров электромагнитного поля.

В результате работы над дипломным проектом были разработаны структурная, электрическая принципиальная схемы прибора, блок-схемы алгоритма работы прибора. Был произведен расчет метрологических характеристик прибора, а также его технико-экономических показателей.

В дипломном проекте были рассмотрены вопросы промышленной экологии и охраны труда.

Список используемых источников

1. Трудовой кодекс РК. 15.05.2007г.

2. СТ РК 1150-2002. Электромагнитные поля промышленной частоты. Допустимые уровни напряженности и требования к проведению контроля.

3. Контроль физических факторов окружающей среды, опасных для человека. М.; ИПК Издательство стандартов, 2003.

4. Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств и непреднамеренные помехи. В 3-х вып. Вып. 3. Измерение электромагнитных помех и измерительная аппаратура: Сокр. пер. с англ./ Под ред. А. Д. Князева. - М.: Сов. радио, 1979.

5. Бараночников М. Л. Микромагнитоэлектроника. Т. 1. - М: ДМК Пресс, 2001.

6. Бараночников М. Л. Микромагнитоэлектроника. Т. 2. - М:2002. Том II. Справочные сведения о наиболее известных и распространенных изделиях микромагнитоэлектроники.

7. Расчет потребности в средствах защиты от опасных и вредных производственных факторов. Методические указания к разделу дипломного проекта 'Безопасность и экологичность проекта'. Сост. Горюшинская Е. В. - Самара:2002.

8. Тнимов Ж. Т. Методические указания по выполнению экономической части дипломного проекта (работы) для студентов специальности 050716 - «Приборостроение». - Караганда: КарГТУ, 2009, - 16 с.

9.Тимофеева Е.И. , Федорович Г.В. Экологический мониторинг параметров микроклимата - М: 2005.

10. Федорович Г.В. Экологический мониторинг электромагнитный полей - М: 2006.

11. http://www.emftest.ru.

12. http://www.ntm.ru.

13. http://www.eurolab.ru.

14. http://www.chipdip.ru.

15. http://www.energoform.ru.