Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ КОНТРОЛЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

Изобретение относится к области измерений и контроля уровней электромагнитных полей, создаваемых в помещениях различными источниками электромагнитных излучений (ЭМИ), и может быть использовано для определения их степени влияния на возможность пребывания в различных зонах этих помещений.

Известен способ измерения напряженности электромагнитного поля, заключающийся в помещении в измеряемое электромагнитное поле К антенн-датчиков и регистрации напряжений на элементе нагрузки К антенн-датчиков U₁…U_K, пропорциональных напряженности воздействующего электромагнитного поля. При этом все К антенны-датчики имеют отличные друг от друга амплитудно-частотные характеристики, число К антенн-датчиков выбирают равным числу источников излучения N или выше него, а напряженности всех N составляющих электромагнитного поля E₁…E_N определяют из решения системы линейных уравнений (патент RU 2164028, МПК G01R 29/08, 2001).

Недостатком вышеописанного способа является узкая область применения вследствие ограниченной возможности измерения параметров электромагнитных полей только в радиочастотном диапазоне.

Известен способ измерения уровней электромагнитного излучения, заключающийся в том, что измерения производят с использованием приемной антенны и анализатора спектра электромагнитного излучения, который представляет собой портативную ЭВМ (патент RU 2189605, МПК G01R 29/08, 2002).

Недостатком данного способа является ограниченная область применения вследствие измерения уровней ЭМИ только для низкочастотного электромагнитного излучения.

Известен способ определения уровня низкочастотного электромагнитного излучения средств электронно-вычислительной техники, заключающийся в том, что измерение уровня исследуемых ЭМИ в полосе частот 5 Гц - 2 кГц производят дважды: при отсутствии фильтра и при его наличии, а затем искомый результат определяют аналитически (патент RU 2187825, МПК G01R 29/08, 2002).

Недостатком этого способа является ограниченная область применения, так как он используется лишь для определения уровня низкочастотного ЭМИ средств электронно-вычислительной техники.

Наиболее близким по технической сущности (прототипом) к предлагаемому изобретению по максимальному количеству сходных признаков является способ контроля электромагнитной безопасности, заключающийся в том, что производят измерение напряженностей статических электрических полей, переменных электрических и магнитных полей от источников электромагнитного излучения, в качестве которых использованы ПЭВМ (персональные электронно-вычислительные машины), на расстоянии 0,5 м от экрана (СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03. Гигиенические требования к персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы. - Введ. 2003-06-30. - М.: Изд-во стандартов, 2003. - С.12).

Недостатками вышеприведенного способа являются узкая область применения, так как этот способ предназначен для определения уровня электромагнитного излучения средств только электронно-вычислительной техники; низкая достоверность результатов контроля вследствие невозможности определения параметров электромагнитного поля во всех точках помещения - для этого требуется бесконечное количество измерений; повышенная трудоемкость осуществления вследствие сложности определения допустимого времени пребывания в различных зонах помещения.

Задача настоящего изобретения заключается в расширении области применения способа путем обеспечения возможности определения уровня ЭМИ от любых источников, повышение достоверности результатов контроля электромагнитной безопасности путем обеспечения возможности определения уровня ЭМИ во всех точках контролируемого пространства, снижение трудоемкости осуществления способа путем уменьшения сложности определения допустимого времени пребывания в различных зонах помещения.

Известно, что в прототипе (СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03. Гигиенические требования к персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы. - Введ. 2003-06-30. - М.: Изд-во стандартов, 2003. - С.12) расстояние от центра каждой внешней поверхности каждого источника излучения выбирают равным 0,5 м.

В источнике (СанПиН 2.1.2.1002-00. Санитарно-эпидемиологические требования к жилым зданиям и помещениям.- Введ. 2001-07-01. - М.: Изд-во стандартов, 2001. - С.13) расстояние от центра каждой внешней поверхности каждого источника излучения выбирают равным 0,1 м.

Расстояние от центра каждой внешней поверхности каждого источника излучения в нашем случае выбирают равным 0,1 м в связи с тем, что современные источники электромагнитного излучения (блоки питания, манипуляторы «мышь», мобильные телефоны, смартфоны и т.п.)» по габаритам соизмеримы с размером 0,1 м и могут находиться достаточно близко друг к другу. В случае увеличения упомянутого расстояния невозможно получить адекватную информацию о величине поля имеющимися приборами контроля электромагнитных полей (поскольку поля будут накладываться друг на друга и искажать результаты измерений).

Поставленная задача достигается тем, что в способе контроля электромагнитной безопасности, заключающемся в том, что производят измерение напряженностей статических электрических полей, переменных электрических и магнитных полей от источников электромагнитного излучения, согласно изобретению на расстоянии 0,1 м от центра каждой внешней поверхности каждого источника излучения измеряют однократно значение напряженности электростатического поля, создаваемого источниками ЭМИ кроме ПЭВМ, на частоте 0 Гц и определяют допустимое время пребывания в точке измерения по формуле

где Е_факт - значение напряженности электростатического поля, создаваемого источниками ЭМИ, кроме ПЭВМ, на частоте 0 Гц, кВ/м;

и измеряют однократно значение напряженности электростатического поля, создаваемого ПЭВМ, на частоте 0 Гц и определяют допустимое время пребывания в точке измерения по формуле

где Е1_факт - значение напряженности электростатического поля, создаваемого ПЭВМ, на частоте 0 Гц, кВ/м;

и измеряют однократно значение напряженности электрического поля, создаваемого источниками ЭМИ, кроме ПЭВМ и бытовой техники, на частоте 50 Гц и определяют допустимое время пребывания в точке измерения по формуле

где Е2_факт - значение напряженности электрического поля, создаваемого источниками ЭМИ, кроме ПЭВМ и бытовой техники, на частоте 50 Гц, кВ/м;

и измеряют однократно значение напряженности электрического поля, создаваемого ПЭВМ, на частоте 50 Гц и определяют допустимое время пребывания в точке измерения по формуле

где Е3_факт - значение напряженности электрического поля, создаваемого ПЭВМ, на частоте 50 Гц, кВ/м;

и измеряют однократно значение напряженности электрического поля, создаваемого бытовой техникой, используемой в жилых зданиях и помещениях, на частоте 50 Гц и определяют допустимое время пребывания в точке измерения по формуле

где Е4_факт - значение напряженности электрического поля, создаваемого бытовой техникой, используемой в жилых зданиях и помещениях, на частоте 50 Гц, кВ/м;

и измеряют однократно значение напряженности магнитного поля, создаваемого источниками ЭМИ, кроме ПЭВМ, на частоте 50 Гц и определяют допустимое время пребывания в точке измерения по формуле

где Н1_факт - значение напряженности магнитного поля, создаваемого источниками ЭМИ, кроме ПЭВМ, на частоте 50 Гц, А/м;

и измеряют однократно значение напряженности магнитного поля, создаваемого ПЭВМ, на частоте 50 Гц и определяют допустимое время пребывания в точке измерения по формуле

где Н2_факт - значение напряженности магнитного поля, создаваемого ПЭВМ, на частоте 50 Гц, А/м;

и измеряют однократно значение напряженности электромагнитного поля из радиочастотного диапазона 30 кГц-300 МГц и определяют допустимое время пребывания в точке измерения по формуле

где К_Т - поправочный временной коэффициент.

Из полученных для каждой внешней поверхности значений допустимого времени пребывания выбирают одно наименьшее допустимое значение, измеренные значения напряженностей электрических или магнитных полей, соответствующие наименьшему допустимому значению времени пребывания в точках измерений, используют для формирования пространственной картины электромагнитных полей в зависимости от напряженности электрического или магнитного полей в исследуемом объекте. Об уровне электромагнитной безопасности судят по полученной пространственной картине опасности электромагнитного излучения, преобразуя узловые значения шкалы напряженности электрического или магнитного полей по приведенным выше формулам в узловые значения допустимого времени пребывания, формируя шкалу допустимого времени и заменяя шкалу напряженностей электрического или магнитного полей на шкалу допустимого времени пребывания в опасных зонах объекта.

Предложенное изобретение поясняется фиг.1, на которой изображена пространственная картина электрического поля в координатах В/м, фиг.2, на которой показана пространственная картина опасности электрического поля от различного электрооборудования, размещенного в исследуемом объекте в координатах времени.

Пример осуществления способа контроля электромагнитной безопасности приведен ниже.

Производят измерение напряженностей статических электрических полей, переменных электрических и магнитных полей от источников электромагнитного излучения на частотах: 0 Гц, т.е. постоянное поле, 50 Гц, т.е. поле промышленной частоты, 30 кГц, 3 МГц, 30 МГц, 50 МГц, 300 МГц, т.е. поля радиочастотного диапазона, на расстоянии 0,1 м от центра каждой внешней поверхности каждого источника излучения.

Измеряют однократно значение напряженности электростатического поля, создаваемого источниками ЭМИ, кроме ПЭВМ, на частоте 0 Гц и определяют допустимое время пребывания в точке измерения по формуле (1). При этом учитывают, что предельно допустимый уровень напряженности электростатического поля на частоте 0 Гц при воздействии менее 1 часа за смену, т.е. 8 часов, равен 60 кВ/м (СанПиН 2.1.8/2.2.4.2490-09. Электромагнитные поля в производственных условиях. - Введ. 2009-05-15. - М.: Изд-во стандартов, 2009. - С.3).

При воздействии электростатического поля на частоте 0 Гц более 1 часа за смену предельно допустимый уровень напряженности электростатического поля Е_ПДУ определяют по формуле (СанПиН 2.1.8/2.2.4.2490-09. Электромагнитные поля в производственных условиях. - Введ. 2009-05-15. - М.: Изд-во стандартов, 2009. - С.3):

где t - время воздействия, ч.

Аналогично определяют допустимое время пребывания в зонах действия источников ЭМИ в жилых зданиях и помещениях, например, с ПЭВМ.

И измеряют однократно значение напряженности электростатического поля, создаваемого ПЭВМ, на частоте 0 Гц и определяют допустимое время пребывания в точке измерения по формуле (2). При этом учитывают, что нормированный в (СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03. Гигиенические требования к персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы. - Введ. 2003-06-30. - М.: Изд-во стандартов, 2003. - С.10) предельно допустимый уровень напряженности электростатического поля, создаваемого ПЭВМ, на частоте 0 Гц равен 15 кВ/м при его воздействии в течение 8-часового рабочего дня. В соответствии с формулой (9) предельно допустимый уровень напряженности электростатического поля, создаваемого ПЭВМ, на частоте 0 Гц при его воздействии в течение 1 часа за 8 часов, не нормированное в (СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03. Гигиенические требования к персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы. - Введ. 2003-06-30. - М.: Изд-во стандартов, 2003. - С.10), составляет 43 кВ/м.

При определении предельно допустимого уровня напряженности электрического поля на частоте 50 Гц руководствуются следующим.

И измеряют однократно значение напряженности электрического поля, создаваемого источниками ЭМИ, кроме ПЭВМ и бытовой техники, на частоте 50 Гц и определяют допустимое время пребывания в точке измерения по формуле (3). При этом учитывают, что предельно допустимый уровень напряженности электрического поля на частоте 50 Гц при воздействии в течение 8 часов составляет 5 кВ/м (СанПиН 2.1.8/2.2.4.2490-09. Электромагнитные поля в производственных условиях. - Введ. 2009-05-15. - М.: Изд-во стандартов, 2009. - С.4).

И измеряют однократно значение напряженности электрического поля, создаваемого ПЭВМ, на частоте 50 Гц и определяют допустимое время пребывания в точке измерения по формуле (4), используя формулу (3). При этом учитывают, что нормированное значение предельно допустимого уровня напряженности электрического поля на частоте 50 Гц, создаваемого ПЭВМ на рабочих местах, составляет 0,025 кВ/м для 8-часового рабочего дня (СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03. Гигиенические требования к персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы. - Введ. 2003-06-30. - М.: Изд-во стандартов, 2003. - С.10).

И измеряют однократно значение напряженности электрического поля, создаваемого бытовой техникой, используемой в жилых зданиях и помещениях, на частоте 50 Гц и определяют допустимое время пребывания в точке измерения по формуле (5). При этом учитывают, что для всех изделий бытовой техники, кроме ПЭВМ, используемых в жилых зданиях и помещениях, предельно допустимый уровень напряженности электрического поля на частоте 50 Гц при воздействии в течение 8 часов составляет 0,5 кВ/м (СанПиН 2.1.2.1002-00. Санитарно-эпидемиологические требования к жилым зданиям и помещениям. - Введ. 2001-07-01. - М.: Изд-во стандартов, 2001. - С.13).

И измеряют однократно значение напряженности магнитного поля, создаваемого источниками ЭМИ, кроме ПЭВМ, на частоте 50 Гц и определяют допустимое время пребывания в точке измерения по формуле (6). При этом учитывают, что предельно допустимые уровни напряженности магнитного поля на частоте 50 Гц установлены в (СанПиН 2.1.8/2.2.4.2490-09. Электромагнитные поля в производственных условиях. - Введ. 2009-05-15. - М.: Изд-во стандартов, 2009. - С.5).

И измеряют однократно значение напряженности магнитного поля, создаваемого ПЭВМ, на частоте 50 Гц и определяют допустимое время пребывания в точке измерения по формуле (7) с помощью таблично заданных в (СанПиН 2.1.8/2.2.4.2490-09. Электромагнитные поля в производственных условиях. - Введ. 2009-05-15. - М.: Изд-во стандартов, 2009. - С.5) нормированных значений этих показателей для производственных условий. При этом учитывают, что предельно допустимое значение плотности магнитного потока равно 250 нТл, предельно допустимое значение напряженности магнитного поля равно 0,2 А/м на частоте 50 Гц, создаваемые ПЭВМ нормированы для 8-часового рабочего дня (СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03. Гигиенические требования к персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы. - Введ. 2003-06-30. - М.: Изд-во стандартов, 2003. - С.10).

И измеряют однократно значение напряженности электромагнитного поля из радиочастотного диапазона 30 кГц - 300 МГц и определяют допустимое время пребывания в точке измерения по формуле (8) при облучении в течение 8 часов от нескольких источников, работающих в радиочастотных диапазонах, для которых установлены разные предельно допустимые уровни.

Поправочный временной коэффициент К_Т определяют следующим образом.

Для электрического поля частоты до 300 МГц и магнитного поля частоты до 50 МГц:

Здесь ЭЭ_Е1 - энергетическая экспозиция по напряженности электрического поля в диапазоне частот 30 кГц-3 МГц, определяемая по формуле

где Е₁ - напряженность электрического поля диапазона частот 30 кГц-3 МГц в контролируемой зоне, В/м,

Т - время воздействия, ч;

ЭЭ_Е2 - энергетическая экспозиция по напряженности электрического поля в диапазоне частот 3-30 МГц, определяемая по формуле

где Е₂ - напряженность электрического поля диапазона частот 3-30 МГц в контролируемой зоне, В/м;

ЭЭ_Е3 - энергетическая экспозиция по напряженности электрического поля в диапазоне частот 30-50 МГц, определяемая по формуле

где Е₃ - напряженность электрического поля диапазона частот 30-50 МГц в контролируемой зоне, В/м;

ЭЭ_Е4 - энергетическая экспозиция по напряженности электрического поля в диапазоне частот 50-300 МГц, определяемая по формуле

где Е₄ - напряженность электрического поля диапазона частот 50-300 МГц в контролируемой зоне, В/м;

ЭЭ_Е.ПДУ1 - предельно допустимый уровень энергетической экспозиции по напряженности электрического поля диапазона частот 30 кГц-3 МГц, (В/м)²·ч;

ЭЭ_Е.ПДУ2 - предельно допустимый уровень энергетической экспозиции по напряженности электрического поля диапазона частот 3-30 МГц, (В/м)²·ч;

ЭЭ_Е.ПДУ3 - предельно допустимый уровень энергетической экспозиции по напряженности электрического поля диапазона частот 30-50 МГц, (В/м)²·ч;

ЭЭ_Е.ПДУ4 - предельно допустимый уровень энергетической экспозиции по напряженности электрического поля диапазона частот 50-300 МГц, (В/м)²·ч;

ЭЭ_Н1 - энергетическая экспозиция по напряженности магнитного поля в диапазоне частот 30 кГц-3 МГц, определяемая по формуле

где Н₁ - напряженность магнитного поля в диапазоне частот 30 кГц-3 МГц в контролируемой зоне, А/м;

ЭЭ_Н2 - энергетическая экспозиция по напряженности магнитного поля в диапазоне частот 30-50 МГц, определяемая по формуле

где Н₂ - напряженность магнитного поля в диапазоне частот 30-50 МГц в контролируемой зоне, А/м;

ЭЭ_Н.ПДУ1 - предельно допустимый уровень энергетической экспозиции по напряженности магнитного поля в диапазоне частот 30 кГц-3 МГц, (А/м)²·ч;

ЭЭ_Н.ПДУ2 - предельно допустимый уровень энергетической экспозиции по напряженности магнитного поля в диапазоне частот 30-50 МГц, (А/м)²·ч.

Для электрического поля частоты до 300 МГц:

Для ультравысоких, сверхвысоких или крайне высоких частот:

где ЭЭ_ППЭ- энергетическая экспозиция по плотности потока энергии, определяемая по формуле

где ППЭ - плотность потока энергии, Вт/м²;

ЭЭ_{ППЭ.ПДУ} - предельно допустимый уровень энергетической экспозиции по плотности потока энергии, (Вт/м²)·ч.

При расчете допустимого времени пребывания в электромагнитном поле в диапазоне частот 30 кГц-300 ГГц выбирают наибольший поправочный временной коэффициент К_т.

Предельно допустимый уровень энергетических экспозиций электромагнитного поля для людей, профессионально не связанных с эксплуатацией и обслуживанием источников ЭМИ, определяют следующим образом.

Предельно допустимый уровень энергетической экспозиции по плотности потока энергии:

где ППЭ_ПДУ - предельно допустимый уровень плотности потока энергии, Вт/м².

Предельно допустимый уровень энергетической экспозиции по напряженности электрического поля:

где Е_ПДУ - предельно допустимый уровень напряженности электрического поля, В/м.

Предельно допустимый уровень энергетической экспозиции по напряженности магнитного поля:

где Н_ПДУ - предельно допустимый уровень напряженности магнитного поля, А/м.

Из полученных для каждой внешней поверхности значений допустимого времени пребывания Т_доп выбирают одно наименьшее допустимое значение, которое определяют путем сопоставления допустимого времени пребывания в электростатическом поле Т_{доп(ЭСП)}, в электрическом поле промышленной частоты Т_{доп (ЭП 50)}, в магнитном поле промышленной частоты Т_{доп (МП 50)} и в электромагнитном поле радиочастотного диапазона Т_{доп (ЭМП РЧ)}.

Измеренные значения напряженностей электрических или магнитных полей, соответствующие наименьшему допустимому значению времени пребывания в точках измерений, используют для формирования пространственной картины электромагнитных полей в зависимости от напряженности электрического или магнитного полей в исследуемом объекте, например, с помощью компьютерного моделирования, которое можно осуществить в программе Femlab (Воробьев Н.П. Использование компьютерного моделирования для оценки электромагнитных загрязнений / Н.П.Воробьев, А.А.Сошников, Е.В.Титов // Ползуновский вестник. - 2009. - №4. - С.31-33). На фиг.1 справа приведена шкала напряженности электрического поля в В/м, каждому значению которой соответствует определенная цветовая гамма, а цифровые значения, проставленные рядом с этой шкалой, являются узловыми значениями шкалы напряженности электрического или магнитного полей.

Об уровне электромагнитной безопасности судят по полученной пространственной картине опасности электромагнитного излучения, преобразуя узловые значения шкалы напряженности электрического или магнитного полей по приведенным выше формулам в узловые значения допустимого времени пребывания, формируя шкалу допустимого времени и заменяя шкалу напряженностей электрического или магнитного полей на шкалу допустимого времени пребывания в опасных зонах объекта. На фиг.2 показаны зоны допустимого времени пребывания в исследуемом объекте в виде изоповерхностей, окрашенных в различные тона, в зависимости от числового значения допустимого времени. Справа от картины указана шкала допустимого времени пребывания в различных зонах объекта, с помощью которой можно визуально определить потенциально опасные зоны в зависимости от цветовой гаммы характеристики поля в любой области моделируемого пространства, а цифровые значения, проставленные возле этой шкалы, являются узловыми значениями допустимого времени пребывания.

Полученную пространственную картину опасности ЭМИ используют в качестве карты допустимого времени пребывания в различных зонах исследуемого объекта, а также для обоснования организационно-технических мероприятий по нормализации электромагнитной обстановки.

Таким образом, предложенный способ контроля электромагнитной безопасности предназначен для определения уровней электромагнитных излучений во всех точках пространства помещения от любых источников, выявления зон с превышенными значениями предельно допустимых уровней ЭМИ, определения допустимого времени нахождения в различных зонах исследуемых объектов и организации на этой основе условий безопасного пребывания в помещениях, а также для снижения трудоемкости путем уменьшения сложности определения допустимого времени пребывания в различных зонах помещения.