УСТРОЙСТВО АКТИВНОЙ ЗАЩИТЫ ОТ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ПРОМЫШЛЕННОЙ ЧАСТОТЫ

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к устройствам для экранирования от электрических и магнитных полей, и может быть использована для активной защиты головы человека от магнитного поля промышленной частоты.
Известно, что при протекании переменного тока по проводу в окружающем его пространстве создается трехмерное переменное магнитное поле. Напряженность магнитного поля (магнитная индукция) пропорциональна току и зависит от геометрических характеристик источника. Активное экранирование внешнего магнитного поля источника с помощью магнитного поля, создаваемого током в витках, основывается на принципе суперпозиции полей, то есть взаимодействия полей таким образом, чтобы скомпенсировать и добиться отсутствия, либо наличия поля низкой напряженности в защищаемой зоне. Широкое применение электрической энергии, в том числе сильноточного электрооборудования делает актуальным разработку устройств, защищающих человека, находящегося вблизи такого оборудования, от создаваемых магнитных полей. При выполнении работ в электроэнергетике в большинстве случаев воздействию сильного магнитного поля промышленной частоты подвергается, в основном, голова персонала. Кроме того, одним из возможных механизмов влияния магнитных полей на человека (отмечается возможность возникновения онкологических заболеваний) является влияние на выработку в мозге жизненно важного гормона - мелатонина, регулирующего деятельность эндокринной системы, замедляющего процессы старения, в том числе, подавляющего развитие раковых клеток.
Известно устройство активной защиты от магнитного поля промышленной частоты (система компенсации переменного магнитного поля с тремя петлевыми обмотками (Аполлонский С.М., Горский А.Н. Расчеты электромагнитных полей: Монография / Под ред. А.Н. Горского. - М.: Маршрут, 2006. - 992 с. [с.963-964])), содержащее систему индуктивных катушек - датчиков, размещенных по полной координатной поверхности, охватывающей источник поля и соединенных последовательно в цепи согласно или навстречу. В каждую из трех цепей включены генератор (предварительный усилитель), анализатор гармоник, полосовой фильтр, фазовый указатель, сумматор, осуществляющий контроль за полнотой компенсации поля путем сравнения с нормированными величинами; усилитель мощности и петлевая обмотка. Компенсация магнитного поля осуществляется с помощью поля трех петлевых обмоток, установленных непосредственно на корпусе источника в трех взаимно перпендикулярных плоскостях. Поле в петлевых обмотках создается при пропускании по ним токов, которые снимаются с системы индуктивных катушек - датчиков и пропорциональны составляющим дипольного момента поля источника.
Недостатком известного устройства является активное экранирование переменного магнитного поля только неподвижного в пространстве оборудования. В случае близкого расположения индуктивных катушек - датчиков переменного магнитного поля и экранирующих петлевых обмоток - создателей компенсирующего поля будет происходить взаимовлияние полей разных катушек друг на друга, что приведет к неполноте компенсации. Очень близкое размещение индуктивных катушек - датчиков и петлевых обмоток в случае экранирования головы, использование множества индуктивных катушек и большого количества других элементов в каждой из трех отдельных цепей делает невозможным применение известного устройства для защиты головы человека от магнитного поля.
Кроме того, известно устройство активной защиты от магнитного поля промышленной частоты (устройство для защиты от возмущений природных и техногенных магнитных и электромагнитных полей (Свидетельство №30084. Устройство для защиты от возмущений природных и техногенных магнитных и электромагнитных полей / Книжник Г.С., Щербаков В.В. - №30084, заявлено 18.12.2002; опубл. 20.06.2003. - 19 с., 5 ил.)), являющееся прототипом полезной модели и содержащее преобразователь внешнего электромагнитного поля в электрический сигнал, формирователь компенсирующего сигнала и исполнительный механизм создания компенсирующего поля. Для компенсации по трем ортогональным компонентам вектора магнитной индукции внешнего поля и защиты головы человека указанное устройство имеет три цепи (схемы компенсации). В этом случае преобразователь внешнего электромагнитного поля в электрический сигнал включает три магниточувствительных прибора (феррозонда), размещенных во взаимно перпендикулярных плоскостях и измеряющих амплитуду трех (Z, X, Y) компонентов вектора магнитной индукции внешнего поля. Формирователь компенсирующего сигнала, в значительно упрощенном исполнении представляющим собой аналоговый канал, включает (в каждой из трех цепей (схем компенсации)) усилитель сигнала, схему возбуждения, регулируемый компенсатор постоянного поля Земли, дискриминаторы-усилители, пороговые устройства вариаций, производитель компенсирующего поля, пороговые устройства опасности, преобразователь напряжений, генератор (батарею), индикаторы опасности (например, лампочки или звуковые индикаторы). Исполнительный механизм создания компенсирующего поля включает пять индуктивных катушек: одну для компенсации компонента Z вектора магнитной индукции внешнего поля, по две - для компенсации компонентов Х и Y. При этом указанные катушки расположены с возможностью организации трехнаправленного магнитного компенсирующего поля для формирования магнитного поля вдоль и поперек головы (во взаимно перпендикулярных плоскостях).
Перечисленные элементы преобразователя внешнего электромагнитного поля в электрический сигнал, формирователя компенсирующего сигнала (представляющего собой аналоговый канал) и исполнительного механизма создания компенсирующего поля объединены в три цепи (схемы компенсации) следующим образом. В каждой из цепей (схем компенсации) магниточувствительный прибор (феррозонд) связан со схемой возбуждения, с регулируемым компенсатором постоянного поля Земли, а также с усилителем сигнала. Компенсатор постоянного поля Земли, в свою очередь, также связан с усилителем сигнала, который связан с двумя дискриминаторами-усилителями. Каждый из дискриминаторов-усилителей связан с пороговым устройством вариаций, пороговым устройством опасности и производителем компенсирующего поля. Генератор (батарея) связана с преобразователем напряжений, который, в свою очередь, связан с энергопотребляющими элементами схемы. Каждое из двух пороговых устройств опасности связано с индикатором опасности. Производитель компенсирующего поля связан с одной (для компенсации компонента Z вектора магнитной индукции внешнего поля), либо двумя индуктивными катушками (для компенсации компонентов Х и Y).
К недостаткам указанного устройства (в случае компенсации по трем ортогональным компонентам вектора магнитной индукции внешнего поля) относится громоздкая конструкция, не позволяющая разместить все устройство на человеке, а, следовательно, вызывающая неудобство в применении устройства, и неполнота компенсации магнитного поля промышленной частоты. Указанное устройство содержит, как минимум, двадцать два элемента, в том числе большое количество индуктивных катушек. В качестве датчиков переменного магнитного поля (преобразователя внешнего электромагнитного поля в электрический сигнал) использованы три феррозонда (каждый включает не менее двух индуктивных катушек), и в качестве экранирующих обмоток - создателей компенсирующего поля (исполнительного механизма создания компенсирующего поля) - пять индуктивных катушек. Значительное количество элементов, в том числе катушек индуктивности и феррозондов приводит к тому, что все элементы указанного устройства невозможно разместить только на теле человека и это вызывает значительное неудобство в его практическом применении. Что касается неполноты компенсации переменного магнитного поля, можно сказать следующее. Экранирующие обмотки - создатели компенсирующего поля (исполнительный механизм создания компенсирующего поля) размещаются только на верхней части головы в виде головного убора таким образом, чтобы компенсировать три ортогональные компоненты вектора магнитной индукции внешнего поля. В случае близкого расположения индуктивных катушек - датчиков переменного магнитного поля и индуктивных катушек - создателей компенсирующего поля (на голове человека), будет происходить взаимовлияние полей разных катушек друг на друга, что приведет к неполноте компенсации магнитного поля промышленной частоты в защищаемой зоне. Также из-за наличия индуктивных катушек только на головном уборе компенсация переменного магнитного поля в средней и нижней части головы будет неполной по двум компонентам (X и Y) вектора магнитной индукции внешнего поля, компенсируемым индуктивными катушками, расположенными со стороны лба, затылка и ушей. Вышеперечисленные недостатки не позволяют применить указанное устройство для эффективной защиты головы человека от магнитного поля промышленной частоты, в том числе, при перемещении человека в пространстве относительно источника внешнего поля.
Задачей является создание удобного в применении устройства, обеспечивающего компенсацию по трем ортогональным компонентам вектора магнитной индукции внешнего поля промышленной частоты в зоне нахождения головы, как в случае стационарного пребывания, так и перемещения человека в пространстве относительно источника внешнего поля.
Поставленная задача достигается тем, что в указанном устройстве, состоящем из трех цепей компенсации, каждая из которых включает генератор и индуктивную катушку, которая располагается перпендикулярно двум другим катушкам, в каждую из цепей введено устройство поддержания нуля, которое соединяет генератор и катушку, а три указанные индуктивные катушки расположены одна в другой вокруг головы человека.
На фиг.1 приведена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - схематическое изображение расположения индуктивных катушек.
Устройство активной защиты от магнитного поля промышленной частоты (фиг.1) содержит цепи 1, 2, 3, каждая из которых состоит из индуктивной катушки 4, параллельно соединенной с устройством поддержания нуля 5, которое параллельно соединено с генератором 6. Три индуктивные катушки 4 расположены одна в другой во взаимно перпендикулярных плоскостях вокруг всей головы человека, как показано на фиг.2.
Устройство активной защиты от магнитного поля промышленной частоты работает следующим образом.
В индуктивных катушках 4 при внесении во внешнее переменное магнитное поле промышленной частоты наводятся переменные напряжения, пропорциональные трем ортогональным составляющим вектора магнитной индукции внешнего поля. Напряжение на каждой индуктивной катушке 4 фиксируется на входе устройства поддержания нуля 5, задачей которого является управление подачей переменного тока от генератора 6 таким образом, чтобы на входе оказалось нулевое напряжение. Поскольку индуктивная катушка 4 имеет индуктивность и некоторое активное сопротивление, то при протекании по ней тока от генератора 6 напряжение на входе устройства поддержания нуля 5 будет изменяться. Управляя как амплитудой, так и фазой подаваемого тока, устройство поддержания нуля 5 будет контролировать соблюдение нулевого напряжения. Так как индуктивные катушки расположены одна в другой во взаимно перпендикулярных плоскостях вокруг головы человека, то в независимых друг от друга цепях 1, 2, 3 будет обеспечиваться компенсация соответствующей компоненты вектора магнитной индукции внешнего поля, при этом взаимовлияние полей каждой из катушек на остальные будет исключено. Устройство поддержания нуля 5 обеспечивает совмещение в одной индуктивной катушке функции датчика переменного магнитного поля и экранирующей обмотки - создателя компенсирующего поля. Это позволяет значительно уменьшить количество элементов (до девяти), в том числе индуктивных катушек (до трех) и, соответственно, вес устройства активной защиты от магнитного поля промышленной частоты, а также разместить все его элементы на теле человека, что обеспечит удобство в применении устройства.
Таким образом, в устройстве активной защиты от магнитного поля промышленной частоты за счет расположения трех индуктивных катушек одна в другой вокруг головы человека и введения устройства поддержания нуля достигается удобство в применении и обеспечивается компенсация по трем ортогональным компонентам вектора магнитной индукции внешнего поля промышленной частоты в зоне нахождения головы как в случае стационарного пребывания, так и перемещения человека в пространстве относительно источника внешнего поля.