ДАТЧИК ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ СВЕРХВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ

Датчик электромагнитного поля сверхвысокой частоты
Полезная модель относится к датчикам электромагнитного поля сверхвысокой частоты и может быть использована для обнаружения электромагнитных полей малой интенсивности в микроволновом диапазоне и пеленга опасных для здоровья зон около работающей микроволновой печи.
Известны датчики СВЧ-поля, построенные на химическом принципе 1,2. Прозрачная для микроволн и света колба заполнена веществом, которое при появлении электромагнитного поля определенной мощности своим свечением сообщает персоналу об опасности. В 1 колба заполнена смесью неона и аргона, которая светится белым светом. В 2 колба заполнена сложным раствором нитрата серебра и ампулой-резистором, которая вызывает свечение раствора, яркость которого меняется в некоторых пределах соответственно интенсивности микроволнового излучения.
Оба данных изобретения имеют очень низкую чувствительность и весьма ограниченную область срабатывания, а также не обеспечивают определение направления прихода электромагнитной волны, что затрудняет пеленгацию опасных зон.
Известен также датчик 3, построенный на радиоэлементах по мостовой схеме. В его основу положены два термистора, один из которых экранирован от воздействия поля, а другой имеет тепловой контакт с покрытием из коллоидного графита. При появлении СВЧ-излучения данное графитовое покрытие нагревается. Это приводит к тому, что изменяется сопротивление термистора, а это вызывает разбаланс моста. Плечи моста подключены на входы операционного усилителя, который усиливает напряжение разбаланса. Выходное напряжение усилителя соответствует мощности поля, что позволяет его использовать для индикации наличия микроволн, а также для измерения интенсивности электромагнитного поля.
Данный датчик обладает инертностью, требует двух источников питания, имеет два промежуточных преобразования (микроволны - теплота - сопротивление - ток), которые снижают чувствительность датчика и значительно осложняют грандуировку прибора. Данный датчик, как и рассмотренные выше, разработан за пределами России, что не допускает эффективное применение подобных устройств в нашей стране, где установленный биологически безопасный уровень плотности потока мощности значительно меньше.
Задача полезной модели: повышение чувствительности путем упразднения модуля, обеспечивавшего дополнительные физико-химические преобразования, повышение компактности прибора за счет сокращения числа необходимых источников питания до одного и обеспечение пеленгации электромагнитной волны.
Задача полезной модели может быть решена за счет того, что датчик электромагнитного поля, включающий электронную мостовую схему, решающее устройство, индикатор и автономный питающий блок, дополнительно снабжен последовательно соединенными сдвоенной рамочной антенной и СВЧдиодом, включенными в диагональ моста, а также параметрическим стабилизатором, вход которого подключен к батарее питания, а выход - к мосту решающего устройства, причем рамки антенны соединены параллельно и взаимно перпендикулярны в пространстве, а диод установлен в детекторную секцию. При этом в качестве решающего устройства использован интегральный компаратор.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором приведена принципиальная схема датчика.
Антенна WA1 устройства представляет собой сдвоенную рамочную антенну, рамки которой взаимно перпендикулярны, а каждая рамка представляет собой квадрат, размеры стороны которого рассчитываются для конкретной длины волны. Применение двух рамок повышает чувствительность антенны и улучшает направленные свойства прибора. Диаграмма направленности антенны имеет максимум во фронтальном направлении на оси, образованной пересечением плоскостей, в которых расположены рамки. Антенна соединена с детектором, который собран на СВЧ-диоде VD1, установленном в детекторной секции, которая конструктивно образует эквивалентную емкость С1. Положительный вывод источника питания через выключатель питания соединен с резистором R6 индикаторной схемы R6, VD4, VD5, R7, с положительным выводом подключения питающего напряжения компаратора DA1 и с резистором R4. Отрицательный вывод источника питания соединен с резистором R7 индикаторной схемы R6, VD4, VD5, R7, с отрицательным выводом подключения питающего напряжения компаратора DA1, с резистором R2, диодом VD3, стабилитроном VD2 и общим экраном датчика. Другой вывод стабилитрона VD2 соединен с резисторами R1 и R3. Мост образован цепью Rl, WAI, VD1, R2, которая формирует опорное напряжение для неинвертирующего входа компаратора DAI, соединенного с VD1, R2 и цепью R3, VD3, выполняющей аналогичную функцию для инвертирующего входа DA1, который подсоединен к среднему выводу переменного (или подстроенного) резистора R3. Цепь R4, VD2 параметрический стабилизатор напряжения. Резистор R5 соединяет выход и инвертирующий вход компаратора для повышения устойчивости работы. Выход компаратора также соединен со светодиодами VD4 и VD5.
Датчик СВЧ-поля работает следующим образом. Резистор R3 выставлен так, что при отсутствии электромагнитного поля заданной интенсивности на выходе компаратора DA1 получается напряжение, близкое к О (В). Это приводит к тому, что зажигается светодиод VD4 зеленого свечения, сигнализирующий, что электромагнитное поле не превышает заданный предел. При появлении электромагнитного поля большей интенсивности, чем пороговая, ток в цепи Rl, WAI, VD1, R2 повышается, увеличивается напряжение на R2, что вызывает срабатывание компаратора DA1, на выходе которого получается напряжение, близкое к напряжению питания. Это приводит к зажиганию красного светодиода VD5, сигнализирующего о том, что электромагнитное поле превышает допустимое значение, установленное R3. Шкала переменного (подстроечного) резистора R3 градуируется с помощью образцовых источников поля. Поскольку антенная система прибора обладает направленностью, с помощью данного датчика можно не только обнаруживать наличие поля, но и построить полную картину электромагнитного поля около микроволновой печи, что позволяет обнаруживать все опасные для персонала зоны.
логически опасного предела, установленного в России. Применение параметрической стабилизации опорного напряжения измерительного моста позволяет датчику стабильно работать при небольшой разрядке батареи питания. Исключение одного источника питания позволило повысить компактность датчика. Специальная конструкция антенны позволяет пеленговать опасные для персонала зоны около работающей микроволновой печи.
Список использованных источников
1. Microwave radiation detector /Fleck Henry. Пат. 4529855, США. Заявл. 28.09.84, №655354, опубл. 16.07.85
2.Detecteur dondes electromagnetiques /Brun Alain. Заявка 2612034 Франция. Заявл. 04.03.87, №8703133, опубл. 09.09.88
3. Microwave radiation detector /McDonnell Damien Gerard, Bonett Paul. Заявка. 2204703, Великобритания. Заявл. 09.04.87, №8708486, опубл. 14.11.88