СОСТАВНОЕ ИЗДЕЛИЕ ДЛЯ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Полезная модель относится к средствам для защиты различных объектов от неблагоприятных факторов внешней среды, более конкретно, к составному изделию для нейтрализации, преимущественно, электромагнитного излучения и может найти применение в качестве защитного средства для экранирования биологических объектов и радиоэлектронных систем от воздействия источников других неионизирующих излучений, в системах сотовой связи и т.п.
Известно составное изделие, содержащее слоистый поглотитель для нейтрализации электромагнитного излучения, включающий диэлектрическую основу и электропроводные элементы (см. заявку РФ №2001129518, опублик. БИПМ №22, ч.2, 2003).
К недостаткам известного устройства для нейтрализации электромагнитного излучения можно отнести сравнительно узкую область использования и сложность технологии изготовления поглощающих элементов, образующих электропроводящие дифракционные решетки, проницаемость которых возрастает по толщине изделия от наружного к внутренним слоям.
Наиболее близким техническим решением к предложенному является составное изделии для нейтрализации электромагнитного излучения, содержащее плоские элементы из диэлектрических и электропроводных материалов (см. патент РФ №41399, опублик. 20.10.2004 - прототип).
Особенностью известного составного изделия является то, что его диэлектрическая основа выполнена в виде эластичной полосы из однородного или композиционного материала, включающей, по крайней мере, один слой ткани и, по меньшей мере, один слой сплошного и/или дискретного электропроводного покрытия, причем отношение толщины диэлектрической основы к толщине слоя электропроводного покрытия находится в диапазоне 5-500. В частном случае в качестве электропроводного компонента тканевой основы применяется металлическая нить, а в качестве покрытия может использоваться тонкий слой магнетика.
Выполнение известного составного изделия, например, в виде гибкого полотна, полностью закрывающего источник опасного электромагнитного излучения, позволяет достаточно эффективно защищать обслуживающий персонал или чувствительную к электромагнитным полям аппаратуру. Однако технология изготовления составного изделия из композиционного материала на тканевой основе с элементами электропроводного покрытия отличается определенной сложностью, в том числе, из-за необходимости использования специализированного оборудования для изготовления тканевой основы с особыми свойствами, например, при введении в ее структуру металлических нитей, нанесении на тканевые компоненты составного изделия тонких слоев электропроводного и магнитоактивного покрытия.
Решаемой задачей полезной модели является создание достаточно эффективного индивидуального средства защиты от неблагоприятных факторов внешней среды. Дополнительной к указанной является задача использования физиотерапевтического действия слабых магнитных полей элементов изделия для коррекции функционального состояния биологического объекта.
Достигаемый технический результат заключается, во-первых, в расширении функциональных возможностей составного изделия в нейтрализации не только электромагнитного излучения, но также мягкого рентгеновского излучения и сильных магнитных полей. Во-вторых, технический результат заключается в упрощении конструкции и технологии изготовления компактного составного изделия из нескольких скрепленных между собой сравнительно тонких элементов или слоев с различными физическими свойствами для использования в качестве указанного индивидуального защитного средства.
Решение указанной задачи и достижение технического результата обеспечивается тем, что в составном изделии для нейтрализации электромагнитного излучения, содержащем плоские элементы из диэлектрических и электропроводных материалов, согласно полезной модели, составное изделие выполнено в виде, заключенного в оболочку из диэлектрического материала, набора скрепленных между собой плоских элементов, преимущественно, прямоугольной формы, в средней части набора размещена пластина с компонентами намагниченного ферромагнитного материала, с обеих сторон которой расположены слои в виде пленок из диэлектрического материала с нанесенным на них дискретным электропроводным покрытием, причем с одной стороны набора установлен дополнительный плоский элемент в форме спирали из электопроводного материала.
Кроме того, пластина в средней части набора может быть выполнена из высокоомного ферритсодержащего материала или из диэлектрического материала, заполненного частицами ферромагнитного металла, причем пластина может быть намагничена параллельно или ортогонально ее плоскости.
Кроме того, пластина в средней части набора может быть выполнена толщиной 0,5-2 мм, слои в виде пленок из диэлектрического материала - толщиной 50-300 мкм, нанесенное на них электропроводное покрытие - толщиной 1-50 мкм, а дополнительный плоский элемент может быть выполнен, преимущественно, в виде двухзаходной спирали Архимеда или спирали Ферма, или спирали «жезл» толщиной 0,1-1 мм.
Кроме того, внутри составного изделия в зоне размещения спирали из электопроводного материала может быть размещен, по крайней мере, один сигнальный элемент или метка для пассивной радиочастотной идентификации изделия, выполненый, преимущественно, в виде малогабаритной электронной схемы или микрочипа, антенные выводы которой соединены с концами указанной спирали для дистанционной записи, кодирования и активации сигнального элемента при определении информационной принадлежности и характеристик составного изделия и/или данных пользователя.
Кроме того, дополнительный плоский элемент в форме спирали может быть охвачен, по крайней мере, одним корректирующим электропроводным кольцевидным элементом с расположенными внутри по осям координат дополнительными сигнальными элементами.
Кроме того, материалы электропроводного покрытия и спирали составного изделия могут быть выбраны из группы благородных, редких или технологичных в применении металлов, преимущественно, платины, золота, серебра, циркония, титана, меди, хрома или сплавов на основе этих металлов, а в состав материала пластины в средней части набора составного изделия могут быть введены ферромагнитные компоненты в виде частиц железа, никеля, кобальта и их соединений, а также дополнительные материалы для увеличения поглощения мягкого рентгеноского излучения, например, из числа указанных металлов с большим атомным весом.
Указанные виды металлов неравноценны с точки технологии их нанесения на пленки в виде покрытий, поэтому определяющую роль при их выборе играет технико-экономическое обоснование для достижения необходимых характеристик изделия и улучшения процесса изготовления составного изделия.
Предложенное техническое решение позволяет повысить эффективность составного изделия в качестве индивидуального средства для локальной защиты при экранирования или нейтрализации указанных неблагоприятных факторов внешней среды, большинство из которых имеет электромагнитную природу (электромагнитное излучение в широком диапазоне частот, рентгеновское излучение, постоянные и переменные магнитные поля и др.). Одновременно реализуется возможность использования составного изделия в качестве магнитотерапевтического средства за счет использования влияния на пользователя слабых магнитных полей намагниченной пластины в изделии. При этом достигается существенное упрощение конструкции и технологии изготовления, по сравнению с прототипом, предложенного компактного составного изделия, используемого в качестве указанного индивидуального защитного средства.
Основные элементы составного изделия (пластина и слои в виде пленок из диэлектрического материала) имеют простую геометрическую форму и могут изготавливаться, например, штамповкой из листов большого формата, свойства и материал которых соответствуют заданным техническим характеристикам и требованиям. Состав ферромагнитного материала пластины и характер дискретного электропроводного покрытия на элементах изделия могут быть заранее рассчитаны для заданных условий поглощения электромагнитного излучения определенного диапазона длин волн. Конструктивное воплощение дополнительного плоского элемента в форме спирали из электопроводного материала также не отличается особой сложностью, возможно ее изготовление штамповкой, навивкой или гальваническим осаждением.
Параллельное или ортогональное намагничивание указанной пластины возможно либо путем холодного отверждения заранее приготовленной композиции из намагниченных частиц ферромагнитного материала в жидкой полимерной массе или путем индукционного намагничивания готовой пластины в поле индуктора специальной формы.
Толщину намагниченной пластины в средней части набора целесообразно выполнить в диапазоне не менее 0,5 мм для достижения вблизи пластины необходимых для магнитотерапевтического воздействия значений локальной индукции магнитного поля порядка сотых долей Тл и более. Увеличение толщины пластины нецелесообразно по ряду технико-экономических соображений. Толщину слоев в виде пленок из диэлектрического материала имеет смысл выбирать по технологическим соображениям в диапазоне 50-300 мкм, характерных для распространенных торговых марок полимерных пленок.
Для электропроводного покрытия на указанных пленках можно использовать несплошные или дискретные покрытия одного или нескольких упомянытых металлов толщиной от 1 до 50 мкм для эффективного поглощения электромагнитных излучений в различных диапазонах длин волн.
Металлические покрытия на пленках изделия в виде электропроводных элементов различной формы (чередующихся полос различной ширины, островков, сетчатых, замкнутых или разомкнутых контурных элементов) обеспечивают создание особой структуры, представляющей собой плоскую пассивную антенную решетку для приема и переизлучения электромагнитных волн, преимущественно, дециметрового и сантиметрового диапазона, что важно для решения поставленной задачи. Использование сплошных электропроводных покрытий на пленках для указанных целей возможно для предельно тонких микронных толщин металла, обладающего повышенным электрическим сопротивлением.
Применение в составе изделия дополнительного плоского элемента в виде двухзаходной спирали Архимеда или спирали Ферма, или спирали «жезл» указанной толщины позволяет, в частности, использовать спираль в качестве антенны, подключенной к антенным выводам сигнального элемента или метки для пассивной радиочастотной идентификации изделия. Так называется новая интенсивно развиваемая информационная технология RFID (от англ. Radio Frequency Identification - радиочастотная идентификация). По данным ИНТЕРНЕТ объем мирового рынка продукции RFID в 2008 г. составил 5,29 млрд $ США.
Указанный сигнальный элемент может быть выполнен, преимущественно, в виде малогабаритной электронной схемы или микрочипа, как указано, для дистанционной записи, кодирования и активации сигнального элемента при определении информационной принадлежности и характеристик составного изделия и/или данных пользователя. Токопроводящие кольцевые элементы, охватывающее указанную спираль могут служить в качестве корректирующих элементов для изменения параметров связи сигнального элемента с устройством при дистанционном считывании информации. Суммарная стоимость такого сигнального элемента с микрочипом, по данным ИНТЕРНЕТ, может составлять до 0,4 $ США.
Использование в качестве материалов для электропроводного покрытия, спирали и пластины в составном изделии благородных, редких или технологичных в применении металлов и ферромагнитных компонентов также способствует решению поставленной задачи повышения эффективности индивидуального средства для локальной защиты от действия неблагоприятных факторов внешней среды. Применение указанных материалов обеспечивает, согласно известным данным, эффективное до 40 дБ и выше экранирование электростатических полей и электромагнитных излучений в широком диапазоне частот от единиц кГц до ГГц, а также значительное ослабление магнитных полей, в том числе, из-за увеличения потерь на перемагничивание ферромагнитного материала пластины в изделии (см, например, патенты США 2996710, 4439768, 5153524, 5345243, 4851609, 4710591, патенты РФ 2046564, 2055450, 2012004 и ФЭ, Москва, «Советская энциклопедия», т.1, 1988 г, с.67).
На фиг.1 схематически показано сечение составного изделия для нейтрализации электромагнитного излучения; на фиг.2 показан вид в плане на изделие с дополнительным плоским элементом в форме двойной спирали Архимеда.
Составное изделие содержит набор 1 скрепленных между собой, например, с помощью клеющей композиции трех плоских элементов, преимущественно, прямоугольной формы. В средней части набора 1 размещена пластина 2 из спрессованного ортогонально намагниченного высокоомного ферритсодержащего материала (магнетит), которая также может быть выполнена из диэлектрического материала, заполненного частицами ферромагнитного металла (никель). С обеих сторон пластины 2 расположены по одному слою в виде полимерных пленок 3 из диэлектрического материала (лавсан) с нанесенным на них с разных сторон дискретным электропроводным покрытием 4 (золото - серебро). Количество слоев в виде полимерных пленок 3 с покрытием 4 по обеим сторонам пластины 2 может варьироваться от одной до пяти и зависит от требуемых характеристик изделия. С одной стороны набора 1 на пластине 2 или на одном из слоев в виде пленок 3 установлен дополнительный плоский элемент 5 в форме двойной спирали Архимеда из электопроводного материала (серебро).
На фиг.2 показано изделие, содержащее сигнальный элемент 6 (метку) для пассивной радиочастотной идентификации изделия, выполненую в виде малогабаритной электронной схемы, антенные выводы которой соединены с концами одной из двух указанных спиралей 5. Сигнальный элемент 6 охвачен тремя корректирующими токопроводящими кольцевыми элементами 7 с расположенными внутри по осям координат дополнительными магнитными элементами 8. Набор 1 указанных плоских элементов 2-8 заключен в ламинированную герметичную оболочку 9, выполненную в данном случае из полимерной пленки (полипропилен) толщиной до 0,5 мм. Другим или дополнительным вариантом оболочки для составного изделия может служить мягкий корпус из кожи (ткани) или жесткий пластиковый корпус, или корпус из ценных пород древесины (не показаны). Ортогонально намагниченная пластина 2 имеет толщину 1,5 мм. Указанный или другой упомянутый ферромагнитный материал в составе пластины 2 может быть равномерно распределен с различной плотностью в толще резиноподобного или иного полимерного материала.
Два слоя в виде пленок 3 из полимерного материала размещены по обе стороны намагниченной пластины 2 и имеют толщину 150 мкм. На пленки 3 с обеих сторон нанесено дискретное электропроводное покрытие, соответственно, золота и серебра толщиной до 10 мкм, например, методами электрохимии или вакуумного напыления. В данном случае покрытие может иметь вид равнонаправленных полос с отношением шага к ширине в диапазоне 1,5-2. В других вариантах выполнения слоистого изделия указанное электропроводное покрытие может быть выполнено из других металлов с другими параметрами толщины и дискретности. В частности, решение поставленной задачи возможно и для сплошных электропроводящих покрытий микронных толщин, обладающих повышенным электрическим сопротивлением, а также дискретных покрытий в форме чередующихся сетчатых, замкнутых, островковых или разомкнутых контурных элементов для преобразования и нейтрализации энергии падающих на составное изделие электромагнитных волн в различных диапазонах частот.
Выполнение дополнительного плоского элемента 5 в виде одно- или двухзаходной спирали Архимеда из серебра толщиной 0,2 мм (при отсутствии в составе изделия упомянутого сигнального элемента) обеспечивает, как и в случае равнонаправленных полос электропроводного покрытия 4 на пленках 3, значительное число возможных резонансов при взаимодействии со спиралью электромагнитных волн дециметрового и сантиметрового диапазонов, что обеспечивает дополнительное повышение эффективности данного устройства как нейтрализатора электромагнитных излучений.
Подключение концов одной из спиралей 5 к антенным выводам, расположенной в центре спирали малогабаритной электронной схемы сигнального элемента 6 (см. фиг.2), обеспечивает для пользователя упомянутую возможность дистанционной пассивной радиочастотной идентификации изделия. Сигнальный элемент 6 со спиралью 5 охвачены несколькими корректирующими токопроводящими кольцевыми элементами 7 с дополнительными магнитными или сигнальными метками 8, замкнутыми, например, на дополнительные антенные спиральные или кольцевидные контуры (не показаны) для функционирования на других рабочих частотах или для решения иных идентификационных задач, в частности, для записи и считывания полезной информации медикобиологического характера для конкретного пользователя.
Четыре метки 8 могут быть выполнены в виде дополнительных намагниченных элементов и размещены по осям координат относительно центра изделия для его возможной ориентации относительно устройства считывания информации или положения на теле пользователя.
В составе предложенного изделия для электропроводного покрытия 4 и спирали 5 возможно использование указанных выше металлов (платины, золота, серебра, циркония, титана, меди, хрома или сплавов), а также ферромагнитных материалов для пластины 2 набора 1 в виде частиц железа, никеля, кобальта и их соединений, в том числе, дополнительных поглощающих материалов с большим атомным весом. Указанные компоненты обладают необходимыми свойствами и характеристиками для решения поставленной задачи.
Типичная конфигурация электромагнитного контура в виде одинарной или двойной сирали Архимеда (фиг.2) может быть сравнима по числу возможных резонансов с другими видами спиралей, например, спирали Ферма или спирали «жезл», обладающих похожими геометрическими характеристиками, что делает их пригодными для использования в качестве антенного контура (не показаны). Указанные выше конфигурации контуров электропроводных элементов, как и токопроводящих диффракционных решеток, в ряде источников называют также фракталами или плоскими генераторами формы, которые обладают особыми физическими и биологически активными свойствами (см., например. Шипов Г.И. Теория физического вакуума, Москва, «Кириллица - 1», 2002 г., с.82).
Защитная диэлектрическая оболочка 9, внутри которой размещено изделие, герметизируется с помощью ламинирования и может быть выполнена из различных видов материалов, не имеющих противопоказаний при контакте с кожным покровом. В случае выполнения оболочки 9 из прозрачного материала, наружные слои в виде пленок 3 могут быть выполнены цветными по окраске металлического покрытия 4 или обладать свойствами люминисценции, а также поляризации падающего светового излучения. Данные свойства внешней поверхности составного изделия могут иметь значение, кроме указанного магнитотерапевтического эффекта, также и для коррекции функции зрительного восприятия.
Размеры изготовленного и испытанного образца изделия составляют 53×83×1,5 мм, а по защитной оболочке 60×90×2,3 мм. Другие варианты выполнения предложенного составного изделия, связанные с выбором материалов пластины, пленок, диэлектрических и проводящих слоев, их конфигурации, размеров и предназначения, являются предметом разработки серии подобных устройств для решения различных задач в области физиотерапии и защиты от неблагоприятных факторов внешней среды.
Предложенное составное изделие функционирует следующим образом.
Составное изделие изготавливают в указанной комплектации, включающей набор 1 из трех плоских элементов: ортогонально намагниченной пластины 2, двух слоев полимерных пленок 3 с нанесенным на них электропроводным покрытием 4, плоского проводящего элемента 5 в форме двойной спирали Архимеда, сигнального элемента 6 для пассивной радиочастотной идентификации изделия, антенные выводы схемы которого соединены с концами одной из двух указанных спиралей 5, трех корректирующих кольцевых элементов 7 с дополнительными магнитными элементами 8 и герметичную оболочку 9 из полимерной пленки.
Готовое составное изделие пользователь размещает, например, в чехле или в одежде в зоне нахождения сотового телефона, вблизи локальных излучателей электромагнитного поля или других источников неблагоприятных факторов внешней среды. Эффект оздоровительного воздействия составного изделия может наблюдаться, если устройство находится в контакте с головой человека в период интенсивных переговоров по сотовой связи. Вследствие отсутствия в изделии вредных для здоровья материалов, а также малой напряженности используемых в устройстве намагниченных компонентов нежелательных побочных явлений от применения опытных образцов составного изделия не наблюдалось. При водных процедурах составное изделие убирать не обязательно, так как контакт с водой не меняет его характеристик из-за того, что его компоненты полностью герметизированы.
Выполнение составного изделия с электропроводным покрытием на пленках в форме полос или других разомкнутых элементов, как было указано, обеспечивает создание особой структуры, представляющей собой многослойную антенную решетку для приема и преобразования электромагнитных волн, преимущественно, дециметрового и сантиметрового диапазона. Электромагнитное излучение (от активных в радиодиапазоне компонентов ПК или от другого радиооборудования, в том числе, от мобильного телефона, работающего в режиме ожидания или в режиме активной фазы работы) претерпевает в составном изделии частичное отражение, поглощение в виде джоулевых потерь или преломление.
Диполи и отрезки электрических элементов разомкнутой электрической цепи в каждом из слоев электропроводного покрытия при совпадении резонансных характеристик (длина, сечение и волновое сопротивление) обеспечивают поглощение электромагнитных волн соответствующей длины, то есть их нейтрализацию, а в необходимых случаях - переизлучение мод в заданном направлении, что также можно использовать для достижения одного из видов физиотерапевтического эффекта (см., например, патент РФ №2074748). Частичное поглощение энергии электромагнитного излучения в составном изделии происходит, в том числе, за счет взаимодействия излучения с материалом частиц ферромагнетика при их перемагничивании. Использование в предложенном изделии компонентов, обладающих большим сечением поглощения, позволяет использовать данное устройство для защиты от мягкого рентгеновского или иных видов неионизирующих излучений. Для некоторых типов радиоэлектронного оборудования и его наиболее чувствительных элементов добавление к корпусным частям с внутренней или наружной стороны предложенного составного изделия способно обеспечить достаточно эффективную защиту от указанных неблагоприятных факторов внешней среды.
Коррекция функционального состояния биологического объекта с помощью предложенного составного изделия осуществляется путем стабилизации биохимических процессов в биологических тканях, в том числе, за счет влияния слабых магнитных полей и резонансных электромагнитных процессов в указанных электрических цепях составного изделия (см., например, патенты РФ №№2214843, 2262361, 2041601, 2109530). Необходимые расчеты и подбор геометрических размеров, материалов и формы электропроводящих покрытий осуществляются при проектировании и создании физиотерапевтического изделия, исходя из результатов опытных исследований физиологического воздействия для различных вариантов его исполнения. Предложенное изделие предназначено, преимущественно, для индивидуального применения. Его можно использовать также в качестве лечебно-профилактического средства для различных возрастных групп или просто как амулет или украшение, улучшающее наше психологическое состояние. На лицевой или на других частях изделия может быть нанесена необходимая, в том числе, конфиденциальная информация по его применению. Время непрерывного использования предложенного физиотерапевтического изделия, как правило, не ограничивается. Системы и устройства с использованием предложенного составного изделия обеспечивают электростатическое и магнитостатическое экранирование, защиту от воздействия электромагнитных полей и, возможно, от полевых факторов иной природы, в том числе, от геофизических патогенных аномалий. Даже частичная защита пользователя от электромагнитного излучения с использованием предложенного составного изделия, оказывает благотворное влияние на сосудистую, сердечную и другие функции человека.
Особенности и характеристики предложенного составного изделия, в контексте аргументов, изложенных в описании полезной модели и в приведенных источниках, позволяют говорить о достижении указанного в материалах описания технического результата и решения поставленной задачи. Приведенные аргументы подтверждают воспроизводимость, контролируемость и достоверность нейтрализации ряда неблагоприятных факторов внешней среды.