Устройство для оценки эффективности экранирования низкочастотной составляющей электромагнитного поля

Полезная модель относится к области измерения электрических и магнитных величин и может быть использована для измерения степени защиты технических и биологических объектов от электромагнитного поля.
Известно устройство контроля защиты от электромагнитного поля, предназначенное для измерения степени защиты технических и биологических объектов от электромагнитного поля и содержащее источник электропитания, генератор, усилитель, блок индикации, датчик, выполненный в виде двух незамкнутых спиралеобразных кривых в форме эвольвенты, и соединенный с источником электропитания стабилизатор. Выходы стабилизатора подключены к генератору, усилителю и блоку индикации. Выход генератора подключен к обеим спиралям датчика. Выход датчика по обеим спиралям подключен одновременно к генератору и входу усилителя. Выход усилителя подключен к блоку индикации, в качестве которого может быть использован стрелочный или цифровой прибор с током полного отклонения 200-500 мкА (патент RU 2254584, МПК G01R 29/08 (2000.01), опубл. 20.06.2005).
Недостатками описанного устройства являются неселективность измерений уровня электромагнитного поля на отдельно контролируемой частоте, отсутствие возможности вывода результатов измерений на портативный персональный компьютер, пониженная точность и чувствительность измерений, обусловленные использованием в качестве блока индикации стрелочного или цифрового прибора, обладающего инструментальной погрешностью.
Наиболее близким по технической сущности (прототипом) к предлагаемой полезной модели по максимальному количеству сходных признаков и достигаемому результату является устройство для оценки эффективности экранирования электромагнитных излучений. Устройство содержит источник электропитания, генератор, датчик, усилитель, делитель напряжения, экранирующий корпус и портативный персональный компьютер, связанный с выходом усилителя. Датчик выполнен в виде катушки индуктивности, имеющей сердечник с магнитным зазором, представляющим собой промежуток в магнитопроводе, заполненный немагнитным материалом. Источник электропитания соединен с делителем напряжения, первый выход которого подключен к входу генератора. Выход генератора подключен к входу датчика, а выход датчика подключен к первому входу усилителя, второй вход которого соединен со вторым выходом делителя напряжения. Экранирующий корпус разделен на камеры отсеком для исследуемого объекта (патент RU 170772, МПК G01R 29/08 (2006.01), опубл. 05.05.2017).
Недостатками описанного устройства являются узкий частотный диапазон выше 10 кГц и неселективность измерений в заявленном диапазоне исследуемых частот в связи с отсутствием элементов, позволяющих избирательно контролировать электромагнитное поле в отдельных частотных полосах в границах исследуемого частотного диапазона.
Решение данной технической проблемы достигается тем, что устройство для оценки эффективности экранирования низкочастотной составляющей электромагнитного поля, содержащее источник электропитания, генератор, датчик приемный, усилитель приемника, экранирующий корпус и портативный персональный компьютер, согласно полезной модели снабжено блоком задающих частот, датчиком передающим и усилителем передатчика. Выход генератора соединен со вторым входом усилителя передатчика, третий вход которого предназначен для присоединения внешнего источника переменного напряжения, выход которого связан с датчиком передающим. Выход датчика приемного соединен со вторым входом усилителя приемника, выход которого предназначен для связи с портативным персональным компьютером. Источник электропитания соединен с первым входом генератора, первым входом усилителя передатчика и первым входом усилителя приемника. Блок задающих частот соединен со вторым входом генератора. Экранирующий корпус разделен на камеры отсеком для исследуемого объекта. В одной камере корпуса установлен генератор, источник электропитания, усилитель передатчика, блок задающих частот и датчик передающий, а в другой камере корпуса размещены усилитель приемника и датчик приемный.
Возможность избирательного контроля составляющих электромагнитного поля на отдельных частотах в границах частотного диапазона 50 Гц - 20 кГц обусловлена объединением в предложенной полезной модели генератора, датчика передающего, усилителя передатчика, датчика приемного, усилителя приемника, блока задающих частот, а также переключением частотно-зависимых фильтров и регулировкой подстроечных многооборотных резисторов в усилителе передатчика, что в совокупности обеспечивает измерение задаваемых частотных составляющих электромагнитного поля в необходимом частотном диапазоне.
На приведенной фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для оценки эффективности экранирования низкочастотной составляющей электромагнитного поля.
Устройство для оценки эффективности экранирования низкочастотной составляющей электромагнитного поля содержит экранирующий корпус, разделенный на камеры отсеком для исследуемого объекта (на фиг. 1 не показан), генератор 1, выход которого подключен ко второму входу усилителя передатчика 2, выход которого связан с датчиком передающим 3. Выход датчика приемного 4, фиксирующего проходимое через исследуемый объект электромагнитное поле, соединен со вторым входом усилителя приемника 5. Выходы источника электропитания 6 соединены с первым входом генератора 1, первым входом усилителя передатчика 2 и первым входом усилителя приемника 5. Для избирательного контроля составляющих электромагнитного поля на отдельных частотах блок задающих частот 7 соединен со вторым входом генератора 1. Третий вход усилителя передатчика 2 предназначен для соединения внешнего источника переменного напряжения с устройством для оценки эффективности экранирования низкочастотной составляющей электромагнитного поля. Выход усилителя приемника 5 предназначен для связи с портативным персональным компьютером 8, имеющим программное обеспечение для организации автоматизированного процесса измерения, обработки данных и представления информации в виде графиков спектрального распределения составляющих электромагнитного поля в заявленном частотном диапазоне.
Экранирующий корпус (на фиг. 1 не показан) прямоугольной формы, выполненный из экранирующего материала, предназначенный для исключения влияния наведенных электромагнитных волн разделен на камеры отсеком для введения в него исследуемого объекта. В одной камере корпуса установлен генератор 1, источник электропитания 6, усилитель передатчика 2, блок задающих частот 7 и датчик передающий 3, а в другой камере корпуса размещены усилитель приемника 5 и датчик приемный 4.
Выход генератора 1 соединен с входом усилителя передатчика 2, выполненного с использованием микросхемы, в котором коллектор первого усилительного транзистора непосредственно соединен с базой эмиттерного повторителя второго транзистора. Между эмиттером второго транзистора и базой первого транзистора включен один из частотно-зависимых фильтров. Коэффициент передачи фильтра зависит от частоты и имеет резко выраженный провал на одной из частот, определяемой параметрами соответствующего фильтра. При включении фильтра в цепь отрицательной обратной связи двухкаскадного усилителя на частоте, соответствующей наименьшему коэффициенту передачи фильтра, отрицательная обратная связь оказывается наименьшей, а усиление усилителя наибольшим по сравнению с другими частотами. Для создания условий самовозбуждения вводится положительная обратная связь с включением между эмиттерами транзисторов активного сопротивления, за счет которой происходит самовозбуждение усилителя передатчика. Использование в цепи отрицательной обратной связи частотно-зависимого фильтра позволяет возбудить усилитель передатчика 2 на требуемой частоте. Форма генерируемых колебаний определяется величиной положительной обратной связи, создаваемой с помощью активного сопротивления. Изменение частотных составляющих электромагнитного поля осуществляется за счет переключения фильтров и регулировки подстроенных многооборотных резисторов.
Датчик передающий 3 состоит из катушки индуктивности с тонким медным проводом (провод с эмалевой лакостойкой изоляцией), из которой состоит катушка, внутри которой установлен ферритовый круглый сердечник с высокой магнитной проницаемостью, намагниченностью, электрической резистивностью и низкими потерями активной мощности.
Датчик приемный 4 изготавливается аналогично датчику передающему 3 с дополнительным использованием провода меньшего сечения.
Для защиты от влияния внешних электромагнитных полей и излучений внешняя часть датчика передающего 3 и датчика приемного 4 покрыта экранирующим материалом, каждый из которых включается в схему с помощью разъема RCA и экранированного кабеля. На экранирующем корпусе датчик передающий 3 и датчик приемный 4 закреплены с помощью струбцин, что позволяет изменять расстояние между ними.
Усилитель приемника 5 выполнен трехкаскадным и собран на транзисторах обратной проводимости n-p-n по схеме с общим эмиттером. Выход на персональный компьютер 8 возможен через нагрузочный резистор в коллекторе оконечного каскада. Связь между входным и первым каскадом и между первым и вторым каскадом - емкостная, а между вторым и третьим - непосредственная.
Источник электропитания 6 состоит из трансформатора с напряжением обмоток 220/12 В. В качестве выпрямителя используется диодный мост. Стабилизаторы напряжения собраны на микросхемах. Точная установка напряжения (7 В и 5 В) проводится потенциометром. Фильтрация стабилизированного напряжения осуществляется электролитическими конденсаторами большой емкости. Пульсация напряжения на выходе не превышает 5 мВ.
Устройство для оценки эффективности экранирования низкочастотной составляющей электромагнитного поля работает следующим образом.
На генераторе 1 и усилителе передатчика 2 создается разность потенциалов 7 В, на усилителе приемника 5 - 5 В. Генерируемый генератором 1 сигнал для дальнейшего его усиления поступает на усилитель передатчика 2. Дополнительно на усилитель передатчика 2 сигнал может подаваться от внешнего источника переменного напряжения. При этом величина напряжения внешнего сигнала должна быть в диапазоне от 20 до 100 мВ. С выхода усилителя передатчика 2 сигнал поступает на датчик передающий 3, с выхода которого через исследуемый объект он поступает на датчик приемный 4. Далее наведенный сигнал поступает на вход усилителя приемника 5 для дальнейшего его усиления. С выхода усилителя приемника 5 через экранированный кабель и разъем RCA сигнал поступает на персональный компьютер 8, имеющий программное обеспечение для организации автоматизированного процесса измерения, обработки данных и представления информации в виде графиков спектрального распределения составляющих электромагнитного поля в заявленном частотном диапазоне.
Технико-экономическая эффективность предлагаемой полезной модели выражается в создании устройства, позволяющего выводить результаты измерений на портативный персональный компьютер, исследовать уровни составляющих электромагнитного поля на отдельно контролируемых частотах в диапазоне исследуемых частот 50 Гц - 20 кГц.