Способ определения уровней электромагнитного излучения эвм

Способ определения уровней электромагнитного излучения эвм

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к технике радиоизмерений и может быть использовано при определении уровней электромагнитного излучения (ЭМИ), создаваемого электронно-вычислительными средствами различного назначения (ЭВМ) в полосе частот включающей промышленную частоту 50 Гц.

Известны способы измерения ЭМИ, создаваемого ЭВМ в процессе их функционирования [1-5], целью которых является обеспечение максимально возможной метрологической точности определения характеристик ЭМИ в интересах экспертизы электромагнитной безопасности ЭВМ [6-8].

Наиболее близким по технической сущности является способ измерения характеристик неионизирующего ЭМИ ЭВМ, который заключается в измерении уровней электрической напряженности поля Е, В /м; и магнитной индукции В, нТл; в двух полосах частот: 5 Гц...2 кГц и 2...400 кГц [3]. Известный способ позволяет определить уровни Е и В как в непосредственной близости от источника ЭМИ, так и в окружающем пространстве, чтобы затем на основе полученных данных провести экспертизу (сравнить результаты измерений с действующими нормативами [3-6] и сделать соответствующие выводы). Если влиянием общего фона по ЭМИ (обычно определяемого ЭМИ промышленной частоты 50 Гц) в помещении, где размещены ЭВМ, на результаты проводимых измерений можно пренебречь, проведение экспертизы затруднений не вызывает (предельно допустимые уровни общего фона по ЭМИ для ЭВМ приводятся в [4].

В реальных условиях уровни общего фона по ЭМИ (за счет ЭМИ промышленной частоты 50 Гц) существенно превышают нормы [4] и правильная интерпретация полученных данных встречает трудности. Например, для ЭМИ, создаваемых ЭВМ, согласно [3-6] нормами являются значения

- Е_НЧ=25 В/м и B_НЧ=250 нТл при допустимых уровнях фона Е_НФ=2 В/м и В_НФ=40 нТл в полосе частот 5 Гц...2 кГц;

- Е_ВЧ=2,5 В/м и В_ВЧ=25 нТл при допустимых уровнях фона Е_ВФ=0,2 В/м и В_ВФ=5 нТл в полосе частот 2...400 кГц.

В то же время в помещениях, где размещены ЭВМ, за счет дефектов электропроводки, наличия других радиоэлектронных, офисных и бытовых средств, уровни общего фона достигают, соответственно, 40...100 В/м; 150...400 нТл в полосе частот 5 Гц...2 кГц и 0,5...2 В/м; 1...1,5 нТл в полосе частот 2...400 кГц [8]. Особенно сложной при этом становится экспертиза безопасности по характеристикам Е_НЧ и В_НЧ в полосе частот 5 Гц...2 кГц [7-8], поскольку нормы для ЭМИ ЭВМ [3-4] и ЭМИ промышленной частоты 50 Гц [5-6] не совпадают между собой.

Действительно, если приведенные уровни ЭМИ Е_НЧ и В_НЧ созданы ЭВМ, их следует считать опасными для людей - со всеми вытекающими отсюда последствиями. Однако если они создаются источниками ЭМИ промышленной частоты, их же следует признавать безопасными - поскольку, согласно [6], нормой для Е_НЧ в этом случае является 500 В/м; согласно [5] - 5000 В/м; а также согласно [5] норма для В_НЧ в течение 8-часового рабочего дня составляет 100 мкТл. Методические указания [7] ясность в ситуацию не вносят, поскольку рекомендация признавать безопасными ЭМИ, для которых разность значений Е_НЧ при включенном и выключенном оборудовании не превышает 20 В/м, не является научно обоснованной (пространственно-временная структура ЭМИ является неоднородной и при выключении ЭВМ уровни Е_НЧ и В_НЧ на рабочих местах могут как уменьшаться, так и возрастать, изменяясь достаточно сложным и неоднозначным образом).

Решение проблемы состоит в разделении (расфильтровке) ЭМИ промышленной частоты 50 Гц и исследуемого ЭМИ (создаваемого ЭВМ, средствами офисной и бытовой техники) в полосе частот 5 Гц...2 кГц - с учетом возможного совпадения промышленной частоты с частотой кадровой развертки ЭВМ.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение точности определения уровней ЭМИ ЭВМ за счет исключения влияния ЭМИ промышленной частоты 50 Гц на результат определения уровня ЭМИ ЭВМ в полосе частот 5 Гц...2 кГц. При этом учитывается, что промышленная частота f₀=50 Гц может быть близка к частоте кадровой развертки ЭВМ f_к настолько, что расфильтровать их известными способами не представляется возможным.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что определение уровней ЭМИ, создаваемого ЭВМ, и ЭМИ промышленной частоты f₀=50 Гц производят в четыре этапа:

- на первом этапе с помощью стандартного измерителя уровней ЭМИ производят измерение их суммарного уровня Э (напряженности электрического поля Е, В/м; магнитной индукции В, нТл в полосе частот 5 Гц...2 кГц);

- на втором этапе с помощью приемной антенны и ЭВМ-анализатора частотного спектра по спектрограмме уровней ЭМИ ЭВМ и ЭМИ промышленной частоты определяют их суммарный относительный энергетический уровень по формуле:

где S₀ - относительный энергетический уровень ЭМИ промышленной частоты; S_Э - относительный энергетический уровень ЭМИ ЭВМ; S_0n - относительный энергетический уровень ЭМИ ЭВМ; S_0n - относительный энергетический уровень n-й гармоники ЭМИ промышленной частоты; S_Эm - относительный энергетический уровень m-ой гармоники ЭМИ ЭВМ; N и М - число гармоник, соответственно, ЭМИ промышленной частоты и ЭМИ ЭВМ, попадающих в полосу частот 5 Гц...2 кГц, а также суммарный относительный энергетический уровень S_M2 для М₂ четных гармоник в спектре ЭМИ ЭВМ:

- на третьем этапе для известного вида сигналов, создающих ЭМИ ЭВМ, рассчитывают коэффициент по формуле

где ξ_Эm - расчетный уровень m-й гармоники ЭМИ ЭВМ; ξ_Э2m - расчетный уровень четной 2m-й гармоники ЭМИ ЭВМ, попадающих в полосу частот 5 Гц...2 кГц, и вычисляют суммарный относительный энергетический уровень ЭМИ ЭВМ по формуле

- на четвертом этапе уровни ЭМИ ЭВМ Э_э и ЭМИ промышленной частоты Э₀ определяют по формулам

где к₀ ²=(S-S_M)/S.

При определении уровня ЭМИ ЭВМ, выступающей в качестве внешнего источника, роль анализатора частотного спектра может выполнять сама эта ЭВМ.

На Фиг.1 приведена структурная схема аппаратурной реализации предлагаемого способа при определении ЭМИ, создаваемого ЭВМ - внешним источником (общий случай).

На Фиг.2 приведена структурная схема аппаратурной реализации предлагаемого способа при определении ЭМИ, создаваемого ЭВМ - анализатором частотного спектра, выступающей в качестве внешнего источника.

На Фиг.3 представлены в схематичном виде спектрограммы ЭМИ, уровни которых подлежат определению, в случае f_к=f₀=50 Гц.

На Фиг.4 представлены реальные спектрограммы ЭМИ, уровни которых подлежат определению, в случае f_к=f₀=50 Гц.

Устройство для реализации способа содержит измерительную антенну 1 и анализатор частотного спектра 2, который представляет собой ЭВМ с исследовательским интерфейсом DSP.

Способ осуществляется следующим образом.

В случае определения уровня ЭМИ, создаваемого ЭВМ - внешним источником:

- на первом этапе с помощью стандартного измерителя уровней ЭМИ, соответствующего требованиям [3], производят измерение общего уровня ЭМИ Э в точке наблюдения (напряженности электрического поля Е, В/м; магнитной индукции В, нТл в полосе частот 5 Гц...2 кГц);

- на втором этапе антенну 1 ориентируют на источник исследуемого ЭМИ (см. Фиг.1) и с помощью портативной ЭВМ (note book) - анализатора частотного спектра 2 определяют спектрограмму уровней исследуемого ЭМИ и ЭМИ промышленной частоты S(f) - см. Фиг.3 и Фиг.4. В качестве интерфейса DSP может быть использована звуковая карта Cristal 4235 на базе однокристального 16-разрядного цифрового сигнального процессора АЦП/ЦАП, встроенного в note book. По спектрограмме уровней исследуемого ЭМИ и ЭМИ промышленной частоты определяют их суммарный относительный энергетический уровень по формуле:

где S₀ - относительный энергетический уровень ЭМИ промышленной частоты;

S_Э - относительный энергетический уровень ЭМИ ЭВМ;

S_0n - относительный энергетический уровень n-й гармоники ЭМИ промышленной частоты (в данном спектре присутствуют только нечетные гармоники);

S_Эm - относительный энергетический уровень m-й гармоники ЭМИ ЭВМ;

N и М - число гармоник, соответственно, ЭМИ промышленной частоты и ЭМИ ЭВМ, попадающих в полосу частот 5 Гц...2 кГц,

а также суммарный относительный энергетический уровень S_M2 для М₂ выделенных (четных 2 m) гармоник в спектре ЭМИ ЭВМ:

- на третьем этапе для известного вида сигналов, создающих ЭМИ ЭВМ (непрерывный пилообразный сигнал, последовательность прямоугольных или треугольных импульсов и т.п.) по известным формулам для их частотного энергетического спектра [9] рассчитывают коэффициент k² _M2 (относительный энергетический «вес» М₂ выделенных гармоник в суммарном спектре М гармоник ЭМИ ЭВМ) по формуле

где ξ_Эm - расчетный уровень m-й гармоники ЭМИ ЭВМ;

ξ_Э2m - расчетный уровень четной 2 m-й гармоники ЭМИ ЭВМ;

M₂ - число выделенных (четных) гармоник ЭМИ ЭВМ, попадающих в полосу частот 5 Гц...2 кГц,

и вычисляют суммарный относительный энергетический уровень ЭМИ ЭВМ по формуле

- на четвертом этапе уровни исследуемого ЭМИ Э_э и ЭМИ промышленной частоты Э₀ определяют по результатам измерения уровней Э по формулам

где к₀ ²=(S-S_M)/S.

В случае определения уровня ЭМИ, создаваемого ЭВМ, выступающей в роли внешнего источника, антенна 1 ориентируется на ЭВМ (см. Фиг.2), которая в данном случае сама выполняет роль анализатора частотного спектра 2 со встроенным интерфейсом DSP. Другие действия по определению Э₀ и Э_э аналогичны рассмотренным выше.

Предлагаемый способ достаточно прост и эффективен, он удобен для реализации и позволяет наглядно контролировать структуру исследуемых ЭМИ путем визуального анализа спектрограмм. Поскольку в качестве анализатора спектра 2 используется ЭВМ, процесс определения всех уровней ЭМИ согласно (1)-(5) легко поддается автоматизации. При этом калибровочные характеристики антенн и измерительных трактов для определения Е_НЧ и В_НЧ могут оперативно изменяться программным путем.

ЛИТЕРАТУРА

1. Способ определения уровня низкочастотного электромагнитного излучения средств электронно-вычислительной техники // Маслов О.Н., Толмачев В.Б. Патент RU 2187825 от от 25.06.2001, опубл. 20.08.2002, бюл. №23.

2. Способ измерения уровней электромагнитного излучения // Маслов О.Н., Толмачев В.Б., Шакиров P.P. Патент RU 2189605 от 11.07.2001, опубл. 20.09.2002, бюл. №26.

3. Гигиенические требования к персональным электронно-вычислительным машинам и организация работы. СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03. М.: Минздрав России, 2003. Введены 30.06.2003, №118.

4. ГОСТ Р 50949-96. Средства отображения информации индивидуального пользования. Методы измерений и оценки эргономических параметров безопасности. Введен 11.09.96, №577.

5. Электромагнитные поля в производственных условиях. СанПиН 2.2.4.1191-03. М.: Минздрав России, 2003. Введены 01.05.2003, №118.

6. Санитарные нормы допустимых уровней физических факторов при применении товаров народного потребления в бытовых условиях. МСанПиН 001-96, Госкомсанэпиднадзор России, 1996.

7. Методические материалы по измерению электромагнитных полей от видеомониторов и ПЭВМ. М.: Федеральный центр Госсанэпиднадзора, исх. №12РУ/1437 от 02.09.97.

8. Маслов О.Н. Электромагнитная безопасность радиоэлектронных средств. М.: МЦНТИ, «Мобильные коммуникации», 2000. - 82 с.

9. Старр А.Т. Радиотехника и радиолокация. М.: Советское радио, 1960. - 670 с.

1. Способ определения уровней электромагнитного излучения ЭВМ, заключающийся в том, что с помощью стандартного измерителя уровня электромагнитного излучения ЭВМ, приемной антенны и ЭВМ-анализатора частотного спектра производят определение их уровней, отличающийся тем, что определение уровней электромагнитного излучения ЭВМ и уровня электромагнитного излучения промышленной частоты f₀=50 Гц производят в четыре этапа: на первом этапе с помощью стандартного измерителя уровней производят измерение их суммарного уровня Э; на втором этапе с помощью приемной антенны и ЭВМ-анализатора частотного спектра по спектрограмме уровней исследуемого электромагнитного излучения и электромагнитного излучения промышленной частоты определяют их суммарный относительный энергетический уровень по формуле

где S₀ - относительный энергетический уровень электромагнитного излучения промышленной частоты; S_Э - относительный энергетический уровень электромагнитного излучения ЭВМ; S_0n - относительный энергетический уровень n-й гармоники электромагнитного излучения промышленной частоты; S_Эm - относительный энергетический уровень m-й гармоники электромагнитного излучения ЭВМ; N и М - число гармоник, соответственно, электромагнитного излучения промышленной частоты и электромагнитного излучения ЭВМ, попадающих в полосу частот 5 Гц÷2 кГц, а также суммарный относительный энергетический уровень S_M2 для М₂ выделенных четных гармоник в спектре электромагнитного излучения ЭВМ

на третьем этапе для известного вида сигналов, создающих электромагнитное излучение ЭВМ, рассчитывают коэффициент k_M2 ² по формуле

где ξ_Эm - расчетный уровень m-й гармоники электромагнитного излучения ЭВМ; ξ_Э2m - расчетный уровень четной 2m-й гармоники электромагнитного излучения ЭВМ; М₂ - число четных гармоник электромагнитного излучения ЭВМ, попадающих в полосу частот 5 Гц÷2 кГц, и вычисляют суммарный относительный энергетический уровень электромагнитного излучения ЭВМ по формуле

на четвертом этапе уровни электромагнитного излучения ЭВМ Э_э и электромагнитного излучения промышленной частоты Э₀ определяют по формулам

где к₀ ²=(S-S_M)/S.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при определении уровня электромагнитного излучения, создаваемого ЭВМ, выступающей в качестве внешнего источника, роль анализатора частотного спектра выполняет сама эта ЭВМ.