СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УРОВНЕЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ЭВМ Российский патент 2007 года по МПК G01R29/08 

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.

Изобретение относится к технике радиоизмерений и может быть использовано при определении уровней электромагнитного излучения (ЭМИ), создаваемого радиоэлектронными средствами различного назначения в полосе частот, включающей промышленную частоту 50 Гц. Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение точности определения уровней низкочастотного ЭМИ за счет исключения влияния ЭМИ промышленной частоты f₀=50 Гц на результат определения уровня исследуемого ЭМИ в полосе частот 5 Гц...2 кГц, когда частота кадровой развертки ЭВМ промышленной частоты f_к=f₀. Определение уровней ЭМИ, создаваемого ЭВМ, и ЭМИ промышленной частоты f₀=50 Гц производят в четыре этапа: на первом этапе производят измерение их суммарного уровня с помощью стандартного измерителя уровней, на втором этапе определяют их относительный суммарный энергетический уровень по приведенной математической формуле, на третьем этапе для известного вида сигналов, создающих ЭМИ ЭВМ, вычисляют их суммарный относительный энергетический уровень и на четвертом этапе определяют уровни ЭМИ ЭВМ и ЭМИ промышленной частоты. При определении уровня ЭМИ ЭВМ, выступающей в качестве внешнего источника, роль анализатора частотного спектра выполняет сама ЭВМ. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

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.