СПОСОБ ОЦЕНКИ МАГНИТНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ Российский патент 2010 года по МПК G01R33/02 

Область техники

Изобретение относится к измерениям переменных магнитных полей и может найти применение при контроле их соответствия нормам безопасности воздействия на человека или технические средства.

Уровень техники

Магнитные поля, создаваемые электрооборудованием переменного тока, представляющие биологическую опасность для человека и влияющие на электромагнитную совместимость технических средств, в общем случае могут иметь линейную составляющую (магнитное поле, индуцируемое переменным током в фиксированном направлении) и вращающуюся составляющую, индуцируемую двумя и более смещенными в пространстве и сдвинутыми по фазе переменными токами.

Воздействие линейного магнитного поля промышленной частоты на человека и живые организмы нормируется стандартом ГН 2.1.8/2.2.2.2267-07, согласно которому предельно допустимый уровень напряженности магнитного поля на человека составляет 4,0 А/м.

Воздействие линейного магнитного поля промышленной частоты на технические средства нормируется российским стандартом ГОСТ Р51318-34-99 (соответствует международному стандарту МЭК61000-4-8-93), согласно которому предельно допустимое уровень напряженности составляет 1,0 А/м.

Предельно допустимые санитарные нормы на напряженность вращающегося магнитного поля в настоящее время отсутствуют, однако, из проведенных медико-статистических и биологических исследований [А.Д.Белкин «Структурно-функциональные изменения в организме при действии электромагнитных полей на биообъекты: физические модели и эксперимент». Дисс. на соискание ученой степени доктор биологических наук. Новосибирский медицинский институт, 1999 г.] следует, что этот вид магнитного поля представляет собой гораздо большую биологическую опасность и должен быть нормирован более жесткими предельно допустимыми уровнями, чем линейное магнитное поле.

Известны способы измерения напряженности как линейных, так и вращающихся полей, существующих по отдельности [1-6]. Однако в местах использования трехфазного электроснабжения переменные магнитные поля промышленной частоты, окружающие человека и технические средства, как правило, содержат обе указанные составляющие, т.е. представляют собой суперпозицию линейного и вращающегося магнитных полей.

Известные способы измерения напряженности поля не позволяют оценить составляющие указанной суперпозиции независимо, для того чтобы сравнить каждую из них с соответствующим предельно допустимым уровнем.

Раскрытие изобретения

Задача, решаемая изобретением, - получение возможности с помощью стандартизованных измерительных средств оценить безопасность воздействия на человека или техническое средство суперпозиции линейного и вращающегося магнитных полей с использованием раздельных норм на их предельно допустимые уровни.

Технический результат изобретения - возможность объективной оценки магнитной безопасности в контролируемой точке пространства при воздействии суперпозиции линейного и вращающегося переменных магнитных полей, имеющих раздельные предельно допустимые нормы. Объективность оценки обеспечивается возможностью раздельной оценки линейной и вращающейся составляющих магнитного поля и выполнением измерений стандартными измерительными приборами, прошедшими государственную сертификацию, без необходимости создавать и сертифицировать новые средства измерения для осуществления способа.

Предметом изобретения является способ оценки безопасности воздействия суперпозиции вращающегося и линейного магнитных полей, заключающийся в том, что в контролируемой точке пространства регистрируют показание H₃ трехкоординатного магнитометра и максимальное показание H_1мах однокоординатного магнитометра, полученное при изменении его ориентации, вычисляют значения вращающейся H_в и линейной H_л составляющих напряженности магнитного поля по формулам

H_л=H₃-H_в,

где k₃ - калибровочный коэффициент трехкоординатного магнитометра, а затем сравнивают вычисленные значения составляющих напряженности магнитного поля с их предельно допустимыми уровнями.

Эта совокупность признаков обеспечивает решение поставленной задачи и получение указанного технического результата.

Осуществление способа

При обследовании помещения предварительно выбирают области и точки пространства, в которых должна быть оценена магнитная безопасности (на рабочих местах или в местах размещения магниточувствительных технических средств). Затем в выбранных контрольных точках поочередно проводят оценку магнитной безопасности следующим образом.

Для проведения оценки используют сертифицированные и с неистекшим сроком поверки трехкоординатный и однокоординатный магнитометры (например, магнитометр ПЗ-70 или ИМП-5/1 и магнитометр ВЕметрАТ002 соответственно), которые поочередно помещают в контролируемую точку. Поместив в контролируемую точку трехкоординатный магнитометр, регистрируют его показание H₃. Поместив в контролируемую точку однокоординатный магнитометр, изменяют его ориентацию и сравнивают получаемые показания между собой до получения максимального показания H_1мах., которое регистрируют.

Используя полученные результаты измерений, вычисляют отношение H₃/H_1мах, а затем значение вращающейся составляющей H_в магнитного поля по формуле

,

где k₃ - калибровочный коэффициент трехкоординатного магнитометра. После этого вычисляют линейную составляющую магнитного поля по формуле H_л=H₃-H_в.

Вычисленные значения составляющих H_в и H_л сравнивают с предельно допустимыми уровнями, нормированными для вращающегося и линейного магнитных полей соответственно.

Калибровочный коэффициент, занесенный в паспорт трехкоординатного магнитометра, определяют при его покоординатной калибровке следующим образом: оси трех однокоординатных датчиков трехкоординатного магнитометра поочередно располагают вдоль эталонного линейного магнитного поля, определяя при этом однокоординатные калибровочные коэффициенты k_x, k_y и k_z, и вычисляют коэффициент k₃ из выражения

.

Полученный коэффициент k₃ может быть представлен в виде , где Δ - инструментальная погрешность, без учета которой .

В случае отсутствия обоснованных предельно допустимых санитарных норм Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) рекомендует для любого магнитного поля промышленной частоты использовать норматив напряженности не более 0,2 мкТл, т.е. не более 0,16 А/м [«Electromagnetic field and public health Extremely low frequency fields and cancer». ВОЗ. Информационный листок №263 (октябрь 2001 г.)]. С учетом этого и упомянутой выше нормы на линейное магнитное поле (H_л<4,0 А/м) норма на вращающееся магнитное поле должна лежать в пределах H_в=(0,16÷4,0) А/м. В нижеприведенных примерах, иллюстрирующих осуществление предлагаемого способа, санитарная норма напряженности вращающегося магнитного поля условно принята равной 0,5 А/м.

Аналогичным образом по предлагаемому способу может оцениваться и безопасность воздействия суперпозиции магнитных полей на технические средства. При этом значения H_в и H_л сравниваются с их предельно допустимыми уровнями по нормам электромагнитной совместимости.

Пример 1. Показания магнитометров составили H₃=1,70 А/м и H_1мax=1,43 А/м, а их отношение H₃/H_1мах=1,19.

Тогда, пренебрегая инструментальной погрешностью Δ, получим

;

;

H_л=H₃-H_в=1,26 А/м<4,0 А/м.

В этом гипотетическом примере обе составляющие магнитного поля и их суперпозиция в контролируемой точке будут оценены как безопасные для человека, но опасные, например, для приборов пожарной и охранной сигнализации, подпадающих под действие указанной выше нормы H_л<1,0 А/м для технических средств.

Пример 2. Показания магнитометров составили H₃=2,0 А/м и H_1мах=1,43 А/м. Вычисленное отношение H₃/H_1мax=1,40.

Тогда, пренебрегая инструментальной погрешностью Δ, получим

;

;

H_л=H₃-H_в=0,9 А/м<4,0 А/м.

В этом гипотетическом примере вращающая составляющая магнитного поля и суперпозиция в целом в контролируемой точке будут оценены как опасные для человека. Для технических средств поле также опасно, поскольку H_в>1,0 А/м.

Значения k₃ могут быть уточнены с учетом инструментальной погрешности Δ.

Источники информации

1. Патент RU 2074402 «Способ измерения характеристик магнитного поля», МПК G01R 33/00, 1997 г.

2. Патент «Способ измерения напряженности вращающегося электрического поля» RU 21309U1, МПК G01R 29/08, 2001 г.

3. Патент RU 2179323 «Способ получения распределения векторной функции магнитной индукции периодического магнитного поля», МПК G01R 33/02, 2002 г.

4. Патент RU 2218577 «Способ измерения полного вектора магнитного поля», МПК G01R 33/02, 2003 г.

5. Патент RU 2290655 «Способ измерения направления магнитного поля», МПК G01R 33/02, 2006 г.

6. Патент «Способ определения параметров магнитного поля электроустановок» RU 2310875, МПК G01R 33/00, 29/08, 2007 г.

Изобретение относится к измерению переменных магнитных полей и может найти применение при контроле их соответствия нормам безопасности воздействия на человека или технические средства. Способ оценки магнитной безопасности заключается в том, что в контролируемой точке пространства регистрируют показание Н₃ трехкоординатного магнитометра и максимальное показание H_1мах однокоординатного магнитометра. При этом вычисляют значение вращающейся Н_в и линейной Н_л составляющих напряженности магнитного поля. Технический результат - возможность объективной оценки магнитной безопасности в контролируемой точке пространства при воздействии суперпозиции линейного и вращающегося переменных магнитных полей, имеющих раздельные предельно допустимые нормы.

Способ оценки безопасности воздействия суперпозиции вращающегося и линейного магнитных полей, заключающийся в том, что в контролируемой точке пространства регистрируют показание Н₃ трехкоординатного магнитометра и максимальное показание H_1max однокоординатного магнитометра, полученное при изменении его ориентации, вычисляют значения вращающейся Н_в и линейной Н_л составляющих напряженности магнитного поля по формулам

H_л=H₃-H_в,
где k₃ - калибровочный коэффициент трехкоординатного магнитометра, а затем сравнивают вычисленные значения составляющих напряженности магнитного поля с их предельно допустимыми уровнями.