Аппаратура для контроля электромагнитных полей, создаваемых компьютерной техникой

Стр 1 из 4Следующая ⇒

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И ЭЛЕКРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ

НА РАБОЧЕМ МЕСТЕ

Цель работы:

Освоить методику исследования электрических и магнитных полей на рабочих местах

Задачи:

1.Изучить устройство и принцип работы применяемых приборов.

2. Определить значения электростатического потенциала экрана дисплея.

3. Определить значения напряженности переменного электрического поля.

4. Определить значения плотности магнитного потока.

Общие положения

Воздействие электромагнитных полей на организм человека

Механизм воздействия ЭМП на биологические объекты очень сложен и недостаточно изучен. Но в упрощенном виде это воздействие можно представить следующим образом: в постоянном электрическом поле молекулы, из которых состоит тело человека, поляризуются и ориентируются по направлению поля: в жидкостях, в частности в крови, под электрическим воздействием появляются ионы и, как следствие, токи. Однако ионные токи будут протекать в ткани только по межклеточной жидкости, так как при постоянном поле мембраны клеток, являясь хорошими изоляторами, надежно изолируют внутриклеточную среду.

При повышении частоты внешнего ЭМП электрические свойства живых тканей меняются: они теряют свойства диэлектриков и приобретают свойства проводников, причем это изменение происходит неравномерно. С дальнейшим возрастанием частоты индуцирование ионных токов постепенно замещается поляризацией молекул.

Переменное поле вызывает нагрев тканей человека как за счет переменной поляризации диэлектрика, так и за счет появления токов проводимости. Тепловой эффект является следствием поглощения энергии электромагнитного поля. На высоких частотах, прежде всего в диапазоне радиочастот (10⁵-10¹¹ Гц), энергия проникшего в организм поля многократно отражается, преломляется в многослойной структуре тела с разными толщинами слоев тканей. Вследствие этого поглощается энергия ЭМП неодинаково, отсюда воздействие на разные ткани происходит также неодинаково.

Тепловая энергия, возникшая в тканях человека, увеличивает общее тепловыделение тела. Если механизм терморегуляции тела не способен рассеять избыточное тепло, возможно повышение температуры тела. Это происходит, начиная с интенсивности поля равной 100 Вт/м³, которая называется тепловым порогом. Органы и ткани человека, обладающие слабо выраженной терморегуляцией, более чувствительны к облучению (мозг, глаза, почки, кишечник, семенники). Перегревание тканей и органов ведет к их заболеваниям, а повышение температуры тела на 1°С и выше недопустимо из-за возможных необратимых изменений.

Исследования показали, что влияние ЭМП высоких частот, и особенно СВЧ, на живой организм обнаруживается и при интенсивностях ниже тепловых порогов, т. е. имеет место их нетепловое воздействие, которое, как предполагают, является результатом ряда микропроцессов, протекающих под действием полей.

Отрицательное воздействие ЭМП вызывает обратимые, а также необратимые изменения в организме: торможение рефлексов, понижение кровяного давления (гипотония), замедление сокращений сердца (брадикардия), изменение состава крови в сторону увеличения числа лейкоцитов и уменьшения эритроцитов, помутнение хрусталика глаза (катаракта).

Субъективные критерии отрицательного воздействия ЭМП — головные боли, повышенная утомляемость, раздражительность, нарушение сна, одышка, ухудшение зрения, повышение температуры тела.

Наряду с биологическим действием, электростатическое поле и электрическое поле промышленной частоты обусловливают возникновение разрядов между человеком и другим объектом, имеющим иной, чем у человека, потенциал. Зарегистрированные при этом токи не представляют особой опасности, но могут вызывать неприятные ощущения. В любом случае такого рода воздействия можно предотвратить путем простого заземления крупногабаритных (автобус, крыша деревянного здания и пр.) и протяженных (трубопровод, проволочная изгородь и т. п.) объектов, так как на них из-за большой емкости накапливается достаточный заряд и существенный потенциал, которые могут обусловить заметный разрядный ток.

В последнее время появляются публикации о возможном влиянии неинтенсивных магнитных полей на возникновение злокачественных заболеваний. В частности, ученые Швеции обнаружили у детей до 15 лет, проживающих около ЛЭП, что при магнитной индукции 0,2 мкТл они заболевают лейкемией в 2,7 раза чаще, чем в контрольной группе, удаленной от ЛЭП, и в 3,8 раза.

В настоящее время в связи с бурным развитием и повсеместным применением компьютерной техники большое значение имеет изучение источников ЭМП от ПЭВМ с целью уменьшения их воздействия на организм человека.

2. Источники и характеристики электромагнитных полей на рабочем месте с ПЭВМ

Под рабочим местом с персональной электронно-вычислительной машиной (далее - ПЭВМ) понимается обособленный участок общего рабочего помещения (кабинета, зала, цеха и т.п.), оборудованный необходимым комплексом технических средств вычислительной техники, и в пределах которого постоянно или временно пребывает пользователь (оператор) ПЭВМ в процессе своей трудовой деятельности.

К понятию "рабочее место" относятся также и учебные места в компьютерных классах.

На рабочих местах (РМ) с ПЭВМ можно выделить два вида пространственных полей:

-поля, создаваемые собственно ПЭВМ;

-поля, порожденные другими (посторонними) окружающими рабочее место источниками.

Вклад собственного поля ПЭВМ в суммарное поле можно оценить по разности показаний измерительного прибора при работающей и выключенной (отключенной от розеток питающей сети) ПЭВМ при одном и том же положении и ориентации антенны измерителя.

Современная ПЭВМ является энергонасыщенным аппаратом с потреблением до 200-250 Вт, содержащим несколько электро- и радиоэлектронных устройств с различными физическими принципами действия. Поэтому она создает вокруг себя поля с широким частотным спектром и пространственным распределением, такие как:

• электростатическое поле;

• переменные низкочастотные электрические поля;

• переменные низкочастотные магнитные поля.

Потенциально возможными вредными факторами могут быть также:

• рентгеновское и ультрафиолетовое излучения электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) дисплея ПЭВМ;

• электромагнитное излучение радиочастотного диапазона;

• электромагнитный фон (электромагнитные поля, создаваемые
сторонними источниками на рабочем месте с компьютерной техникой).

Отметим, что рентгеновское и ультрафиолетовое излучения экранов ВДТ можно назвать лишь потенциально существующими вредными факторами. Дело в том, что экраны современных дисплеев делают из стекла, не прозрачного для рентгеновского излучения, возникающего в трубке, а ультрафиолетовое излучение при испытаниях не обнаруживается даже в самых старых моделях дисплеев. Излучения радиочастотного диапазона от электронных узлов компьютерной техники также существенно ниже предельно допустимых уровней, регламентируемых санитарными нормами. Эти факторы (потенциально опасные, но не имеющие места при практической работе с ПЭВМ) нами не рассматриваются.

Электростатическое поле возникает за счет наличия электростатического потенциала (ускоряющего напряжения) на экране ЭЛТ. При этом появляется разность потенциалов между экраном дисплея и пользователем ПЭВМ. Наличие электростатического поля в пространстве вокруг ПЭВМ приводит, в том числе к тому, что пыль из воздуха оседает на клавиатуре ПЭВМ и затем проникает в поры на пальцах, вызывая заболевания кожи рук.

Электростатическое поле вокруг пользователя ПЭВМ зависит не только от полей, создаваемых дисплеем, но также от разности потенциалов между пользователем и окружающими предметами. Эта разность потенциалов возникает, когда заряженные частицы накапливаются на теле в результате ходьбы по полу с ковровым покрытием, при трении материалов одежды друг о друга и т.п.

В современных моделях дисплеев приняты кардинальные меры для снижения электростатического потенциала экрана. Но нужно помнить, что разработчиками дисплеев применяются различные технические способы для борьбы с данным фактором, в том числе и, так называемый, компенсационный способ, особенность которого заключается в том, что снижение потенциала экрана до требуемых норм обеспечивается лишь в установившемся режиме работы дисплея. Соответственно, подобный дисплей имеет повышенный (в десятки раз более установившегося значения) уровень электростатического потенциала экрана в течение 20...30-ти секунд после своего включения и до нескольких минут после выключения; что достаточно для электризации пыли и близлежащих предметов.

Источниками переменных электрических и магнитных полейв ПЭВМ являются узлы, в которых присутствует высокое переменное напряжение, и узлы, работающие с большими токами. Типичные пространственные распределения переменного магнитного поля и переменного электрического поля вокруг дисплея ПЭВМ показаны на рис. 1. и рис. 2., соответственно.

Рис. 1. Силовые линии магнитного поля вокруг дисплея.

Рис. 2. Пространственная диаграмма распределения интенсивности электрического поля вокруг дисплея в горизонтальной плоскости

По частотному спектру эти электромагнитные поля разделяются на две группы:

• поля, создаваемые блоком сетевого питания и блоком кадровой развертки дисплея (основной энергетический спектр этих полей сосредоточен в диапазоне частот до 1 кГц);

• поля, создаваемые блоком строчной развертки и блоком сетевого питания ПЭВМ (в случае, если он импульсный); основной энергетический спектр этих полей сосредоточен в диапазоне частот от 15 до 100 кГц.

По своему энергетическому спектру две указанные группы полей четко разделены. Этот факт успешно используется при испытаниях компьютерной техники, когда при оценке ее качества измеряют уровни создаваемых полей при широкой полосе пропускания в двух различных частотных поддиапазонах; - первый поддиапазон - 5 Гц....2 кГц, второй поддиапазон - 2 кГц.... 400 кГц.

Особо необходимо отметить, что в спектре электромагнитных полей, создаваемых дисплеем, присутствуют составляющие, частоты которых существенно ниже частоты кадровой развертки. Это низкочастоные электромагнитные колебания от единиц герц до нескольких десятков герц, частоты которых близки к частотам биоритмов человеческого организма. В этом принципиальное отличие дисплеев ПЭВМ по их потенциальной экологической опасности в сравнении с обычными бытовыми электроприборами и другими излучающими техническими средствами, которые по роду своего использования могут находиться (как и дисплей ПЭВМ) в близком контакте с человеком.

Электромагнитные поля, порожденные посторонними (не входящими в состав ПЭВМ) источниками, называют иногда фоновыми полями. Характер этих полей, их пространственное распределение и уровни определяются физическими особенностями источников, положением их по отношению к рабочему месту. Часто фоновые поля имеют общий источник - сеть электропитания, дающую существенный вклад в общий энергетический спектр полей на частоте 50 Гц и ее гармониках. Это вклад во многом зависит от организации электросети и контура заземления, удаленности и расположения рабочего места относительно розеток питания и других элементов сети. Источниками фоновых низкочастотных полей являются также другие технические средства, в том числе бытовые (кондиционеры, вентиляторы, пылесосы, кухонная техника.), а также массивные не заземленные металлические предметы (решетки, стеллажи и т.п.).

Аппаратура для контроля электромагнитных полей, создаваемых компьютерной техникой

Вопрос о приборах для измерения полей от компьютерной техники является одним из принципиальных в решении проблем, связанных с обеспечением безопасности при работе с ПЭВМ, и требует особо серьезного рассмотрения. Неверный выбор средств контроля может привести к качественно неверным результатам измерений, необъективной оценке качества контролируемой техники и безопасности рабочих мест по условиям труда.

Критерием качества ПЭВМ является значение напряженности электрического и магнитного поля, которое воздействует на оператора, когда он находится на своем рабочем месте перед техническим средством.

Физическая сущность описанного выше подхода заключается в следующем: - оператор, находясь в непосредственной близости от ПЭВМ, концентрирует на себя силовые линии электрического поля; соответственно, реальное поле, воздействующее на оператора в месте его расположения, будет иным, чем поле в той же точке, но при отсутствии оператора. Именно для таких условий определены регламентированные Российскими стандартами нормы на уровни электрических полей компьютерной техники[1].

Сказанное является основополагающим для понимания, как должна быть выполнена аппаратура для контроля полей ПЭВМ. Аппаратура должна имитировать присутствие вблизи ПЭВМ оператора, она должна работать как фантом человека и измерять именно ту величину электрического поля, которая имеет место в его присутствии на рабочем месте перед дисплеем ПЭВМ.

В соответствии с этим, ГОСТ Р 50949-96 однозначно определяют требования к конструкции антенны прибора для измерения напряженности электрической составляющей электромагнитного поля ПЭВМ. Согласно ГОСТ Р 50949-96, приемная антенна данного прибора(Рис. 3.) должна представлять собой металлизированный с двух сторон диэлектрический диск диаметром 300 мм.На обращенной к измеряемому объекту стороне диска должна быть выделена активная измерительная поверхность - круг диаметром 100 мм с центром в центре диска. Остальная проводящая поверхность лицевой и обратной стороны диска должна быть заземлена.

Рис. 3. Антенна для контроля электрического поля от компьютерной техники

1,-активная измерительная поверхность; 2. - экранирующая поверхность

В этом заключается первое принципиальное отличие приборов для контроля электрических полей ПЭВМ от приборов, ранее используемых службами Госсанэпиднадзора России для контроля полей технических средств.

Из всех разработанных, включенных в последние годы в Госреестр средств измерений и выпускаемых в настоящее время в России приборов для контроля низкочастотных электромагнитных полей всем требованиям международных стандартов по измерению полей дисплеев и всем требованиям государственного стандарта Российской федерации ГОСТ Р 50949-96 (по погрешности, конструктивному исполнению и т.д.) удовлетворяют (и соответственно, могут использоваться при сертификационных испытаниях компьютерной техники) приборы: - ИМП-04 (для измерения магнитной составляющей электромагнитного поля) и ИЭП-04 (для измерения электрической составляющей электромагнитного поля), показанные на рисунке 4.

Рис. 4. Прибор ИЭП-04, ИМП-04

Измеритель электрического поля ИЭП-04 укомплектован также дипольной антенной. С этой антенной прибор проходит метрологическую поверку по поверочной схеме, принятой в России, и может использоваться не только для измерения переменных электрических полей компьютерной техники, но и для измерения любых других переменных электрических полей в частотном диапазоне от 5 Гц до 400 кГц независимо от природы их возникновения.

При измерениях на рабочих местах можно использовать и другие приборы, но в обязательном порядке имеющие приемную антенну для измерения электрической составляющей полей компьютеров в виде диска диаметром 300 мм, что определено международными стандартами и государственными стандартами Российской Федерации. Аналогичное распространяется и на приборы для оперативного контроля рабочих мест. Но нужно помнить, что в помещении может присутствовать также электрический фон промчастоты 50 Гц. Измерение этого фона должно осуществляться уже другим прибором - с иной приемной антенной, не вносящей искажений в структуру измеряемого поля, либо прибором с двумя различными антеннами. Один из таких приборов (ИЭП-05), которым можно измерять как поля компьютеров в соответствии с требованиями ГОСТ Р 50923-96, так и поля промчастоты 50 Гц, представлен на рисунке 5.

Кроме дисковой антенны этот прибор укомплектован т.н. «дипольной» антенной. Приемники электрического поля (диполи) в такой антенне расположены на диэлектрической штанге, на расстоянии порядка 50 сантиметров от точки, находящейся в контакте с рукой оператора. При таком исполнении полностью исключается влияние на измеряемое поле как используемого для этого средства измерений, так и оператора, проводящего измерения. Достоверность получаемых результатов измерений, их точность при этом существенно повышается.

Если в помещении расположены какие-либо другие технические средства (кроме компьютеров), то их низкочастотные электрические поля нужно измерять также с дипольной антенной, не вносящей искажения в измеряемое поле.

Для рабочих мест с компьютерной техникой можно рекомендовать измерительный комплекс приборов, изображенный на рисунке 5. Комплект состоит из двух приборов ИМП-05 для измерения индукции переменного магнитного поля, прибора ИЭП-05 для измерения напряженности переменного электрического поля и специализированного прибора ИЭСП-01для измерения электростатического потенциала экранов дисплеев ПЭВМ.

Рис. 5. Комплект приборов для контроля электрических и магнитных

полей ПЭВМ и ВДТ

Конструктивно приборы размещены в небольшом пластмассовом кейсе и имеют как автономное, так и сетевое питание, что делает их особенно удобными для оперативного контроля электромагнитной обстановки, контроля рабочих мест при вводе их в эксплуатацию и при аттестации по условиям труда.

Все описанные выше приборы прошли Государственные метрологические испытания во ВНИИФТРИ и включены в Государственный Реестр средств измерений как измерители переменных электрических и магнитных полей, создаваемых производственными и бытовыми источниками, включая компьютерную технику. В пределах своих технических характеристик они могут использоваться также для измерения переменных магнитных полей независимо от природы их возникновения.

Погрешность при измерении уровней электрических и магнитных полей, определенных действующими в России нормами, составляет у приборов ИМП-04 и ИЭП-04 не более 10 %, а у приборов ИМП-05 и ИЭП-05 - не более 20 %. Это соответствует требованиям по погрешности, регламентируемым государственным стандартом Российской Федерации ГОСТ Р 51070-97 для измерителей напряженности электрических и магнитных полей, предназначенных для контроля норм по электромагнитной безопасности в области охраны природы, безопасности труда и населения.

Прошли Государственные испытания во ВНИИФТРИ и также включены в Государственный Реестр для измерения переменных электрических и магнитных полей в диапазонах частот 5 Гц....400 кГц. приборы ПЗ-28 и ВЕ-метр (ВЕ-МЕТР-АТ-002) Но эти приборы в их штатном исполнении не укомплектованы дисковой антенной и для измерения переменных электрических полей дисплеев по ГОСТ Р 50949-96 не предназначены.

Средством измерения электростатического потенциала экранов дисплеев в соответствии с требованиями ГОСТ Р 50948-96 и СанПиН 2.2.2.542-96 по методике ГОСТ Р 50949-96 является прошедший в 1998 году и включенный в Госреестр прибор ИЭСП-01, изображенный на рисунке 6.

Рис 6 ‑ Прибор ИЭСП-01

Прибор состоит из индикаторного блока и измерительной пластины, которая должна применяться при измерении электростатического потенциала в соответствии с методологией, установленной в ГОСТ Р 50949-96. Он поставляется как отдельно, так и в комплекте с приборами ИЭП-05 и ИМП-05.

В последние годы за рубежом также разработан целый ряд приборов для контроля низкочастотных переменных электрических и магнитных полей технических средств как специализированных, так и общего применения. Однако разработанные и освоенные в настоящее время в производстве отечественные приборы по метрологическим характеристикам не уступают их зарубежным аналогам при существенно более низкой (в три-четыре раза) цене.

Дата добавления: 2018-02-18; просмотров: 1066; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 4 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!