(точнее, абсолютного значения H вектора
) служит ампер на метр [A/M]. Основными внесистемными единицами измерения напряженности магнитного поля, применямыми в магнитобиологии, являются: эрстед ( 1Э=79,6 А/м )и гамм ( 1Э=105гамм ).
Вектор Умова-Пойнтинга :
Вектор Умова-Пойнтинга характеризует величину и направление энергии, переносимой электромагнитной волной. Векторы
образуют правую тройку векторов. В дальнейшем будет рассматриваться скалярная величина - поток вектора Умова-Пойнтинга, проходящий через единицу поверхности, перпендикулярной вектору П, в единицу времени, которую будем называть плотностью потока мощности (ППМ). Плотность потока мощности измеряется в ваттах на метр квадратный [ Вт/м2 ]. Кроме указанных характеристик, биотропными параметрами являются: характер излучения (непрерывное или импульсное); частота (спектр частот); наличие, вид и глубина модуляции; форма импульса; ориентация поля относительно оси тела; градиент поля; время экспозиции (облучения); локализация поля в теле и др.
8.1.2 Действие техногенных электромагнитных полей СВЧ диапазона на человека.
Организм человека не имеет специальных органов, способных воспринимать электромагнитные колебания радиодиапазона, кок это имеет место для электромагнитных волн видимой части спектра. Однако первые сведения о воздействии ЭМП на функциональное состояние здоровья персонала, обслуживающего мощные радиопередатчики, появились уже в 20-30-е годы. По мере разработки и внедрения в эксплуатацию всё более мощных радиопередатчиков и освоения более высокочастотных диапазонов накапливались и данные о воздействии интенсивных радиоволн на организм человека. Начало систематических исследований биологического действия радиоволн следует отнести к послевоенному периоду, что связано с бурным развитием радиолокации, радионавигации и других областей радиопромышленности.
В настоящее время существуют две теории, объясняющие действие ЭМП на человека:
1)Энергетическая теория, основанная на тепловом эффекте, когда воздействие объясняется дополнительной, внесённой извне и рассеянной в организме энергией, перешедшей в конечном счёте в тепловую форму.
2)Информационная теория, основанная на слабых воздействиях, когда энергия, сообщённая отдельной частице, меньше её кинетической энергии.
На данный момент всё возрастающий научный интерес завоёвывает информационная теория дотепловых воздействий. Длительное систематическое воздействие на организм человека ЭМП, особенно диапазонов УВЧ и СВЧ, при дотепловых интенсивностях может привести к некоторым функциональным изменениям в нем, в первую очередь в нервной системе. Эти изменения проявляются в головной боли, нарушении сна, повышенной утомляемости, раздражительности и т.д. Поля СВЧ с интенсивностями, значительно ниже теплового порога, могут вызвать истощение нервной системы. Изменения в сердечно-сосудистой системе выражаются в виде гипотонии, брадикардии и замедлении внутрижелудочковой проводимости, а также в изменениях состава крови, изменениях в печени и селезенке, причем все эти изменения более выражены на более высоких частотах.
8.1.3 Оценка облучаемости электромагнитными полями.
Наиболее важным биофизическим аспектом защиты от ЭМП является установление предельно допустимых интенсивностейНаиболее важным биофизическим аспектом защиты от ЭМП является установление предельно допустимых интенсивностей ЭМП, потенциально опасных для человека, и формы их представления, т.е. нормирование.
Нормирование ЭМП, как и всякой другой профвредности, состоит из двух этапов.
Первый - выбор и обоснование нормируемого параметра ЭМП, адекватно характеризующего степень воздействия.
Второй - установление предельно допустимого уровня выбранного параметра.
ЭМП СВЧ оценивают поверхностной плотностью потока энергии ППЭ (плотность потока мощности) излучения и создаваемой им энергетической нагрузкой ЭН:
или
где T - время облучения.
В таблице 8.1 приведены предельно допустимые уровни интенсивностей ЭМП диапазона СВЧ, принятые в некоторых странах.
Таблица 8.1
Нормы излучений.
|
Страна
|
Диапазон частот и режим облучения |
Предельно допустимые уровни в принятой форме |
Допустимое время облучения |
РФ
Для персонала
Для населения
|
СВЧ непрерывный
СВЧ импульсный
СВЧ непрерывный
СВЧ импульсный |
25 мкВт/см2
(Суточная доза Дсут=ППМ
t
10 мкВт/см2
(Суточная доза Дсут=ППМ
t
2,5 мкВт/см2
(Суточная доза Дсут=ППМ
t
1 мкВт/см2
(Суточная доза Дсут=ППМ
t |
8ч
8ч
Без ограничения
Без ограничения
|
Польша |
СВЧ |
Те же, что и в РФ |
|
|
США
Обслуживающий персонал
(Стандарт США
USASC95.I-1996)
|
10мгц-100ггц
|
ППМ средняя за 6 мин не должна превышать:
10 мВт/см2 - для обычных условий
1 мВт/см2 - для температурно-влажностных условий
|
Без ограничения времени.
Для кратковременных излучений нормируется шестиминутная доза Д(6 мин)=0,1...1,0
мВт*ч/см2 (в зависимости от ТВУ)
|
Таблица 8.1
Нормы излучений.
Продолжение.
|
Англия
|
30-30000мгц |
10 мВт/см2 |
Без ограничения |
ФРГ |
СВЧ |
Те же, что и в США |
|
|
Франция
|
СВЧ |
Те же, что и в США |
|
|
Голландия Фирма Филлипс Эйндгобен
|
30-30000мгц |
1 мВт/см2
10 мВт/см2 |
Без ограничения
t |
8.1.4 Расчет интенсивности ЭМП.
На частотах f>300МГц ближняя зона (зона индукции) расположена в непосредственной близости у излучателя и ППМ (ППЭ) определяется выражением:
,
где
Ризл - мощность, излучаемая антенной;
G - коэффицент направленного действия (КНД) антенны;
r - расстояние до антенны;
L - затухание ЭМП на пути распространения.
Попытки расчета интенсивности ЭМП с учетом влияния произвольно расположенных вблизи расчетной точки посторонних предметов (радиоконтрастных сред), а также расчет интенсивности ЭМП паразитного излучения, пока не привели к удовлетворительным результатам. Лучшим методом оценки интенсивности в этих случаях остаётся измерение.
8.2 Методика проведения исследования
В данной лабораторной работе рассчитывается интенсивность электромагнитного поля СВЧ в зависимости от следующих параметров:
Ризл – мощность, излучаемая антенной;
r – расстояние до антенны;
L – затухание ЭМП на пути распространения.
8.2.1 Исследование зависимости ППМ от Ризл.
Для исследования зависимости плотности потока мощности от мощности, излучаемой антенной:
- определить значения плотности потока мощности (ППМ) от Ризл по формуле (1) с требуемым шагом изменения.
Диапазон изменения Ризл см. в таблице 8.2 :
Таблица 8.2
Диаппазон изменения Ризл.
|
N
|
Ризл (нач.) |
Ризл (кон.) |
1
2
3 |
10
100
200 |
100
200
300 |
(Принять r=15 м, L=6, G=0.7)
- результаты занести в таблицу 8.3 :
Таблица 8.3
Плотность потока мощности.
- построить график зависимости ППМ(Ризл)
- проанализировать результаты.
- сравнить их с допустимыми значениями в Таблице 8.1.
8.2.2 Исследование зависимости ППМ от r.
Для исследования зависимости плотности потока мощности от расстояния до антенны:
- определить значения плотности потока мощности (ППМ) от r по формуле (1) с требуемым шагом изменения.
Диапазон изменения r см. в таблице 8.4 :
Таблица 8.4
Расстояние до антенны.
|
Nвар
|
r (нач.) |
r (кон.) |
1
2
3 |
1
10
20 |
10
20
30 |
(Принять Ризл = 150 Вт, L=6, G=0.7)
результаты занести в таблицу 8.5 :
Таблица 8.5
Зависимость плотности потока мощности от
расстояния до антенны.
- построить график зависимости ППМ(r);
- проанализировать результаты.
- сравнить их с допустимыми значениями в Таблице 8.1.
8.2.3 Исследование зависимости ППМ от L.
Для исследования зависимости плотности потока мощности от затухания ЭМП на пути распространения:
- определить значения плотности потока мощности (ППМ) от L по формуле (1) с требуемым шагом изменения.
Диапазон изменения L см. в таблице 8.6 :
Таблица 8.6
Затухание ЭМП на пути
распространения.
|
Nвар
|
L (нач.) |
L (кон.) |
1
2
3 |
1
3
6 |
3
6
9 |
(Принять Ризл = 150 Вт, r=15 м, G=0.7)
результаты занести в таблицу 8.7 :
Таблица 8.7
Зависимость плотности потока мощности от L.
- построить график зависимости ППМ(L);
- проанализировать результаты.
- сравнить их с допустимыми значениями в Таблице 8.1.
Заключение
Представленная работа - это первая в своём роде попытка разработать реальный лабораторный практикум по теме логического проектирования цифровых схем с использованием методов виртуальной электронной лаборатории.
Основные результаты работы следующие:
Рассмотрены методы логического проектирования, используемые в предметах, читаемых на кафедре. В основном они сводятся к табличным методам или операциям с уравнениями Булевой алгебры.
Предложено использовать для создания лабораторной работы виртуальный прибор - логический конвертор - из электронного пакета CAD Electronics Workbench.
Рассмотрена возможность с помощью логического конвертора выполнять операции синтеза логических устройств по таблице состояний, логическим уравнениям и т.д.
Методически такая практическая работа прекрасно вписывается в программу курсов, читаемых на кафедре.
Программа имеет интуитивный интерфейс, достаточно проста и не практически требует специального времени на освоение.
Разработаны методические указания к лабораторному практикуму.
Предложен ряд схем (цифровой компаратор, дешифратор, схема контроля четности) подходящих для студенческих практических работ и проведено демонстрационное проектирование.
Разработана демонстрационная версия лабораторного практикума, позволяющего быстро освоить работу с программой.
На виртуальных приборах, студент осваивает необходимые на практике, но достаточно редкие в наших лабораториях измерительные приборы - логический анализатор, генератор двоичных слов,
Настоящий лабораторный практикум не является окончательным и закрытым его всегда можно расширить и модифицировать. Для этого не нужны специальные навыки и знания (как например при попытках дополнить программы моделирующие лабораторные работы и написанные на языках программирования) интерфейс Electronics Workbench прост и выразителен.
Кроме того тематика лабораторных работ (а возможно и курсовых) выполняемых в этой виртуальной лаборатории может быть очень широка. Данная разработка демонстрирует лишь очень небольшую часть возможностей Electronics Workbench.
Основные результаты организационно-экономической части.
Произведена калькуляция расходов и расчёт себестоимости разработки.
Выполнено социально-экономическое обоснование использования виртуального лабораторного практикума. Сравнение производилось с традиционным оборудованием - лабораторными стендами. Итог этого обоснования следующий:
- один компьютер способен заменить несколько стендов с разной тематикой работ;
- использование компьютерного моделирования позволяет высвободить часть персонала занятого ранее ремонтом стендов;
- качество обучения также повысится за счёт большей чем у стендов наглядности, за счёт того, что перестанут выходить из строя исследуемые и вспомогательные компоненты, и за счет приобретения студентами дополнительных навыков работы на компьютере.
В разделе по экологии и охране труда были разработаны методчВ разделе по экологии и охране труда были разработаны методческие указания по компьютеризированному лабораторному практикуму на тему “Исследование электромагнитного поля СВЧ”.
Список используемой литературы.
1.. Алексенко А.Г, Шагурин И.И. “Микросхемотехника.”
Москва, изд. “Радио и связь”, 1982г.
2. Влах, Кишор, Сингхал “Машинные методы анализа и
проектирования электронных схем.”
Москва, изд. “Радио и связь”, 1988г.
3. Дебновецкий С.В. “Основы автоматизированного проектирования
электронных приборов.”
Киев, Вища школа, 1987г.
4.“Измерения параметров цифровых интегральных микросхем.”
(под ред. Эйдукаса Д.Ю., Орлова Б.В.)
Москва, “Радио и связь”, 1982г.
5. Корнеев В.В., Киселёв А.В. “Современные микропроцессоры.”
Москва, изд. “Нолидж”, 1998г.
6. Лазер И.М., Шубарев В.А. “Устойчивость цифровых
микроэлектронных устройств.”
Москва, “Радио и связь”, 1983г.
7. Лысиков Б.Г. “Арифметические и логические основы цифровых
автоматов.”
Минск, “Вышэйшая школа”, 1980г.
8. Нефедов А.В., Савченко А.М., Феоктистов Ю.Ф.“Зарубежные
интегральные микросхемы для электронной аппаратуры.”
Москва, Энергоатомиздат, 1989г.
9. Ногов Ю.Р.“Математические модели элементов интегральной
электроники.”
Москва, “Современное радио”, 1976г.
10. Пухальский Г.И., Новосельцева Т.Я. “Цифровые устройства.”
Санкт-Петербург, изд. “Политехника”1996г.
11. Сысоев В.В.“Структурные и алгоритмические модели
автоматизированного проектирования производства изделий
электронной техники.”
Воронеж, Воронежский технологический институт, 1993г.
12. Токхейм Р.“Основы цифровой электроники”
Москва, изд. “Мир”, 1988г.
13. Чахмахсазян Е.А., Мозговой Г.П., “Математическое моделирование
и макромоделирование биполярных элементов электронных схем.”
Москва, “Радио и связь”, 1985г.
14. Шило В.Л. “Популярные цифровые микросхемы.”
Москва, Металлургия, 1988г.
15. Якимов О.П.“Моделирование режимов и оценка качества
электронных приборов.”
Москва, “Радио и связь”, 1989г.
16. Янсен Й. “Курс цифровой электроники.”
т. 1 Москва, Мир, 1987г.
