Индикатор свч излучения электроника иси 01
Данная статья является реферативным изложением основной работы. Полный текст научной работы, приложения, иллюстрации и иные дополнительные материалы доступны на сайте III Международного конкурса научно-исследовательских и творческих работ учащихся «Старт в науке» по ссылке: https://www.school-science.ru/0317/11/28641
Микроволновые печки, которые еще называют СВЧ печи, давно стали обычным прибором на кухне. В основном их используют для разогрева пищи, хотя эти устройства могут выполнять и другие функции. Каждая СВЧ печь содержит магнетрон (генератор СВЧ), который преобразует электрическую энергию в сверхвысокочастотное электрическое поле частотой 2450 МГц (мегагерц). Микроволны заставляют молекулы воды в пище вращаться с частотой миллиарды раз в секунду, создавая молекулярное трение, которое и нагревает еду.
Так как организм человека примерно на 80% состоит из воды, СВЧ излучение также воздействует и на наше тело. Воздействие СВЧ волн приводит к нагреванию жидкости в организме. Органы, богатые кровеносными сосудами менее чувствительны к такому воздействию, так как за счет движения крови происходит их охлаждение. Но есть органы, например хрусталик глаза, совсем не содержащие кровеносных сосудов. Поэтому длительное воздействие мощного СВЧ излучения может привести к помутнению хрусталика и его разрушению. Еще в СССР ученые исследовали тысячи рабочих, которые работали с радарными СВЧ установками и получали микроволновое излучение. Результаты были настолько серьезны, что санитарно-эпидемиологическими правилами и нормативами установлены строгие лимиты получаемого человеком излучения.
Магнетрон микроволновой печи выдает электромагнитные волны мощностью 800-1000 Вт и частотой 2450 МГц. Примерно такую мощность излучения могут одновременно излучать 10000 wi-fi роутеров, 5000 мобильных телефонов (при использовании мобильного Интернета) или 30 базовых вышек мобильной связи.
Для того, чтобы эта мощь не вырвалась наружу, в СВЧ печи используется двойной защитный стальной экран. В новых приборах СВЧ излучение не должно превышать установленных норм, но со временем, могут появляться зазоры в защитном экране или происходить потеря свойств радиозащитного стекла, используемого в качестве передней стенки печи. В этом случае мощность СВЧ излучения, выходящего за пределы прибора, может значительно увеличиться. Это приведет не только к вредному воздействию СВЧ волн на окружающие живые организмы, но и вызовет потерю полезной мощности печи и повышенное энергопотребление прибора.
Приборы, рекомендуемые для измерения СВЧ излучения, сложны по своей конструкции, калибровке, а также должны проходить обязательную аттестацию и совсем недешевы, что затрудняет их массовое использование в быту.
Но в большинстве случаев нет необходимости устанавливать точное значение излучаемой энергии, а вполне достаточно простого прибора для определения наличия СВЧ полей в местах установки бытовой техники.
Цель работы: разработать и изготовить индикатор для обнаружения СВЧ излучения бытовых приборов. Используя данное устройство провести поиск СВЧ полей вблизи бытовых СВЧ приборов и составить рекомендации по уменьшению их влияния на здоровье человека.
Новизна представляемого устройства заключается в разработке принципиальной схемы и конструкции, не встречающейся в литературе. Для проведения контроля не требуется специальных знаний и навыков, поэтому он может быть использован как быту, так и на производстве любым человеком.
- не требует специальных знаний и обучения для использования;
- малогабаритен, питается от одной батарейки напряжением 9 вольт;
- в качестве индикации используется светодиод, что упрощает процесс работы с прибором;
- достаточно узкая полоса фиксируемых частот позволяет исключить воздействие возможных низкочастотных излучений;
- легкая повторяемость и низкая стоимость: не используются дорогостоящие радиодетали и процесс сборки достаточно прост.
Принципиальная схема прибора представлена на рисунке 1. Основой прибора является микросхема IC1, представляющая собой два интегральных низковольтных операционных усилителя (ОУ) в одном корпусе.
Рис. 1. Принципиальная схема индикатора СВЧ излучения
Рис. 2. Печатная плата устройства
Фото 1. Печатная плата устройства в сборе
Принятый сигнал с антенны W1 поступает на фильтр из дросселя L1 и конденсатора C1, который снижает уровень низкочастотного сигнала на входе прибора. Далее полезный высокочастотный сигнал подается на детектор, собранный на высокочастотных диодах D1 и D2. Выпрямленное напряжение подается на вход (вывод 5) ОУ IC1.1, включенного по схеме с максимальным коэффициентом усиления. Усиленный сигнал с выхода ОУ (вывод 7) подается на фильтр низкой частоты, собранный на резисторах R1, R2 и конденсаторе C2. Такая схема включения позволяет получить на входе ОУ IC1.2 (вывод 3) напряжение, пропорциональное длительности входного сигнала. Резистор R3 включенный между инвертирующим входом (вывод 2) и выходом (вывод 1) ОУ создает отрицательную обратную связь. Индикаторный светодиод D3 подключен к выходу IC1.2 через токоограничивающий резистор R4. Для предотвращения зависимости результатов испытаний от напряжения питания, схема питается стабилизированным напряжением 5 вольт, формируемым маломощным интегральным стабилизатором IC2 и конденсатором C3.
Все элементы схемы индикатора, кроме антенны и батарейки собраны на односторонней печатной плате, показанной на рисунке 2 и фото 1.
Дроссель L1 бескаркасный, намотан на сверло диаметром 4 мм и содержит 12 витков провода ПЭЛ диаметром 0,4 мм, намотанных виток к витку. После сборки устройства изменением расстояния между витками настраивается максимальная чувствительность к СВЧ сигналу частотой 2400 МГц от wi-fi роутера.
Устройство собрано в корпусе, склеенном из пластика, в верхней панели сделаны отверстия под светодиод D3 и кнопку S1, а спереди расположена антенна W1, сделанная из куска медного провода диаметром 2,5 мм. Длина антенны составляет 3 см, она рассчитана как четверть длины волны измеряемого сигнала по формулам:
Фото 2. Индикатор для обнаружения СВЧ в сборе
1. Нажать и удерживать кнопку включения устройства.
2. Поднести антенну прибора к месту, где требуется контролировать СВЧ излучение.
3. Наличие излучения будет сопровождаться свечением светодиода, яркость и длительность свечения будут пропорциональны излучаемой мощности.
4. После окончания работы отпустить кнопку включения.
С помощью описанного выше прибора нами были проведены сравнительные обследования бытовых приборов – источников СВЧ сигнала частотой 2,4–3,0 ГГц:
Результаты исследования отражены в таблице.
Вывод. СВЧ волны все больше используется в бытовых приборах и с учетом негативного влияния на организм человека при длительном воздействии на близком расстоянии, необходимо придерживаться простых правил, которые позволят сохранить здоровье:
1) СВЧ излучение ослабевает по мере удаленности от источника, поэтому по возможности нужно как можно меньше находиться вблизи работающих СВЧ приборов в течение длительного времени;
2) при пользовании СВЧ печью в течение 5 секунд после включения отойти на расстояние не ближе 50 см от передней стенки и не приближаться до полного отключения печи;
3) проверить домашнюю СВЧ печь индикатором СВЧ излучения, нет ли повышенной утечки СВЧ энергии, что позволит не только сохранить здоровье, но и экономить электричество;
4) располагать домашний Wi-Fi роутер вдали от места постоянного нахождения людей и животных на максимально возможной высоте; в настройках роутера опытным путем подобрать минимальную мощность, достаточную для уверенного приема сигнала во всем помещении;
5) так как для разговора по мобильному телефону используется другой диапазон частот, СВЧ сигнал исследуемой частоты передается только при обмене данными между устройствами и выходе в сеть Интернет; рекомендуется при длительной работе с мобильными данными располагать смартфон на столе не ближе 30 см и использовать проводную аудиогарнитуру, поставляемую в комплекте с большинством телефонов;
6) рекомендуется отключать режимы передачи данных смартфона во всех случаях, когда они не используются – это не только уменьшит СВЧ излучение в дежурном режиме, но и позволит экономить энергию аккумулятора телефона;
7) не использовать беспроводные Bluetooth гарнитуры при длительном общении по телефону, так как для передачи данных в них используется частота 2,4 ГГц, а расположение за ухом переносит источник СВЧ излучения в непосредственную близость к головному мозгу.
Расстояние, на котором обнаруживается СВЧ сигнал
5-7 см вблизи петель и замка передней стенки, 2-3 см вблизи стекла
3-5 см вблизи антенны роутера при максимальной нагрузке
1-2 см вблизи антенн Wi-Fi и мобильного интернета, 1 см от антенны Bluetooth
СВЧ излучение появляется через 5 секунд после включения печи и продолжается все время работы
СВЧ излучение импульсное, сильно зависит от количества передаваемых данных и расстояния до подключенных устройств
СВЧ излучение зафиксировано только при пользовании мобильным Интернетом в сетях 3 и 4 поколений, Wi-Fi и Bluetooth
Источник
Индикатор свч излучения электроника иси 01
Прибор предназначен для поиска СВЧ излучении и обнаружения маломощных СВЧ-передатчиков выполненных, например, на диодах Ганна. Он перекрывает диапазон 8. 12 ГГц.
Рассмотрим принцип работы индикатора. Простейшим приемником, как известно, является детекторный. И такие приемники диапазона СВЧ, состоящие из приемной антенны и диода, находят свое применение для измерения СВЧ мощности. Самым существенным недостатком является низкая чувствительность таких приемников. Чтобы резко повысить чувствительность детектора, не
усложняя СВЧ головки, используется схема детекторного СВЧ приемника с модулируемой задней стенкой волновода (рис. 5.22).
СВЧ головка при этом почти не усложнилась, добавился только модуляторный диод VD2, a VD1 остался детекторным.
С некоторым приближением можно считать, что когда диод VD2 закрыт, он не влияет на процессы в волноводе, а когда открыт — полностью закорачивает волновод, т.е. играет роль короткозамкнутой задней стенки.
Рассмотрим процесс детектирования. СВЧ сигнал, принятый рупорной (или любой другой, и нашем случае — диэлектрической) антенной, поступает в волновод. Поскольку задняя стенка волновода короткозамкнута, в волноводе устанавливается режим стоячих волн. Причем, если детекторный диод будет находиться на расстоянии полуволны от задней стенки, он будет в узле (т.е. минимуме) поля, а если па расстоянии четверти волны — то в пучности (максимуме). То есть, если мы будем электрически передвигать заднюю стенку волновода на четверть полны (подавая модулирующее напряжение с частотой 3 кГц на VD2), то на VD1, вследствие перемещения его с частотой 3 кГц из узла в пучность СВЧ поля, выделится НЧ сигнал с частотой 3 кГц. который может быть усилен и выделен обычным усилителем НЧ.
Таким образом, если на VD2 подать прямоугольное модулирующее напряжение, то при попадании в СВЧ поле с VD1 будет снят продетектированныЙ сигнал той же частоты. Этот сигнал будет противофазен модулирующему (это свойство с успехом будет использовано в дальнейшем для выделения полезного сигнала из наводок) и иметь очень малую амплитуду.
То есть вся обработка сигнала будет производиться на НЧ. без дефицитных СВЧ деталей.
Схема обработки приведена на рис. 5.23. Питается схема от источника 12 В и потребляет ток около 10 мА.
Резистор R3 обеспечивает начальное смещение детекторного диода VD1. Принятый диодом VD1 сигнал усиливается трехкаскадным усилителем на транзисторах VT1 — VT3. Для исключения помех питание входных цепей осуществляется через стабилизатор напряжения на транзисторе VT4.
На микросхеме DD2 собран генератор импульсов частотой 3 кГц, которыми через резистор R22 модулируется диод VD2. Модулирующее напряжение в прямой (вывод 8 DD2) и инверсной (вывод 9 DD2) фазах через R8 поступает на резистор R11 «Чувствительность». Этим резистором устанавливается такая фаза и амплитуда компенсирующего напряжения па движке R11, чтобы свести к пулю паводки на диод VD1. В самом деле, на VD1 так или иначе будет наведено (через паразитные связи) модулирующее напряжение 3 кГц (все-таки на VD2 почти 1 В, а полный сигнал снимается с VD1 и имеет амплитуду 1 мкВ и менее). Но вспомним, что полезный сигнал (от СВЧ ноля) с диода VD1 и модулирующее напряжение па диоде VD2 противофазны. Именно поэтому движок R11 можно установить в такое положение, при котором паводки будут подавлены. Подключите осциллограф к выходу ОУ DA2 и. вращая ползунок резистора R11, вы увидите, как происходит компенсация.
С выхода предварительного усилителя VT1—VT3 сигнал поступает на выходной усилитель па микросхеме DA2. Обратите внимание па то, что между коллектором VT3 и входом DA2 стоит RC-цепочка R17C3 (или С4 в зависимости от состояния ключей DD1) с полосой пропускания всего 20 Гц(!). Это так называемый цифровой корреляционный фильтр. Мы знаем, что должны принять прямоугольный сигнал частотой 3 кГц, в точности равной модулирующей, и в противофазе с модулирующим сигналом. Цифровой фильтр как раз и использует это знание — когда должен приниматься высокий уровень полезного сигнала, подключается конденсатор С3, а когда низкий — С4. Таким образом, на С3 и С4 за несколько периодов накапливаются верхнее и нижнее значения полезного сигнала, в то время как шумы со случайной фазой отфильтровываются. Цифровой фильтр улучшает соотношение сигнал/шум в несколько раз, соответственно повышая и общую чувствительность детектора. Становится возможным уверенно обнаруживать сигналы, лежащие ниже уровня шума (это общее свойство корреляционного приема).
С выхода DA2 сигнал через еще один цифровой фильтр R5C6 (или С8 в зависимости от состояния ключей DD1) поступает па интегратор-компаратор DA1, напряжение на выходе которого при наличии полезного сигнала на входе (VD1) становится равным примерно напряжению питания. Этим сигналом включается светодиод HL2 «Тревога» и головка ВА1. Прерывистое тональное звучание головки ВА1 и мигание светодиода HL2 обеспечивается работой двух мультивибраторов с частотами около 1 и 2 кГц, выполненными на микросхеме DD2, и транзистором VT5, шунтирующим базу VT6 с частотой работы мультивибраторов.
Конструктивно прибор состоит из СВЧ головки и платы обработки, которая может быть размещена как рядом с головкой, так и отдельно.
Источник
