Частота магнитного поля: » 2.1.2.1002-00. 2.1.2. , , — , , , , .

Содержание

Магнитное поле земли и здоровье человека

Сейфулла Р.Д. 
М.: ООО «Самполиграфист», 2013. 120 с.

Магнитное поле Земли в первом приближении представляет собой диполь, полюса которого располагаются рядом с полюсами планеты. Магнитное поле – разновидность электромагнитного поля, создаваемого движущимися электрическими зарядами или токами и оказывающая силовое воздействие на движущиеся заряды или токи. Поле определяет магнитосферу, которая отклоняет частицы солнечного ветра. Они накапливаются в радиационных поясах – двух концентрических областях в форме экватора вокруг Земли. Около магнитных поясов эти частицы могут «высыпаться» в атмосферу и приводить к появлению полярных сияний. Нашу планету окружает магнитное поле, которое существует с момента её формирования. Всё, что находится на Земле подвержено действию невидимых силовых линий этого поля. Именно это обстоятельство заинтересовало нас в большей степени, так как структура и функция Земли, а также и человеческого организма тесным образом связана с наличием электрических зарядов, которые определяют все процессы, связанные с жизнедеятельностью всех организмов, находящихся на её поверхности, в воде, в почве, в воздухе. Земля обладает электрическим и магнитным полем. Вся планета имеет отрицательный заряд, а ионосфера положительный. Линии напряженности электрического поля направлены сверху (от ионосферы) вниз (к Земле). Напряженность поля порядка Е = 120 – 130 в/м. Проведя несложные вычисления был сделан вывод, что в электромагнитном поле Земли заключена колоссальная энергия. Проблема получения энергии из магнитного поля Земли весьма актуальна для человечества. Такой приёмник — генератор был сделан ещё в 1889 году Николой Тесла, но правительство США запретило разглашать эту тайну по коммерческим соображениям. В теле человека имеется своё силовое поле, вследствие протекания крови по сосудам. В здоровом теле человека и в нормальных атмосферных условиях имеется полное соответствие и взаимодействие внешнего и внутреннего магнитных полей. Кроме того, существует магнитное поле Солнца, космических галактик и Земли, которые оказывают своё действие на поведение человека и животных (перелётных птиц, рыб, членистоногих, насекомых), которые безошибочно определяют направления движения на тысячи километров.

Оказалось, что изменение магнитного поля Земли является причиной многих заболеваний, которые лечатся другими способами, что требует особого внимания специалистов и лечащих врачей. Так называемые магнитные бури, в которых принимают участие Солнце, солнечный ветер, а также магнитное поле Земли создают много проблем и являются причиной ненормального поведения человека, в том числе и криминального, а также тяжелейших заболеваний: инсультов мозга, инфарктов миокарда, психических расстройств, ДТП и другого криминального и суицидального поведения, о чем пойдёт речь ниже. Японский врач – исследователь Киочи Накагава обратил внимание в середине ХХ века на то, что дефицит магнитного поля Земли является причиной многочисленных заболеваний, которые он объединил общим названием синдром дефицита магнитного поля Земли . Накагава, а также другие ученые поддержали это открытие и предложили проводить коррекцию магнитного поля при его дефиците, при помощи магнитотерапии, что позволило проводить профилактику и лечение многих заболеваний при помощи компенсации недостающего магнитного поля. Это касается, прежде всего, сердечно-сосудистой системы, которая занимает в настоящее время первое место среди других заболеваний. Дело в том, что каждая молекула в магнитном поле вытягивается и поляризуется. Один её конец становится северным магнитным полюсом, а другой — южным. В таком виде каждая молекула легче вступает в электрохимические реакции и в организме идёт правильный обмен веществ. Резкое усиление магнитного поля при магнитной буре или геомагнитной зоне всегда отрицательно сказывается на самочувствии человека. Однако, отсутствие или ослабление магнитного поля является для организма критической ситуацией. Дополнительным фактором риска является электромагнитный смог (создаваемый компьютерными дисплеями, электробытовыми приборами, TV и другими) уменьшают воздействие на наш организм геомагнитного поля Земли. У вернувшихся из космического полёта космонавтов обнаруживали остеопороз, тяжелую депрессию и другие патологические состояния. Важной составляющей для нормализации физиологических функций является восстановление полярности клеток и активизация работы ферментных систем, а также улучшения кровообращения. Автор в течение 33 лет занимается проблемами спортивной фармакологии со спортсменами высшей квалификации, что требует нестандартных, недопинговых подходов (к подготовке спортсменов экстра — класса) особенно восстановления. Поэтому нас заинтересовала, в своё время, проблема дефицита магнитного поля Земли и соответствующие меры её коррекции для того, чтобы повысить работоспособность физически одарённых спортсменов без применения искусственных стимуляторов. Автор не ставил перед собой задачи процитировать всех авторов, которые занимались проблемами магнитного поля Земли, так как их существует многие тысячи как в нашей стране, так и за рубежом, а попытался продемонстрировать основные тенденции этой проблемы, касающихся здоровья человека.

Издание носит научно-популярный характер. В космосе постоянно работают и накапливают необходимый опыт для межпланетных полётов коллективы отечественных и зарубежных ученых исследователей для перспективы создания постоянно действующих обитаемых станций с человеком и разработки полезных ископаемых.
 


Часть I.
Природа магнитного поля Земли и влияние его на человека

Глава 1. Вселенная и строение солнечной системы
Глава 2. Солнечная система во вселенной
Глава 3. Напряженность магнитного поля Земли
Глава 4. Позитивные свойства магнитного поля Земли
Глава 5. Роль магнитного поля в жизнедеятельности человека
Глава 6. Атмосфера Земли
Глава 7. Влияние магнитных бурь на организм человека

Часть II.
Электрические и магнитные свойства при передаче нервного импульса

Глава 8. Поляризация мембраны живой клетке
Глава 9. Живые ткани как источник энергетических потенциалов
Глава 10. Синдром дефицита магнитного поля Земли
Глава 11. Коррекция магнитного поля спортсменов при помощи магнитотерапии
Глава 12. Естественный баланс дефицита магнитного поля Земли
Глава 13. Влияние магнитного поля Земли на космонавтов
Глава 14. Биоэлектрические явления (при эпилепсии) в процессах передачи информации в организме
Глава 15. Патофизиологические причины эпилепсии
Глава 16. Межнейронные связи при передаче информации в организме 
Глава 17. Необходимые условия для нормальной работы ЦНС
Глава 18. Профилактическое действие магнитотерапии при дефиците магнитного поля
Глава 19. О пользе магнитов при дефиците магнитного поля Земли
Глава 20. Перспективы развития цивилизаций

В-50-2 Измеритель магнитного поля промышленной частоты

Измеритель представляет собой портативный прибор с изотропным (трехкоординатным) датчиком поля.

Измеряет среднеквадратическое значение напряженности и индукции магнитного поля промышленной частоты 50 Гц в полосе ± 1 Гц.

Динамический диапазон измерений магнитного поля: от 50 мкТл (40 А/м) до 150 мТл (120 кА/м).

Основные области применения измерителя:

  • контроль относящихся к сфере государственного регулирования норм по электромагнитной безопасности при проведении специальной оценки условий труда,
  • производственного контроля,
  • при определении безопасности жилых и производственных помещений,
  • в области экологической безопасности населения,
  • научные исследования.

В-50-2 по частотному и динамическому диапазонам, погрешности измерения полностью отвечает всем требованиям

СанПиН 2.2.4.3359-16 «Санитарно-эпидемиологические требования к физическим факторам на рабочих местах»

Законов:

  • 102 ФЗ «Об обеспечении единства измерений»,
  • 184 ФЗ «О техническом регулировании»,

Приказов:

  • Минздравсоцразвития № 1034н «Об утверждении Перечня измерений…»
  • Минтруда № 33н «Об утверждении Методики проведения специальной оценки условий труда …»

Принцип функционирования прибора основан на измерении магнитной индукции тремя взаимно ортогональными преобразователями Холла. Для компенсации температурных девиаций служит специальная схема измерения температуры датчиков, корректирующая входные токи преобразователей Холла. Выделение полосы частот, пересчет сигналов с датчиков в среднеквадратическую величину (напряженность или индукцию) магнитного поля производится специальной программой обработки результатов.

Одновременно программно определяется значение расширенной неопределенности измерений, требуемое действующими НПА. Результаты измерений индицируются на жидкокристаллическом экране прибора.

На лицевой панели прибора находятся:

  • Индикатор «заряд аккумуляторных батарей».
  • Индикатор «сбой в процессе заряда».
  • Кнопка смены единиц измерения (мТл — кА/м). 
  • Кнопка включения/выключения.
  • Индикатор включенного состояния.

Измеритель предназначен для эксплуатации в помещениях и на открытых территориях.

Рабочие климатические условия:

  • температура окружающего воздуха от минус 20 до плюс 45 °С;
  • относительная влажность воздуха до 95 % при температуре 25 °C.

Питание устройства производится от внутреннего источника – трех аккумуляторов типа ААА. Длительность работы без подзарядки аккумуляторов – не менее 8 часов.

Средства измерений для оценки магнитного поля 50 Гц

Средства измерений магнитных полей частоты 50 Гц с поверкой для гигиенической оценки

Рекомендации для санитарных лабораторий по оснащению средствами измерений магнитных полей, в том числе сильных полей частоты 50 Гц

Гигиеническое нормирование магнитного поля промышленной частоты 50 Гц применяется как в коммунальной гигиене (оценка воздействия на население), так  и при оценке условий труда (производственный контроль, специальная оценка условий труда СОУТ, аттестация рабочих мест). Санитарные нормативы для населения отличаются от нормативов профессионального воздействия на порядки.
Согласно СанПиН 2.1.2.2645-10 максимально допустимые значения напряженности магнитного поля частоты 50 Гц в жилых помещениях составляют 4 А/м (5 мкТл по магнитной индукции), а в нежилых помещениях и на селитебной территории – 8 А/м (10 мкТл). При этом ПДУ на рабочих местах по этому показателю установлены от 80 до 1600 А/м при воздействии на всё тело и от 800 до 6400 А/м (см.  СанПиН 3359-16) при воздействии на конечности (норматив варьируется в зависимости от продолжительности воздействия).

К сожалению, на сегодняшний день большинство средств измерений не являются универсальными и позволяют проводить исследования только в части нормируемого диапазона. В таблице ниже приведены официальные характеристик средств измерений, допущенных к применению на территории России.

Наиболее широкий спектр возможностей предоставляют цифровая антенна П3-80-ЕН500 и аналоговая антенна П6-70 (Внимание: антенна П6-70 должна применяться в соответствии с одной из аттестованной методик). Ограничения при их применении возникают при измерении локального воздействия очень сильных магнитных полей. Для таких задач удобно использовать 3-компонентную всенаправленную антенну П3-81-02; она же поможет измерить сильные магнитные поля. Если в лаборатории имеется всенаправленная антенна П3-81-01, основная область применения которой – гипогеомагнитные поля, то её можно использоваться для оценки фоновых магнитных полей в жилых помещениях и на селитебной территории.

Приборы для измерения магнитного поля 50 Гц с первичной поверкой представлены в следующей таблице:

Средство измерения Диапазон измерения Оценка воздействия на население Оценка общего воздействия на рабочих местах Оценка локального воздействия на рабочих местах
П3-81-01 0,5 – 350 мкТл Пригоден полностью  1) Пригоден для оценки воздействия в течение 8 ч (ПДУ 100 мкТл) 1) Не пригоден 1)
П3-81-02 200 – 50 000 мкТл Не пригоден 2) Пригоден для оценки краткосрочного (до 4 ч)
воздействия  сильных МП (от 200 мкТл)  2)
Пригоден 2)
П3-80-ЕН500 0,063 – 2250 мкТл Пригоден 3) Пригоден 3) Пригоден для оценки воздействия
в течение 4-8 ч (ПДУ 2000 / 1000 мкТл) 3)
П6-70 0,005 – 5000 А/м

(6,25нТл – 6250 мкТл)

Пригоден 4) Пригоден 4) Пригоден для оценки воздействия
в течение 2-8 ч (ПДУ не выше 4000 мкТл) 4)
ВЕ-метр-АТ-004 0,008 – 8 А/м

(0,01-10 мкТл)

Пригоден в жилых помещениях 5) Не пригоден 5) Не пригоден 5)
ВЕ-метр-50 Гц 0,8 – 4000 А/м

(1-5000 мкТл)

Пригоден Пригоден Пригоден для оценки воздействия
в течение 2-8 ч (ПДУ не выше 4000 мкТл)
П3-50 0,1 – 1800 А/м

(0,125 – 2250 мкТл)

Пригоден Пригоден Пригоден для оценки воздействия
в течение 4-8 ч (ПДУ не выше 2000 мкТл)
П3-70/1 0,16 – 15,9 А/м

(0,2-20 мкТл) 6)

Пригоден Не пригоден Не пригоден

Примечания к таблице с средствами измерения для оценки магнитного поля промышленной частоты 50 Гц:

1) Цифровая антенна П3-81-01 применяется также для измерения гипогеомагнитного поля на рабочих местах

2) Цифровая антенна П3-81-02 применяется также для измерения сильных постоянных магнитных полей

3) Цифровая антенна П3-80-ЕН500 применяется также для измерения электрических и магнитных полей в полосах частот 25 Гц, 50 Гц, … 625 Гц, 5-2000 Гц, 2-400 кГц, 10-30 кГц

4) Измерения аналоговой антенной П6-70 с анализаторами спектра ОКТАВА-110А, ЭКОФИЗИКА, ЭКОФИЗИКА-110А по аттестованной методике МИ ПКФ-15-024

5) Прибор ВЕ-метр (Модификация “АТ004”) применяется также для измерения электрических и магнитных полей в полосах частот 5-2000 Гц, 2-400 кГц

6) Для измерителя П3-50В заявлен диапазон измерений 80 мА/м / 15,9 А/м, однако для сопоставления выбран более узкий поддиапазон, в котором основная погрешность не превышает 20% (в остальном диапазоне -30%)

Материал статьи предоставлен приборостроительным объединением “Октава-ЭлектронДизайн”

Влияние частоты на величину модуля вектора напряженности магнитного поля витка произвольной формы в свободном пространстве Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

НАУЧНОЕ ИЗДАНИЕ МГТУ ИМ. Н. Э. БАУМАНА

НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Эл № ФС77 • 48211. Государственная регистрация №0421200025. ISSN 1994-0408

электронный научно-технический журнал

Влияние частоты на величину модуля вектора напряженности

магнитного поля витка произвольной формы в свободном

пространстве.

# 12, декабрь 2013

DOI: 10.7463/1213.0676328

Арбузов Е. В., Петренко Е. О.

УДК 681.2.001.5

Россия, МГТУ им. Н.Э. Баумана eva [email protected] [email protected]

Статья посвящена доказательству правомерности замены при компьютерном моделировании конфигурации вектора напряженности электромагнитного поля витка произвольной формы, запитанного переменным током, на картину поля, полученную от того же витка, запитанного постоянным током.

Теория расчета накладных параметрических вихретоковых преобразователей достаточно сложна и хорошо разработана только для простых случаев витка преобразователя круглой формы и объекта измерений в виде бесконечного проводящего полупространства[1, 2]. При взаимодействии с объектами малого размера, по сравнению с преобразователем, эти расчеты провести не удается. Приходится проводить физическое моделирование при выборе формы и размера преобразователя. Физическое моделирование осложняется еще и тем, что простая круглая катушка чаще всего не удовлетворяет исследователя по показателям чувствительности преобразователя. Поэтому приходится тратить много времени и средств на подбор и изготовление различных вариантов преобразователей, прежде чем удается выбрать подходящий.

Расчет напряженности электромагнитного поля катушек произвольной формы возможен только компьютерными средствами из-за большой сложности. В работах [8, 9, 11] были предложены методы расчета компонентов вектора напряженности электромагнитного поля преобразователя произвольной формы, где он собирается из участков дуг и прямых разной протяженности и радиуса. Был создан программный пакет Magnetic Filed 1.0., позволяющий собрать виток любой формы и по кусочкам, используя метод суперпозиции, рассчитать параметры электромагнитного поля[10].

При компьютерном моделировании использовался расчет поля витка, запитанного постоянным током. Могут возникнуть сомнения по поводу правомерности распространения этого метода моделирования для получения картины электромагнитного поля преобразователя, запитанного переменным током высокой частоты. Поскольку вихретоковые преобразователи работают только на переменном токе, возникает необходимость исследования влияния частоты питающего напряжения на конфигурацию электромагнитного поля преобразователя произвольной формы в свободном пространстве, что и является целью данной работы.

При создании различных измерительных приборов, оснащенных накладными параметрическими вихретоковыми преобразователями, достаточно часто возникает необходимость проектирования первичного преобразователя, что называется «под объект контроля» [2]. Для уменьшения доли физического моделирования предложен метод компьютерной визуализации полей вихретокового преобразователя (ВТП) произвольной формы. Компьютерная визуализация картины магнитного поля позволяет оценить особенности распределения вектора напряженности в пространстве при различных конфигурациях обмоток преобразователей, подобрать наиболее подходящие конструкции, оценить краевые эффекты и, в итоге, быстрее, легче и дешевле найти желаемое решение [3]. При вычислении распределения компонентов вектора напряженности электромагнитного поля нами использовался закон Био-Савара, который справедлив для магнитных полей постоянного тока [4, 8, 9]. Покажем правомерность использования его при моделировании компонентов вектора напряженности переменного магнитного поля витка, находящегося в свободном пространстве [5].

Напряженность магнитного поля описывается уравнением [6]

где И — вектор напряженности переменного магнитного поля, А/м; О — удельная электрическая проводимость, Сим/м; (1а — магнитная проницаемость среды, Гн/м; £а — диэлектрическая проницаемость среды, Ф/м; t — время, с.

Среда, в которой поле взаимодействует с объектом контроля, — воздух. Тогда

имеем

где fi = 1, £ = 1, а = 10

-14

Сим

м

С учетом естественной поляризации получаем

Вторым членом уравнения (1) можно пренебречь, без заметной потери точности моделирования. Q.

V2tf + К2Н = О,

(2)

Уравнение (2) представляет собой однородное уравнение Гельмгольца [4].

Поле ВТП образуется при питании преобразователя от генератора, работающего

2

на частотах менее 10 МГц, в воздушной среде. Оценим величину К:

К2 < 2п ■ 107 ■ 10~14 ■ 4л ■ 10~7;

Этим значением также можно пренебречь. Тогда уравнение Гельмгольца превращается в уравнение Лапласа (частный случай уравнения Гельмгольца) и напряженность магнитного поля зависит только от пространственных координат и не зависит от времени (а, соответственно, от частоты).

Д_ д2 + д2 + 92

дх2 ду2 дг2

У2Я

0, где V’

Для подтверждения теоретических выводов были проведены физический и компьютерный эксперименты. При моделировании выбран накладной вихретоковый преобразователь квадратной формы восьмеркообразной намотки (рис. 1). Его геометрические характеристики: 96х96 мм, размеры обмотки 84х84 мм, обмотка состоит из двух секций по 30 витков, намотанных согласно проводом ПЭВ 0 0,27 мм. Электрические параметры преобразователя: собственная индуктивность Ь=387 мкГн, активное сопротивление Я=3,77 Ом.

Рис. 1. Накладной вихретоковый преобразователь квадратной формы восьмеркообразной

намотки

Измерения напряженности магнитного поля проводились измерительным зондом, в качестве которого использована катушка индуктивности бескаркасной намотки наружным диаметром 3,5 мм, выполненная проводом ПЭВ 0 0,1 мм, имеющая 28 витков. Электрические параметры зонда: L=1,2 мкГн, R=0,55 Ом. В ходе эксперимента измерялась ЭДС, наведенная переменным магнитным полем вихретокового преобразователя в измерительном зонде, при перемещении зонда вдоль и поперек катушки по сетке с шагом 5 мм. Вихретоковый преобразователь запитывался от генератора переменным напряжением с амплитудой 13 В и частотами 500 кГц, 1 МГц и 2 МГц. Данные измерений сведены в таблицу, созданную в среде MS Excel. По результатам измерений наведенной ЭДС рассчитан модуль вектора напряженности магнитного поля и построены 3D графики (рис. 2 — 4).

Yt

Рис. 2. График модуля вектора напряженности электромагнитного поля ВТП при частоте

£=500 кГц

Рис. 3. График модуля вектора напряженности электромагнитного поля ВТП при частоте

f=1000 кГц

Рис. 4. График модуля вектора напряженности электромагнитного поля ВТП при частоте

f=2000 кГц

Из сравнения графиков видна идентичность картины поля при разных частотах питающего генератора.

Затем по этим же геометрическим параметрам, в программной среде Magnetic Field 0.1, смоделирован виток ВТП и проведено компьютерное построение картины поля витка (Рис. 5) [9].

Рис. 5. Компьютерное моделирование электромагнитного поля накладного квадратного

ВТП восьмеркообразной намотки

Для сравнения полученных результатов рассмотрим сечение картины поля, параллельное оси Х и проходящее через ось симметрии преобразователя. Получим график распределения модуля вектора напряженности в этом сечении [11]. Аналогичные сечения сделаны на 3Б картинах полей, построенных в ходе физических экспериментов (рис. 6).

4.5 4.0?

3.6 .1.15

р500(в1 17 р1000(5) 3 р2000<5)325 рЫ

1. ) — результаты компьютерного

моделирования

Рис. 6. Серединные сечения всех графиков и теоретическая кривая

На графике разными цветами дано распределение модуля вектора напряженности магнитного поля для физического эксперимента на разных частотах и для компьютерного моделирования. При анализе результатов получено практически полное совпадение графиков — расхождение по пиковым значениям менее 3%.

Таким образом, в результате теоретических и экспериментальных исследований показано отсутствие влияния частоты переменного магнитного поля ВТП на величину модуля вектора напряженности магнитного поля в пределах рабочих частот вихретоковых преобразователей и подтверждена правомерность использования закона Био-Савара при компьютерном моделировании картины распределения модуля вектора напряженности магнитного поля накладного ВТП произвольной формы в свободном

пространстве. Все это дает возможность исследовать картину распределения вектора напряженности электромагнитного поля вихретоковых преобразователей любой геометрии.

Список литературы

1. Неразрушающий контроль: Справочник. В 7 т. Т. 2 / Под общ. ред. В.В. Клюева. М.: Машиностроение, 2003. 688 с.

2. Соболев В.С., Шкарлет Ю.М. Накладные и экранные датчики. Новосибирск: Наука, 1967. 144 с.

3. Веников В.А. Теория подобия и моделирования (применительно к задачам электроэнергетики): учеб. пособие для вузов. 2-е изд., доп. и перераб. М.: Высшая школа, 1976. 479 с.

4. Петренко Е.О. Электромагнитное поле накладного параметрического вихретокового преобразователя произвольной формы в свободном пространстве // Контроль. Диагностика. 2012. № 10. С. конференции «Компьютерное и математическое моделирование в естественных и технических науках». Тамбов, ТГУ. 2001. С. 31-33.

9. Запускалов В.Г., Мушкаров А.С., Петренко Е.О. Исследование электромагнитного поля вихретокового преобразователя сложной формы с применением математической модели // Тезисы 3-й Международной научной конференции «Компьютерные методы и обратные задачи в неразрушающем контроле и диагностике». Москва, РОНКТД, 2002.

С. 109-1.

10. Мушкаров А.С., Петренко Е.О. Создание математической машинно-ориентированной модели электромагнитного поля накладного вихретокового преобразователя // Тезисы 8-й Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика». Москва, МЭИ, 2002. С. 401-402.

11. Арбузов Е.В., Петренко Е. О. Компьютерное моделирование электромагнитного поля вихретокового преобразователя произвольной формы // Материалы Международной конференции «Вычислительная математика, дифференциальные уравнения, информационные технологии». Улан-Удэ, ВСГТУ, 2009. С. 39-44.

SCIENTIFIC PERIODICAL OF THE BAUMAN MSTU

SCIENCE and EDUCATION

EL № FS77 — 48211. №0421200025. ISSN 1994-0408

electronic scientific and technical journal

Influence of frequency on the magnetic field vector’s magnitude of a coil of arbitrary shape in free space # 12, December 2013 DOI: 10.7463/1213.0676328 Arbuzov E.V., Petrenko E.O.

Bauman Moscow State Technical University, 105005, Moscow, Russian Federation

eva [email protected] ru [email protected]

This article considers a possibility of using a mathematical apparatus of direct-current fields for modeling distribution of the magnetic field vector during calculation of quasi-static fields of eddy current conversion units produced by an alternating current. Equivalence of field patterns was proved; it was also shown that there is no influence of the frequency of an alternating current which powers the eddy current conversion unit on the filed pattern for attachable parametric transducers of an arbitrary shape in free space. Theoretical justification was given for various frequencies along with experimental verification.

Publications with keywords: electromagnetic field, electromagnetic method, eddy current transducer

Publications with words: electromagnetic field, electromagnetic method, eddy current transducer

References

1. Klyuev V.V., ed. Nerazrushayushchiy kontrol’: Spravochnik. V 7 t. T. 2 [NonDestructive Testing: Handbook. In 7 vols. Vol. 2]. Moscow, Mashinostroenie, 2003. 688 p.

2. Sobolev V.S., Shkarlet Yu.M. Nakladnye i ekrannye datchiki [Surface and screen sensors]. Novosibirsk, Nauka, 1967. 144 p.

3. Venikov V.A. Teoriya podobiya i modelirovaniya (primenitel’no k zadacham elektroenergetiki) [Theory of similarity and modeling (applied to the problems of electric power industry)]. Moscow, Vysshaya shkola, 1976. 479 p.

4. Petrenko E.O. Elektromagnitnoe pole nakladnogo parametricheskogo vikhretokovogo preobrazovatelya proizvol’noy formy v svobodnom prostranstve [The

Electromagnetic Field of Surface-Parametric Eddy-Current Transducer of Arbitrary Shape in Free Space]. Kontrol’. Diagnostika, 2012, no. 10, pp. 72-75.

5. Arbuzov E.V., Petrenko E.O. Komp’yuternyy sintez nakladnogo vikhretokovogo preobrazovatelya [Computer synthesis of surface eddy current transducer]. Sbornik trudov 9-y Mezhdunarodnoy konferentsii «Effektivnye metody avtomatizatsii podgotovki i planirovaniya proizvodstva» [Proc. of the 9th International Conference «Effective methods of automation of preparation and planning of production»]. Moscow, Bauman MSTU, 2012, pp. 7-11.

6. Feynman R.F., Leighton R.B., Sands M. The Feynman Lectures on Physics. Vol. 2. Addison-Wesley, 1964. (Russ. ed.: Feynman R.F., Leighton R.B., Sands M. Feymanovskie lektsiipofizike. Is. 6. Moscow, Mir, 1966. 345 p.).

7. Govorkov V.A. Elektricheskie i magnitnye polya [Electric and magnetic fields]. Moscow, Energiya, 1968. 488 p.

8. Mushkarov A.S., Petrenko E.O. Mashinnaya matematicheskaya model’ elektromagnitnogo polya vikhretokovogo preobrazovatelya slozhnoy formy [Machine mathematical model of the electromagnetic field of the eddy current transducer of complex shape]. Tezisy 2-y Vserossiyskoy nauchnoy inter net-konferentsii «Komp’yuternoe i matematicheskoe modelirovanie v estestvennykh i tekhnicheskikh naukakh» [Abstracts of the 2nd All-Russian Scientific internet-conference «Computer and mathematical modeling in natural and technical sciences»]. Tambov, TSU, 2001, pp. 31-33.

9. Zapuskalov V.G., Mushkarov A.S., Petrenko E.O. Issledovanie elektromagnitnogo polya vikhretokovogo preobrazovatelya slozhnoy formy s primeneniem matematicheskoy modeli [Research of electromagnetic field of the eddy current transducer of complex shape using a mathematical model]. Tezisy 3-y Mezhdunarodnoy nauchnoy konferentsii «Komp’yuternye metody i obratnye zadachi v nerazrushayushchem kontrole i diagnostike» [Abstracts of the 3-rd International scientific conference «Computer methods and inverse problems in nondestructive testing and diagnostics»]. Moscow, RONKTD, 2002, pp. 109-110.

10. Mushkarov A.S., Petrenko E.O. Sozdanie matematicheskoy mashinno-orientirovannoy modeli elektromagnitnogo polya nakladnogo vikhretokovogo preobrazovatelya [Creating a mathematical computer-based model of the electromagnetic field of the surface eddy current transduce]. Tezisy 8-y Mezhdunarodnoy nauchno-tekhnicheskoy konferentsii studentov i aspirantov «Radioelektronika, elektrotekhnika i energetika» [Abstracts of the 8th International scientific-technical conference of students and post-graduate students «Radio electronics, electrical engineering and power engineering»]. Moscow, MEI, 2002, pp. 401-402.

11. Arbuzov E.V., Petrenko E.O. Komp’yuternoe modelirovanie elektromagnitnogo polya vikhretokovogo preobrazovatelya proizvol’noy formy [Computer modeling of the electromagnetic field of the eddy current transducer of arbitrary shape]. Materialy Mezhdunarodnoy konferentsii «Vychislitel’naya matematika, differentsial’nye uravneniya, informatsionnye tekhnologii» [Proceedings of the International Conference «Computational Mathematics, Differential Equations, Information Technology»]. Ulan-Ude, East Siberia State University of Technology and Management, 2009, pp. 39-44.

Измеритель магнитного поля промышленной частоты В-50-2


Измеритель представляет собой портативный прибор с изотропным (трехкоординатным) датчиком поля.

Измеряет среднеквадратическое значение напряженности и индукции магнитного поля промышленной частоты 50 Гц в полосе ± 1 Гц.

Принцип функционирования прибора основан на измерении магнитной индукции тремя взаимно ортогональными преобразователями Холла. Для компенсации температурных девиаций служит специальная схема измерения температуры датчиков, корректирующая входные токи преобразователей Холла. Выделение полосы частот, пересчет сигналов с датчиков в среднеквадратическую величину (напряженность или индукцию) магнитного поля производится специальной программой обработки результатов.

Одновременно программно определяется значение расширенной неопределенности измерений, требуемое действующими НПА. Результаты измерений индицируются на жидкокристаллическом экране прибора.


    Основные области применения измерителя:

  • Контроль относящихся к сфере государственного регулирования норм по электромагнитной безопасности при проведении специальной оценки условий труда
  • Производственного контроля
  • При определении безопасности жилых и производственных помещений
  • В области экологической безопасности населения
  • Научные исследования














Метрологические характеристики измерителя


Диапазон частот, Гц

от 49 до 51

Диапазон измерений средних квадратических значений модуля магнитной

индукции магнитного поля, мТл (напряженности магнитного поля, кА/м)

от 0,05 до 150

(от 0,04 до 120)

Пределы допускаемой относительной погрешности измерения

среднеквадратических значений напряженности электрического поля 

± 15 % 

Динамический диапазон измерений магнитного поля 

от 50 мкТл (40 А/м) до 150 мТл (120 кА/м)


Технические характеристики измерителя


Напряжение питания постоянного тока, В 

от 3,6 до 4,6 

Рабочие климатические условия

температура окружающего воздуха: от -20 . .. +45 °С   

относительная влажность воздуха: до 95% при температуре 25 °C

Время непрерывной работы измерителя без подзарядки аккумуляторной

батареи, час, не менее 


Масса измерителя, г, не более 

350   

Габаритные размеры, мм, не более 

измерительно-индикаторного блока (в × ш × д) — 130×75×30 мм

антенны (длина х диаметр) — 350×35 мм

рабочей части антенны (длина х диаметр) — 100×12 мм

Срок службы, лет, не менее 

5   

Какая напряженность поля лучше всего для МРТ

Как напряженность поля влияет на качество изображений и как выбрать магнитно-резонансый томограф с оптимальными характеристиками

Понять, как напряженность (сила) магнитного поля аппарата МРТ влияет на результат обследования, поможет приведенный ниже текст из книги «Магнитный Резонанс в Медицине» профессора П. А. Ринка, председателя Европейского Форума по магнитному резонансу.

Битва магнитных полей


Как почти все в нашем мире, МР-томографы появляются самых разных размеров: особо-малые, малые, средние, большие и особо-большие. В силу технической природы МРТ их называют приборами с ультраслабым, слабым, средним, сильным и сверхсильным магнитными полями. Эти эпитеты относятся к напряженности постоянного магнитного поля соответствующего прибора. Эта напряженность измеряется в тесла (Тл), в единицах, несколько лет назад заменивших прежнюю единицу Гаусс (Гс), хотя Гаусс по-прежнему иногда используют (10000 Гс=1 Тл). Приборы со сверхслабым полем работают при напряженности менее 0.1 Тл, со слабым — от 0.1 до 0.5 Тл, средним — от 0.5 до 1 Тл, сильным — от 1 до 2 Тл, а со сверхсильным — более 2 Тл.


В клинической обстановке служба радиологической безопасности запрещает применение МР-томографов с полем более 2.5 Тл. Свыше этого предела поля предполагаются потенциально опасными и могут допускаться для исследовательских лабораторий.


При описании МР-аппаратуры, ученые-естественники предпочитают говорить не о полях, а о частотах. Это обусловлено тем, что различные ядра в периодической системе имеет разные МР-частоты. В поле 1 Тл, например, протоны резонируют на 42.58 МГц. Для клинической медицинской МР-томографии эти различия пока несущественны, т.к. используется только протонный МР.


Прогуливаясь по величайшей в мире коммерческой выставке радиологического оборудования на ежегодном митинге Радиологического общества Северной Америки, можно найти малые МРТ-приборы, работающие на 0.06 Тл и гигантские томографы, работающие на 2 Тл. Магниты, конечно, у них разные: ниже примерно 0.3 Тл либо постоянные магниты, либо резистивные электромагниты (с железным сердечником или без него), а выше — магнит должен быть сверхпроводящим. Каждый из указанных типов магнитов имеет свои достоинства и недостатки.


Почему встречаются малые МР-томографы со сверхслабыми полями наряду с приборами, работающими с магнитным полем в 100 раз сильнее? Почему не выживают томографы только со слабым или только с сильным полем?


Эта проблема величины магнитного поля с начала 1980-х годов расколола МРТ-сообщество. В то время МР-томографы работали в слабых полях, многие прототипы имели поле около 0.15 Тл. Исследователи не верили, что возможна томография в более сильных полях: казалось, что более высокие радиочастоты не будут равномерно пронизывать человеческое тело. Подобно многим другим предсказаниям в МРТ, это предсказание было ошибочным.


МР-томограммы тогда были очень грубыми, неотчетливыми и, вообще говоря, хуже рентгеновских, полученных на вычислительных томографах. Разработчиков МР-томографов на фирмах-изготовителях все время допрашивали: „Как можно улучшить качество МР-томографов?» Ответ был прост: „Усилить магнитное поле».


Из аналитических приложений МР было известно, что отношение сигнал/ шум возрастает с ростом поля. Чем больше это отношение, тем лучше будет изображение. Но более сильное поле требует больших градиентов, чтобы снизить влияние артефактов, обусловленных химическими сдвигами, растущими вместе с полем. Сильные градиенты увеличивают пространственное разрешение. Эти простые соображения заставили некоторых изготовителей под давлением своих разработчиков и специалистов по маркетингу сделать решительный выбор в пользу сверхпроводящих магнитных систем. Такие системы — огромные динозавроподобные изделия. Они были дорогими, сложными в изготовлении, дорогими в эксплуатации, но с их помощью было реализовано выдающееся качество изображения.


Другим аргументом в поддержку разработки томографов с сильными магнитными полями было то обстоятельство, что только они позволяли совместить МР-томографию с локальной МР-спектроскопией по ядрам углерода, фосфора и протонам. А в то время одной из целей разработки МР-интроскопии для медицины было объединение томографии и спектроскопии для одновременного получения морфологической информации и сведений о метаболизме в соответствующей точке человеческого организма. Спектроскопическая информация будет тем более детальной, чем сильнее магнитное поле.


Однако, in vivo-спектроскопия не получила распространения в клиниках, тогда как популярность МРТ росла взрывоподобно. Правилом становились специализированные на томографии МР-приборы, а комбинированные приборы и медицинская спектроскопия оставались исключениями.


Затем необходимость сильных магнитных полей в томографии стали подвергать сомнению. Техническое развитие привело к тому, что качество изображения и пространственное разрешение томографа со слабыми и средними полями стало не хуже, а иногда и лучше, чем в сильных полях, хотя тогда и отсутствовало научное обоснование этих достижений. Дополнительные исследования показали, что наиболее важный для медицинской томографии фактор, а именно, контраст тканей, по крайней мере для ряда диагностических проблем в связи с центральной нервной системой, в средних магнитных полях оказывается наилучшим, слегка убывая затем при увеличении магнитного поля.


Строгий научный подход к этой проблеме и тогда еще не был разработан. На конференции 1983 года в Сан-Франциско дебаты на эту тему перенеслись из зала в коридор и чуть не дошли до драки между сторонниками идеологии сильных полей, чья компания сосредоточила все свои усилия на томографах с полем 1. 5 Тл, и сторонником слабых полей, чья компания пропагандировала томограф с полем 0.35 Тл.
Линия фронта в этой войне была непроходимой, окопы — глубокими. Вы должны были принадлежать либо к одному лагерю, либо к другому. Все большие компании переметнулись к сторонникам сильных полей и рекламировали эти поля со всей мощью своих отделов маркетинга. В некоторых странах субсидии на разработку систем с сильными полями обошлись налогоплательщикам в миллионы долларов.


Однако, в одно прекрасное утро покупатели МРТ проснулись и увидели ров заполненным. Одна компания решила выйти на рынок приборов со средними полями, другая — последовала за ней, а третья — пошла на компромисс, решив создать МР-томограф, работающий с полем, промежуточным между принятыми до того „стандартами».


Причины этих действий никогда публично не обсуждались, но медики убедились в том, что тот выигрыш в чувствительности, который рост магнитного поля дает в МР-спектроскопии, не производит аналогичного эффекта в медицинской МР-томографии, если речь идет о всем теле человека.


Дело в том, что тело человека с ростом магнитного поля порождает дополнительный шум, ограничивающий суммарный рост чувствительности. Кроме того, никто не мог предвидеть, что в сильных полях возникнут такие новые проблемы, как артефакты, обусловленные непроизвольными движениями пациента. Вполне очевидны были опасности, связанные с ростом поля, а также неизбежное удорожание техники. А между тем томографы со слабыми и средними полями становились все меньше при неуклонном улучшении обеспечиваемых ими диагностических результатов.


Разумеется, томографы с сильными полями оставались хорошим диагностическим средством и сохраняли свой рынок. Определенные преимущества за ними сохранялись: сверхбыстрые экспозиции, например, все-таки легче обеспечить в сильных полях за счет роста аппаратурной чувствительности.


Но, скорее всего, в будущем большинство МР-томографов будут работать в слабых и средних полях. Соотношение будет зависеть от конкретного рынка. Основная доля МР-томографов со слабыми и сильными полем будет установлена в Японии, за ней будет следовать Европа, в меньшей степени — США. Новое поколение пользователей МРТ, небольшие больницы и частные врачи, будут предпочитать более дешевые МР-томографы, которые обеспечивают возможность проведения подавляющего большинства наиболее часто встречающихся диагностических обследований. Большие госпитали, в особенности те из них, которые интересуются локальной спектроскопией и исследованиями в области функциональной томографии, сохранят интерес к сильным магнитным полям, но и они будут покупать томографы со слабыми и средними полями в качестве вторых и третьих установок для массовых обследований ( и разгрузки от них большого томографа).


Если бы все это было известно и принято во внимание 8-10 лет назад, то гораздо больше пациентов могли бы получить доступ к МР-томографии, и медицинское МР-оборудование могло быть не столь дорогим, как сегодня.

Измерители электрических и магнитных полей

Электромагнитные поля в производственных условиях. СанПиН 2.2.4.1191-03

Постановление Главного государственного санитарного врача РФ
от 19 февраля 2003 г. N 10
«О введении в действие санитарных правил и нормативов — СанПиН 2.2.4.1191-03»
 

Настоящие Санитарные правила устанавливают на рабочих местах:

  1. временные допустимые уровни (ВДУ) ослабления геомагнитного поля (ГМП),
  2. ПДУ электростатического поля (ЭСП),
  3. ПДУ постоянного магнитного поля (ПМП),
  4. ПДУ электрического и магнитного полей промышленной частоты 50 Гц (ЭП и МП ПЧ),
  5. ПДУ электромагнитных полей в диапазоне частот ≤ 10 кГц — 30 кГц,
  6. ПДУ электромагнитных полей в диапазоне частот ≥ 30 кГц — 300 ГГц.

 

Измерители параметров магнитного и электрического полей промышленной частоты «BЕ-50» предназначены для измерения эффективных значений индукции магнитного поля (эллиптически поляризованного) и напряженности электрического поля промышленной частоты 50 Гц. Индикатор электромагнитных полей промышленной частоты «ВЕ-50И» предназначен для измерения эффективных значений индукции магнитного поля (эллиптически поляризованного) и напряженности электрического поля промышленной частоты 50 Гц.
Предназначен для измерения плотности потока энергии (ППЭ) в режиме непрерывной генерации при проведении контроля уровней электромагнитного поля на соответствие требованиям норм по электромагнитной безопасности в соответствии с ГОСТ 12.1.006, ГН 2.1.8./2.2.4.019 и СанПин 2.2.4/2.1.8.055 и СанПиН 2.2.41191-03  Измеритель напряженности электростатического поля СТ-01 предназначен для экспрессных измерений в жилых и рабочих помещениях биологически опасных уровней электростатических полей, источниками которых являются электроустановки, средства отображения информации (дисплеи компьютеров, телевизоры, игровые автоматы), а также отделочные строительные материалы.

Измеритель BE-метр АТ-002 предназначен для проведения экспрессных измерений среднеквадратичного значения осцилляций электрической и магнитной составляющих электромагнитного поля в жилых и рабочих помещениях.

применение:

  • общий анализ электромагнитного фона в помещении, 
  • поиск источников интенсивного электромагнитного излучения, 
  • аттестация рабочих мест и пр.
ВЕ-метр-АТ-003 представляет собой средство измерения для аттестации рабочих мест операторов ЭВМ в соответствии с СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03 и для сертификации видеотерминалов (ВДТ) по стандарту MPR и TCO 92/95.

Измерения ЭМП производятся в трех диапазонах частот:

  1. на промышленной частоте 50 Гц 
  2. от 5 Гц до 2 кГц 
  3. от 2 кГц до 400 кГц.

МТМ-01 предназначен для обеспечения измерений биологически опасных уровней геомагнитного и гипогеомагнитного поля по ГОСТ Р 51724 — 2001 — «Экранированные объекты, помещения, технические средства. Поле гипогеомагнитное. Методы измерений и оценки соответствия уровней полей техническим требованиям и гигиеническим нормативам» и СанПиН 2. 2.4.1191-03 «Электромагнитные поля в производственных условиях».

 

Измеритель электромагнитных излучений ПЗ-31 предназначен для измерения параметров электромагнитного излучения в диапазоне 10 кГц — 40 ГГц и может использоваться с целью контроля биологически опасных ВЧ и СВЧ уровней излучения на рабочих местах. 

Измеритель уровней электромагнитных излучений П3-41 предназначен для измерения и контроля биологически опасных уровней напряженности, плотности потока энергии (ППЭ), экспозиции электромагнитных излучений на рабочих местах и в жилых помещениях.

Измеритель П3-70/1 предназначен для оперативного контроля переменных низкочастотных электрических и магнитных полей от ПЭВМ, промчастоты 50 Гц, частотного диапазона 10 кГц … 30 кГц, а также электростатических полей в помещениях и на рабочих местах при аттестации рабочих мест по условиям труда, проведении производственного контроля и электромагнитного мониторинга.

Возможности комплекта: контроль уровня ионизации воздуха, контроль норм по уровням электромагнитных полей, измерение уровней электростатических полей, измерение напряженности электростатических полей

КОМБИ-02А — комплект для виброакустических измерений, оснащенный калибратором и набором дополнительных аксессуаров

Измеритель П3-70/1 предназначен для оперативного контроля переменных низкочастотных электрических и магнитных полей от ПЭВМ, промчастоты 50 Гц, частотного диапазона 10 кГц

Измеритель П3-41 разработан с целью обнаружения и контроля биологически опасных уровней электромагнитных излучений напряженности, плотности потока энергии и экспозиции для обеспечения выполнения требований Общего Технического Регламента об

Измеритель электромагнитных излучений ПЗ-31 предназначен для измерения параметров электромагнитного излучения в диапазоне 10 кГц — 40 ГГц и может использоваться с целью контроля биологически опасных ВЧ и СВЧ уровней излучения на рабочих местах

КОМБИ-03 — измерение биологически опасных уровней геомагнитного и гипогеомагнитного поля, контроль уровней электромагнитного поля

Комплект КОМБИ-01 разработан в целях реализации СанПин 2. 2.2/2.4.1340-03 «Гигиенические требования к персональным электронно-вычислительным машинам и организация работы»

Измерительный преобразователь магнитного поля Земли выполнен на базе магниторезистивных датчиков, которые одновременно обеспечивают измерение ортогональных составляющих напряженности магнитного поля в контрольной точке и модуля вектора

Индикатор электромагнитных полей промышленной частоты «ВЕ-50И» предназначен для измерения эффективных значений индукции магнитного поля (эллиптически поляризованного) и напряженности электрического поля промышленной частоты 50 Гц

Измеритель BE-метр АТ-002 предназначен для проведения экспрессных измерений среднеквадратичного значения осцилляций электрической и магнитной составляющих электромагнитного поля в жилых и рабочих помещениях

8. Статические магнитные поля, подобные тем, которые используются в медицинской визуализации

8. Статические магнитные поля, подобные тем, которые используются в медицинской визуализации
  • 8. 1 Каковы источники статических магнитных полей?
  • 8.2 Какие возможные воздействия статических магнитных полей на здоровье были изучены?
8.1 Каковы источники статических магнитных полей?

МРТ-сканеры
используют статические магнитные поля.
Кредит:
Касуга Хуанг

Магнитное поле — это
силовое поле, созданное магнитом или как следствие
движение обвинений
(ток электричества).Величина (интенсивность) магнитного
поле обычно измеряется в
Тесла (Т или мТл).

Статические магнитные поля делают
не изменяются во времени и поэтому не имеют частоты
(0 Гц). Примерами являются
поля, создаваемые постоянным магнитом или
Магнитное поле Земли.

Искусственная статика
магнитные поля
генерируется везде, где используется электричество в виде
постоянный ток (DC), например
как в некоторых системах железной дороги и метро, ​​в промышленных процессах, таких
как производство алюминия, хлорно-щелочной процесс и газ
сварка.

Количество искусственных источников таких полей ограничено,
но есть быстрое развитие новых технологий, производящих
статические поля. Количество людей с имплантированным металлом
устройства, такие как кардиостимуляторы, на которые может воздействовать статический
магнитные поля также
растет.

Одно известное применение сильной статики
магнитные поля
Магнитно-резонансная томография
(МРТ), который обеспечивает
трехмерные изображения мягкого тела
ткани, такие как мозг и
спинной мозг.Этот метод медицинской визуализации использует очень
мощные постоянные магниты, которые могут привести к сильной засветке
уровни как для пациентов, так и для операторов.

Предыдущие оценки здоровья в основном смотрели на воздействие
только статические поля, но многие приложения, особенно
МРТ, может привести к облучению
к сильным статическим полям в сочетании с радиочастотой и
другие поля. Таким образом, недавние исследования начали рассматривать
различные комбинации полей и их потенциальные эффекты.

Подробнее …

8.2 Какие возможные воздействия статических магнитных полей на здоровье были изучены?

Имеется несколько исследований воздействия на человеческие популяции.
статических полей и имеющихся свидетельств недостаточно для
сделать какие-либо выводы о потенциальных последствиях воздействия на здоровье
к статике
магнитные поля.

Большое количество экспериментальных исследований по
клеточные культуры были
проводится с целью обнаружения биологических эффектов статического
магнитные поля.
Экспериментальными данными установлено, что статические магнитные поля
может привести к изменению ориентации приложенных сил
на биологические молекулы и
клеточные компоненты с магнитными свойствами, такие как
гемоглобин,
родопсин (визуальный
пигмент), свободные радикалы и оксид азота.Такие изменения могут
влияют на эти биологические молекулы.

Исследования на добровольцах указывают на возможность мгновенного
влияние на функционирование нейронов при движении через статический
магнитное поле или поле
градиент, используемый в клинической практике. Эти исследования требуют
подтверждение.

Недавние исследования на животных подтверждают ранее сделанные выводы о том, что статический
магнитные поля нескольких
Milliteslas (mT) может оказывать прямое воздействие на нейроны. Исследования по
клеточные культуры также показывают
что воздействие статических магнитных полей в диапазоне миллитесла
может изменить свойства мембраны.Эти изменения могут привести к
изменения в функционировании нейронов, хотя эффекты кажутся
обратимый.

Исследования по снижению боли у животных при воздействии статического электричества.
магнитные поля в
Миллитесла интересны. Вопрос в том,
грызуны — адекватная модель для человека в этом отношении, поскольку
не наблюдалось уменьшения боли у людей после воздействия
статические магнитные поля в 10 раз сильнее.

Недавние эксперименты на животных показывают влияние статических полей на
кровоток, рост сосудов, а также на рост и развитие,
но некоторые результаты противоречивы и не проясняют смешанные
результаты предыдущих исследований.

Статические поля, похоже, влияют на выражение
специфические гены в
клетки человека и другие
млекопитающих, и эти эффекты могут зависеть от продолжительности воздействия и
градиенты поля. Повреждение
генетический материал был
сообщили, хотя кажется, что эти эффекты можно исправить
и не являются постоянными.

Хотя в 2007 г. было опубликовано изрядное количество исследований,
2008 г., по-прежнему отсутствуют адекватные данные для надлежащего
оценка риска статического
магнитные поля.Более
необходимы исследования, особенно для выяснения многих смешанных и
иногда противоречивые результаты.

Кратковременные эффекты наблюдались прежде всего на сенсорном уровне.
функции для острого воздействия. Однако нет последовательного
доказательства устойчивых
неблагоприятное воздействие на здоровье от
кратковременное воздействие до нескольких тесла.Подробнее …

Статические магнитные поля (0 Гц)

Характеристики поля и его использование

Статические магнитные поля — это постоянные поля, которые не меняют свою интенсивность или направление с течением времени, в отличие от переменных полей низкой и высокой частоты. Следовательно, они имеют частоту 0 Гц. Они оказывают притягивающую силу на металлические предметы, содержащие, например, железо, никель или кобальт, поэтому для этой цели обычно используются магниты.В природе геомагнитное поле Земли действует с юга на север, что позволяет, например, работать с компасом. Гораздо более сильные поля создаются некоторыми типами промышленного и медицинского оборудования, например, устройствами для медицинской резонансной томографии (МРТ).

Сила статического магнитного потока выражается в теслах (Тл) или в некоторых странах в гауссах (Гс). Сила естественного геомагнитного поля колеблется от 30 до 70 мкТл (1 мкТл составляет 10 -6 Тл).Бытовые магниты имеют силу порядка нескольких десятков миллитесла (1 мТл = 10 -3 Тл). Напротив, поля оборудования МРТ варьируются от 1,5 до 10 т.

Влияние статических магнитных полей на тело и последствия для здоровья

Существует несколько известных механизмов, с помощью которых статические магнитные поля могут влиять на биологические системы. Магнитные поля действуют не только на металлические предметы, но и на движущиеся электрические заряды.Что касается биологического функционирования, воздействие статических магнитных полей будет влиять на электрически заряженные частицы и клетки в крови при движении через это поле. Магнитная сила может ускорять или уменьшать движение чувствительных частиц. Примером может служить уменьшение скорости движения клеток крови по кровеносным сосудам. Еще один механизм — сложные электронные взаимодействия, которые могут влиять на скорость конкретных химических реакций.

Только когда люди подвергаются воздействию сильных магнитных полей, например, создаваемых оборудованием МРТ, или в некоторых специализированных исследовательских центрах, могут возникнуть ощутимые эффекты на человеческом теле.Поля в 2-3 Тл и выше могут вызывать преходящие ощущения, такие как головокружение и тошнота. Они возникают в результате генерации небольших электрических токов в балансирующем органе уха. Токи генерируют сигналы в мозг, которые предоставляют информацию, отличную от информации, получаемой через зрение, что приводит к ощущениям головокружения и тошноты. Эти эффекты сами по себе не являются неблагоприятными для здоровья, но они могут раздражать и нарушать нормальное функционирование. Нет никаких доказательств неблагоприятных эффектов воздействия полей до 8 Тл, за исключением ограниченной информации о незначительных эффектах на зрительно-моторную координацию и визуальный контраст.

Защита

Нормы ICNIRP по воздействию статических магнитных полей защищают от установленных последствий для здоровья. В ситуациях, связанных с воздействием очень сильных полей, следует разработать специальные рабочие процедуры, чтобы минимизировать воздействие преходящих симптомов, таких как головокружение и тошнота. В частности, когда воздействие на рабочем месте связано с движением через сильное статическое магнитное поле, при определенных обстоятельствах рекомендуется ограничивать скорость движения через поле.Для пациентов, проходящих диагностические процедуры МРТ, ICNIRP также предоставил конкретные рекомендации по безопасному выполнению таких процедур.

Кроме того, органы безопасности должны обеспечить наличие положений для защиты людей, которые носят имплантированные ферромагнитные или электронные медицинские устройства, чувствительные к магнитным полям.

Излучение: электромагнитные поля

Стандарты

установлены для защиты нашего здоровья и хорошо известны для многих пищевых добавок, концентраций химических веществ в воде или загрязнителях воздуха. Точно так же существуют полевые стандарты, ограничивающие чрезмерное воздействие уровней электромагнитного поля, присутствующего в нашей среде.

Кто определяет рекомендации?

Страны устанавливают свои собственные национальные стандарты воздействия электромагнитных полей. Однако большинство этих национальных стандартов основаны на рекомендациях Международной комиссии по защите от неионизирующего излучения (ICNIRP). Эта неправительственная организация, официально признанная ВОЗ, оценивает научные результаты со всего мира.Основываясь на подробном обзоре литературы, ICNIRP выпускает руководящие принципы, рекомендующие пределы воздействия. Эти инструкции периодически пересматриваются и при необходимости обновляются.

Уровни электромагнитного поля изменяются в зависимости от частоты сложным образом. Было бы трудно понять перечисление каждого значения в каждом стандарте и на каждой частоте. Приведенная ниже таблица представляет собой краткое изложение рекомендаций по воздействию на три области, которые стали предметом общественного беспокойства: электричество в доме, базовые станции мобильной связи и микроволновые печи. Эти рекомендации последний раз обновлялись в апреле 1998 года.

Краткое изложение рекомендаций ICNIRP

Европейская частота сети

Частота базовой станции мобильного телефона

Частота микроволновой печи

Частота

50 Гц

50 Гц

900 МГц

1,8 ГГц

2.45 ГГц

Электрическое поле (В / м)

Магнитное поле (мкТл)

Плотность мощности (Вт / м2)

Плотность мощности (Вт / м2)

Плотность мощности (Вт / м2)

Пределы воздействия на людей

5000

100

4,5

9

10

Пределы профессионального воздействия

10 000

500

22. 5

45

ICNIRP, Рекомендации по электромагнитному излучению, Health Physics 74, 494-522 (1998)

Нормы воздействия могут отличаться более чем в 100 раз между некоторыми бывшими советскими странами и западными странами. страны. В условиях глобализации торговли и быстрого внедрения телекоммуникаций во всем мире возникла необходимость в универсальных стандартах. Поскольку многие страны бывшего Советского Союза сейчас рассматривают новые стандарты, ВОЗ недавно выступила с инициативой по согласованию руководящих принципов воздействия во всем мире.Будущие стандарты будут основаны на результатах Международного проекта ВОЗ по электромагнитному полю.

На чем основаны правила?

Важно отметить, что нормативный предел не является точным разграничением между безопасностью и опасностью. Не существует единого уровня, выше которого воздействие становится опасным для здоровья; вместо этого потенциальный риск для здоровья человека постепенно увеличивается с увеличением уровней воздействия. Руководящие принципы указывают, что согласно научным знаниям воздействие электромагнитного поля ниже заданного порога является безопасным.Однако из этого автоматически не следует, что при превышении данного предела воздействие вредно.

Тем не менее, чтобы установить пределы воздействия, научные исследования должны определить пороговый уровень, при котором проявляются первые последствия для здоровья. Поскольку людей нельзя использовать для экспериментов, руководящие принципы критически полагаются на исследования на животных. Незначительные изменения в поведении животных на низких уровнях часто предшествуют более резким изменениям здоровья на более высоких уровнях. Аномальное поведение является очень чувствительным индикатором биологической реакции и было выбрано как наименьшее наблюдаемое неблагоприятное воздействие на здоровье.Руководства рекомендуют предотвращать уровни воздействия электромагнитного поля, при которых изменения поведения становятся заметными.

Этот пороговый уровень поведения не равен рекомендованному пределу. ICNIRP применяет коэффициент безопасности 10 для получения пределов профессионального воздействия и коэффициент 50 для получения нормативного значения для населения. Поэтому, например, в радиочастотном и микроволновом диапазонах частот максимальные уровни, которые вы можете испытывать в окружающей среде или в вашем доме, по крайней мере в 50 раз ниже порогового уровня, при котором становятся очевидными первые изменения в поведении животных.

Почему коэффициент безопасности для норм профессионального облучения ниже, чем для населения?

Население, подвергающееся профессиональному облучению, состоит из взрослых, которые обычно находятся в известных условиях электромагнитного поля. Эти рабочие обучены осознавать потенциальный риск и принимать соответствующие меры предосторожности. Напротив, широкая общественность состоит из людей всех возрастов и разного состояния здоровья. Во многих случаях они не знают о своем воздействии ЭМП. Более того, нельзя ожидать, что отдельные представители общественности примут меры для сведения к минимуму или предотвращения воздействия. Это основные соображения для более строгих ограничений воздействия для населения, чем для населения, подвергающегося профессиональному облучению.

Как мы видели ранее, низкочастотные электромагнитные поля индуцируют токи в человеческом теле (см. Что происходит, когда вы подвергаетесь воздействию электромагнитных полей?). Но различные биохимические реакции внутри самого тела также генерируют токи. Клетки или ткани не смогут обнаруживать индуцированные токи ниже этого фонового уровня.Поэтому при низких частотах нормы воздействия гарантируют, что уровень токов, индуцируемых электромагнитными полями, ниже, чем у естественных токов тела.

Основным эффектом радиочастотной энергии является нагрев тканей. Следовательно, нормы воздействия радиочастотных полей и микроволн установлены для предотвращения последствий для здоровья, вызванных локальным нагревом или нагреванием всего тела (см. Что происходит, когда вы подвергаетесь воздействию электромагнитных полей?). Соблюдение указаний гарантирует, что тепловое воздействие достаточно мало, чтобы не причинить вреда.

Какие руководящие принципы не могут учесть

В настоящее время предположения о потенциальных долгосрочных последствиях для здоровья не могут служить основой для выпуска руководств или стандартов. Суммируя результаты всех научных исследований, общий вес доказательств не указывает на то, что электромагнитные поля вызывают долгосрочные последствия для здоровья, такие как рак. Национальные и международные органы устанавливают и обновляют стандарты на основе последних научных знаний для защиты от известных последствий для здоровья.

Руководящие принципы устанавливаются для среднего населения и не могут напрямую отвечать требованиям меньшинства потенциально более чувствительных людей. Например, рекомендации по загрязнению воздуха не основаны на особых потребностях астматиков. Точно так же правила электромагнитного поля не предназначены для защиты людей от вмешательства в имплантированные медицинские электронные устройства, такие как кардиостимуляторы. Вместо этого следует посоветоваться с производителями и клиницистом, имплантирующим устройство, по поводу ситуаций воздействия, которых следует избегать.

Каковы типичные максимальные уровни воздействия дома и в окружающей среде?

Некоторая практическая информация поможет вам соотноситься с международными нормативными значениями, указанными выше. В следующей таблице вы найдете наиболее распространенные источники электромагнитных полей. Все значения являются максимальными уровнями публичного воздействия — ваша собственная подверженность, вероятно, будет намного ниже. Для более детального изучения уровней поля вокруг отдельных электроприборов см. Раздел Типичные уровни воздействия в домашних условиях и в окружающей среде.

Источник

Типичное максимальное воздействие на людей

Электрическое поле (В / м)

Плотность магнитного потока (мкТл)

Естественные поля

200

70 (магнитное поле Земли)

Электропитание от сети

(в домах, не расположенных рядом с линиями электропередач)

100

0,2

Электропитание от сети

(под большими линиями электропередач)

10 000

20

Электропоезда и трамваи

300

50

Экраны телевизоров и компьютеров

(на рабочем месте)

10

0. 7

Типичное максимальное воздействие на людей (Вт / м2)

Теле- и радиопередатчики

0,1

Базовые станции мобильных телефонов

0,1

Радары

0,2

Микроволновые печи

0,5

Источник: Европейское региональное бюро ВОЗ

Каким образом руководящие принципы претворяются в жизнь и кто их проверяет?

Ответственность за исследование полей вокруг линий электропередач, базовых станций мобильных телефонов или любых других источников, доступных для широкой публики, лежит на государственных учреждениях и местных органах власти. Они должны обеспечить соблюдение правил.

В отношении электронных устройств производитель несет ответственность за соблюдение стандартных ограничений. Однако, как мы видели выше, природа большинства устройств гарантирует, что излучаемые поля значительно ниже пороговых значений. Кроме того, многие ассоциации потребителей регулярно проводят тесты. В случае возникновения какой-либо особой озабоченности или беспокойства свяжитесь напрямую с производителем или обратитесь в местный орган здравоохранения.

Вредно ли воздействие, превышающее нормы?

Съесть банку с клубничным вареньем до истечения срока годности — это совершенно безопасно, но если вы потребляете варенье позже, производитель не может гарантировать хорошее качество продуктов. Тем не менее, даже через несколько недель или месяцев после истечения срока годности варенье, как правило, безопасно есть. Точно так же правила электромагнитного поля гарантируют, что в пределах заданного предела воздействия не произойдет никаких известных неблагоприятных последствий для здоровья. Большой коэффициент безопасности применяется к уровню, который, как известно, вызывает последствия для здоровья.Следовательно, даже если вы испытаете напряженность поля в несколько раз выше заданного предельного значения, ваше воздействие все равно будет в пределах этого запаса прочности.

В повседневных ситуациях большинство людей не испытывают электромагнитных полей, превышающих установленные пределы. Типичные экспозиции намного ниже этих значений. Однако бывают случаи, когда воздействие на человека может на короткий период приближаться к нормативам или даже превышать их. Согласно ICNIRP, радиочастотное и микроволновое воздействие следует усреднять по времени, чтобы устранить кумулятивные эффекты.В руководстве указан период усреднения по времени в шесть минут, и допустимы краткосрочные воздействия сверх установленных пределов.

Напротив, воздействие низкочастотных электрических и магнитных полей в руководствах не усредняется по времени. Чтобы еще больше усложнить ситуацию, в игру вступает еще один фактор, называемый связью. Связь означает взаимодействие между электрическим и магнитным полями и обнаженным телом. Это зависит от размера и формы тела, типа ткани и ориентации тела относительно поля.Рекомендации должны быть консервативными: ICNIRP всегда предполагает максимальную связь поля с экспонируемым человеком. Таким образом, рекомендуемые пределы обеспечивают максимальную защиту. Например, даже если значения магнитного поля для фенов и электробритв превышают рекомендуемые значения, чрезвычайно слабая связь между полем и головкой предотвращает индукцию электрических токов, которые могут превышать рекомендуемые пределы.

Ключевые моменты

  • ICNIRP издает руководящие принципы на основе современных научных знаний.Большинство стран используют эти международные руководящие принципы для разработки своих национальных стандартов.
  • Стандарты для низкочастотных электромагнитных полей гарантируют, что индуцированные электрические токи ниже нормального уровня фоновых токов внутри тела. Стандарты для радиочастоты и микроволн предотвращают воздействие на здоровье, вызванное локальным нагреванием или нагреванием всего тела.
  • Рекомендации не защищают от потенциальных помех электромедицинским устройствам.
  • Максимальные уровни воздействия в повседневной жизни обычно намного ниже нормативных пределов.
  • Из-за большого коэффициента безопасности воздействие, превышающее рекомендуемые пределы, не обязательно вредно для здоровья. Кроме того, усреднение по времени для высокочастотных полей и предположение о максимальной связи для низкочастотных полей вносят дополнительный запас прочности.

1. Введение в электромагнитные поля

1. Введение в электромагнитные поля
  • 1.1 Что такое электромагнитные поля?
  • 1.2 Как была проведена переоценка опасности электромагнитных полей для здоровья?
1.1 Что такое электромагнитные поля?

Электромагнитные поля
представляют собой сочетание невидимого электрического и
магнитные поля силы. Они порождаются природными явлениями, такими как
Магнитное поле Земли, но
также в результате деятельности человека, в основном за счет использования
электричество.

Мобильные телефоны, линии электропередач и компьютерные экраны являются примерами.
оборудования, которое производит
электромагнитные поля.

Самый рукотворный
электромагнитные поля
меняют их направление через равные промежутки времени, изменяя
с высоких радиочастот (мобильные телефоны)
через промежуточных частот (компьютер
экранов) до предельно низких частот (мощность
линий).

Термин статический относится к полям, которые не
изменяются со временем (т.е. с частотой 0 Гц). Статический
магнитные поля используются в
медицинские изображения и генерируются приборами, использующими
постоянный ток.
Более…

Типовые источники электромагнитных полей
Диапазон частот Частоты Некоторые примеры источников облучения
Статический 0 Гц видеодисплеев;
МРТ (медицинский
изображения) и другие диагностические или научные
приборостроение; промышленный электролиз; сварка
устройства
ELF [Чрезвычайно низкие частоты] 0-300 Гц линий электропередачи; внутренние распределительные сети; одомашненный
бытовая техника; электрические двигатели в автомобилях, поездах и
трамваи; сварочные аппараты
IF [Промежуточные частоты] 300 Гц — 100 кГц видеодисплеев; противоугонные устройства в магазинах;
системы контроля доступа без помощи рук, картридеры и
металлоискатели;
МРТ; сварка
устройства
RF [Радиочастоты] 100 кГц — 300 ГГц мобильных телефонов; радиовещание и телевидение; микроволновые печи;
радиолокационные и радиопередатчики; портативные радиоприемники;
МРТ

Источник и ©:
Возможное влияние электромагнитных полей (ЭМП) на здоровье человека

1.

2 Как была проведена переоценка опасности электромагнитных полей для здоровья?

Обзор соответствующих научных отчетов был проведен с
акцент на статьях, опубликованных в 2007 и 2008 годах, и исследованиях
считается релевантным, комментируются в заключении.Области, где
литературы особенно мало, и
дается объяснение, почему результаты некоторых исследований не
добавить полезную информацию в базу. Эта оценка
оценивает оба возможных воздействия на группы людей, у которых
подвергся воздействию
электромагнитные поля в
их повседневная жизнь
(эпидемиологические данные)
и потенциальные эффекты, наблюдаемые в лабораторных экспериментах, проводимых
на добровольцев, животных и
культуры клеток (экспериментальные
свидетельство).

На основе этих комбинированных доказательств оценка оценки
существует ли причинная связь между воздействием
электромагнитные поля и
некоторые неблагоприятные последствия для здоровья.
Ответ на этот вопрос не обязательно однозначный: да
или нет, но выражает весомость доказательства ссылки
между экспозицией и эффектом.Если такая ссылка найдена,
оценка рисков
насколько сильно воздействие на здоровье и насколько велик риск для здоровья
будет для разных уровней воздействия и схем воздействия
(зависимость доза-реакция). Характер и степень
выделяются неопределенности и то, как
электромагнитные поля могут вызывать эффекты (вероятный механизм)
оцениваются. Подробнее …

Влияние чрезвычайно низкочастотного переменного магнитного поля на поведение животных в присутствии геомагнитного поля

Известно, что геомагнитное поле может влиять на миграцию животных и их возвращение в исходное положение. Обнаружение магнитного поля животными известно как магниторецепция, и это возможно благодаря двум различным механизмам трансдукции: первый — через магнитные наночастицы, способные реагировать на геомагнитное поле, а второй — через химические реакции под влиянием магнитных полей.Другое поведение — это магнитное выравнивание, при котором животные выравнивают свои тела по геомагнитному полю. Было замечено, что магнитное выравнивание крупного рогатого скота может быть нарушено вблизи линий электропередач по всему миру. Экспериментально известно, что переменные магнитные поля могут влиять на живые существа, но точный механизм неизвестен. Модель параметрического резонанса предлагает механизм, объясняющий этот эффект на живых существ, и устанавливает, что в присутствии постоянного магнитного поля молекулы, связанные с биохимическими реакциями внутри клеток, могут поглощать резонансно переменные магнитные поля с определенными частотами. В данной статье рассматривается магниторецепция животных и влияние переменных магнитных полей на живые существа. Предполагается, как переменные магнитные поля могут мешать магнитному расположению животных, и делается общий вывод: загрязнение переменного магнитного поля может влиять на магнитную чувствительность животных.

1. Введение

Живые существа чувствительны к магнитным полям. Для магнитных полей высокой интенсивности становится важным молекулярный диамагнетизм, и при соответствующих условиях можно наблюдать левитацию [1].Интересно задать вопрос о взаимодействии живых существ с магнитными полями, интенсивность которых равна или ниже геомагнитного поля. В этом случае живые существа могут обнаруживать (ощущать) статические магнитные поля через специализированные структуры или органы, или на них могут влиять временные изменения этих магнитных полей. Магнитные поля, амплитуда которых не меняется во времени, называются постоянными магнитными полями. Переменные магнитные поля (AMF) — это поля, амплитуды которых меняются во времени. Геомагнитное поле (ГМП) представляет собой постоянную и переменную составляющие. Сумма постоянного и переменного магнитных полей называется комбинированным магнитным полем (CMF). Целью настоящей статьи является описание вышеупомянутых ситуаций для обнаружения геомагнитного поля и для искусственных переменных магнитных полей, колеблющихся на частотах ниже 100 Гц, с учетом амплитуды магнитного поля в диапазоне мкм Тл и ниже, заканчивается предположением о связи обоих механизмов в процессе магниторецепции животных.

2. Геомагнитное поле

Живые существа рождаются и растут в присутствии нескольких физических полей, таких как гравитационное и геомагнитное поля. В некотором роде на живые существа влияют физические характеристики ГМП из-за их долгого времени взаимоотношений, поскольку ГМП столь же древний, как начало жизни [2]. Вектор ГМП может быть охарактеризован тремя параметрами: амплитудой, наклоном (относительно вертикального направления) и склонением (относительно географической оси север-юг). Эти значения зависят от географических координат и могут быть рассчитаны с помощью геомагнитных калькуляторов, таких как тот, который доступен в Национальном центре геофизических данных NOAA-США (http://www.ngdc.noaa.gov/geomag-web/#igrfwmm). Целью данной статьи не является обсуждение общих характеристик ГМП, поскольку существует множество учебников и обзорных статей (например, [3]).

ГМП генерируется в основном внутри Земли, и внешние магнитные поля, генерируемые в магнитосфере и внешнем пространстве, также вносят свой вклад.Основной вклад в ГМП можно понять как результат наличия магнитного диполя в недрах Земли, но ГМП не является полностью дипольным. Некоторые области на поверхности Земли имеют аномальные значения ГМП, отличные от ожидаемых от диполярного [3]. В среднем, амплитуда ГМП составляет около 50 мкм Тл, а примером аномалии является геомагнитная аномалия в Южной Атлантике (в настоящее время находится в Бразилии), где амплитуда ГМП является самой низкой в ​​мире и составляет около 22 мкм Тл. [4].

Во временном режиме параметры ГМП изменяются за большие промежутки времени (от сотен до тысяч лет). Эти вариации известны как вековые вариации [3]. ГМП также представляет быстрые вариации во время геомагнитных бурь с типичными частотами от 0,001 Гц до 10 Гц [5] и суточные вариации с 12-часовым периодом, который соответствует часам дневного света [6]. Приемлемо предположить, что по причинам эволюции живые существа нечувствительны к вековым изменениям, потому что эти периоды превышают максимальную продолжительность жизни любого живого существа.С другой стороны, живые существа должны быть чувствительны к быстрым и ежедневным изменениям.

К геомагнитному полю добавлены искусственные магнитные поля, возникающие из линий электропередач, домашних электрических цепей и устройств, проводящих переменные электрические токи с частотой 50 или 60 Гц, производящие AMF с амплитудами порядка сотен нТл. Эти поля имеют период около 17 мс, что очень мало по сравнению с естественным изменением ГМП (12 часов для суточного хода и около минут или часов для геомагнитных бурь). Но даже в этом случае экспериментальные наблюдения показали, что AMF на очень низких частотах могут изменять поведение животных [7–10].

3. Обнаружение ГМП
3.1. Экспериментальные доказательства

Первым доказательством того, что ГМП может влиять на живые существа, было открытие магнитотактических бактерий. Их впервые наблюдал Сальваторе Беллини в 1963 г. [11, 12], а затем Блейкмор в 1975 г. [13]. Магнитотактические бактерии — это микроорганизмы, обладающие способностью выравнивать направление своего плавания с линиями геомагнитного поля, способность известна как магнитотаксис.Для этого они биоминерализуют магнитные минералы в органеллах, известных как магнитосомы [14]. Типичные магнитные минералы, обнаруженные в магнитотактических бактериях, представляют собой наночастицы (средний размер от 50 до 100 нм) магнетита (Fe 3 O 4 ) или грейгита (Fe 3 S 4 ), обычно в форме геометрического кубооктаэдра. , кубики или даже пулевидные формы [14]. Магнитосомы организованы в цитоплазме в цепочки. Эти цепи сообщают бактериям магнитный момент, который позволяет им ориентироваться в движении.Эти бактерии могут быть найдены в виде кокков, вибрионов, спирилл или даже многоклеточных форм, известных как многоклеточные магнитотактические прокариоты [15]. Они встречаются в водных отложениях, таких как морская среда, реки и озера. Считается, что магнитотактические бактерии используют свою магнитную способность, чтобы легко проникать в более глубокие отложения, в местах, где концентрация кислорода для них оптимальна [16].

Магнитные наночастицы в цепочках магнитосом характеризуются как одиночные домены, что означает, что магнитный момент стабилен во времени и при изменении температуры, в отличие от суперпарамагнитных частиц [17].В популяциях магнитотактических бактерий воздействие осциллирующих сильных магнитных полей (более 10 5 μ Тл, 50 или 60 Гц) вызывает инверсию направления магнитного момента примерно у 50% популяции, что согласуется с идеей, что магнитосомы являются однодоменными [18]. Наблюдение за взаимодействием магнитотактических бактерий с ГМП через магнитные наночастицы подтолкнуло к идее, что животные должны обнаруживать ГМП, используя аналогичный механизм. У животных использование векторной информации от ГМП в задачах ориентации и навигации хорошо задокументировано, и эта способность известна как магниторецепция [19].Несколько лабораторных экспериментов показали, что социальные насекомые, такие как пчелы и муравьи, могут использовать информацию магнитного поля в задачах ориентации [20]. У перелетных птиц на выбор направления полета влияет местный ГМП [21]. Другое явление, которое недавно вызвало новый интерес, — это магнитное выравнивание [22], которое связано с выравниванием оси тела относительно линий ГМП или горизонтальной составляющей ГМП. Во-первых, он был обнаружен у термитов, пчел и плодовых мух [19]. Но это привлекло внимание, когда такое же поведение было выявлено у коров и оленей [23].Также ориентацию оси тела к линиям ГМП у карпа можно наблюдать в стоячей воде в резервуарах [24].

Анализ миграции и возвращения в исходное положение у животных и их корреляции с различными магнитными стимулами позволяет идентифицировать два механизма магнитной ориентации [25]: (a) Компас полярности: в этом случае животное может ощущать горизонтальный компонент ГМП, как компас , чтобы выяснить направление магнитного севера и использовать эту информацию в задачах ориентации, которые, скорее всего, будут использоваться животными при поисках пищи и миграциях на короткие расстояния.(b) Компас наклона: животное ощущает вертикальную составляющую ГМП. Это чувство позволяет животному определять полушарие Земли и направление к геомагнитному экватору, что, скорее всего, будет использоваться животными при миграции на большие расстояния.

Эксперименты, проведенные с черепахами и птицами [26], показали, что животные каким-то образом используют параметры геомагнитного поля, чтобы узнать свое географическое положение на Земле. Чтобы объяснить такое поведение, была предложена модель магнитной карты животных. Точные параметры, используемые на этой карте, неизвестны, и предполагается, что это могут быть геомагнитное наклонение и интенсивность [27].

Было обнаружено, что у разных видов птиц и других животных в некоторых случаях магниторецепция происходит только в присутствии света, явление, известное как светозависимое магниторецепция [28, 29]. Этот вид магнитного обнаружения зависит также от длины волны, наблюдаемой у птиц, эффективной ориентации для коротких волн (<500 нм) и дезориентации для длинных волн (> 500 нм) [30]. В некоторых случаях светозависимый магниторецептор находится в глазах, а у некоторых птиц есть латеральность в глазу с функцией магниторецепции [31, 32].У других животных магниторецепция экстраокулярная [33].

3.2. GMF Transduction

До настоящего времени считалось, что магниторецепция обусловлена ​​двумя возможными механизмами: трансдукцией через магнитные наночастицы или трансдукцией через светозависимые химические реакции с участием радикальных интермедиатов [34].

Преобразование через магнитные наночастицы, также известное как ферромагнитная гипотеза, было основано на существовании магнитотактических бактерий. Это предполагает, что должен существовать специализированный орган или структура, способная обнаруживать магнитные поля [35].Внутри этого органа должны быть магнитные наночастицы, образующие цепочки или другую структуру, способную создавать механические крутящие моменты или другие динамические эффекты в присутствии магнитных полей. Взаимодействие этих магнитных наночастиц с магнитным полем должно вызывать соответствующий клеточный сигнал, например, посредством механотрансдукции магнитного момента. Поскольку магнитные свойства магнитных наночастиц зависят от размера, были предложены различные возможности для суперпарамагнитных и однодоменных наночастиц.Однако во всех случаях важным моментом является то, что создаваемые крутящие моменты и деформации должны механически преобразовываться [36]. Ферромагнитную гипотезу можно проверить путем измерения намагниченности или изоляции магнитных наночастиц от тех частей тела, где ожидается магнитный датчик. Магнитные наночастицы были выделены из голов и антенн муравьев [37], тел термитов [38], носов форели [39, 40] и верхних клювов птиц [41], среди прочего. Намагниченность была измерена у насекомых [20] и боковой линии у рыб [42–44], среди других.Во всех этих случаях существует корреляция между наличием магнитного материала и магниторецепцией у животного, что усиливает ферромагнитную гипотезу.

В случае светозависимого магниторецепции считается, что механизм связан со светочувствительными химическими реакциями с участием радикальных интермедиатов [45]. Этот механизм известен как механизм радикальной пары (RPM). Некоторые свидетельства предполагают, что молекулой-мишенью для RPM является криптохром, который присутствует в организме человека от бактерий [46].Светозависимая химическая реакция создает радикальную пару в синглетном состоянии из предшественников основного состояния, а присутствие магнитных полей переводит часть радикальных пар из синглетного состояния в триплетное состояние. Эти радикальные пары в синглетном или триплетном состоянии реагируют с образованием синглетных или триплетных продуктов с разной скоростью. В некотором роде изменение скорости производства этих продуктов изменяет способ, которым животное видит мир, позволяя ему определять магнитный визуальный ориентир [47].Конечно, последний механизм не является общим, потому что у тритонов светозависимый магниторецептор находится не в глазах [48].

4. На магнитное выравнивание может влиять AMF с частотой 50/60 Гц

Как упоминалось выше, было показано, что несколько животных могут выровнять ось своего тела с осью GMF, явление, известное как магнитное выравнивание [19, 22] . Burda et al. [9] показали, что магнитное выравнивание коров и оленей может нарушаться вблизи высоковольтных линий электропередачи в полевых условиях. Интересно, что для линий электропередач, ориентированных с востока на запад, генерирующих AMF, ориентированных с севера на юг, они наблюдали, что коровы выстраивают свои тела преимущественно по оси, смещенной примерно на 90 ° относительно оси GMF. Для линий электропередач, ориентированных с севера на юг, генерирующих AMF, ориентированных с востока на запад, коровы ориентированы случайным образом. Когда коров наблюдали на разном расстоянии от линий электропередачи, они возвращаются, чтобы выровнять свои тела относительно оси ГМП примерно на 150 м. Сдвиг на 90 ° для AMF, ориентированного с севера на юг, интригует. Возможны две интерпретации: коровы ориентируются в соответствии с ориентацией линии электропередачи или взаимодействие между GMF и AMF вызывает этот сдвиг. Первую гипотезу можно исключить, поскольку для линий электропередачи, ориентированных с севера на юг, коровы дезориентировались, не следуя ориентации линии электропередачи.С другой стороны, эти два наблюдения могут привести нас к выводу, что в дезориентацию коров с AMF вовлечены два разных механизма: один связан с взаимодействием GMF и AMF, когда они параллельны, а другой — с взаимодействием, когда они перпендикуляр. В следующих разделах показаны экспериментальные доказательства воздействия AMF на биологические системы и одна модель, которая объясняет эти эффекты, предполагая взаимодействие между параллельными статическими и переменными магнитными полями.

5. Эффекты AMF: модели и экспериментальные данные

Имеются сообщения, свидетельствующие о том, что чрезвычайно слабые AMF (EW AMF) со значениями амплитуд магнитного поля в мкм Тл, нТл и даже диапазонах pT могут вызывать статистически значимые эффекты в биологических системах. Следует отметить, что в большинстве случаев эксперименты с EW AMF проводятся при наличии статической GMF. Более того, возможно, что присутствие постоянного магнитного поля (МП) должно быть необходимо для индукции эффектов AMF.В общем, наблюдаемые эффекты являются результатом воздействия на биологические системы AMF или комбинированных MF переменного и постоянного тока (CMF), при этом компоненты постоянного и переменного тока могут быть ориентированы относительно друг друга произвольно.

5.1. Биологические эффекты EW AMF с частотами мощности

Возможность индукции биологических эффектов EW AMF представляет особый интерес для исследователей по нескольким причинам. Одна из них заключается в том, что ПМП антропогенного происхождения рассматривается как потенциальная угроза здоровью человека [49]. В настоящее время во всем мире ведутся дискуссии о рисках для здоровья, связанных с воздействием низкочастотных электромагнитных полей. В нескольких исследованиях описаны неблагоприятные эффекты, связанные с этими полями, в то время как в других не наблюдалось взаимодействия с биологическими системами [50–52].

Имеющиеся теоретические и экспериментальные данные показывают, что АМП с частотой 50/60 Гц может вызывать биологические эффекты с амплитудами МП более 10 мк Тл, в то время как возможность биологических эффектов АМП с амплитудами менее 10 μ T вызывает сомнения [53, 54].Тем не менее, несколько экспериментальных работ показали влияние EW AMF на биологические системы. Среди экспериментальных исследований работы Liburdy et al. Следует отметить, что продемонстрировала способность блокировать ингибирующее действие физиологических концентраций мелатонина и тамоксифена на рост клеток рака молочной железы человека (MSF-7) в культуре при воздействии на них синусоидального МП с частотой 60 Гц в диапазон мкм T [55–57]. Важно отметить, что результаты Liburdy et al. [55] были подтверждены независимо в двух лабораториях [58, 59].Ishido et al. [60] подтвердили эксперименты Либурди с использованием EW AMF 50 Гц. Liburdy et al. [55] выявили наличие порогового значения амплитуды поля (0,5–1,7 мкм Тл), при котором начинает проявляться биоэффект. Другое исследование было посвящено влиянию синусоидального АМП 60 Гц с амплитудой от 1 мк Т до 20 мк 90 492 Т на ферментативную активность орнитиндекарбоксилазы (ODC) в культивируемых клетках фибробластов [61]. Они наблюдали усиление активности ODC, индуцированное воздействием AMF на культуральные клетки, что указывает на сигмоидальную зависимость от амплитуды MF, и приблизительно удвоение активности ODC наблюдалось при амплитуде поля 7 мк Тл или выше.

Биологическая эффективность MF около 1 мк Тл была показана в различных тестовых системах и с использованием различных комбинаций частоты и амплитуды переменного тока. Фитцсиммонс и др. [62] наблюдали повышение митохондриальной активности в культуре клеток позвоночника HBV 155 с использованием синусоидального МП ( мк Тл, Гц). Леднев и Малышев [63] показали, что синусоидальное магнитное поле ( мк Тл, Гц) ингибирует Mg 2+ -АТФазную активность актомиозина в бесклеточной системе.В серии работ Темурьянц и соавт. показали влияние слабого AMF с частотой 8 Гц и амплитудой 5 мк Тл на некоторые физиологические и биохимические параметры у крыс с гипокинезией. В частности, они показали, что в этих условиях EW AMF корректирует липидный обмен [64], корректирует фагоцитарную активность нейтрофилов [65] и изменяет временную организацию физиологических процессов [66, 67].

Результаты экспериментов с синусоидальным EW AMF подтверждают вывод о существовании биологической активности AMF примерно при 1–10 μ T.Известно, что амплитуды магнитных полей промышленной частоты (50 или 60 Гц) в большинстве жилых мест колеблются от 0,01 до 1-2 мкм Тл, а на некоторых рабочих местах может достигать 5-6 мкм Т [68]. Однако вопросы о механизме действия этих полей остаются открытыми.

5.2. EW AMF и геомагнитные пульсации и бури

В некоторых публикациях показана корреляция между различными медицинскими или биологическими параметрами и геомагнитными возмущениями, возникающими во время магнитных бурь.

Геомагнитное поле представляет собой пульсации с периодами от 0,2 до 600 с, что соответствует полосе частот от 0,001 до 5 Гц. Эта геомагнитная пульсация называется Pc или непрерывной пульсацией [68]. Есть предположение, что полоса частот Pc1 (0,5–2,0 Гц) совпадает с основными ритмами сердца, а пульсации Pc3 с периодами от 20 до 40 с (такие квазипериоды наблюдались и в сердечном ритме) могли быть биотропными агентами магнитных бурь [69].

Исследования длительного наблюдения показали корреляцию между количеством вызовов службы экстренной помощи из-за инфаркта миокарда, гипертонического криза и смертностью людей с сердечно-сосудистыми заболеваниями и общей продолжительностью магнитных пульсаций Pc с частотой 0. От 2 до 5,0 Гц и амплитуды от десятков до сотен пТл [70–74].

Экспериментальные исследования на кроликах показали, что воздействие магнитных бурь приводит к значительным изменениям морфологического и функционального состояния сердца и систем, связанных с его деятельностью [75]. В исследованиях с пчелами без жала Schwarziana quadripunctata было замечено, что направление полета при выходе из гнезда значительно меняется во время геомагнитных бурь (колебания амплитуды около 50 нТл) [76].Такое же поведение наблюдалось у пчелы без жала Tetragonisca angustula при моделировании геомагнитной бури в полевых условиях [77]. Крылов и др. [78] показали влияние H-компонентов типичной магнитной бури, смоделированной в лаборатории, на раннюю эволюцию Daphnia magna . Оценка раннего онтогенеза дафнии показала, что воздействие магнитной бури с момента вспышки в раннем онтогенезе приводит к изменению размеров потомства в первых выводках.

5.3. Модель Леднева на влияние EW AMF

Ранее российский физик В. В. Леднев на основе модели ионного циклотронного резонанса [79] предложил модель параметрического резонанса, в которой считается, что ионы связаны с белками (Ca 2+ , K + и / или Mg 2+ ) ведут себя как изотропно связанные осцилляторы. Эти ионы могут служить первичными мишенями для CMF [80–82]. Рассматривая CMF как сумму параллельных полей переменного и постоянного тока, поле можно записать как.Теория Леднева показывает, что вероятность биологических эффектов CMF описывается квадратом функции Бесселя первого порядка:. Соответственно, резонансная частота формально соответствует циклотронной частоте [79], где — заряд иона, — масса иона, а максимальные эффекты достигаются при. То же математическое предсказание можно получить, используя другой теоретический подход: анализ скорости затухающего иона под действием силы Лоренца [83].В обоих случаях предсказание зависимости от конкретных значений для было проверено в нескольких экспериментах [84]. Для случая слабых (менее 10 мк Тл) экспериментально было показано, что модель Леднева может описывать биологические эффекты (амплитудные и частотные зависимости) CMF, настроенного на частоту ларморовской прецессии для некоторых ядерных спинов как 1 H, 39 K, 55 Mn, 31 P, 35 Cl, 63 Cu и 23 Na [85, 86]. Эта модель позволяет рассчитывать параметры АМП, необходимые, с одной стороны, для достижения максимального эффекта, а с другой — при известных экспериментальных параметрах АМП для идентификации первичных целей [84, 87]. Экспериментальное подтверждение этого предположения в модели Леднева дают результаты, представленные в [88–90] с использованием двух тест-систем: регенерирующих планарий и гравитропной реакции растений. Результаты Belova et al. [89] предполагают, что для полей промышленных частот (50 и 60 Гц) первичными мишенями являются спины ядер атомов водорода.

6. Нарушение обнаружения GMF с помощью AMF

Как упоминалось выше, было замечено, что AMF 50/60 Гц может нарушить магнитное выравнивание [9]. Эти результаты интригуют и показывают интересную взаимосвязь: для AMF, параллельного GMF, животные показывают сдвиг на 90 ° в выравнивании, а для AMF перпендикулярно GMF, животные становятся дезориентированными. Эти наблюдения, кажется, связаны с двумя разными механизмами. Первый выполняет одну предпосылку для модели Леднева (AMF параллельно GMF).Второе можно объяснить, если предположить, что магнитные наночастицы в кластерах суперпарамагнитных частиц или взаимодействующие многодоменные железо-минеральные пластинки, участвующие в обнаружении ГМП или даже в реакциях пар радикалов, нарушаются АМП, как показали Вандерстратен и Гиллис [91]. Vanderstraeten и Burda [92] обсуждают это явление и предлагают анализировать магнито-сенсорные нарушения, вызванные низкочастотным AMF, а не точное определение AMF. Они не принимают во внимание тот факт, что для AMF параллельно с GMF животные фактически ориентированы [9].В этой ситуации возможно влияние не на магнитодатчик, а на следующие этапы преобразования МП. Как упоминалось выше, модель Леднева предполагает, что связанные ионы, связанные с фундаментальными клеточными функциями, могут резонансно поглощать AMF, настроенные на циклотронную частоту иона, нарушая или усиливая его клеточные функции. Поскольку модели, объясняющие магниторецепцию с помощью магнитных наночастиц, предполагают, что эти частицы находятся внутри специальных органелл, возможно, ионы, связанные с преобразованием магнитного момента, могут резонансно поглощать AMF на своих собственных циклотронных частотах, изменяя восприятие МП у животных. В некоторых системах механотрансдукции стресс вызывает клеточный приток Ca 2+ [93], этот ион считается основной мишенью для биологических эффектов CMF. Таким образом, низкочастотные AMF могут нарушить некоторые этапы процесса преобразования GMF. Даже в случае криптохрома, связанного с механизмом радикальной пары, его передача сигнала может быть связана с притоком Ca 2+ в некоторых случаях [94], возможно, что низкочастотные AMF нарушают светозависимое магниторецепцию.Мы рекомендуем проводить в будущем эксперименты по изучению взаимосвязи между магниторецепцией и AMF 50/60 Гц с учетом резонансного поглощения Ca 2+ или других ионов, связанных с преобразованием магнитного сигнала.

Настоящее время характеризуется большим технологическим прогрессом, который сводит воедино электромагнитное загрязнение. Источниками этого загрязнения являются линии электропередач и мобильные передающие антенны, но на разных частотах. Недавно было показано, что электромагнитный шум в диапазоне частот от 50 кГц до 5 МГц может влиять на ориентацию магнитного компаса перелетных птиц, становясь полностью дезориентированным [95]. Результаты Burda et al. [9] показывают аналогичный результат для чрезвычайно низких частот у млекопитающих. Общий вывод из обоих исследований заключается в том, что загрязнение переменным магнитным полем более высоких и низких частот может влиять на магнитную чувствительность животных, и политика сохранения животных должна учитывать это.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Благодарности

Д. Акоста-Авалос благодарит бразильское агентство CNPq за финансовую поддержку и Н.Белова благодарит CBPF за грант PCI. Авторы благодарят доктора Дональда Эллиса из Северо-Западного университета за чтение и исправление английского языка.

Создание высокочастотного магнитного поля с помощью этой резонансной техники

Многочисленные тестовые и измерительные приложения требуют высокочастотного магнитного поля. Часто требуется высокая напряженность поля. Примеры таких приложений включают биомедицинские исследования влияния магнитного поля на живые клетки, научные эксперименты, калибровку зонда, интерференцию магнитного поля на электронные изделия и многое другое.

Одним из наиболее распространенных методов создания магнитного поля является пара катушек Гельмгольца. Он создает очень однородное магнитное поле на большом открытом пространстве. На рисунке 1 показано изображение пары катушек Гельмгольца, управляемых усилителем функционального генератора. Хотя большинство магнитных полей катушек Гельмгольца являются статическими или постоянными, все больше испытаний и экспериментов требуют переменного магнитного поля в широком диапазоне частот. Получение сильного переменного магнитного поля сталкивается с рядом проблем, которых нет в постоянных полях.

1. Пара катушек Гельмгольца приводится в действие усилителем функционального генератора для создания переменного магнитного поля.

Для достижения высоких магнитных полей в катушках требуется большой электрический ток. При постоянном токе или низкой частоте импеданс катушки невелик, и довольно легко получить высокий ток. В импедансе катушки обычно преобладает паразитное сопротивление катушки, которое обычно невелико. Доступны обычные источники питания или источники тока для управления катушкой от среднего до высокого тока.

Однако при высокой частоте сопротивление магнитной катушки увеличивается пропорционально частоте. Импеданс может быть очень большим, часто во много раз превышающим сопротивление. Импеданс катушки Z пропорционален частоте и индуктивности (см. Уравнение 1) . На более высокой частоте сопротивление может быть в десятки, сотни и даже тысячи раз больше, чем сопротивление. Трудно получить большой ток при таком высоком импедансе.

Для расчета тока катушки используйте уравнение 2.Ток через катушку обратно пропорционален частоте. Для данной амплитуды напряжения ток катушки уменьшается с увеличением частоты.

I — величина тока катушки, V — амплитуда напряжения, Z — импеданс катушки, ω — угловая частота (ω = 2πf), а L и R — индуктивность и сопротивление катушки соответственно. Уравнения 1 и 2 предназначены для типовых катушек, таких как соленоиды, катушки Гельмгольца, индукторы и т. Д. Для пары катушек Гельмгольца переменного тока эти две катушки соединены последовательно, что увеличивает сопротивление в 2 раза, а индуктивность — чуть более чем в 2 раза. (примерно 2.11X для большинства пар катушек).

В случае низкой частоты или низкой индуктивности, или того и другого, несложно пропустить через катушку сильный переменный ток с помощью усилителя тока с высокой выходной мощностью, такого как TS250. Импеданс катушки достаточно низок, поэтому ее можно напрямую управлять усилителем (рис. 2) . Катушку можно смоделировать (низкочастотная модель) как паразитный резистор, соединенный последовательно с идеальной катушкой индуктивности. Паразитное сопротивление резистора обычно невелико. В случае катушки Гельмгольца две катушки, соединенные последовательно, все еще моделируются как одна катушка, но в 2 раза больше индуктивности и сопротивления.

2. Сильноточный усилитель формы волны используется для создания переменного магнитного поля.

Однако, когда частота очень высока, импеданс катушки электромагнита увеличивается с частотой, как описано в уравнении 1. Когда требуется высокочастотное магнитное поле, импеданс катушки очень высок. Таким образом, необходим высоковольтный драйвер для пропускания через катушку большого тока.

Например, на частоте 100 кГц полное сопротивление катушки электромагнита 10 мГн будет 6283 Ом.Для создания достаточно сильного магнитного поля требуется большой ток. Если нужен 4 А, то необходимое напряжение больше 25 кВ! Будет очень сложно и непрактично сконструировать драйвер, который может вырабатывать 25 кВ и 4 А с реактивной мощностью 100 кВт.

Резонансная техника

Метод прямого привода, показанный на рис. 1, не может подавать большой ток в магнитную катушку с высокой частотой. Достижение магнитного поля высокой интенсивности и высокой частоты требует резонансной техники для уменьшения импеданса.

Как показано на рис. 3 , конденсатор добавлен последовательно с катушкой. Импеданс катушки и конденсатора суммируется; их импеданс рассчитывается по уравнениям 3 и 4 . Импеданс конденсатора отрицательный, а импеданс катушки положительный. Когда емкость выбрана правильно, она действует как компонент компенсации импеданса. Таким образом, конденсатор снижает общее сопротивление.

3. Высокая напряженность поля на высокой частоте достигается за счет использования резонансного конденсатора для компенсации импеданса катушки.

Фактически, на резонансной частоте полное сопротивление емкости полностью компенсирует сопротивление индуктивности. Другими словами, импедансы катушки и конденсатора равны по величине, но противоположны по полярности. В резонансе драйвер усилителя формы сигнала «видит» только сопротивление катушки. Благодаря тому, что в системе осталось лишь небольшое сопротивление, усилитель с высоким выходным током теперь может пропускать очень большой ток через катушку Гельмгольца или соленоид даже на высокой частоте. Резонансный метод позволяет усилителю функционального генератора генерировать сильное магнитное поле.

Давайте рассмотрим пример, чтобы лучше понять, как резонансный конденсатор может компенсировать импеданс. Катушка или соленоид на рис. 4 составляет 2 мГн, а желаемая частота — 200 кГц. Если частота находится в резонансном состоянии, напряжение на катушке составляет +2,5 кВ, а напряжение на последовательном конденсаторе составляет -2,5 кВ. Следовательно, полное сетевое напряжение на комбинации катушки индуктивности и конденсатора равно нулю. Таким образом, LC представляет собой короткое замыкание на резонансной частоте.

4. Импеданс компенсируется конденсатором.

Усилитель формы волны TS250 «видит» только паразитное сопротивление катушки как нагрузку. Как правило, сопротивление магнитной катушки невелико, что позволяет усилителю пропускать через катушку соленоида большой ток с низким напряжением. Напряжение на катушке все еще очень велико. Интересно отметить, что сумма напряжений в замкнутом контуре составляет 0 В, что регулируется законом Кирхгофа о напряжении.

Резонансный метод — наиболее практичный способ создания сильного высокочастотного магнитного поля.Единственный недостаток — то, что он работает в узком частотном диапазоне около резонанса. Чтобы иметь возможность создавать электромагнитное поле в более широком частотном диапазоне, пользователю необходимо менять конденсатор несколько раз. Обычно идеальный резонанс не требуется — вам просто нужен конденсатор, чтобы компенсировать достаточное сопротивление, чтобы драйвер мог управлять достаточным током. Это позволяет работать с немного более широким частотным диапазоном.

Расчет резонансной емкости

Резонансное состояние — это когда реактивное сопротивление конденсатора равно по величине реактивному сопротивлению катушки индуктивности, но противоположная полярность, как описано выше.Поэтому рассчитайте последовательную резонансную емкость так, чтобы реактивное сопротивление конденсатора было таким же, как реактивное сопротивление катушки на данной резонансной частоте.

Используя приведенный выше пример для катушек Гельмгольца 2 мГн и режима работы 200 кГц, последовательная емкость рассчитывается как 317 пФ.

Выберите резонансный конденсатор с высокой добротностью (низким ESR) и низким ESL (электростатической индуктивностью) для компенсации импеданса. Конденсатор должен быть рассчитан на высокое напряжение.Номинальное напряжение рассчитывается по следующей формуле:

, где I — пиковый ток.

В приведенном выше примере номинальное напряжение должно быть не менее 2,5 кВ (В = 1 А * 2512 Ом = 2512 В). Добавьте дополнительный запас номинального напряжения, если используется более высокий ток.

Практическое ограничение максимальной частоты

Резонансный метод использует конденсатор последовательного резонанса для компенсации реактивного сопротивления катушки; теоретически это снизит импеданс до паразитного сопротивления.Теоретически частота и напряженность магнитного поля могут быть очень высокими. Однако есть некоторые практические ограничения.

Первое ограничение — это номинальное напряжение конденсатора. Уравнение 8 используется для расчета номинального напряжения конденсатора для заданного тока катушки, индуктивности и частоты. Если требуемое напряжение меньше 10 кВ, обычно имеется множество конденсаторов на выбор. Если напряжение выше 10 кВ, доступно меньше конденсаторов. Как показывает практика, максимальное практическое напряжение составляет около 50 кВ.Если напряжение выше 50 кВ, возникнут другие практические проблемы, такие как электрическая дуга.

Второе практическое ограничение — это емкость. На более высокой частоте значение емкости уменьшается. Обычно рекомендуется емкость 100 пФ или больше. Возможно снижение емкости до 10 пФ, но начинает действовать паразитная емкость от соединительных проводов и самой катушки.

Конструкция змеевика

Магнитное поле в соленоидных катушках задано в Уравнении-9 и Уравнении-10 для пары катушек Гельмгольца.

B — магнитное поле, µ — проницаемость, N — количество витков, L — длина, I — ток, R — радиус катушки.

Сильное магнитное поле в электромагнитной катушке может быть достигнуто разными способами: увеличивать количество витков, увеличивать ток, увеличивать проницаемость и уменьшать радиус.

Увеличьте количество витков (N)

В электромагнитных катушках, таких как соленоиды, индукторы и катушки Гельмгольца, магнитное поле пропорционально количеству витков.Увеличение числа витков приведет к усилению магнитного поля. Однако это также увеличивает индуктивность и паразитную емкость. Как обсуждалось выше, более высокая индуктивность нежелательна и потребует более высокого напряжения конденсатора.

Как правило, индуктивность пропорциональна квадрату (степени двойки) количества витков. Для высокочастотного магнитного поля рекомендуется уменьшить количество витков, но увеличить ток. Таким образом, вы можете получить такую ​​же напряженность поля, но снизить индуктивность и снизить номинальное напряжение конденсатора.

Саморезонансный

Увеличение числа витков также увеличивает паразитную емкость C P (Рис. 5) . Более высокое значение C P снижает частоту собственного резонанса катушки. В целом частота работы должна быть в 2-5 раз ниже собственной резонансной частоты (см. Таблицу ниже) . Более низкая собственная резонансная частота из-за C P ограничивает максимальную рабочую частоту катушки.

5.Модель индуктора с паразитными R и C P .

Уменьшить радиус катушки

Как правило, уменьшение радиуса катушки не изменяет магнитное поле для длинных соленоидов, но снижает индуктивность и C P . Уменьшение C P приведет к увеличению собственной резонансной частоты. Поэтому при проектировании катушки старайтесь, чтобы радиус был как можно меньше.

В случае катушки Гельмгольца уменьшение радиуса даст три положительных преимущества. Меньший радиус увеличивает магнитное поле, увеличивает частоту собственного резонанса и снижает индуктивность. Меньшая индуктивность имеет первостепенное значение, как обсуждалось выше в разделе «Практическое ограничение максимальной частоты». Опять же, сохраняйте радиус как можно меньше.

Повышение проницаемости

Для научных экспериментов, отличных от катушки с воздушным сердечником, в катушку можно вставить магнитный сердечник для увеличения магнитного поля. Не все основные материалы одинаковы.Некоторые магнитные материалы обладают высокой проницаемостью, но используются в низкочастотных приложениях с низким уровнем насыщения. Выберите магнитный материал для рабочей частоты, который не насыщается при желаемой напряженности магнитного поля. Магнитопровод также увеличивает индуктивность.

Таким образом, используйте следующие критерии для проектирования магнитных катушек переменного тока:

  • Катушка должна быть рассчитана на ток и мощность (нагрев).

— Низкое сопротивление для уменьшения нагрева и увеличения силы тока.

— Считайте, что сопротивление увеличивается с высокой частотой из-за скин-эффекта.

  • Рассмотрите возможность уменьшения количества витков, но увеличения тока, чтобы снизить индуктивность.
  • Убедитесь, что собственная резонансная частота катушки в 2-5 раз выше рабочей частоты.
  • Радиус катушки должен быть как можно меньше, чтобы уменьшить сопротивление, индуктивность и паразитную емкость.
  • При желании выберите магнитопровод с высокой магнитной проницаемостью, но рассчитанный на рабочую частоту и поле высокого насыщения.
  • Разработайте катушку для работы с высоким напряжением (избегайте электрической дуги).

Результаты моделирования

Используя модель катушки индуктивности на рис. 5, катушка возбуждается синусоидальным напряжением ± 1 В. В этом примере L = 1 мГн; C P = 125 пФ; R = 0,5 Ом; Cs = 470 пФ; и рабочая частота такая же, как последовательная резонансная частота 206 кГц. Собственная резонансная частота катушки составляет 450 кГц.

6. Катушка индуктивности работает на последовательной резонансной частоте 206 кГц.Примерно на половине собственной резонансной частоты ток катушки индуктивности уменьшается из-за «утечки» тока в паразитном конденсаторе C P .

На рисунке 6 показан ток катушки индуктивности. Пиковый ток индуктора составляет 1,56 А, а максимальный ток C P составляет 328 мА на 180 градусов. не в фазе. Сравните это с саморезонансным 2299 кГц в таблице — пиковый ток индуктора составляет 1,96 А при токе только 20 мА C P . Следовательно, когда рабочая последовательная резонансная частота близка к собственной резонансной частоте, это снижает ток индуктора.Судя по данным моделирования в таблице, можно использовать катушку примерно до половины собственной резонансной частоты. На этой частоте ток катушки уменьшается примерно на 25%. Не рекомендуется, чтобы резонансная частота рабочего ряда была выше половины собственной резонансной частоты.

Осторожно: возможное поражение электрическим током

Сильноточная электромагнитная катушка, описанная выше, может накапливать достаточно энергии, чтобы стать причиной поражения электрическим током.Убедитесь, что все электрические соединения изолированы высоковольтными изоляторами. Провода должны быть рассчитаны на напряжения, указанные ранее. Всегда отключайте выход усилителя перед подключением или отключением катушки и конденсатора.

Заключение

Для создания сильного переменного магнитного поля необходим сильноточный усилитель. Когда требуется высокочастотное магнитное поле, резонансная техника снизит импеданс катушки и позволит большому току управлять катушкой с помощью низковольтного функционального генератора-усилителя.

Резонансный метод — самый мощный способ генерировать высокочастотное переменное поле. На высокой частоте практическим ограничением является наличие высоковольтных конденсаторов. Еще одно ограничение — собственная резонансная частота магнитной катушки. Кроме того, собственная резонансная частота должна быть в 2-5 раз выше рабочей резонансной частоты.

Артикул:

Усилитель формы сигнала для функционального генератора

Катушка Гельмгольца

Высокочастотный электромагнит с использованием резонансной техники

Пренатальное воздействие магнитного поля крайне низкой частоты и его влияние на рост плода | Здоровье окружающей среды

В настоящем проспективном когортном исследовании мы обнаружили, что обратная связь между пренатальным воздействием СНЧ-МФ и ростом плода наблюдалась только у девочек.По сравнению с девочками, у которых пренатальный уровень МП был ниже медианы, девочки с пренатальным уровнем МП выше медианы TWA, P50 и P75 имели более низкий вес при рождении, более тонкие кожные складки спины, трицепса и живота, а также меньшую окружность головы, поднятую вверх, и живот. Результаты указывают на половой эффект пренатального ELF-MF на рост плода.

Наше исследование было подтверждено несколькими предыдущими выводами [12, 16], но не всеми. Vocht F et al. обнаружили снижение массы тела при рождении для детей, живущих близко (≤50 м) к источникам СНЧ-СЧ, по сравнению с теми, кто живет на высоте> 200 м во время беременности, и это снижение было больше для девочек, чем для мальчиков (-251 г против -137 г) [12] .Другое исследование показало, что риск SGA увеличивается на 5% для людей, живущих на расстоянии менее 50 м от линий электропередачи, по сравнению с теми, кто живет на высоте ≥400 м [10]. Поперечное исследование 780 детей в возрасте от 0 до 12 лет показало, что воздействие СНЧ-МП от высоковольтных линий электропередач было связано с субоптимальным профилем роста детей, включая меньшую окружность головы, грудную клетку и рост во всех исследуемых возрастах. [16]. Однако одно предыдущее исследование не показало разницы в средней массе тела при рождении после пребывания на кровати с электрическим подогревом во время беременности [11]. Другое исследование не обнаружило значимой связи между воздействием высоковольтных электрических вышек и кабелей и окружностью головы новорожденных [13]. Разница между этими исследованиями может заключаться в способности точно измерить фактическое воздействие КНЧ-МЧ во время беременности. В большинстве предыдущих исследований использовались косвенные пренатальные измерения МП [10,11,12], а в единственном исследовании, в котором измерялось 7-дневное воздействие МП, использовалось одноосевое устройство, а не трехосное устройство [11], все из которых могли поставить под угрозу точность измерений МП и, следовательно, привела к неправильной классификации пренатального воздействия МП.Такая неправильная классификация обычно приводила к ослаблению основного эффекта МП из-за более вероятного характера недифференциальности. Более того, в некоторых исследованиях не уделялось должного внимания гендерным различиям, и их нельзя было должным образом учесть.

Хотя биологические механизмы воздействия пренатального воздействия КНЧ-МФ на рост плода в настоящее время неясны, сообщалось, что КНЧ-МФ может влиять на окисленное состояние и паттерны внутриклеточной передачи сигналов Ca 2+ на клеточном уровне [ 17, 18], что, в свою очередь, может привести к изменению функции сосудов плаценты и, как следствие, к субоптимальному росту плода [19]. Другое исследование показало, что воздействие МФ может влиять на уровень клеточной активности глюкозы [20], что предоставило еще один возможный механизм наблюдаемых нами ассоциаций. Кроме того, мы ранее сообщали о связи между воздействием КНЧ-МФ на мать и повышенным риском укорочения эмбриональных зачатков, выкидыша и ожирения. Следовательно, биологически вероятно, что пренатальное воздействие КНЧ-МФ оказывает неблагоприятное воздействие на рост плода.

Исследование имело несколько сильных сторон. Самым важным преимуществом был перспективный характер дизайна исследования.Информация о пренатальном воздействии СНЧ-МЧ собиралась до рождения ребенка, что уменьшало искажение информации по сравнению с измерениями, выполненными ретроспективно. Во-вторых, мы измерили фактическое личное воздействие СНЧ-МП с помощью измерительного прибора количественно, что обеспечило более точное измерение СНЧ-МП и, таким образом, лучшую возможность обнаружить связь между пренатальным воздействием СНЧ-МП и ростом плода, если таковая существует. В-третьих, в настоящем исследовании удалось контролировать ряд потенциально искажающих факторов, таких как ИМТ родителей до беременности [21] и пассивное курение матери во время беременности [22], которые, как сообщалось, играли важную роль в массе тела при рождении.

Следует иметь в виду несколько потенциальных ограничений при интерпретации результатов этого исследования. Во-первых, однократное 24-часовое измерение может ограничить возможность получения полного профиля воздействия СНЧ-МП в течение интересующего периода времени, что приведет к неправильной классификации уровня воздействия МП. Однако конструкция, в которой женщина носила глюкометр в обычный день и контролировалась последовательно в течение 24 часов, повысила достоверность измерений воздействия на субъектов в течение 3-го триместра.Кроме того, ошибочная классификация, скорее всего, не будет дифференциальной в проспективном исследовании и приведет к смещению результатов в сторону нуля. Более того, измерение MF в течение обычного дня может в значительной степени снизить вероятность ошибочной классификации [23]. Во-вторых, измерителем EMDEX Lite было зарегистрировано только воздействие МП от чрезвычайно низкой частоты; Таким образом, наш вывод может относиться или не относиться к СЧ на других частотах. В-третьих, уровень участия в исследовании был несколько низким (около 56%). Это было проспективное когортное исследование, и уровень воздействия МФ был в значительной степени неизвестен широкой публике, так что низкий уровень участия вряд ли был связан с воздействием МФ.В-четвертых, возможна случайная находка, поскольку размер выборки мальчиков или девочек был относительно небольшим. Однако постоянные ассоциации, наблюдаемые между различными матрицами MF (TWA, P50 и P75) и индексами роста плода, могут уменьшить беспокойство. В-пятых, информация о курении матери во время беременности не собиралась. Однако в Китае курят лишь около 2,4% женщин [24]. Ожидалось, что процент женщин, куривших во время беременности, будет ниже 2,4% в этой когорте беременных женщин, и не ожидалось, что это сильно повлияет на наши оценки.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *