ایمنی میدان های الکترومغناطیسی 4ایمنی میدان های الکترومغناطیسی 4

استفاده از دستگاه های اندازه گیری مناسب تنها راه ارزیابی دقیق پرتوگیری EMF در محیط است.


1- حفاظت

1-1- اندازه گیری – اولین گام برای یک حفاظت موثر

ترکیبات متفاوتی از تابش فرکانس بالا و فرکانس پایین می تواند در یک محیط کاری وجود داشته باشد. استفاده از دستگاه های اندازه گیری مناسب تنها راه برای ارزیابی دقیق پرتوگیری EMF است. شبیه سازی و محاسبه میدان های الکترومغناطیسی بسیار دشوار است، چون شدت آنها می تواند در نتیجه بازتاب های پیچیده کم یا زیاد شود. ضمن اینکه مواردی از قبیل نشتی خطوط آنتن فقط می تواند بوسیله اندازه گیری مشخص شود. ایمنی از طریق پیشگیری با انتخاب مکان تجهیزاتی که میدان های الکترومغناطیسی تولید می­کنند، آغاز می گردد. محل های کاری که در آنها میدان می تواند از حد استاندارد تجاوز کند باید با تجهیزات ایمنی مناسب مجهز شوند. پرسنلی که با تجهیزات تولید کننده تابش الکترومغناطیسی کار می کنند یا آنها را مدیریت و پایش می کنند، باید در رابطه با راهکارهای ایمنی مربوطه آموزش ببینند که شامل موارد زیر خواهد بود:

 

استانداردهای دستگاه ها

در کنار استانداردهای محیط زیستی، استانداردهایی برای دستگاه ها نیز وجود دارند که بیشینه تابش مجاز را برای وسایل مختلف من جمله نمایشگرها و تلفن های همراه تعیین می کنند (مثل TCO). علامت CE تائید می کند که یک دستگاه تولید کننده امواج از یک تابش ایمن برخوردار است. این علامت تائید می کند که دستگاه های مختلف با یکدیگر تداخل نمی کنند. در واقع، این مهر برای تضمین کیفیت محصول به آن زده می شود و ارتباطی با بحث سلامتی و ایمنی شغلی ندارد.

 

شکل 19: اندازه گیری میدان های الکترومغناطیسی

1-2- راهکارهای حفاظتی مهم در صورت تجاوز از حدود پرتوگیری

محیط خطرناک باید توسط راهکارهای سازمانی مناسب ایمن گردد که می تواند شامل نصب سیستم های پایش آنلاین باشد. بسته به محتوی خطر، سایر راهکارها می توانند استفاده از قفل، سپر و محفظه باشند، برای اینکه اطمینان حاصل شود که فاصله مناسب با منبع تابش حفظ شده است. یک علامت هشدار باید نصب گردد. اگر به ناچار باید وارد ناحیه خطر شویم، (مثلا ناحیه خطر، ناحیه کاری است) قوانین مختلفی بسته به استاندارد یا دستورالعمل کاری مربوطه باید اعمال گردد، همانند:

افرادی که وارد چنین سایت های خطرناکی می شوند، باید لباس های محافظ بپوشند و یک دستگاه اندازه­­گیری یا پایش امواج شخصی علاوه بر برنامه زمان بندی دسترسی به سایت به همراه داشته باشند. بسیاری از اپراتورهای سیستم در حین کار با تجهیزات فرستنده رادیو و تلویزیون باید از لباس های محافظ استفاده کنند. همچنین لازم است تا از هر رویه قانونی لازم الاجرا در زمینه ایمنی امواج در کشور مربوطه پیروی گردد. همانند یک دتکتور گاز که برای اشخاصی که در معادن زیر زمینی کار می کنند ضروری است، هنگام کار بر روی تجهیزات گیرنده/فرستنده، به همراه داشتن دستگاه پایش شخصی برای همه افراد لازم است.

 

شکل 20: اندازه گیری آنتن های فرستنده رادیو و تلویزیون توسط دستگاه پرتابل

 

1-3- الزامات دستگاه های اندازه گیری EMF

بسته به محدوده فرکانسی، دستگاه های اندازه گیری EMF باید قادر به نشان دادن شدت میدان الکتریکی E، شدت میدان مغناطیسی H، چگالی شار مغناطیسیB  و چگالی توان S باشد. همچنین این تجهیزات باید الزامات بیان شده در استانداردها را برآورده کرده و شامل مواردی از قبیل حافظه ذخیره سازی داده، آلارم ها و هشدارها، صفر شدن اتوماتیک (ریست) و کارکرد ساده و راحت باشند. این قابلیت ها جزو سایر مزایای یک دستگاه سنجش امواج مناسب به حساب می آیند.

 

1-4- آمادگی برای اندازه گیری

 

چه دستگاه سنجشی مورد نیاز است و چه زمانی؟

ایمنی شخصی

پایش شخصی امواج، قابل حمل، کاربردی، دارای پاسخ فرکانسی وزنی، ضروری به هنگام کار با تجهیزات HF، عملکرد راحت (روشن کنید و پایش شروع می شود).

 

برای اندازه گیری کلی و بررسی مطابقت با استانداردهای EMF

دستگاه اندازه گیری EMF پهن باند با پراب های میدان E و H قابل تعویض، برای اندازه گیری طیف وسیعی از امواج (که بدن در معرض آن قرار دارد).

 

برای یافتن و اصلاح شدت میدان در یک فرکانس خاص

تجهیزات اندازه گیری EMF تفکیک فرکانسی که کل طیف را نمایش و هر فرکانسی و شدت میدان متناظر با آن را جداگانه نشان می دهد.

 

شکل 21: رویه اندازه گیری میدان های الکترومغناطیسی

1-5- انجام اندازه گیری

اندازه گیری باید در جایی انجام شود که در زمان کارکرد منابع تابش، بیشترین میزان امواج در آنجا وجود دارد. اگر چنین کاری غیرممکن است، مقادیر باید به طور صحیح برون یابی شوند. وقتی که اندازه گیری در محیط کار در حال انجام است، نباید شخصی در محل حضور داشته باشد؛ چرا که بدن انسان می تواند بر روی میدان تاثیر بگذارد و در اندازه گیری خطا ایجاد کند. شخصی که اندازه گیری انجام می دهد نباید حین اندازه گیری بین منبع میدان و پراب بایستد. دستگاه های سنجش که قابلیت کنترل از راه دور را دارند (مثلا با اتصال فیبر نوری)، در این مورد می توانند بسیار کاربردی باشند.

اندازه گیری پهن باند، اثر تجمعی همه سیگنال هایی که در یک باند فرکانسی مشخص حاضرند را نشان می دهد. بدین شکل پرتوگیری کلی موثر بر روی بدن انسان می تواند مورد بررسی قرار گیرد.

"پراب های شکل دار" مخصوص می توانند برای اندازه گیری پرتوگیری کل بر حسب درصد استاندارد مورد نظر مورد استفاده قرار گیرند. این کار از اتلاف وقت برای انجام محاسبات جلوگیری می کند و نتایج اندازه گیری را مستقیما با حدود بیان شده در استانداردها مقایسه می کند. اندازه گیری انتخاب فرکانسی برای تعیین درصد سهم هر فرکانس در میزان پرتوگیری کل استفاده می شود. یک اندازه گیری کلی، فرکانس سیگنال های غالب را تعیین می کند و پس از آن می توان در هر فرکانس خاص، اندازه گیری انجام داد. یک سیستم انتخاب فرکانسی برای چنین اندازه گیری هایی ایده آل خواهد بود. مقادیر اندازه گیری شده مستقیما به صورت شدت میدان بر حسب فرکانس نمایش داده می شوند. در حین اندازه گیری باید داده های سنجش ثبت و ذخیره گردند. این ذخیره سازی باید شامل تمامی جزییاتی باشد که توسط قوانین ملی و محلی خواسته شده است.  

 

1-6- ویژگی های میدان های فرکانس بالا

غیر ممکن است که بتوان جهت انتشار امواج را در یک میدان آزاد دقیقا تعیین کرد؛ از این رو باید از پراب های ایزوتروپیک (همه جهته) برای اندازه گیری شدت میدان استفاده کرد. این موضوع به خصوص برای اندازه­گیری در محیط هایی که شامل چندین منبع انتشار هستند، اهمیت فراوانی پیدا می کند. برای حذف مقادیر لحظه ای و غیرقابل استنادی که از حد استاندارد فراتر می روند، مقادیر شدت میدان اندازه گیری شده باید در یک بازه 6 دقیقه ای- همان طور که در بسیاری از استانداردها آورده شده- میانگین گیری شود. امروزه در اکثر دستگاه های سنجش میدان، قابلیت میانگین گیری 6 دقیقه ای وجود دارد.

به دلیل وجود امواج ایستا و بازتاب ها، در اطراف منبع تابش می تواند مینیمم (نقاط خالی-شدت میدان صفر) و ماکزیمم (نقاط داغ- مثلا زیر آنتن­ها) محلی ایجاد شود. برای بدست آوردن ماکزیمم شدت میدان منبع (نه ماکزیمم محلی)، اندازه گیری در نقاط مختلف و اندازه گیری در نزدیکی اجسامی که باعث بازتاب می شوند، توصیه می شود.

توزیع میدان به ندرت همگن است. برخی از دلایل این ناهمگنی می تواند بازتاب از آنتن های مجاور، ساختمان های با نمای فلزی، صفحات نمایش، حصارها و جرثقیل ها باشد. بنابراین برای ارزیابی پرتوگیری کل بدن، اندازه گیری در چندین نقطه باید انجام گیرد. سپس متوسط درجه دوم (میانگین فضایی) این مقادیر تعیین می شوند. این قابلیت در دستگاه های اندازه گیری مدرن تعبیه شده است.

به دلیل اندازه و ابعادی که بدن انسان دارد، نسبت به میدان های الکترومغناطیسی منتشر شده از منابع مختلف و با فرکانس­های متفاوت واکنش های مختلفی نشان می دهد. به این دلیل است که حدود ایمنی انسان بر حسب فرکانس تغییر می کند. بعد از اندازه گیری، شدت میدان در فرکانس های مختلف باید مورد ارزیابی قرار گیرد.

مدرن ترین دستگاه های سنجش امواج از "پراب های شکل دار" برای این نوع ارزیابی پاسخ فرکانسی به طور خودکار استفاده می کنند. سپس دستگاه حدود پرتوگیری را بر حسب درصد حدود استاندارد مربوطه نمایش می­دهد. وقتی که از پراب های شکل دار استفاده می شود، نیازی به دانستن در رابطه با حدود شدت میدان و فرکانس­ها نیست. این نوع از تجهیزات خصوصا در محیط های چند فرکانسی مفید هستند.

انواع مدولاسیون های معمولی مثل مدولاسیون دامنه (AM، فاکتور مدولاسیون پایین)، مدولاسیون فرکانس (FM) و مدولاسیون دیجیتال (GSM، UMTS) تاثیر چندانی بر نتایج اندازه گیری ندارند. اما عکس این موضوع برای سیگنال های پالسی در تجهیزات راداری صادق است. در اینجا پراب های ترموکوپل برای اندازه گیری دقیق تابش EMF با نسبت پالس/توقف بسیار بالا کارآمد خواهند بود. این پراب ها برای تعیین مقادیر RMS نسبت به پراب های دیودی بسیار کارآمدتر هستند.

اگر اندازه گیری ها در حضور میدان با شدت بالا انجام گیرد یا اندازه گیری های بلند مدت مورد نظر باشد، دستگاه های اندازه گیری باید دارای یک کارت حافظه و/یا یک اتصال اپتیکی برای کنترل از راه دور و قرائت داده ها باشند.

علاوه بر این، بدن انسان بر نتایج اندازه گیری در میدان های HF تاثیر می گذارد. خطای رزونانس و نقاط خالی (شدت میدان صفر) می تواند بسته به فرکانس، اندازه بدن و فاصله از دستگاه های اندازه گیری در سنجش میدان های E و H خطا ایجاد کند. اندازه گیری جداگانه میدان های E و H از تخمین شدت میدان الکترومغناطیسی کمتر از حد واقعی آن جلوگیری می کند. گاهی اوقات در فرکانس های خاصی، مقدار بدست آمده توسط اندازه گیری به دلیل همین تاثیرات، از شدت واقعی میدان بیشتر است. اما اگر اصل "اول ایمنی" را در نظر بگیریم، از آنجایی که این اتفاق باعث می شود احتیاط بیشتری در خصوص میدان داشته باشیم، قابل قبول می باشد. اندازه گیری ها باید تا حد امکان دور از بدن انجام گیرد، مثلا با دست های کاملا کشیده و یا استفاده از یک سه پایه چوبی و کنترل از راه دور دستگاه اندازه گیری.

 

مثال هایی از منابع میدان فرکانس بالا

آنتن های فرستنده رادیو و تلویزیون

میدان های E و H باید در ناحیه میدان نزدیک آنتن به طور جداگانه اندازه گیری و ثبت شوند. اغلب اوقات، چندین آنتن برای ارائه سرویس های مختلف در فرکانس های متفاوت در نزدیکی یکدیگر نصب می شوند (مثل آنتن های روی یک برج فرستنده تلویزیونی). استفاده از یک پراب شکل دار اندازه گیری را به طور قابل ملاحظه ای آسان می کند.

 

شکل 22: یک آنتن فرستند رادیو و تلویزیون

 

یافتن نشتی ها

موجبرها و کوپلرها در خطوط آنتن در معرض فرسودگی و پارگی هستند و باید به طور منظم وارسی شوند. در صورت وجود اشکال در این خطوط، میدان بسیار شدیدی تولید می شود. سنسورهای غیر مخرب برای اندازه گیری این میدان ها مورد نیاز هستند.

 

شکل 23: دستگاه حفاظت فردی

 

رادارها

تجهیزات تست که بتواند شدت بالای میدان را تحمل کند، برای اندازه گیری دقیق تابش پالسی با توان بسیار بالا مورد نیاز هستند. در این مورد، دستگاه های با RMS  واقعی (همانند سنسورهای ترموکوپل) معمولا دارای ارجحیت هستند.

 

شکل 24: رادار هواپیما

 

رادیوی سلولی (تلفن های همراه)

 تعداد بسیار بالای آنتن های تلفن همراه و نوع مدولاسیون سیگنال استفاده شده بدین معنی است که تجهیزات رادیویی سلولی به سرعت در حال پیشرفت هستند و لازم است تا به طور منظم در نقاط مختلف مورد ارزیابی قرار گیرند. اندازه گیری های پیشگیرانه خاص می تواند برای تخمین شدت میدان، وقتی که ایستگاه های پایه با تمام ظرفیت خود در حال کار هستند، انجام شود.

 

شکل 25: آنتن تلفن همراه

 

ارتباطات ماهواره ای

به طور کلی در اطراف ایستگاه های زمینی، شدت میدان بسیار کم یافت می شود. بنابراین تجهیزات تست و پراب مورد استفاده باید از حساسیت بسیار خوبی برخوردار باشند.

شکل 26: ایستگاه های زمینی ارتباطات ماهواره ای

 

ذوب و گداخت

در فرآیند ذوب و گداخت، میدان مغناطیسی بسیار شدید می تواند ایجاد شود. شدت میدان با نزدیک شدن به منبع میدان افزایش چشمگیری پیدا می کند. برای حفاظت از پرسنل و تجهیزات تست، باید با احتیاط به کوره های صنعتی نزدیک شد.

 

شکل 27: ذوب و گداخت صنعتی

 

گرمایش و بازپخت

سیستم های گرمایش فلزات در باندهای فرکانسی مختلفی کار می کنند. فرکانس های استفاده شده با توجه به شرایط مختلف کاری متفاوت هستند. میدان های مغناطیسی با شدت زیاد نیز بعضا مورد استفاده قرار می گیرند. دستگاه های اندازه گیری برای این سیستم ها باید قادر به اندازه گیری در بازه فرکانسی وسیعی باشند.

شکل 28: گرمایش و بازپخت صنعتی

 

جوشکاری

در نزدیکی الکترودهای جوشکاری، شدت میدان بسیار بالایی می تواند به طور لحظه ای وجود داشته باشد.  میدان های E و H باید به طور جداگانه اندازه گیری شوند.

شکل 29: جوشکاری

 

تولید نیمه هادی

تجهیزات تولید نیمه هادی ها از فرکانس های ISM خاصی استفاده می کنند (ISM مخفف صنعت، علوم و پزشکی است)، مثل MHz56/13، MHz12/27 و GHz45/2. میدان های E و H برای حصول اطمینان از تطابق با حدود مربوطه باید به طور جداگانه اندازه گیری شوند.

 

شکل 30: تولید نیمه هادی

 

اجاق ماکروویو

فرسودگی ماکروویوها می تواند باعث نشتی امواج از اطراف درز در، کابل های تغذیه و منبع RF شود، بنابراین وارسی منظم این گونه دستگاه ها ضروری است.

شکل 31: دستگاه ماکروویو

1-7- ویژگی های میدان های فرکانس پایین

برای میدان های LF (فرکانس کم) میدان های الکتریکی و مغناطیسی باید به طور جداگانه اندازه گیری شوند. چون ما تقریبا همیشه در ناحیه میدان نزدیک آنها هستیم و بنابراین این دو جزء میدان های الکترومغناطیسی مستقل از یکدیگر هستند. معمولا در محیط های صنعتی، ما با چندین منبع میدان مختلف که تابش فرکانس پایینی دارند رو به رو هستیم. اندازه گیری های ایزوتروپیک (همه جهتی) برای سنجش موثر میزان پرتوگیری مورد نیاز هستند. برای اندازه گیری با یک پراب یک محوره، باید دستگاه را در سه جهت مختلف نگاه داشت و میانگین درجه دوم (یا مربع جمع ریشه RSS) این سه اندازه گیری را محاسبه کرد. برای دستگاه های سنجش با پراب های ایزوتروپیک که سنسورهایی برای اندازه گیری میدان در هر سه جهت فضایی به طور همزمان دارند، نیازی به انجام چنین کاری نیست.

دستگاه های اندازه گیری پهن باند، پرتوگیری کلی برای همه شدت میدان ها را درون محدوده فرکانسی مشخص نشان می دهد. سیگنال ها می توانند به طور جداگانه با استفاده از فیلترها یا محاسبات ارزیابی شوند یا با استفاده از تکنیک هایی همانند تبدیل فوریه سریع (FFT) بر حسب اجزاء فرکانسی شان نشان داده شوند. برخی از دستگاه های اندازه گیری دارای فیلترهای band pass و band stop کارآمد (برای فیلتر کردن فرکانس­های نامطلوب) به همراه روش های تحلیل طیف مناسب هستند. اندازه گیری های بر پایه استانداردهای EU یا ملی و بین المللی می توانند به آسانی بوسیله اعمال منحنی های پاسخ فرکانسی خاص (shaping) انجام گیرند. سیگنال های چند فرکانسی در محدوده LF می توانند با تحلیل فرکانسی به راحتی ارزیابی شوند.  

نسخه حوزه زمانی سیگنال دریافت شده با استفاده از پراب به طور خودکار با استفاده از تبدیل فوریه سریع به حوزه فرکانسی تبدیل می شود. در همین حین، اجزاء طیفی تحلیل می شوند. نگاهی به طیف سریعا توزیع شدت میدان، فرکانس پایه و هارمونیک ها را مشخص می کند.

برای ارزیابی کارآمد پرتوگیری در معرض میدان های فرکانس پایین، اغلب لازم است تا دانش عمیقی راجع به میدان و دستگاه های اندازه گیری داشته باشیم. روش های اندازه گیری که به طور خودکار پاسخ فرکانسی را ارزیابی می کنند (پیک وزنی، حوزه زمانی شکلی) می توانند تا حد زیادی کار سنجش ما را راحت کنند. نحوه وابستگی حدود پرتوگیری به فرکانس به طور خودکار در نظر گرفته می شود. دستگاه های سنجش مناسب برای سنجش RMS و مقادیر پیک مورد نیاز هستند. وقتی که اندازه گیری های ایزوتروپیک انجام می گیرد، شدت اجزاء x، y و z میدان همزمان در نظر گرفته می شود. میدان های E و B به طور لحظه ای اندازه گیری می­شوند و بر حسب درصد حدود پایین در کل بازه فرکانسی نمایش داده می شوند. سیگنال هایی که دارای یک یا چند فرکانس هستند و همین طور سیگنال های پالسی، به درستی ارزیابی می شوند.

در حالی که شرایط جوی و محیطی تاثیر کمی بر روی میدان مغناطیسی دارند، حضور افراد، چگالش هوا، رطوبت و مه می توانند بر میدان الکتریکی تاثیر بگذارند. برای حذف هرگونه اثرات احتمالی بر روی بدن (به خصوص بر پرسنل سنجش)، اندازه گیری باید همیشه در یک فاصله مناسب با استفاده از دستگاه سنجش یا پراب میدان E از راه دور با کمک یک سه پایه- در صورت نیاز -انجام گیرد.

اگر میدان نیاز به پایش یا اندازه گیری طولانی مدت داشته باشند، باید از یک دستگاه اندازه گیری مجهز به یک کارت حافظه استفاده کرد. سپس نتایج اندازه گیری می تواند از طریق رابط اپتیکی دستگاه به یک کامپیوتر برای تحلیل بیشتر منتقل شود. کنترل از راه دور نیز معمولا توسط این رابط ها امکان پذیر است.

 

شکل 32: برهمکنش بین بدن و خطوط میدان مغناطیسی

 

 

شکل 33: برهمکنش بین بدن و خطوط میدان الکتریکی

 

مثال هایی از منابع میدان فرکانس پایین

خطوط انتقال نیرو

در اطراف ترانسفورماتورها میدان مغناطیسی شدت بیشتری دارد، در حالی که در اطراف خطوط انتقال نیرو، میدان الکتریکی دارای شدت بالاتری است. از آنجایی که هر روز تجهیزات انتقال نیروی بیشتری بر روی دکل های فشار قوی نصب می شوند، به همراه داشتن یک دستگاه پایش فردی برای بررسی حضور میدان های HF زمانی که در نزدیکی چنین تجهیزاتی کار می کنیم ضروری می باشد.

 

شکل 34: خطوط انتقال نیرو

 

حمل و نقل و سیستم ریلی

میدان های مغناطیسی می توانند با تجهیزات ایمنی یا دستگاه های کامپیوتری تداخل کنند. سیستم های ارتباط ریلی باید به طور منظم با استفاده از یک تجهیز RF مناسب تست و پایش شوند.

 

شکل 35: قطار مغناطیسی

 

کاربردهای صنعتی

سیستم های استفاده شده برای گرمایش، ذوب، گداخت و جوشکاری باید با اندازه گیری میدان های مغناطیسی در نزدیکی منابع میدان -به منظور کسب اطمینان از تطابق با قوانین و استانداردهای ایمنی شغلی- تست گردند.

 

شکل 36: جوشکاری