Излучение сверхвысоких частот (СВЧ) или так называемое микроволновое излучение неблагоприятно воздействует на организм человека. Чтобы обезопасить себя и своих близких от последствий этого вида излучения применяют детекторы различной сложности, определяющие утечку излучения микроволновых печей, сотовых телефонов и других устройств. Как выявить опасное устройство — об этом и поговорим в этой статье.
Фото. 1. Внешний вид бытовой микроволновой печи Panasonic
Не все то, что написано в руководстве по эксплуатации бытовых приборов (особенно это касается переводных руководств) является правдой. Чаще всего — это так называемая полуправда: одной стороны все вроде бы и верно, но часто оказывается, что-то недосказано. То же относится к явлениям и процессам, которые могут быть опасны для жизни и здоровья человека или его вещей.
Не так давно минуло время (а может быть, еще и не минуло), когда портативные бытовые дозиметры пользовались огромной популярностью у населения. Нет, конечно, не каждая семья имела в квартире, загородном доме ядерный реактор, но продукты и те вещи, что покупали с рук и на рынках, явно требовали контроля. Нет-нет, да и зашкаливал дозиметр... По той же причине сегодня покупают приборы для замера уровня пестицидов в различных плодах природы.
Одним из источников неблагоприятного воздействия на организм человека является излучение сверхвысоких частот (СВЧ) или так называемое микроволновое излучение. Ярким примером электронного устройства с генератором СВЧ излучения (магнетроном) является микроволновая печь (см. рис. 1).
Кроме потенциально опасного для человека и животных СВЧ излучения, микроволновая печь (далее — печь) создает сильное электромагнитное излучение, которое оказывает отрицательное воздействие на некоторые предметы и вещи — например, наручные часы с электромагнитной системой (и другие).
Фото. 2. СВЧ печь Panasonic со снятой крышкой корпуса
Как правило, новая печь работает надежно и не является источником вредоносного излучения вне своего корпуса, но все же лучше не класть на нее часы, сотовые телефоны и другие предметы.
Печь, бывшая в ремонте вне сервисного центра, в которой заменялся основной элемент генератора — магнетрон, с поврежденным корпусом или имеющая повреждения рабочей камеры, волновода и другие недостатки, потенциально опасна для здоровья.
Чтобы выявлять такие вредоносные печи и другие устройства (например, полубитый мобильник), используют индикаторы СВЧ-излучения. Простейшая схема такого индикатора представлена на фото 3.
Фото 3. Простая схема индикатора СВЧ-излучения, которую можно собрать самостоятельно
Примечание к фото 3. Петля — это отрезок медного провода диаметром 1…1,5 мм. Для этой цели вполне подходит проволока для точечной электрической сварки. СВЧ-диод — диод типа 2А202А, ДК-В8 или аналогичный. Тестер — миллиамперметр с током полного отклонения стрелки 100 мкА. В нашем случае лучше применить стрелочный прибор, например, Ц4342, Ц4317 или аналогичный. Неполярный конденсатор — любой, например, типа МБМ.
Узел соединения магнетрона с источником питания содержит переходные конденсаторы, которые (совместно в дросселями) образуют фильтр для защиты от проникновения СВЧ-излучения из магнетрона и волновода во вне.
Принцип проверки микроволновой печи несложен — «петлю» с микроамперметром медленно проводят рядом с корпусом микроволновой печи (на расстоянии от него 1-6 см). Медленная скорость «сканирования» нужна для того, чтобы зафиксировать микроволновое излучение в наиболее опасной зоне печи.
Генератор СВЧ-излучения включается в печи во время приготовления пищи не постоянно, а периодически. Это заметно и визуально: чуть меркнет лампа подсветки внутри рабочей камеры печи, и чуть более шумит печь при включении генератора.
Что мы не знаем о магнетроне?
Важнейший компонент СВЧ печи — магнетрон — это электровакуумный диод, предназначен для генерирования колебаний СВЧ. При работе магнетрона выделяется мощность, которая переходит в тепло, поэтому внутри рабочей камеры создается тепловое электромагнитное поле. Генерируемая магнетроном мощность поступает по волноводу — устройству, передающему энергию в рабочую зону печи, представляющую собой прямоугольную камеру (рабочая камера).
Фото 4. Крупный план магнетрона
Рядом с волноводным выходом расположен вращающийся столик, на который помещают обрабатываемый продукт. Все это находится внутри корпуса печи.
Важно, чтобы излучение (опасное для жизни при непосредственном воздействии на человека) не выходило за пределы корпуса печи. Корпус печи представляет собой замкнутую металлическую конструкцию, которая одновременно является экраном для излучения СВЧ.
Для бытовой термообработки в диапазоне волн СВЧ используются электромагнитные колебания на частотах 2375, 2450 МГц — у очень старых моделей, и до 10-12 ГГц в современных печах. В табл. 1 приведены сведения о глубине проникновения электромагнитной волны (с потерями энергии) в некоторые из диэлектриков.
Таблица 1. Глубина проникновения электромагнитной волны в диэлектрике с потерями при температуре 20-25 ºС
Современные магнетроны (магнетроны с безнакальным автокатодом типа МИ и аналогичные) обеспечивают «мгновенную» (с первого импульса) готовность к работе на полную мощность без затраты энергии на разогрев катода, чем существенно повышается надежность работы магнетрона.
Применение безнакального магнетрона позволило упростить электрическую схему печи, исключив десятки радиокомпонентов. В связи с этим нет необходимости в трансформаторе, управляющем устройстве и регуляторе напряжения в цепи накала магнетрона (раз нет и самого накала), задающем и блокинг-генераторах, удалось уменьшить массу и габариты печи, снизить стоимость изделия, одновременно повысив его эксплуатационную надежность.
Возможные неисправности магнетронов:
анод магнетрона выполнен в виде медного цилиндра. Рабочее напряжение анода магнетрона (в зависимости от типа) колеблется в диапазоне 3800 — 4000 В. Мощность от 500 до 1200 Вт. Магнетрон крепится непосредственно на волноводе (рис. 3). В печах, где производитель располагает магнетрон с коротким волноводом, можно наблюдать такой дефект, как пробой слюдяной прокладки. Происходит это в результате загрязнения прокладки;
при пробое прокладки колпачок магнетрона расплавляется (это случается с магнетронами типа 2М-218Н(R), ОМ7S(20), 2M213-09F, 2М-219Н(В), 2M226-09F и конструктивно аналогичными). Его (колпачок) можно заменить аналогичным колпачком с другого магнетрона;
как любая лампа он может терять свою эмиссию, в результате чего значительно сокращается мощность энергии и увеличивается время приготовления. Обычно средний срок службы магнетрона (например, 2М213-хх) имеет предел 15 000 ч. Его КПД при этом составляет 75-80%, что является эффективным показателем для магнетронов генераторов СВЧ колебаний;
пробой переходных конденсаторов можно обнаружить с помощью тестера в режиме измерения сопротивления. Пробой происходит на корпус магнетрона. Устраняется неисправность путем замены всего узла.
Отдельно магнетрон можно проверить, только сформировав все необходимые для его работы напряжения.
Фото 5. Источник питания СВЧ-печи
В микроволновой печи вторым по значимости элементом после магнетрона является источник питания (Фото 5). От его надежности зависит вся безопасная работа печи.
Замечательным инструментом при ремонте и диагностике СВЧ печи, в частности при диагностике магнетронов, являются токовые клещи, например, ECT-650 «Escort».
Они позволяют измерить ток, потребляемый печью, ток высоковольтной обмотки трансформатора. Номинальный ток, потребляемый печью, 4,5 — 6 А, ток высоковольтной обмотки трансформатора 0,3 — 0,5 А.
Большие отклонения от указанных значений (особенно в сторону увеличения отдельных параметров) говорят о локальной неисправности магнетрона.
Вместе с тем занижение всех параметров может объясняться плохими контактами, начиная от сетевой розетки и заканчивая коммутационными элементами (реле, электрические микровыключатели, контакты).
Для того, чтобы удостовериться в исправности магнетрона и достаточном уровне СВЧ-излучения внутри корпуса печи, его проверяют детектором.
Детекторы СВЧ излучения
На фото 6 представлен промышленный детектор СВЧ-излучения, который можно приобрести в магазинах электротоваров.
Рис. 6. Детектор СВЧ излучения
Это устройство фиксирует нее только СВЧ импульсы, которые можно проверить, поднеся прибор непосредственно во время работы печи к ее стенкам. Оно также окажется полезным для поиска «жучков» работающих на сверхвысокой частоте, поиске сотовых телефонов и проверки их работы. Стоит такой промышленный тестер менее 500 руб.
Питается прибор от батареи типа 6F22 «Крона» с напряжением 9 В. Ток потребления устройства в режиме ожидания — единицы мкА, поэтому элемент питания служит долго. В верхней части корпуса размещен индикаторный светодиод.
Он загорится, когда в области детектора (показан на корпусе стрелочкой) будет присутствовать СВЧ-излучение. Устройство не измеряет мощность излучения, но фиксирует его наличие.
С помощью такого детектора можно проверять не только рабочие камеры микроволновых печей и наличие вне их корпуса вредоносного излучения, но и наличие излучения сотовых телефонов. Сделать это просто.
Надо поднести детектор к возможного источнику излучения, например к корпусу мобильника на расстояние 2-10 см. При активности сотового телефона: при входящем и исходящем вызове, несанкционированном «общении» сотового телефона с базовой станцией, при регистрации сотового телефона в сети (например, при включении сотового телефона) и в других случаях — индикатор детектора покажет наличие СВЧ излучения.
Этот наглядный урок не мешало бы использовать на уроках физики в школах, для того, чтобы люди понимали, насколько вредно или полезно постоянно носить сотовый телефон близко к собственному телу (на груди, на поясе, в кармане, особенно нагрудном).
Результаты вредоносного СВЧ излучения (особенно при постоянном воздействии) наверное, лучше прокомментируют ученые и медицинские работники. От себя добавлю лишь, что СВЧ излучение подобно атому, который может быть мирным и не очень. Это четко надо понимать, эксплуатируя как будто бы безобидную мобилу или микроволновую печь.
В качестве детектора излучения СВЧ можно применить и другой промышленный прибор, предназначенный для автомобилистов, который называется «индикатор искры». В продаже имеются такие устройства, одно из которых представлено на рис. 7.
Рис. 7. Фото (внешний вид) детектора СВЧ излучения — индикатора искры
Прибор предназначен для проверки высоковольтных цепей зажигания автомобилей. Внутри корпуса установлен датчик (такая же петля как на схеме рис. 5, только в миниатюре), реагирующий, как показала практика, не только на высокое импульсное напряжение в зажигании автомобиля, но и на СВЧ излучения микроволновой печи и сотового телефона.
Индикатором СВЧ излучения также служит светодиод красного свечения, установленный у стрелки «высокое напряжение».
На выносных проводах индикатор питается от любого источника питания с постоянным напряжением 8-15 В, в том числе от батареи типа «Крона» или автомобильного аккумулятора.
Особенность устройства в том, что оно имеет регулировку чувствительности (ручка регулировки вынесена на верхнюю часть корпуса). Стоит такой прибор в пределах 300 руб. Имея его, уже можно не заботиться о других детекторах СВЧ излучения.
Меры безопасной работы при ремонте и обслуживании СВЧ печей
Несоблюдение данных правил может привести к поражению электрическим током, травмам и выходу из строя достаточно дорогих компонентов СВЧ установки. Самым опасным (из всех доступных в бытовых условиях) для человека является переменный ток частотой 50 Гц, а так же СВЧ-излучение.
СВЧ печь, подключенную к сети 220 В (под напряжением) можно ремонтировать и проверять только в тех случаях, когда выполнение работ в отключенном от сети аппарате невозможно (настройка, регулировка, измерение режимов, поиск плохих контактов в виде «холодной пайки» и в аналогичных случаях).
При этом необходимо соблюдать осторожность во избежание воздействия опасного напряжения. Следует остерегаться ожога от нагревающихся элементов.
Во всех случаях работы с включенной печью необходимо пользоваться инструментом с изолированными ручками. Работать следует одной рукой, в одежде с длинными рукавами или в нарукавниках.
Другой рукой в это время нельзя прикасаться к корпусу печи и другим заземленным предметам (трубам центрального отопления, водопровода). Провода измерительных приборов должны оканчиваться щупами и иметь хорошую изоляцию.
Это общие правила электробезопасности.
Внимание, опасно:
пайка элементов печи, находящейся под напряжением;
ремонтировать печь, включенную в электрическую сеть, в помещении сыром, либо имеющим цементный или иной токопроводящий пол;
находится возле установки лицам, не ремонтирующим его;
как и любой источник СВЧ излучения, излучение магнетрона при прямом воздействии может вызвать повреждение глаз или ожоги кожи. СВЧ излучение человеческий глаз не видит;
при замене магнетрона будьте особенно внимательны. Не оставляйте монтажного мусора в волноводе;
перед заменой всегда разрежайте конденсатор в цепи питания магнетрона отрезком изолированного провода (шунтирующий резистор иногда выходит из строя).
Кроме того, при эксплуатации печи не допускается:
включать печь при открытой дверце либо сетки (она и сама не включится, так как на то есть защита, но этот пункт актуален для тех, кто пренебрегает этой защитой, отключая ее);
нельзя делать отверстия в корпусе (домохозяйки, мечтающие повесить печь на стену, словно хлебницу, да оставят такие мысли).
Это интересное устройство позволяет услышать мир электромагнитного излучения, что нас окружает. Оно преобразует колебания высокой частоты излучения, генерируемого разнообразными электронными устройствами в слышимую форму. Можно использовать его возле компьютеров, планшетов, мобильных телефонов и т. д. Благодаря ему вам удастся услышать действительно уникальные звуки, создаваемые работающей электроникой.
Принципиальная электросхема
Схема предполагает реализацию данного эффекта с как можно наименьшим числом радиоэлементов. Дальнейшие улучшения и исправления лежат уже на вашем усмотрении. Некоторые значения деталей вы можете подобрать для своих потребностей, другие являются постоянными.
Процесс сборки
Сборка предполагает использование макетной платы размером не менее 15 x 24 отверстия, и особое внимание обращается на расположение элементов на ней. На фотографиях показано рекомендуемое расположение каждого из радиоэлементов и какие связи между ними выполнить. Перемычки на печатной плате можно выполнить из фрагментов кабеля или отрезанных ножек от других элементов (резисторы, конденсаторы), которые остались после их монтажа.
Сначала надо впаять катушки L1 и L2. Хорошо отодвинуть их друг от друга, что даст нам пространство и увеличит эффект стерео. Эти катушки являются ключевым элементом схемы - они ведут себя как антенны, которые собирают электромагнитное излучение из окружающей среды.
После впайки катушек можно установить конденсаторы C1 и C2. Их емкость составляет 2,2 мкФ и определяет нижнюю частоту среза звуков, которые будут услышаны в наушниках. Чем выше значение ёмкости, тем ниже звуки воспроизводящиеся в системе. Большая часть мощного электромагнитного шума лежит на частоте 50 Гц, так что есть смысл его отфильтровать.
Далее припаиваем резисторы по 1 кОм - R1 и R2. Резисторы эти, вместе с R3 и R4 (390 кОм) определяют усиление операционного усилителя в схеме. Инвертирование напряжения не имеет в нашей системе особого значения.
Виртуальная масса - резисторы R5 и R5 с сопротивлением 100 кОм. Они являются простым делителем напряжения, который в данном случае будет делить напряжение 9 V на половину, так что с точки зрения схемы питается м/с напряжением -4,5 V и +4,5 V по отношению к виртуальной массе.
Можно поставить в панельку операционный усилитель любой со стандартными выводами, например OPA2134, NE5532, TL072 и другие.
Подключаем аккумулятор и наушники - теперь мы можем использовать этот акустический монитор для прослушки электромагнитных полей. Батарею можно приклеить к плате скотчем.
Дополнительные возможности
Что можно добавить, чтобы увеличить функциональность? Регулятор громкости - два потенциометра между выходом из схемы и гнездом для наушников. Выключатель питания - сейчас схема включена все время, пока не отсоединится батарейка.
При испытаниях оказалось, что устройство очень чувствительно на источника поля. Вы можете услышать, например, как обновляется экран в мобильном телефоне, или как красиво поет кабель USB во время передачи данных. Приложенный к включенному громкоговорителю работает как обычный и вполне точный микрофон, который собирает эл-магнитное поле катушки работающего динамика.
Вас достала слишком громкая музыка соседей или просто хотите сделать какой-нибудь интересный электротехнический прибор самостоятельно? Тогда можете попробовать собрать простой и компактный генератор электромагнитных импульсов, который способен выводить из строя электронные устройства поблизости.
Генератор ЭМИ, представляет собой устройство, способное генерировать кратковременное электромагнитное возмущение, которое излучается наружу от своего эпицентра, нарушая при этом работу электронных приборов. Некоторые всплески ЭМИ встречаются в природе, например, в виде электростатического разряда. Также существуют искусственные всплески ЭМИ, к таким можно отнести ядерный электромагнитный импульс.
В данном материале будет показано, как собрать элементарный генератор ЭМИ, используя обычно доступные элементы: паяльник, припой, одноразовый фотоаппарат, \кнопка-переключатель, изолированный толстый медный кабель, проволока с эмалированным покрытием, и сильноточный фиксируемый переключатель. Представленный генератор будет не слишком сильным по мощности, поэтому у него может не получиться вывести из строя серьезную технику, но на простые электроприборы он повлиять в состоянии, поэтому данный проект следует рассматривать как учебный для новичков в электротехнике.
Итак, во-первых, нужно взять одноразовый фотоаппарат, например, Kodak. Далее нужно вскрыть его. Откройте корпус и найдите большой электролитический конденсатор. Делайте это в резиновых диэлектрических перчатках, чтобы не получить удар током при разряде конденсатора. При полной зарядке на нем может быть до 330 В. Проверьте вольтметром напряжение на нем. Если заряд еще имеется, то снимите его, замкнув выводы конденсатора отверткой. Будьте осторожны, при замыкании появится вспышка с характерным хлопком. Разрядив конденсатор, вытащите печатную плату, на которой он установлен, и найдите маленькую кнопку включения/выключения. Отпаяйте ее, а на ее место запаяйте свою кнопку-переключатель.
Припаяйте два изолированных медных кабеля к двум контактам конденсатора. Один конец этого кабеля подключите к сильноточному переключателю. Другой конец оставьте пока свободным.
Теперь нужно намотать нагрузочную катушку. Оберните проволоку с эмаль-покрытием от 7 до 15 раз вокруг круглого объекта диаметром 5 сантиметров. Сформировав катушку, оберните ее клейкой лентой для большей безопасности при ее эксплуатации, но оставьте два выступающих провода для подключения к клеммам. Используйте наждачную бумагу или острое лезвие, чтобы удалить эмалевое покрытие с концов проволоки. Один конец соедините с выводом конденсатора, а другой с сильноточным переключателем.
Теперь можно сказать, что простейший генератор электромагнитных импульсов готов. Чтобы зарядить его, просто подключите батарею к соответствующим контактам на печатной плате с конденсатором. Поднесите к катушке какое-нибудь портативное электронное устройство, которое не жалко, и нажмите переключатель.
Помните, что не стоит удерживать нажатой кнопку заряда при генерации ЭМИ, иначе вы можете повредить цепь.
Кроме естественно мультиметра, нужно иметь специальный индикатор излучаемого им электромагнитного поля. И желательно собирать широкополосную схему, способную без переделки реагировать на частоты от FM до GSM. Именно такой детектор мы и будем делать. Схема этого индикатора поля представляет собой усилитель постоянного тока на операционном усилителе с каскадом УВЧ и ВЧ детектором. На входе УВЧ установлен фильтр высоких частот L1, C2, L2, C3, который обрезает сигналы с частотой ниже 10 МГц, в противном случае, прибор начинает реагировать на фон электропроводки и другие помехи. Усилитель ВЧ выполнен по схеме с общим эмиттером, режим выставляется резистором R1 так, что бы на коллекторе VТ1 было напряжение равное половине питающего.
Через конденсатор С4 сигнал поступает на диодный детектор VD1, здесь необходимо применять СВЧ германиевый диод ГД402, ГД507, нельзя применять диод Д9, максимальная частота которого 40 МГц. Выпрямленный сигнал поступает на вход ОУ через фильтр L3,L4,С6,С7, которые препятствуют попадания на вход ОУ ВЧ составляющей. Операционный усилитель работает от однополярного питания, поэтому для его нормальной работы, при помощи делителя на R4; R5 создана искусственная “средняя точка”. Усиление микросхемы определяется отношением R6/R8 при малых сигналах на входе. При увеличении напряжения на выводе 6 микросхемы до 0,6 вольт происходит открывание диода VD2 и в цепь обратной связи усилителя подключается резистор R7, что уменьшает усиление и делает шкалу прибора линейной.
В качестве ОУ можно применить 140УД12 или 140УД6. В случае использования УД6 резистор R9 из схемы необходимо удалить. Резистором R10 осуществляется установка шкалы прибора на 0. VT1 - СВЧ транзистор, например КТ399. Катушка L1 - 8 витков, провода 0,5 на оправке 5 мм., L2 - 6 витков того же провода. Дросселя L3, L4 по 50 - 100 мкГн.
Следующая схема представляет собой доработанную конструкцию, применение дополнительного ОУ позволило исключить резисторный делитель напряжения и улучшить характеристики прибора. Схема очень простая и не должна вызвать трудностей в изготовлении и настройки.
Данная конструкция способна засечь:
- Радиомикрофон V пит=3 В. F=93 МГц - 4 метра.
- Радиомикрофон, одно транзисторный, Vпит=3 В. F=420 МГц - 3 метра.
- Радио микрофон Vпит=3 В. F=860 МГц - 80 см.
- Китайская телекамера Vпит=9В. F=1200 МГц. - 4 метра.
- Мобильный телефон, во время передачи - до 7 метров.
Практически каждый начинающий радиолюбитель пробовал собрать радиожучок. На нашем сайте есть немало схем, многие из которых содержат всего один транзистор, катушку и обвязку - несколько резисторов и конденсаторов. Но даже столь простую схему будет нелегко правильно настроить не имея специальных приборов. Про волномер и ВЧ частотомер говорить не будем - как правило начинающие радиолюбители ещё не обзавелись такими сложными и дорогими приборами, но собрать простой детектор ВЧ не просто надо, а обязательно надо.
Ниже показаны детали, для него.
Данный детектор позволяет определить, идёт ли излучение высокой частоты, то есть генерирует ли передатчик хоть какой нибудь сигнал. Конечно он не покажет частоту, но для этого можно воспользоваться обычным ФМ радиоприёмником.
Конструкция ВЧ детектора может быть любой: навесной монтаж или небольшая пластмассовая коробочка, куда поместится стрелочный индикатор и другие детали, а антенну (кусочек толстого провода 5-10 см) выведем наружу. Конденсаторы могут применяться любых типов, допустимо отклонения номиналов деталей в очень широких пределах.
Детали детектора радиочастотных излучений:
- Резистор 1-5 килоом;
- Конденсатор 0,01-0,1 микрофарад;
- Конденсатор 30-100 пикофарад;
- Диод Д9, КД503 или ГД504.
- Стрелочный микроамперметр на 50-100 микроампер.
Сам индикатор может быть любым, даже если он на большой ток или напряжение (вольтметр), просто открываем корпус и убираем шунт внутри прибора, превращая его в микроамперметр.
Если вы не знаете характеристик индикатора, то чтоб узнать на какой он ток, просто подключите к омметру сначала на заведомо известный ток (где указана маркировка) и запомните процент отклонения шкалы.
А потом подключите неизвестный стрелочный прибор и по отклонению стрелки станет понятно, на какой ток он расчитан. Если индикатор на 50 мкА дал полное отклонение, а неизвестный прибор при том же напряжении - половину, значит он на 100 мкА.
Для наглядности собрал детектор ВЧ сигнала навесным монтажом и провёл измерения излучения от свежесобранного ФМ радиомикрофона.
При питании схемы передатчика от 2В (сильно севшая крона), стрелка детектора отклоняется на 10% шкалы. А при свежей батарейке 9В - почти половину.
