الجمعة، 14 أكتوبر، 2016

تجهيزات التسخين بالعزل الكهربائي

         تجهيزات التسخين بالعزل الكهربائي

تُستعمل تجهيزات التسخين بالعزل الكهربائي لتسخين المواد المقرر عزلها كهربائياً، مثل الأغذية والمنسوجات والخشب وما إلى ذلك، وتُنجز عملية التسخين عن طريق استعمال إشعاع الموجات الصغرية لتسخين جزيئات مستقطبة داخل مواد تُعزل بالكهرباء. وتتكون تجهيزات التسخين بالعزل الكهربائي من مولد قدرة ذي تردد راديوي، مثل مغنيطرون أو تجويف أو حجرة، ودليل موجي، ومفتاح تحكم في القدرة ذي تردد راديوي. ويتألف التجويف عموماً من لوحات معدنية وتُعكس الموجات الصغرية التي يولدها المغنيطرون داخل الجدار المعدني للتجويف حيث تمتصها العوازل الكهربائية.
وإذا كانتتجهيزات التسخين بالعزل الكهربائي مغلفة بالكامل بهيكل معدني، فإن من المفترض ألا ينبعث منها أي إشعاع. ونظراً لما يُوضع من مواد عازلة عبر باب يوجد في التجويف،فإن تسرب الموجات الصغرية يتم من خلال فجوة صغيرة يحدثها فتح الباب وإغلاقه، وهي بمثابة هوائيات الفتحة. وبذا فإن خصائص الإشعاع التي تتسم بها تجهيزات التسخين بالعزل الكهربائي مماثلة لتلك التي تتسم بها هوائيات الفتحة.
ويتراوح مثلاًالطول الموجي للموجات الصغرية لتجهيزات التسخين بالعزل الكهربائي بين حوالي 10 سنتيمترات و30  متراً. وتستعمل أفران الموجات الصغرية المستخدمة في المنازل التردد GHz 2,45ويبلغ طولها الموجي نحو 12,2سنتيمتراً. ونظراًلأن هذا الطول الموجي لا يتجاوز حجم التجهيزات، فإن حجم الفتحة أو طولها يصبح قابلاً للمقارنة مع الطول الموجي. وقد يكون الإشعاع المنبعث من تجهيزات التسخين بالعزل الكهربائي بمثابة إشعاع منبعث من صفيف هوائيات مطاورة.

         التطبيقات الطبية

التصوير بالرنين المغنطيسي (MRI) أو التصوير بالرنين المغنطيسي النووي (NMRI) هو أساساًمن تقنيات التصوير الطبية الأكثر شيوعاً من حيث الاستعمال في الأشعة الطبية لتصوير الهيكل الداخلي للجسم وبيان وظائفه. وبخلاف التصوير المقطعي المحوسب(CT)، فإن التصوير بالرنين لا يستعمل الإشعاعات المؤينة بل يستعمل مجالاًمغنطيسياً قوياًلمراصفة المغنطة النووية لذرات الهيدروجين الموجودة (عادة) في المياه التي يحتويها الجسم. وتُستعمل مجالات التردد الراديويلتغيير تراصف هذه المغنطة تغييراً منهجياًيؤدي إلى أن تولد نوى الهيدروجين مجالاًمغنطيسياًدواراً يمكن أن يكشفه الماسح الضوئي. وعادةما يُركّب نظام التصوير بالرنين المغنطيسي في غرفة كبيرة مدرعة لحماية المجالات الكهرمغنطيسية الخارجية، وكذلك انبعاثات مجال الترددات الراديوية في الخارج.
ونظراًلأن لفيفة الترددالراديوي في جهاز التصوير بالرنين المغنطيسي تمثل عروة منحنية مستطيلة الشكل، فإن خصائص الإشعاع مماثلة لخصائص أي هوائي ذي عروة. ويتراوح الطول الموجيلإشارة الترددات الراديوية للتصوير بالرنين المغنطيسيبين حوالي3أمتار و30متراً ويمكن مقارنته بحجم لفيفة الترددالراديوي. لذا فإن خصائص الإشعاع مماثلة لخصائص أي هوائي عام ذي عروة.
ويمكن النظر إلى الغرفة المدرعة الحاوية على نظام التصوير بالرنين المغنطيسي على أنها تجويف يحوي ثغرات صغيرة وكبلات دقيقة للاتصال والإمداد بالطاقة. وتصبح لفيفة الترددالراديوي في جهاز التصوير بالرنين المغنطيسي مصدراً لإثارة التجويف ويتسرب الإشعاع إلى خارج الغرفة المدرعة عبر الفجوات الصغيرة والكبلات الدقيقة. وعليه فإن خصائص إشعاع التصوير بالرنين المغنطيسي مشابهة لخصائص أي هوائي ذي فتحة وآخر سلكي.

        تحليل التداخل المحتمل

يتناول هذا القسم ما يلي:
(1       نماذج التداخل التي وضعتها اللجنة الدولية الخاصة المعنية بالتداخل الراديوي (CISPR)؛
(2       الحدود المبينة في المنشور 11الصادر عن اللجنة CISPR؛
(3       نتائج مستشفة من بعض قياسات إشعاع المجالات.

         نماذج التداخل التي وضعتها اللجنة الدولية الخاصة المعنية بالتداخل الراديوي (CISPR)

يبيّن هذا القسم نموذج التداخل المحتمل الذي وضعته اللجنة CISPRمن أجل حماية أجهزة استقبال الاتصالات الراديوية الموجودة على مقربة من التجهيزات الصناعية والعلمية والطبية (ISM). ويورد المنشور 16‑4‑4 الصادر عن اللجنة CISPRنموذجين اثنين يعملان بتردد أدنى من GHz 1 أو أعلى منه بغية تعيين حدود الإشعاعات المنبعثة من تجهيزات ISM باستخدام نظرية الاحتمالات. وهذان النموذجان اللذان أعدتهما اللجنةCISPRأداتان مفيدتان لتقييم أثر تجهيزات ISMعلى الخدمات الراديوية.

1.1.5    النموذج الأساسي

تستند نماذج اللجنةCISPRإلى النهج الإحصائي، ويوضح الشكل 3نموذج اللجنة الأساسي لتعيين حدود إشعاعتجهيزات ISMewفي الشكل المذكور هيالشدةالمطلوبة لمجال الإشارة المقرر حمايتها على مسافة قدرها rمترا في موقع هوائي الاستقبال المتأثر؛ وeirهي الشدة المسموح بها لمجال التداخل في موقع هوائي الاستقبال المتأثر، وتُحسب بواسطة المعادلة eir ew/rp، حيث rpههنا هي نسبة الحماية؛ وmirهو عامل مطابقة الاستقطاب بين استقطاب قيمة eirواستقطابهوائي الاستقبال المتأثر؛وlbهو عامل مسح المباني أو غيرها من العوائق؛ وdالمسافة الفاصلة بينجهاز القياس وتجهيزات ISM؛ وxمعامل انتشار الموجة.

وباستعمال هذه المعلمات، تُحسب شدة مجال التداخل المنظم لمصادر التداخل على مسافة قدرها dمبينة بقيمة ei، بالمعادلة التالية:
                                                            e= p [(ew/rp) mir lb (r/d)x]                                                       (8)
حيث:
         pهو عامل الاحتمالية الإحصائي المركبالذي يُحسب بواسطة الناتج p10 p9 p8 p7p6 p5p4 p3p2 p1على النحو التالي:
                 p1:  احتمال أن يكون الفص الرئيسي للإشعاع في اتجاه جهاز الاستقبال المتأثر؛
                 p2: واحتمال أن يكون لهوائيات الاستقبال الاتجاهية أعظم مستوى التقاط في اتجاه مصدر التداخل؛
                 p3: واحتمال أن يكون جهاز الاستقبال المتأثر مستقراً؛
                 p4: واحتمال وجود تجهيزات تولد إشارة تداخل عبر تردد هام؛
                 p5: واحتمال أن تكون قيمة التوافقية ذات الصلة أقل من إحدى قيم الحدود؛
                 p6: واحتمال أن يحدث نمط إشارة التداخل المولدة أثراً كبيراً في نظام الاستقبال؛
                 p7: واحتمالوجود عمليات متزامنة لمصدر التداخل ونظام الاستقبال؛
                 p8: واحتمال وجود مصدر التداخل ضمن مدىالمسافة التي يُرجح أن يحصل فيها التداخل؛
                 p9: واحتمال حدوث تزامن في أن تلبي بالضبط قيمة الإشعاع المنبعث عند حافة منطقة الخدمةالمحمية حد تداخل التردد الراديوي؛
                p10: واحتمال أن تؤمن المباني التوهين اللازم.
ويمكن إعادة تدوين المعادلة(8)للتعبير عنها بمقادير لوغارتمية على النحو التالي:
                                             Ei= P + EwRp + Mir + Lb +  x20 log(r/d)                                         (9)

2.1.5    نموذج اللجنة CISPR لمدى التردد الأدنى من GHz 1

يفترض أن تكون قيمة p بمقدار 1لكل GHz 1أدناه. واحتمال أن تكون النسبة الفعلية للإشارة إلى التداخل، R، عند منفذ دخل هوائي أحد أجهزة الاستقبال أكبر من الحد الأدنى المسموح به لنسبة الإشارة إلى التداخل، هو مكافئ لنوعية استقبال محددة سلفاً، q، على النحو التالي:
                                                              Pr{R(mR,sR) >Rp} = q                                                       (10)
حيث:
              Pr{ }:  وظيفة الاحتمال
         R(mR,sR):  النسبة الفعلية للإشارة إلى التداخل بوصفها وظيفة لمتوسط قيمتها (mR)والانحراف النمطي(sR)
                Rp:  الحد الأدنى المسموح به لنسبة الإشارة إلى التداخل (نسبة الحماية) ومقدار rp اللوغارتمي
                  q:  قيمة محددة تمثل مدى الموثوقية في الاتصالات.
وباتباع النموذج المبين في الشكل 3، يمكن التعبير عن قيمة Rبقيم الإشارة المطلوبة وإشارة التداخل وخسائر الانتشار وكسب الهوائي على النحو التالي:
(11)  R = Ew(mw,sw) + Gw(mGw,sGw) – [Ei(mi,si) + Gi(mGi, sGi) – Lo(mLo,sLo) – Lb(mLb,sLb) + Mir(mMir,sMir)] dB
حيث:
                Ew:  شدة المجال الفعلية للإشارة المطلوبة في موضع هوائي جهاز الاستقبال الراديوي بوصفها وظيفةلمتوسط قيمتها (mw) والانحراف النمطي (sw)
                 Ei:  شدة مجال إشارة التداخل على مسافة القياس dعبر أحد مواقع الاختبار بوصفها وظيفة لمتوسط قيمتها (mi) والانحراف النمطي (si)
                Gw:  القيمة الفعلية لكسب هوائي جهاز الاستقبال الراديوي للإشارة المطلوبة بوصفها وظيفة لمتوسط قيمتها (mGw) والانحراف النمطي (sGw)
                 Gi:  القيمة الفعلية لكسب هوائي جهاز الاستقبال الراديوي لإشارة التداخل بوصفها وظيفة لمتوسط قيمتها (mGi) والانحراف النمطي (sGi)
                 Lo:  القيمة الفعلية للعامل الذي يراعي توهين شدةمجال التداخل عبر مسير انتشاره إلى موضع هوائي جهاز الاستقبال الراديوي عندما ينتشر عبر الفضاء الحر من دون عقبات، بوصفه وظيفة لمتوسط قيمته (mLo) والانحراف النمطي (sLo)بالنسبة إلى مسافة القياس d عبر موقع الاختبار:
                                                                  Lo= x20 log(r/d)
                 Lb:  القيمة الفعلية للعامل الذي يراعي توهين شدة مجال التداخل الناجم عن العقبات التي تعترض مسير انتشارهبوصفه وظيفة لمتوسط قيمته (mLb) والانحراف النمطي (sLb) بالنسبة إلى قيمة الانتشار في الفضاء الحر.
                Mir:  القيمة الفعلية لعامل مطابقة الاستقطاب بين شدة مجال التداخل وهوائي الاستقبال في جهاز الاستقبال المتأثر بوصفهوظيفة لمتوسط قيمته (mMir) والانحراف النمطي (sMir). وعندما يكون استقطاب هوائي الاستقبال مطابقاً لاستقطاب eir، فإن القيمة المطلقة (mir)تساوي 1وتقل عن ذلك في جميع الحالات الأخرى. ونظراً لأن قيمة Mirومتوسط القيمة ذا الصلة (mMir)يُستعملان بوصفهما تعبيرين لوغاريتميين، فإن مقداريهما مساويان لقيمة dB 0أو أقل من ذلك، لذا تُعطى إشارة سلبية على الدوام.
وإذا كانت جميع المتغيرات العشوائية (RV)الواقعة إلى الجانب الأيمن من المعادلة (11)متغيرات غوسية ومستقلة عن بعضها بعضاً، فإن توزيع RV يصبح غوسيا عندئذ بمتوسط (mR)وانحراف نمطي (sR)تبينهما المعادلتان التاليتان:
                                         mR  =  mw + mGw − mi − mGi + mLo + mLb − mMir                                (12a)
                                        sR= (sw2 + si2 + sGw2+ sGi2 + sLo2 + sLb2+ sMir2 )1/2                                (12b)
ويمكن إعادة تدوين المعادلة (11)بتسويتها على النحو التالي:
                                              P[R(mR,sR) >Rp] = F[−(Rp − mR)/ sR] = q                                       (13)
وF[ ]ههنا هي وظيفة توزيع(DF) التوزيع الغوسي بمتوسط قدره m = 0وانحراف نمطي بقيمة s = 1. وباستعمال القيمة المعكوسة لوظيفة التوزيع الغوسي DFالمبينة بقيمة F-1[ ]، يُحصل على المتوسط Rبواسطة المعادلة الآتية:
                                                                    mR = Rp + tqsR                                                             (14)
حيث tq= F-1[q].
ومن ثم تحل المعادلتان (12a) و(12b) محل المعادلة (14)، وبعد إجراء بعض عمليات المعالجة، يُحصل على النتيجة التالية:
mi = mw + mGw − mGi + mLo + mLb − mMir − Rp – ta(sw2 + si2 + sGw2+ sGi2 + sLo2 + sLb2+ sMir2 )1/2 (15)
ونظراً لأن متوسط RV Eiيجب أن يكون أقل من الحد ELimit، فإننا نحصل على المعادلة الآتية:
                                                   Pr{Ei<ELimit} = F[(ELimitmi)/ si] = b                                             (16)
وبتطبيق المقدار F-1[ ] على (16)، يُعبّر عن قيمة ELimitبالمعادلة الآتية:
                                                                    ELimit = mi + tbsi                                                             (17)
وtbهي F-1[b]، ويُعاد ههنا تدوين قيمة mLo على النحو التالي:
                                                                mLo = x20 log(r/d)                                                         (18)
وxهو معامل انتشار الموجات الذي يحدد المعدل الفعلي للتوهين في الفضاء الحر.
وأخيراً، تُدمج المعادلات (15)و(17) و(18)لتُحسب قيمة ELimitعلى النحو التالي:
                                 ELimit = mw + mGw − mGi + x. 20log(r/d) + mLb − mMir − Rp
                                     + tbsi−ta(sw2 + si2 + sGw2+ sGi2 + sLo2 + sLb2+ sMir2 )1/2                               (19)
وعموماً فإن قيمتي taوtb تُحددان بمقدار 0,84على التوالي، وفقاً للتوصية46/1الصادرة عناللجنة الدولية الخاصة المعنية بالتداخل الراديوي (CISPR)(انظر المنشور 16‑4‑3 الصادر عن للجنة CISPR)، وذلك تلبية للشرط القاضي بأننسبة الأجهزة المنتجة في مجموعات والمستوفية لحد التداخل يجب أن تكون %80.
ويوضح الجدول2مثالا يبيّن الحد المحسوب باتباع النموذج الذي وضعته اللجنة CISPRبشأن التردد الأدنى من GHz 1.


         نموذج اللجنة CISPR لمدى التردد الأعلى من GHz 1

ينظر المنشور 16-4-4 الصادر عن اللجنة CISPRفي سبعة احتمالات أو عوامل تأثير بشأن مدى التردد الأعلى من GHz 1، على أن نموذج التداخل الإحصائي يُحصل عليه باتباع الخطوات نفسها المبينة في الفقرة 2.1.5على النحو التالي:
                              ELimit = mwRp+ mP1 + mP2 + mP3 + mP4 + mP5 + mP6 +mP7
                                  + tbsita(sP12 + sP22 + sP32+ sP42 + sP52 + sP62+ sP72 )1/2                           (20)
              ELimit:  متوسط قيمة شدة مجال التداخل المسموح بها على مسافة محددة، d، عن مصدر التداخل
                mw:  أدنى قيمة لشدة المجال المطلوب عند حافة منطقة الخدمة الراديوية المعنية
                Rp:  أدنى قيمة مقبولة لنسبة الإشارة إلى التداخل (أي نسبة الحماية) عند منفذ هوائي جهاز الاستقبال أو نقطة التغذية
           mP1/sP1:  قيمتا المتوسط والانحراف النمطي المتوقعتان اللتان تكفلان ألا يكون الفص الرئيسي لشدة مجال التداخل في اتجاه جهاز الاستقبال المتأثر
           mP2/sP2:  قيمتا المتوسط والانحراف النمطي المتوقعتان اللتان تكفلان ألا يكون لهوائيات الاستقبال الاتجاهية أعظم مستوى التقاط في اتجاه مصدر التداخل
           mP3/sP3:  قيمتا المتوسط والانحراف النمطيالمتوقعتان اللتان توفران إمكانية تحسين نسبة إشارة إلى ضوضاء لجهاز الاستقبال المتنقل في إحدى مناطق الخدمة الراديوية المعنية عن طريق الحفاظ على مسافة معينة عن مصدر الضوضاء
           mP4/sP4:  هامشا المتوسط والانحراف النمطي المتوقعان اللذان يكفلان أن تكون إشارة التداخل أدنى من الحد المعين
           mP5/sP5:  قيمتا المتوسط والانحراف النمطي المتوقعتان اللتان تكفلان أن يحدث نمط إشارة التداخل المولدة أثراً كبيراً في نظام الاستقبال
           mP6/sP6:  قيمتا المتوسط والانحراف النمطي المتوقعتان اللتان تكفلان أن يكون مصدر التداخل على مسافة عن نظام الاستقبال يُرجح ضمنها أن يحصل التداخل
           mP7/sP7:  قيمتا المتوسط والانحراف النمطي المتوقعتان اللتان تكفلان أن تؤمن المباني توهيناً إضافياً بقدر معين.
وتُحسب قيمة mP5 في المنشور الصادر عن اللجنة CISPRعلى النحو التالي:
 أ )         Bwant< Bnoise< Bmeas
                                                           mP5 = 10 log(Bwant/Bnoise)
حيث:
              Bwant:   عرض نطاق جهاز الاستقبال الراديوي قيد البحث بشأن الإشارة المطلوبة
             Bnoise:   عرض نطاق التداخل العريض النطاق
             Bmeas:   عرض نطاق القياسات المأخوذة بجهاز القياس
وفيما يلي العلاقات القائمة بين العناصر المذكورة:
ب)         Bmeas< Bnoise< Bwant
                                                                              mP5 = 10 log(Bnoise/Bmeas)
ج)          Bnoise> Bmeas and Bwant، على التوالي،
                                                           mP5 = 10 log(Bwant/Bmeas)
وتُحسب قيمة mP6بواسطة المعادلة x20 log(r/d)، ومما يُؤسف له أن القيم المضبوطة للمعلمات الأخرى المستعملة في المعادلة (20)غير معروفة. ونرى أن التجربة والخبرة العمليتين ستحددان المعلمات، باستثناء المعلمتين mP5وmP6.
ويرد في الجدول3مثال يبيّن الحد المحسوب باتباع النموذج الذي وضعته اللجنة CISPRبشأن التردد الأعلى من GHz 1.

ليست هناك تعليقات:

إرسال تعليق