專利名稱：個體電磁輻射暴露監(jiān)測報警儀的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電磁輻射監(jiān)測儀，特別涉及一種個體電磁輻射暴露監(jiān)測報警儀。
背景技術：
二十一世紀是電子信息的時代，隨著現(xiàn)代電子工業(yè)、電信產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展以及電器產(chǎn)品的普及，人類生存環(huán)境中的電磁能量密度不斷增強，由此產(chǎn)生的危害也日益嚴重，已成為繼水污染、空氣污染、噪聲污染之后的又一新的環(huán)境污染源，其危害性主要表現(xiàn)在以下兩個方面一方面電磁福射污染會威脅人類的健康，另一方面電磁波會干擾電子設備的正常運行。眾所周知，人類的生存和生活離不開一定的電磁環(huán)境，比如地球本身是一個磁體，太陽光也是一種電磁輻射，但是倘若周圍的電磁輻射超過某個閾值時，就會對人體形成威脅或造成危害損傷。電磁輻射危害人體的機理主要是熱效應、非熱效應和累積效應等。熱效應即電磁波會使人體的某些細胞或組織發(fā)熱。我們都知道，人體70%以上是水，水分子在電磁波輻射的作用下，人體內(nèi)分子發(fā)生取向作用，進行重新排列，由于分子重排過程中的相互碰撞摩擦，消耗了電磁能量而轉(zhuǎn)化成熱能。電磁振蕩頻率越高，電磁輻射能量越大，體內(nèi)分子的取向作用就越劇烈，熱作用也就越突出，產(chǎn)生的損傷就會越嚴重。當被人體吸收的電磁波能量達到一定程度時就會使人體發(fā)熱而出現(xiàn)高溫生理反應(或影響人體內(nèi)器官的正常工作)，人體將會出現(xiàn)神經(jīng)衰弱、白細胞減少等病變。非熱效應人體溫度不會升高，但會引起一定的生理反應。人體的器官和組織都存在微弱的電磁場，它們是穩(wěn)定和有序的，一旦受到外界電磁場的干擾，比如超過一定強度的電磁波長時間作用，處于平衡狀態(tài)的微弱電磁場即將遭到破壞，引起人體細胞膜的共振，使細胞的活動能力受限，這種在分子及細胞一級的水平上發(fā)生的效應既復雜又精細，會使人出現(xiàn)諸如心率、血壓的改變及失眠、健忘等生理反應。累積效應熱效應和非熱效應作用于人體后，對人體的傷害尚未來得及自我修復之前(通常所說的人體承受力——內(nèi)抗力)，再次受到電磁波輻射的話，其傷害程度就會發(fā)生累積，久之會成為永久性病態(tài)，危及生命。對于長期接觸電磁波輻射的群體，即使功率很小，頻率很低，也可能會誘發(fā)想不到的病變，應弓I起警惕。電磁輻射對人體的健康有一定的影響，如記憶力衰退、失眠、多夢、脫發(fā)、頭昏等癥狀。多種頻率電磁波特別是高頻波和較強的電磁場作用人體的直接后果是在不知不覺中導致人的精力和體力減退，容易產(chǎn)生白內(nèi)障、白血病、腦腫瘤，心血管疾病、大腦機能障礙以及婦女流產(chǎn)和不孕等，甚至導致人類免疫機能的低下，從而引起癌癥等病變。統(tǒng)計資料表明經(jīng)常在電腦前工作的人群中，上述疾病的發(fā)病率明顯高于普通人群。而目前還沒有一種能夠隨身攜帶并且在當所處環(huán)境電磁輻射達到或超過設定限值時能自動報警提醒人們離開的裝置
發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種個體電磁輻射暴露監(jiān)測報警儀，來對環(huán)境電磁輻射暴露進行監(jiān)測，當人體所處的環(huán)境電磁輻射達到或超過國家標準以及個人設定的某個標準值時，儀器能夠?qū)崟r的發(fā)出警報提醒人們離開該區(qū)域，從而達到保護人體健康的目的。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為個體電磁輻射暴露監(jiān)測報警儀，包括探頭單元和主機單元，兩者間通過通信連接；所述探頭單元完成電磁場測量和信號檢波，并將所得到的信號傳輸給主機單元；所述主機單元對探頭數(shù)據(jù)定時處理和顯示，保存測量值供以后處理和分析，并根據(jù)設定的閾值進行報警。進一步，所述探頭單元包括在不同頻段進行測試時不用更換的探頭、低噪聲放大器和檢波器，所述探頭將檢測到的信號傳輸?shù)綑z波器，經(jīng)檢波器處理過后再經(jīng)低噪聲放大器處理過后傳輸給主機單元。進一步，所述主機單元包括處理模塊、分別與CPU連接的系統(tǒng)啟動和存儲模塊、電源模塊、通信接口模塊、能夠在環(huán)境電磁輻射達到或超過閾值時提醒人們離開所在區(qū)域的報警模塊、液晶顯示屏模塊和鍵盤模塊。進一步，所述探頭為三維對稱陣子微帶天線的電磁場傳感器。進一步，所述探頭單元與主機通信采用光纖傳輸，探頭單元與主機上的接口使用光電轉(zhuǎn)換接口。進一步，所述探頭單元的探頭外部采用耐高溫PVC加固材料。進一步，所述CPU為基于微信號架構(gòu)的DSP處理器。進一步，所述報警模塊為聲光報警模塊。進一步，所述電源模塊為9V的堿性電池。本發(fā)明的有益效果是1、個體電磁輻射暴露監(jiān)測報警儀的探頭和主機是一體化的，不需要更換探頭就能檢測IOMHz至8GHz范圍的輻射信號強度，具有無方向性的電場及磁場測試。測量的單位及測量的模式均可選擇，以適用各種行業(yè)標準，測量結(jié)果可以用電場強度、磁場強度及功率密度等單位來表示。本發(fā)明可設定顯示值，即時測量值、最大測量值或平均測量值?？勺杂纱鎯妥x取測量數(shù)據(jù)，以備處理分析。2、該個體電磁輻射暴露監(jiān)測報警儀具有很寬的測量頻率范圍、良好的環(huán)境適應性、快速響應、動態(tài)范圍大、測量精度高、操作程序簡單，并且體積較小，便于隨身攜帶；當人體處于超過設定限值的電磁輻射環(huán)境中時，會發(fā)出蜂鳴警告，提醒人們離開所處環(huán)境，達到保護人體健康的目的。本發(fā)明的其他優(yōu)點、目標和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進行闡述，并且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領域技術人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發(fā)明的實踐中得到教導。本發(fā)明的目標和其他優(yōu)點可以通過下面的說明書來實現(xiàn)和獲得。


為了使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細描述，其中 圖1為本發(fā)明基本測量原理框 圖2為本發(fā)明主機單元示意 圖3為本發(fā)明CPU端口使用圖。
具體實施例方式以下將參照附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細的描述。應當理解，優(yōu)選實施例僅為了說明本發(fā)明，而不是為了限制本發(fā)明的保護范圍。如圖1所示，個體電磁輻射暴露監(jiān)測報警儀，包括探頭單元和主機單元；所述探頭單元包括三維對稱陣子微帶天線的電磁場傳感器、低噪聲放大器和檢波器，探頭單元能實現(xiàn)三向正交、帶寬綜合檢測電磁場，輸出三向場強綜合值或單向值，完成電磁福射的電磁場測量和信號檢波；所述主機單元主要完成測量信號的轉(zhuǎn)換、處理和顯示，對探頭進行定式數(shù)據(jù)接收，定時處理和顯示，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲、顯示及根據(jù)設定限值進行報警；并設計使用先進的數(shù)字信號處理方法，設計合理的人機界面，顯示各種需求的瞬時值、平均值、最大值，并保存測量值供以后處理和分析。電磁場探頭的優(yōu)劣對設備的電磁波接收性能有很大影響，其性能質(zhì)量取決于探頭的電氣參數(shù)。而報警儀設計為寬帶非選頻式輻射測量儀，因此要求探頭具有寬頻帶特性。本實施例采用微帶設計EP — 183S電磁場探頭，該探頭在10MHZ 8GHZ的超寬頻率范圍內(nèi)，頻率響應平坦，性能優(yōu)越，具有尺寸小、可靠性高、響應快和動態(tài)范圍大等特點，對于個體電磁輻射暴露監(jiān)測報警儀來說，無疑是最佳選擇。為了滿足探頭工作溫度的要求，提高探頭的抗振動性能，滿足個體電磁輻射暴露監(jiān)測報警儀系統(tǒng)工作溫度和抗沖擊指標，在此方面本實施例采用加固技術，對EP - 183S探頭進行加固處理，但是探頭是一個寬頻帶的電磁場測量探頭，對加固材料要求非常高，除了滿足機械性能外，必須滿足電磁環(huán)境的要求，即要求此加固材料在整個測量頻帶內(nèi)有均勻的電磁特性。因此設計使用了特殊的耐高溫PVC加固材料，能夠在達到測量電磁要求的同時滿足機械環(huán)境的要求。個體電磁輻射暴露監(jiān)測報警儀的主機單元包括處理模塊、CPU、系統(tǒng)啟動和存儲模塊、電源模塊、通信接口模塊、報警模塊、液晶顯示屏模塊和鍵盤模塊。由于個體電磁輻射暴露監(jiān)測報警儀為便攜式的測量儀器，其供能電池的容量受到較大限制，因而減少功率消耗是能限系統(tǒng)正常工作的關鍵。而減少功率消耗，可以從幾個角度考慮一方面硬件器件的功耗要小，另一方面芯片有靈活的功率控制機制。另外，要實現(xiàn)良好的人機交互、強大的功能、較高的實時性，關鍵是要選擇高性能的處理芯片作為主機的CPU。本實施例采用基于微信號架構(gòu)的DSP(Digital Signal Processor數(shù)字信號處理器)，該處理器具有雙MAC結(jié)構(gòu)，具有單指令多數(shù)據(jù)的處理能力。本實施例采用ADSP-BF-533，當然為了滿足不同的需求選擇不同的處理器。ADSP-BF-533具有豐富的片上資源，具備了如實時日歷鐘、JTAG端口、UARTO端口、SPORT端口、通用I/O端口、地址端口、SPI端口、定時/計數(shù)器、看門狗等基本外設資源。如圖3所示，個體電磁輻射暴露監(jiān)測報警儀主機單元使用ADSP-BF533的JATG端口實現(xiàn)軟件在線編程調(diào)試，程序下載功能；使用地址線ADDROl ADDR18、數(shù)據(jù)線DATAO DATA15、A0E,AWE、AMS0和AMSl —起實現(xiàn)對Flash存儲芯片的讀寫功能，而Flash存儲芯片主要是用來引導ADSP-BF533系統(tǒng)啟動的；使用SPI端口對片外存儲芯片EEPROM讀寫，實現(xiàn)報警儀測量數(shù)據(jù)存儲功能；使用SPORTO端口對外部電池電量讀取，實現(xiàn)報警儀電量測量功能；使用SPORTl端口構(gòu)成RS232串口，實現(xiàn)報警儀上下位機通信功能；使用通用I/O 口 PR) PF9，組成功能按鍵，實現(xiàn)報警儀按鍵功能；使用通用I/O 口 PF10，實現(xiàn)報警儀的報警功能；使用通用I/O 口 PFll控制液模塊，實現(xiàn)報警儀的液晶顯示功能；使用通用I/O 口 PF12控制電源模塊，實現(xiàn)報警儀的電源提供功能。個體電磁輻射暴露監(jiān)測報警儀主機面板上設置一個電源開關按鍵，實現(xiàn)報警儀的開機關機功能。系統(tǒng)上電后，通過系統(tǒng)啟動模塊將FLASH存儲器上的引導程序自動裝入內(nèi)部存儲器，引導主芯片啟動，使得系統(tǒng)能進行正常地工作。報警儀主機模塊通過探頭接口單元完成探頭和報警儀主機的連接通信，由報警儀主機向探頭發(fā)送命令獲取探頭測量的電磁場值，并檢測探頭狀態(tài)，實現(xiàn)對探頭的管理。由液晶顯示屏顯示各功能畫面，如當前實時測量值、時間日期、設置、電池電量、門限值、已保存的測量數(shù)據(jù)等。參數(shù)非易失存儲主要實現(xiàn)報警儀的保持數(shù)據(jù)的功能，可以保存當前單次測量值，也可以保存某個時間段內(nèi)的測量值，每個測量值包括的數(shù)據(jù)有記錄序號、年月日、時分秒、測量電磁場值(格式為xxx.x)。存儲大量的數(shù)據(jù)，僅僅靠ADSP-BF-533芯片上的數(shù)據(jù)存儲空間是遠遠不夠的。為了方便回調(diào)顯示和分析所測量的數(shù)據(jù)，滿足設計指標中多個數(shù)據(jù)存儲與長時記錄的要求，其中每組數(shù)據(jù)包括測量的時間(精確到秒)，測量值(精確到O.1V/M)，本發(fā)明采用ADSP-BF-533內(nèi)部的實時鐘電路，用于記憶當前時間(年/月/日/時/分/秒)，本實施例存儲部分采用AT25128AN-10S1-2. 7 (EEPROM)進行參數(shù)的非易失存儲。當存儲參數(shù)時，將測量數(shù)據(jù)和時間信息，一并存儲。該器件為SPI接口的EEPR0M，其工作溫度為-40 +50°C，容量為131，072Byte，數(shù)據(jù)能夠保持100年，能夠進行1000000次的擦寫，完全滿足設計要求。電源模塊主要 實現(xiàn)給個體電磁輻射暴露監(jiān)測報警儀系統(tǒng)提供穩(wěn)定的工作電壓，保證系統(tǒng)在工作溫度范圍內(nèi)可連續(xù)工作至少12小時以上。因此電源的選擇也是非常重要的，需要選擇寬溫的電池。本實施例的電源模塊采用一節(jié)9V堿性電池供電。聲光報警模塊實現(xiàn)了個體電磁輻射暴露監(jiān)測報警儀系統(tǒng)的聲光報警提示功能，當電量不足或測量值過門限時通過蜂鳴器發(fā)出“滴……滴……滴…”的聲音進行告警。在報警電路中使用了 MOS進行驅(qū)動。使用BF533的通用I/O 口 MOS管，進而控制燈的閃。本實發(fā)明還可以采用振動的方式實現(xiàn)報警。鍵盤模塊設計10個功能按鍵，分別實現(xiàn)測量單位選擇(電場強度V/m、磁場強度mA/m、功率密度mW/m2、功率密度μ W/cm2)、顯示模式選擇(即時測量值、最大測量值、平均測量值或最大平均值)、測量數(shù)據(jù)查詢、保存測量數(shù)據(jù)和設置參數(shù)(校正因素設置、門限設置、時間日期設置、報警設置、自動關機設置)等功能。個體電磁輻射暴露監(jiān)測報警儀系統(tǒng)通信接口分兩個，其中一個通信端口，使用了ADSP-BF533的端口一串行通信口，用于實現(xiàn)報警儀主機和探頭連接通信，讀取探頭測量電磁場數(shù)據(jù)，檢測探頭狀態(tài)等功能；另外一個通信端口，使用了 ADSP-BF533的SPORTl 口，用于個體電磁輻射暴露監(jiān)測報警儀主機(下位機)與PC機(上位機)通信，實現(xiàn)上位機對下位機的參數(shù)讀取設置、默認參數(shù)設置、校準系數(shù)、讀取全部保存下來的測量數(shù)據(jù)等功能。探頭通信接口模塊主要實現(xiàn)個體電磁輻射暴露監(jiān)測報警儀主機和探頭連接通信、主機對探頭定時巡檢、對探頭的測量電磁場數(shù)據(jù)快速地讀取和存儲、檢測探頭狀態(tài)等功能。探頭單元與主機通信采用光纖傳輸，探頭單元與主機上的接口使用光電轉(zhuǎn)換接口，使儀器的抗干擾性能強、數(shù)據(jù)傳輸效率高、工作電流小。上下位機通信接口主要實現(xiàn)個體電磁輻射暴露監(jiān)測報警儀主機(下位機)與PC機(上位機)通信，實現(xiàn)上位機對下位機的參數(shù)讀取設置、默認參數(shù)設置、校準系數(shù)、讀取全部保存下來的測量數(shù)據(jù)等功能。個體電磁輻射暴露監(jiān)測報警儀系統(tǒng)使用DSP內(nèi)部自帶的SPORT 口與上位機(9針串口)相連。個體電磁輻射暴露監(jiān)測報警儀的處理模塊主要包括上位機處理模塊和下位機處理模塊，上位機即為用于對報警儀進行參數(shù)設置、測量數(shù)據(jù)提取的PC機，下位機即本個體電磁輻射暴露監(jiān)測報警儀測試主機，下位機模塊主要完成測量信號的處理及測量值的顯示，設計使用先進的數(shù)字信號處理方法，顯示各種需求的即時值、平均值、最大測量值、最大平均值，保存測量值供以后處理和分析，實現(xiàn)按鍵對應的功能操作，與上位機進行通信等功能。上位機模塊主要是設計合理的人機界面，實現(xiàn)上下位機通信，上位機控制下位機，對其進行參數(shù)設置、校準設置、數(shù)據(jù)讀取和數(shù)據(jù)處理等功能。本實施例個體電磁輻射暴露監(jiān)測報警儀的探頭和主機是一體化的，不需要更換探頭就能實現(xiàn)IOMHz—8GHz的寬頻電磁福射監(jiān)測與報警,當人體暴露的電磁福射環(huán)境超過設定值時，報警儀會發(fā)出蜂鳴警告提醒人們離開所在區(qū)域，從而達到保護人體健康的目的。最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發(fā)明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本技術方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明的權利要求范圍當中。
權利要求
1.個體電磁輻射暴露監(jiān)測報警儀，其特征在于包括探頭單元和主機單元，兩者間通過通信連接；所述探頭單元完成電磁場測量和信號檢波，并將所得到的信號傳輸給主機單元；所述主機單元對探頭數(shù)據(jù)定時處理和顯示，保存測量值供以后處理和分析，并根據(jù)設定的閾值進行報警。
2.根據(jù)權利要求1所述個體電磁輻射暴露監(jiān)測報警儀，其特征在于所述探頭單元包括在不同頻段進行測試時不用更換的探頭、低噪聲放大器和檢波器，所述探頭將檢測到的信號傳輸?shù)綑z波器，經(jīng)檢波器處理過后再經(jīng)低噪聲放大器處理過后傳輸給主機單元。
3.根據(jù)權利要求1所述個體電磁輻射暴露監(jiān)測報警儀，其特征在于所述主機單元包括處理模塊、分別與CPU連接的系統(tǒng)啟動和存儲模塊、電源模塊、通信接口模塊、能夠在環(huán)境電磁輻射達到或超過閾值時提醒人們離開所在區(qū)域的報警模塊、液晶顯示屏模塊和鍵盤模塊。
4.根據(jù)權利要求2所述個體電磁輻射暴露監(jiān)測報警儀，其特征在于所述探頭為三維對稱陣子微帶天線的電磁場傳感器。
5.根據(jù)權利要求1所述個體電磁輻射暴露監(jiān)測報警儀，其特征在于所述探頭單元與主機通信采用光纖傳輸，探頭單元與主機上的接口使用光電轉(zhuǎn)換接口。
6.根據(jù)權利要求1所述個體電磁輻射暴露監(jiān)測報警儀，其特征在于所述探頭單元的探頭外部采用耐高溫PVC加固材料。
7.根據(jù)權利要求2所述個體電磁輻射暴露監(jiān)測報警儀，其特征在于所述CPU為基于微信號架構(gòu)的DSP處理器。
8.根據(jù)權利要求3所述個體電磁輻射暴露監(jiān)測報警儀，其特征在于所述報警模塊為聲光報警模塊。
9.根據(jù)權利要求3所述個體電磁輻射暴露監(jiān)測報警儀，其特征在于所述電源模塊為9V的堿性電池。
全文摘要
本發(fā)明公開一種個體電磁輻射暴露監(jiān)測報警儀，包括探頭單元和主機單元。所述探頭單元完成電磁輻射的測量和信號檢波；所述主機單元對探頭數(shù)據(jù)定時處理和顯示，保存測量值供以后處理和分析，并根據(jù)設定的閾值進行報警。本發(fā)明公開的個體電磁輻射暴露監(jiān)測報警儀具有很寬的測量頻率范圍、良好的環(huán)境適應性、快速響應、動態(tài)范圍大、測量精度高、操作程序簡單，個體較小、易于隨身攜帶等特點，當個體暴露于電磁輻射環(huán)境中時，通過其對電磁信號進行實時監(jiān)測，實現(xiàn)了對危險電磁輻射環(huán)境的預警及保護功能。
文檔編號G01R29/08GK103033691SQ20121055072
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月18日 優(yōu)先權日2012年12月18日
發(fā)明者張濤, 余爭平, 周舟, 張廣斌, 高鵬 申請人:中國人民解放軍第三軍醫(yī)大學