برهم کنش‌های الکترومغناطیسی فلزیاب‌ها

مجله تکنولوژی های پزشکی اروپا

2017؛ 1 (14): 33-40

حق نشر؛ 2016 توسط ISASDMT

همه حقوق محفوظ است

www.medical-technologies.eu

منتشر شده به صورت آنلاین در تاریخ 20/04/2017

 

چکیده

این مقاله سطوح و طیف های میدان های الکتریکی و الکترومغناطیسی تولید شده توسط گیت ردیاب فلزات را مورد بررسی قرار می دهد. سیستم های شناسایی پیرامون ما از انتشار عامدانه امواج الکترومغناطیسی به عنوان یک رسانه عمل کننده استفاده می کنند که بر انسان و محیط او اثر می گذارد. با استفاده از سنجشگر میدانی ESM-100، این امکان به وجود آمد که توزیع مقادیر شدت از چند سیستم گیت انتخاب شده تعیین شود. این مقادیر با حد مجاز شدت کنونی مقایسه شد.

کلید واژه ها: ردیاب فلزات، گسیل الکترومغناطیسی

 

مقدمه

در زمان کنونی، علاقه به تکنولوژی های ضد سرقت و سیستم هایی برای شناسایی تهدیدات تروریستی افزایش یافته است. برخی از این تکنولوژی ها، از تشعشعات الکترومغناطیسی برای یافتن فلزات استفاده می کنند. ردیاب ها یا همان ردیاب های فلزات، برای اهداف نظامی تولید شدند – مین های دارای ساخت فلزی را می توان با ردیاب ها یافت. در حال حاضر، ردیاب های فلزات صنعتی و سرگرمی بر بازار تسلط دارند در حالی که گیت ها برای یافتن فلزات در دادگاه ها و فرودگاه ها مورد استفاده قرار می گیرند. نمونه های صنعتی عمدتا برای یافتن لوله های آب، گاز یا خطوط نیروی زیر زمین یا درون دیوارهای ساختمان ها مورد استفاده قرار می گیرد. گروه بزرگی از ردیاب ها دستگاه های نصب شده ای هستند که در مکان ها عمومی، فرودگاه ها و دیگر مناطق محصور برای اهداف محافظتی مورد استفاده قرار می گیرند.

کاربردهای متعدد و افزایش محبوبیت این ردیاب ها باعث ایجاد نیاز به مطالعات علمی در خصوص تاثیرات امواج گسیل شده از چنین ابزارهایی بر ارگانیسم های انسانی گشته است و نتایج آن مشخص کننده قانونی سطح مجاز شدت امواج این دستگاه ها می باشد.

 

ردیاب های فلزات در گیت ها

گیت های مربوط به یافتن فلزات در فرودگاه ها و دیگر مکان های عمومی گسترش زیادی یافته اند. در حال حاضر، گیت های فلزیاب کنترل شونده توسط ریزپردازنده ها با پارامترهای خاص ردیابی و شناسایی در فرودگاه ها و دادگاه ها مورد استفاده قرار می گیرند. آن ها دارای محدوده ردیابی گسترده ای هستند که چند محدوده عمودی و افقی را در بر می گیرد. مدل های خاص این دستگاه می توانند اشیاء فلزی را در بیش از 30 مکان مختلف تشخیص دهند. افزایش محدوده های ردیابی باعث می شود که در هر دقیقه تعداد افراد بسیار بیشتری بتوانند از گیت عبور کند و با دقت بالا مشخص کنند که در چه جاهایی جستجوی بیشتر مورد نیاز است. اشیاء ممنوعه مختلفی قابل تشخیص هستند و اشیاء مجاز بسته به برنامه انتخاب شده برای دستگاه و تنظیمات حساسیت آن، قابل چشم پوشی هستند. طیف ردیابی، محدوده ای از کف تا بالای ردیاب را پوشش می دهد (شکل 1).

گیت فلزیاب باید استانداردهای سخت گیرانه امنیتی را تامین کند. از یک سو، گروهی از الزامات استانداردهای EMD (فلزیاب ارتقا یافته) مد نظر اداره امنیت ترابری (TSA)، استاندارد NIJ 0601.02  برای گیت های فلزیاب وجود دارد که در ارتباط با یافتن اسلحه و تست 3-Gun FAA (اداره هواپیمایی فدرال) بوده و باید رعایت شود؛ و از سوی دیگر، فلزیاب قبل از ورود به بازار باید از الزامات EMC (سازگاری الکترومغناطیسی) و همین طور CSA، TEC، CB و ICNIRP (کمیسیون بین المللی حفاظت در خصوص تشعشعات غیریونیزه کننده) و الزامات بین المللی و محیط زیست تبعیت کند.

دو نوع از ابزارها وجود دارند که در فضاهای عمومی دارای اهمیت خاص مورد استفاده قرار می گیرند. افراد از طریق گیت های الکترومغناطیسی و فلزیاب های دستی بازرسی می شوند. برخلاف آن، چمدان ها و اشیائی که توسط افراد / مسافران حمل می شوند، با دستگاه های اشعه ایکس مورد بررسی قرار می گیرند.

در زمان بررسی گیت ها، فرد در یک میدان متناوب الکترومغناطیسی می ایستد. مقدار آن تنها می تواند مطابق استانداردهای مورد اجرا باشد. بنابراین، شدت هردوی اجزای الکتریکی و مغناطیسی نمی تواند از آستانه مورد اعمال در خصوص افرادی که به صورت دائم در میدان ساکن هستند، فراتر رود. ولی، شخصی که از درون گیت می گذرد، با توجه به این که برای چند ثانیه به طور کامل در گیت قرار دارد، به صورت فرودی تحت تابش قرار می گیرد.

تحلیل توزیع شدت اچ و ای

تحلیل انجام شده در این مقاله بر اساس تحقیقات ما است که که روی دو نوع ردیاب انجام گرفته است. اندازه گیری ها در سال 2016 انجام شدند. یکی از ردیاب ها، در دادگاه های لوبلین و دیگری در گیتی قرار داده شد که در فرودگاه مورد استفاده قرار می گرفت. به خاطر مقررات امنیتی، اطلاعات اندکی در خصوص عملکرد این نوع از تجهیزات می توان ارائه کرد. بنابراین، تحلیل های برهم کنش های الکترومغناطیسی احتمالی سیستم های ذکر شده در بالا روی ارگانیسم های انسانی ارائه می گردد.

اصل معمول عملکرد ردیاب بر اساس تغییرات در مقدار القای مغناطیسی است. تعیین سیگنال های انتقال دهنده و دریافت کننده در ردیاب این امکان را می دهد که شرایط مناسب کارکردی از جمله آژیرها فعال شوند. تغییرات شناسایی شده در مقادیر القا را می تواند در اثر جریان های القا شده ادی در اشیاء فلزی باشد که در سطح کویل انتقال دهنده قرار دارند (شکل 2). تاثیر جریان های ادی، واکنش میدان مغناطیسی تولید شده از طریق میدان مغناطیسی با میدان مقطع دریافت کننده خواهد بود. انطباق برهم کنش ها باعث انحراف از حالت کارکردی می شود که به روشن شدن آژیر منجر می‌گردد.

راه حل های نهایی به طور کامل متفاوت هستند، و اغلب با سیستم ها و چیدمان های دارای پتنت حمایت می شوند.

سنجشگر ESM100، که برای تحقیق در این مقاله مورد استفاده قرار گرفته است، دارای حسگر میدان مغناطیسی ایزوتروپی است تا هردوی میدان مغناطیسی و جزء مغناطیسی را در طیف فرکانس 5 تا 400 kHz اندازه گیری کند. به خاطر اجزای فلزی سنجشگر، لازم بود رویه اندازه گیری خاصی در نظر گرفته شود که مستلزم اندازه گیری بلندمدت تا آژیر به صدا در نیاید.

اندازه گیری ها در دو مرحله انجام شد. در دوره اول، توزیع فضایی شدت اجزای الکتریکی و مغناطیسی تعیین شد. با حذف سنجشگر در فواصل مشخص شده (هر 10 سانتیمتر) از دیوارهای گیت، مقادیر و گرایش تغییرات شدت مشخص می شد. تست در سه محور اندازه گیری انجام شد – شامل محور اصلی در مرکز گیت با دو محور جانبی با زوایای 30 درجه ای خارج از طرف راست و چپ گیت. هندسه اندازه گیری محورها و مقادیر در شکل 3 ارائه شده است. گرایش آشکار مشاهده شده از کاهش القای مغناطیسی (شدت میدان مغناطیسی) به شکل چشمگیری با افزایش تدریجی فاصله از مقطع فعال گیت، کاهش می یابد.

اندازه گیری ها در ارتفاع 1 متری از سطح زمین انجام گرفتند.

قدم بعدی در رابطه با سناسایی شدت در نزدیک ترین فاصله از دیوارهای گیت در تابع ارتفاع بود. اندازه گیری ها هر 15 سانتیمتر یک بار انجام شدند، که از کف دیوارهای داخلی گیت آغاز می شدند. مقادیر به دست آمده صراحتا وجود دو محل «فعالی» را نشان می دادند که دارای مقاطع کویل انتقال دهنده بودند و همین طور مقاطع «منفعلی» که دارای سطح دریافت کننده بودند.

علاوه بر ردیایبی شدت در زمان تست، شناسایی امواج الکترومغناطیسی نیز انجام شد. فرم طیفی به دست آمده از طریق اوسیلوسکوپ دیجیتالی Rigol E102 نشان می داد که فرکانس و بزرگی هردو، ویژگی های سیگنالی فلزیاب را تنظیم می کنند. ما اجزای هماهنگی را طیف 4kHz تا 48kHz در سیگنال یافتیم.

دومین سیستم ردیابی، یک سیستم معمول است که در مناطق خاص مثل فرودگاه ها مورد استفاده قرار می گیرد. این سیستم عموما بزرگ تر (کشیده تر) بوده و به گونه ای ساخته می شود تا از طریق بسط خطوط ردیابی اشیاء شخصی و چمدان ها از طریق سیستم اشعه ایکس، تعداد افراد بیشتری اسکن شوند. کارکرد این سیستم ردیابی در شکل 6 نشان داده شده است.

همانند گیت های قبلی، تست شامل چند بخش بود. گام اول در رابطه با تعیین پارامترهای میدان های مغناطیسی و الکتریکی در امتداد محور انتقال و در راستای کل طول سیستم بازرسی بود. فواصل اندازه گیری به صورت هر 20 سانتیمتر یک بار تعیین شد و ارتفاع اندازه گیری نیز 1 متر از سطح زمین بود. مقادیر به دست آمده در شکل 7 نشان داده شده اند.

گام بعد از این مطالعه، اندازه گیری توزیع القای مغناطیسی بین دیوارهای گیت فلزیاب در ارتفاع یکسان بود. مقادیر به دست آمده به صورتی تصویری در شکل 8 نشان داده شده است.

نتایج به دست آمده در مقایسه با شدت قابل قبول

در خصوص تحلیل قرارگیری انسان در معرض میدان های مغناطیسی و الکتریکی فرکانس پایین (ELF و VLF – فرکانس های عملکردی فلزیاب ها)، میدان های مغناطیسی دارای اهمیت ویژه ای هستند.

مقادیر حداکثری مشاهده از میدان الکتریکی و مغناطیسی برای گیت اول 86.9 µT (70 A/m) و 554 V/m بود. در خصوص مورد تست دوم، بیشترین مقادیر مشاهده شده از میدان به ترتیب 41 µT (33.4 A/m) و 254 V/m بود. مقادیر به دست آمده مقادیر مجاز بر اساس مقررات اصلاح شده سال 2016 بیشتر نیستند (جدول 1). در خصوص فلزیاب های دستی نیز باید بیان داشت که میزان گسیل آن ها کمتر است. اندازه گیری های اسکنر دستی Terascan ESH-10 چند صد بار کوچک تر است – القای مغناطیسی در حدود 100 nT و جزء مغناطیسی 40 V/m است.

وضعیت مربوط به سازگاری پذیری ابزارهای الکترونیکی پزشکی کاملا متفاوت است. همان طور که توسط صنایع گزارش شده است، اختلالاتی که در خصوص دستگاه تنظیم کننده ضربان قلب اتفاق می افتد، در حقیقت حالتی است که در اثر انتقال به «فرکانس حالت ثابت» اتفاق می افتد و برای بیمار کاملا ایمن است. تحریک کننده های عصبی و الکتروشوک های اتوماتیک نیز واکنش نامطلوبی نسبت به میدان نشان نمی دهند. ولی کارکرد مانیتور هولتر مختل می شود.

میزان های مشاهده شده و مدت زمان های قرار گیری در معرض تشعشعات برای افرادی که به ندرت با فلزیاب های سر و کار دارند، مثل مسافران فرودگاه ها، کاملا ایمن است. اما استفاده گسترده تر از سیستم های ردیابی در بسیاری نهادهای عمومی و سیستم های ضد سرقت در فروشگاه ها، موجب افزایش شدت اثر امواج می گردد.

نتیجه گیری

در خصوص بیشتر تجهیزات تولید و مورد استفاده قرار گرفته، نیازی به انجام اندازه گیری ها و ارزیابی میزان قرار گیری در معرض میدان های الکترومغناطیسی وجود ندارد. تحقیقات وجود منطقه ایمن را مورد تایید قرار می دهند. با این وجود، تحقیقات مستقل نمودی از نگرانی های کاربران فلزیاب ها و افرادی که در کنار آن ها می ایستند و همین طور اظهارات و نتیجه گیری های مطالعات تحقیق بسیاری است که همچنان احتمال ایجاد عوارض مزمن را حتی در اثر قرار گیری در معرض میدان های نسبت ضعیف نشان می دهند.

در بدن انسانی که در معرض میدان الکترومغناطیسی قرار می گیرد، جریان الکتریکی ایجاد می شود که تاثیرات آن به فرکانس میدان بستگی دارد. برای مثال، در میدان هایی با فرکانس های متوسط و کوچک، بافت های عصبی و ماهیچه ای ممکن است تحریک شوند، و در فرکانس های رادیویی و مایکروویو، دمای بافت درون ارگانیسم یا سطح پوست افزایش می یابد. جریان های القایی می توانند در فرایندهای الکترو فیزیولوژیکی سلول های اعصاب و ماهیچه ها اختلال ایجاد کنند و موجب تحریک آن ها شوند.

محققان این مقاله اجازه نهادهای مربوطه را برای انجام این تحقیق کسب کرده اند اما برخی محدودیت ها در خصوص افشای اطلاعات حساس وجود داشته است که در رابطه با مسائل امنیتی بوده است.

دریافت اصل مقاله به زبان انگلیسی