Скрипник Ю О, Шевченко К Л, Яненко А Ф Київський національний університет технологій та дизайну вул Немировича-Данченка, 2, м Київ, 01011, Україна тел: 044 2562993, e-mail: autom@icomua

Анотація – Розглянуто нові методи підходу до оцінки комфортності одягу побутового та спеціального призначення з урахуванням електрофізичних характеристик матеріалів, які використовуються для її виготовлення

I                                       Введення

Між навколишнім середовищем і тілом людини постійно відбувається взаємодія електромагнітних випромінювань Найбільш інтенсивно воно проявляється в інфрачервоній області довжин хвиль, наслідком чого є теплове рівновагу людини і навколишнього середовища Не менш важливий і обмін електромагнітної енергією в області міліметрових і сантиметрових радіохвиль

Встановлено, що крім рівноважного радіоте-теплового випромінювання, людині, як живій істоті, властиво когерентне електромагнітне випромінювання клітин, резонансні частоти яких лежать в міліметровому діапазоні довжин хвиль (10 ^ ° .. 10 ^ ^ Гц) Поза тілом людини через заломлення та поглинання в шкірному покриві це випромінювання сильно слабшає і порушується його когерентність Але його інформаційні та керуючі властивості зберігаються і виявляються при взаємодії з іншими біологічними обєктами і навколишнім середовищем

Матеріали для одягу є своєрідним екраном, що перешкоджає випромінюванню біоінформа-ційної складової поля людини і послаблює вплив зовнішніх електромагнітних факторів Одяг є діелектричним покриттям, через яке випромінювання тіла проходить з відносно малим загасанням Але із за відмінності діелектричних властивостей матеріалів для одягу та шкіри на їх межі розділу відбувається відображення електромагнітних хвиль Це і перешкоджає вільному обміну електромагнітною енергією між внутрішнім джерелом випромінювання людини і зовнішніми джерелами Так, якщо відносна діелектрична проникність шкіри становить 14 .. 16 одиниць, то бавовняні нитки мають 8 .. 10 одиниць, капрон і інші синтетичні нитки 2,7 .. 4,5 одиниць Однак оцінка комфортності тільки по діелектричної проникності матеріалів для одягу недостатня, оскільки не враховується загасання електромагнітного випромінювання по товщині матеріалу, а також його випромінювальна здатність в навколишнє середовище [1]

II                               Основна частина

Найбільшого поширення набули методи оцінки комфортності [2], суть яких полягає в тому, що досліджуваний матеріал розміщують на металевому сердечнику з вмонтованим електричним нагрівачем, теплове випромінювання від якого вимірюють . При цьому реєструють два значення температури: при безпосередньому контакті термоелектричного датчика з матеріалом і при видаленні його на фіксовану відстань Комфортність матеріалу оцінюють за його випромінювач-ної здатності, яка визначається за різницею виміряних термоЕРС

Однак такий метод характеризує тільки тепловий комфорт людини і не відображає можливі стану фізіологічного дискомфорту при впливі радіочастотних полів Тому одяг, яка добре захищає від холоду або теплових впливів, може виявитися зовсім непридатною в зонах з високим рівнем радіовипромінювання

Відомі також методи оцінки комфортності матеріалів для одягу [3], що складаються в тому, що зразок досліджуваного матеріалу розміщують на шкірі людини і приймають антеною електромагнітне випромінювання, що проходить через матеріал Крім того, метод включає вимірювання коефіцієнта випромінювання досліджуваного матеріалу при його нагріванні до температури 37,0 ± 0,5 ° С

При цьому вимірюється тільки випромінювальна здатність нагрітих матеріалів, але не враховується їх відображає і поглощательная здатність Із за надзвичайно низького рівня радіотеплового випромінювання людини при температурі 37 ° С (не більше 10′ “‘ Вт / см ^) точність вимірювання інтенсивності електромагнітного випромінювання невисока, що не дозволяє достовірно оцінювати комфортність матеріалів для повсякденного і захисного одягу

Авторами запропоновано метод оцінки комфортності матеріалів одягу Функціональна схема пристрою, що дозволяє здійснювати перевірку матеріалів одягу в електромагнітному полі людини і кількісно оцінювати комфортність цих матеріалів, показана на рис1

Пристрій працює таким чином

На поверхні шкірного покриву людини розміщують зразок досліджуваного матеріалу 2 Електромагнітне випромінювання людини частково відбивається від зразка матеріалу, частково поглинається і розсіюється в ньому Минула частина випромінювання приймається антеною 3 Оскільки матеріал знаходиться в контакті з шкірою людини, він набуває близьку до неї температуру і сам випромінює електромагнітні хвилі Антеною 3 приймається як пройшло через зразок електромагнітне випромінювання людини, так і радіотепловое випромінювання самого матеріалу

Відношення потужності прийнятого випромінювання до потужності, яку випромінює людина, можна охарактеризувати узагальненим коефіцієнтом Радіопрозрачні, який враховує всі види втрат і генерацію вторинного випромінювання З урахуванням коефіцієнта Радіопрозрачні сигнал, прийнятий антеною, можна представити у вигляді:

)

де-Дисперсія вихідного сигналу антени S ^ – чутливість антени – Потужність випромінювання на зовнішній стороні матеріалу – Потужність випромінювання людини Q – коефіцієнт Радіопрозрачні матеріалу

Рис 1 Функціональна схема пристрою для оцінки комфортності матеріалів одягу

Fig 1 Function layout of the device for estimation of clothes materials comfort

Вихідний сигнал антени через атенюатор 4 надходить на вхід автоматичного ключа 6 радіометра 5 Інтенсивність випромінювання людини в радіочастотному діапазоні дуже мала (менше 10 Вт / см ^) Прийняте антеною випромінювання ще менше і можна порівняти з потужністю власних шумів радіометра Вхідний сигнал підсилювача високої частоти 9 являє собою суміш корисного сигналу і власного шуму підсилювача Шуми підсилювача і сигнал антени незалежні і некоррелі-рова, тому дисперсію сигналу на виході підсилювача 9 представимо як:

де – коефіцієнт підсилення високочастотного підсилювача по потужності а – коефіцієнт передачі аттенюатора по потужності – Дисперсія власних шумів високочастотного підсилювача при замкнутому автоматичному ключі

При замкнутому ключі 6 рівень шуму малий, так як визначається вихідним опором атенюатора, яке значно менше вхідного опору підсилювача

Посилений сигнал (2) випрямляється квадратичним детектором 10, а квадратичне посилена напруга усереднюється фільтром:

)

де символ означає операцію усереднення крутизна перетворення квадратичного детектора

При розімкнутому ключі 6 вхід підсилювача 9 відключається від атенюатора Власні шуми підсилювача при цьому зростають до рівня, який визначається значенням його вхідного опору Оскільки сигнал антени із за розриву ключа на вхід підсилювача не надходить, то посилюється тільки зрослий власний шум Тому дисперсія вихідного сигналу підсилювача зростає до значення

)

де– Дисперсія власних шумів підсилювача

при розімкнутому ключі

Вихідна усереднене напруга квадратичного детектора при цьому приймає значення:

При періодичній роботі ключа 6 під управлінням генератора низької частоти на виході квадратичного детектора формується послідовність відеоімпульсів з амплітудами (3) і (5) Підсилювач 11 виділяється і посилюється змінна складова цієї напруги з амплітудою:

Змінна напруга (6) випрямляється синхронним детектором 12 і згладжується фільтром нижніх частот 13 Випрямлена напруга з урахуванням виразу (1) представимо як:

де – коефіцієнт посилення підсилювача низької частоти – Коефіцієнт випрямлення синхронного детектора – Коефіцієнт передачі фільтра нижніх частот

Напруга (7) фіксується індикатором нуля Коефіцієнт передачі а атенюатора змінюють до досягнення нульових показань індикатора При цьому виконується умова:

I

де – коефіцієнт передачі аттенюатора, що відповідає нульовим показаннями індикатора

При виведенні матеріалу із зони прийому антени (що еквівалентно співвідношенню β = 1), порушується

умова (7) Регулюванням атенюатора 4 знову домагаються нульових показань індикатора

де – коефіцієнт передачі аттенюатора при

повторному обнулення індикатора < а ^).

З виразу (9) визначають різницю потужностей шуму підсилювача при замкнутому і розімкнутому станах ключа:

З урахуванням (8) коефіцієнт Q:

Коефіцієнт Q визначається за двома значеннями коефіцієнта передачі змінного атенюатора Стандартні аттенюатори градуюють в логарифмічних одиницях, що характеризують ослаблення А електромагнітної енергії Показання атенюатора при нульових показаннях радіометра переводять у відносні одиниці за відомою формулою:

де А – ослаблення атенюатора в дБ

Якщо повсякденний одяг не затримує електромагнітне випромінювання людини, комфортність такого одягу можна вважати рівною 100% (β = 1)

Відображення частини електромагнітної енергії або поглинання її в матеріалі одягу, особливо при її зволоженні, порушують умови вільного енергетичного та інформаційного обміну При цьому комфортність одягу знижується

Вираз (11) служить кількісною оцінкою ступеня комфортності повсякденного одягу При цьому на значення коефіцієнта Q не впливають нестабільність параметрів радіометра і рівень власних шумів високочастотного підсилювача Похибка визначення коефіцієнта Q визначається тільки градуировкой змінного атенюатора 4, яка для радіочастотного діапазону не перевищує часток відсотка

Якщо одяг призначена для захисту людини від зовнішніх техногенних електромагнітних полів, її радіопрозорість повинна бути невисокою {Q «l) Тому комфортність захисного одягу

повинна оцінюватися за критерієм (lg) -100% У разі повного екранування тіла людини від зовнішнього випромінювання {Q = 0) комфортність такого одягу також слід оцінювати в 100% При збільшенні коефіцієнта Радіопрозрачні {Q> 0)

відповідно знижується комфортність захисного одягу:

)

Тому комфортність захисного одягу слід оцінювати коефіцієнтом екранування W, який оцінюють за формулою:

I

-•1

III                                   Висновок

Таким чином, вимірявши коефіцієнт Радіопрозрачні (11), або екранування (14) матеріалу запропонованим способом, можна кількісно оцінити ступінь комфортності одягу залежно від її призначення (Повсякденна або захисна) У свою чергу радіопрозорість або екрануюча здатність матеріалу залежать від структури тканини і електрофізичних властивостей ниток, що утворюють цю структуру, що можна оцінити експериментально за допомогою атенюатора і радіометра

IV                            Список літератури

[1] Дель Р А, Афанасьєва Р Ф, Чубарова 3 С Гігієна одягу: Навчальний посібник для вузів – М: Легпромбит-издат, 1991 – 346 с

[2] Гуїн К Г, Бєляєва С А, Командрікова Е Я та ін Експлуатаційні властивості матеріалів для одягу та методи оцінки їх якості – М: Легка і харчова промисловість, 1984-с 268-270

[3] Островецький Ю І, Супрун Н П, Скрипник Ю А, Яненко А Ф Мікрохвильова оцінка комфортності матеріалів для одягу / / Матеріали 12 міжнародної кон-фернціі «СВЧ – Техніка та телекомунікаційні технології » (КриМіКо2002) – Севастополь, «Вебер»,

2002,-С 561-562

ESTIMATION OF PHYSICAL PROPERTIES OF CLOTHING MATERIALS IN THE MICROWAVE BAND

SkripnikYu, Shevchenko K, Yanenko A

Kiev National University of Technologies and Design

Nemirovich-Danchenko st, 2, Kiev, 01011, Ukraine Ph: 044 2562993, e-mail: autom@icomua

Abstract – The new methods ofthe approach to an estimation of household and special purpose comfort clothes are considered in view of the electrophysical characteristics of materials, which are used for its manufacturing

I                                         Introduction

Between an environment and body of the man constantly there is an interaction of electromagnetic radiations Most intensively it is shown in infra-red area of lengths of waves, a consequence that is the thermal balance of the man both environment Is not less important also exchange of electromagnetic energy in area milimetric and centimetric radiowaves

The materials for clothes are the original screen interfering radiation by a bioinformation component of a field of the man and weakening influence of the external electromagnetic factors The clothes are dielectrics a covering, through which radiation of a body passes with rather small attenuation But from for distinction dielectrics of properties of materials for clothes and leather on their border undressed there is a reflection of electromagnetic waves

It is possible to characterize the attitude of capacity of the accepted radiation to capacity, which is radiated by the man, generalized factor of a radiotransparency, which takes into account all kinds of losses and generation secondary radiation In view of factor of a radiotransparency signal accepted by the aerial, is possible to present as (1)

II                                        Main Part

The authors offer a method of an estimation of comfort of materials of clothes in an electromagnetic field ofthe man The function chart ofthe device allowing to carry out check of materials of clothes in an electromagnetic field of the man and quantitatively to estimate comfort of these materials, is shown in a fig 1

On a surface of a skin cover ofthe man place a sample of a researched material 2 The electromagnetic radiation of the man is partially reflected from a sample of a material, is partially absorbed and dissipates in it(him) The past part of radiation is accepted by the aerial 3 As the material is in contact to a leather(skin) of the man, it(he) gets temperature, close to it,(her,) and itself radiates electromagnetic waves The aerial 3 accepts as past through a sample electromagnetic radiation of the man, and radiothermal radiation ofthe material

If the daily clothes do not detain electromagnetic radiation of the man, the comfort of such clothes is possible to con- sider(count) equal 100 % (β = 1)

If the clothes are intended for protection of the man from external technical of electromagnetic fields, its(her) radiotransparency should be low (Q « 1) Therefore comfort of protective clothes should be estimated by criterion

III                                       Conclusion

Thus, having measured factor of a radiotransparency (11), or shielding (14) materials by an offered way, are possible quantitatively are to estimated by a degree of comfort of clothes depending on its purpose (daily or protective) In turn radiotransparency or shielding ability of a material depend on structure of a fabric and physical properties of strings forming this structure, that it is possible to estimate experimentally with the help attenuated and radiometer

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2006р