zastosowania elektromagnetyzmu w nowoczesnych ... - PTZE
zastosowania elektromagnetyzmu w nowoczesnych ... - PTZE zastosowania elektromagnetyzmu w nowoczesnych ... - PTZE
Współorganizatorzy: CENTRALNY INSTYTUT OCHRONY PRACY – PAŃSTWOWY INSTYTUT BADAWCZY POLSKO-JAPOŃSKA WYŻSZA SZKOŁA TECHNIK KOMPUTEROWYCH POLITECHNIKA LUBELSKA POLSKIE TOWARZYSTWO ZASTOSOWAŃ ELEKTROMAGNETYZMU AKADEMIA ROLNICZA W LUBLINIE ZASTOSOWANIA ELEKTROMAGNETYZMU W NOWOCZESNYCH TECHNIKACH I INFORMATYCE Zamość, 1 – 4 czerwca 2008 Warszawa – Zamość 2008
- Page 2 and 3: Sympozjum zorganizowano przy finans
- Page 5 and 6: PROGRAMME of 2 nd Symposium on Appl
- Page 7 and 8: Alexei Popov, Adam Ciarkowski Inter
- Page 9 and 10: Magdalena Stasiak, Przemysław Bero
- Page 11 and 12: Daniel Marcsa, Miklos Kuczmann Nume
- Page 13 and 14: SPIS REFERATÓW Stanisław Apanasew
- Page 15: Jaromir Sobiech, Roman Puta, Jaros
- Page 19 and 20: XVIII Sympozjum PTZE, Zamość 2008
- Page 21: Abstract XVIII Sympozjum PTZE, Zamo
- Page 24 and 25: 24 XVIII Sympozjum PTZE, Zamość 2
- Page 27 and 28: XVIII Sympozjum PTZE, Zamość 2008
- Page 29 and 30: XVIII Sympozjum PTZE, Zamość 2008
- Page 31 and 32: Wstęp XVIII Sympozjum PTZE, Zamoś
- Page 33 and 34: Streszczenie XVIII Sympozjum PTZE,
- Page 35 and 36: XVIII Sympozjum PTZE, Zamość 2008
- Page 37 and 38: Streszczenie XVIII Sympozjum PTZE,
- Page 39 and 40: Poziomy rotacyjne XVIII Sympozjum P
- Page 41 and 42: XVIII Sympozjum PTZE, Zamość 2008
- Page 43: XVIII Sympozjum PTZE, Zamość 2008
- Page 46 and 47: TCP/IP/Ethernet. Celem eksperyment
- Page 49 and 50: XVIII Sympozjum PTZE, Zamość 2008
- Page 51: XVIII Sympozjum PTZE, Zamość 2008
Współorganizatorzy:<br />
CENTRALNY INSTYTUT OCHRONY PRACY – PAŃSTWOWY INSTYTUT BADAWCZY<br />
POLSKO-JAPOŃSKA WYŻSZA SZKOŁA TECHNIK KOMPUTEROWYCH<br />
POLITECHNIKA LUBELSKA<br />
POLSKIE TOWARZYSTWO ZASTOSOWAŃ ELEKTROMAGNETYZMU<br />
AKADEMIA ROLNICZA W LUBLINIE<br />
ZASTOSOWANIA ELEKTROMAGNETYZMU<br />
W NOWOCZESNYCH TECHNIKACH<br />
I INFORMATYCE<br />
Zamość, 1 – 4 czerwca 2008<br />
Warszawa – Zamość 2008
Sympozjum zorganizowano przy finansowej pomocy<br />
Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego<br />
© Copyright by Centralny Instytut Ochrony Pracy<br />
– Państwowy Instytut Badawczy<br />
Warszawa 2008<br />
ISSN 1233-336<br />
ISBN 978-83-7373-038-0<br />
Centralny Instytut Ochrony Pracy – Państwowy Instytut Badawczy<br />
ul. Czerniakowska 16, 00-701 Warszawa<br />
tel. (48-22) 623 36 98, fax (48-22) 623 36 93<br />
www.ciop.pl
XVIII SYMPOZJUM ŚRODOWISKOWE<br />
ZASTOSOWANIA ELEKTROMAGNETYZMU<br />
W NOWOCZESNYCH TECHNIKACH I INFORMATYCE<br />
Komitet naukowy<br />
Przewodniczący<br />
Andrzej Wac-Włodarczyk<br />
Członkowie<br />
Liliana Byczkowska-Lipińska<br />
Katarzyna Ciosk<br />
Aleksander Dackiewicz<br />
Krzysztof Kluszczyński<br />
Romuald Kotowski<br />
(sekretarz naukowy)<br />
Andrzej Krawczyk<br />
Roman Kubacki<br />
Jerzy Paweł Nowacki<br />
Anna Pławiak-Mowna<br />
Komitet organizacyjny<br />
Arkadiusz Miaskowski – przewodniczący<br />
Agnieszka Byliniak<br />
Maja Duda<br />
Zamość, 1 – 4 czerwca 2008
PROGRAMME of<br />
2 nd Symposium on Applied Electromagnetics SAEM’08<br />
16:00 – registration<br />
18:30 – dinner<br />
9:00 – Opening ceremony<br />
and<br />
XVIII Symposium <strong>PTZE</strong>’08<br />
SUNDAY – 1.06.2008<br />
MONDAY – 2.06.2008<br />
9:15 – 11:30<br />
1. ELECTROMAGNETICS IN PROGRESS<br />
(chairpersons: Lidija Petkovska, Andrzej Krawczyk)<br />
Mitsuhiko Toho<br />
The dawn of the electric age in Japan<br />
Jan Z. Szczygłowski<br />
Pro-ecological and pro-economical solutions in electric power engineering<br />
Robert Kosiński<br />
Permanent Magnets – Demagnetizing Processes, Hysteresis, New Materials<br />
Witold Kosiński<br />
On the concept of fuzzy fractional derivative<br />
Miklos Kuczmann<br />
The Polarization Method Combined with the Newton-Raphson Technique in Magnetostatic<br />
Field Problems<br />
Koji Yamada, Jiaolian Luo<br />
Real Time Monitor for 2-D Magnetic Field Distribution<br />
11:30 – coffee break
11:30 – 13:30<br />
2. ELECTRICAL MACHINES<br />
(chairpersons: Bojan Štumberger, Andrzej Wac-Włodarczyk)<br />
Miloš Beković, Anton Hamler, Viktor Goričan<br />
Experimentally determinate flux linkage curve for dynamic simulation of universal motor<br />
Goga Cvetkovski, Lidija Petkovska<br />
Comparative Analysis of Radial and Axial Field Permanent Magnet Motor<br />
Lidija Petkovska, Goga Cvetkovski<br />
Dynamic Simulation of a Fractional Horse Power Single-Phase Permanent Magnet Synchronous<br />
Motor<br />
Peter Pišek, Peter Virtič, Bojan Štumberger<br />
Back electromotive force and torque characteristic comparison of n-n and n-s type of multi-disc<br />
axial flux permanent magnet synchronous generator with coreless stator<br />
Bojan Štumberger, Gorazd Štumberger, Miralem Hadžiselimović, Tine Marčič, Peter Virtič,<br />
Peter Pišek and Mladen Trlep<br />
Modular permanent magnet synchronous motors for wheel hub-drive applications<br />
Gorazd Štumberger, Bojan Štumberger, Mihael Skornšek, Damir Žarko<br />
Magnetically nonlinear three-phase dynamic model of a permanent magnet machine composed<br />
of elementary phase winding<br />
Marcin Szczygieł<br />
Selection of construction of rotary-linear induction motor for given electromechanical<br />
characteristic using field method<br />
13:30 – lunch<br />
14:30 – 16:00<br />
3. ELECTROMAGNETIC MATERIALS<br />
(chairpersons: Goga Cvetkovski, Roman Kubacki)<br />
Barbara Atamaniuk, Andrzej J. Turski<br />
Wave Propagation and Diffusive Transition of Oscillations in Pair Plasmas with dust<br />
Krzysztof Chwastek, Jan Szczygłowski<br />
Estimation methods for the Jiles-Atherton model parameters – a review<br />
Krzysztof Chwastek, Jan Szczygłowski<br />
Power dissipation in thin ferromagnetic sheets<br />
Barbara Gambin, Antoni Gałka<br />
Modeling of bone piezoelectricity<br />
Arkadiusz Miaskowski, Andrzej Bochniak, Andrzej Krawczyk<br />
Dielectric Constant and Layer Thickness Estimation of Pavements Using GPR Technique
Alexei Popov, Adam Ciarkowski<br />
Interaction of electromagnetic pulse with vertically non-homogeneous ionospheric layer<br />
Damir Žarko, Zlatko Maljković, Milutin Pavlica<br />
Estimating Magnetic Properties of Synchronous Generator's Materials<br />
16:00 – coffee break<br />
16:30 – 18:00<br />
4. ELECTROMAGNETIC VARIA (poster session)<br />
(chairpersons: Miklos Kuczman, Arkadiusz Miaskowski)<br />
Stanisław Apanasewicz<br />
O pewnych właściwościach składowej normalnej pola elektromagnetycznego<br />
na granicy metal-dielekryk<br />
Stanisław Apanasewicz, Stanisław Pawłowski, Jolanta Plewako<br />
Badanie rozpraszania fali płaskiej na naroże metalowe<br />
Barbara Atamaniuk, Andrzej J. Turski, Alexander S. Volokitin<br />
Plasma wave modifications in the presence of dust<br />
Karol Bednarek<br />
Obliczenia elektrodynamiczne i efektywność metod optymalizacyjnych<br />
w kształtowaniu procesu optymalizacji szynoprzewodów<br />
Przemysław Berowski, Magdalena Stasiak<br />
Level set method applied to shape modelling in EIT<br />
Katarzyna Ciosk<br />
Calculation of SAR in biological objects with different parameters<br />
Agnieszka Duraj, Andrzej Krawczyk<br />
Bezprzewodowe monitorowanie i telediagnostyka<br />
Aleksander Gąsiorski, Zdzisław Posyłek<br />
Weryfikacje analityczna i laboratoryjna pomiarów emisyjności w komorze GTEM<br />
Aleksander Gąsiorski, Zdzisław Posyłek<br />
Problematyka kompatybilności elektromagnetycznej w kształceniu studentów Wydziału<br />
Elektrycznego Politechniki Częstochowskiej<br />
Zygmunt J. Grabarczyk<br />
The method of the measurement of mean value of the electric charge of aerosol particles 0.3 – 10 µm<br />
Wanda Gryglewicz-Kacerka, Henryk Małecki, Janusz F. Kacerka<br />
Energia molekuły i jej stany kwantowe<br />
Georgi Hadzi-Manev, Goga Cvetkovski<br />
Technical Regulations for Grid Connected Wind Turbines – Power Quality Issues
Mariana Iorgulescu, Robert Beloiu<br />
Induction motors modelling for faults diagnosis<br />
Leszek Kasprzyk<br />
Zastosowanie obliczeń równoległych do wyznaczanie rozkładu pola świetlnego<br />
Eva Katona, Miklos Kuczmann<br />
ANA – Advenced Network Analysis Java Software Package for Analizing, Designing, and Real<br />
Time Testing Networks and Systems<br />
Gergely Kovács, Miklós Kuczmann<br />
Simulation of a Magnetic Flux Leakage System<br />
Joanna Kozieł, Tadeusz Janowski, Sławomir Kozak<br />
Analiza przydatności wytwarzanych przewodów nadprzewodnikowych na uzwojenie wtórne<br />
nadprzewodnikowych ograniczników prądu typu transformatorowego<br />
Andrzej Krawczyk, Jolanta Plewako, Barbara Grochowicz<br />
Stymulacja elektromagnetyczna nerwu błędnego w terapii antyotyłościowej<br />
Miklos Kuczman<br />
Nodal and Edge Finite Element Analysis of Eddy Current Field Problems<br />
Piotr Lipinski<br />
Prediction of Oil Temperature for Substation Distribution Transformers using Wavelet Neural<br />
Networks<br />
Mira Lisiecka-Biełanowicz, Andrzej Krawczyk, Adam Lusawa<br />
Wpływ środowiska terapeutycznego na skuteczność terapii polem elektromagnetycznym<br />
Tamás Ludvig, Miklós Kuczmann<br />
Controller design and simulation of a Radial Active Magnetic Bearing<br />
Paweł A. Mazurek<br />
Hakerzy kontra kardiostymulatory<br />
Mariusz Najgebauer<br />
Teoria skalowania w elektromagnetyzmie<br />
Pece Naumovski, Goran Rafajlovski, Vlatko Stoilkov<br />
Compesation of dead-time for voltage source inverters<br />
Vitalij Nichoga, Eugeniusz Grudziński, Petro Dub, Viktor Ivanchuk<br />
Application of alternating magnetic fields for technical diagnostics of the rail damages<br />
Anna Pławiak-Mowna, Andrzej Krawczyk<br />
Cardiac Implant Patients Exposure on Electromagnetic Field<br />
Krzysztof Polakowski, Stefan F. Filipowicz, Jan Sikora<br />
The Tomography Use in Monitoring of Hydrogen in the Car Systems<br />
Czesław Rymarz<br />
Czy świat realny jest poznawalny?
Magdalena Stasiak, Przemysław Berowski<br />
Diffuse optical tomography in biomedical application<br />
Paweł Surdacki<br />
Warunki zanikania nadprzewodzenia w nisko- i wysokotemperaturowych urządzeniach<br />
nadprzewodnikowych<br />
Alexander S. Volokitin, Barbara Atamaniuk<br />
Plasma waves in ionosphere<br />
Bogusław Wisz<br />
Capacitance calculation for deflected conductive path system in hybrid microcircuit<br />
18:15 – departure for country supper<br />
9:00 – 11:00<br />
TUESDAY – 3.06.2008<br />
5. ELECTROMAGNETICS IN POWER ELECTRONICS & SYSTEM<br />
(chairpersons: Damijan Miljavec, Anna Pławiak-Mowna)<br />
Miralem Hadžiselimović, Bojan Štumberger, Tine Marčič, Peter Virtič, Gorazd Štumberger,<br />
Ivan Zagradišnik<br />
The impact of a winding type on the operational characteristics of converter-fed squirrel-cage<br />
motor<br />
Paweł Kielan<br />
Investigation of time delays existed in the TCP\IP\ETHERNET network on control system<br />
properties<br />
Elżbieta Leśniewska, Wiesław Jałmużny<br />
Influence of external magnetic field on operation of electromagnetic current-to-voltage transducer<br />
Tine Marčič, Bojan Štumberger, Gorazd Štumberger, Miralem Hadžiselimović, Peter Virtič, Janko<br />
Horvat, Drago Dolinar, Ivan Zagradišnik<br />
Modeling of a two-phase synchronous reluctance motor<br />
Zoltán Pólik, Miklós Kuczmann<br />
Examination and Development of Radio Frequency Inductor<br />
Vlatko Stoilkov<br />
The EMC/EMF Intrusion Assessment of Wind Generators<br />
Tomasz Trawiński<br />
Double layered head positioning system with five degrees of freedom<br />
Mykhaylo V. Zagirnyak, B.I. Nevzlin, D.V. Polovinka<br />
Computation of transient response in high-frequency diode capacitance bridges
11:00 – coffee break<br />
11:30 – 13:30<br />
6. ELECTROMAGNETICS IN MEDICINE & BIOLOGY<br />
(chairpersons: Koji Yamada, Krzysztof Kluszczyński)<br />
Marek P. Dabrowski, Wanda Stankiewicz, Anna Jung, Wojciech Witkowski, Bolesław Kalicki<br />
Clinical and immunological effects of magnetostimulation in children with recurrent infections<br />
of respiratory tracts<br />
Roman Kubacki, Jarosław Kieliszek, Marian Wnuk<br />
Possible Approximations of Mathematical Expression of the Electric Near-Field Simulation<br />
for the Human Protection Purposis<br />
Maciej Łopucki, Stanisław Pietruszewski, Wanda Rogowska<br />
Application of dual closed human placental cotyledon perfusion in vitro model in the studies<br />
on EMF effects on human tissue<br />
Arkadiusz Miaskowski, Andrzej Krawczyk, Andrzej Wac-Wlodarczyk<br />
The Implementation of FDTD Technique to Investigation of Interference Voltage at Cardiac<br />
Pacemaker with Simultaneous Sources<br />
Lidija Ololoska, Ljuben Janev<br />
A contribution on detrmination of emf influences and effects from human exposure on elf<br />
electromagnetic field<br />
Jaromir Sobiech, R. Puta, Jarosław Kieliszek<br />
Impact of Mounting of Radio- and Radar-Devices on Electromagnetic Field Exposure of Small<br />
Watercraft Personnel<br />
Joanna Wyszkowska, Maria Stankiewicz<br />
Influence of EMF on the cockroach escape system<br />
13:30 – lunch<br />
14:30 – 16:30<br />
7. COMPUTATIONAL ELECTROMAGNETICS I<br />
(chairpersons: Gorazd Štumberger, Katarzyna Ciosk)<br />
Barbara Gambin, Antoni Gałka<br />
Prediction of bone damage based on strength surface of piezoelectric composite<br />
Klemen Deželak, Gorazd Štumberger, Beno Klopčič, Drago Dolinar, Jože Pihler<br />
Iron core saturation detector supplemented by an artificial neural network<br />
Matjaž Gaber, Mladen Trlep<br />
The use of bezier patches in postprocesing of 2d calculations with fem<br />
Lovrenc Gašparin, Rastko Fišer<br />
Detection and fem analysis of additional cogging torque components in pm motors
Daniel Marcsa, Miklos Kuczmann<br />
Numerical Analysis of Single- and Three-Phase Induction Motors<br />
Sašo Martinovski, Lidija Petkovska<br />
Coupling Circuit Equations and FEM for Induction Motor Analysis<br />
16:30 – coffee break<br />
17:00 – sightseeing of Zamość<br />
19:30 – conference dinner<br />
9:00 – 10:30<br />
8. COMPUTATIONAL ELECTROMAGNETICS II<br />
(chairpersons: Rastko Fiser, Jan Sikora)<br />
WEDNESDAY – 4.06.2008<br />
Adrijana Milevska, Lidija Petkovska, Goran Mojsoski, Branislav Dosijanoski<br />
FE analysis of a small three-phase linear induction motor<br />
Jelena Popović<br />
Stochastic method for simulation of partial discharges spread in 2D and 3D model of the<br />
switchgear partition wall<br />
Snezana Cundeva, Marija Cundeva-Blajer, Ljupco Arsov<br />
FEM coupled with GA for special transformers optimal design in transient regimes<br />
Vesna Trajkovska, Lidija Petkovska, Goga Cvetkovski<br />
3D fem analysis of a self-starting single-phase permanent magnet synchronous motor<br />
Peter Virtič, Peter Pišek, Tine Marčič, Miralem Hadžiselimovič, Bojan Štumberger<br />
Design and construction of low cost axial flux permanent magnet synchronous motor using<br />
analytical method<br />
Mykhaylo V. Zagirnyak, M.U. Branspiz<br />
About computation of an circular electromagnet with an opening in the central pole<br />
10:30 – coffee break
11:00 – 12:45<br />
9. COUPLED FIELDS<br />
(chairpersons: Vlatko Stoilkov, Jan Szczygłowski)<br />
Primož Bajec, Peter Uršič, Gverino Ratoša, Damijan Miljavec<br />
Brush-Less Direct Current Machine Coupled with Internal Combustion Engines<br />
Peter Kitak, Jelena Popović, Adnan Glotić<br />
Thermal Analysis of Eddy Currents Phenomena Based on Independent Parametric Simulation<br />
Model<br />
Zlatko Kolondzovski<br />
Thermal Study of Retaining Sleeves for a High-Speed Permanent Magnet Electrical Machine<br />
Romuald Kotowski, Vladimir I. Alshits, Piotr Tronczyk<br />
Computer Simulation of The Influence of Thermal and Magnetic Fields on the Plasticity<br />
of Nonmagnetic Materials<br />
Tomasz Rymarczyk, Stefan F. Filipowicz, Jan Sikora, Krzysztof Polakowski<br />
Level Set Methods for an Inverse Problem in Electrical Impedance Tomography<br />
Irina Shvedchikova, Nataliya Sukharevskaya<br />
The Structural Synthesis of Electromagnetic Systems of Magnetic Separators<br />
12:45 – closing<br />
13:00 – lunch
SPIS REFERATÓW<br />
Stanisław Apanasewicz<br />
O pewnych właściwościach składowej normalnej pola elektromagnetycznego na granicy<br />
metal-dielekryk ...................................................................................................................................... 17<br />
Stanisław Apanasewicz, Stanisław Pawłowski, Jolanta Plewako<br />
Badanie rozpraszania fali płaskiej na naroże metalowe ....................................................................... 19<br />
Barbara Atamaniuk, Andrzej J. Turski, Alexander S. Volokitin<br />
Plasma Wave Modifications in the Presence of Dust ........................................................................... 21<br />
Karol Bednarek<br />
Obliczenia elektrodynamiczne i efektywność metod optymalizacyjnych w kształtowaniu<br />
procesu optymalizacji szynoprzewodów ............................................................................................... 23<br />
Przemysław Berowski, Magdalena Stasiak<br />
Level Set Method Applied To Shape Modelling in EIT ........................................................................ 27<br />
Katarzyna Ciosk<br />
Calculation of SAR in Biological Objects with Different Parameters ................................................. 29<br />
Agnieszka Duraj, Andrzej Krawczyk<br />
Bezprzewodowe monitorowanie i telediagnostyka ............................................................................... 31<br />
Aleksander Gąsiorski, Zdzisław Posyłek<br />
Problematyka kompatybilności elektromagnetycznej w kształceniu studentów wydziału<br />
elektrycznego politechniki częstochowskiej .......................................................................................... 33<br />
Aleksander Gąsiorski, Zdzisław Posyłek<br />
Weryfikacje analityczna i laboratoryjna pomiarów emisyjności w komorze GTEM ............................ 35<br />
Wanda Gryglewicz-Kacerka, Henryk Małecki, Janusz F. Kacerka<br />
Energia molekuły i jej stany kwantowe ................................................................................................ 37<br />
Leszek Kasprzyk<br />
Zastosowanie obliczeń równoległych do wyznaczanie rozkładu pola świetlnego ................................ 41
Paweł Kielan<br />
Badanie wpływu opóźnień w sieci TCP/IP/ETHERNET na układ regulacji ......................................... 45<br />
Robert A. Kosiński<br />
Magnesy trwałe – przemagnesowanie, histereza, współczesne materiały ........................................... 49<br />
Romuald Kotowski, Vladimir I. Alshits, Piotr Tronczyk<br />
Computer Simulation of the Influence of Thermal and Magneticfields on the Plasticity<br />
of Nonmagnetic Crystals<br />
Symulacja komputerowa wpływu pól termicznych i magnetycznych na plastyczność<br />
niemagnetycznych ciał krystalicznych .................................................................................................. 53<br />
Joanna Kozieł, Tadeusz Janowski, Sławomir Kozak<br />
Analiza przydatności wytwarzanych przewodów nadprzewodnikowych na uzwojenie<br />
wtórne nadprzewodnikowych ograniczników prądu typu transformatorowego ................................... 55<br />
Andrzej Krawczyk, Jolanta Plewako, Barbara Grochowicz<br />
Stymulacja elektromagnetyczna nerwu błędnego w terapii antyotyłościowej ..................................... 59<br />
Roman Kubacki, Jarosław Kieliszek, Marian Wnuk<br />
Możliwości <strong>zastosowania</strong> aproksymacji zależności w polu bliskim anten mikrofalowych<br />
w ocenie narażenia ludzi i środowiska ................................................................................................ 63<br />
Mira Lisiecka-Biełanowicz, Andrzej Krawczyk, Adam Lusawa<br />
Wpływ środowiska terapeutycznego na skuteczność terapii polem elektromagnetycznym .................. 65<br />
Maciej Łopucki, Stanisław Pietruszewski, Wanda Rogowska<br />
Zastosowanie modelu dwustronnej zamkniętej perfuzji zrazika łożyska ludzkiego<br />
w warunkach in vitro w badaniach nad oddziaływaniem PEM na ludzkie tkanki ............................... 69<br />
Paweł A. Mazurek<br />
Hakerzy kontra kardiostymulatory ....................................................................................................... 71<br />
Mariusz Najgebauer<br />
Teoria skalowania w elektromagnetyzmie ............................................................................................ 75<br />
Vitalij Nichoga, Eugeniusz Grudziński, Petro Dub, Viktor Ivanchuk<br />
Application of Alternating Magnetic Fieldsfor Technical Diagnostics of the Rail<br />
Damages ............................................................................................................................................... 79<br />
Czesław Rymarz<br />
Czy świat realny jest poznawalny? ....................................................................................................... 81
Jaromir Sobiech, Roman Puta, Jarosław Kieliszek<br />
Wpływ montażu urządzeń radiowych i radiolokacyjnych na małych jednostkach<br />
pływających na ekspozycję pracowników na pola elektromagnetyczne ............................................... 85<br />
Magdalena Stasiak, Przemysław Berowski<br />
Diffuse optical tomography in biomedical application ......................................................................... 89<br />
Paweł Surdacki<br />
Warunki zanikania nadprzewodzenia w nisko- i wysokotemperaturowych urządzeniach<br />
nadprzewodnikowych .......................................................................................................................... 91<br />
Marcin Szczygieł<br />
Dobór konstrukcji silnika indukcyjnego obrotowo-liniowego do zadanej charakterystyki<br />
elektromechanicznej przy wykorzystaniu metod polowych .................................................................. 95<br />
Mitsuhiko Toho<br />
Początki elektryzacji Japonii ................................................................................................................ 97<br />
Tomasz Trawiński<br />
Dwuwarstwowy system pozycjonowania głowic pamięci masowych o 5 stopniach<br />
swobody .............................................................................................................................................. 101<br />
Alexander S. Volokitin, Barbara Atamaniuk<br />
Plasma Waves in Ionosphere ............................................................................................................. 103<br />
Joanna Wyszkowska, Maria Stankiewicz<br />
Zmiany funkcjonowania układu ucieczki karaczana pod wpływem działania ELF pola<br />
magnetycznego ................................................................................................................................... 105
XVIII Sympozjum <strong>PTZE</strong>, Zamość 2008<br />
O PEWNYCH WŁAŚCIWOŚCIACH<br />
SKŁADOWEJ NORMALNEJ<br />
POLA ELEKTROMAGNETYCZNEGO<br />
NA GRANICY METAL-DIELEKRYK<br />
Stanisław Apanasewicz<br />
Politechnika Rzeszowska<br />
Wśród wielu inżynierów panuje przekonanie, że oprócz dwóch klasycznych warunków<br />
brzegowych elektrodynamiki (ciągłość składowych stycznych natężenia pola elektrycznego<br />
i magnetycznego) należy zakładać, że na powierzchni metalu i środowiska nieprzewodzącego<br />
składowa normalna pola elektrycznego (gęstość prądu) musi być równa zero. Tak w rzeczywistości<br />
nie jest. Ta składowa, w niektórych przypadkach musi być równa zero, z założenia,<br />
w innych jej zerowanie się wynika z pozostałych warunków. I można podać przykłady, kiedy<br />
wymieniona składowa jest różna od zera.<br />
Przedstawiona praca ma na celu dostarczenie takich przykładów. Są zaprezentowane trzy<br />
takie przykłady dostatecznie elementarne by można było otrzymać rozwiązania równań<br />
Maxwella w przejrzystej prostej postaci. Są to następujące przykłady:<br />
1. Przepływ prądu w niejednorodnym nieskończenie długim przewodzie kołowym<br />
(utworzonym z dwóch półwalców z różnych metali). W tym przypadku i dwu następnych<br />
występuje składowa pola elektrycznego poprzeczna do powierzchni metalowej;<br />
w rozpatrywanym przykładzie należy zakładać, że musi się ona zerować na powierzchni.<br />
2. Przepływ prądu w przewodzie walcowym jednorodnym. Jeśli występuje<br />
zmiana prądu wzdłuż przewodu (λ≠0) to składowa normalna gęstości prądu na powierzchni<br />
musi być różna od zera.<br />
3. Rozpraszanie fali płaskiej padającej na ścianę metalową. W tym przykładzie uwzględniono<br />
prądy wirowe w metalu i wykazano, że składowa normalna pola elektrycznego jest<br />
różna od zera na powierzchni metalu. Wymienione składowe na powierzchni metalu są<br />
proporcjonalne do gęstości ładunków elektrycznych. Jak na razie z moich obserwacji<br />
wynika, że składowa normalna pola elektrycznego jest różna od zera na powierzchni metalowej,<br />
gdy są uwzględniane prądy przesunięcia Maxwella.<br />
17
XVIII Sympozjum <strong>PTZE</strong>, Zamość 2008<br />
BADANIE ROZPRASZANIA FALI PŁASKIEJ<br />
NA NAROŻE METALOWE<br />
Stanisław Apanasewicz, Stanisław Pawłowski, Jolanta Plewako<br />
Politechnika Rzeszowska<br />
Przedstawiona praca należy do cyklu badań pola elektromagnetycznego w otoczeniu obszarów<br />
z narożem metalowym. W niniejszym referacie chodzi o rozpraszanie fali płaskiej<br />
przez naroże metalowe jak ilustruje poniższy rysunek:<br />
Fala płaska pada na ćwierćprzestrzeń metalową i jest rozpraszana. Rozpatrywane są dwa rodzaje<br />
padających fal:<br />
a)<br />
b)<br />
gdzie - amplituda zespolona natężenia pola elektrycznego,<br />
- amplituda zespolona pola magnetycznego<br />
=<br />
=<br />
y x<br />
ϕ<br />
Pole całkowite jest sumą pola padającego i rozproszonego:<br />
,<br />
Dla pierwszego rodzaju fal odpowiednią analizę przedstawiono w referacie na ISEF′07<br />
w Pradze. Poniżej przedstawiamy metodę analizy dla drugiego rodzaju.<br />
19
20<br />
XVIII Sympozjum <strong>PTZE</strong>, Zamość 2008<br />
W przypadku ściany płaskiej w obu przypadkach pole rozproszone jest identyczne a w przypadku<br />
istnienia naroża występują istotne różnice.<br />
W obu przypadkach rozwiązanie równań Maxwella dla zespolonych amplitud pola rozproszenia<br />
poszukiwane są w postaci całek Fouriera:<br />
,<br />
Zakładając, że funkcje i są ciągłe na liniach x=0, y≥0 oraz x≥0 i y=0 oraz, że składowe<br />
styczne pola elektrycznego znikają na powierzchni metalowej, możemy obliczyć funkcje podcałkowe<br />
. Ich obliczenie wymaga rozwiązania równania całkowego typu:<br />
Funkcje są różne dla obu typu przedstawionych fal.
Abstract<br />
XVIII Sympozjum <strong>PTZE</strong>, Zamość 2008<br />
PLASMA WAVE MODIFICATIONS<br />
IN THE PRESENCE OF DUST<br />
Barbara Atamaniuk (1) , Andrzej J. Turski (1) Alexander S. Volokitin (2)<br />
(1) Institute of Fundamental Technological Research, PAS,<br />
Warsaw, Poland<br />
(2) Institute of Terrestrial Magnetism, Ionosphere and Radio Wave Propagation,<br />
Moscow, Russia<br />
The study of waves and instabilities has always been important in plasma physics. Physics of<br />
dusty plasmas is recently studied intensively because of its importance for a number of<br />
applications in space plasmas, earth’s environment as well as in the laboratory. Dusty plasma<br />
consists of charged dust grain embedded in ambient plasma. Depending on their concentrations,<br />
one has isolated screened dust grains (dust-in-plasma) or real collective dusty plasmas where the<br />
charged dust participated in Debye screening. We shall mainly discuss space dusty plasmas<br />
although many of the conclusions are valid for the laboratory plasmas as well. We call ''dusty<br />
plasma'' when number of grains in Debye sphere is greater than one and ''dust in a plasma'' when<br />
number density of grains is less than one.<br />
The presence of dust in astrophysical environments has been known for a long time, from<br />
different types of remote observations, as for the dust around and between stars. There are<br />
beautiful examples of dust, like the molecular clouds seen in the Orion, Coalsack, Horsehead and<br />
Eagle nebulae. We observe these because of the attenuation and extinction of the light coming<br />
from more distant stars.<br />
There is also plenty of dust in the heliosphere, associated with planetary rings, cometary comae<br />
and tails, meteoric impacts...<br />
The simplest way, theoretically, dust effects have been investigated by extending the usual two<br />
component treatment of plasmas with the addition of third component – the dust. In dusty plasma,<br />
a large fraction of the negative charge ids bound to the particles. The depletion of electrons by<br />
absorption on the dust particle affects all kinds of plasma wave mode.<br />
Due to the unusually low charge-to-mass ratio of the dust, the characteristic dust frequencies are<br />
well below those typical for typical plasma. Small characteristic frequencies will give rise to new<br />
low-frequency eigenmodes of the combined plasma, clearly separated from the usual plasma<br />
modes.<br />
One striking aspect of these dust waves is that they can be imaged by video camera recording<br />
scattered light.<br />
In this presentation we make some review and we give some particular examples of waves in<br />
dusty plasmas.<br />
This research is supported by KBN grant 0TOOA01429<br />
21
Wstęp<br />
XVIII Sympozjum <strong>PTZE</strong>, Zamość 2008<br />
OBLICZENIA ELEKTRODYNAMICZNE<br />
I EFEKTYWNOŚĆ METOD OPTYMALIZACYJNYCH<br />
W KSZTAŁTOWANIU PROCESU OPTYMALIZACJI<br />
SZYNOPRZEWODÓW<br />
Karol Bednarek<br />
Politechnika Poznańska, Instytut Elektrotechniki i Elektroniki Przemysłowej<br />
W projektowaniu współczesnych urządzeń technicznych bardzo ważnymi elementami<br />
tego procesu są: właściwe (z odpowiednią dokładnością) przeprowadzenie obliczeń parametrów<br />
elektrodynamicznych (istotnych z punktu widzenia funkcjonowania tych urządzeń) oraz<br />
prawidłowo przeprowadzony proces poszukiwań optymalizacyjnych (trafnie dobrane metoda<br />
optymalizacji i funkcja kryterialna).<br />
W pracy zajęto się trójfazowymi torami wielkoprądowymi (szynoprzewodami). Przeanalizowano<br />
różne warianty doboru metody optymalizacji ich konstrukcji, jak również oceniono<br />
wpływ na wyniki optymalizacji najważniejszych parametrów tych urządzeń.<br />
Opis układu i obliczeń elektrodynamicznych<br />
Obiektem analiz jest trójfazowy tor wielkoprądowy zbudowany z trzech przewodów rurowych<br />
o przekroju owalnym, rozmieszczonych symetrycznie wewnątrz wspólnej dla nich<br />
cylindrycznej osłony. W układzie jest pięć zmiennych niezależnych, determinujących geometrię<br />
przewodów i osłony oraz rozmieszczenie przewodów w osłonie [1,2].<br />
Bardzo istotnym elementem procesu projektowania tych urządzeń jest obliczanie parametrów<br />
elektrodynamicznych, ważnych z punktu widzenia ich właściwego funkcjonowania.<br />
Punktem wyjścia w analizach elektromagnetycznych jest sformułowanie zależności na magnetyczny<br />
potencjał wektorowy dla poszczególnych podobszarów w układzie. Na podstawie<br />
tych zależności uzyskuje się równanie całkowe (Fredholma) na rozkład gęstości prądu<br />
w przewodach i osłonie. Znajomość rozkładu gęstości prądu pozwala na obliczenie strat mocy<br />
w układzie, temperatur przewodów i osłony oraz oddziałujących sił elektrodynamicznych<br />
[1,2]. Kontrolowana jest również wytrzymałość elektryczna układu.<br />
Obliczane wielkości elektrodynamiczne stanowią ograniczenia w procesie optymalizacji<br />
konstrukcji torów, a jednocześnie wpływają na uzyskiwane koszty produkcji i eksploatacji,<br />
jak również na kształtowanie się parametrów geometrycznych optymalizowanych obiektów.<br />
Autor pracy przeprowadził wielowariantowe analizy wyników optymalizacji konstrukcji szynoprzewodów.<br />
Dowiodły one, iż (przy stosowanych w praktyce parametrach eksploatacyj-<br />
23
24<br />
XVIII Sympozjum <strong>PTZE</strong>, Zamość 2008<br />
nych) rezultaty optymalizacji zależą przede wszystkim od oddziaływań prądowych, a szczególnie<br />
od warunków termicznych. Niewielki natomiast wpływ obserwuje się ze względów<br />
napięciowych (wytrzymałości elektrycznej). Wynika stąd, że warto uprecyzyjnić model matematyczny<br />
obliczeń temperatur w układzie (uwzględnienie sprzężenia obliczeń elektromagnetycznych<br />
i cieplnych), natomiast naprężenia elektryczne wystarczy kontrolować wykorzystując<br />
zależności analityczne.<br />
Zagadnienia optymalizacyjne<br />
Funkcja kryterialna jest skonstruowana w postaci sumy kosztów: inwestycyjnych ki<br />
(związanych ze zużyciem materiału konstrukcyjnego do produkcji szynoprzewodów) oraz<br />
eksploatacyjnych ke (związanych ze stratami energetycznymi w założonym czasie użytkowania<br />
tych urządzeń). Ograniczeniami w procesie optymalizacji są dopuszczalne parametry elektrodynamiczne<br />
(temperatury przewodów i osłony, siły elektrodynamiczne, naprężenia elektryczne),<br />
jak również realne relacje między wymiarami geometrycznymi w układzie. Ograniczenia<br />
zostały włączone do funkcji kryterialnej poprzez sformułowanie funkcji kary. W analizach<br />
optymalizacyjnych zastosowano następujące metody [1,3]: Monte Carlo (MC - losową),<br />
Gausa-Seidla (GS - klasyczne podejście deterministyczne), gradientu prostego (GP - gradientową),<br />
największego spadku (NS - gradientową z minimalizacją w kierunku), kierunków<br />
sprzężonych (KS - zmiennej metryki) oraz algorytmy genetyczne (AG - metoda ewolucyjna).<br />
Badano efektywność wymienionych metod ze względu na uzyskiwane wyniki oraz czas trwania<br />
obliczeń.<br />
Wyniki przeprowadzonych obliczeń<br />
W przypadku funkcji wielomodalnych<br />
metody deterministyczne (GS, GP, NS, KS)<br />
utykają najczęściej w jednym z wielu optimów<br />
lokalnych (nie osiągają rzeczywistego<br />
punktu optymalnego). Optimum w sensie<br />
globalnym uzyskują tylko metody niedeterministyczne<br />
(AG i MC). Godnym uwagi<br />
rozwiązaniem może być też połączenie metod<br />
niedeterministycznych (wyznaczanie punktu<br />
startowego) z deterministycznymi (dokładne<br />
ustalenie optimum).<br />
W pracy porównano metodę AG<br />
z metodami: GS, GP, NS oraz KS działającymi<br />
w połączeniu z metodą MC. Wyniki<br />
analiz zamieszczono na rys. 1.<br />
Uwagi i wnioski<br />
Rys. 1. Względny czas obliczeń T/Tag oraz względna<br />
wartość funkcji kryterialnej F/Fag poszczególnych<br />
metod (łączonych z MC) w odniesieniu do wartości<br />
dla metody AG.<br />
W przypadku połączenia metod niedeterministycznych z deterministycznymi uzyskuje<br />
się punkt optymalny z dużą dokładnością (nieefektywna jest tylko metoda GS). Nieznacznie
XVIII Sympozjum <strong>PTZE</strong>, Zamość 2008<br />
gorsze wyniki otrzymuje się metodą AG, przy czym obliczenia trwają krócej. Najważniejszymi<br />
jednak zaletami AG w porównaniu z innymi metodami są: wyłonienie obok optimum<br />
globalnego optimów lokalnych o wartościach bardzo zbliżonych do optimum globalnego<br />
(często interesujących ze względów technologicznych) oraz możliwość łatwego zrównoleglenia<br />
obliczeń i znacznego przyspieszenia czasu uzyskiwania wyników.<br />
Dzięki przeprowadzonym analizom uzyskano informacje o zasadności wyboru i efektywności<br />
przyjętej metody optymalizacyjnej oraz o trafności w rozłożeniu akcentów związanych<br />
z dokładnościami obliczeń poszczególnych parametrów elektrodynamicznych.<br />
Bibliografia<br />
[1] Bednarek K.: Electrodynamical and optimization problems of oval three-phase heavy current lines, Boundary<br />
Field Problems and Computer Simulation, 46 th thematic issue, series 5: Computer Science, Scientific<br />
Proceedings of Riga Technical University, Riga 2004, p. 6-18.<br />
[2] Bednarek K.: Parametry cieplne w trójfazowych torach wielkoprądowych, Przegląd Elektrotechniczny,<br />
nr 12, 2005, s. 106-108.<br />
[3] Findeisen W., Szymanowski J., Wierzbicki A.: Teoria i metody obliczeniowe optymalizacji, PWN, Warszawa<br />
1977.<br />
25
XVIII Sympozjum <strong>PTZE</strong>, Zamość 2008<br />
LEVEL SET METHOD APPLIED<br />
TO SHAPE MODELLING IN EIT<br />
Przemysław Berowski 1 , Magdalena Stasiak 2<br />
1 Electrotechnical Institute,<br />
Pożaryskiego 28, 04-703 Warsaw, e-mail: p.berowski@iel.waw.pl<br />
2 Department of Electrical Apparatus, Technical University of Lodz,<br />
Stefanowskiego 18/22, 90-924 Lodz, e-mail: stasiak@p.lodz.pl<br />
In our case the level set method approach in the inverse problem solution is used. The<br />
model of the forward problem is consisted of two spatially homogenous areas with different<br />
conductivity. The inverse problem solution provides the identification the position and the<br />
shape of the inside object.<br />
The inverse problem in Electrical Impedance Tomography (EIT) is highly nonlinear,<br />
because the current flow strongly depends on the unknown conductivity within the object.<br />
The solution of the inverse problem in EIT is significantly more difficult than e.g. X-ray<br />
computed tomography, where the photon paths are essentially straight lines. Furthermore, the<br />
problem is ill-posed due to its instability – small errors in the measurements can produce large<br />
errors in reconstruction of conductivity. There are many different algorithms for inverse<br />
problem solution: deterministic methods (e.g. back-projection, perturbation, and Newton-<br />
Raphson, Conjugate Gradient method), stochastic methods (e.g. Genetic Algorithms, Monte-<br />
Carlo method, Simulated Annealing, and also Artificial Neural Network (ANN).<br />
Level set methods are proposed as a versatile tool for representing moving fronts in a<br />
variety of physical processes, involving flow phenomena, crystal growth and phase changes<br />
among others. The use level set methods for inverse problem in EIT received little attention<br />
so far. The combination level set formulation to describe the shapes of the domains with<br />
essentially nonoscilatory schemes to solve the Hamilton-Jacobi equation is efficient method<br />
for wide class of problems involving partial differential equation.<br />
In the full paper we are going to present experiments indicated efficiency of<br />
combination level set method with BEM to the solution forward and inverse problem in EIT.<br />
References<br />
1. Aliabadi M.H., The Boundary Element Method, Volume 2, John Wiley &Sons, LTD, 2002<br />
2. Berowski P., Stasiak M., Kwiatkowska A., Sikora J., Level Set Method and Material Derivative Concept in<br />
Optimal Shape Design, XIV International Symposium on Theoretical Electrical Engineering, Szczecin,<br />
Poland, 2007<br />
3. Bertsekas D.P., Nedic A, Ozdaglar A.E., Convex Analysis and Optimization, Athena Scientific, Belmont,<br />
2003<br />
27
28<br />
XVIII Sympozjum <strong>PTZE</strong>, Zamość 2008<br />
4. de Munk J.C., Faes T.J.C., Heethaar R.M., The Boundary Element Method in the Forward and Inverse<br />
Problem of Electrical Impedance Tomography, IEEE Transactions on Biomedical Engineering, Vol. 47, No.<br />
6, pp.792-800, June 2000.<br />
5. Osher S., Santosa F., Level set methods for optimization problems involving geometry and constraints,<br />
Journal of Comput. Physics 171, pp.272-288, 2001<br />
6. Saulnier G.J., Blue R. S., Newell J. C., Isaacson D., Edic P. M., Electrical Impedance Tomography, IEEE<br />
Signal Processing Magazine, pp.31-43, November 2001.<br />
7. Sethian J.A., Level Set Methods and Fast Marching Methods. Cambridge University Press, 1999
XVIII Sympozjum <strong>PTZE</strong>, Zamość 2008<br />
CALCULATION OF SAR IN BIOLOGICAL OBJECTS<br />
WITH DIFFERENT PARAMETERS<br />
Introduction<br />
Katarzyna Ciosk<br />
Kielce University of Technology, Poland<br />
The use of wireless personal communication devices, especcialy cellular telephones has<br />
increased rapidly during last decade. Cellular communication systems require the use of many<br />
base stations located throughout a service area and it is necessary to install antenas on<br />
residential and public buildings. Hence, a general public concern about possible<br />
electromagnetic hazards coming from these wireless communication sources has emerged in<br />
the last years. The SAR (Specific Absorption Rate) coefficient is recommended as parameter<br />
to determine the energy absorbed by the body exposed to electromagnetic field. The SAR<br />
takes into account the incient electromagnetic field parameters and also parameters of the<br />
body subjected to electromagnetic field. Value of SAR depends on the incident field<br />
parameters such the intensity, polarization [1] and frequency [2]. The absorption of<br />
electromagnetic field depends also on parameters of object such as size, shape and orientation.<br />
SAR is higher when the body is more perpendicular than parallel to an incident field. It is also<br />
higher when the cross section of the body perpendicular to the incident magnetic field is<br />
larger.<br />
The aims of this study is to analyse the influence of the body shape and electrical properties<br />
on whole body SAR in spheroidal biological object shown in Fig.1.<br />
Method of calculation<br />
E<br />
H<br />
Fig. 1. Schematic diagram of spheroidal model<br />
To trace the influence of body properties on the value of the whole-body SAR the calculations<br />
were made. The values of the SAR were calculated based on the calculating of the electric<br />
field strength distribution inside the body. The model as a prolate spheroid with major axis<br />
x<br />
k<br />
z<br />
y<br />
29
30<br />
XVIII Sympozjum <strong>PTZE</strong>, Zamość 2008<br />
l is shown in Fig.1. The spheroid is an isotropic lossy dielectric. Time-harmonic fields with<br />
the time-dependence e jωt as a uniform plane wave are suppressed. The external medium is<br />
assumed to be free space. The relative permittivity ε’-jε” and the conductivity of tissue<br />
depend on frequency. European Standard EN-50361 establishes values of ε, γ for fantom<br />
liquid at mobile frequency band 300 – 3000 MHz to be used in SAR calculations. The<br />
simulations were done for GSM frequencies used in mobile telephony: 900 MHz and 1800<br />
MHz. The rms value of the electric field strength incident was 61,4 V/m. The values of the<br />
SAR were calculated using semi-analytical method. The method of calculations was described<br />
in [3]. The SAR for different configuration have been calculated. The spheroidal body<br />
dimensions taken into account are corresponding to dimensions of human body.<br />
Results<br />
Regarding statistical data avaible on human height and body mass 18 models were<br />
considered. The conductivity and permeability of tissues of young organism are higer<br />
comparing to the adult organism. In Figure 2 values of SAR at polarization H and two<br />
frequencies have been presented in relation of longer axis l of the body. The variation of the<br />
SAR at 900MHz is observed to be rather small. The SAR has larger value at larger frequency<br />
and the values of SAR in the body depend on dimensions of the body. The values of the<br />
SAR are higer for young person and they correspond to higer values of conductivity and<br />
permeability of tissues of young organism comparing to the adult organism .<br />
References<br />
SAR [W/kg]<br />
0.26<br />
0.24<br />
0.22<br />
0.2<br />
0.18<br />
0.16<br />
0.14<br />
0.12<br />
0.1<br />
0.08<br />
1800 MHz<br />
900 MHz<br />
0.06<br />
60 80 100 120<br />
l [cm]<br />
140 160 180<br />
Fig. 2. Calculated values of SAR at polarization H.<br />
[1] Ciosk K., Krawczyk A., Kubacki R.: The influence of the electromagnetic wave parameters on SAR<br />
coefficient, in: Electromagnetic Fields in Mechatronics, Electrical and Electronic Engineering (eds.<br />
A.Krawczyk, S.Wiak, X.M.Lopez-Fernandez), IOS Press, Amsterdam 2006<br />
[2] Ciosk K., Krawczyk A: The influence of the electromagnetic wave frequency on SAR in biological object.,<br />
EHE’06, Madeira, pp.2.97-2.100<br />
[3] Ciosk, A. Krawczyk, R. Kubacki, The comparison of phantom model and simulation results in SAR<br />
analysis , in: Computer Engineering in Applied Electromagnetism (eds. S. Wiak, A. Krawczyk, M. Trlep),<br />
Springer, 2005
Wstęp<br />
XVIII Sympozjum <strong>PTZE</strong>, Zamość 2008<br />
BEZPRZEWODOWE MONITOROWANIE<br />
I TELEDIAGNOSTYKA<br />
Agnieszka Duraj 1 , Andrzej Krawczyk 2<br />
1 Politechnika Łódzka, Instytut Informatyki,<br />
2 Centralny Instytut Ochrony Pracy – Państwowy Instytut Badawczy<br />
Współczesna technika komunikacji bezprzewodowej spowodowała ogromny postęp<br />
w telediagnostyce i monitorowaniu stanów zdrowotnych na odległość. Oprócz szeroko stosowanego<br />
bezprzewodowego monitorowanie implantów kardiologicznych (stymulatorów i implantowanych<br />
kardiowerterów-defibrylatorów) wprowadza się coraz częściej monitorowane<br />
innych implantów elektronicznych a także diagnozowanie stanów chorobowych. Poniżej<br />
przedstawione są podstawowe dane o obiektach diagnostyki i monitorowania, a także techniki<br />
ich realizacji.<br />
Podstawowe wymagania diagnostyki elektromagnetycznej<br />
Bezprzewodowe diagnozowanie i monitorowanie jest lub będzie prowadzone w przypadkach,<br />
w których istnieje możliwość wygenerowania sygnału elektromagnetycznego, niosącego informację<br />
o dysfunkcji organu pacjenta lub o stanie bieżącej aktywności organu. W przyszłości<br />
mogą to być niemal wszystkie organy, a patrząc na sprawę z obecnego punktu widzenia można<br />
wyliczyć kilka przykładowych obiektów diagnozujących i monitorujących:<br />
• kardiostymulatory,<br />
• poziom glukozy,<br />
• pompy insulinowe,<br />
• stymulatory słuchu,<br />
• monitorowanie stanu zdrowia,<br />
• wyposażenie medyczne i wskaźniki bezpieczeństwa.<br />
Niektóre z tych aplikacji zostały już zatwierdzone przez amerykańskie agencje FDA (agencja<br />
ds. leków i żywności) i FCC (komisja ds. komunikacji) [1].<br />
Najprostszy system komunikacji bezprzewodowej można zobrazować linią: implantowany<br />
stymulator serca (sygnał pierwotny) – komputer domowy (sygnał przetworzony do transmisji<br />
danych) – telefon lekarza, bądź informacja w sieci komputerowej (przetwarzanie sygnału) –<br />
telefoniczne dyspozycje dla pacjenta (rozpoznanie i podjęte działanie terapeutyczne). Komputer<br />
domowy może być zastąpiony telefonem komórkowym, co pozwala pacjentowi na dużą<br />
aktywność w sensie przemieszczania się.<br />
31
Wymagania stawiane systemom telediagnostyki i telemonitoringu mają charakter ekonomiczny<br />
(niski koszt urządzeń teletransmisyjnych), oraz techniczny. Ważnym wymaganiem technicznym<br />
jest silne ograniczenie mocy układu teletransmisyjnego, aby bateria zasilająca układ<br />
nadawczy w implancie mogła działać przez wiele lat.<br />
Inne wymagania techniczne to:<br />
• zasięg komunikacji – na tyle duży, żeby nie doprowadzić do zerwania łączności<br />
między implantem a urządzeniem zewnętrznym,<br />
• szybkość transmisji danych – dane z implantu tworzą duży pakiet, który powinien<br />
być przesłany w możliwie krótkim czasie,<br />
• bezpieczeństwo transmisji – dane z implantu mogą być dostępne osobom trzecim,<br />
a zatem potrzebna jest ich kodowanie,<br />
• kompatybilność elektromagnetyczna – transmisja może zostać zakłócona przez<br />
inne źródła pola elektromagnetycznego.<br />
Dwa pierwsze wymagania mają aspekt informatyczny, podczas gdy czwarty jest związany<br />
z inżynierią elektromagnetyczną.<br />
Zarówno standardy amerykańskie jak i europejskie zdefiniowały zakres częstotliwości oraz<br />
dopuszczalne moce dla urządzeń transmisyjnych. Sformułowano standardy dla dwóch rodzajów<br />
transmisji: MICS (medical implant communication service) oraz WMTS (wireless medical<br />
telemetry service). MICS pokrywa systemy o bardzo małej mocy (Ultra-Low Power<br />
ULP). Europejska Komisja ds. Komunikacji (ECC) zdefiniowała ponadto parametry dla<br />
aktywnych implantów medycznych (AMI).<br />
Większość obowiązujących standardów dotyczy kardioimplantów. Pojawiają się nowe aplikacje,<br />
które wymagać będą innego podejścia, jak na przykład monitorowanie poziomu cukru<br />
u diabetyków. Techniki takiego monitorowania są już wprowadzane przez firmy elektroniczno-medyczne<br />
[2].<br />
Podsumowanie<br />
Techniki bezprzewodowego diagnozowania i monitorowania stanowią wyzwanie dla środowisk<br />
naukowych i technicznych, operujących w obszarze szeroko rozumianego bio<strong>elektromagnetyzmu</strong><br />
a także informatyki. Należy szczególną uwagę zwrócić na aspekty elektromagnetyczne<br />
(generacja sygnału i kompatybilność elektromagnetyczna). Informatyczne (szyfrowanie<br />
danych) i biologiczne (parametry elektryczne tkanek biologicznych). Należy oczekiwać,<br />
że obszar badawczy będzie tutaj bardzo rozległy.<br />
Literatura<br />
[1] Panescu D., Wireless communication systems for implantable medical devices, IEEE Engineering in Medicine<br />
and Biology Magazine, vol. 27, No.2, 2008<br />
[2] www.dexcom.com/html/dexcom_products.html<br />
32
Streszczenie<br />
XVIII Sympozjum <strong>PTZE</strong>, Zamość 2008<br />
PROBLEMATYKA KOMPATYBILNOŚCI<br />
ELEKTROMAGNETYCZNEJ W KSZTAŁCENIU<br />
STUDENTÓW WYDZIAŁU ELEKTRYCZNEGO<br />
POLITECHNIKI CZĘSTOCHOWSKIEJ<br />
Aleksander Gąsiorski, Zdzisław Posyłek<br />
Politechnika Częstochowska, Wydział Elektryczny, Katedra Elektrotechniki<br />
Współczesne społeczeństwa rozwinięte cywilizacyjnie użytkują szerokie gamę urządzeń<br />
elektrycznych (elektronicznych i telekomunikacyjnych) różnego rodzaju. Prawie każde pracujące<br />
urządzenie elektryczne jest źródłem zaburzeń pola elektromagnetycznego o różnych poziomach<br />
i charakterze, emitowanych do środowiska elektromagnetycznego. Środowisko elektromagnetyczne<br />
jest to miejsce użytkowania urządzeń określone poziomem i charakterem<br />
zaburzeń pochodzących od ich źródeł. Zdolność urządzenia elektrycznego do niezawodnej<br />
pracy w określonym środowisku elektromagnetycznym i nie emitowanie zaburzeń pola elektromagnetycznego<br />
zakłócającego poprawną pracę innych urządzeń pracujących w tym środowisku<br />
nosi nazwę kompatybilności elektromagnetycznej. Urządzenie kompatybilne elektromagnetycznie<br />
nie powoduje zakłóceń w pracy innych urządzeń nie jest wrażliwe na zakłócenia<br />
emitowane przez inne urządzenia oraz samo nie powoduje zakłóceń we własnej pracy.<br />
Z drugiej strony, zgodnie z przyjętymi w kraju zaleceniami (Polskiego Komitetu Normalizacyjnego)<br />
termin zaburzenie elektromagnetyczne (oddziaływanie elektromagnetyczne) oznacza<br />
przyczynę, która może spowodować powstanie „zakłócenia” pracy urządzenia. W ramach<br />
kompatybilności elektromagnetycznej rozróżnia się wyraźnie rozdzielnie pojęcie „emisji zaburzeń”<br />
oraz pojęcie „odporności na zaburzenia”. Obowiązujące w państwach Unii Europejskiej<br />
dyrektywy dotyczące zasad kompatybilności nakładają obowiązek przestrzegania wymagań<br />
obowiązujących standardów w zakresie emisji zaburzeń i odporności na zaburzenia.<br />
Oznaczanie produktów unijnych znakiem „CE” nakłada obowiązek udokumentowania badań<br />
zakłóceń wytwarzanych przez urządzenia jak również badanie stopnia odporności na zaburzenia<br />
pochodzące od innych urządzeń w szerokim zakresie częstotliwości roboczych.<br />
Problematyka kompatybilności elektromagnetycznej staje są coraz bardziej aktualna<br />
i wprowadzenie jej do programów nauczania wyższych szkół technicznych nie tylko jest koniecznością<br />
ale jest również ciekawe i atrakcyjne dla studiujących. Wydział Elektryczny Politechniki<br />
Częstochowskiej prowadzi kształcenie na trzech kierunkach: Elektrotechnika, Informatyka<br />
i Elektronika i Telekomunikacja. Kształcenie w zakresie kompatybilności elektromagnetycznej<br />
zgodnie z obowiązującymi Standardami kształcenia zalecane jest jedynie dla kierunku<br />
studiów Elektronika i Telekomunikacja na studiach drugiego stopnia (magisterskich)<br />
w grupie przedmiotów kierunkowych. Dzięki zrozumieniu wagi problemu kompatybilności<br />
33
34<br />
XVIII Sympozjum <strong>PTZE</strong>, Zamość 2008<br />
elektromagnetycznej w dzisiejszej elektryce, władze wydziału wprowadziły przedmioty<br />
z tego zakresu do siatek godzin, na wszystkich prowadzonych kierunkach studiów. Na (najstarszym<br />
z prowadzonych kierunków) kierunku Elektrotechnika wprowadzono przedmioty:<br />
Kompatybilność elektromagnetyczna w przesyle sygnałów (specjalność: Komputeryzacja<br />
i Robotyzacja Procesów, studia dzienne jednolite magisterskie, IX semestr, 1 godzina wykładów<br />
i 2 godzina ćwiczeń laboratoryjnych), Zakłócenia w elektroenergetyce (studia zaoczne<br />
magisterskie uzupełniające, I semestr, 9 godzin wykładów, 18 laboratorium). Na kierunku<br />
Elektronika i telekomunikacja: przedmiot Kompatybilność elektromagnetyczna (studia inżynierskie<br />
zaoczne, VI semestr, 9 godzin wykładów, 18 godzin ćwiczeń laboratoryjnych). Na<br />
kierunku Informatyka: przedmiot Kompatybilność elektromagnetyczna w przesyle sygnałów<br />
(studia inżynierskie dzienne, VI semestr, 1 godzina wykładów, 2 godziny ćwiczeń laboratoryjnych.<br />
W założeniu korelują one z prowadzonymi z przedmiotami Elektroekologia i Elektroekologia<br />
techniczna. Podstawę dydaktyczną dla studentów studiujących kompatybilność<br />
elektromagnetyczną stanowi znajomość teorii obwodów, teorii pola elektromagnetycznego,<br />
technik wysokonapięciowych i pokrewnych dziedzin.<br />
W pracy opisano niektóre dydaktyczne stanowiska laboratoryjne przygotowane dla<br />
studentów w Katedrze Elektrotechniki Wydziału Elektrycznego Politechniki Częstochowskiej,<br />
takie jak:<br />
• Pomiary zakłóceń promieniowanych,<br />
• Badanie dopasowanie antenowego,<br />
• Ekranowanie kabli sygnałowych od wpływu zewnętrznych pól magnetycznych,<br />
• Badanie filtrów przeciwzakłóceniowych,<br />
• Pomiary zakłóceń przewodzonych sieciowych<br />
• Badanie łączy bezprzewodowych,<br />
• Własności elementów pasywnych przy wyższych częstotliwościach,<br />
• Badanie odporności urządzeń na wyładowania elektrostatyczne,<br />
• Wpływ impulsowych pól magnetycznych o częstotliwości sieciowej na pracę urządzeń,<br />
• Badanie odporności przepięciowej sprzętu elektronicznego zasilanego z sieci niskiego<br />
napięcia.<br />
Powyższa tematyka ćwiczeń laboratoryjnych zawiera się w szeroko rozumianej tematyce<br />
kompatybilnościowej dotyczącej zjawisk i problemów występujących przy projektowaniu,<br />
użytkowaniu sprzętu elektrycznego, elektronicznego i telekomunikacyjnego. Badania realizowane<br />
w trakcie ćwiczeń mają swoje odniesienie do obowiązujących norm europejskich.<br />
Należy dodać, że koszty utworzenia dydaktycznego laboratorium kompatybilności elektromagnetycznej<br />
są wysokie ze względu na konieczność stosowania drogiej i specjalizowanej<br />
aparatury a także na potrzebę wyeliminowania w laboratorium wpływu zewnętrznych pól<br />
elektromagnetycznych i zakłóceń przenoszonych przez sieci zasilające.
XVIII Sympozjum <strong>PTZE</strong>, Zamość 2008<br />
WERYFIKACJE ANALITYCZNA I LABORATORYJNA<br />
POMIARÓW EMISYJNOŚCI W KOMORZE GTEM<br />
Streszczenie<br />
Aleksander Gąsiorski, Zdzisław Posyłek<br />
Politechnika Częstochowska, Wydział Elektryczny, Katedra Elektrotechniki<br />
W roku 2006 zakupiono a w 2007 zainstalowano w laboratoriach Katedry Elektrotechniki<br />
Wydziału Elektrycznego Politechniki Częstochowskiej komorę GTEM (Gigahertz Transverse<br />
Elektro-Magnetic). Komora ta (odpowiadająca w klasyfikacji szwajcarskiej firmy Schaffner<br />
liczbie 1250) została wykonana przez poprzedniego właściciela i w chwili zakupu nie posiadała<br />
udostępnionych analitycznych oraz doświadczalnych procedur kalibracyjnych, występujących<br />
często w postaci programów komputerowych. Bardzo drogie nowe komory GTEM<br />
zakupywane w konsorcjach produkcyjnych takie procedury programowe posiadają w swoim<br />
wyposażeniu.<br />
Pierwszą komorę GTEM zaprojektowano w 1984 roku w firmie ASEA Brown Bovery Ltd.<br />
(Szwajcaria). Ważną cechą charakterystyczną komory jest podawana maksymalna wysokość<br />
metalowej płyty znajdującej się wewnątrz obudowy (zwanej septum). Pomiędzy septum<br />
a dolną ścianą obudowy komory znajduje się przestrzeń robocza (w której umieszcza się<br />
obiekt pomiarowy). Wysokość septum w budowanych komorach GTEM może wynosić<br />
ponad 2 metry.<br />
Komora GTEM jest faktycznie współosiowym przewodnikiem o przekroju prostokątnym<br />
rozchodzącym się w kształcie piramidy z punktu w wierzchołku którego, umieszczono wejście<br />
pomiarowe. Rolę ekranu pełni metalowa obudowa komory, natomiast septum pełni<br />
rolę przewodu wewnętrznego. Zwykle w komorze GTEM płyta septum jest umieszczona<br />
w 1/3 odległości od górnej ściany komory co pozwala na powiększenie przestrzeni roboczej,<br />
w której umieszcza się badany obiekt. W pionowej ścianie bocznej komory umieszczone są<br />
drzwi umożliwiające ustawienie i manipulację obiektem badanym promieniującym pole elektromagnetyczne.<br />
Wysoką i stabilną wartość ekranowania gwarantują wyselekcjonowane (drogie)<br />
materiały stosowane na obudowę, drzwi, przepusty i filtry. W konstrukcji komory zawarty<br />
został kompromis związany z rozdzieleniem rodzajów obciążenia dla różnych zakresów<br />
częstotliwości. Dla niższych częstotliwości jako obciążenie zastosowano specjalną matrycę<br />
rezystorową o wypadkowej rezystancji równej 50 Ω. Dla wyższych częstotliwości rolę obciążenia<br />
pełni materiał absorpcyjny (piramidalne absorbery) pokrywający tylną ścianę komory<br />
(podstawę ostrosłupa). Są one ustawione na podstawie stanowiącej część czaszy kulistej,<br />
której geometryczny środek stanowi wierzchołek ostrosłupa (wejście pomiarowe).<br />
Absorbery pochłaniają energię promieniowaną przez badane urządzenie, eliminując tym<br />
samym zjawisko odbicia płaskiej fali elektromagnetycznej od tylnej ściany komory.<br />
35
36<br />
XVIII Sympozjum <strong>PTZE</strong>, Zamość 2008<br />
Badania urządzeń elektrycznych elektronicznych i telekomunikacyjnych w komorach<br />
GTEM sprowadza się do pomiaru mocy na wejściu komory dla kilku (czasem kilkunastu)<br />
położeń obiektu badanego w jej wnętrzu.<br />
Pole elektromagnetyczne badanych urządzeń określa się poprzez zbudowanie zastępczego<br />
modelu składającego się z: trzech ekwiwalentnych wzajemnie ortogonalnych<br />
dipoli elektrycznych, trzech ekwiwalentnych wzajemnie ortogonalnych dipoli magnetycznych,<br />
jednego kwadrupola (pomijanego dla elektrycznie małych urządzeń). Powyższe<br />
wielkości pozwalają na wyznaczenie momentów elektrycznych i magnetycznych ekwiwalentnych<br />
dipoli co prowadzi do wyznaczenia pełnych charakterystyk promieniowania elektromagnetycznego<br />
badanych obiektów. W praktyce znajomość pełnych charakterystyk<br />
promieniowania badanego obiektu nie zawsze jest konieczna, istotniejsza wydaje się być<br />
informacja o całkowitej mocy promieniowanej przez badane urządzenie. Pozwala ona na<br />
określenie maksymalnych wartości natężenia składowych pola elektromagnetycznego<br />
(elektrycznej i magnetycznej) w dowolnym punkcie przestrzeni w otoczeniu obiektu badanego.<br />
Podstawowym zadaniem związanym z uruchomieniem komory GTEM było określenie<br />
przestrzeni pomiarowej wewnątrz komory przy założeniu określonej dokładności badawczej.<br />
Fizycznie przestrzeń badawcza uzależniona jest od wielkości komory jak i założonego dopuszczalnego<br />
spadku (zmiany) wartości składowej pionowej wektora natężenia pola elektrycznego.<br />
W pracy dla posiadanej komory, dokonano określenia przestrzeni badawczej<br />
w objętości komory przy założeniu dopuszczalnego spadku wartości składowej pionowej<br />
wektora natężenia pola elektrycznego równego ±1 dB, ±2 dB, ±3 dB. Wraz ze spadkiem wymaganej<br />
dokładności pomiaru (spadkiem wartości składowej pionowej pola elektrycznego)<br />
przestrzeń badawcza wewnątrz komory rosła, stąd wniosek, ze im większe obiekty będą badane<br />
w komorze tym mniej dokładne będą pomiary. W praktycznych badaniach pomiary<br />
przeprowadza się najczęściej ustawiając rzeczywisty obiekt badany w co najmniej trzech różnych,<br />
wzajemnie prostopadłych położeniach.<br />
Pełne weryfikacje rozważań teoretycznych komory GTEM przeprowadzane są dla badanych<br />
obiektów praktycznie z wykorzystaniem sondy prętowej pola elektrycznego (np. typu<br />
HZ530 firmy Hameg, Niemcy). Otrzymane wyniki pomiarowe powinny zostać odniesione do<br />
badań poligonowych, co realizowane jest za pomocą kłopotliwych procedur odpowiednich<br />
dla stosowanej komory. Przeliczone wielkości pola elektromagnetycznego (komora – poligon)<br />
pozwalają porównać wartości z pomiarów w komorze z wielkościami pola elektromagnetycznego<br />
określanymi w normach (normy podają wielkości graniczne pola elektromagnetycznego<br />
dla warunków pomiarów poligonowych). W pracy pokazano krok po kroku sposób<br />
tworzenia procedur dla komory GTEM. Opracowanie procedur jest niezwykle ważne, gdyż<br />
daje pełne możliwość przeliczenia pomiarów parametrów pola elektromagnetycznego dokonanych<br />
w komorze na standardowe pomiary dokonane na poligonie. Umożliwia to wzajemne<br />
porównanie otrzymanych wyników w różnych komorach (różnych laboratoriach), bez względu<br />
na wielkość fizyczną, typ i rodzaj, stosowanej komory GTEM.
Streszczenie<br />
XVIII Sympozjum <strong>PTZE</strong>, Zamość 2008<br />
ENERGIA MOLEKUŁY I JEJ STANY KWANTOWE<br />
Wanda Gryglewicz-Kacerka 1 , Henryk Małecki 2 , Janusz F. Kacerka 3<br />
1 Instytut Informatyki Politechniki Łódzkiej<br />
2 Wyższa Szkoła Informatyki w Łodzi<br />
3 Instytut Automatyki Politechniki Łódzkiej<br />
Energia molekuły związana jest z czterema jej ruchami i jest sumą<br />
1) energii kinetycznej je ruchu postępowego (translacji) E tr ,<br />
2) energii powłok elektronowych E el ,<br />
3) energii oscylacji atomów wokół ich położeń równowagi E osc ,<br />
4) energii rotacji molekuły wokół osi przechodzących przez środek masy molekuły E rot .<br />
Można zatem zapisać, że energia całkowita E jest równa:<br />
E = E + E + E + E<br />
(1)<br />
tr<br />
el<br />
Z wymieniowych rodzajów energii tylko energia translacyjna może przyjmować dowolne<br />
wartości, czyli jest wartością ciągłą. Pozostałe rodzaje energii przybierają ściśle określone<br />
wartości , czyli są skwantowane.<br />
W molekule mamy zatem do czynienia z elektronowymi – E el , oscylacyjnymi – E osc<br />
i rotacyjnymi – Erot skwantowanymi stanami energetycznymi.<br />
Poziomy elektronowe<br />
Dla molekuły dwuatomowej energia elektronowa molekuły rozpatrywana jest jako<br />
funkcja chwilowej konfiguracji jąder, zależy od jednej współrzędnej odległości r pomiędzy<br />
jądrami.<br />
b) F<br />
a)<br />
E<br />
0,5 eV<br />
-4,4 eV<br />
r0=0,34nm<br />
r<br />
osc<br />
rot<br />
r0=0,34nm<br />
Rys.1. Oddziaływanie między jonami K + i Cl - : a) energia potencjalna oddziaływania, b) siła oddziaływania<br />
r<br />
37
38<br />
XVIII Sympozjum <strong>PTZE</strong>, Zamość 2008<br />
Składają się na nią: energia kinetyczna szybko poruszających się elektronów, energia oddziaływań<br />
elektronów ze sobą i elektronów z nieruchomymi jądrami oraz energia oddziaływań<br />
wzajemnych jąder. Elektronowe poziomy energetyczne w molekule są tego samego rzędu<br />
co w izolowanym atomie i zawierają się w granicach od około 1 do 10 eV.<br />
Poziomy oscylacyjne<br />
Przy rozpatrywaniu ruchu jąder energia E el , zależna od odległości r między jądrami i mająca<br />
określone wartości przy każdej wartości ρ, gra rolę energii potencjalnej. Przy małych<br />
odchyleniach r od położenia równowagi r0, jądra wykonują drgania harmoniczne. Dowolne<br />
odchylenia atomu od położenia równowagi powoduje powstanie siły<br />
∂E<br />
p<br />
F = − skierowanej do położenia równowagi [1] (rys.1 a,b), która z kolei powoduje po-<br />
∂r<br />
wstanie w układzie drgań.<br />
W przypadku niewielkich odchyleń drgania te są harmoniczne i ich energia wyraża się<br />
wzorem<br />
⎛ 1 ⎞<br />
Eosc = hν<br />
osc⎜<br />
v + ⎟<br />
(2)<br />
⎝ 2 ⎠<br />
h – stała Plancka,<br />
ν osc – częstość oscylacji,<br />
v – liczba kwantowa oscylacji, przyjmująca wartości: 1,2,3,....<br />
Kwantowanie energii oscylacji, równej sumie energii potencjalnej i kinetycznej daje<br />
oscylacyjne poziomy energetyczne rys. 2.<br />
E<br />
7<br />
1<br />
23456<br />
v=0<br />
Rys. 2. Oscylacyjne poziomy energetyczne molekuły dwuatomowej<br />
Należy zwrócić uwagę na to, że poziomy oscylacyjne zagęszczają się ku górze, co wynika<br />
stąd, że przy dużych amplitudach drgań nie można ich uważać za harmoniczne i częstość<br />
ν zmienia się (rośnie) przy przejściu do wyższych poziomów. Z rozważań teoretycznych<br />
osc<br />
wynika, że energia poziomów oscylacyjnych powinna być co najmniej 43<br />
1836 ≈ razy<br />
mniejsze od energii poziomów elektronowych, tj. rzędu 10 -1 -10 -2 eV [2].
Poziomy rotacyjne<br />
XVIII Sympozjum <strong>PTZE</strong>, Zamość 2008<br />
Jak wspomniano wyżej, w molekule np. dwuatomowej jądra mogą drgać wokół położenia<br />
równowagi, tak że odległość między nimi oscyluje wokół odległości równowagowej r0<br />
(rys.1a), a w dodatku cały układ może się obracać wokół swego środka masy, który leży na<br />
osi obrotu (rys. 3).<br />
a)<br />
m1<br />
CM<br />
r0<br />
m2<br />
Rys.3. Uproszczony obraz molekuły dwuatomowej: a) uproszczony obraz molekuły składającej się<br />
z dwóch mas m1 i m2, b) model dynamicznie równoważny<br />
Na rys. 3a przedstawiono uproszczony obraz molekuły dwuatomowej składającej się<br />
z dwóch mas m1 i m2 obracających się wokół wspólnego środka masy (CM) i odległych od<br />
siebie o r0, natomiast na rys.3b model dynamicznie równoważny poprzedniemu z masą zredukowaną<br />
µ określoną wzorem<br />
m1<br />
⋅m2<br />
µ = ,<br />
m1<br />
+ m2<br />
poruszającą się po orbicie o promieniu r0 wokół ustalonego punktu. Jeśli prędkością masy<br />
zredukowanej µ jest v, to energia kinetyczna ruchu obrotowego wynosi<br />
2<br />
µ v<br />
Erot = ,<br />
2<br />
a moment pędu równy jest<br />
� → →<br />
L = r 0×<br />
µ v .<br />
A więc<br />
2 2<br />
µ L L<br />
Erot = = ,<br />
2 2<br />
2µ<br />
r0<br />
2I<br />
2<br />
gdzie I = µ r0<br />
jest momentem bezwładności molekuły.<br />
Przyczyną powstawania rotacyjnych poziomów energetycznych jest skwantowanie momentu<br />
pędu molekuły L � . Oznaczając przez J liczbę kwantową momentu pędu molekuły mamy<br />
[3]<br />
h<br />
L = J ( J + 1)<br />
(3)<br />
2π<br />
b)<br />
µ<br />
v<br />
CM<br />
39
40<br />
XVIII Sympozjum <strong>PTZE</strong>, Zamość 2008<br />
Rozpatrując molekułę jako bryłę sztywną o momencie bezwładności I, możemy rotacyjną<br />
energię kinetyczną molekuły wyrazić wzorem [3]<br />
2 2<br />
2<br />
L h J ( J + 1)<br />
h J ( J + 1)<br />
Erot = = = , (4)<br />
2<br />
2I<br />
8π<br />
I 2I<br />
gdzie J=0,1,2,3...<br />
Znając odległość atomów r 0 , ich masy m1 i m2 można obliczyć jej moment bezwładności<br />
I. Okazuje się, że dla molekuł odległości między poziomami rotacyjnymi mieszczą się w granicach<br />
10 -3 ÷10 -5 eV.<br />
Z powyższych krótkich rozważań wynika, że energia pobrana z zewnątrz przez molekułę<br />
i zużyta na wzbudzenie tej molekuły, może spowodować jednoczesną zmianę różnych postaci<br />
jej energii. I tak, wzbudzeniom elektronów odpowiada emisja promieniowania leżącego<br />
przeważnie w zakresie widzialnym lub w nadfiolecie, a więc o długościach fali rzędu<br />
0,1-1µm. Wzbudzeniom oscylacyjnym odpowiada emisja promieniowania w zakresie podczerwieni<br />
o długościach fal rzędu 10-100µm, a wzbudzeniom rotacyjnym – emisja fal o długości<br />
rzędu 1000-100000 µm (1 – 100 mm).<br />
W molekułach bardziej złożonych widmo ma charakter pasmowy. Położenie pasm<br />
w widmie jest charakterystyczne dla budowy molekuły. Dzięki temu na podstawie widm cząsteczkowych<br />
można wykrywać obecność związków chemicznych w mieszaninach.<br />
Spis literatury<br />
1. W. Gryglewicz-Kacerka, H. Małecki, XV Sympozjum <strong>PTZE</strong> 2006.<br />
2. R. Eisberg, R. Resnick, Fizyka kwantowa, PWN, Warszawa 1983<br />
3. V.E. Weisskopf, Physics Today,1985 p.36
XVIII Sympozjum <strong>PTZE</strong>, Zamość 2008<br />
ZASTOSOWANIE OBLICZEŃ RÓWNOLEGŁYCH<br />
DO WYZNACZANIE ROZKŁADU POLA ŚWIETLNEGO<br />
Wprowadzenie<br />
Leszek Kasprzyk<br />
Politechnika Poznańska, Instytut Elektrotechniki i Elektroniki Przemysłowej<br />
Intensywny rozwój <strong>nowoczesnych</strong> technologii we wszystkich sferach działalności<br />
człowieka przyczynia się ekspansji nowatorskich metod obliczeniowych, a w szczególności<br />
metod służących do analizy pól elektromagnetycznych, w tym również do analizy pola<br />
świetlnego. Metody takie umożliwiają uzyskiwanie wyników z coraz większą dokładnością,<br />
która w dużej mierze zależy od jakości odwzorowania struktury analizowanego obiektu [1,2].<br />
Ma to znaczący wpływ na wzrost czasu obliczeń oraz ilości pamięci operacyjnej, niezbędnej<br />
do ich realizacji. Z tego powodu wyznaczanie rozkładu strumienia świetlnego należy do jednych<br />
z najbardziej czasochłonnych zagadnień obliczeniowych. W związku z powyższym,<br />
podczas wykonywania obliczeń rozkładu strumienia świetlnego coraz częściej stosuje się<br />
zrównoleglenie obliczeń, wykorzystując do tego celu zarówno maszyny masywnie równoległe,<br />
jak i klastry komputerowe [1,4].<br />
Algorytm obliczeniowy<br />
Wykorzystując zaprezentowany w pracach [2,3,4] model numeryczny, służący do analizy<br />
pola świetlnego, opracowano algorytm obliczeń równoległych. Zaproponowano oryginalny<br />
sposób zrównoleglenia trzech elementów algorytmu: numerycznego wyznaczania wartości<br />
współczynników wykorzystania strumienia świetlnego, obliczania składowej bezpośredniej<br />
strumienia świetlnego oraz rozwiązywania układu równań liniowych.<br />
W pierwszym etapie zrównoleglenia wyznaczano współczynniki wykorzystania (sprzężenia).<br />
Obliczenia poszczególnych współczynników, polegające na wyznaczaniu podwójnej<br />
całki, nie zależą od siebie, dlatego można je realizować jednocześnie przez grupę procesorów<br />
[2].<br />
Kolejny etap obliczeń równoległych, polegał na wyznaczaniu wartości składowych bezpośrednich<br />
strumienia świetlnego na wszystkich powierzchniach elementarnych znajdujących<br />
się w analizowanym obiekcie. W tej części algorytmu rozpraszano obliczenia dla pojedynczych<br />
źródeł światła lub ich grup, wykorzystując tego celu zasadę superpozycji [2,4].<br />
Trzeci element, który poddano zrównolegleniu, to rozwiązywanie układu równań liniowych.<br />
Proces zrównoleglenia obliczeń polega na podziale układu na bloki, w których liczba<br />
równań jest zależna od liczby węzłów oraz ich mocy obliczeniowej, z uwzględnieniem przepustowości<br />
kanału transmisyjnego. Poszczególne jednostki realizujące zadanie, wykonują<br />
obliczenia dla pojedynczego kroku iteracyjnego, a po jego wykonaniu zwracają wyniki do<br />
procesu nadrzędnego. Obliczenia wykonywane przez pojedynczy węzeł (tzn. obliczenia poje-<br />
41
42<br />
XVIII Sympozjum <strong>PTZE</strong>, Zamość 2008<br />
dynczego bloku) realizowane są niezależnie od pozostałych przy użyciu metody sukcesywnej<br />
nadrelaksacji.<br />
W metodach iteracyjnych konieczne jest określenie wartości początkowych szukanych<br />
zmiennych. Dobór tych wartości jest jednym z elementów procesu obliczeniowego mających<br />
wpływ na czas rozwiązywania układu równań. Biorąc pod uwagę fakt, że wyniki obliczeń<br />
(tzn. całkowity strumień świetlny na wszystkich powierzchniach elementarnych) są zbliżone<br />
do wartości składowych bezpośrednich strumienia świetlnego, zmiennym początkowym<br />
(w zerowym kroku iteracyjnym) przypisano wartości składowych bezpośrednich strumienia<br />
na poszczególnych powierzchniach [2,4].<br />
Obliczenia pola świetlnego z wykorzystaniem komputerów równoległych<br />
Podczas przeprowadzania badań testowych dokonano analizy pola świetlnego na wirtualnych<br />
maszynach równoległych zbudowanych w Instytucie Elektrotechniki i Elektroniki<br />
Przemysłowej Politechniki Poznańskiej. Wykorzystany metakomputer składał się z 24 komputerów<br />
osobistych o różnych architekturach sprzętowych. Klaster został zbudowany z wykorzystaniem<br />
popularnej biblioteki do realizacji obliczeń równoległych i rozproszonych – MPI.<br />
Całkowita moc obliczeniowa komputera wynosi około 65 GFlops.<br />
Obliczenia testowe zrealizowano wyznaczając rozkład strumienia świetlnego w obiekcie<br />
przemysłowym o wymiarach 150x75 m i zróżnicowanej wysokości dla dwóch obszarów:<br />
w obszarze 1 (pomieszczenia biurowe) 3,5 m i w obszarze 2 (pomieszczenia produkcyjne)<br />
8 m. Rozmieszczono w nim 400 wymuszeń (w tym 300 typu OPS 250 i 100 typu OKW 336).<br />
Uzyskane wyniki czasu obliczeń w funkcji liczby procesorów wchodzących w skład<br />
komputerów równoległych oraz uzyskanej efektywności przedstawiono na rysunkach 1 i 2.<br />
czas obliczeń T[s]<br />
700<br />
600<br />
500<br />
400<br />
300<br />
200<br />
100<br />
0<br />
1 4 7 10 13 16 19 22 25<br />
liczba procesorów n<br />
Wnioski<br />
Rys. 1. Zależność czasu obliczeń w funkcji<br />
liczby procesorów wchodzących<br />
w skład komputerów równoległych<br />
efektywność e[%]<br />
100<br />
90<br />
80<br />
70<br />
60<br />
50<br />
40<br />
30<br />
20<br />
10<br />
0<br />
1 4 7 10 13 16 19 22 25<br />
liczba procesorów n<br />
Rys. 2. Zależność efektywności obliczeń<br />
w funkcji liczby procesorów wchodzących<br />
w skład komputerów równoległych<br />
W rezultacie przeprowadzonych badań stwierdzono, że wykorzystanie klastrów komputerowych<br />
do obliczeń pola świetlnego umożliwia znaczące skrócenie czasu jego analizy. Dla<br />
przedstawionych przykładów zastosowanie wirtualnej maszyny równoległej doprowadziło do<br />
skrócenia czasu obliczeń numerycznych z około 650 s do około 31 s na 24 procesorach. Efektywność<br />
obliczeń wykonanych na 24 procesorach wyniosła około 30%. Otrzymane wyniki
XVIII Sympozjum <strong>PTZE</strong>, Zamość 2008<br />
świadczą o efektywnym działaniu równoległego algorytmu obliczeniowego oraz prawidłowym<br />
funkcjonowaniu algorytmów szeregowania zadań.<br />
Wyniki przeprowadzonych badań mogą mieć zastosowanie podczas tworzenia aplikacji<br />
służących do projektowania oświetlenia dużych obiektów przemysłowych, w których analiza<br />
pola świetlnego jest bardzo czasochłonna. Aplikacje takie mogą wykorzystywać do obliczeń<br />
lokalne lub zdalne komputery równoległe, w tym również maszyny wirtualne zbudowane<br />
z grupy komputerów znajdujących się np. w biurach projektowych lub ośrodkach badawczych.<br />
Literatura<br />
[1] Grama A., Gupta A., Karypis G., Kumar V.: Introduction to Parallel Computing, Addison-Wesley, Harlow,<br />
England 2003<br />
[2] Kasprzyk L.: Analiza rozkładu strumienia świetlnego przy użyciu komputerów równoległych, Przegląd<br />
Elektrotechniczny, 12/2007, ISSN 0033-2097, R. 83 NR 12/2007, s. 127-131<br />
[3] Kasprzyk L., Nawrowski R., Tomczewski A., “Application of a Parallel Virtual Machine for the Analysis of<br />
a Luminous Field”, EuroPVMMPI 2002, LNCS, Vol. 2474, Springer-Verlang B NY H, 2002, pp. 122-129<br />
[4] Kasprzyk L., Nawrowski R., Tomczewski A.: Analysis of a Light Field with the use of Parallel Computers,<br />
International Conference on the Computation of Electromagnetic Fields Compumag’2007, Aachen, 2007,<br />
pp. 919-920<br />
43
VIII Sympozjum <strong>PTZE</strong>, Zamość 2008<br />
BADANIE WPŁYWU OPÓŻNIEŃ<br />
W SIECI TCP/IP/ETHERNET NA UKŁAD REGULACJI<br />
Streszczenie<br />
Paweł Kielan<br />
Politechnika Śląska, Wydział Elektryczny,<br />
Katedra Mechatroniki<br />
email: pawel.kielan@polsl.pl<br />
W celu zaprojektowania poprawnie działającego układu regulacji, z zastosowaniem sieci<br />
TCP/IP/Ethernet, należy określić wpływ występujących opóźnień transmisyjnych<br />
i przepustowości łącza oraz pozostałych czynników zakłócających, jak np. brak<br />
synchronizacji, czy też źle dobranej częstotliwości próbkowania na działanie systemu [3].<br />
W niniejszym artykule przedstawione zostaną wyniki badań opóźnień w sieci<br />
TCP/IP/Ethernet dla różnej konfiguracji i wpływ opóźnień na obiekt regulacji.<br />
Rys. 1. Poglądowy schemat blokowy układu doświadczalnego do pomiaru czasów transmisji dla połączenia<br />
obiekt - regulator przez sieć Internet oraz Intranet<br />
Na rysunku 1 przedstawiono poglądowy schemat blokowy układu doświadczalnego w konfiguracji,<br />
którego zostały przeprowadzone pomiary opóźnień transportowych w sieci<br />
45
TCP/IP/Ethernet. Celem eksperymentów było zbadanie wpływu różnych konfiguracji układu<br />
regulacji oraz określenia zależności odległości pomiędzy regulatorem, a obiektem na opóźnienia<br />
transmisji w sieci lokalnej oraz sieciach rozległych (Internet). W badaniach wykorzystano<br />
również najpopularniejsze oprogramowanie systemowe w celu określenia wpływu systemu<br />
na opóźnienia sieciowe. Jako oprogramowanie rozpatrywano systemy Windows XP,<br />
Linuks oraz system czasu rzeczywistego QNX. Wykonano również serie pomiarów wykorzystując<br />
jako regulator oprogramowanie napisane pod mikrokontroler AVR 32-bitowy z dodatkowym<br />
modułem internetowym oraz z zaimplementowanym stosem TCP/IP.<br />
Pomiary zostały przeprowadzone w dwóch etapach:<br />
1. Wykonanie pomiarów opóźnień sieciowych sygnałów sterujących oraz sygnałów pomiarowych<br />
w sieci lokalnej – Intranet (w zamkniętej pętli sprzężenia zwrotnego):<br />
- pojedynczego napędu elektrycznego (różnych typów),<br />
- grupy napędów (różnych typów),<br />
- modelu robota o trzech stopniach swobody ruchu,<br />
- symulatora robota (oprogramowanie RoboSimul).<br />
2. Wykonanie pomiarów opóźnień sieciowych sygnałów sterujących oraz sygnałów<br />
pomiarowych w sieci rozległej – Internet (w zamkniętej pętli sprzężenia zwrotnego):<br />
- pojedynczego napędu elektrycznego (różnych typów),<br />
- grupy napędów (różnych typów),<br />
- modelu robota o trzech stopniach swobody ruchu,<br />
- symulatora robota (oprogramowanie RoboSimul).<br />
Pomiary przeprowadzono dla dwóch odległości:<br />
a) Gliwice – Dąbrowa Górnicza – dystans około 70km,<br />
b) Gliwice-Biel (Szwajcaria) – dystans około 1200km.<br />
Celem badań protokołu TCP/IP jest opracowanie systemu sterowania robotem w sieci<br />
rozległej (Internet). Autor zamierza opracować metodologię badań realizowalności układów<br />
regulacji w czasie rzeczywistym z wykorzystaniem Internetu. Badania, których wyniki<br />
przedstawione zostaną w niniejszym artykule mają służyć określenom ograniczeń, jakie<br />
wprowadzaja do układów regulacji sieci oparte o protokół TCP/IP.<br />
Literatura<br />
1. Kielan P.: Analysis of TCP/IP protocol – aspects of mechatronic equipment control through internet. XII<br />
Sympozjum Podstawowe Problemy Energoelektroniki, Elektromechaniki i Mechatroniki – PPEEm’2007,<br />
Wisła, 9-12 grudnia 2007r.<br />
2. T.Min Chen, Ren C.Luo: Remote supervisory of An Autonomous Mobile Robot via Word Wide Web., ISIE,<br />
Guimaraes, Portugal, 1997.<br />
3. P. Plesowicz: Zastosowanie protokołu TCP/IP do transmisji sygnałów dla potrzeb automatyki, Rozprawa<br />
doktorska, Gliwice 2006.<br />
4. T.Min Chen, Ren C.Luo: Multisensor Based Autonomous Mobile robot Through Internet Control., Proceedings<br />
of the IECON International Conference on Industrial Electronics, Control, and Instrumentation. New<br />
York, USA, 1997.<br />
5. S.Vitturi: DP-Ethernet the profibus DP protocol implemented on Ethernet. Computer Communications,<br />
Elsevier Science B.V., 2003.<br />
46
VIII Sympozjum <strong>PTZE</strong>, Zamość 2008<br />
6. P. Plesowicz: Testing of TCP/IP Based Communication for Control Purposes, Proceedings of IFAC<br />
Programmable Devices and Systems. Gliwice 2001.<br />
7. P. Gaj: Zastosowanie protokołu TCP/IP do transmisji informacji dla potrzeb przemysłowych systemów<br />
kontrolno-nadzorczych, Politechnika Śląska, Wydział Automatyki, Elektroniki i Informatyki, 2003.<br />
8. R.M. Parkin, C.A. Czarniecki, R. Safari, Safari.W.Calkin. A PID servo control system experiment conductef<br />
remotely via Internet. Control Engineering Practice, pp. 709-720, Elsevier Science 2003.<br />
47
XVIII Sympozjum <strong>PTZE</strong>, Zamość 2008<br />
MAGNESY TRWAŁE –<br />
PRZEMAGNESOWANIE, HISTEREZA,<br />
WSPÓŁCZESNE MATERIAŁY<br />
Robert A. Kosiński<br />
Centralny Instytut Ochrony Pracy – Państwowy Instytut Badawczy<br />
Czerniakowska 16, 00-701 Warszawa,<br />
Wydział Fizyki Politechniki Warszawskiej, Koszykowa 75, 00-662 Warszawa<br />
Magnesy trwałe, w postaci rud żelaza (magnetytów), są znane ludziom od wieków. Rozwój<br />
techniki spowodował wzrost zainteresowań takimi materiałami, gdyż wiele urządzeń, np. silniki<br />
prądu stałego, wymagało <strong>zastosowania</strong> źródeł stałych pól magnetycznych. Podjęto też<br />
badania naukowe nad materiałami o doskonalszych właściwościach magnetycznych niż naturalnie<br />
występujące. Doprowadziło to do wyjaśnienia struktury materiałów magnetycznych<br />
(magnetyków) oraz natury procesów przemagnesowania, które odgrywają zasadniczą rolę<br />
w <strong>zastosowania</strong>ch magnetyków. O skali uzyskanego postępu w produkcji magnesów trwałych<br />
może świadczyć porównanie magnesu podkowiastego ze współczesnym magnesem np. neodymowym,<br />
który mając kilkadziesiąt razy mniejszą objętość wytwarza tysiące razy większe<br />
pole magnetyczne.<br />
Zajmijmy się strukturą magnetyczną typowego ferromagnetyka jakim jest np. żelazo. Moment<br />
magnetyczny związany z każdym jonem sieci krystalicznej Fe jest wypadkową momentów<br />
magnetycznych (orbitalnych i spinowych) wszystkich elektronów wchodzących w skład<br />
każdego jonu. W przypadku ferromagnetyka (np. Fe, Co, Ni) wypadkowy moment magnetyczny<br />
jest niezerowy. W kryształach tego typu występuje wewnętrzne pole magnetyczne<br />
o charakterze kwantowym, zwane polem wymiennym, które porządkuje momenty magnetyczne<br />
sieci krystalicznej w jednym kierunku. (Późniejsze badania wykazały, że istotną rolę<br />
odgrywa też porządkowanie momentów magnetycznych elektronów wędrownych). Wynikałoby<br />
z tego, że każda próbka żelaza, na skutek tego uporządkowania powinna być zawsze<br />
namagnesowana do maksymalnej wartości (nasycenia), co na poziomie makroskopowym byłoby<br />
obserwowane jako istnienie wektora namagnesowania nasycenia MS. Jednak jak wiadomo<br />
kawałek żelaza nie musi być namagnesowany. Jaki jest tego powód?<br />
Okazuje się, że podstawową tego przyczyną jest dążenie każdej próbki danego materiału<br />
do zminimalizowania pewnej funkcji termodynamicznej – energii swobodnej F. W przypadku<br />
ferromagnetyka energia ta ma kilka składników: energię magnetostatyczną, energię anizotropii<br />
magnetokrystalicznej, energię magnetostrykcji, energię w polu magnetycznym zewnętrznym.<br />
Gdyby w całej próbce wszystkie momenty magnetyczne były skierowane w jedną stroną,<br />
to energia wymienna, związaną z występowaniem pola wymiennego, byłaby najmniejsza,<br />
ale inne składniki F byłyby dość duże i minimum energii swobodnej próbki nie zostałoby<br />
osiągnięte. Aby je osiągnąć próbka dzieli się na domeny. Są to obszary, na ogół o nieregularnych<br />
kształtach, namagnesowane do nasycenia, ale każdy w inna stronę. W ten sposób próbka<br />
49
50<br />
XVIII Sympozjum <strong>PTZE</strong>, Zamość 2008<br />
jako całość ma namagnesowanie M = 0. Pomiędzy domenami powstają ściany domenowe –<br />
obszary przejściowe, w których następuje stopniowy obrót momentów magnetycznych od<br />
kierunku jaki jest w jednej domenie do kierunku w domenie sąsiedniej. Dla żelaza przeciętny<br />
rozmiar domen jest rzędu 10 -6 m, a szerokość ściany domenowej rzędu 10 -8 m.<br />
Proces namagnesowania (przemagnesowania) polega na przyłożeniu do próbki zewnętrznego<br />
pola magnetycznego H, o dostatecznie dużym natężeniu, co powoduje zmiany w strukturze<br />
domenowej: domeny o kierunkach M zgodnych i zbliżonych do kierunku pola zewnętrznego<br />
rozrastają się kosztem innych domen. W ten sposób powstaje namagnesowanie<br />
całej próbki. Po usunięciu pola zewnętrznego pozostaje M ≠ 0, gdyż najważniejsze mikroskopowe<br />
procesy przemagnesowania nie są odwracalne. Zauważmy, że zmiana wielkości domen<br />
polega na przemieszczaniu się ścian domenowych, które jest wywołane przez zewnętrzne<br />
pole magnetyczne H. Energia (potencjalna) ściany domenowej E zależy od jej położenia x<br />
w danym punkcie próbki i jest funkcją posiadającą wiele lokalnych minimów i maksimów<br />
o charakterze barier potencjału. Pole H zmienia położenie ściany domenowej i przeprowadza<br />
ścianę przez te bariery potencjalne. Usunięcie pola powoduje tylko lokalne cofnięcie ściany<br />
do pobliskiego minimum energetycznego, natomiast ze względu na duże bariery potencjału,<br />
powrót ścian domenowych na poprzednie miejsca jest niemożliwy. Dla dostatecznie dużych<br />
pól magnetycznych jest więc to proces nieodwracalny. Warto zauważyć, że dla małych pól<br />
zewnętrznych ściany przemieszczają się nieznacznie, ich przesunięcia są odwracalne i stan<br />
niewielkiego namagnesowania w małym polu zewnętrznym zanika po usunięciu pola. Oprócz<br />
opisanego wyżej najważniejszego procesu występują też i inne procesy przemagnesowania -<br />
są one związane z obrotem wektorów M w domenach. Mają one większe znaczenie silnych<br />
polach magnetycznych i zależą od struktury krystalicznej materiału; mogę mieć również charakter<br />
odwracalny i nieodwracalny.<br />
Magnesy trwałe są to elementy posiadające możliwie największe namagnesowanie MS,<br />
które jest stabilne w czasie i jest mało podatne na wpływ czynników zewnętrznych np. niezbyt<br />
wielkich pól magnetycznych. Wynika stąd, że kluczem do uzyskanie tej właściwości jest<br />
utrudnienie w danym materiale ruchu ścian domenowych. Odpowiednia struktura i skład materiału<br />
powiększa bariery energii potencjalnej i utrudnia ruch ścian, czyli przemagnesowanie<br />
próbki. Takie właściwości powinien mieć właśnie materiał na magnesy trwałe, nazywa się on<br />
magnetykiem twardym (w odróżnieniu od magnetyków miękkich, które przemagnesowują się<br />
łatwo). Czynnikami utrudniającymi ruch ścian domenowych jest np. stworzenie struktury<br />
krystalicznej materiału z krystalitami o odpowiednich rozmiarach (granice ziaren są centrami<br />
hamującymi ruch ścian), stosowanie różnego typu domieszek i stopów, odpowiednie procesy<br />
technologiczne.<br />
Obrazem omówionych wyżej procesów przemagnesowywania jest krzywa zwana pętlą<br />
histerezy, otrzymywana przy pomiarze namagnesowania w funkcji pola magnetycznego. Na<br />
pętli przyjęto definiować charakterystyczne wartości: pole remanencji HC i namagnesowanie<br />
nasycenia MS. Przy dostatecznie dokładnych pomiarach na pętli histerezy można zarejestrować<br />
tzw. skoki Barkhausena, które świadczą o wyżej omówionych przeskokach ścian domenowych<br />
między dolinami potencjalnymi. W zależności od rodzaju materiału pętle histerezy<br />
mogą mieć rozmaite kształty. Ponieważ pole powierzchni zawarte wewnątrz pętli histerezy<br />
jest proporcjonalne do energii przemagnesowania próbki, to w przypadku magnetyka twardego<br />
typowa pętla ma duże wartości HC i MS. Iloczyn MSHC jest podstawowym parametrem<br />
charakteryzującym jakość magnesu trwałego.<br />
Jak już wspomnieliśmy osiągnięty został wielki postęp w produkcji magnesów trwałych,<br />
będący wynikiem rozwoju inżynierii materiałowej. Ważnym krokiem w rozwoju technologii<br />
produkcji magnesów trwałych było w 1920 odkrycie Kotaru Hondy (Tohoku Univ., Sendai,<br />
Japonia), że bardzo dobrymi domieszkami do żelaza jest kobalt. Dalsze prace w tym kierunku<br />
doprowadziły do opracowania materiałów na bazie żelaza domieszkowanych glinem, niklem
XVIII Sympozjum <strong>PTZE</strong>, Zamość 2008<br />
i kobaltem (t.zw. materiały AlNiCo). W materiałach takich po wytworzeniu odpowiedniej<br />
tekstury ziaren krystalicznych uzyskano MSHC = 85 kJ/m 3 .<br />
Pod koniec lat 40 XX w. w laboratoriach Philipsa opracowano nowy typ materiałów – ferryty.<br />
Są to kompleksowe związki Fe2O3 z tlenkami innych metali (np. Zn, Mn). Materiały te<br />
należące do tzw. ceramiki czarnej, są więc to spieki starannie rozdrobnionych proszków. Ferryty<br />
mają dobre właściwości użytkowe, są tanie, łatwo im nadać pożądany kształt, słabo<br />
przewodzą prąd elektryczny. Osiągają wartości MSHC ok. 30 kJ/m 3 , a ich produkcja światowa<br />
sięga 90% całej produkcji materiałów na magnesy trwałe. Przykładem ferrytu jest Ba-<br />
Fe12O19 (ze strukturą heksagonalną).<br />
Gdy cena magnesu nie gra zasadniczej roli, w <strong>zastosowania</strong>ch specjalnych (laboratoria,<br />
sprzęt specjalistyczny, technika kosmiczna), najlepszymi magnetykami twardymi są materiały<br />
domieszkowane neodymem lub samarem. Materiał taki z odpowiednią strukturą krystalograficzną<br />
(heksagonalną lub tetragonalną), może osiągnąć MSHC = 215 kJ/m 3 (inicjujące prace<br />
badawcze nad tymi materiałami prowadziła f-ma General Electric). Najlepsze współczesne<br />
magnesy trwałe to magnesy neodymowe w których MSHC jest rzędu 400 kJ/m 3 .<br />
W produkcji najnowocześniejszych materiałów na magnesy trwałe coraz większą rolę odgrywa<br />
nanotechnologia. Wytworzenie odpowiedniej struktury wewnętrznej materiału, zawierającej<br />
ziarna o nanometrowych wymiarach, bardzo znacznie obniża podatność materiału na<br />
przemagnesowanie, ze względu na dużą gęstość centrów hamujących ruch ścian domenowych.<br />
Przykładem takiego współczesnego materiału jest np. Nd13.2Fe79.6B6Si1.2 z ziarnami<br />
nanometrowymi. Wydaje się, że w najbliższej przyszłości postęp w pracach nad materiałami<br />
na magnesy trwałe będzie związany z rozwojem nanotechnologii.<br />
51
XVIII Sympozjum <strong>PTZE</strong>, Zamość 2008<br />
COMPUTER SIMULATION OF THE INFLUENCE<br />
OF THERMAL AND MAGNETICFIELDS<br />
ON THE PLASTICITY OF NONMAGNETIC CRYSTALS<br />
Symulacja komputerowa wpływu pól termicznych i magnetycznych<br />
na plastyczność niemagnetycznych ciał krystalicznych<br />
Romuald Kotowski 1,2 , Vladimir I. Alshits 1,3 , Piotr Tronczyk 1<br />
1 Polish-Japanese Institute of Information Technology, Warsaw, Poland<br />
2 Institute of Fundamental Technological Research, Polish Academy of Sciences, Warsaw, Poland<br />
3 Institute of Crystallography, Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia<br />
Magnetoplasticity in nonmagnetic crystals is a very peculiar phenomenon discovered by the<br />
experimental group of the second author. It was found [1, 2] that dislocations in alkali halides<br />
and metals under the field B ≈ 1 T , in the absence of loads or any other external actions,<br />
moved at macroscopic distances l ~ 10 ÷ 100 µm . Then this phenomenon was studied in<br />
details in the same group and by many independent researchers (see e.g. review article [3]).<br />
The effect manifests itself in a remarkable change of a pinning force on dislocations from<br />
point defects under external magnetic field. This change is caused by an elimination of<br />
quantum exclusion of some electron transition in the system impurity-dislocation due to an<br />
evolution of a spin state in this system under the influence of a magnetic field. After the above<br />
transition a configuration of the pinning center becomes completely different and the pinning<br />
force also changes. As a rule this leads to a softening of crystals, however for some specific<br />
choice of doping there are also known examples of their strengthening. For instance, the<br />
hardening of NaCl(Pb) crystals in the magnetic field was revealed. Thus, the magnetoplastic<br />
effect provides an example of a quantum phenomenon displaying itself in crystal properties at<br />
room temperature.<br />
Manifestations of the magnetoplastic effect were experimentally found both in the mobility of<br />
individual dislocations and in such macro-plastic processes as active deformation, active<br />
loading, creep, internal friction, microhardness, etc. The effect was observed in alkali halide<br />
crystals (NaCl, LiF, CsI, KCl), non-magnetic metals (Zn, Al), semiconductors (InSb, ZnS,<br />
Si) and some molecular crystals. In particular, the yield stress of NaCl(Ca) and LiF(Mg)<br />
crystals decreased 2-3 times under the magnetic field B = 0.<br />
5 T .<br />
In computer simulations the random internal stresses were replaced by a constant external<br />
driving force. Dislocations were considered in a line tension approximation and their<br />
interactions with point defects were supposed to be of a contact type. The motion of a<br />
dislocation through the point defects "forest" consisted of the individual jumps of its separate<br />
segments hooked on the obstacles (pinning points) and of generations the new configurations.<br />
The segment is unlocked from the hook when the angle between the neighbor arcs becomes<br />
53
54<br />
XVIII Sympozjum <strong>PTZE</strong>, Zamość 2008<br />
less than a certain critical value. The algorithm stops when the dislocation line passes over all<br />
the obstacles, or when there are no more critical angles between any two neighboring arcs.<br />
Thermal and magnetic actions were simulated in terms of their influence on the critical angle.<br />
The motivation for computer simulations, imitating physical experiments, was associated with<br />
getting additional information which could not be extracted from real measurements. We<br />
were especially interested in distributions of dislocation segments lengths on stationary<br />
moving dislocations, in characteristics of unzipping processes and in typical numbers of<br />
active pinning points on a dislocation when it moves under the magnetic field.<br />
The paper presents a short survey of main results obtained in this area. A kinematical model<br />
of dislocation motion under the magnetic field based both on experiments and on computer<br />
simulations was introduced and discussed. The particular physical mechanisms of the<br />
phenomenon will be also discussed.<br />
Acknowledgements<br />
The paper was supported by the KBN MNiSW (Poland) as a research project number 4 T07A<br />
023 27.<br />
Literature<br />
[1] Alshits V.I., Darinskaya E.V., Perekalina T.M., and Urusovskaya A.A., Dislocation motion<br />
in NaCl crystals under static magnetic field, Fiz. Tverd. Tela, 29, (1987),467-471;<br />
[2] Alshits V.I., Darinskaya E.V., Gektina I.V. and Lavrent'ev F.F.: (1990), The investigation of the<br />
magnetoplastic effect in zink single crystals, Kristallografiya, 35, 1014-1016;<br />
[3] Alshits V.I., Darinskaya E.V., Koldaeva M.V., and Petrzhik E.A. (2003): Magnetoplastic effects: basic<br />
properties and physical mechanisms, Kristallografiya, 48, 826-854;<br />
[4] Alshits V.I., Kotowski R., Zjawisko magnetoplastyczności w materiałach niemagnetycznych, Przegląd<br />
Elektrotechniczny, 12 (2004), 1220-1224<br />
[5] Kotowski R., Symulacja komputerowa magnetoplastyczności, Przegląd Elektrotechniczny, 12 (2005),<br />
16-18<br />
[6] Kotowski R., Vladimir I. Alshits V.I., Tronczyk P., Symulacja komputerowa magnetoplastyczności - ruch<br />
dyslokacji w polu magnetycznym, Przegląd Elektrotechniczny, 12 (2006), 80-82
XVIII Sympozjum <strong>PTZE</strong>, Zamość 2008<br />
ANALIZA PRZYDATNOŚCI WYTWARZANYCH<br />
PRZEWODÓW NADPRZEWODNIKOWYCH<br />
NA UZWOJENIE WTÓRNE NADPRZEWODNIKOWYCH<br />
OGRANICZNIKÓW PRĄDU<br />
TYPU TRANSFORMATOROWEGO<br />
Joanna Kozieł, Tadeusz Janowski, Sławomir Kozak<br />
Politechnika Lubelska<br />
Zwarcia awaryjne w sieciach elektroenergetycznych są dużym zagrożeniem dla transformatorów,<br />
generatorów, szyn zbiorczych i linii przesyłowych oraz zmniejszają pewność<br />
dostarczania energii odbiorcom. Ograniczanie prądów zwarcia za pomocą dławików i odpowiednio<br />
dużej reaktancji transformatorów znacznie wpływa na wzrost kosztów budowy i eksploatacji<br />
systemu elektroenergetycznego, a więc i cenę energii elektrycznej.<br />
O dynamicznych skutkach sił powstających w urządzeniach elektroenergetycznych<br />
decyduje największa wartość chwilowa prądu zwarciowego (prąd dynamiczny) przepływającego<br />
przez nie podczas zwarcia. Maksymalna wartość sił mechanicznych od prądu zwarcia<br />
występuje zwykle w czasie, gdy prąd osiąga pierwsze maksimum po zwarciu tj. 0,005 sekundy<br />
przy częstotliwości 50Hz. Jeżeli przerwiemy obwód zwarciowy lub powiększymy jego<br />
impedancję bardzo szybko tj. w czasie znacznie krótszym od 0,005 sekundy to siła dynamiczna<br />
nie osiągnie swojego pierwszego maksimum i nie wytworzy nadmiernych naprężeń<br />
i uszkodzeń urządzeń elektromagnetycznych w zwartym obwodzie.<br />
Rys. 1. Idea działania ogranicznika prądu<br />
Rys. 2. Rzeczywista charakterystyka napięciowoprądowa<br />
nadprzewodnikowego ogranicznika prądu<br />
55
56<br />
XVIII Sympozjum <strong>PTZE</strong>, Zamość 2008<br />
Szybkie i niezawodne działanie mogą zapewnić nadprzewodnikowe ograniczniki prądów,<br />
bowiem czas przejścia nadprzewodnika ze stanu nadprzewodzącego do rezystywnego<br />
wynosi kilkadziesiąt mikrosekund, a ich powrót do pracy po zadziałaniu jest prawie natychmiastowy<br />
i nie wymaga wykonywania jakichkolwiek czynności.<br />
Nadprzewodniki wykazują całkowity zanik rezystywności jedynie w warunkach, gdy<br />
ich parametry, tj. temperatura, gęstość prądu i gęstość strumienia magnetycznego nie przekraczają<br />
pewnych wartości nazywanych krytycznymi. Właściwości gwałtownego (skokowego)<br />
wzrostu rezystancji elementu nadprzewodnikowego przy przekroczeniu jego wartości krytycznej<br />
prądu umożliwia budowę ograniczników prądów zwarciowych w sieciach elektroenergetycznych.<br />
Istnieją dwa zasadnicze rodzaje rozwiązań nadprzewodnikowych ograniczników prądu:<br />
rezystancyjne i indukcyjne. Ograniczniki rezystancyjne są proste w swej konstrukcji, jednak<br />
wymagają doprowadzenia prądu roboczego do elementu nadprzewodnikowego za pomocą<br />
przepustów prądowych.<br />
Ograniczniki indukcyjne mają budowę podobną do przekładników prądowych, w których<br />
uzwojenie wtórne stanowi zwarte uzwojenie nadprzewodnikowe, najczęściej pierścień<br />
z ceramiki nadprzewodnikowej.<br />
Ogranicznik transformatorowy jest pewną odmianą ogranicznika indukcyjnego,<br />
w którym uzwojenia wtórne jest konwencjonalne, ale jest zwarte przez element nadprzewodnikowy.<br />
Rys. 3 Obwód elektryczny nadprzewodnikowego<br />
ogranicznika prądu typu transformatorowego<br />
Rys.4. Wartości rezystywności próbek materiałów<br />
nadprzewodnikowych w funkcji temperatury [5]<br />
Zaletą ograniczników typu transformatorowego jest możliwość użycia elementu nadprzewodnikowego<br />
dowolnego kształtu w prostym kriostacie bez przepustów prądowych.<br />
Główną wadą ograniczników transformatorowych jest wymaganie większej rezystancji<br />
w stanie nienadprzewodzącym, aby zapewnić wymagany stopień ograniczania prądu.<br />
W innych <strong>zastosowania</strong>ch nadprzewodników wartość rezystancji w stanie nienadprzewodzącym<br />
jest pożądana bardzo mała i dlatego badania nad uzyskaniem materiałów<br />
o dużej rezystywności w stanie „normalnym” nie były prowadzone. W ostatnich latach zagadnieniem<br />
tym zajmuje się kilka ośrodków na świecie i są publikowane pierwsze wyniki [5].<br />
W taśmach drugiej generacji (2G) nadprzewodnik zajmuje mniej niż 1% zawartości.<br />
Pozostałe materiały stanowią podłoże i stabilizator. Gdyby je zastąpić materiałem o większej<br />
rezystywności możliwe będzie uzyskanie dostatecznego stopnia ograniczania prądu.
XVIII Sympozjum <strong>PTZE</strong>, Zamość 2008<br />
W pracy niniejszej przedstawiono uzyskane porównania rezystywności najnowszych<br />
materiałów na ograniczniki i próbę oceny przydatności ich w ogranicznikach typu transformatorowego.<br />
Tabela 1: Wartości rezystywności niektórych nadprzewodników w temperaturze 300K [5]<br />
Literatura<br />
Nadprzewodnik Rezystywność 300K, µΩm<br />
Bi1 . 7Pb0.<br />
4Sr2Ca1.<br />
1Cu2.<br />
1Ox<br />
11<br />
Bi1 . 45Yb0.<br />
25Pb0.<br />
4Sr2Ca1.<br />
1Cu2.<br />
1Ox<br />
33,2<br />
Bi1. 7Pb0.<br />
4Sr1.<br />
75Yb0.<br />
25Ca1.<br />
1Cu2.<br />
1Ox<br />
26<br />
Bi1 . 7Pb0.<br />
4Sr2Ca0.<br />
85Yb0.<br />
25Cu2.<br />
1Ox<br />
46,2<br />
1. Kozak S., Janowski T., Materiały nadprzewodnikowe dla nadprzewodnikowych ograniczniczów prądu,<br />
Prace Naukowe IPEE Politechniki Wrocławskiej,nr 44, s. Konferencje nr 18 (Postepy<br />
2.<br />
w Elektrotechnologii), Wrocław – Jamrozowa Polana, 20-22 września 2006, str. 277-284<br />
GAUZZI A. et al., Continuous Deposition of Thermally Co-Evaporated YBCO/CeO2/Ni Coated Conductors,<br />
IEEE Transactions on Applied Superconductivity, vol 15, no 2, pp. 2628-2631, June 2005.<br />
3. JANOWSKI T. i inni, Nadprzewodnikowe ograniczniki prądu, Wydawnictwo LIBER, 2002.<br />
4. Martin W. Rupich, Darren T. Verebelyi, Wei Zhang, Thomas Kodenkandath and Xiaoping Li, „Metalorganic<br />
Deposition of YBCO Films for Second- Generation High – Temperature Superconductor<br />
Wires”,MRS BULLETIN, AUGUST 2004, p .572-578<br />
5. A.BIJU, P.M.SARUM, R.P. ALOYSIUS, U. SYAMAPRASED: “Improved flux pinning properties of<br />
Yb substituted (Bi, Pb)2212 Superconductor”, Journal of American Ceramic Society, Volume 90, Issue 10,<br />
Page 3138-3141, October 2007.<br />
Praca naukowa finansowana ze środków na naukę w latach 2007-2009 jako projekt badawczy.<br />
57
XVIII Sympozjum <strong>PTZE</strong>, Zamość 2008<br />
STYMULACJA ELEKTROMAGNETYCZNA<br />
NERWU BŁĘDNEGO W TERAPII ANTYOTYŁOŚCIOWEJ<br />
Wstęp<br />
Andrzej Krawczyk, Jolanta Plewako, Barbara Grochowicz<br />
Centralny Instytut Ochrony Pracy – Państwowy Instytut Badawczy<br />
Politechnika Rzeszowska, Politechnika Opolska<br />
Stymulacja nerwu błędnego (Vagal Nerve Stimulation – VNS) jest techniką, mogącą wpływać<br />
na wiele organów człowieka. Wynika to z niezmiernie ważnej roli, jaką pełni nerw błędny<br />
w funkcjonalnym sterowaniu organizmem człowieka. Stanowi on główne połączenie poszczególnych<br />
organów ciała z obszarem mózgu.<br />
Terapie z użyciem VNS<br />
Można wskazać trzy grupy chorób, które mogą być leczone poprzez stymulację elektryczną<br />
nerwu błędnego:<br />
• kardiologiczne,<br />
• choroby układu nerwowego,<br />
• fizjologiczne.<br />
Pierwsze dwie grupy chorób, już od kilku lat, są leczone technikami VNS, podczas gdy<br />
trzecia grupa jest w fazie badań. Jedną z tych chorób jest otyłość chorobliwa (morbid obesity).<br />
Chorobliwa otyłość jest nagminną przypadłością dotyczącą ludzi w zachodniej cywilizacji.<br />
Ocenia się, że liczba osób w Stanach Zjednoczonych, dotkniętych otyłością, bądź nadwagą<br />
wynosi 50-60 %. Szacunkowe dane są takie, że około 6% amerykańskiego społeczeństwa<br />
dotknięte jest otyłością chorobliwą. Istnieją procedury chirurgiczne, pozwalające na walkę z<br />
tą przypadłością. Stymulacja elektryczna może stanowić alternatywne rozwiązanie i znakomicie<br />
zmniejszyć skalę tej dolegliwości poprzez zmniejszenie poczucia głodu. Podstawowym<br />
rodzajem stymulacji jest stymulacja nerwu błędnego, zastępowana czasem stymulacją bezpośrednią<br />
jamy brzusznej.<br />
Ograniczenie ilości spożywanego jedzenia jest procedurą złożoną i pełne zrozumienie<br />
czym jest uczucie nasycenia jest wysoce nieuchwytne. Poczucie nasycenia wynika z oddziaływania<br />
parametrów poznawczych ośrodka mózgowego oraz sygnału z przewodu pokarmowego,<br />
włączając sygnały z przechowalników tłuszczu. A zatem rozdęcie żołądka i przewodu<br />
pokarmowego współdziała z aktywnością elektryczną nerwu błędnego. Można zatem w sposób<br />
sztuczny powodować uczucie nasycenie, ponieważ rozdęcie żołądka jest najważniejszym<br />
parametrem nasycenia.<br />
59
60<br />
XVIII Sympozjum <strong>PTZE</strong>, Zamość 2008<br />
W literaturze przytacza się wyniki testów prowadzonych na dziesięciu psach, które podzielone<br />
zostały na dwie kategorie badawcze: badania intensywne, w których stymulację prowadzono<br />
20 minut przed jedzeniem i podczas jedzenia oraz badania łagodne, gdzie stymulacja<br />
była prowadzona w sposób ciągły. W obu przypadkach zastosowano bipolarną stymulację.<br />
Czas posiłku ustalony został na 20 minut i jego zmiany oraz jego wielkość były rejestrowane.<br />
Zwierzęta miały nieograniczony dostęp do wody. Elektryczne parametry stymulacji były<br />
następujące: częstotliwość sygnału wynosiła 30 Hz, szerokość impulsu 500 ms, stymulacja<br />
odbywała się w trybie okresowym – 30 sekund stymulacji, 2 minuty przerwy, początkowy<br />
prąd stymulacji wynosił 2 mA i był zwiększany ze skokiem 0,25 mA do osiągnięcia maksymalnego<br />
efektu.<br />
Zaobserwowano w obu grupach badawczych, że czas jedzenia podczas stymulacji wydłużał<br />
się z kilku minut do założonych dwudziestu, przy stymulacji wyłączonej wracał do kilku<br />
minut. Waga ciała zwierząt stymulowanych w sposób ciągły malała, podczas gdy u zwierząt<br />
stymulowanych intensywnie zmiana wagi była w obszarze błędu statystycznego.<br />
W miarę zachęcające wyniki badań skłoniły badaczy z Lenox Hill Hospital w Nowym Jorku<br />
i Teksańskiego Uniwersytetu w Houston do przeprowadzenia badań z udziałem ochotników.<br />
Przebadano 5 kobiet i jednego mężczyznę, spełniających warunki chorobliwej otyłości.<br />
Zastosowano stymulację nerwu błędnego o podobnej charakterystyce elektrycznej jak<br />
w przypadku psów. Badania przeprowadzono ze ślepą próbą.<br />
Rezultaty stymulacji były niejednoznaczne. Jedna kobieta, ważąca około 200 kg straciła<br />
około 40 kg, wykazując tendencję zniżkową. Dwoje innych uczestników straciło około 10%<br />
wagi ciała i proces spadania wagi zatrzymał się. U dwojga pozostałych nie stwierdzono żadnej<br />
zmiany [1].<br />
Propagatorzy stymulacji nerwu błędnego twierdzą, że we wszystkich badaniach osiągnęli<br />
14-procentowy ubytek wagi w obiektach badanych, co, według ich wiedzy, jest dwukrotnie<br />
wyższą wartością od tej, którą dają środki farmaceutyczne aprobowane przez amerykańską<br />
Agencję ds. Żywności i Leków (FDA).<br />
Pomimo niejednoznaczności wyników badań stwierdza się potrzebę ich kontynuacji, a<br />
w amerykańskim urzędzie patentowym terapia VNS została już zastrzeżona jako US Patent.<br />
W Collegium Medicum Uniwersytetu Jagiellońskiego (Katedra Patofizjologii) zespół prowadzony<br />
przez profesora Piotra J. Thora przeprowadził podobne badania [2]. Prowadzono je<br />
na świniach i szczurach, wspomagając VNS ogólną stymulacją polem magnetycznym.<br />
Wyniki jakie osiągnięto w różnego rodzaju badaniach prowadzonych przez ten zespół potwierdzają<br />
niejednoznaczności rezultatów osiągniętych w badaniach amerykańskich. Pozytywne<br />
aspekty rezultatów badań dają zespołowi asumpt do ich rozwijania.<br />
Wniosek<br />
Przytoczone wyżej wyniki badań wskazują jednak na potrzebę prowadzenia takich badań,<br />
zarówno w wymiarze światowym jak i w Polsce. Ze względu na ich interdyscyplinarność badania<br />
na temat stymulacji nerwu błędnego w przeciwdziałaniu chorobliwej otyłości powinny<br />
być prowadzone przez jakiś ośrodek medyczno-biologiczny, wspomagany przez badaczyinżynierów,<br />
fizyków.
Literatura<br />
XVIII Sympozjum <strong>PTZE</strong>, Zamość 2008<br />
1. Roslin M., Kurian A., The Use of Electrical Stimulation to Treat Morbid Obesity, w: Bioelectromagnetic<br />
Medicine (ed. P.J. Rosch, M. Markov), Taylor & Francis, Boca Raton 2004.<br />
2. Zaraska W. Thor P., Lipinski M., Cież M., Grzesiak W., Początek J., Zaraska K., Design and fabrication<br />
of neurostimulator implants – selected problems, Microelectronics Reliability 45, 2005.<br />
61
Wstęp<br />
XVIII Sympozjum <strong>PTZE</strong>, Zamość 2008<br />
MOŻLIWOŚCI ZASTOSOWANIA<br />
APROKSYMACJI ZALEŻNOŚCI<br />
W POLU BLISKIM ANTEN MIKROFALOWYCH<br />
W OCENIE NARAŻENIA LUDZI I ŚRODOWISKA<br />
Roman Kubacki 1) , Jarosław Kieliszek 2) , Marian Wnuk 1)<br />
1) Wojskowa Akademia Techniczna, Warszawa<br />
2) Wojskowy Instytut Higieny i Epidemiologii, Warszawa<br />
Powszechnie stosowane anteny mikrofalowe jako anteny nadawcze stacji bazowych telefonii<br />
komórkowej, lokalizowane na masztach antenowych lub na dachach budynków mieszkalnych<br />
powinny być tak usytuowane aby obszary, w obrębie których występują wartości natężenia<br />
pola elektrycznego wyższe od wartości dopuszczalnych nie występowały w miejscach, w których<br />
mogą przebywać ludzie. Często są to obszary w bezpośredniej bliskości samych anten.<br />
Lokalizacja anten stacji bazowych telefonii komórkowej powinna być zatem poprzedzona<br />
obliczeniami symulacyjnymi rozkładu pola elektromagnetycznego, ze szczególnym uwzględnieniem<br />
obszarów w pobliżu anten. Powszechnie stosowane w obliczeniach wyrażenie na<br />
pole elektryczne przedstawione zależnością (1) może być stosowane na dostatecznie dużych<br />
odległościach od anteny, tj. na odległościach większych aniżeli rD = 2D 2 /λ, gdzie D jest największym<br />
poprzecznym rozmiarem anteny.<br />
1<br />
E = 60 P GF<br />
( θ , ϕ )<br />
(1)<br />
gdzie: P – moc doprowadzona do anteny,<br />
G – zysk energetyczny anteny,<br />
F(θ,ϕ) – charakterystyka promieniowania anteny.<br />
r<br />
o<br />
Stosowanie zależności (1) do wyznaczania pola elektrycznego w pobliżu anten mikrofalowych<br />
obarczone jest zbyt dużym błędem. Z kolei analityczne metody dokładnego wyznaczania<br />
rozkładu pola elektrycznego bazujące na rozwiązywaniu równań Maxwella są dostępne<br />
jedynie dla określonej grupy prostych geometrycznie anten. W pracy przedstawiono omówienie<br />
możliwości <strong>zastosowania</strong> przybliżenia Fresnela do wyznaczania pola elektrycznego<br />
w pobliżu anten mikrofalowych. Przedstawione uwarunkowania mogą być zastosowane do<br />
anten stacji bazowych telefonii komórkowej, jak również anten urządzeń radiolokacyjnych.<br />
63
64<br />
64<br />
XVIII Sympozjum <strong>PTZE</strong>, Zamość 2008<br />
Przedstawiono również nowe podejście do wyznaczenia kryterium Fresnela, tj. minimalnej<br />
odległości, powyżej której może być stosowane przybliżenie Fresnela dla danej anteny.<br />
Przybliżenie Fresnela<br />
Zależności na pole elektryczne anteny wyrażone przy pomocy przybliżenia Fresnela wygodnie<br />
jest wyprowadzić przy pomocy potencjałów wektorowych. Obliczenia rozkładu pola elektrycznego<br />
w ramach ochrony ludzi i środowiska przeprowadzone zostaną w płaszczyźnie<br />
przekroju pionowego, przedstawionej na rys. 1<br />
Rys. 1. Geometria anteny oraz płaszczyzna przekroju pionowego (ϕ=90 0 ).<br />
We współrzędnych sferycznych w płaszczyźnie przekroju pionowego natężenie pola elektrycznego<br />
określone jest przy pomocy składowych Eθ oraz Er. Wyrażenia na składowe pola<br />
elektrycznego dane są zależnościami:<br />
2 2 2 ⎤<br />
( ξ + η sin θ )<br />
⎡ 1<br />
− jk<br />
r<br />
jk<br />
⎢η<br />
cosθ<br />
−<br />
o jk e<br />
⎥<br />
= ∫∫<br />
( − ) ⎣ 2ro<br />
EF<br />
J<br />
⎦<br />
θ K<br />
x ( ξ ) J x ( η)<br />
r η θ e<br />
dξ<br />
dη<br />
4π<br />
2<br />
o cos<br />
(2)<br />
ro<br />
Sa<br />
2 2 2 ( ξ + η sin θ )<br />
⎡ 1<br />
⎤<br />
− jk<br />
r<br />
jk<br />
⎢η<br />
cosθ<br />
−<br />
o jk e<br />
⎥<br />
= −<br />
⎣ 2ro<br />
EF<br />
⎦<br />
r K sin θ J ∫∫ x ( ξ ) J x ( η)<br />
η e<br />
dξ<br />
dη<br />
(3)<br />
4π<br />
2<br />
ro<br />
Sa<br />
Wypadkowa wartość natężenia pola elektrycznego wyrażonego przybliżeniem Fresnela jest<br />
następująca:<br />
gdzie:<br />
Antena<br />
x<br />
2<br />
EF = EFθ<br />
+ EFr<br />
z<br />
2<br />
θ<br />
r 0<br />
Jx(ξ), Jx(η) – gęstości powierzchniowe prądu na aperturze anteny, wyznaczone<br />
przy pomocy syntezy charakterystyki promieniowania anteny.<br />
Wartości natężenia pola elektrycznego wyrażone przy pomocy zależności (2)–(4) porównano<br />
z wartościami otrzymanymi metodą potencjałów wektorowych. W wyniku porównania<br />
otrzymanych wartości określono granice stosowalności kryterium Fresnela. Analizę porównawczą<br />
przeprowadzono zarówno dla kierunku osi promieniowania (θ=90 0 ) jak również dla<br />
kierunków listków bocznych, tj. dla promieni skierowanych w stronę ziemi.<br />
P<br />
E θ<br />
E r<br />
y<br />
(4)
Wstęp<br />
XVIII Sympozjum <strong>PTZE</strong>, Zamość 2008<br />
WPŁYW ŚRODOWISKA TERAPEUTYCZNEGO<br />
NA SKUTECZNOŚĆ TERAPII<br />
POLEM ELEKTROMAGNETYCZNYM<br />
Mira Lisiecka-Biełanowicz 1 , Andrzej Krawczyk 2 , Adam Lusawa 1<br />
1 Zakład Profilaktyki Zagrożeń Środowiskowych i Alergologii,<br />
Warszawski Uniwersytet Medyczny<br />
2 Centralny Instytut Ochrony Pracy – Państwowy Instytut Badawczy<br />
Celem opracowania jest próba weryfikacji skuteczności terapii z wykorzystaniem pola<br />
elektromagnetycznego oraz ocena wpływu środowiska terapeutycznego (terapeuty i aparatury<br />
terapeutycznej) na skuteczność terapii. Innymi słowy, przeprowadzona analiza ocenia,<br />
czy magnetoterapia i magnetostymulacja mają naturę placebo, czy też stanowią skuteczną<br />
metodę terapeutyczną. Praca oparta jest na badaniach ankietowych prowadzonych<br />
w latach 2006-2007 w gabinetach fizykoterapeutycznych w Centralnym Instytucie Ochrony<br />
Pracy – Państwowym Instytucie Badawczym oraz w jednostkach podległych Centrum<br />
Kształcenia i Rehabilitacji Inwalidów w Warszawie.<br />
Charakterystyka badań<br />
Badania prowadzono na następującej grupie osób, uczestniczących w normalnym procesie<br />
terapeutycznym:<br />
liczba osób – 102<br />
płeć – kobiety 72,5%, mężczyźni 27,5%<br />
średni wiek – 53,19<br />
wykształcenie – wyższe 60,8%, średnie 34,3%, podstawowe 4,9%.<br />
Konstrukcję ankiety omówiono w poprzednich pracach [1]. Ankietowani byli proszeni o wypełnienie<br />
ankiety przed i po terapii polem elektromagnetycznym. W większości przypadków<br />
terapia polem elektromagnetycznym włączona była w szerszy program zabiegów fizykoterapeutycznych<br />
zgodnie z modelem fizjoterapii przyjętym wg modelu rehabilitacji w Polsce wg<br />
W. Degi [2].<br />
Wyniki badań i analiza wyników<br />
Ze względu na to, że oceniana będzie terapia w kontekście efektu placebo, przytoczmy za literaturą<br />
[3] definicję tego pojęcia:<br />
65
66<br />
XVIII Sympozjum <strong>PTZE</strong>, Zamość 2008<br />
Placebo jest metodą użytą świadomie dla uzyskania niespecyficznego, psychologicznego lub<br />
psychofizjologicznego efektu terapeutycznego, albo użytą przy założeniu, że posiada specyficzne<br />
działanie terapeutyczne w określonym schorzeniu czy objawie chorobowym, ale w rzeczywistości<br />
takiego działania nie posiada.<br />
Ponieważ terapia polem elektromagnetycznym nie jest podbudowana jasnym i przekonywującym<br />
modelem teoretycznym, dlatego poszukiwanie odpowiedzi na pytanie o efekt placebo<br />
wydaje się być postępowaniem prawidłowym.<br />
Przebadano dwie relacje występujące w procesie terapeutycznym:<br />
1. skuteczność terapii* a ocena pracy terapeuty (współczynnik korelacji k=0,18)<br />
2. skuteczność terapii* a ocena jej skuteczności przez pacjenta (współczynnik korelacji<br />
k=0,23)<br />
* zmienna pod nazwą „skuteczność terapii” była wyliczona jako: „stan zdrowia po terapii” –<br />
„stan zdrowia przed terapią”.<br />
Odpowiedzi pacjentów są jak następuje:<br />
Rysunek 1. Prezentacja statystyczna skuteczności terapii w interakcji z oceną pracy terapeuty<br />
Źródło: opracowanie własne<br />
Rysunek 2. Prezentacja statystyczna skuteczności terapii w interakcji z oceną a posteriori skutecznością terapii<br />
Źródło: opracowanie własne
Wnioski<br />
XVIII Sympozjum <strong>PTZE</strong>, Zamość 2008<br />
Cząstkowe wyniki (niskie korelacje) pozwalają sformułować ostrożną hipotezę, że efekt placebo<br />
nie odgrywa tak istotnej roli w terapii polem elektromagnetycznym, jak to można było<br />
wnioskować z poprzednich analiz. Prace powinny być kontynuowane przy wprowadzeniu<br />
większej liczby badanych oraz przy użyciu wnikliwszych narzędzi badawczych.<br />
Literatura<br />
1) Lisiecka-Biełanowicz M., Krawczyk A., Próba weryfikacji skuteczności terapii w polu elektromagnetycznym,<br />
Przegląd Elektrotechniczny, Nr 12, 2007<br />
2) Dega W. (red), Ortopedia i Rehabilitacja, Tom I, PZWL, Warszawa, 1983 r., str. 14<br />
3) Shapiro A.K., Shapiro E., The Powerful Placebo : From Ancient Priest to Modern Physician. The Johns<br />
Hopkins University Press, 2000<br />
67
XVIII Sympozjum <strong>PTZE</strong>, Zamość 2008<br />
ZASTOSOWANIE MODELU DWUSTRONNEJ ZAMKNIĘTEJ<br />
PERFUZJI ZRAZIKA ŁOŻYSKA LUDZKIEGO<br />
W WARUNKACH IN VITRO W BADANIACH<br />
NAD ODDZIAŁYWANIEM PEM NA LUDZKIE TKANKI<br />
Maciej Łopucki 1 , Stanisław Pietruszewski 2 , Wanda Rogowska 1<br />
1 I Katedra i Klinika Ginekologii Onkologicznej i Ginekologii Akademii Medycznej w Lublinie<br />
2<br />
Katedra Fizyki Wydziału Inżynierii Rolniczej Akademii Rolniczej w Lublinie<br />
Badania nad oddziaływaniem zmiennych EMF na ludzi prowadzone są od lat 60-tych<br />
w licznych ośrodkach naukowych. Wyniki prac na ten temat zamieszczone są w komputerowych<br />
bazach danych min.: BENER-Aachen University of Technology<br />
(http://wbldb.femu.rwth-aachen.de/), EMF Database-BENER (http://infoventures. com/emf/<br />
database/), Electic Words (http://www.electric-words.com/), WHO (http://www.who.int/pehemf),<br />
WHO (http://www.who.int/peh), The Associated Bio Electromagnetics<br />
(http://www.emfbioeffects.org/info.html#), Electric Words (http://www. electric-words.com/),<br />
CORDIS:RTD beyond 2002 (http://www.cordis.lu/fp6/eoi-instruments/home. html), Electrosensivity<br />
(http://www.feb.se/index_int.htm), EMR Network (Błąd! Nieprawidłowy odsyłacz<br />
typu hiperłącze.), COST281Page(http://www.cost281.org/), PubMed (Błąd! Nieprawidłowy<br />
odsyłacz typu hiperłącze.) i innych (m.in. Medline, MTHR Mobile lub<br />
SICENCE@DIRECT – Research Center for Bioelectromagnetism Interaction).<br />
Jednak w żadnej z nich nie ma danych (z wyjątkiem badań własnych) na temat oddziaływania<br />
zmiennych jednorodnych pól magnetycznych o niskiej indukcji magnetycznej o częstotliwości<br />
50 HZ (ZJPMoNIM) na łożysko ludzkie.<br />
Łożysko ludzkie jest typu krwiokosmkowego, o dwóch oddzielnych systemach unaczynienia.<br />
Granicę między krążeniem matczynym i płodowym stanowi błona zespólniowowłośniczkowa.<br />
Łączna długość sieci naczyniowej łożyska ludzkiego wynosi około 50 km,<br />
a jej powierzchnia około 14 m 2 , czyli jest dziesięciokrotnie większa od powierzchni ciała dorosłego<br />
człowieka. Przepływ krwi przez naczynia kosmków wynosi około 400–500 ml/min.<br />
Łożysko jest układem licznych zróżnicowanych elementów morfologicznych. Wyróżnia się<br />
w nim następujące struktury: powierzchnię płodową, płytę kosmkową, powierzchnię matczyną,<br />
płytę podstawową, zrazy, zraziki i przegrody oraz kosmki końcowe.<br />
Od ponad 20 lat wyniki badań własnych dotyczących oddziaływania EMF o częstotliwości<br />
50Hz (ZJPMoNIM) na przemiany biofizyczne, biochemiczne i morfologiczne w łożysku<br />
ludzkim w warunkach in vitro autorzy przedstawiali na licznych konferencjach krajowych<br />
i zagranicznych oraz w publikacjach (z IF), min. w Bioelectromagnetics (2004), Polish Journal<br />
of Environmental Studies (2004), Virchows Archiv (2005) i kolejnych przyjętych do wydania<br />
w 2006, 2007 i 2008 r.<br />
69
70<br />
XVIII Sympozjum <strong>PTZE</strong>, Zamość 2008<br />
Wyniki badań własnych dają podstawy do przypuszczenia, że zmienne jednorodne sinusoidalne<br />
pole magnetyczne o częstotliwości 50Hz może być egzogennym czynnikiem ksenobiotycznym<br />
wpływającym na zaburzenie jedności matczyno-płodowej zarówno w warunkach<br />
in vitro jak i również w warunkach in situ co może mieć wpływ na występowanie wielu<br />
patologii w rozwoju płodu i noworodka.<br />
Wnioski:<br />
1. Badania własne dają podstawy do przypuszczenia, że ZJSPMoNIM o częstotliwości<br />
50Hz może być jednym z czynników ksenobiotycznych mających wpływ na kobiety<br />
ciężarne i zwiększenie się występowania licznych patologii w ciąży.<br />
2. Opublikowane wyniki badań własnych dają podstawy do dalszych innych eksperymentów<br />
na tzw. „materiale ludzkim” np. plemników ludzkich” w warunkach in vitro.
XVIII Sympozjum <strong>PTZE</strong>, Zamość 2008<br />
HAKERZY KONTRA KARDIOSTYMULATORY<br />
Paweł A. Mazurek<br />
Instytut Podstaw Elektrotechniki i Elektrotechnologii<br />
Politechnika Lubelska<br />
Dotychczasowe rozważania bezpiecznej pracy urządzeń elektrycznych, a w szczególności<br />
medycznych opierają się na badaniach przeprowadzanych pod kątem oddziaływania elektromagnetycznego<br />
na organizm ludzki i kompatybilnej pracy z urządzeniami elektrycznymi środowiska<br />
elektromagnetycznego. Niestety gwałtownie wzrastająca różnorodność i mnogość<br />
urządzeń medycznych i systemów wszczepianych do ludzkiego organizmu stawia trudne wyzwania<br />
projektantom tego typu urządzeń ze względu na zasilanie, przetwarzanie sygnałów<br />
i komunikowanie się z urządzeniami monitorującymi znajdującymi sie poza organizmem<br />
człowieka, a także ich odpornością na zaburzenia elektromagnetyczne. Na rysunku pierwszym<br />
przedstawiono człowieka z wszczepionymi urządzeniami, które mogą monitorować lub<br />
regulować naturalne czynności organizmu.<br />
Rys.1. Implanty w ciele człowieka<br />
Klasyczna komunikacja miedzy implantem (np. kardiorstymulatorem) a urządzeniem kontrolującym<br />
odbywa sie za pomocą systemów krótkiego zasięgu (175 kHz) opartych na sprzężeniu<br />
magnetycznym pomiędzy cewkami (przepustowość 50 Kbits /s). Ten system niestety posiada<br />
niewielki zasięg (8-10 cm) i jest podatny na błędy transferu danych. Ta sytuacja zmienia<br />
sie wraz z rozporządzeniem ITU-T, które zaleca podzielić pasmo 402 ÷ 405 MHz dla systemu<br />
komunikacyjnego obsługującego implanty MICS (ang. Medical Implant Communications Se-<br />
71
72<br />
XVIII Sympozjum <strong>PTZE</strong>, Zamość 2008<br />
rvice). Przepustowość tego systemu wynosi 250 Kb/s, a zasięg wzrasta do kilku metrów. Zalecenie<br />
zostało wprowadzone w USA przez FCC (ang. Federal Communications Commission)<br />
i w Europie przez ETSI (ang. European Telecommunications Standards Institute)<br />
[1,3,5].<br />
Ważna zatem jest kompatybilność systemu komunikacji urządzeń miedzy sobą i z innymi<br />
systemami, tak aby nie były one zakłócane np. przez zewnętrzne pola elektromagnetyczne.<br />
Problem jest istotny, co ma wymiar w prowadzonych badaniach naukowych m.in. wpływu<br />
pól EM pochodzącego od telefonów komórkowych na wybrane typy kardiostymulatorów<br />
(szczegółowo przedstawiony w pozycji [2]).<br />
Rys. 2. Najnowsza technologia przesyłu danych kardiologicznych, stymulator – komputer lekarza<br />
Jak się jednak okazuje, nie tylko oddziaływanie istniejących źródeł pola EM jest rozpatrywane<br />
w analizie pracy implantów. Istniejący system komunikacji może być w dzisiejszych<br />
czasach podatny na internetowe włamania. Grupa badaczy z Uniwersytetu w Waszyngtonie i<br />
Massachusetts [5,6] wykazała, że jest w stanie uzyskać bezprzewodowy dostęp do implantów<br />
i urządzeń elektronicznych typu rozrusznik serca, które od kilkudziesięciu lat są z powodzeniem<br />
wszczepiane pacjentom.<br />
Efektem udanego ataku hakera jest uzyskanie dostępu do zaatakowanego rozrusznika.<br />
Przekłada się to na możliwość dowolnego przeprogramowania (np. zwiększenia mocy impulsu)<br />
lub, co wydaje się horrorem, po prostu wyłączenia. Ale to nie jedyny z możliwych ataków.<br />
Okazuje się bowiem, że można także wykradać prywatne dane pacjenta, gdyż niektóre z<br />
rozruszników oprócz swojej podstawowej funkcji – wspomagania serca, zbierają także informacje<br />
o stanie zdrowia pacjenta aby ułatwić lekarzom analizę historii choroby.<br />
Atak na rozruszniki serca jest możliwy, ponieważ większość tego typu urządzeń z racji swojej<br />
natury, posiada interfejs radiowy. To pozwala lekarzom na odczyt danych z pamięci rozrusznika<br />
bez konieczności przeprowadzania operacji chirurgicznej. Obecnie coraz więcej implantów<br />
jest wyposażanych w funkcję łączenia się z internetem, co w zamyśle ma pozwolić lekarzom<br />
na zdalny monitoring pacjentów.<br />
Niedawne publikacje serwisu Zone-H [4] ukazujących statystyki ataków na serwery internetowe<br />
z uwzględnieniem platform na których działały zwielokrotniają obawy dotyczące<br />
bezpieczeństwa. W początkach działalności tego serwisu (kilka lat temu) notowano 2500 ataków<br />
miesięcznie, w roku ubiegłym liczba ta wzrosła do 37 915. Na szczęście liczba włamań<br />
nie rośnie równomiernie, a do tego jest uzależniona od platform serwerowych – co w przypadku<br />
specjalistycznych urządzeń medycznych podnosi ich bezpieczeństwo.
XVIII Sympozjum <strong>PTZE</strong>, Zamość 2008<br />
Niniejszy artykuł jest formą zwrócenia uwagi na konieczność prowadzenia równoległych<br />
badań zabezpieczeń implantów zarówno nad zewnętrznymi źródłami pól elektromagnetycznych<br />
jak i poprawą bezpieczeństwa systemów komunikacji (transferu danych – implant-komputer).<br />
Literatura<br />
[1] Sivard A., Bradley P., Chadwick P., Higgins H., „Challenges of in-body communications”, Embedded Systems<br />
Europe, March 2005, ss. 34 – 37.<br />
[2] Krawczyk A., Pławiak-Mowna A., „Wpływ pola elektromagnetycznego na implanty kardiologiczne – dane<br />
literaturowe”, Bioelektromagnetyzm, pod redakcja A. Krawczyka, Warszawa, VI 2002, s. 143 – 161.<br />
[3] H. Savci et al., “MICS Transceivers: Regulatory Standards and Applications [Medical Implant Communications<br />
Service],” Proc. IEEE SoutheastCon 2005, IEEE Press, 2005, s. 179–182.<br />
[4] M. Almeida, Statistics report 2005-2007, http://www.zone-h.org/content/view/14928/30/.<br />
[5] D. Halperin, Th. S. Heydt-Benjamin, K. Fu, T. Kohno, W.H. Maisel, Security and Privacy for Implantable<br />
Medical Devices, Vol. 7, No. 1, January–March 2008, Published by the IEEE CS.<br />
[6] D. Halperin, Th. S. Heydt-Benjamin, B. Ransford, S.S. Clark, B. Defend, W. Morgan, K. Fu, T. Kohno,<br />
W.H. Maisel, Pacemakers and Implantable Cardiac Defibrillators: Software Radio Attacks and Zero-Power<br />
Defenses, 2008 IEEE Symposium on Security and Privacy.<br />
73
XVIII Sympozjum <strong>PTZE</strong>, Zamość 2008<br />
TEORIA SKALOWANIA W ELEKTROMAGNETYZMIE<br />
Mariusz Najgebauer<br />
Instytut Elektroenergetyki, Politechnika Czestochowska<br />
Teoria skalowania jest narzędziem wywodzącym się z teorii zjawisk krytycznych<br />
i przejść fazowych. Przejścia fazowe to procesy, w których następuje skokowa zmiana<br />
fizycznych właściwości substancji. Procesy te zachodzą w otoczeniu punktu krytycznego<br />
i opisane są zależnościami w postaci praw potęgowych z wykładnikami krytycznymi [1-5].<br />
Zastosowanie teorii skalowania pozwala określić prawa skalowania, opisujące relacje<br />
pomiędzy wykładnikami krytycznymi oraz uzyskać kolaps danych, czyli sprowadzić dane<br />
dotyczące jednego, bądź wielu układów do pojedynczej, uniwersalnej charakterystyki [5].<br />
Zastosowanie teorii skalowania w analizie przejść fazowych dla układów magnetycznych<br />
umożliwia określenie relacji pomiędzy wykładnikami krytycznymi α, α’, β, γ, γ’, δ w postaci<br />
następujących praw skalowania<br />
( 1)<br />
α = α', γ = γ', α' + 2β + γ' = 2,<br />
γ' = β δ − . (1)<br />
Zależności (1) są również prawdziwe dla innych układów fizycznych, a zatem mają<br />
uniwersalny charakter [2-5]. Wykorzystanie teorii skalowania w opisie magnetyzacji<br />
ferromagnetyka pozwala sprowadzić rodzinę charakterystyk M = M(ε, H) do pojedynczej<br />
uniwersalnej charakterystyki, w wyniku wprowadzenia wyskalowanch zmiennych MH oraz εH<br />
w postaci<br />
M<br />
ε<br />
M H = ( p b)<br />
, ε /b H = , (2)<br />
− a/b<br />
H<br />
H<br />
gdzie ε – temperatura zredukowana, H – natężenie pola magnetycznego, a, b, p –<br />
wykładniki skalowania. Uzyskuje się w ten sposób tzw. kolaps danych [4,5].<br />
Teoria skalowania znalazła również zastosowanie w opisie zjawisk krytycznych nie<br />
związanych z przejściami fazowymi, np. w procesach samoorganizującej się krytyczności<br />
(ang. self-organized criticality). Teoria ta jest z powodzeniem wykorzystywana w biologii,<br />
ekologii, ekonomii, ekonofizyce. W pracy przedstawiono dwa przykłady jej <strong>zastosowania</strong><br />
w elektromagnetyzmie: w analizie szumu Barkhausena oraz w zaproponowanym przez autora<br />
pracy opisie strat energii w materiałach magnetycznie miękkich.<br />
Szum Barkhausena jest przedmiotem badań wielu ośrodków naukowych. Bertotti, Durin<br />
i Magni [6,7] zaproponowali jego analizę z wykorzystaniem stochastycznego modelu<br />
opartego o dynamikę ściany domenowej. Otrzymali, że właściwości szumu Barkhausena<br />
mogą być opisane za pomocą funkcji rozkładu prawdopodobieństwa prędkości ściany<br />
domenowej v, rozmiaru ∆x oraz czasu trwania ∆u skoków Barkhausena w postaci<br />
( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) δ<br />
β<br />
α −<br />
v = v , P ∆x = ∆x , P ∆u ∆u<br />
P =<br />
, (3)<br />
75
76<br />
XVIII Sympozjum <strong>PTZE</strong>, Zamość 2008<br />
w których wykładniki skalowania α, β, δ związane są następującymi relacjami<br />
α = 1 − c, β = 3 2 − c 2 , δ = 2 − c , (4)<br />
gdzie c – bezwymiarowy parametr modelu [6,7].<br />
W oparciu o prace dotyczące skalowania w szumie Barkhausena założono, że możliwe<br />
jest wykorzystanie teorii skalowania w opisie strat energii w materiałach magnetycznie<br />
miękkich. W rozważaniach przyjęto, że straty energii zależą jedynie od częstotliwości pola<br />
magnesującego próbkę oraz indukcji maksymalnej Ptot = (f, Bm) [8-10]. Stosując procedurę<br />
skalowania Widoma otrzymano fenomenologicznym model strat energii w postaci<br />
2<br />
⎛<br />
⎞<br />
β ⎜ () 1 f ( 2)<br />
⎛ f ⎞<br />
P ≈ Γ + Γ ⎟<br />
⎜<br />
⎜<br />
⎟<br />
tot Bm<br />
, (5)<br />
−α<br />
−α<br />
B<br />
⎟<br />
m ⎝<br />
⎝ Bm<br />
⎠ ⎠<br />
gdzie α, β – wykładniki skalowania, Γ (1) , Γ (2) – amplitudy. Wartości α, β, Γ (1) , Γ (2) zostały<br />
wyestymowane z pomiarów całkowitych strat energii, wykonanych dla próbek z różnych<br />
materiałów magnetycznie miękkich. W oparciu o uzyskane wyniki estymacji określono<br />
relację pomiędzy wykładnikami skalowania w postaci β = 1.35α + 1.75, co przedstawiono na<br />
rysunku 1. Przekształcając wyrażenie (5) do postaci bezwymiarowej<br />
( 2)<br />
Γ<br />
() 1 ( Γ )<br />
( 2)<br />
Γ f<br />
, f =<br />
β scal () −α<br />
2<br />
Ptot<br />
Pscal = fscal<br />
+ fscal,<br />
gdzie Pscal<br />
=<br />
, (6)<br />
2<br />
1<br />
B<br />
Γ B<br />
otrzymano kolaps danych dla całkowitych strat energii w materiałach magnetycznie<br />
miękkich, co przedstawiono na rysunku 2.<br />
Uzyskane rezultaty potwierdzają słuszność założenia o skalowaniu całkowitych strat<br />
energii w materiałach magnetycznie miękkich<br />
Wykładnik skalowania β [-]<br />
2<br />
1<br />
0<br />
-1<br />
-2<br />
blacha NO 3% Si-Fe<br />
blacha GO 3% Si-Fe<br />
Fe 78 Si 13 B 9<br />
Co 71.5 Fe 2.5 Mn 2 Mo 1 Si 9 B 14 (próbka I)<br />
Co 71.5 Fe 2.5 Mn 2 Mo 1 Si 9 B 14 (próbka II)<br />
Fe 73.5 Cu 1 Nb 3 Si 15.5 B 7<br />
Fe 73.5 Cu 1 Nb 3 Si 13.5 B 9<br />
stop 50% Ni-Fe (permaloj)<br />
stop 77% Ni-Fe (permaloj)<br />
stop 79% Ni-Fe (permaloj)<br />
β = 1.35α + 1.75<br />
-2.8 -2.4 -2.0 -1.6 -1.2 -0.8 -0.4<br />
Wykładnik skalowania α [-]<br />
Rys. 1. Relacja pomiędzy wykładnikami α i β [8]<br />
Literatura<br />
Wyskalowane straty energii P scal [-]<br />
80<br />
70<br />
60<br />
50<br />
40<br />
30<br />
20<br />
10<br />
0<br />
m<br />
blacha NO 3% Si-Fe<br />
blacha GO 3% Si-Fe<br />
Fe 78 Si 13 B 9<br />
Co 71.5 Fe 2.5 Mn 2 Mo 1 Si 9 B 14 (próbka I)<br />
Co 71.5 Fe 2.5 Mn 2 Mo 1 Si 9 B 14 (próbka II)<br />
Fe 73.5 Cu 1 Nb 3 Si 15.5 B 7<br />
Fe 73.5 Cu 1 Nb 3 Si 13.5 B 9<br />
stop 50% Ni-Fe (permaloj)<br />
stop 77% Ni-Fe (permaloj)<br />
stop 79% Ni-Fe (permaloj)<br />
krzywa kolapsu danych<br />
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9<br />
Wyskalowana częstotliwość f scal [-]<br />
Rys. 2. Kolaps danych dla całkowitych start energii<br />
w materiałach magnetycznie miękkich [8]<br />
1. Widom B., Equation of state in the neighborhood of the critical point, J. Chem. Phys., vol. 43 (1965),<br />
3898-3905<br />
2. Klamut J., Durczewski K., Sznajd J., Wstęp do fizyki przejść fazowych, Wydawnictwo Polskiej Akademii<br />
Nauk, Zakład Narodowy im. Ossolińskich, Wrocław, 1979<br />
m
XVIII Sympozjum <strong>PTZE</strong>, Zamość 2008<br />
3. Gonczarek R., Teoria przejść fazowych. Wybrane zagadnienia, Oficyna Wydawnicza Politechniki<br />
Wrocławskiej, Wrocław, 2004<br />
4. Stanley H.E., Introduction to Phase Transitions and Critical Phenomena, Clarendon Press, Oxford, 1971<br />
5. Stanley H.E., Scaling, universality and renormalization: three pillars of modern critical phenomena,<br />
Rev. Mod. Phys., vol. 71 (1999), S358-S366<br />
6. Bertotti G., Durin G., Magni A., Scaling aspects of domain wall dynamics and Barkhausen effect in<br />
ferromagnetic materials, J. Appl. Phys., vol. 75 (1994), 5490-5492<br />
7. Durin G., Magni A., Bertotti G., Fractal properties of the Barkhausen effect, J. Magn. Magn. Mater., vol.<br />
140-144 (1995), 1835-1836<br />
8. Najgebauer M., Funkcja skalowania w opisie start energii w materiałach magnetycznie miękkich, Rozprawa<br />
doktorska, Wydział Elektryczny, Politechnika Czestochowska, 2007<br />
9. Sokalski K., Szczygłowski J., Najgebauer M., Wilczynski W., Thermodynamical scaling of eddy current<br />
losses in magnetic materials, Proceedings of the 12th IGTE Symposium, 2006, 83-86<br />
10. Sokalski K., Szczygłowski J., Najgebauer M., Wilczynski W., Losses scaling in soft magnetic materials,<br />
COMPEL, vol. 26 (2007), 640-649<br />
77
XVIII Sympozjum <strong>PTZE</strong>, Zamość 2008<br />
APPLICATION OF ALTERNATING MAGNETIC FIELDS<br />
FOR TECHNICAL DIAGNOSTICS<br />
OF THE RAIL DAMAGES<br />
Vitalij Nichoga 1, 2 , Eugeniusz Grudziński 3 ,<br />
Petro Dub 1 , Viktor Ivanchuk 2<br />
1 Physico-Mechanical Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine, Lviv, Ukraine<br />
2<br />
Lviv Polytechnic National University, Lviv, Ukraine<br />
3<br />
Wrocław University of Technology, Wrocław, Poland<br />
One of the most important contemporary problems is the problem of diagnostics of the<br />
technical state of engineering objects of long-term exploitation, for example, such as rails.<br />
Electromagnetic methods, which are based on determination of the characteristics of the<br />
electromagnetic fields radiated by inspected objects when alternating electrical currents flow<br />
in them, are widely used in engineering practice.<br />
Changes of the spatial structure of the external electromagnetic field of the inspected rail,<br />
and also the quantitative estimation of its intensity and other characteristics can give useful<br />
information about presence of cracks and other damages in mentioned above technical<br />
objects.<br />
Brief analysis of the most widely used modern methods of rail diagnostics are given in<br />
the report. It is shown that now the most popular magnetic methods of the rail damages<br />
detection are the following ones: method of metal magnetic memory (MMM) [1, 2],<br />
magnetodynamic method [3], and alternating current field measurement (ACFM) [4, 5]<br />
The metal magnetic memory method is based on registration and analysis of the proper<br />
magnetic leakage fields on the object surface with the aim to determine areas of stress<br />
concentration, defects, structure heterogeneity of metals and welded joints.<br />
The MMM method can be used for rail diagnostics both in manual and automatic modes<br />
[2].<br />
The magnetodynamic (high-speed) method occupies now very important place among the<br />
rail diagnostics methods. That method is used in non-destructive testing carriages that are<br />
operated on the Ukrainian railways. The essence of the method consists in the following [3]:<br />
the current is sent from the direct current source to two electromagnets situated above both<br />
parallel rails of a track. That system creates electromagnetic excitation of rails. During the<br />
carriage movement the magnetic flux created by the excitation source is introduced into the<br />
rail and structural heterogeneities (track elements, rail joints, defects) cause changes in the<br />
magnetic field distribution above the rail and so induce alternating electromotive force in the<br />
induction sensor which signals can be seen on a display as voltage dependency upon distance.<br />
79
80<br />
XVIII Sympozjum <strong>PTZE</strong>, Zamość 2008<br />
The ACFM method [4] has been mainly elaborated by British company TSC Inspection<br />
Systems [5]. In this method special probe induces electrical current into the inspected material<br />
that, in its turn, creates the magnetic field, which homogeneity is distorted in the areas near<br />
defects. Micro sensors in the mentioned probe give possibility to detect such defects. For<br />
example, information about the crack length can be obtained using the vertical component of<br />
the measured magnetic field and information about the crack depth – by horizontal one.<br />
Special algorithms have been elaborated to obtain such information from the sensors signals.<br />
All these methods are developed by the authors of the report. Besides the mentioned<br />
methods, application of automatic locomotive signalling currents [6, 7] or alternating lowfrequency<br />
currents, induced into the rail by the special inductors, has been proposed in the<br />
Physico-Mechanical Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine for track rail<br />
diagnostics.<br />
The obtained signals from the sensors must be processed to extract the needed<br />
information about damages. Such methods as, for example, method of the periodically<br />
correlated stochastic signals [8, 9], Fourier and wavelet transformation [10] can be applied.<br />
Peculiarities of using such methods are discussed in the report.<br />
In the report some results of investigations devoted to creating methods and facilities for<br />
technical diagnostics of rails are presented. The elaborated information-measuring systems,<br />
calculation devices and receiving sensors are described.<br />
References<br />
1. www.energodiagnostyka.ru<br />
2. Lesiak P. Diagnostyka uszkodzeń szyn kolejovych y wykorzystaniem metody magnetyczniej pamięci<br />
metalu, Politechnika Radomska, Instytut automatyki i telematyki transportu, Radom, 2006. – 21 s.<br />
3. Неразрушающий контроль рельсов при их эксплуатации и ремонте / А.К.Гурвич, Б.П.Довнар,<br />
В.Б.Козлов и др. Под ред. канд. техн. наук А. К. Гурвича. – Москва: Транспорт, 1983. – 318 с.<br />
4. http://www.iic-hq.co.jp<br />
5. http://www.tcsinspectionsystems.com<br />
6. Nichoga V., Dub P. On a Possibility of Electromagnetic Diagnostics of Rail Joints by Usage of Automatic<br />
Locomotive Signalling Currents // Proceedings of International Conference on Modern Problems of<br />
Telecommunications, Computer Science and Engineers Training (TCSET'2000), pp. 179-180, Lviv-<br />
Slavsko, Ukraine, February 14-19, 2000.<br />
7. Нічога В.О., Дуб П.Б. Аналіз можливості виявлення поверхневого дефекту рейки за аномалією<br />
магнітного поля струму // Відбір і обробка інформації. – 2005, Вип.22(98). – С. 11-16.<br />
8. Ісаєв І.Ю., Нічога В.О., Трохим Г.Р., Яворський І.М. Використання методів теорії періодично<br />
корельованих процесів для виявлення дефектів залізничної колії на ранній стадії їх зародження<br />
//Інфоромаційно-керуючі системи на залізничному транспорті, №4,5 (37) 2002.-С.110-113.<br />
9. I. Javorskij, I. Isayev, V. Nichoga, G. Trokhym, E. Grudziński Statistical Analysis of Rail Electromagnetic<br />
Testing Signals // Diagnostyka, Poland. – Vol. 30, Tom.1. 2004. – P. 217-220.<br />
10. Hamid A. Toliyat, Karim Abbaszadeh, Mina M. Rahimian, Leslie E. Olson Rail Defect Diagnosis Using<br />
Wavelet Packet Decomposition, IEEE Transaction on Industry Applications, Vol. 39, No 5,<br />
September/October 2003.
XVIII Sympozjum <strong>PTZE</strong>, Zamość 2008<br />
CZY ŚWIAT REALNY JEST POZNAWALNY?<br />
Czesław Rymarz<br />
01-493 Warszawa ul. Dynarska 3 m.3<br />
Fragment tekstu pieśni estradowej. Jest to odwieczne pytanie, nad którego odpowiedzią<br />
trudzą się uczeni, elity intelektualne świata, formułując szereg śmiałych hipotez i korzystając<br />
z osiągnięć nauki. Zatem świat możliwy do poznania jest procesem historycznym<br />
w wyniku, którego poznajemy prawdy aktualne z perspektywy przeszłości. Zgromadzona<br />
wiedza stanowi podstawę do uogólnionych sformułowań i nowych hipotez badawczych. Możemy<br />
więc stwierdzić, że świat jest możliwy do poznania w sensie istnienia ciągu poznań, gdy<br />
prawdy o nim stanowią sekwencję tych poznań.<br />
Przyjmujemy, że świat realny to cały wszechświat, bądź dowolna jego część.<br />
W szczególności może być to układ słoneczny lub planeta Ziemia. Tak określony świat realny<br />
jest poznawalny:<br />
• gdy poznajemy odwieczne prawa, które nim rządzą,<br />
• gdy potrafimy przewidywać jego ewolucję i rozwój,<br />
Problemy poznawalności świata realnego maja długą historię. Zajmowali się nimi już starożytni<br />
filozofowie greccy. Dwa krańcowe przypadki światów poznawalnych to:<br />
1. Świat „atomów” wyobrażalnych jako sztywne, nieruchome ciała materialne. Czołowym<br />
przedstawicielem tego kierunku był Demokryt. Taki model ciała jest poznawalny<br />
jako w pełni deterministyczny. Świat „zamarzł” i się nie zmienia.<br />
2. Świat płynącego potoku „panta rei” jest realny jako świat indeterministyczny. Nie<br />
można dwukrotnie wstąpić do tego samego potoku. Heraklit był czołowym przedstawicielem<br />
tego kierunku.<br />
Do innych czołowych filozofów greckich tworzących układy ciał poznawalnych i niepoznawalnych<br />
należy zaliczyć Platona, twórcę koncepcji deterministycznych w postaci niezmiennych<br />
idei, których realizacje są obiektami materialnymi (światy realne). Układ deterministyczny<br />
Laplace określił jako możliwość wyznaczenia stanu całego układu na podstawie jego<br />
części.<br />
Tak więc starożytność stworzyła fundamenty traktowania świata obiektów poznawalnych<br />
i niepoznawalnych.<br />
Na podstawie przytoczonych przykładów światów (układów) poznawalnych i niepoznawalnych,<br />
świat zmienia się w obydwu kierunkach, tj. rozpoznawalności i nierozpoznawalności,<br />
z przewagą układów poznawalnych.<br />
Średniowiecze charakteryzuje się stosunkowo wąskim zakresem poznawalności świata<br />
realnego. Badania ograniczają się do kwestii religijnych o wysokim poziomie abstrakcji.<br />
Z osiągnięć filozofii greckiej korzystał Platon (idee) oraz Arystoteles (metody logiki).<br />
Renesans stanowi nową epokę w metodach poznawania otaczającego świata. Przyczyniają<br />
się do tego badania: M. Kopernika, D. Brunona, G. Galileusza. Są to badania determini-<br />
81
82<br />
XVIII Sympozjum <strong>PTZE</strong>, Zamość 2008<br />
styczne. Osobne miejsce w rozwoju metodologii badań z zakresu teorii poznania zajmuje<br />
Kartezjusz. Twierdził on, że całą wiedzę o układach materialnych można uzyskać korzystając<br />
z zasady naczelnej. Wyraził on to w słynnym paradygmacie „cogito ergo sum” (myślę, więc<br />
jestem). W ten sposób nasza jaźń stanowi podmiot poznania.<br />
Istotnym osiągnięciem w poznawalności świata realnego stanowi rozwój metod matematyki<br />
stosowanej. Spowodowały one znaczący rozwój deterministycznych teorii świata.<br />
Można je podzielić na dwie grupy:<br />
1. Wieczne prawa, np. teoria powszechnego ciążenia,<br />
2. Prawa ewolucji procesów: dynamika newtonowska, teoria <strong>elektromagnetyzmu</strong>,<br />
teoria Darwina, termodynamika i prawo wzrostu entropii,<br />
Przełomowe znaczenie dla rozwoju nauki o bycie materialnym ma dynamika Newtona. Dominuje<br />
ona niepodzielnie ponad 300 lat, tj. do pojawienia się Teorii Względności A. Einsteina.<br />
Wymienione wyżej teorie są deterministyczne. Teraz już rzeka Heraklita płynie inaczej.<br />
Włączona dynamika powoduje, że czas ma wartość fizyczną, a nie formalną.<br />
Dynamika ma również tę właściwość, że jest niezmiennicza przy odwróceniu strzałki<br />
czasu. Determinizm oparty na filarach teorii Newtona i Einsteina wyznaje wszechmoc ludzkiego<br />
rozumu, zaś indeterminizm ma naturę subiektywną opartą na naszej przejściowej niewiedzy.<br />
Koniec wieku XIX i początek XX, zachwiał podstawami tego deterministycznego<br />
poglądu. Spowodowały to: rozwój termodynamiki, fizyki statystyczne i mechaniki kwantowej.<br />
Wynikały z nich stwierdzenia:<br />
• W przyrodzie występują powszechnie procesy nieodwracalne, tj. takie, które po odwróceniu<br />
strzałki czasu nie osiągają stanu pierwotnego i mają szansę realizacji tylko w<br />
kierunku upływu czasu wyznaczającego przyszłość,<br />
• Przebieg ich nie jest do końca zdeterminowany; w miejsce prawdy o zdarzeniach występuje<br />
więc ich prawdopodobieństwo,<br />
Zderzyły się tu dwa przeciwstawne poglądy i pojawiły się dwie przeciwstawne postawy:<br />
• Zaakceptować ten dwoisty opis świata zdarzeń, jako właściwy naturze bytu materialnego,<br />
• Traktować opis niedeterministyczny jako przejściowy, wynikający z naszej niewiedzy.<br />
Rozgorzała walka dwóch światopoglądów wg dwóch filozofii:<br />
• filozofii bytu,<br />
• filozofii stawania się,<br />
Einstein i inni nie pogodzili się nigdy z poglądem dualistycznym – „Bóg nie gra z nami<br />
w kości”. Trwają nadal permanentne wysiłki zmierzające ku zrozumieniu istoty tego<br />
dualizmu.<br />
W jakim zakresie losy świata są zdeterminowane, a w jakim tylko przewidywalne?<br />
W 1865 r. Clausius wprowadził pojęcie entropii jako miary degradacji energii użytecznej.<br />
Boltzmann nadał jej interpretację miary nieporządku lub miary indeterminizmu. Zjawiska<br />
zderzeń prowadzą do wzrostu indeterminizmu i nieodwracalności. Trudno bowiem odwrócić<br />
w czasie proces zderzeń molekuł. Podstawowy problem jaki podjęto to: Ustalenie relacji<br />
pomiędzy odwracalnością mechaniki ruchu molekuł oraz zderzeniową, makroskopową<br />
teorią procesów nieodwracalnych. Chodzi tu o próbę pogodzenia dwóch światopoglądów.<br />
Czy to jest możliwe? Proces ten trwa ciągle.<br />
Nauka pozostaje nadal w stanie „rozdarcia” pomiędzy:<br />
• Deterministycznym i losowym traktowaniem opisu przyrody,<br />
• Odwracalnością procesów dynamiki Newtona na poziomie molekularnym, a nieodwracalnością<br />
opisu makroskopowego,
XVIII Sympozjum <strong>PTZE</strong>, Zamość 2008<br />
Dramatyczna próbę przerzucenia pomostu pomiędzy przepaścią nad mikro i makro światami<br />
podjął Boltzmann. Zrezygnował z pojęcia trajektorii na rzecz prawdopodobieństwa rozkładu<br />
prędkości cząstek (1872).<br />
Ewolucja rozkładu cząstek = ruch swobodny + zderzenia.<br />
Występuje tu symetria zderzeń ku przyszłości i przeszłości.<br />
Inne podejście Einsteina i Gibssa polegające na zastosowaniu gęstości trajektorii, też<br />
nie pozwoliło uzyskać termodynamiki z dynamiki newtonowskiej. Wynika stąd wniosek, że<br />
zjawisko nieodwracalności nie jest uniwersalne i nie da się go wydedukować z ogólnych praw<br />
fizyki.<br />
Czasy najnowsze<br />
Pod koniec XX wieku powstało wiele teorii nieliniowych, zawierających niestabilności.<br />
Najważniejsze z nich to:<br />
1. niestabilności zwykłe i strukturalne układów nieliniowych,<br />
2. bifurkacje,<br />
3. termodynamika procesów dalekich od stanu równowagi,<br />
4. chaos deterministyczny,<br />
5. samoorganizacje,<br />
6. fraktale,<br />
Te nowe narzędzia badawcze w rzeczywistości spowodowały powrót do badań pluralistycznej<br />
natury opisu świata. Nieliniowe sprzężenia zwrotne określały „osobowość układów” i nieprzewidywalność<br />
wyników. Kapryśne zachowanie się trajektorii układów dynamicznych, to<br />
nowy przejaw indeterminizmu. Nie są one typu chaosu zderzeniowego, lecz wynikają z właściwości<br />
rozkładu trajektorii cząstek. Układy nieliniowe z bifurkacjami mogą generować tzw.<br />
„triady życia”.<br />
Narodziny ⇒ rozwój ⇒ zanik.<br />
Doniosłą rolę odgrywają również fluktuacje. Mogą one generować samoorganizacje układów.<br />
Wszystkie wymienione nowoczesne składniki teorii nieliniowych, stanowią podstawę nowego<br />
spojrzenia na problem pluralizmu światopoglądowego. Autonomia lub „osobowość” nieliniowa,<br />
to zbliżenie do koncepcji ewolucji darwinowskiej. Jest tu miejsce na nieprzewidywalność<br />
wywołaną czynnikami wewnętrznymi w opisie ruchu mikrociał. Losowość nabiera wewnętrznych<br />
cech strukturalnych. Nawet przy najdokładniejszych warunkach początkowych,<br />
układ je po czasie „zignoruje”, generując własny indeterminizm niezderzeniowy.<br />
Odpowiedź na pytanie o relację mechaniki deterministycznej i losowej termodynamiki<br />
jest znacznie trudniejsza. Zawiodły wysiłki Boltzmanna, Einsteina i Gibssa. Interesującą<br />
koncepcję przedstawił I. Prigogin. Zamiast rozkładu trajektorii wprowadził dwa symetryczne<br />
w czasie łańcuchy Markowa. Nie wyróżniamy żadnego z nich. Niech łańcuch Markowa<br />
trafia na punkt bifurkacji. W punkcie tym zadajemy warunki początkowe. Aby były to<br />
warunki początkowe dla procesu „wstecz”, powinna istnieć nieskończona bariera entropii.<br />
Jest to warunek fizycznie nierealizowalny, a więc łańcuch „wstecz” jest nieobserwowalny.<br />
Działa tu prawo wyboru lub prawo zakazu. Zilustrujemy to przykładem z propagacji fal. Po<br />
wrzuceniu kamienia do nieograniczonego zbiornika wody, na powierzchni zacznie się rozprzestrzeniać<br />
fala kolista w kierunku od punktu upadku kamienia do nieskończoności. Nie<br />
obserwujemy tu sytuacji, gdy fala z nieskończoności zmierza w kierunku punktu upadku<br />
kamienia. Sytuacja ta jest nieobserwowalna. Z dwóch możliwości, rzeczywistość wybiera<br />
proces rozprzestrzeniania.<br />
83
Konkluzja<br />
84<br />
XVIII Sympozjum <strong>PTZE</strong>, Zamość 2008<br />
Analizując rozwój nauki obserwujemy jak pod koniec XX wieku zawodzą nadal usiłowania<br />
na budowę gmachu uniwersalnej wiedzy o otaczającym nas świecie. Pomimo wielu wysiłków<br />
żyjemy nadal w świecie pluralizmu światopoglądów, w którym determinizm nie jest przypadkiem<br />
szczególnym losowości, ani też odwrotnie, oraz nieodwracalności nie udaje się wydedukować<br />
z odwracalności dynamiki newtonowskiej. Żyjemy nadal w epoce, w której współistnieją<br />
filozofia bytu praw odwiecznych z filozofia stawania się, według której świat materialny<br />
przejawia wewnętrzną aktywność tworzenia nowych bytów. Zatem nie jesteśmy<br />
w stanie rozstrzygnąć, czy świat istnieje według niezmiennych praw, czy dryfujemy<br />
w nieznaną przyszłość?<br />
Warszawa, luty 2008 r. Prof. dr hab. Czesław Rymarz
XVIII Sympozjum <strong>PTZE</strong>, Zamość 2008<br />
WPŁYW MONTAŻU URZĄDZEŃ RADIOWYCH<br />
I RADIOLOKACYJNYCH NA MAŁYCH JEDNOSTKACH<br />
PŁYWAJĄCYCH NA EKSPOZYCJĘ PRACOWNIKÓW<br />
NA POLA ELEKTROMAGNETYCZNE<br />
Jaromir Sobiech, Roman Puta, Jarosław Kieliszek<br />
Wojskowy Instytut Higieny i Epidemiologii,<br />
Warszawa<br />
Abstrakt<br />
W pracy przedstawiono wyniki pomiarów promieniowania elektromagnetycznego wytwarzanego przez urządzenia radiowe<br />
i radiolokacyjne na wybranych jednostkach pływających, takich jak motorówki morskie, sondażówki, małe holowniki, pchacze,<br />
refulery i pogłębiarki. Przedstawiono wyniki oceny ekspozycji pracowników na promieniowanie elektromagnetyczne.<br />
Podano przykłady nieprawidłowego rozmieszczenia i montażu nadajników, przewodów antenowych oraz anten tych urządzeń<br />
prowadzące do pogorszenia warunków bhp w polach elektromagnetycznych.<br />
I. Wprowadzenie<br />
Nieodłącznym elementem wyposażenia współczesnych jednostek pływających są środki łączności<br />
bezprzewodowej zakresu HF i VHF oraz urządzenia radiolokacyjne. Obecność urządzeń<br />
radiowych na pokładzie wynika z potrzeby zapewnienia kontaktu z innymi jednostkami pływającymi,<br />
służbami w portach i kapitanatach oraz służbami ratowniczymi. Radary montowane<br />
są przeważnie na jednostkach posiadających własny napęd i zapewniają możliwość obserwacji<br />
innych obiektów nawodnych oraz elementów brzegowych ułatwiając nawigację i manewrowanie.<br />
Dodatkowo na pokładzie jednostki, zależnie od jej przeznaczenia, mogą znajdować się inne<br />
urządzenia nadawcze i odbiorcze, takie jak odbiorniki systemów hiperbolicznych, odbiorniki<br />
GPS, odbiorniki nasłuchowe HF i VHF, stacje okrętowe do łączności satelitarnej, czy urządzenia<br />
GMDSS.<br />
Większość tych urządzeń znajduje swoje miejsce w sterówce, a ich anteny rozmieszczone są<br />
w różnych częściach statku. Rozmiary oraz ilość wykorzystywanych anten wykluczają montaż<br />
ich wszystkich na maszcie jednostki z daleka od pracowników. Dotyczy to również anten<br />
nadawczych urządzeń łączności oraz radaru. W niektórych przypadkach anteny te mocuje się<br />
bezpośrednio do relingu na pomostach nawigacyjnych i namiarowych lub do dachu sterówki.<br />
Takie umieszczenie źródeł pola elektromagnetycznego powoduje, że pracownicy niejednokrotnie<br />
przebywają w zasięgu stref ochronnych bezpieczeństwa i higieny pracy w polach<br />
elektromagnetycznych a w pobliżu anteny radaru promieniowanie elektromagnetyczne może<br />
przekraczać dopuszczalne wartości natężenia pola elektrycznego w impulsie. Dodatkowo<br />
85
86<br />
XVIII Sympozjum <strong>PTZE</strong>, Zamość 2008<br />
w sąsiedztwie anten nadawczych znajduje się duża ilość metalowych elementów konstrukcji<br />
statku, które mogą być wtórnymi źródłami pola elektromagnetycznego, w otoczeniu masy<br />
urządzeń nadawczych obserwuje się pole elektromagnetyczne o wartościach stref ochronnych,<br />
wreszcie umieszczenie blisko siebie anten urządzeń pracujących w zbliżonych zakresach<br />
częstotliwości może powodować pojawienie się pola elektromagnetycznego o wartościach<br />
stref ochronnych w otoczeniu masy urządzenia pracującego w trybie odbioru w czasie<br />
nadawania pozostałych urządzeń z tego zakresu częstotliwości.<br />
II. Flota i urządzenia<br />
Przedmiotem pomiarów było promieniowanie elektromagnetyczne wytwarzane przez radary<br />
morskie, radiotelefony stacjonarne zakresu VHF oraz radiotelefony ręczne zainstalowanie na<br />
motorówkach i sondażówkach morskich, holownikach i holownikach-pchaczach, szalandach<br />
motorowych oraz niektórych jednostkach bez napędu, takich jak pogłębiarki czerpakowe,<br />
pogłębiarki chwytakowe oraz refulery. Jednostki z napędem były wyposażone w radar i środki<br />
łączności, natomiast jednostki bez napędu nie posiadały radaru, wyposażone były w zamian<br />
w większą liczbę radiotelefonów stacjonarnych oraz ręcznych.<br />
Wymienione jednostki były wyposażone w radary morskie koden MD 3400, koden MD 3404,<br />
koden MD 3640, koden MD 3641, furuno 1832, furuno 1932 Mark-2, JRC JMA2254,<br />
SRN 300 oraz stacje nawigacyjne simrad CX44. Wszystkie wymienione urządzenia są radarami<br />
impulsowymi pracującymi w paśmie X z mocą od 2 do 6 kW w impulsie o zasięgu do<br />
64 mil morskich, czasie trwania impulsów od 80 do 1200 ns oraz częstości powtarzania impulsów<br />
od 600 do 2100 Hz. Wykorzystywano radiotelefony stacjonarne debeg 6448, sailor<br />
RT2048, sailor RT4822, sailor A1 VHF, ICS DSC3 VHF3, pracujące w paśmie ok.<br />
151-164 MHz z mocą do 25 W. Oprócz radiotelefonów stacjonarnych załogi jednostek były<br />
wyposażone w radiotelefony ręczne. Należały do nich między innymi: icom IC-M1EURO V,<br />
icom IC-M71, icom IC-GM1500E oraz motorola MP-100. Radiotelefony te umożliwiają korespondencję<br />
w zakresie częstotliwości ok. 156 - 162 MHz z mocą do 6 W.<br />
III. Metodyka pomiarów<br />
Pomiary przeprowadzono zgodnie z metodyką PN-T-06580-3: 2002 uwzględniając zakres<br />
częstotliwości pracy urządzeń, moc nadajników oraz warianty ich pracy. Sprawdzono, czy<br />
w badanym zakresie częstotliwości nie występują inne źródła pól elektromagnetycznych mogące<br />
wpłynąć na wynik pomiarów. Pomiary wykonano do wysokości 2,0 m nad poziomem<br />
pokładów. Za wynik pomiaru przyjmowano każdorazowo maksymalne odczyty poziomu pól<br />
elektromagnetycznych w pionach pomiarowych.<br />
IV. Strefy ochronne na pokładach jednostek<br />
Na wielu jednostkach antena radaru znajduje na wysokości ok. 1 m nad dachem sterówki, jak<br />
to ma miejsce w przypadku motorówek i sondażówek lub jest przymocowana do relingu pomostu<br />
nawigacyjnego, jak w przypadku szaland motorowych. Na pokładach tych jednostek<br />
w pobliżu anteny radaru występuje pole elektromagnetyczne o wartości skutecznej natężenia<br />
pola elektrycznego ok. 15 V/m, jednocześnie stwierdzono przekroczenia dopuszczalnej wartości<br />
natężenia pola elektrycznego w impulsie.
XVIII Sympozjum <strong>PTZE</strong>, Zamość 2008<br />
Anteny radiotelefonów znajdują się na maszcie lub montowane są do relingów pomostów<br />
nawigacyjnych i namiarowych. W pierwszym przypadku w czasie pracy radiotelefonów<br />
w trybie nadawania stwierdzono występowanie pola elektromagnetycznego o wartościach<br />
stref ochronnych pod odciągami masztów. W drugim przypadku, w odległości do ok. 1 m od<br />
anteny występuje pole elektromagnetyczne o wartościach ustanowionych dla strefy zagrożenia<br />
zaś na pozostałej części pokładu nawigacyjnego lub namiarowego – o wartościach odpowiadających<br />
strefie pośredniej bhp w polach elektromagnetycznych. W przypadku radiotelefonów<br />
ręcznych w odległości nawet do 40 cm od urządzenia może występować strefa zagrożenia,<br />
zaś w odległości do 1 m – strefa pośrednia.<br />
V. Ekspozycja pracowników<br />
Pracownicy w czasie wykonywania obowiązków podlegają ekspozycji dopuszczalnej na pole<br />
elektromagnetyczne. Kryterium to zostaje zachowane dopóki nie zbliżają się oni do anteny<br />
radaru i anten radiotelefonów stacjonarnych a korespondencję przez radiotelefony ręczne<br />
ograniczają do kilkudziesięciu minut w czasie jednej zmiany roboczej.<br />
VI. Możliwości modyfikacji istniejących instalacji<br />
Możliwości poprawy warunków pracy w polach elektromagnetycznych na pokładach jednostek<br />
pływających ograniczają się do umieszczania anten urządzeń nadawczych z daleka<br />
miejsc przebywania ludzi, prawidłowego wykonywania wszystkich połączeń masy tych urządzeń<br />
i złącz przewodów antenowych oraz unikaniu umieszczania w pobliżu anten nadawczych<br />
elementów metalowych, które nie mają połączenia galwanicznego z masą statku, a ich<br />
rozmiary korespondują z długością fali wytwarzanego przez nadajniki pola.<br />
87
XVIII Sympozjum <strong>PTZE</strong>, Zamość 2008<br />
DIFFUSE OPTICAL TOMOGRAPHY<br />
IN BIOMEDICAL APPLICATION<br />
Magdalena Stasiak 1 , Przemysław Berowski 2<br />
1<br />
Department of Electrical Apparatus, Technical University of Lodz,<br />
Stefanowskiego 18/22, 90-924 Lodz, e-mail: stasiak@p.lodz.pl<br />
2<br />
Electrotechnical Institute,<br />
Pożaryskiego 28, 04-703 Warsaw, e-mail: p.berowski@iel.waw.pl<br />
Diffuse optical tomography (DOT) is noninvasive, nonionizing and inexpensive<br />
technique used to measure the optical properties of physiological tissue. In the near-infrared<br />
(NIR) spectral window of 600-1000 nm, photon propagation in tissues is dominated by<br />
scattering rather than absorption. Photons experience multiple scattering events as they<br />
propagate deeply into tissue – up to 10 cm.<br />
In order to solve the forward problem the adequate model of computer simulation and<br />
methods are needed. The Finite Element Method (FEM) and also the Boundary Element<br />
Method (BEM) are the most frequently used among many others. The BEM is an interesting<br />
alternative to the more commonly used numerical methods such as FEM. The principle<br />
advantage of using BEM in EIT is that the discretization is necessary only at the boundary of<br />
analysed domain, what is connected with a significant reduction of the dimension and number<br />
of unknowns from O(N 2 ) to O(N). In this method the partial differential equations (PDE) with<br />
adequate boundary conditions are transformed into an equivalent integral equation set defined<br />
only on the surface of the considered volume. The original integral equation governing<br />
surface potential can be approximated as a summation of surface integrals of each element.<br />
In full paper the BEM approach to problems solution in diffuse optical tomography<br />
will be explained in details.<br />
References<br />
1. Aliabadi M.H., The Boundary Element Method, Volume 2, John Wiley &Sons, LTD, 2002<br />
2. Choe R.: Diffuse Optical Tomography and Spectography of Breast Cancer and Fetal Brain, Dissertation<br />
in Physics and Astronomy, University of Pennsylvania, 2005.<br />
3. de Munk J.C., Faes T.J.C., Heethaar R.M., The Boundary Element Method in the Forward and Inverse<br />
Problem of Electrical Impedance Tomography, IEEE Transactions on Biomedical Engineering, Vol. 47, No.<br />
6, pp.792-800, June 2000.<br />
4. Gibson A.P., Hebden J.C., and Arridge S.R.: Recent advances in diffuse optical imaging, Physics<br />
in Medicine and Biology, 50, R1-R43 (2005).<br />
5. Hillman E.: Development of optical tomography techniques for functional imaging of the neonatal brain,<br />
PhD dissertation, London 2001<br />
89
90<br />
XVIII Sympozjum <strong>PTZE</strong>, Zamość 2008<br />
6. Kolehmainen V., Arridge S.R., Vauhkonen M., and Kaipio J.P.: Simultaneous reconstruction of internal<br />
tissue region boundaries and coefficients in optical diffusion tomography, Physics in Medicine and Biology<br />
45(11), 3267-3284 (2000).<br />
7. Sikora J., Zacharopoulos A., Douiri A., Schweiger M., Horesh L.,Arridge S.R., Ripoll J., Diffuse photon<br />
propagation in multilayered geometries, Physics in Medicine and Biology, vol. 51, pp. 497-516, 2006.
XVIII Sympozjum <strong>PTZE</strong>, Zamość 2008<br />
WARUNKI ZANIKANIA NADPRZEWODZENIA<br />
W NISKO- I WYSOKOTEMPERATUROWYCH<br />
URZĄDZENIACH NADPRZEWODNIKOWYCH<br />
Paweł Surdacki<br />
Politechnika Lubelska, Instytut Podstaw Elektrotechniki i Elektrotechnologii<br />
ul. Nadbystrzycka 38a, 20-618 Lublin<br />
p.surdacki@pollub.pl<br />
Stan nadprzewodzenia w urządzeniu nadprzewodnikowym jest stanem metastabilnym,<br />
tzn. wystąpienie zaburzenia związanego z dostarczeniem zewnętrznego impulsu energii może<br />
wywołać utratę tego stanu i przejście do stanu rezystywnego. Uwzględnienie tego procesu jest<br />
niezbędnym etapem projektowania każdego urządzenia nadprzewodnikowego, zarówno nisko-<br />
jak i wysokotemperaturowego. W analizie zanikania nadprzewodzenia podstawowymi<br />
zagadnieniami są: określenie maksymalnych wartości temperatury i napięcia oraz czasu,<br />
w którym zostaną one osiągnięte.<br />
Rozwój technologii taśm i drutów z nadprzewodników wysokotemperaturowych umożliwił<br />
konstruowanie nowych urządzeń nadprzewodnikowych, takich jak kable, ograniczniki<br />
prądu zwarcia, magnetyczne zasobniki energii, pracujących w temperaturach do ~110 K. We<br />
wczesnych badaniach urządzeń wysokotemperaturowych stwierdzono, że są one bardziej stabilne<br />
od ich odpowiedników niskotemperaturowych i utrata nadprzewodzenia występuje<br />
rzadko. Jednak wraz ze wzrostem rozmiarów tych urządzeń zaczęto obserwować niekontrolowany<br />
wzrost temperatury przy jednocześnie dynamice tego wzrostu mniejszej niż dla urządzeń<br />
niskotemperaturowych. Opis matematyczny procesu przejściowego zanikania nadprzewodzenia<br />
jest zatem bardzo istotny również w urządzeniach wysokotemperaturowych.<br />
Podstawowe równanie opisujące proces przejściowy jest jednakowe dla obu typów<br />
urządzeń nadprzewodnikowych, jednak występują znaczne różnice w samym procesie zanikania<br />
nadprzewodzenia w tych urządzeniach. Rozbieżności te wynikają z różnic w kształtach<br />
charakterystyk napięciowo-prądowych, wartościach ciepła właściwego przy temperaturach<br />
roboczych, zakresach temperatur, przy których urządzenia pozostają w stanie nadprzewodzenia<br />
oraz temperaturach krytycznych dla nadprzewodników nisko- i wysokotemperaturowych.<br />
Wszystkie te czynniki silnie wpływają na odmienność procesu zanikania nadprzewodzenia<br />
w urządzeniach wysokotemperaturowych.<br />
W pracy dokonano porównania klasycznego podejścia do analizy zanikania nadprzewodzenia<br />
w urządzeniach niskotemperaturowych, opartego na propagacji strefy rezystywnej [1],<br />
z nową metodyką analizy, proponowaną dla urządzeń wysokotemperaturowych, uwzględniającą<br />
gładki kształt charakterystyki napięciowo-prądowej nadprzewodnika [2].<br />
Analiza procesu zanikania nadprzewodzenia w przewodzie nadprzewodnikowym opiera<br />
się na bilansie gęstości energii<br />
91
92<br />
XVIII Sympozjum <strong>PTZE</strong>, Zamość 2008<br />
∂T ∂ ⎡ ∂T⎤<br />
CT ( ) = ⎢kT ( ) ⎥+<br />
gq( T) + gd −gw(<br />
T)<br />
(1)<br />
∂t ∂x⎣ ∂x⎦<br />
gdzie: lewa strona równania (1) reprezentuje szybkość zmian gęstości energii cieplnej, C(T) –<br />
objętościowo uśredniona pojemność cieplna przewodu. Po prawej stronie równania pierwszy<br />
składnik reprezentuje przewodzenia ciepła wewnątrz przewodu, k(T) – objętościowo uśredniona<br />
przewodność cieplna przewodu, gq(T) – gęstość energii cieplnej generowanej przez<br />
przepływ prądu oraz wywołanej nieliniową charakterystyką U=f(I), gd – gęstość energii zaburzenia<br />
magnetycznego lub mechanicznego, gw(T) – gęstość energii chłodzenia rozpatrywanego<br />
elementu przewodu.<br />
Uogólniony przewód nadprzewodnikowy opisany jest zależnością natężenia pola elektrycznego<br />
E(I,T) od prądu i temperatury<br />
n<br />
⎛ I ⎞<br />
E( I, T) = E0⎜ ⎟<br />
(2)<br />
⎜I0( T)<br />
⎟<br />
⎝ ⎠<br />
gdzie: n – wykładnik charakterystyczny (dla nadprzewodników niskotemperaturowych LTS<br />
ma wartość ok. 10-100, dla niskotemperaturowych HTS – wartość ok. 2-10 [2]), I0(T) – prąd<br />
odpowiadający poziomowi natężenia pola elektrycznego 1 µV/cm, zwany prądem krytycznym.<br />
Moc ciepła generowanego w nadprzewodniku ma postać<br />
n+<br />
1<br />
⎛ I ⎞<br />
QTn ( , ) = IE 0 0⎜<br />
⎟ . (3)<br />
⎜I0( T)<br />
⎟<br />
⎝ ⎠<br />
Na charakterystykach temperaturowych strumieni cieplnych nagrzewania Q(T)<br />
i chłodzenia W(T) dla obu typów nadprzewodników (rys. 1) zaznaczono temperatury równowagi<br />
odpowiadające odpowiednio stanowi nadprzewodzenia (Tsc) i stanowi rezystywnemu<br />
(Tr) oraz temperaturę stanu niestabilnego Tns.<br />
Rys. 1. Charakterystyki temperaturowe strumieni cieplnych nagrzewania i chłodzenia dla nadprzewodników<br />
niskotemperaturowych (n= 50) i wysokotemperaturowych (n = 5)<br />
W celu wyprowadzenia nadprzewodnika ze stanu nadprzewodzenia niezbędne jest podniesienie<br />
temperatury powyżej wartości Tns. Dla nadprzewodników niskotemperaturowych<br />
wiąże się to z wystąpieniem zaburzenia o małej wartości energii, natomiast dla nadprzewodników<br />
wysokotemperaturowych wymagana jest energia o dużej wartości. Proces przejściowy<br />
zanikania nadprzewodzenia dla nadprzewodników niskotemperaturowych związany jest<br />
z propagacją strefy rezystywnej, której czoło stanowi ostre przejście pomiędzy stanem rezy-
XVIII Sympozjum <strong>PTZE</strong>, Zamość 2008<br />
stywnym i stanem nadprzewodzenia. W nadprzewodnikach wysokotemperaturowych prędkość<br />
strefy rezystywnej jest ok. dwa rzędy wielkości mniejsza, zatem proces ten ma charakter<br />
bardziej równomiernego nagrzewania się.<br />
W pracy opisano dalsze aspekty zróżnicowanych warunków procesu zanikania nadprzewodzenia:<br />
prądy przejścia rezystywnego w stosunku do prądów krytycznych, przebiegi<br />
wzrostu temperatury w czasie, maksymalne temperatury i napięcia po zaniku nadprzewodzenia<br />
oraz czasy zanikania nadprzewodzenia.<br />
Literatura<br />
[1] Surdacki P., Kryteria stabilności w analizie nadprzewodników silnoprądowych, Przegląd Elektrotechniczny,<br />
(2008) 5, 99-102.<br />
[2] Vysotsky V.S., Rakhmanov A.L., Ilyin Yu., Influences of voltage–current characteristic difference on<br />
quench development in low-Tc and high-Tc superconducting devices, Physica C 401 (2004) 57–65.<br />
93
XVIII Sympozjum <strong>PTZE</strong>, Zamość 2008<br />
DOBÓR KONSTRUKCJI SILNIKA INDUKCYJNEGO<br />
OBROTOWO-LINIOWEGO DO ZADANEJ<br />
CHARAKTERYSTYKI ELEKTROMECHANICZNEJ<br />
PRZY WYKORZYSTANIU METOD POLOWYCH<br />
Streszczenie<br />
Marcin Szczygieł<br />
Politechnika Śląska, Wydział Elektryczny, Katedra Mechatroniki<br />
email: marcin.szczygiel@polsl.pl<br />
Silniki indukcyjne obrotowo – liniowe są maszynami realizującymi ruch złożony (obrotowy,<br />
postępowy lub spiralny). Silniki projektowane dotychczas są wykonywane w następujących<br />
wariantach konstrukcyjnych[1,2,3]:<br />
• jednotwornikowe, w których uzwojenia są galwanicznie izolowane, wytwarzające pola<br />
o propagacjach wzajemnie prostopadłych i umieszczone w obrębie jednej części<br />
czynnego pakietu blach,<br />
• dwutwornikowe, w których tworniki ruchu liniowego i ruchu obrotowego są rozdzielone<br />
i współpracują ze wspólnym wirnikiem – bieżnią.<br />
Proces konstruowania silnika indukcyjnego obrotowo – liniowego jest procesem złożonym<br />
obejmującym zaprojektowanie twornika ruchu obrotowego, twornika ruchu liniowego, wirnika<br />
– bieżni i zespołu łożyskowego umożliwiającego realizację ruchu złożonego. W konstrukcji<br />
prezentowanej na rysunku 1 istnieje możliwość przeprowadzenia procesu obliczeniowego<br />
jako dwóch oddzielnych tworników współpracujących z ze wspólnym wirnikiem – bieżnią<br />
z litą warstwą przewodzącą. Silnik prezentowany na rysunku 2 został wykonany w oparciu<br />
o elementy konstrukcyjne silnika ShR 90X-M produkowanego seryjnie, jako konstrukcja<br />
przedstawiona na rysunku 1. W konsekwencji zaprojektowana maszyna wymagała ponownego<br />
wyznaczenia charakterystyki elektromechanicznej i parametrów schematu zastępczego<br />
[4,5]. Silnik obrotowo – liniowy (rys.2) współpracuje z hamulcem obrotowo – liniowym<br />
z cieczą magnetoreologiczną [6] stanowiąc oryginalny układ napędowy, dlatego też w procesie<br />
projektowania zaistniała potrzeba doboru konstrukcji w oparciu o charakterystyki elektromechaniczne<br />
poszczególnych tworników. Dla wyznaczenia rodzin charakterystyk elektromechanicznych<br />
Te = f(n) i Fe = f(v) wykorzystano program FEMM i procedurę napisaną<br />
w języku Lua. Opracowana procedura umożliwia wyznaczenie rozkładów pól elektromagnetycznych<br />
i charakterystyk elektromechanicznych przy różnych częstotliwościach poślizgowych<br />
maszyny f2= 0÷50 Hz, jak też przy zmiennych parametrach długości szczeliny powietrznej<br />
95
96<br />
XVIII Sympozjum <strong>PTZE</strong>, Zamość 2008<br />
δ=0,3÷1 mm i grubości warstwy przewodzącej wirnika ∆=0,3÷1 mm. Na rysunku 3 i rysunku<br />
4 przedstawiono wybrane rodziny charakterystyk elektromechanicznych Te = f(n) i Fe = f(v)<br />
dla trzech przykładowych grubości warstwy przewodzącej ∆1=0,3 mm, ∆2=0,5 mm, ∆3=1 mm<br />
i długości szczeliny powietrznej δ1=0,3 mm.<br />
1)<br />
3)<br />
Rys. 1. Konstrukcja dwutwornikowa: 1 – twornik<br />
ruchu liniowego, 2 – twornik ruchu liniowego,3 –<br />
wirnik – bieżnia, 4 – obudowa<br />
180<br />
160<br />
140<br />
120<br />
100<br />
80<br />
60<br />
40<br />
20<br />
0<br />
Fe [N]<br />
0 1 2 3 4 5 6 7 8<br />
Cu = 0.3 Cu = 0.5 Cu = 0.8<br />
v [m/s]<br />
Rys. 3. Rodzina charakterystyk elektromechanicznych<br />
Fe = f(v) dla trzech grubości warstwy przewodzącej<br />
∆1=0,3 mm, ∆2=0,5 mm, ∆3=0,8 mm<br />
Literatura<br />
2)<br />
4)<br />
Rys. 2. Silnik indukcyjny o dwóch stopniach swobody<br />
ruchu<br />
Te [Nm]<br />
8<br />
7<br />
6<br />
5<br />
4<br />
3<br />
2<br />
1<br />
0<br />
0 100 200 300 400 500 600 700 800<br />
n [obr/min]<br />
Cu = 0.3 Cu = 0.5 Cu = 0.8<br />
Rys. 4. Rodzina charakterystyk elektromechanicznych<br />
Te = f(n) dla trzech grubości warstwy przewodzącej<br />
∆1=0,3 mm, ∆2=0,5 mm, ∆3=0,8 mm<br />
1. Kamiński G.: Silniki elektryczne o ruchu złożonym. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej,<br />
Warszawa 1994.<br />
2. Mendrela E., Fleszar J., Gierczak E.: Modeling of induction motors with one and two degrees of mechanical<br />
freedom. Kluwer Academic Publishers, Boston 2003.<br />
3. Mendrela E.: Silniki indukcyjne o wielu stopniach swobody mechanicznej. Zeszyty Naukowe Politechniki<br />
Świętokrzyskiej „Elektryka” z. 14, Kielce 1984.<br />
4. Szczygieł M.: Wyznaczanie parametrów schematu zastępczego silnika indukcyjnego o dwóch stopniach<br />
swobody mechanicznej przy wykorzystaniu obliczeń polowych. VII International Workshop for Candidates<br />
for a Doctor’s Degree OWD’2005, 22-25 października 2005, Wisła.<br />
5. Szczygieł M.: Induction motor with two degrees of mechanical freedom - design methodology. 4th International<br />
symposium on Automatic Control, Wismar, 22-23 September 2005.<br />
6. Kowol P.: Hamulce Magnetoreologiczne o jednym i dwóch stopniach swobody ruchu, Praca doktorska,<br />
Wydział Elektryczny Politechniki Śląskiej, Gliwice 2007.
XVIII Sympozjum <strong>PTZE</strong>, Zamość 2008<br />
POCZĄTKI ELEKTRYZACJI JAPONII<br />
Mitsuhiko Toho<br />
Polsko-Japońska Wyższa Szkoła Technik Komputerowych<br />
toho@pjwstk.edu.pl<br />
Hiraga Gennai (1728-1780), pierwszy japoński „elektryk” skonstruował w 1776 r. maszynę<br />
do generowania elektryczności statycznej zwaną erekiteru 1) . Urządzenie to demonstrował<br />
mieszkańcom Edo (obecnie Tokio) wzbudzając niemałe zaciekawienie. Po smierci Gennai<br />
jego uczniowie kontynuowali te prezentacje. Były to jednak wyłącznie pokazy, bez dalszego<br />
ciągu w postaci badań naukowych ani też prób wykorzystania w przemyśle.<br />
Znacznie później, dopiero w 1849 r. pierwszą próbę przesyłania w Japonii informacji<br />
telegrafem przeprowadził w miejscowości Matsushiro w prefekturze Nagano, Sakuma Shozan<br />
(1811- 1864). Shozan sam skonstruował baterię, kabel i telegraf typu Wheatstone’a, prawdopodobnie<br />
opierając się jedynie na ilustracji w holenderskiej encyklopedii Shomera.<br />
W 1853 r. oficjalny przedstawiciel Stanów Zjednoczonych komandor Matthew C. Perry<br />
przypłynął na czele okrętów wojennych do Edo. Wystrzałami armatnimi obudził Japonię z ponad<br />
dwustuletniego spokojnego snu. W marcu 1854 r. Perry zmusił Japonię do otwarcia granic.<br />
Wśród licznych prezentów Perry’ego dla szoguna Tokugawa Iesada znajdowały się dwa elektryczne<br />
telegrafy. Amerykanie używając kabli elektrycznych zorganizowali wtedy pokaz łączności<br />
telegraficznej pomiędzy dzielnicami Komagata i Suboshi-benten w Jokohamie.<br />
Terashima Munenori (1832 - 1893), lekarz z Satsuma (obecnie Kagoshima), razem<br />
z Kawamoto Komin (1810 - 1871) juz rok później próbował produkować w Japonii elektryczne<br />
telegrafy. W 1857 r. przeprowadzono testy połączeń. Terashima uważał, że telekomunikacja<br />
jest jedną z najważniejszych technik w modernizacji państwa. Wkrótce po restauracji<br />
Meiji (1869 r.) zrealizował budowę pierwszego odcinka łączności telegraficznej Tokio–Jokohama,<br />
był wtedy wojewodą prefektury Kanagawa. Dzięki tej inwestycji uważa się<br />
Terashimę za ojca telekomunikacji Japonii 2) .<br />
Duńska firma telekomunikacyjna Daihoku Telegraf w 1871 r położyła kable podwodne<br />
między Nagasaki i Szanghajem oraz miedzy Nagasaki i Władywostokiem. Dzięki temu Japonia<br />
została bezpośrednio przyłączona do sieci euroazjatyckiej telekomunikacji. Kolejne połą-<br />
97
98<br />
XVIII Sympozjum <strong>PTZE</strong>, Zamość 2008<br />
czenie telegraficzne Nagasaki - Tokio zostało zbudowane w 1873 r., tym razem już przez rząd<br />
Japonii.<br />
Aparat telefoniczny wynaleziony przez Aleksandra G. Bella w Stanach Zjednoczonych<br />
w 1876 r. został bezzwłocznie sprowadzony do Japonii i przetestowany w Ministerstwie<br />
Przemysłu. Fabryka przy Departamencie Telegramu wyprodukowała dwie kopie tego aparatu<br />
w 1878 r.<br />
25 marca 1878 r. został utworzony Główny Urząd Telegraficzny w Kobiki-cho w Tokio.<br />
W szybkim tempie rozbudowywano lokalne centra. Przed końcem 1880 r. stolice wojewódzkie<br />
w całej Japonii miały swoje centrale telegraficzne.<br />
W dniu otwarcia Głównego Urzędu Telegraficznego pokazano także lampę łukową. Ten<br />
pokaz miał ważne znaczenie dla rozwoju elektryfykacji, ponieważ uświadamiał Japończykom,<br />
że elektryczność może służyć także do oświetlania oraz jako źródło energii. Na pamiątkę<br />
tego wydarzenia 25 marca jest do dziś w Japonii dniem elektryczności.<br />
Lampę łukową ustawiono w 1882 r. na ulicy Ginza, w centrum Tokio, stała się ona dużą<br />
atrakcją dla turystów. W 1885 r. na otwarcie Zrzeszenia Banków w Tokio pojawiła się pierwsza<br />
żarówka. Powstawały firmy elektryczne, pierwsza w Tokio w 1886 r. (Tokyo Dento –<br />
obecnie Tokyo Electric Power), następne w Nagoya, Kobe, Kioto i Osaka (1887). Pierwsza<br />
elektrownia cieplna w Japonii została zbudowana przez Tokio Dento w 1887 r., dawała prąd<br />
stały 25kW, 210V.<br />
W 1889 r. Osaka Dento sprowadziła generator prądu zmiennego ze Stanów Zjednoczonych.<br />
W tym samym roku pojawił się w Tokio pierwszy pociąg elektryczny, a w następnym<br />
winda.<br />
Pierwsza elektrownia wodna powstała w Kioto w 1890 r., miała moc 160 kW (obecnie<br />
4500 kW). Dzięki tej elektrowni miasto Kioto zbudowało w 1894 r. pierwszą w Japonii sieć<br />
tramwajową.<br />
Tokyo Dento otworzyła kolejną elektrownię w Asakusa w Tokio importując na jej użytek<br />
generator niemieckiej firmy AEG, który miał częstotliwość 50 Hz. Później ta częstotliwość<br />
stała się standardem we wschodniej części Japonii. W następnym roku w elektrowni<br />
w Asakusa po raz pierwszy zastosowano generator wyprodukowany w Japonii. W 1896 r. istniały<br />
na terenie całej Japonii 23 elektrownie cieplne, 7 wodnych i 3 cieplno-wodne. Ilość<br />
lamp oświetleniowych przekroczyła 120 tysiecy.<br />
W 1897 r. Osaka Dento rozbudowała elektrownie sprowadzając amerykański generator<br />
firmy GE z częstotliwością 60 Hz. Częstotliwość ta stała się standardowa dla całej zachodniej<br />
części Japonii. Ten raczej nieszczęśliwy podział częstotliwości zależnie od miejscowej geografii<br />
powoduje do dziś komplikacje w przemyśle elektrycznym, czasami nawet utrudnia życie<br />
codzienne Japończykom.
Bibliografia<br />
XVIII Sympozjum <strong>PTZE</strong>, Zamość 2008<br />
1. M. Toho, Hiraga Gennai – pierwszy elektryk japoński, XVI Sympozjum Środowiskowe <strong>PTZE</strong>, pp.<br />
131-132, Rydzyna 2007<br />
2. http://www.minc.ne.jp/~megumi-t/r-tarasima.htm<br />
3. http://www.kenkenfukuyo.org/reki/ormoru/tsuushin1/tsuushin001.html<br />
4. Web site of the Federation of Electric Power Companies of Japan: http://www.fepc.or.jp/english/<br />
99
XVIII Sympozjum <strong>PTZE</strong>, Zamość 2008<br />
DWUWARSTWOWY SYSTEM POZYCJONOWANIA<br />
GŁOWIC PAMIĘCI MASOWYCH<br />
O 5 STOPNIACH SWOBODY<br />
Streszczenie<br />
Tomasz Trawiński<br />
Politechnika Śląska, Wydział Elektryczny, Katedra Mechatroniki<br />
email: tomasz.trawinski@polsl.pl<br />
Proponowane i eksponowane w chwili obecnej modele matematyczne systemów pozycjonowania<br />
głowic o dwóch stopniach swobody, przystosowane są do analizy jego pracy tylko<br />
z jedną stroną nośnika danych. Na podstawie takich modeli dokonuje się syntezy układów<br />
regulacji pozycji głowic, w celu pozycjonowania i śledzenia ścieżek z danymi. W zdecydowanej<br />
jednak większości przypadków dyski twarde wyposażone są w więcej niż jeden talerz,<br />
stąd też wniosek, że skonstruowany układ pozycjonowania głowicy na podstawie ww. modelu<br />
systemu pozycjonowania zapewniać będzie prawidłowe pozycjonowanie głowic nad ścieżkami<br />
znajdującymi się tylko na jednej stronie talerza. W niniejszym artykule przedstawiony<br />
zostanie model matematyczny sytemu pozycjonowania głowic, o finalnie pięciu stopniach<br />
swobody, przystosowany do współpracy z dwoma stronami nośnika danych. System pozycjonowania<br />
będzie rozważany na wstępie jako szczególny przypadek miniaturowego manipulatora<br />
robota o trzech stopniach swobody, złożonego z trzech przegubów rotacyjnych, przy czym<br />
jeden z przegubów nie będzie napędzany. Sformułowany model dynamiczny następnie zostanie<br />
rozszerzony o dodatkowy człon – pozycjonujący drugi zestaw głowic.<br />
Rys. 1. Aktuator głowic o 3 stopniach swobody ruchu Rys. 2. Zmodyfikowany aktuator głowic o 3 stopniach<br />
swobody ruchu<br />
101
102<br />
XVIII Sympozjum <strong>PTZE</strong>, Zamość 2008<br />
Na rysunku1 przedstawiono łańcuch kinematyczny systemu pozycjonowania głowic o trzech<br />
stopniach swobody. Prezentowany łańcuch kinematyczny składa się z trzech sztywnych par<br />
kinematycznych połączonych przegubami rotacyjnymi. Pierwsza para kinematyczna związana<br />
jest z głównym silnikiem napędowym (silnikiem VCM [2,6]), E-blokiem oraz sztywną podstawą<br />
– para ta jest połączona przegubem obrotowym. W osi obrotu pierwszego przegubu<br />
przyłożony jest moment napędowy pochodzący od silnika VCM. Druga para kinematyczna to<br />
końcówka E-bloku oraz system zawieszenia głowicy – połączone przegubem pasywnym.<br />
Trzecia para kinematyczna złożona jest z systemu zawieszenia głowic i ślizgacza, połączonych<br />
razem również przegubem obrotowym. W trzecim przegubie przyłożony jest moment<br />
napędowy wytworzony przez mikrosilnik (np. silnik elektrostatyczny).<br />
W celu sformułowania modelu matematycznego sytemu pozycjonowania głowic HDD umożliwiającego<br />
analizę pracy przy odczytywaniu lub zapisie danych, z co najmniej dwóch stron<br />
talerzy, należy w odpowiedni sposób zmodyfikować jego łańcuch kinematyczny. W przeciwieństwie<br />
do typowego układu systemu pozycjonowania głowic z podwójnym systemem napędowym,<br />
w którym można było założyć, że wszystkie przeguby leżą w jednej płaszczyźnie<br />
(której normalna pokrywała się z kierunkiem osi obrotu silnika VCM), wprowadza się dodatkowe<br />
przeguby i człony powodujące rozgałęzienie członu pierwszego (rys.2.).<br />
Literatura<br />
1. Trawiński T.: Mathematical model of dual-stage actuator with passive joint for HDD head positioning,<br />
Research and Education in Mechatronics REM 2006, KTH, Stockholm, Sweden, June 15-16, 2006,<br />
2. Trawiński T.: Verification of the mathematical model of Voice Coil Motor with high range of angular<br />
motion, Research and Education in Mechatronics REM 2006, KTH, Stockholm, Sweden, June 15-16, 2006,<br />
3. Trawiński T.: Mathematical model of head actuator of HDD with passive joint, International XV<br />
Symposium Micromachines and Servosystems, p.195-200, Soplicowo, Poland, 17-21 September 2006.<br />
4. Trawiński T.: Mathematical model of head actuator of hard-disk drive with passive joint, Electromotion,<br />
ISSN 1223-057X, p.32-37, No.1, Vol.14, January-March 2007.<br />
5. Trawiński T., Kluszczyński K.: Modelowanie matematyczne dwuwarstwowego aktuatora głowic dysku<br />
twardego jako manipulatora, Artykuł zaprezentowano na Seminarium Wybrane Zagadnienia Elektrotechniki<br />
i Elektroniki WZEE’2007, Przegląd Elektrotechniczny – materiały w druku.<br />
6. Trawiński T.: Model matematyczny silnika VCM z nierównomiernym rozkładem pola magnetycznego<br />
w szczelinie powietrznej, Przegląd Elektrotechniczny nr 12/2007, s. 114-117, 2007,<br />
7. Trawiński T.: Macierze blokowe w modelowaniu matematycznym dwuwarstwowego aktuatora głowic<br />
dysku twardego, Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej, Elektryka z.3, s.147-157, 2007,<br />
8. Trawiński T.: Expressions described elements of inverse inertial matrices of positioning head systems<br />
of mass storage devices. XII Seminar Fundamental Problem of Energoelectronics, Electromechanics and<br />
Mechatronics PPEEm’2007, Tom II, p.221-224, Wisła, November 2007.
XVIII Sympozjum <strong>PTZE</strong>, Zamość 2008<br />
PLASMA WAVES IN IONOSPHERE<br />
Alexander S. Volokitin 1 , Barbara Atamaniuk 2<br />
(1) Institute of Terrestrial Magnetism, Ionosphere and Radio Wave Propagation,<br />
Moscow, Russia<br />
(2) Institute of Fundamental Technological Research, PAS,<br />
Warsaw, Poland<br />
Plasmas of the Earth’s ionosphere and planets is environment which supports the big variety of<br />
electromagnetic and electrostatic waves, which frequencies and lengths change in very wide<br />
range. In such rare medium as ionospheric plasma frequency of particle collisions is small,<br />
what leads to weak attenuation of waves and possibility of their propagation on the large<br />
distance. Thanks to the specified factors the role of waves in processes of particles and energy<br />
transport in ionosphere is very important. Beside this, a possibility to use plasma waves as a<br />
diagnostics agent to study structure and physical processes in ionosphere is invaluable.<br />
Electromagnetic waves, which can go far from their origin, are especially interesting to this<br />
purpose.<br />
In the given report physical properties of waves for the basic types of the oscillations and waves<br />
existing in ionospheric plasma are considered, with description of those regions and processes<br />
in ionosphere in which the given fluctuations play an essential role. Such linear characteristics<br />
of waves as a frequency dispersion, attenuation and generation rates are discussed briefly. For<br />
concrete examples of lower hybrid fluctuations, Alfven waves and other types of waves,<br />
modern theoretical approaches to calculation of a dispersion, attenuation and generation of<br />
waves in the ionospheric plasma, which is far from conditions of thermodynamic equilibrium,<br />
are considered. Also the most important for the considered waves nonlinear processes are<br />
presented at connection with the certain ionospheric conditions. The methods, used in the<br />
analysis of the most essential nonlinear wave processes in the ionosphere, and the<br />
corresponding equations describing nonlinear dynamics of waves are represented.<br />
This research is supported by KBN grant 0TOOA 01429<br />
103
XVIII Sympozjum <strong>PTZE</strong>, Zamość 2008<br />
ZMIANY FUNKCJONOWANIA<br />
UKŁADU UCIECZKI KARACZANA POD WPŁYWEM<br />
DZIAŁANIA ELF POLA MAGNETYCZNEGO<br />
Joanna Wyszkowska, Maria Stankiewicz<br />
Zakład Biofizyki, Instytut Biollogii Ogólnej i Molekularnej, Uniwersytet Mikołaja Kopernika<br />
ul. Gagarina 9, 87-100 Toruń. Poland,<br />
e-mail:jwyszk@uni.torun.pl<br />
Badania nad biologicznymi efektami wpływu pola elektromagnetycznego (EMF) częstotliwości<br />
50 Hz dowodzą, że może modyfikować ono funkcjonowanie komórek poprzez działanie<br />
na kanały jonowe, receptory oraz enzymy (Lacy-Hulbert et al., 1998).<br />
Celem prezentowanej pracy była ocena wpływu pola elektromagnetycznego na funkcjonowanie<br />
układu nerwowego owada za pomocą technik elektrofizjologicznych. Zbadano aktywność<br />
bioelektryczną początkowej części systemu ucieczki karaczana Periplaneta americana<br />
w odpowiedzi na mechanostymulację wyrostka rylcowego. Doświadczenia przeprowadzono<br />
na kontrolnej grupie owadów oraz na grupie owadów po 24h ekspozycji w polu EM.<br />
Celem tych obserwacji była próba odpowiedzi na pytanie czy ekspozycja na pole EM zmienia<br />
wrażliwość układu nerwowego na bodźce mechaniczne oraz szybkość reakcji.<br />
Miejscem uruchomienia mechanizmu ucieczki karaczana są znajdujące się na końcu ciała<br />
dwa wyrostki (cerci) zaopatrzone w receptory wrażliwe nawet na najmniejsze ruchy powietrza.<br />
Receptorami są bardzo cienkie włoski rozmieszczone po 220 na każdym z wyrostków,<br />
mające nerwowe połączenia z ostatnim zwojem łańcuszka nerwowego (ośrodkowy układ<br />
nerwowy). Podrażniony włosek wysyła informacje w postaci impulsów elektrycznych wzdłuż<br />
włókien nerwowych aż do zwojów tułowiowych, w których znajdują się neurony motoryczne<br />
wprawiające w ruch odnóża i umożliwiające ucieczkę owada z miejsca zagrożenia (Cymborowski,<br />
1991; Janiszewski, 1987). Stosując technikę elektrod zewnątrzkomórkowych obserwowano<br />
pobudzenie receptorów na działający bodziec, oraz przesyłanie informacji na drodze<br />
aferentnej. Oceniano wielkość opóźnienia reakcji na bodźce oraz wielkość bodźca progowego<br />
na poziomie nerwu cerkalnego i pojedynczej konektywy. Owady eksponowane były przez<br />
24h w jednorodnym polu magnetycznym o wartości indukcji 7 mT i częstotliwości 50 Hz.<br />
Uzyskane wyniki wskazują, że ekspozycja w polu EM obniżyła wartość opóźnienia reakcji<br />
we wszystkich badanych punktach, co oznacza, ze układ nerwowy reagował szybciej oraz<br />
istotnie zmniejszyła wartość progu pobudliwości we wszystkich badanych miejscach.<br />
W przeprowadzonych przez nas wcześniej badaniach stwierdziliśmy, że ekspozycja karaczana<br />
amerykańskiego w polu elektromagnetycznym (50 Hz, 7 mT) wywołuje wzrost jego<br />
aktywności motorycznej (Wyszkowska et al., 2006) co według nas jest skutkiem modyfikacji<br />
działania układu nerwowego owada. Kolejne doświadczenia własne sugerują, że zwiększona<br />
aktywność oktopaminy (substancji odpowiadającej noradrenalinie u kręgowców) może być<br />
bezpośrednio odpowiedzialna za wzrost aktywności motorycznej owadów. Omówiony tu<br />
105
106<br />
XVIII Sympozjum <strong>PTZE</strong>, Zamość 2008<br />
wcześniej wzrost pobudliwości systemu ucieczki karaczana wywołany ekspozycją<br />
w polu EM może również być efektem podniesienia wydzielania oktopaminy. W związku<br />
z tym, celem kolejnej serii doświadczalnej było określenie wpływu oktopaminy na funkcjonowanie<br />
sytemu ucieczki owada. W doświadczeniach rejestrowano tak jak poprzednio wielkość<br />
opóźnienia reakcji na bodźce mechaniczne oraz wielkość bodźca progowego na poziomie<br />
pojedynczej konektywy. Owadom z grupy kontrolnej i eksponowanej podawano 0,05 ml<br />
roztworu oktopaminy o stężeniu 10 -7 M bezpośrednio na ostatni zwój odwłokowy. Zaobserwowano,<br />
że podanie oktopaminy powoduje znaczące zmniejszenie opóźnienia reakcji zarówno<br />
w grupie kontrolnej jak i eksponowanej; obniża również wartość bodźca progowego w obu<br />
grupach. Podanie oktopaminy wywołuje podobny efekt jak do ekspozycji w polu EM. Pozwala<br />
to przypuszczać, że pole EM zwiększa pobudzenie układu nerwowego owada za pośrednictwem<br />
oktopaminy.<br />
Literatura<br />
CYMBOROWSKI B.,1991: Karaczany – żywe skamieliny. Wiedza i Życie, 6, s. 54-59.<br />
JANISZEWSKI J., 1987: Osiągnięcia neuroetologii w zakresie komórkowego podłoża zachowania się owadów.<br />
Przegląd Zoologiczny, XXXI, 3, s. 293-305.<br />
LACY-HULBERT, 1998: Biological responses to electromagnetic fields, FASEB, 12: 395-420<br />
WYSZKOWSKA J., STANKIEWICZ M., KRAWCZYK A., 2006: Examination of nervous system exposed to electromagnetic<br />
field on the example of cockroach (Periplaneta americana), Przegląd Elektrotechniczny, Przegląd<br />
Elektrotechniczny R. 82, 12: 66-67