AT403218B - Verfahren und anordnung zur bestimmung der absorptionsrate - Google Patents

Description

AT 403 218 B

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Absorptionsrate von Prüflingen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1; ferner betrifft die Erfindung eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 6.

Aus der SU-PS 1 107 066 ist eine Anordnung zur Bestimmung der Konzentration von Flüssigkeiten bekannt, bei der ein Mikrowellenleiter die zu untersuchende Flüssigkeit durchsetzt, in die Mikrowellenstrahlung verlorengeht. Die im Wellenleiter weitergeleitete Mikrowellenleistung wird bezüglich der Konzentration der Flüssigkeit ausgewertet.

Aus der SU-PS 1 242 856 ist ein Sensor für Mikrowellenstrahlung zur Untersuchung von inhomogenen Oberflächen bekannt unter Zuhilfenahme eines Ankopplungsbiockes aus dielektrischem Material. Weder diese Druckschrift noch die vorangehende Druckschrift kommen jedoch der erfindungsgemäßen Vorgangsweise bzw. der erfindungsgemäßen Aufgangsweise nahe.

Ziel der Erfindung ist die Bestimmung der Absorptionsrate, insbesondere der spezifischen Absorptionsrate in Prüflingen, wenn die Prüflinge mit einer hochfrequente elektromagnetische Felder aussendenden Feldquelle bestrahlt werden. Elektromagnetische Felder, insbesondere hochfrequente Felder, werden in Prüflingen absorbiert und erzeugen in diesen Wärme; insbesondere im menschlichen Körper können durch übermäßige Einstrahlungen Schäden hervorgerufen werden und es ist Ziel der Erfindung, ein Meßverfahren für die von einzelnen Strahlenquellen abgegebenen Felder bzw. für das Ausmaß der Absorption derartiger Felder im menschlichen Körper bzw. Gegenständen anzugeben.

Insbesondere ist es Ziel der Erfindung, die spezifische Absorptionsrate des menschlichen Körpers sowie von einzelnen Körperteilen zu messen bzw. zu ermitteln, so wie sie z.B. bei der Benützung von Funkgeräten, Mobiltelefonen und anderen, hochfrequente elektromagnetische Felder erzeugenden Geräten auftritt.

Erfindungsgemäß ist ein Verfahren der eingangs genannten Art durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angeführten Merkmale charakterisiert. Eine erfindungsgemäße Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 6 angeführten Merkmale charakterisiert.

Die elektrisch leitende Umhüllung, innerhalb der ein Prüfling angeordnet wird, garantiert, daß die von der Strahlungsquelle abgegebene Feldieistung die Umhüllung nicht verlassen kann; der einzige Weg, auf dem die Leistung die Umhüllung verlassen kann, ist der Weg über die innerhalb der Umhüllung angeordnete Empfangsantennenanordnung, die z.B. über ein .geschirmtes Kabel und eine geschirmte Durchführung mit einem Leistungsmeßgerät verbunden ist. Je nach dem, ob ein Prüfling in der Umhüllung angeordnet ist bzw. wie groß dieser Prüfling ist bzw. ob der gesamte Prüfling oder nur ein Teil desselben den Feldern ausgesetzt ist, wird ein entsprechend großer Teil der von der Strahlungsquelle erzeugten Leistung vom Prüfling absorbiert; entsprechend weniger Leistung wird über die Empfangsantennenanordnung aus der Umhüllung ausgekoppelt.

Durch entsprechende Auswertung der bei den Vergleichsmessungen mit oder ohne Prüfling bzw. mit unterschiedlich abgedeckten Prüflingen erhaltenen Leistungsmeßwerten kann nunmehr die Absorptionsrate für den gesamten Prüfling oder Teile desselben ermittelt werden.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind der folgenden Beschreibung, den Patentansprüchen und der Zeichnung zu entnehmen.

Es zeigen die Fig.1 und 2 Ausführungsvarianten von erfindungsgemäßen Anordnungen schematisch im Schnitt.

In Fig.1 ist innerhalb einer metallischenn, elektrisch gut leitenden, insbesondere völlig geschlossenen, Umhüllung, z.B. einem Blechbehälter od.dgl., eine Strahlungsquelle 3 angeordnet, die innerhalb der Umhüllung 1 Felder erzeugt, welche Felder auf den Raum innerhalb der Umhüllung 1 beschränkt bleiben. In der Umhüllung 1 ist eine Empfangsantennenanordnung 4 angeordnet, die über ein geschirmtes Koaxialkabel 14 und eine geschirmte Durchführung 11 mit einem Leistungsmeßgerät 5 verbunden ist, an das entsprechende Auswerte- und Anzeigeeinheiten 6 angeschlossen sind.

In der Umhüllung 1 ist ferner an einer wählbaren Stelle ein Modenrührer 10 angeordnet, der mittels eines Motors 9 gedreht wird; derartige Modenrührer sind z.B. aus Mikrowellenherden oder Reverberating Chambers bekannt. Ein Modenrührer besteht aus einem z.B. langgestreckten bzw. plattenförmigen Metallteil, der kontinuierlich bzw. periodisch seine Lage verändert bzw. gedreht wird und damit die Resonanzbedingungen für die von der Strahlungsquelle abgesandten Wellenlängen verändert, so daß eine gleichmäßigere Verteilung der Felder bzw. Leistung innerhalb der Umhüllung 1 erreicht wird. Die bewegten, ihre Lage andauernd verändernden Metallteile des Modenrührers 10 können die Feldverteilung im Käfig gezielt beeinflussen und fortlaufend oder periodisch verändern. Bei der Messung der ausgekoppelten Leistung wird zumindest über eine solche Periode, d.h. über eine Umdrehung des Modenrührers 10, gemittelt. Vorteilhafterweise werden die ausgekoppelten Leistungen während gleichlanger Meßperioden ermittelt. 2

AT 403 218 B

Gemäß Fig.1 befindet sich ein Prüfling 2, im vorliegenden Fall ein Mensch, im Bereich der von der Strahlungsquelle 3 abgestrahlten Felder, im vorliegenden Fall im Nahfeld. Ein Teil der von der Strahlungsquelle 3 abgestrahlten Feldleistung wird im Körper, im vorliegenden Fall insbesondere im Kopf des Prüflings 2, absorbiert und in Wärme umgewandelt; dieser Teil der Feldleistung kann somit nicht durch die Empfangsantennenanordnung 4 der Leistungsmeßanordnung 5 zugeführt werden. Die ermittelte Differenz aus den ausgekoppelten Leistungen, gemessen mit bzw. ohne Mensch 2, ist ein Maß für die absorbierte Leistung.

In Fig.2 ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung dargestellt, bei der die Umhüllung 1 mit der Abschirmung bzw. mit der Hülle 7 eines Koaxialkabels verbunden ist, dessen Leiter 8 mit einer in der Umhüllung 1 angeordneten Antennenplatte 4' verbunden ist, die einen wesentlichen Teil der Bodenfläche der Umhüllung 1 im Abstand abdeckt. Für bestimmte Anwendungsfälle sind derartige große Platten 4' von Vorteil; diese Antennenplatten können auch senkrecht oder geneigt verlaufend angeordnet sein.

Ferner ist aus Fig.2 eine Abdeckung 12 für einen Prüfling (Menschen) 2 ersichtlich, der im vorliegenden Fall nur mit dem Kopf aus der Abdeckung 12 herausragt. Diese Abdeckung 12 ist aus elektrisch gut leitendem, insbesondere metallischem, Material hergestellt und hat die Wirkung eines Faraday'schen Käfigs. Im vorliegenden Fall schließt sie beim Hals des Prüflings 2 vorzugsweise anliegend bzw. strahlungsdicht ab.

In der Abdeckung 12 können Öffnungen 13 ausgebiidet sein, durch die zusätzlich oder anstelle des Kopfes Arme herausgestreckt und für sich getrennt vermessen werden können. Derartige mit elektrisch leitendem Material verschließbare Öffnungen 13 können auch für ein oder beide Beine, den Rumpf usw., vorhanden sein.

Die Abdeckeinrichtung 12 kann starr, z.B. aus Blechen, aufgebaut sein, oder sie könnte auch biegsam, z.B. in Form eines mit verschließbaren Öffnungen 13 versehenen Sackes, der z.B. mit Aluminiumschichten und/oder metallischen Netzen verkleidet ist, ausgebildet sein.

Die spezifische Absorptionsrate wird nunmehr derart ermittelt, daß die pro kg Körpermasse im Mittel aufgenommene Leistung ermittelt wird; deckt man einen Teil des Prüflings durch die metallische Abdek-kung 12 ab, die wie ein kleiner Faraday'scher Käfig wirkt, so wird die Leistung nur im freibleibenden Rest des Prüflings absorbiert, womit die spezifische Absorptionsrate in einzelnen Körperteilen oder Prüflingsteilen bestimmt werden kann.

Fig.2 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung, die vom Aufbau her ähnlich einer TEM-Zelle ist; es wird jedoch bemerkt, daß der Aufbau, die Form und die Größe der Umhüllung 1 völlig verschieden gestaltet und an die jeweiligen Test- und Prüfzwecke angepaßt werden kann. Die Umhüllung 1 kann z.B. ein stabiler Raum mit Metallwänden sein, der durch eine Tür zu betreten ist. Auch der Aufbau und die Form der Abdeckung 12 zur ganzen oder teilweisen Abdeckung von Prüflingen 2 kann nach Bedarf gewählt werden.

Es ist ferner möglich, sofeme in der Umhüllung 1 ein Prüfling 2 nicht vorhanden bzw. völlig abgedeckt ist, mit der erfindungsgemäßen Anordnung die von einer Strahlungsquelle 3 gegebene Leistung durch die Auskopplung der Leistung mit der Empfangsantennenanordnung 4 absolut zu messen, da die abgegebene Leistung lediglich über die Empfangsantennenanordnung 4 die Umhüllung 1 verlassen kann.

Unter einer verlustarmen bzw. verlustlosen Umhüllung wird verstanden, daß die von der Strahlungsquelle 3 abgesandten Felder nicht in die Umhüllung 1 eindringen können, sondern von dieser reflektiert werden; auftretende Wirbelstromverluste oder andere Verluste sind ausgesprochen gering und somit nicht zu berücksichtigen.

Die Form der Empfangsantennenanordnung 4 und ihre Lage innerhalb der Umhüllung 1 sind an sich beliebig wählbar; vorzugsweise wird die Form jedoch an die Frequenz bzw. an die Größe der Umhüllung 1 usw. angepaßt.

Die Messung der ausgekoppelten Leistung kann durch ein Strommeßverfahren, z.B. mit einer Diode, erfolgen; an sich könnte auch eine thermische Feststellung der ausgekoppelten Leistung erfolgen.

Prinzipiell könnte die Leistungsmeßanordnung 5 auch im Inneren der Umhüllung 1 angeordnet werden, sofern sie von einer entsprechenden Abdeckung 12 gegenüber dem Innenraum der Umhüllung 1 abgeschirmt ist.

Zur Bestimmung der Absorptionsrate z.B. die der Armen könnte z.B. die ausgekoppelte Leistung bei einem vollständig abgedeckten Menschen oder leerer Umhüllung 1 gemessen werden und davon die bei einem bis auf die Arme abgedeckten Menschen gemessene ausgekoppelte Leistung abgezogen werden. Es wäre jedoch auch möglich, die Differenz zwischen den Meßwerten zu bilden, die gemessen werden, wenn die ausgekoppelten Leistungen bei einem nicht abgedeckten Menschen und einem nur auf den Armen abgedeckten Menschen gemessen werden; in beiden Fällen ist der Absolutbetrag der Differenz der gemessenen Leistungen etwa gleich. 3

Claims (15)

1. AT 403 218 B Soferne die Messungen jeweils bei teilweise abgedeckten Prüflingen vorgenommen werden, so müßten die teilweisen Abdeckungen bei den einzelnen Messungen unterschiedlich groß sein, um die Absorptionsrate für die einmal abgedeckt und einmal freigeblieben vermessenen Prüflingsteile zu vermitteln. Patentansprüche 1. Verfahren zur Bestimmung der Absorptionsrate von Prüflingen, z.B. Gegenständen, menschlichen Körpern bzw. Körperteilen, Materialien, Pflanzen od. dgl., welche Prüflinge mit insbesondere hochfrequenten elektromagnetischen Feldern zumindest einer Feld- bzw. Strahlungsquelle bestrahlt werden, dadurch gekennzeichnet daß die Felder im Innenraum einer verlustlosen bzw. verlustarmen, abgeschlossenen, elektrisch insbesondere gut leitenden Umhüllung, insbesondere einem Faraday'schen Käfing, ausgebildet werden, daß die Feldleistung aus dem Innenraum ausgekoppelt wird, daß die ausgekoppelte Feldleistung zumindest einmal bei Nichtvorhandensein bzw. vollständiger Abdeckung eines Prüflings oder bei teilweiser Abdeckung des Prüflings und zumindest einmal bei teilweiser oder vollständiger Exposition des Prüflings gemessen wird und daß der Unterschied aus diesen Meßwerten der ausgekoppelten Feldieistung der im Prüfling absorbierten Leistung gleich bzw. dazu proportional gesetzt und als Maß für die Absorptionsrate ausgewertet wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung der spezifischen Absorptionsrate der Meßwert für die Absorptionsrate durch die Masse des Prüflings bzw. des den Feldern ausgesetzten Teiles des Prüflings dividiert wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß die ausgekoppelte Feldleistung bei Fehlen oder vollständiger Abdeckung des Prüflings als Maß für die Absolutleistung der Feldquelle ausgewertet wird.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß die Resonanzeigenschaften des Innenraumes bzw. der Umhüllung für die Felder während der Messung fortlaufend verändert werden, um eine Vergleichmäßigung der Feldverteilung zu erreichen.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Feldquelle vom Prüfling derart gewählt wird, daß sich der Prüfling im Nahbereich der Feldquelle befindet.
6. 6. Anordnung zur Bestimmung der Absorptionsrate von Prüflingen, z.B. Gegenständen, menschlichen Körpern bzw. Körperteilen, Materialen, Pflanzen od. dgl., welche Prüflinge mit insbesondere hochfrequenten elektromagnetischen Feldern zumindest einer Feld- bzw. Strahlungsquelle bestrahlt werden, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldquelle (3), z.B.ein Funkgerät, Funktelefon, elektrisches Gerät od.dgl., in einer elektrisch insbesondere gut leitenden, vorzugsweise metallischen, verlustlosen bzw. verlustarmen, geschlossenen Umhüllung (1’), z.B. einem Faraday'schen Käfig, einer Stahlblechabteilung, einem Metallbehälter od.dgl., für den Prüfling (2) angeordnet ist, daß im Inneren der Umhüllung (1) eine Empfangsantennenanordnung (4) zum Empfang bzw.zur Auskopplung der von der Feldquelle (3) abgestrahlten Leistung angeordnet ist, und daß an die Empfangsantennenanordnung (4) eine Leistungsmeßeinheit (5), gegebenenfalls mit angeschlossenen Anzeige- und/oder Auswerteeinrichtungen (6), angeschlossen ist.
7. 7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung (1) eine geschlossene Konstruktion aus elektrisch leitenden Platten, Gittern, Netzen od. dgl. oder die Schirmhülle einer TEM-Zelle ist.
8. 8. Anordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsantennenanordnung (4) im Inneren der Umhüllung (1) an die Frequenz der Strahlung bzw. an die Abmessungen der Umhüllung (1) angepaßt ist.
9. 9. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsantennenanordnung (4) von einer, vorzugsweise waagrecht angeordneten, einen wesentlichen Bereich des Bodens bzw. der Grundplatte oder einer Wandfläche der Umhüllung (1) im Abstand überdeckenden, • 4 ΑΤ 403 218 Β insbesondere ebenen Platte (4') gebildet ist.
10. 10. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsantennenanordnung (4) mit einer Schirmleitung (14) mit der außerhalb der Umhüllung (1) angeordneten Leistungsmeßeinheit (5) verbunden ist.
11. 11. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren der Umhüllung (1) ein Modenrührer (10) angeordnet ist.
12. 12. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren der Umhüllung (1) eine verlustlose bzw. verlustarme, elektrisch gut leitende, insbesondere metallische Abdeckeinrichtung (12) zur teilweisen oder vollständigen Abdeckung des Prüflings (2), insbesondere eines Menschen, vorgesehen ist.
13. 13. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß bei nicht batteriegespeisten bzw. fremdversorgten Feldquellen (3) die Stromzuführungsleitung zu den Feldquellen (3) geschirmt ausgeführt ist.
14. 14. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung (1) mit der Abschirmung (7) eines Koaxialkabels verbunden ist und daß der Leiter (8) des Koaxialkabels mit der Empfangsantennenanordnung (4) verbunden ist.
15. 15. Verwendung von Faraday'schen Käfigen mit im Inneren derselben angeordneten Empfangsantennen oder von TEM-Zellen mit einem an die Empfangsantenne angeschlossenen Leistungsmeßgerät zur Ermittlung der Absorptionsrate von elektromagnetischer hochfrequenter Strahlung im menschlichen Körper bzw. in Körperteilen. Hiezu 1 Blatt Zeichnungen 5