EMF-Messung - EMF measurement

Elektrofeldsonde FP2000 (Bereich 100 kHz – 2500 MHz)

EMF-Messungen sind Messungen von elektromagnetischen Umgebungsfeldern , die unter Verwendung bestimmter Sensoren oder Sonden, wie z. B. EMF-Messgeräten, durchgeführt werden. Diese Sonden können im Allgemeinen als Antennen betrachtet werden, wenn auch mit unterschiedlichen Eigenschaften. Tatsächlich sollten Sonden das elektromagnetische Feld nicht stören und müssen Kopplung und Reflexion so weit wie möglich verhindern, um genaue Ergebnisse zu erhalten. Es gibt zwei Haupttypen von EMF-Messungen:

  • Breitbandmessungen : durchgeführt mit einer Breitbandsonde, d. h. einem Gerät, das jedes Signal über einen weiten Frequenzbereich erfasst und normalerweise mit drei unabhängigen Diodendetektoren durchgeführt wird ;
  • Frequenzselektive Messungen : Bei denen das Messsystem aus einer Feldantenne und einem frequenzselektiven Empfänger oder Spektrumanalysator besteht, der die Überwachung des interessierenden Frequenzbereichs ermöglicht.

EMF-Sonden reagieren möglicherweise nur auf Felder auf einer Achse oder können dreiachsig sein und Komponenten des Felds in drei Richtungen gleichzeitig anzeigen. Verstärkte, aktive Sonden können die Messpräzision und -empfindlichkeit verbessern, aber ihre aktiven Komponenten können ihre Reaktionsgeschwindigkeit einschränken.

Ideale isotrope Messungen

E-Feld-Projektionen auf einem orthogonalen Bezugssystem

Messungen der EMF werden mit einem E-Feld-Sensor oder H-Feld-Sensor erhalten, der isotrop oder monoaxial, aktiv oder passiv sein kann. Eine monoaxiale, omnidirektionale Sonde ist ein Gerät, das das elektrische ( kurzer Dipol ) oder magnetische Feld erfasst, das in einer bestimmten Richtung linear polarisiert ist .

Die Verwendung einer monoaxialen Sonde impliziert die Notwendigkeit von drei Messungen, die mit der Sensorachse in drei zueinander orthogonalen Richtungen in einer X-, Y-, Z- Konfiguration durchgeführt werden. Als Beispiel kann es als Sonde verwendet werden, die die elektrische Feldkomponente parallel zur Richtung ihrer Symmetrieachse erfasst. Unter diesen Bedingungen, wobei E die Amplitude des einfallenden elektrischen Feldes ist und die Amplitude des Winkels zwischen der Sensorachse und der Richtung des elektrischen Feldes E ist, ist das erfasste Signal proportional zu |E|cos ( rechts ). Dadurch erhält man die korrekte Gesamtamplitude des Feldes in Form von

oder im Falle des Magnetfeldes

Eine isotrope (triaxiale) Sonde vereinfacht den Messvorgang, da der Gesamtfeldwert mit drei Messungen ohne Veränderung der Sensorposition ermittelt wird: Dies ergibt sich aus der Geometrie des Gerätes, die aus drei unabhängigen, orthogonal zueinander angeordneten Breitbandmesselementen besteht . In der Praxis wird die Ausgabe jedes Elements in drei aufeinanderfolgenden Zeitintervallen gemessen, wobei angenommen wird, dass die Feldkomponenten zeitlich stationär sind.

Clampco Sistemi xyz conf FP2000.jpg
Isotrope Antenne AT3000 (passive Sonde, 20 MHz – 3000 MHz)

Meter

Ein EMF-Meter ist ein wissenschaftliches Instrument zur Messung elektromagnetischer Felder (abgekürzt als EMF). Die meisten Meter messen die elektromagnetische Strahlungsflussdichte ( DC - Felder) oder die Änderung in einem elektromagnetischen Feld über die Zeit ( AC - Felder), im Wesentlichen der gleiche wie eine Radioantenne, aber mit recht unterschiedlichen Detektionseigenschaften.

Die beiden größten Kategorien sind einachsig und dreiachsig. Einachsige Messgeräte sind billiger als dreiachsige Messgeräte, aber die Durchführung einer Vermessung dauert länger, da das Messgerät nur eine Dimension des Feldes misst. Einachsige Instrumente müssen gekippt und auf allen drei Achsen gedreht werden, um eine vollständige Messung zu erhalten. Ein dreiachsiges Messgerät misst alle drei Achsen gleichzeitig, aber diese Modelle sind tendenziell teurer.

Elektromagnetische Felder können durch Wechsel- oder Gleichstrom erzeugt werden. Ein EMF messen kann AC elektromagnetische Felder messen, die in der Regel aus künstlichen Quellen , wie beispielsweise elektrische Leitungen ausgesendet werden, während Gaussmeter oder Magnetometer DC Felder zu messen, die natürlicherweise in der Erde auftritt Erdmagnetfeldes und aus anderen Quellen emittieren , wo Gleichstrom vorhanden ist.

Ein Beispiel für ein EMF-Meter.

Empfindlichkeit und Kalibrierung

Da die meisten im Alltag anzutreffenden elektromagnetischen Felder von Haushalts- oder Industriegeräten erzeugt werden, sind die meisten verfügbaren EMF-Messgeräte auf die Messung von 50- und 60- Hz- Wechselfeldern (die Frequenz des europäischen und US-amerikanischen Stromnetzes ) kalibriert  . Es gibt andere Messgeräte, die Wechselfelder ab 20 Hz messen können, diese sind jedoch in der Regel viel teurer und werden nur für bestimmte Forschungszwecke verwendet.

Die Kalibrierung sollte von einem nach ISO 17025 akkreditierten Labor durchgeführt und ein entsprechendes Kalibrierzertifikat ausgestellt werden, um sicherzustellen, dass die zur Durchführung von EMF-Messungen verwendeten Instrumente genau und die Messergebnisse rückführbar sind.

Beispiele

Wechselstrom magnetisch Wechselstrom elektrisch HF/Mikrowelle
Frequenz Frequenz Frequenz
Marke Modell NIST-rückführbare Kalibrierung Achsen Mindest

(Hz)

Max

(KHz)

Genauigkeit

(bei 50/60 Hz)

Bereich

(mG)

Empfindlichkeit

(mG)

Achsen Mindest

(Hz)

Max

(KHz)

Genauigkeit

(bei 50/60 Hz)

Bereich

(μT)

Empfindlichkeit

(μT)

Achsen Mindest

(MHz)

Max

(GHz)

Genauigkeit

(bei 1 GHz)

Bereich

(mW/m 2 )

Empfindlichkeit

(mW/m 2 )

TriField TF2 Nein 3 40 100 ± 5% 100 0,1 1 40 100 5% 3.350 3.35 1 20 6 20% 19.999 0,001
TriField 100XE Nein 3 40 100 ± 20 % 100 0,2 1 40 100 30% 3.350 16.75 1 50 3 50% 1 0,01
Kornett MD18 Nein 100 8
Kornett ED85EXS Nein 1 8
Kornett ED78S / ED178S Nein 100 8
Kornett ED88TPlus Nein 100 8
Kornett ED25G Nein 100 3
Kornett ED88T Nein 100 8
Kornett ED15SA Nein 100 3
Akustikmesser AM-10 Nein
Meterk Nein 30 300 ± 5% 200 ± 5% 0,1
Narda NBM 520 Jawohl
Narda NBM 550 Jawohl
Wellensteuerung SMP2 Jawohl


Aktive und passive Sensoren

Aktive Sensoren sind Sensorvorrichtungen, die aktive Komponenten enthalten; normalerweise ermöglicht diese Lösung eine genauere Messung in Bezug auf passive Komponenten. Tatsächlich sammelt eine passive Empfangsantenne Energie aus dem gemessenen elektromagnetischen Feld und stellt sie an einem HF-Kabelstecker zur Verfügung. Dieses Signal geht dann an den Spektrumanalysator aber die Feldeigenschaften können someway durch das Vorhandensein des Kabels modifiziert werden, insbesondere im Nahfeld Bedingungen.

Andererseits besteht eine effektive Lösung darin, die elektrische (oder magnetische) Feldkomponente, die mit einer aktiven Sonde erfasst wird, auf einen optischen Träger zu übertragen. Die Grundkomponenten des Systems sind eine empfangende elektrooptische Antenne, die in der Lage ist, auf einem optischen Träger die einzelne aufgenommene elektrische (oder magnetische) Feldkomponente zu übertragen und in Form eines elektrischen Signals am Ausgangsport zurückzugeben eines opto-elektrischen Wandlers.

Optische Modulation.gif

Der modulierte optische Träger wird über eine faseroptische Verbindung zu einem Konverter übertragen, der das Modulationssignal extrahiert und in ein elektrisches Signal zurückwandelt. Das so erhaltene elektrische Signal kann dann mit einem 50 Ω gemeinsamen HF-Kabel an einen Spektrumanalysator gesendet werden.

Isotrope Abweichung

Kurzes Dipolstrahlungsdiagramm

Die isotrope Abweichung ist bei EMF-Messungen ein Parameter, der die Genauigkeit bei der Messung der Feldintensitäten unabhängig von der Ausrichtung der Sonde beschreibt. Wenn das Feld durch drei Messungen in einer orthogonalen X-, Y-, Z- Konfiguration in der Form erhalten wird:

eine hinreichende Bedingung dafür, dass der Ausdruck für alle drei orthogonalen Koordinaten (X, Y, Z) wahr ist , ist, dass das Strahlungsmuster der Sonde so nah wie möglich am idealen kurzen Dipolmuster , genannt sin , liegt:

,

wobei A eine Funktion der Frequenz ist. Der Unterschied zwischen dem idealen Dipolstrahlungsmuster und dem realen Sondenmuster wird als isotrope Abweichung bezeichnet .

Verweise

Literaturverzeichnis