Poslijediplomski doktorski studij elektrotehnike i informacijske tehnologije, FESB Katedra za primjenu EM polja Mjerenje EM polja složenog valnog oblika Zlatko Živković, zn. novak
Sadržaj Biološki učinci Izvori zračenja Zaštitne norme Mjerači EM polja Predloženi detektor ovojnice signala
Biološki učinci Zagrijavanje tkiva - pretvaranje apsorbirane EM energije u toplinsku - frekvencije iznad 100 khz - spregnuto električno i magnetsko polje - efektivna vrijednost Stimulacija električki podražljivog tkiva - inducirane električne struje u tijelu (kontaktne struje, površinske gustoće naboja, strujni vrtlozi) - frekvencije do 10 MHz - raspregnuta električna i magnetska polja - valni oblik pobude Ostali učinci dugotrajna izloženost - maligna oboljenja, hormonalni i neuro-degenerativni poremećaji, psihosomatske smetnje, 3
Prijelazno frekvencijsko područje CNS Prijelazno frekvencijsko područje ( Intermediate frequency range ) PNS f [Hz] 1 5 300 400 3k 100k 10M Fosfena Stimulacija Zagrijavanje 4
Izvori zračenja (1) Izloženost opće populacije o indukcijske kuhinjske ploče (kuhala) - izobličene sinusoide i amplitudno modulirana EM polja - frekvencije nosioca su iznad 10 khz (standardno i 34 khz) uz harmonike i do nekoliko stotina khz 5
Izvori zračenja () Izloženost opće populacije o sustavi za nadzor i osiguranje od krađe - obuhvaćaju magnetizatore/demagnetizatore u knjižnicama, kontrolu prtljage na aerodromima, vrata za detekciju krađe, detektore metala, itd. - složeni valni oblici (pulsna polja, sinusoidna polja, sinusoidne praskove, kombinacije sinusoida nekoliko frekvencija i dr.). - široko frekvencijsko područje od nekoliko desetaka Hz do nekoliko MHz, a mjerena polja često su u razini ili iznad granica definiranih ICNIRP-om 6
Izvori zračenja (3) Izloženost opće populacije o monitori i TV uređaji - pilasti valni oblici - osnovna frekvencija 15-35 khz uz harmonike do nekoliko stotina khz 7
Izvori zračenja (4) Izloženost opće populacije o komunikacijski uređaji - OMEGA (10.-13.6 khz) i LORAN navigacijski sustavi (100 khz) - standardni AM komunikacijski sustavi (535-1705 khz) - amaterski komunikacijski uređaji (1.8- MHz) - VLF sustavi za podmornice (34 khz) 8
Izvori zračenja (5) Izloženost profesionalne populacije industrija o indukcijski i plazma grijači - AM polja modulacijske frekvencije 50 Hz, nosioca od nekoliko khz do 7 MHz - iznimno visoka električna i magnetska polja o indukcijske peći - 80 Hz-7 khz o dielektrični grijači - nekoliko MHz do 10 MHz o uređaji za varenje - ovisno o tipu varenja (elektrolučno ili elektrootporno) mogu se generirati pulsna i sinusna magnetska polja te polja složenih valnih oblika u frekvencijskom području od nekoliko Hz do nekoliko stotina khz 9
Izvori zračenja (6) Izloženost profesionalne populacije - medicina o MRI: - trapezoidna, pulsna i sinusna gradijentna magnetska polja - nekoliko desetaka Hz do nekoliko MHz o elektronički kirurški instrumenti: - AM polja modulacijske frekvencije 10-30 khz uz nosilac 0.5-.4 khz o magnetska stimulacija kostiju - pulsna magnetska polja iznimno složenih valnih oblika Izloženost profesionalne populacije vojska o o o komunikacijski sustavi za podmornice HF odašiljači sustavi za napajanje i pulsnu modulaciju kod radara 10
Zaštitne norme - ICNIRP ICNIRP 1998 [3] ICNIRP 010 [4] 10 MHz i0 Ai ME i 1 11
Mjerenje EM polja (1) MJERAČI MAGNETSKIH POLJA NISKIH FREKVENCIJA detekcija polja svitkom d ( t) d uind ( t) B( t) nda dt t d A Hallove sonde H u t B t H ( ) K I z ( ) sin NARDA ELT 400 LAKESHORE GAUSSMETER 475 AARONIA NF-5030 ETS LINDGREN HI-3637 VLF 1
Mjerenje EM polja () Mjerni instrument NARDA ELT400 LAKESHORE GAUSSMETER 475 AARONIA NF-5030 ETS-LINDGREN HI-3637 VLF Detektor polja Svitak - 3D Hallova sonda - 1D Svitak - 3D Svitak - 3D Okvirna cijena ( ) 4000 4000 1000 1000 Frekvencijski opseg 1 Hz - 400 khz DC-0 khz 1 Hz - 1 MHz (proširivo do 30 MHz) -400 khz Dinamičko područje 70 nt - max. 6 mt (frekvencijski ovisno) 5 nt - 35 T (ovisno o sondi) 1 pt - mt (proširivo do 1 T) 6 nt - 40 mt Frekvencija uzorkovanja 1.048 MHz 40-50 khz (ovisno o tipu detekcije) 65 MHz nema dostupnih podataka Mjerni interval 50 ms 10 ms (1 ms) 10 ms nema dostupnih podataka True RMS DA DA DA DA FFT DA DA DA NE Prikaz valnog oblika na osciloskopu DA DA NE NE 13
Mjerenje EM polja (3) MJERAČI ELEKTRIČNIH POLJA NISKIH FREKVENCIJA detekcija polja paralelnim pločama d Q( t) d iind ( t) 0 E( t) n da dt t d A Pockelov efekt I I t i 1 1 sin E F NARDA EFA 300 SRICO 00-04 AARONIA NF-5030 ETS LINDGREN HI-3604 14
Mjerenje EM polja (4) Mjerni instrument Detektor polja Okvirna cijena ( ) Frekvencijski opseg Dinamičko područje Frekvencija uzorkovanja NARDA EFA 300 Svitak - 3D Ploče - 3D AARONIA NF-5030 Svitak - 3D Ploče - 1D ETS-LINDGREN HI-3604 Svitak - 1D Ploče - 1D 13000 1000 4000 SRICO 00-04 Optička sonda - 1D nema dostupnih podataka 5 Hz - 3 khz 1 Hz - 1 MHz 30-000 Hz 10 Hz - 1 GHz 1 V/m - 100 kv/m 100 nt - 3 mt nema dostupnih podataka 0.1 V/m - 0 kv/m 65 MHz Mjerni interval 50 ms 10 ms 1 V/m - 00 kv/m 0 nt - mt nema dostupnih podataka nema dostupnih podataka 10 V/m - 10 kv/m nema dostupnih podataka nema dostupnih podataka True RMS DA DA DA DA FFT DA DA NE NE Prikaz valnog oblika na osciloskopu NE NE DA NE 15
Mjerenje EM polja (5) ŠIROKOPOJASNE SONDE ZA MJERENJE ELEKTRIČNOG POLJA Diodna detekcija (standardna i kompenzirana) Detekcija termočlankom Kombinirana detekcija Frekvencijski selektivne sonde 16
Sonde temeljene na diodnoj detekciji Diodna detekcija - standardna: o široko frekvencijsko (khz-ghz) i dinamičko područje (>60 db) o izvrsna osjetljivost uz visoki prag uništenja (0.1 V/m//1000 V/m) o inherentna pogreška koja onemogućava pouzdano mjerenje polja kompleksnih valnih oblika - kompenzirana: o široko frekvencijsko i dinamičko područje o dobra osjetljivost uz visoki prag uništenja o pouzdano mjerenje RMS vrijednosti polja bez obzira na valni oblik mjerenog polja o svi ostali parametri signala, uključujući i vršnu vrijednost ostaju nepoznati 17
Pogreška sonde Error [db] Error [db] 10 8 6 4 0 0.1-1 10 100 1000-4 T D [μs] V/m 5 V/m 10 V/m 0 V/m 50 V/m 81.6 V/m 9 V/m 8 5 V/m 7 10 V/m 6 0 V/m 5 4 50 V/m 3 1 0-1 0.1 1 10 100 1000 - T D [μs] Error [db] Error [db] 6 5 4 3 1 0 0.1-1 1 10 100 1000-6 5 4 3 1 HF U 0log U T D [μs] 0 ef 4 ( C C ) 0 A D Σ0dc LQ 10log -1 0.1 1 10 100 1000 CA U Σ0dc U ef - -3 T D [μs] 0log U V/m 5 V/m 10 V/m 0 V/m 50 V/m 61.4 V/m V/m 5 V/m 10 V/m 0 V/m 50 V/m 61.4 V/m Error [db] 9 7 5 3 1-1 0.1 1 10 100 1000 NARDA EF 039 NARDA EF 1891 PMM EP300 PMM EP408 Error [db] 8 6 4 0 0.1 1 10 100 1000 - -4 T D [µs] PMM EP408 PMM EP330 V/m 5 V/m 10 V/m 0 V/m 50 V/m 61.4 V/m Error [db] 1 0.8 0.6 0.4 0. Error [db] 0-0. 0.1 1 10 100 1000-0.4-0.6-0.8-1 -3 8 6 4-4 -6 T D [μs] V/m 5 V/m 10 V/m 0 V/m 50 V/m 67.4 V/m 0 0.1-1 10 100 1000 T D [μs] PMM HP10 0.06 A/m 0.053 A/m 0.13 A/m 0.15 A/m T D [μs] PMM EP600 V/m 5 V/m 10 V/m 0 V/m 50 V/m 61.4 V/m 18
Razvoj sonde detekcija ovojnice C r u t U 1 ( ) 4 n A D0 k D( ) k 0 k 1 k rd0 CA CD n n1 i j CA D0 i0 j0 i1 1 i rd0 ( CA CD) 1 j rd0 ( CA CD ) j i j r U U 1 1 i j D0 ( A D ) cos ( i j ) r C C t i j rd0 CA ( CA CD ) Ui0 U j0 1 i rd0 ( CA CD ) 1 j rd0 ( CA CD) 1 ( i j ) sin ( i j ) t. 0.01 u ( t) K U ( t) D 0 ud( t) K u ef x 10-4 1.5 0.005 1 0.5 u oc (t) 0 0 u det (t) -0.5-0.005-0.01 0 1 t [s] x 10-4 19
Razvoj sonde režim malih signala DVOSTRANI DETEKTOR 0
Razvoj prototipa 1
HVALA NA PAŽNJI!