Corso di formazione ambientale Tecniche di misura dei campi elettromagnetici in alta e bassa frequenza. Maria Logorelli (ISPRA)

Transcript

1 Corso di formazione ambientale Tecniche di misura dei campi elettromagnetici in alta e bassa frequenza Normativa tecnica di riferimento per le misurazioni in alta frequenza (I parte) & Strumentazione di misura a banda larga e a banda stretta: presentazione delle diverse catene strumentali (II Parte) Maria Logorelli (ISPRA)

2 Nell ambito della normativa per la protezione delle persone da esposizione ai campi elettromagnetici, devono essere stabilite tecniche di misura appropriate per la verifica dei livelli di campo elettromagnetico nei diversi ambienti in cui possono trovarsi la popolazione e i lavoratori. Normative tecniche: disposizione normative emanate da organismi autorevoli non governativi (CEI, CENELEC, IEC, etc ) Normative di legge: disposizione normative emanate da organismi governativi (UE, Province, Regioni, Comuni etc )

3 Alta frequenza Norma CEI "Guida per la misura e per la valutazione dei campi elettromagnetici nell intervallo di frequenza 10 khz GHz, con riferimento all esposizione umana (2001) Norma CEI "Guida alla realizzazione di una Stazione Radio Base per rispettare i limiti di esposizione ai campi elettromagnetici in alta frequenza (2002) CEI "Guida alla realizzazione di una Stazione Radio Base per rispettare i limiti di esposizione ai campi elettromagnetici in alta frequenza - Appendice G: Valutazione dei software di calcolo previsionale dei livelli di campo elettromagnetico - Appendice H: Metodologie di misura per segnali UMTS (2004) Bassa frequenza Norma CEI "Guida per la misura e per la valutazione dei campi elettrici e magnetici nell intervallo di frequenza 0 Hz - 10 khz, con riferimento all esposizione umana (2001) Decreto del MATTM Approvazione delle procedure di misura e valutazione dell induzione magnetica (maggio 2008)

4 Norma CEI e Dal 2001 sono in vigore le due norme CEI e che sono strutturate in modo identico ed hanno come scopo quello di fornire una metodologia per la misura delle grandezze fisiche che caratterizzano i campi elettrici e magnetici a bassa frequenza (211-6) ed elettromagnetici ad alta frequenza (CEI 211-7) in vista della valutazione dei livelli di esposizione, in un determinato ambiente, della popolazione e dei lavoratori addetti. In pratica esse: definiscono la terminologia descrivono le caratteristiche generali dei campi elettrici, magnetici ed elettromagnetici descrivono le principali sorgenti identificano le specifiche per i misuratori di campo richiamano i principi generali di funzionamento degli strumenti indicano i metodi di taratura definiscono le prescrizioni relative all incertezza degli strumenti descrivono i metodi di misura che permettono di raggiungere gli obiettivi richiesti relativamente all esposizione umana

5 Norma e DD 29 maggio 2008 Nel 2002 e nel 2008 sono state emanate due norme (Norma CEI e DD 29 maggio 2008) rivolte a specifiche sorgenti operanti rispettivamente in alta e in bassa frequenza e danno delle indicazioni specifiche sulla caratterizzazione dell esposizione umana ai campi elettrici, magnetici ed elettromagnetici prodotti. Nel 2004 il CEI sviluppa una variante alla norma CEI "Guida alla realizzazione di una Stazione Radio Base per rispettare i limiti di esposizione ai campi elettromagnetici in alta frequenza - Appendice G: Valutazione dei software di calcolo previsionale dei livelli di campo elettromagnetico - Appendice H: Metodologie di misura per segnali UMTS" aggiungendo due nuove appendici.

6 Norma del 2002 La norma CEI del 2002 fornisce gli strumenti e indica i metodi per la valutazione preventiva del campo elettromagnetico (CEM) irradiato dalle Stazioni Radio Base (SRB) e delle sistemi Punto-MultiPunto (PMP). In riferimento alla norma CEI definisce i requisiti della strumentazione per eseguire misure, sia a banda larga che selettive in frequenza, del CEM irradiato dalle suddette sorgenti. Quindi tale norma è una guida sia per l installazione e gestione dei sistemi di telecomunicazioni in oggetto, sia per la tutela della salute della popolazione dall esposizione ai CEM irradiati nell ambiente da tali sistemi, anche in presenza di altre possibili sorgenti di CEM. Vengono definiti: Metodi numerici per la valutazione del CEM emesso da una SRB Misure per la valutazione del CEM emesso da una SRB: requisiti della strumentazione a banda larga requisiti della strumentazione a banda stretta procedimento per valutare la conformità di un impianto criteri generali di contenimento dell esposizione ai CEM e di riduzione a conformità

7 Variante alla Norma del 2002 La variante della norma CEI pubblicata nel 2004 fornisce: prescrizioni vincolanti sulle caratteristiche o sulle funzionalità dei programmi software che le devono implementare quindi definisce un insieme di caratteristiche e prestazioni minime, che i programmi devono soddisfare per poter essere dichiarati idonei ad eseguire il calcolo dei valori di campo elettromagnetico (appendice G) un panorama completo per ciò che riguarda la misura dei segnali emessi da SRB-UMTS ossia, mantenendo l approccio adottato dalla guida CEI 211-7, sono indicate e distinte le procedure di misura e le tecniche di estrapolazione. Queste ultime pur non avendo valore di misura sono utili per stimare l esposizione che si potrebbe verificare nel caso peggiore e verificare quindi l impossibilità del superamento dei limiti qualunque sia il carico della rete (appendice H)

8 Strumentazione di misura a banda larga e a banda stretta: presentazione delle diverse catene strumentali (II parte)

9 Norma CEI Campo di applicazione 10 khz GHz Sorgenti impiegate in ambito industriale, domestico, medicale, delle telecomunicazioni e della ricerca Requisiti generali strumentazione di misura; Requisiti specifici per strumenti di misura di campo elettrico e magnetico (misure in banda larga e stretta)

10 Componenti di base: Norma CEI 211-7: Requisiti generali degli strumenti di misura Sonda, costituita dal sensore che risponde o all intensità di campo elettrico (E) o all intensità di campo magnetico (H) e dal trasduttore che trasforma la risposta del sensore in un segnale proporzionale ad E o ad H; Cavo di collegamento che trasferisce il segnale dal trasduttore all unità di lettura ed elaborazione dei dati; Unità di lettura ed elaborazione che da la risposta o in termini di intensità di campo elettrico o all intensità di campo magnetico Le sonde devono: rispondere ad un solo parametro e non rispondere in modo significativo a componenti spurie; avere dimensioni tali da non perturbare sensibilmente la misura; avere comportamento noto in funzione delle variazioni dei parametri ambientali avere una incertezza associata alla misura nota I Cavi non devono perturbare in modo significativo il campo presente sul sensore. Possono essere interni allo strumento o mancare del tutto, nel caso in cui il sensore sia integrato nello strumento stesso.

11 Norma CEI 211-7: Tipologie di misura Breve parentesi.. Le misure con finalità protezionistica possono essere di due tipi: misure di esposizione per valutare le grandezze che caratterizzano il campo (elettrico, magnetico o elettromagnetico) cui l organismo è esposto; misure dosimetriche per valutare l energia assorbita dall organismo umano esposto e determinare la distribuzione delle correnti e dei campi all interno dello stesso.

12 Norma CEI 211-7: Tipologie di misura Breve parentesi.. Le misure di esposizione dei campi elettromagnetici vengono eseguite nel dominio della frequenza e sono classificate in due categorie: Misure a banda larga (broadband): vengono eseguite con l impiego di strumenti che, entro un certo intervallo di frequenza, hanno una sensibilità pressoché indipendente dalla frequenza stessa e forniscono il valore globale di E o di H nell intervallo considerato. La larghezza di banda deve essere abbastanza ampia da consentire la misura di tutte le frequenze rilevanti Misure a banda stretta (narrowband): vengono eseguite con l impiego di strumenti che hanno la possibilità di essere sintonizzati su una frequenza selezionata e che forniscono l intensità del campo corrispondentemente alla stessa. La banda di frequenze deve essere abbastanza stretta per consentire la misura accurata delle singole componenti alle diverse frequenze. Pertanto esistono strumenti per le misure in banda larga e strumenti per le misure in banda stretta.

13 Norma CEI 211-7: Strumenti di misura in banda larga Essi sono costituiti dai seguenti elementi fondamentali: Sonda, costituita dal Sensore che risponde o all intensità di campo elettrico E (dipolo) o all intensità di campo magnetico H(spira) e dal trasduttore che trasforma la risposta del sensore in un segnale proporzionale ad E (o E 2 ) o ad H (o H 2 ) Cavo di collegamento che trasferisce il segnale dal trasduttore all unità di lettura ed elaborazione dei dati; Circuito di processamento e lettura che da la risposta o in termini di intensità di campo elettrico E (in V/m) o all intensità di campo magnetico H (in A/m) o di densità di potenza S (W/m 2 )

14 Il dipolo corto è costituito da due bracci metallici isolati e contrapposti; Ai capi dei due bracci si rende disponibile una tensione proporzionale al campo E incidente

15 Le spire sono costitute da una superficie anulare chiusa che taglia le linee di forza di un campo magnetico; Le dimensioni devono essere tali da poter considerare H costante sul sensore; Per induzione magnetica, è disponibile ai terminali una tensione proporzionale all intensità del campo ed alla sua frequenza.

16 Norma CEI 211-7: Strumenti di misura in banda larga Possono misurare o una componente del campo (strumento non isotropico) o la somma di tutte le componenti (strumento isotropico). Visto che l interesse generale è quello di ottenere il valore del campo totale massimo presente in un punto, con i sensori non isotropici si deve effettuare la misura in tre direzioni ortogonali (questa operazione può comportare errori per la non contemporaneità delle tre misure). Con i sensori isotropici invece è possibile effettuare nel punto in esame una misurazione della risultante dell intensità del campo (elettrico o magnetico) come radice quadrata della somma dei quadrati delle componenti del campo nelle tre direzioni x, y, z dello spazio. E Ex E y Ez H H x H y H z

17 Norma CEI 211-7: Prestazioni degli strumenti di misura in banda larga Tali strumenti devono possedere alcune prestazioni operative minime quali: capacità di misurare il valore in tempo reale della intensità di campo presente; una funzione di memorizzazione che indichi il massimo valore misurato durante il periodo della misura; possibilità di mediare la grandezza misurata in un intervallo di tempo compatibile con i requisiti degli standard di esposizione (per esempio 6 minuti) Essi devono indicare i parametri seguenti: intensità di campo elettrico in (V/m) intensità di campo magnetico in (A/m) o induzione magnetica in Tesla densità di potenza in W/m 2 o mw/cm 2 Vantaggi Manegevolezza, alimentazione autonoma, facile utilizzo, estrema trasportabilità dell apparecchiatura Svantaggi Impossibilità di definire frequenza dei segnali ricevuti Estrema delicatezza delle sonde rilevatrici

18 Norma CEI 211-7: Strumenti di misura in banda stretta Sonda costituita dal sensore che risponde o all intensità di campo elettrico E (dipolo) o all intensità di campo magnetico H (spira) e dal trasduttore che trasforma la risposta del sensore in un segnale proporzionale ad E o ad H Cavo di collegamento Sistema di rilevazione delle singole componenti spettrali e delle relative ampiezze costituito da un analizzatore di spettro o ricevitore.

19 Norma CEI 211-7: Tipologie di antenne per misure in banda stretta L elemento rilevatore del sistema di misura è costituito da antenne che possono essere classificate in tre tipologie: Antenne a dipolo accordato: si acquisiscono tre spettri corrispondenti a tre posizioni mutuamente perpendicolari, mantenendo il centro elettrico nella medesima posizione. Essi saranno elaborati sommando quadraticamente i valori di campo elettrico o magnetico, rilevati per ogni frequenza nelle tre posizioni, per ottenere lo spettro risultante. Antenne a bassa direttività: stessa procedura delle antenne a dipolo accordato ma con incertezze maggiori Antenne a direttività più elevata: se la direzione di provenienza della radiazione è ben individuabile, si orienta l antenna verso la sorgente e si acquisisce lo spettro.

20 Norma CEI 211-7: Strumenti di misura in banda stretta L analizzatore di spettro può essere utilizzato per eseguire delle scansioni in frequenza allo scopo di individuare le componenti spettrali presenti o come ricevitore sintonizzabile per eseguire indagini sull andamento temporale del segnale associato ad una frequenza ben precisa. La risposta dell analizzatore di spettro può essere influenzata dal campo elettromagnetico ambientale e pertanto deve essere posizionato in un area con bassi livelli di fondo ambientale (tipo furgone schermato).

21 Norma CEI 211-7: Precauzioni da adottare nelle catene strumentali L allestimento della catena strumentale deve essere eseguito con estrema cura per contenere gli errori di misura entro limiti accettabili. Precauzioni da adottare: cavi di collegamento sensore-misuratore, se non in fibra ottica, devono essere disposti nel modo più rettilineo possibile e perpendicolarmente alla direzione di polarizzazione del campo durante la misura lo strumento non deve subire interferenze lo strumento non deve appoggiare su strutture conduttrici l operatore deve distare almeno 3 metri dal sensore di misura l asta del sostegno propria del sensore deve essere posta ortogonalmente alla direzione di polarizzazione del campo lo strumento deve essere utilizzato nel corretto campo di frequenza il sensore deve essere posto distante da oggetti metallici

22 Norma CEI : Requisiti strumentazione in banda larga e in banda stretta Requisiti strumentazione a banda larga sonda isotropa sensori sensibili al valore efficace di campo elettrico anche in presenza di modulazioni impulsive il misuratore deve calcolare il valore efficace del modulo di E totale il misuratore deve rendere possibile l effettuazione di una media temporale dei valori efficaci di campo elettrico misurati puntualmente lo strumento deve possedere un certificato di taratura attraverso il quale sia possibile definire la precisione della misura sul campo di frequenze considerato Requisiti strumentazione a banda stretta antenne di tipo direzionale o a dipolo Antenne dotate di opportuna documentazione che ne dichiari il fattore di antenna da sommare poi alle opportune attenuazioni certificato di taratura dell analizzatore di spettro per la banda UMTS, occorre adottare opportuni accorgimenti per l impostazione dei parametri d acquisizione e della catena strumentale (impostazione RBW e VBW, scelta delle antenne di misura, ecc..) Roma, 8 Novembre 2011

23 Grazie per l attenzione maria.logorelli@isprambiente.it