La misura dell esposizione umana ai campi elettromagnetici
AGENDA Cosa è l inquinamento elettromagnetico Effetti biologici dell inquinamento elettromagnetico Legislazione europea ed italiana Misurazioni di inquinamento elettromagnetico
Cosa si intende per elettrosmog? Definizione: L inquinamento elettromagnetico è l alterazione dei valori del campo elettromagnetico naturale in una determinata porzione del territorio Sul nostro pianeta è da sempre presente un fondo elettromagnetico naturale nel quale si sono sviluppate ed evolute le specie biologiche Il fondo elettromagnetico naturale è rimasto pressochè immutato fino all avvento dell era elettrica Dall inizio del secolo il fondo elettromagnetico nelle città ha avuto un incremento superiore al milione di volte L inquinamento elettromagnetico è prodotto dai campi elettrici, dai campi magnetici e dai campi elettromagnetici (artificiali)
Cosa sono i campi elettrici? Originano dalle forze presenti tra cariche elettriche (tensioni elettriche) Cosa sono i campi magnetici? Originano dal moto di cariche elettriche (correnti elettriche) Cosa sono i campi elettromagnetici? Originano dall accelerazione di cariche elettriche nello spazio
Sorgenti di campi elettrici, magnetici ed elettromagnetici ogni sistema elettrico o elettronico: 1) Elettrodomestici; 2) Impianti elettrici; 3) Telefonini cellulari e cordless; 4) Impianti per telefonia cellulare; 5) Impianti per trasmissioni radio; 6) Impianti per trasmissioni televisive; 7) Sistemi di distribuzione dell energia elettrica; 8) Sistemi di trasporto elettrici. la pervasività delle tecnologie elettriche ed elettroniche è ormai irreversibile ed in continua espansione!!!!
Emissioni intenzionali Sistemi di telecomunicazioni Stazioni TV, radio, telefonia cellulare Sistemi satellitari Sistemi di rilevamento elettromagnetico RADAR, Telerilevamento Varchi magnetici ed elettromagnetici Sistemi di rilevamento di movimento e velocità a microonde Altro Saldatrici elettriche, forni a microonde ipertermia terapeutica RF e MW
Emissioni non intenzionali Trasporto energia elettrica Elettrodotti Cabine di trasformazione Dispositivi con motori elettrici Elettrotreni lavatrici, asciugacapelli, trapani, frese Dispositivi elettronici Lettori di compact disk, calcolatori, televisioni, elettronica nelle auto, alimentatori
Come interagiscono i campi elettrici, magnetici ed elettromagnetici con i sistemi biologici? Hanno la proprietà di penetrare all interno dei materiali biologici: Campo elettrico Radiazioni NON ionizzanti (<300GHz) Campo elettrico Campo elettrico Radiazioni ionizzanti (>300GHz)
Radiazioni non ionizzanti Radiazioni ionizzanti
.IN SINTESI Gli effetti dell interazione dipendono da alcuni aspetti tecnico-fisici e medico-biologici: 1) Intensità dei campi; 2) Frequenza dei campi 3) Distanza dalle sorgenti; 4) Durata dell esposizione.
Effetti biologici dei campi L effetto biologico è soltanto un effetto cioè la risposta dell organismo ad uno stimolo indotto, nella fattispecie, dai campi elettrici, magnetici o elettromagnetici Effetto biologico NON è sinonimo di danno L effetto biologico può essere positivo oppure negativo in rapporto ai parametri di esposizione Un effetto biologico negativo può provocare reazioni dannose a carattere reversibile o, in casi estremi, danni irreversibili
Effetti biologici dei campi a bassa frequenza (<10kHz) L esposizione a campi elettrici e magnetici provoca l insorgere di correnti elettriche all interno del corpo umano, responsabili della stimolazione non voluta di diversi organi (cuore, polmoni, apparato visivo). Gli effetti biologici maggiori sono provocati dai campi magnetici a 50 Hz che sono quindi osservati con attenzione maggiore. EFFETTI A BREVE TERMINE Campi elettrici di valore elevato provocano la vibrazione dei peli ed altri effetti sulla pelle Campi magnetici di valore elevato possono provocare alcuni disturbi di tipo visivo
Effetti biologici dei campi a bassa frequenza (<10kHz) Review of the Epidemiologic Literature on EMF and Health (2001) ICNIRP (International Commission for Non-Ionizing Radiation Protection) 1) La stima dell esposizione è materia ardua poichè l esposizione è impercettibile, sempre presente, le sorgenti sono molteplici e può variare molto nel tempo e a piccole distanze; 2) In assenza di evidenza sperimentale e date le incertezza metodologiche nella letteratura epidemiologica non ci sono malattie croniche per le quali possa essere stabilita una relazione con le emissioni inquinanti ; 3) Gli unici risultati che hanno portato ad una maggiore evidenza riportano una associazione tra esposizione post-natale a campi magnetici maggiori di 0.4µT e leucemie infantili tuttavia l ICNIRP ritiene che il campione non sia sufficientemente rappresentativo.
Effetti biologici dei campi ad alta frequenza (10kHz<300GHz) L esposizione a campi elettromagnetici provoca lo sviluppo di calore Tale fenomeno è quantificato mediante un parametro, il tasso di assorbimento specifico (SAR, Specific Absorption Rate) che definisce il tasso di potenza, espresso in watt per kilogrammo, deposto nell unità di massa del sistema esposto EFFETTI A BREVE TERMINE Campi elettromagnetici ad elevata frequenza (400-2000MHz) provocano riscaldamenti localizzati (punti caldi) Impulsi di frequenza superiore a 300MHz e durata <30μs possono provocare effetti acustici simili al ronzio
Effetti biologici dei campi ad alta frequenza (10kHz<300GHz) Epidemiology of Health Effects of Radiofrequency Exposure (2004) ICNIRP (International Commission for Non-Ionizing Radiation Protection) La maggiorparte degli studi sono stati rivolti verso: 1) La verifica dell insorgere di cancro, disturbi cardiovascolari, infertilità, cataratta, a causa di esposizione a campi elettromagnetici a RF; 2) La verifica dell insorgere di leucemie a causa di esposizione a campi prodotti da trasmettitori radio e TV; 3) La verifica dell insorgere di tumori al cervello causati dall uso del cellulare Il principale risultato è che non esiste un legame consistente e convincente tra esposizione a campi elettromagnetici a RF e effetti sulla salute
Effetti biologici dei campi SINTESI La maggior parte degli esperimenti hanno mostrato che sia i campi a bassa frequenza (elettrodotti) che quelli ad alta frequenza (telefonia, radio, TV) non provocano alterazioni del DNA Attualmente è impossibile trarre conclusioni definitive sul possibile coinvolgimento dei campi elettromagnetici nel processo tumorale Nonostante il gran numero di ricerche svolte, le indicazioni che complessivamente si possono ricavare sono ancora troppo frammentarie, contraddittorie e inconsistenti In gergo medico si può affermare che riguardo all esposizione alle radiazioni nel campo (0-300GHz) sussiste un inadeguata evidenza di cancerogenicità
2010 http://www.icnirp.de/
2011 http://www.icnirp.de/ http://www.iarc.fr/
2011 http://www.icnirp.de/
2011
2011
Wireless phones = coffee!!!!
Alcuni articoli di recente attualità
Alcuni articoli di recente attualità Il telefono cellulare è rischioso per la salute? 28 anni dopo l invenzione di Martin Cooper il telefonino ha raggiunto cinque miliardi di persone. A questa impressionante penetrazione nel sistema dei consumi è corrisposto un adeguato interessamento delle autorità sanitarie e dei governi per indagare gli eventuali effetti dannosi sulla salute? Per la prima volta, quest anno, l organizzazione mondiale della sanità ha classificato le microonde emesse dal cellulare come possibili cancerogene. Dietro questa classificazione ci sono stati colpi di scena e conflitti di interesse dei ricercatori coinvolti. L inchiesta di Sabrina Giannini svela i retroscena della scienza finanziata, prevalentemente, dalle industrie del settore. http://www.report.rai.it/
Alcuni articoli di recente attualità http://www.repubblica.it
In attesa di risultati più concreti, cosa si fa?... In presenza di incertezze scientifiche si adottano le cosiddette politiche cautelative!! La Comunità Europea e l Organizzazione Mondiale della Sanità adottano il principio di precauzione Il principio di precauzione è una politica di gestione del rischio che viene applicata in circostanze caratterizzate da un alto grado di incertezza scientifica, riflette la necessità di intervenire nei confronti di un rischio potenzialemente grave senza attendere i risultati della ricerca scientifica Introduzione di limiti massimi di esposizione ai campi elettromagnetici (includendo degli opportuni margini di sicurezza)
LINEE GUIDA ICNIRP L esposizione del pubblico ai campi elettromagnetici è regolamentata da una varietà di norme, volontarie o di legge tuttavia L ICNIRP (Commissione Internazionale per la Protezione dalle Radiazioni Non Ionizzanti) è il riferimento mondiale nella definizione delle linee guida (1998). Le linee guida emanate dall ICNIRP sono state predisposte in modo da evitare qualsiasi tipo di danno noto, sia a breve che a lungo termine, provocato dall esposizione Nei limiti suggeriti dall ICNIRP è incorporato un ampio margine di sicurezza
LIMITI DI BASE Valori delle grandezze elettriche interne al corpo umano (campo elettrico, densità di corrente, ecc.) da non superare in qualsiasi condizione. Tale valore include fattori di sicurezza per la protezione dei tessuti del sistema nervoso centrale nella testa e nel torace, dagli effetti gravi da esposizione acuta Le grandezze interne all organismo non sono facilmente misurabili LIVELLI DI RIFERIMENTO LINEE GUIDA ICNIRP Valori di grandezze misurabili (valori efficaci di campo elettrico e magnetico) derivati dai limiti di base, ai quali, con un accettabile fattore di sicurezza, una persona può essere esposta senza effetto a breve termine dannoso Le grandezze esterne all organismo sono facilmente misurabili
EMANAZIONI EUROPEE La Commissione Direzione Generale della Salute ha elaborato una raccomandazione per gli Stati membri sul tema dell esposizione ai campi elettromagnetici Raccomandazione del Consiglio del 12 luglio 1999, relativa alla limitazione dell esposizione della popolazione ai campi elettromagnetici da 0 Hz a 300 GHz (pubblicata sulla Gazzetta Ufficiale delle Comunità Europee n. L199/59 del 30 luglio 1999) LIMITI DI BASE LIVELLI DI RIFERIMENTO
EMANAZIONI EUROPEE per la 50 Hz ICNIRP (1998) Soglia per effetti biologici 100 ma m -2 Livello di riferimento 10 kv m -1 Limiti di base: Lavoratori 10 ma m -2 Limiti di base: Pubblico 2 ma m -2 Livello di riferimento 500 µt Livello di riferimento EU (1999) Livello di riferimento 5 kv m -1 100 µt
EMANAZIONI EUROPEE
EMANAZIONI EUROPEE
Lo scenario legislativo italiano Si è giunti ad un disegno di legge presentato nell aprile 1998, diventato poi Legge dello Stato, 22 febbraio 2001, n. 36 Legge quadro sulla protezione dalle esposizioni a campi elettrici, magnetici ed elettromagnetici (pubblicata sulla Gazzetta Ufficiale n. 55 del 7 marzo 2001). il limite di esposizione è il valore di campo elettrico, magnetico ed elettromagnetico definito ai fini di tutela della salute da effetti acuti, che non deve essere superato in alcuna condizione di esposizione della popolazione e dei lavoratori il valore di attenzione è il valore di campo che non deve essere superato negli ambienti abitativi, scolastici e nei luoghi adibiti a permanenze prolungate; costituisce misura di cautela ai fini della protezione da possibili effetti a lungo temine e deve essere raggiunto nei tempi e nei modi previsti dalla legge gli obiettivi di qualità gli obiettivi di qualità fissati con lo scopo di minimizzare progressivamente l esposizione ai campi elettrici, magnetici ed elettromagnetici e si riferiscono alla progettazione e all installazione di nuovi elettrodotti (nel caso della 50 Hz) ed impianti per telecomunicazioni (nel caso delle alte frequenze) in corrispondenza di aree gioco per l'infanzia, di ambienti abitativi, di ambienti scolastici e di luoghi adibiti a permanenze non inferiori a quattro ore
100 khz 300 GHz 50 Hz DPCM 8 luglio 2003 I limiti di esposizione vengono definiti nei due decreti attuativi D.P.C.M. dell 8 luglio 2003 e pubblicati sulla G.U. n. 200 del 29-8-2003: Limiti di campo elettromagnetico (valori efficaci) LIMITE DI ESPOSIZIONE VALORE DI ATTENZIONE OBIETTIVO DI QUALITA CAMPO ELETTRICO 5 kv/m - - INDUZIONE MAGNETICA 100 μt 10 μt 3 μt 0,1 3 MHz 3 3000 MHz 3 300 GHz CAMPO ELETTRICO 60 V/m 20 V/m 40 V/m 6 V/m 6 V/m CAMPO MAGNETICO 0,2 A/m 0,05 A/m 0,01* A/m 0,016 A/m 0,016 A/m DENSITA DI POTENZA - 1 W/m 2 4 W/m 2 0,1 W/m 2 (3MHz-300GHz) 0,1 W/m 2 (3MHz-300GHz)
DPCM 8 luglio 2003 Bassa frequenza con riferimento alle definizioni ex legge 36/01, nel termine "elettrodotto" ricadono le linee elettriche, le sottostazioni elettriche e tutte le cabine di trasformazione, incluse quelle MT/BT il decreto stabilisce che a tutela dalle esposizioni a campi di frequenze comprese tra 0 e 100 khz dovute a sorgenti non riconducibili agli elettrodotti si applica la raccomandazione del Consiglio dell'unione Europea del 12/7/1999 DPCM 8 luglio 2003 Alta frequenza o tutte le restrizioni sono da intendersi come medie su un area equivalente del corpo umano e su qualsiasi intervallo di sei minuti o il decreto stabilisce l'applicazione della raccomandazione del Consiglio UE in relazione alle esposizioni a campi di frequenze comprese tra 100 khz e 300 GHz, dovute a sorgenti non riconducibili agli impianti fissi delle telecomunicazioni
La direttiva Europea 2004/40/CE Il 30 Aprile 2008 è entrato in vigore il decreto legislativo 257/07 che ha recepito la direttiva 2004/40/CE relativa alla protezione dei lavoratori dall esposizione ai campi elettromagnetici a bassa ed alta frequenza (0-300 GHz). I lavoratori esposti a tale rischio sono i lavoratori che operano nel settore industriale ed elettromedicale, ma genericamente anche dei lavoratori che si occupano della manutenzione di impianti quali antenne per le telecomunicazioni o elettrodotti.
Valori di azione previsti dalla direttiva 2004/40/CE il limite di esposizione è il valore di campo elettrico, magnetico ed elettromagnetico definito ai fini di tutela della salute da effetti acuti, che non deve essere superato in alcuna condizione di esposizione dei lavoratori il valore di azione è il valore di campo (elettrico, magnetico o elettromagnetico) direttamente misurabile che non deve essere superato per garantire di soddisfare il limite di esposizione
Valori di azione previsti dalla direttiva 2004/40/CE Frequenza E (V/m) B (μt) 0 1Hz 2 10 5 1 8Hz 2 10 5 /f 2 8 25Hz 2.5 10 4 /f 0.025 0.82kHz 25/f 0.82 2.5kHz 30.7 2.5 65kHz 30.7 65 100kHz 2000/f 10 110MHz 61
La direttiva Europea 2008/46/CE Il 23 Aprile 2008 è stata emanata una nuova Direttiva (2008/46/CE) che di fatto posticipa al 2012 l applicazione dei valori di azione indicati nella Direttiva 2004/40/CE. MOTIVAZIONE???? Molte attività (di diagnostica medica e industriali) forse sarebbero state bloccate Risonanza magnetica nucleare Saldatrici ad arco
alcuni esempi ELETTRODOTTO MEDIA TENSIONE (50Hz) LIMITE DI ESPOSIZIONE: B=100µT (a 50Hz) VALORE DI ATTENZIONE: B=10µT (a 50Hz) OBIETTIVO di QUALITA : B=3µT (a 50Hz)
alcuni esempi Stazione Radio Base GSM LIMITE DI ESPOSIZIONE: E=20 V/m VALORE DI ATTENZIONE: E=6V/m OBIETTIVO di QUALITA : E=6V/m
alcuni esempi A A: Spina non allacciata: solo campo elettrico generato dalla presa sotto tensione B C B: Spina collegata ma interruttore spento; il campo elettrico si estende fino alla lampada C: Interruttore acceso; il passaggio di corrente necessario per l accensione della lampadina genera il campo magnetico VALORI INDICATIVI DI CAMPI MAGNETICI GENERATI DA ELETTRODOMESTICI Distanze A ridosso 10 cm 20 cm 30 cm Asciugacapelli 40 100 µt 40 µt 5 µt 1.5 µt Aspiratore 2 235 µt 20 µt 7 µt 3 µt Frullatore 50 230 µt 14 µt 3.5 µt 1.5 µt Ventilatore 30 50 µt 2.9 µt 0.4 µt 0.15 µt Lampada ad incandescenza Rasoio 50 1300 µt 60 µt 3.8 µt 0.85 µt 0.27 µt 1.5 µt 1 µt 0.25 µt LIMITE DI ESPOSIZIONE: B=100µT (a 50Hz) VALORE DI ATTENZIONE: B=10µT (a 50Hz) OBIETTIVO di QUALITA : B=3µT (a 50Hz)
Il monitoraggio dell inquinamento elettromagnetico E necessario verificare che i livelli di campi elettrici, magnetici ed elettromagnetici siano inferiori ai limiti applicabili!! Le tecniche di misura da adottare per la valutazione dei campi elettrici, magnetici ed elettromagnetici, sono quelle indicate nelle norme CEI che recepiscono con modifiche alcune norme internazionali IEC, IEEE e CENELEC CEI 211-6: Guida per la misura e la valutazione dei campi elettrici e magnetici nell intervallo di frequenza 0 Hz - 10 khz, con riferimento all esposizione umana (2001) CEI 211 7: Guida per la misura e la valutazione dei campi elettromagnetici nell intervallo di frequenza 10 khz 300 GHz, con riferimento all esposizione umana (2001)
La strumentazione di misura Catene di misura a banda larga Quale è la sorgente responsabile dell inquinamento????? Misura complessiva del campo misurato!!!!!
La strumentazione di misura Catene di misura a banda stretta Consentono di individuare i contributi dovuti alle singole sorgenti!!!
Il monitoraggio dell inquinamento elettromagnetico La strumentazione da impiegare per le misure deve essere conforme alle guide CEI 211-6 e CEI 211-7 Devono essere disponibili i certificati di taratura della strumentazione Le procedure di misura sono piuttosto complicate e richiedono tempo, personale esperto e qualificato Le procedure di misura vanno continuamente perfezionate sulla base dei risultati prodotti dai ricercatori del settore e delle caratteristiche delle sorgenti moderne
Le grandezze da misurare per il monitoraggio dell elettrosmog E = Valore efficace del campo elettrico (V/m) B = Valore efficace dell induzione magnetica (T) H = Valore efficace del campo magnetico (A/m) 2 2 2 z y x E E E E 2 2 2 z y x B B B B 2 2 2 z y x H H H H x y z In generale devono essere separatamente misurati le componenti dei campi per ogni asse (x,y,z): 0-10 khz: E, B 10 khz-300 GHz: E, H
Alcune definizioni fondamentali Definita la lunghezza d onda λ: c f 3 10 8 m/s frequenza della sorgente inquinante D = massima distanza misurabile tra due punti della sorgente R = distanza a cui si esegue la misura R 2 max(, D 2 ) Regione di campo lontano Si può scegliere di misurare il campo elettrico o quello magnetico perché sono legati da una relazione matematica che li rende correlati
Alcune definizioni fondamentali R 2 max(, D 2 ) Regione di campo vicino E necessario misurare separatamente ed entrambi il campo elettrico ed il campo magnetico (o l induzione magnetica) ALCUNI ESEMPI Quando f = 50Hz (bassa frequenza) si ha che λ = 6000km, quindi si è sempre in zona vicina e vanno misurati separatamente il campo elettrico e quello magnetico (o l induzione magnetica) Quando f = 900MHz (alta frequenza) si ha che λ = 33cm, quindi praticamente qualsiasi punto di misura si trova sempre in zona lontana. Di conseguenza può essere misurato solo il campo elettrico o solo quello magnetico
Metodi e strumenti per le misure di inquinamento elettromagnetico SCELTA DELLA STRUMENTAZIONE E DELLE TECNICHE DI MISURA 1) Tipologia e eventuale molteplicità delle sorgenti; 2) Caratteristiche del campo emesso dalla/e sorgente/i (frequenza, livelli, tipo di modulazione, polarizzazione); 3) Caratteristiche del campo nel punto di misura (variabilità spaziale, campo vicino o lontano); 4) Obiettivo delle misure (sorveglianza, indagine sistematica, analisi puntuale, interventi di bonifica); 5) Necessità di misure a banda stretta in relazione alla presenza contemporanea in molte aree di misura di sorgenti a frequenze diverse.
Metodi e strumenti per le misure di inquinamento elettromagnetico CARATTERISTICHE GENERALI DELLA STRUMENTAZIONE I componenti base di uno strumento sono: 1) Sonda per la rilevazione del campo SONDA CAVO UNITA DI LETTURA ELABORAZIONE 2) Unità di lettura ed elaborazione 3) Cavi di collegamento rispondere a un solo parametro (es. rispondere a un campo elettrico E, senza risposte spurie al campo non devono perturbare in modo significativo il campo presente sul sensore non devono accoppiarsi all energia proveniente dal campo per non riportare il segnale direttamente ai circuiti e ai componenti dell unità di lettura l adozione di cavi in fibra ottica riduce drasticamente i problemi di accoppiamento devono trasformare l informazione proveniente dalla sonda in una delle grandezze derivate e fornire l indicazione della grandezza in esame in termini quantitativi magnetico H) avere dimensioni tali da non perturbare sensibilmente la misura (dimensioni minori di λ/10 alla massima frequenza di applicazione) isotropica o direttiva avere comportamento noto in funzione delle variazioni dei parametri ambientali avere un incertezza associata alla misura nota
Metodi e strumenti per le misure di inquinamento elettromagnetico CARATTERISTICHE METROLOGICHE DELLA STRUMENTAZIONE E SONDA 1) Banda di frequenze analizzabile 2) Massimo valore misurabile 3) Livelli di sovraccarico 4) Sensibilità 5) Stabilità CAVO 6) Risposta ai segnali modulati 7) Risposta ai campi pulsati 8) Risposte fuori banda 9) Incertezza di misura UNITA DI LETTURA ELABORAZIONE X = f (sonda, cavo, analizzatore, E)
Metodi e strumenti per le misure di inquinamento elettromagnetico MISURE A BANDA LARGA Contenuto frequenziale del segnale FILTRO Viene misurato un valore complessivo (f 1, f 2, f 3, f 4 ) f 1 f 2 f 3 f 4 f 1 f 2 f 3 f 4 f 5 Filtro a banda larga fissa e non sintonizzabile f [Hz] Qualora venga superato un limite, con misure a banda larga non è possibile individuare la sorgente più inquinante f [Hz]
Metodi e strumenti per le misure di inquinamento elettromagnetico Contenuto frequenziale del segnale FILTRO MISURE A BANDA STRETTA Viene misurata solo la componente alla frequenza selezionata (f 1 ) f 1 f 2 f 3 f 4 f [Hz] f 1 f 5 f [Hz] Filtro a banda variabile e sintonizzabile Se si vuole individuare la sorgente inquinante è necessario effettuare misure selettive in frequenza (misure a banda stretta)
Metodi e strumenti per le misure di inquinamento elettromagnetico STRUMENTI A BANDA LARGA VANTAGGI Manegevolezza Semplici da usare Trasportabilità Costi SVANTAGGI Mancanza di selettività in frequenza Impossibilità di individuare la posizione delle sorgenti Delicatezza della sonda STRUMENTI A BANDA STRETTA VANTAGGI Possibilità di individuare i contributi dovuti alle singole sorgenti inquinanti SVANTAGGI Minore manegevolezza Maggiore intervento dell operatore per la corretta impostazione degli strumenti di misura Costi
Misure di inquinamento elettromagnetico a bassa frequenza (0-10kHz) MISURATORE DI CAMPO ELETTRICO Sonda (spesso è triassiale e consente la misura del campo elettrico lungo tre direzioni ortogonali) x z y Cavo in fibra ottica Unità di elaborazione (elabora il segnale proveniente dalla sonda, estraendone il valore efficace) E Il tipo di misuratore più usato è quello in cui la sonda ha gli elettrodi isolati da terra I I = dq dt Principio di funzionamento La corrente I è proporzionale alla carica indotta da E In commercio sono presenti strumenti che consentono sia misure a banda larga che a banda stretta
Misure di inquinamento elettromagnetico a bassa frequenza (0-10kHz) MISURATORE DI CAMPO MAGNETICO Sonda (spesso è triassiale e consente la misura del campo magnetico lungo tre direzioni ortogonali) x z y Cavo in fibra ottica Unità di elaborazione (elabora il segnale proveniente dalla sonda, estraendone il valore efficace) B Principio di funzionamento V = df dt V La tensione V è proporzionale al flusso indotto da B Il tipo sonda più usato è quello a bobina In commercio sono presenti strumenti che consentono sia misure a banda larga che a banda stretta
Misure di inquinamento elettromagnetico ad alta frequenza (10kHz-300GHz) MISURATORI A BANDA LARGA DI CAMPO ELETTRICO E MAGNETICO Sonda (E o H) Unità di elaborazione Misuratori diretti (dipoli) dei parametri del campo E o H oppure misuratori della temperatura (termocoppie, bolometri) La sonda è direttamente connessa all unità di elaborazione (non sono visibili cavi di collegamento) Esistono sonde di campo elettrico o di campo magnetico (solitamente isotropiche) per varie bande di frequenza Se le misure si effettuano nella regione di campo lontano si può effettuare solo la misura di campo elettrico o di campo magnetico Ciascuna sonda è caratterizzata dal suo campo di impiego in termini di range di frequenza, ampiezza massima misurabile, sensibilità, incertezza
Misure di inquinamento elettromagnetico ad alta frequenza (10kHz-300GHz) MISURATORI A BANDA STRETTA DI CAMPO ELETTRICO E MAGNETICO Le misure a banda larga (coprono un ampio range di frequenza), sono sufficienti solo se non è superata una certa percentuale (75%) del minimo dei livelli massimi di riferimento consentiti Se si vuole individuare la sorgente inquinante si ricorre a strumenti più costosi e complessi effettuando misure a banda stretta: Analizzatore di spettro portatile Cavo di collegamento Antenna di misura E = Misura analizzatore di spettro + Attenuazione cavo + Fattore di antenna
Misure di inquinamento elettromagnetico ad alta frequenza (10kHz-300GHz) MISURATORI A BANDA STRETTA DI CAMPO ELETTRICO E MAGNETICO E necessario scegliere la combinazione analizzatore di spettro - antenna più appropriata alle specifiche esigenze ANALIZZATORE DI SPETTRO 1) banda di frequenza analizzabile 2) regolazioni fini del campo di frequenza da analizzare 3) possibilità di selezione del RBW (Resolution Bandwidth) e VBW (Video Bandwidth) 4) dinamica in ingresso 5) Accuracy 6) capacità di post-elaborare i dati acquisiti per fornire delle misure e memorizzarle 7) opzioni di interfacciamento dello strumento con un PC ANTENNA DI MISURA 1) banda di frequenza analizzabile 2) impedenza di ingresso 3) polarizzazione 4) dinamica in ingresso 5) ROS (rapporto d onda stazionaria) 6) errore di isotropicità 7) linearità 8) diagramma di radiazione 9) ingombro e peso
Misure di inquinamento elettromagnetico ad alta frequenza (10kHz-300GHz) L antenna utilizzata gioca un ruolo fondamentale: 1) E necessario conoscere in dettaglio le caratteristiche dell antenna soprattutto in termini di diagramma di radiazione e fattore di antenna; 2) Se l antenna è direttiva, la misura complessiva del campo richiede misure lungo ciascuna delle tre direzioni (x,y,z) 3) Se l antenna è direttiva, la misura delle tre componenti (x,y,z) non può essere eseguita contemporaneamente (la misura complessiva del valore efficace sarà attendibile solo se le sorgenti inquinanti hanno caratteristiche pressoché costanti nel tempo)
Misure di inquinamento elettromagnetico ad alta frequenza (10kHz-300GHz) ma anche la configurazione dell analizzatore di spettro è determinante! Tipo di sorgente Resolution Bandwidth Video Bandwidth Span di analisi Sweep time Radio FM 30 khz 30 khz 5 MHz 50 ms Radio AM 10 khz 10 khz 200 khz 5 s TV video 1 MHz 300 khz 9 MHz 50 ms TV audio 30 khz 30 khz 9 MHz 50 ms TACS 30 khz 30 khz 5 MHz 50 100 ms GSM 100 khz 100 khz 5 10 MHz 50 100 ms
Misure di inquinamento elettromagnetico ad alta frequenza (10kHz-300GHz) metodi e strumenti di misura ancora non consolidati per le sorgenti moderne Digital Video Broadcasting Terrestrial (DVB-T) Digital Video Broadcasting Handheld (DVB-H) UMTS WiFi BlueTooth WiMax
Procedure tecniche per le misure di l inquinamento elettromagnetico I. Analisi preliminare dell area da esaminare, sulla base delle informazioni disponibili e di calcoli e misure orientative II. III. IV. Scelta della catena strumentale più idonea, che permetta di ottenere risultati di misura in linea con l obiettivo prefissato Installazione del sistema di misura seguendo le prescrizioni che permettano di minimizzare gli errori e le incertezze di misura Verifica in campo dell installazione e dei singoli componenti del sistema di misura V. Esecuzione delle misure, seguendo protocolli che permettano di ottenere una serie di risultati statisticamente sufficienti alla caratterizzazione elettromagnetica temporale e spaziale dell area in esame VI. VII. Eseguire delle misure di inquinamento elettromagnetico richiede una procedura sequenziale piuttosto articolata: Elaborazione e valutazione dei risultati tenendo in conto l incertezza di misura dovuta alla strumentazione, al metodo e a fattori esterni perturbativi Rapporto di prova Ciascun passo della procedura di misura richiede particolare attenzione al fine di evitare risultati poco affidabili e soprattutto non caratterizzabili da una corretta valutazione dell incertezza di misura!!!
Procedure tecniche per le misure di l inquinamento elettromagnetico I. Analisi preliminare dell area da esaminare, sulla base delle informazioni disponibili e di calcoli e misure orientative ELETTRODOTTO (50Hz) STAZIONE RADIO BASE (GSM) TRASMETTITORI RADIO E TV Determinare: grandezze da misurare (E, e/o B o H), quando (in quali ore della giornata), dove (in quali zone), come (che strumenti utilizzare)
Procedure tecniche per le misure di l inquinamento elettromagnetico I. Analisi preliminare dell area da esaminare, sulla base delle informazioni disponibili e di calcoli e misure orientative Non uniformità spaziale del campo misurato I misuratori di campo elettrico e magnetico sono tarati in condizioni di campo uniforme Per non introdurre cause di incertezza dovute alla non uniformità spaziale del campo si devono realizzare più misure distribuite nello spazio sotto esame, variando anche l altezza della sonda (1m, 1.5m, 1.9m) Variabilità temporale del campo misurato CAMPI ELETTRICI I campi elettrici dipendono dalla tensione e possono ritenersi praticamente costanti durante la giornata (variazioni inferiori al 5%) Possono contribuire alla variabilità del campo elettrico gli effetti di schermatura dovuti ai materiali di costruzione, che possono dipendere dalle condizioni atmosferiche Variazioni di campo elettrico a breve termine si possono verificare se vicino al luogo di misura vi sono oggetti conduttori in movimento CAMPI MAGNETICI I campi magnetici sono generati dal passaggio di corrente che può essere molto variabile nel tempo. Pertanto sono richieste registrazioni prolungate nel tempo o comunque nelle ore della giornata caratterizzate da correnti elettriche di intensità maggiore I campi magnetici sono poco dipendenti da schermature e oggetti metallici
Procedure tecniche per le misure di l inquinamento elettromagnetico II. Scelta della catena strumentale più idonea, che permetta di ottenere risultati di misura in linea con l obiettivo prefissato Determinare: portata degli strumenti da utilizzare, sensibilità e risoluzione, banda della sonda e del misuratore, misure a banda larga o a a banda stretta Rivelatore Sonda (E o H) Sonda x z y Cavo in fibra ottica 1) 2) Rivelatore Analizzatore di spettro portatile 3) Antenna di misura
Procedure tecniche per le misure di l inquinamento elettromagnetico III. Installazione del sistema di misura seguendo le prescrizioni che permettano di minimizzare gli errori e le incertezze di misura Determinare: La configurazione della strumentazione, posizione dell operatore, posizione della sonda e dello strumento misuratore, tipo di collegamento tra strumento e sonda 1m >3m Sonda E o H (bassa frequenza) Rivelatore Operatore Sonda E o H (alta frequenza) 1m Rivelatore >3m Operatore Cavo in fibra
Procedure tecniche per le misure di l inquinamento elettromagnetico IV. Verifica in campo dell installazione e dei singoli componenti del sistema di misura Verifiche: prove funzionali dello strumento, utilizzando sonde isotrope la lettura deve essere indipendente dall orientamento della sonda rispetto alla sorgente, effetti di captazione dei cavi variandone la posizione rispetto alla sonda V. Esecuzione delle misure, seguendo protocolli che permettano di ottenere una serie di risultati statisticamente sufficienti alla caratterizzazione elettromagnetica temporale e spaziale dell area in esame E necessario che: le misure di intensità di campo siano effettuate negli spazi accessibili ai soggetti potenzialmente esposti, all interno di queste aree si eseguano un numero di misure statisticamente significativo in più punti ed in diversi momenti
Procedure tecniche per le misure di l inquinamento elettromagnetico VI. Elaborazione e valutazione dei risultati tenendo in conto l incertezza di misura dovuta alla strumentazione, al metodo e a fattori esterni perturbativi E necessario: calcolare alcuni parametri sintetici (medie e deviazioni standard), interpretando correttamente le informazioni disponibili sulla strumentazione e relativi certificati di taratura valutare l incertezza di misura, individuare altre cause che possono contribuire all incertezza di misura (presenza di oggetti perturbatori, ecc.) VII. Rapporto di prova E necessario: descrivere la procedura di misura, la strumentazione impiegata, fornendo le relative caratteristiche metrologiche in modo da rendere qualificabili i risultati delle misurazioni in relazione alle incertezze di misura e riferibilità
INCERTEZZA DI MISURA NELLE MISURE DI INQUINAMENTO ELETTROMAGNETICO Le cause di incertezza sono legate a: 1) Caratteristiche metrologiche della strumentazione (sonde, cavi di collegamento, rivelatori); 2) Taratura; 3) Tipologia della sorgente; 4) Luogo in cui si effettua la misura; 5) Procedura di misura adottata; 6) Esperienza dell operatore.
CAUSE DI INCERTEZZA PER LE MISURE NEL RANGE 0 10 khz Incertezza strumentale, che include le componenti dovute alla taratura, stabilità a lungo termine, rumore elettrico di fondo, isotropicità sonda, costante di tempo dello strumento, banda passante (in relazione alle caratteristiche della sorgente di campo) Non uniformità spaziale del campo misurato in relazione alle dimensioni della sonda e alla disposizione dei singoli sensori di campo al suo interno Variabilità temporale del campo misurato, in relazione alla costante di tempo del misuratore utilizzato Valutazione della posizione della sonda rispetto alla sorgente Condizioni ambientali (temperatura e umidità) Inoltre. E B Vicinanza dell operatore e di oggetti conduttori Influenza di un campo magnetico esterno Immunità ai disturbi elettromagnetici Vicinanza di oggetti ferromagnetici e conduttori Influenza di un campo elettrico esterno
CAUSE DI INCERTEZZA PER LE MISURE NEL RANGE 0 10kHz Non uniformità spaziale del campo misurato in relazione alle dimensioni della sonda e alla disposizione dei singoli sensori di campo al suo interno Generalmente tale componente risulta confrontabile con l incertezza strumentale se le misure sono eseguite a distanze inferiori a 0.5m dalla sorgente TRASCURABILE SE LE MISURE SONO ESEGUITE A DISTANZE ADEGUATE E SE LE SONDE SON BEN PROGETTATE Variabilità temporale del campo misurato, in relazione alla costante di tempo del misuratore utilizzato La costante di tempo del rivelatore può essere troppo lenta rispetto alle variazioni temporali del campo misurato determinando valori di misura errati con scarti dipendenti dalle caratteristiche dello strumento e dal ΔE/ΔB TRASCURABILE SE LO STRUMENTO E BEN PROGETTATO E TARATO
CAUSE DI INCERTEZZA PER LE MISURE NEL RANGE 0 10kHz Valutazione della posizione della sonda rispetto alla sorgente Un incertezza di posizionamento di ±1cm può portare a incertezze sul valore del campo misurato confrontabili con l incertezza strumentale se le misure sono eseguite a distanze inferiori a 0.5m dalla sorgente TRASCURABILE SE LE MISURE SONO ESEGUITE A DISTANZE ADEGUATE ED IL POSIZIONAMENTO DELLA SONDA E FATTO IN MANIERA CORRETTA Condizioni ambientali (temperatura e umidità) Valori di umidità eccessivi portano a misure errate con scarti dipendenti dalle caratteristiche dello strumento Prove in celle climatiche hanno mostrato anche misure variabili fino all 8% nel campo 0 40 C TRASCURABILE SE LO STRUMENTO E BEN PROGETTATO E TARATO
CAUSE DI INCERTEZZA PER LE MISURE DI CAMPI ELETTRICI NEL RANGE 0 10kHz Vicinanza dell operatore e di oggetti conduttori Si possono avere errori di misura dell ordine del 10% se la distanza dall osservatore non è superiore ad almeno 3m o se la distanza da superfici elettricamente cariche non è superiore ad almeno 3 volte il raggio della sonda TRASCURABILE SE LE RELATIVE DISTANZE VENGONO RISPETTATE Influenza di un campo magnetico esterno e dei disturbi elettromagnetici Le sorgenti di campo elettrico sono generalmente sorgenti anche di campo magnetico, è necessario pertanto una buona reiezione a tali componenti e ai disturbi elettromagnetici TRASCURABILE SE LO STRUMENTO E BEN PROGETTATO
CAUSE DI INCERTEZZA PER LE MISURE DI CAMPI MAGNETICI NEL RANGE 0 10kHz Vicinanza di oggetti ferromagnetici e conduttori Oggetti ferromagnetici perturbano il campo magnetico. Le batterie (il cui involucro è generalmente realizzato in materiale ferromagnetico) che alimentano il circuito rivelatore possono distorcere il campo magnetico misurato TRASCURABILE SE LO STRUMENTO VIENE UTILIZZATO CON LO STESSO TIPO DI BATTERIE UTILIZZATE DURANTE LA TARATURA Influenza di un campo elettrico esterno e dei disturbi elettromagnetici Le sorgenti di campo magnetico sono generalmente sorgenti anche di campo elettrico, è necessario pertanto una buona reiezione a tali componenti e ai disturbi elettromagnetici TRASCURABILE SE LO STRUMENTO E BEN PROGETTATO
CAUSE DI INCERTEZZA PER LE MISURE DI CAMPI ELETTROMAGNETICI NEL RANGE 10 khz 300 GHz Incertezza strumentale, che include: caratteristiche metrologiche e di taratura dell analizzatore, della sonda (antenna), dei cavi di collegamento; non perfetta isotropia delle sonde; rumore elettrico di fondo; costante di tempo della catena di misura; banda passante della catena di misura (in relazione alle caratteristiche della sorgente di campo); comportamento in relazione alle condizioni ambientali di temperatura e umidità; Risposte spurie dovute allo strumento (accoppiamento cavi, effetti termoelettrici sui cavi, accoppiamento tra sonda e corpi conduttori, effetti dei campi statici e quasi statici, risposte fuori banda)
CAUSE DI INCERTEZZA PER LE MISURE DI CAMPI ELETTROMAGNETICI NEL RANGE 10 khz 300 GHz Risposte spurie dovute allo strumento Accoppiamento dei cavi: a frequenza maggiori di 1MHz i cavi di collegamento possono diventare elementi captanti e quindi determinare una lettura più elevata del valore reale MINIMIZZABILE ORIENTANDO I CAVI IN MANIERA RADIALE ALLA SORGENTE O UTILIZZANDO CAVI IN FIBRA OTTICA COMPONENTE DETERMINISTICA CON CAVI RIGIDI Accoppiamento tra sonda e corpi conduttori: malgrado le piccole dimensioni degli elementi della sonda si possono verificare accoppiamenti con corpi conduttori MINIMIZZABILE EVITANDO DISTANZE PROSSIME ALLE DIMENSIONI DEGLI ELEMENTI SENSIBILI
ALCUNE CONSIDERAZIONI GENERALI RELATIVE ALL INCERTEZZA DI MISURA Incertezza di misura è legata alle caratteristiche metrologiche della catena di misura ma dipende in maniera cruciale anche da: 1) la procedura di misura adottata 2) l esperienza dell operatore OK? SI NO INCERTEZZA DI MISURA ~ INCERTEZZA STRUMENTALE Stimabile dalle specifiche della strumentazione e dai certificati di taratura Incertezza di misura difficilmente stimabile
CONFRONTO CON I LIMITI Misure in bassa frequenza La guida CEI 211-6 definisce affidabili le misure se eseguite con strumentazione avente incertezza estesa inferiore al 10 % (con fattore di copertura 2). Nessuna prescrizione particolare è fornita riguardo alle modalità di confronto con i limiti. Misure in alta frequenza La guida CEI 211-7 assume il criterio del rischio condiviso tra chi esegue la misura e l autorità preposta al controllo: 1) se le misure sono state eseguite con catene strumentali aventi incertezza contenuta entro 3 db è possibile fare direttamente il confronto con i valori limite applicabili; 2) se le misure sono state eseguite con catene strumentali aventi incertezza superiore a 3 db i risultati di misura devo considerarsi solo indicativi ed il confronto con i valori limite è considerato valido solo nel caso in cui la relativa differenza risulta superiore all incertezza di misura dichiarata.
VALUTAZIONE DELL INCERTEZZA STRUMENTALE PER MISURE A BANDA LARGA X SONDA CAVO UNITA DI LETTURA X = f (sonda, cavo, elaborazione) Sonda (E o H) Sonda E e/o B z x y Cavo in fibra ottica Rivelatore Rivelatore Generalmente il costruttore fornisce le varie componenti dell incertezza di misura legate alla sonda (linearità, isotropicità, piattezza, taratura), potendo generalmente trascurare quelle relative al collegamento e allo strumento visualizzatore
VALUTAZIONE DELL INCERTEZZA STRUMENTALE PER MISURE A BANDA LARGA PER LE MISURE IN BASSA FREQUENZA SPECIFICHE Errore Assoluto (a 50 Hz e 0.2mT) = ± 0.5 db Linearità (a 50 Hz) = ± 0.2 db Piattezza = ± 0.5 db Isotropicità = ± 1 db VALORE INDICATO B = 10 µt, f=50 Hz B db = -100 db T Assumendo una distribuzione rettangolare per ogni componente si ha: 1 2 2 2 2 u db (0.5 0.2 0.5 1 ) 1. 24dB 3 B db [ 101.24dB, 98.76dB] B [ 8.7 T,11.5 T ]
VALUTAZIONE DELL INCERTEZZA STRUMENTALE PER MISURE A BANDA LARGA PER LE MISURE IN ALTA FREQUENZA SPECIFICHE Errore Assoluto (a 50 MHz e 20V/m) = ± 0.8 db Piattezza (10 MHz 300 MHz) = ± 0.5 db Isotropicità = ± 0.5 db VALORE INDICATO E = 6 V/m, f=60mhz E db = 15.6 db V/m Assumendo una distribuzione rettangolare per ogni componente si ha: 1 2 2 2 u db (0.8 0.5 0.5 ) 0. 62dB 3 E db [ 14.94dB,16.18dB] E [ 5.6V / m,6.4v / m]
VALUTAZIONE DELL INCERTEZZA STRUMENTALE PER MISURE A BANDA STRETTA X SONDA CAVO UNITA DI LETTURA X = f (sonda, cavo, elaborazione) Antenna di misura Analizzatore di spettro portatile E db = V r + L C + AF V r = Misura analizzatore di spettro L C = Attenuazione cavo AF= Fattore di antenna Nella valutazione dell incertezza di misura bisogna tener conto delle specifiche relative a ciascun elemento della catena di misura
VALUTAZIONE DELL INCERTEZZA STRUMENTALE PER MISURE A BANDA STRETTA Le principali grandezze di influenza da considerare sono: 1) Misura fornita dall analizzatore (V r ); 2) Attenuazione del cavo (L C ); 3) Fattore di antenna (AF); 4) Accuracy dell analizzatore alla misura di segnali sinusoidali (δv SW ); 5) Risposta di ampiezza dell analizzatore agli impulsi (δv PA ); 6) Dipendenza della risposta dell analizzatore agli impulsi periodici (δv PR ); 7) Rumore di fondo dell analizzatore (δv NF ); 8) Disadattamento tra analizzatore ed antenna (δm); 9) Interpolazione in frequenza del fattore di antenna (δaf f ); 10) Dipendenza del fattore di antenna con l altezza (δaf h ); 11) Direttività dell antenna (δa dir ); 12) Centro di fase dell antenna (δa ph ); 13) Dipendenza dalla polarizzazione della risposta dell antenna (δa cp ); 14) Bilanciamento dell antenna (δa bal ).
BIBLIOGRAFIA CEI 211-6: Guida per la misura e la valutazione dei campi elettrici e magnetici nell intervallo di frequenza 0 Hz - 10 khz, con riferimento all esposizione umana (2001) CEI 211 7: Guida per la misura e la valutazione dei campi elettromagnetici nell intervallo di frequenza 10 khz 300 GHz, con riferimento all esposizione umana (2001) G. Crotti (IEN), M. Borsero (IEN), L. Anglesio (Arpa Piemonte): Tarature ed incertezza nella misura dei campi elettromagnetici ambientali, 2001 Directive 2004/40/EC of the European Parliament and of the Council of 29 April 2004, Official Journal of the European Union, 30/04/2004. Decreto Legislativo 19 novembre 2007, n. 257 Attuazione della direttiva 2004/40/CE sulle prescrizioni minime di sicurezza e di salute relative all'esposizione dei lavoratori ai rischi derivanti dagli agenti fisici (campi elettromagnetici) Directive 2008/46/EC of the European Parliament and of the Council of 23 April 2008, Official Journal of the European Union, 26/04/2008. D.P.C.M. 8 luglio 2003 Fissazione dei limiti di esposizione, dei valori di attenzione e degli obiettivi di qualità per la protezione della popolazione dalle esposizioni a campi elettrici, magnetici ed elettromagnetici generati a frequenze comprese tra 100 khz e 300 GHz, 28/08/2003, G.U. 28 agosto 2003, n. 199. D.P.C.M. 8 luglio 2003 Fissazione dei limiti di esposizione, dei valori di attenzione e degli obiettivi di qualita' per la protezione della popolazione dalle esposizioni ai campi elettrici e magnetici alla frequenza di rete (50 Hz) generati dagli elettrodotti, 29/08/2003, G.U. 29 agosto 2003, n. 200. G. Betta, D. Capriglione, N. Pasquino, EXPERIMENTAL INVESTIGATION ON WORKERS EXPOSURE TO ELECTROMAGNETIC FIELDS IN PROXIMITY OF MAGNETIC RESONANCE IMAGING SYSTEMS, Measurement, vol. 45 (2), 2012, pp. 199-206. G. Betta, D. Capriglione, G. Miele, HOW TO USE TRADITIONAL SPECTRUM ANALYZERS FOR CORRECT EVALUATION OF THE HUMAN EXPOSURE TO ELECTROMAGNETIC FIELDS GENERATED BY WIMAX DEVICES, Metrology and Measurement Systems, vol. 17, 2010, pp. 525-536.