La strumentazione per il monitoraggio ed il controllo dei valori di campo elettromagnetico in Sicilia. Esperienza di collaudo dell Arpa Sicilia. Conti, A. (1) Mazzola, M. (2) INTRODUZIONE L esperienza riportata in questo lavoro rappresenta il naturale prosieguo di quanto condotto dai colleghi dell Arpa Sicilia con il Progetto POR relativo al monitoraggio dei campi elettromagnetici. Come è noto ormai l Arpa Sicilia è stata istituita con legge regionale nel 2001 e, nell ambito degli impegni di sviluppo portati avanti, certamente un ruolo di rilievo ha rappresentato l attenzione posta alla necessità di fornire di una dotazione strumentale aggiornata i nove Dipartimenti Provinciali. Così, data la grande attenzione posta dalle organizzazione scientifiche, dai mass media, e - non ultima - dalla popolazione, alla problematica riguardante le sorgenti di campo elettromagnetico (sempre più diffuse nei nostri ambienti di vita), nell ambito dei vari progetti di sviluppo portati avanti, uno dei primi passi è stato l aggiornamento e l implementazione della dotazione di strumenti per il controllo e il monitoraggio dei campi elettromagnetici. Tra il 2004 e il 2005, quindi, il progetto per il monitoraggio dei campi elettromagnetici ha previsto le fasi di indagine di mercato, stesura del progetto, gara e aggiudicazione e, infine, il collaudo. Sono stati collaudati, in tutto 123 strumenti tra strumenti per misure a banda larga, centraline di monitoraggio, analizzatori di spettro, accessori vari e una cella G-Tem. IMPOSTAZIONE DEL LAVORO L impostazione del lavoro è stata una parte preliminare molto importante nella preparazione della procedura di collaudo della strumentazione. In una prima fase, vi è stato lo studio del capitolato tecnico d appalto. In questa fase sono state prese in esame le caratteristiche tecniche richieste -dai progettisti - alla strumentazione da collaudare, nonché gli elenchi e le tipologie di strumentazione. Tali operazioni sono state propedeutiche sia alla predisposizione di un apposito formato di schede di collaudo sia, preliminarmente, alla proiezione dei tempi necessari al collaudo. Per il collaudo, infatti, si è scelto di operare direttamente presso i vari Dipartimenti provinciali. Ciò ovviamente comportava lo spostamento dei collaudatori e la necessità di prevedere i tempi del collaudo al fine di consentire, secondo un vero e proprio cronoprogramma, ai vari Dipartimenti di potere organizzare la presenza dei Referenti dei reparti interessati. A questo scopo è stato necessario conoscere quale fosse la distribuzione della dotazione strumentale ai vari Dipartimenti; una stima dei tempi del collaudo per ogni singolo strumento è stata effettuata sulla base dell esperienza dei collaudatori e alla luce della scelta prioritaria di effettuare il collaudo su ogni singolo strumento evitando, per questioni di opportunità, la scelta di operare un collaudo di tipo a campione. In tal modo, prima di partire con le operazioni di collaudo, lo schema della tempistica che sarebbe stata impiegata era quello riportato in Tabella A. (1) Dott. Antonio Conti - ARPA Sicilia - ST V Agenti Fisici - Direzione Generale C.so Calatafimi, 219 Palermo antonio.conti23@libero.it (2) Arch. Mariano Mazzola ARPA Sicilia - Direzione Generale Via Ugo La Malfa, 169 - Palermo - 1 -
Tabella A schema delle previsioni di tempi per il collaudo N. di sistemi in totale Tempo previsto per ogni unità di strumento (minuti) Tempo totale previsto per la quantità di strumenti disponibile (minuti) Sistemi portatili BL 21 15 315 Centraline 80 60 4800 Analizz palmari 9 60 540 Decodificatore di segnale 9 20 180 Analizz portatili 2 90 180 Cella G_TEM + Gen Radiofr 1 1440 1440 Totale (minuti) 7455 Totale (ore) 124.25 Totale gg lav 13.8 Tutti i tempi ipotizzati per il collaudo sono stati stimati in eccesso per tenere contro di eventuali imprevisti e di tempi tecnici necessari (stampa dei verbali ecc ). Per quanto riguarda le tabelle di valutazione della strumentazione in collaudo, non è stato ritenuto opportuno utilizzare un sistema che prevedesse delle schede con attribuzioni numeriche di tipo a punti perché tale sistema è stato ritenuto eccessivamente sintetico e non consente di potere illustrare, per i diversi casi che si possono presentare, i dettagli dei risultati dei controlli effettuati. Uno schema della tabella di valutazione utilizzata è riportato in figura 1. Fig. 1 Uno schema della tabella di valutazione utilizzata, predisposta per le operazioni di collaudo. Per ogni Dipartimento Provinciale le operazioni di collaudo sono iniziate con il collaudo delle centraline. Va osservato che, poiché era stato segnalato con particolare attenzione, da parte del Rappresentante della Ditta, di non inserire le schede telefoniche ( SIM ) quando la centralina è accesa, è stato predisposto appositamente un bollino di segnalazione con l indicazione di collaudo dell ARPA Sicilia, come illustrato in figura 2. inserire la SIM solo a centralina SPENTA. Collaudo ARPA SICILIA Fig. 2 bollino di segnalazione con l indicazione di collaudo dell ARPA Sicilia. - 2 -
LE OPERAZIONI DI COLLAUDO Durante le operazioni di collaudo sono stati confrontati i dati delle misure effettuate con le centraline con quelli misurati con la preesistente (benché minima) strumentazione per misure a banda larga, presente presso alcuni Dipartimenti. Inoltre, i valori delle misure di campo elettrico effettuate con le centraline sono stati confrontati anche con la strumentazione a banda larga in collaudo, in modo da avere anche una sorta di controllo di autoconsistenza dei dati misurati, in considerazione anche del fatto che tutta la strumentazione acquistata era fornita di certificazione SIT. I valori misurati sono stati trovati sempre in ottimo accordo reciproco, entro le incertezze sperimentali solitamente attribuibili a questo tipo di misurazioni. Alcuni aspetti tecnici, relativamente alle strategie di utilizzo della strumentazione, sono maturati sul campo durante le operazioni di collaudo. In particolare, nel caso dell utilizzo delle centraline, ad un certo punto sembrava che si fosse inaspettatamente interrotta la possibilità di comunicazione tra il centro di controllo (PC + modem GSM) e le centraline in collaudo. Dopo una serie di riflessioni e di verifiche, è stato possibile accertare che era sopraggiunto nelle schede sim un messaggio di tipo sms per indicare il prossimo esaurirsi del credito. Di ciò ci si è accorti inserendo le sim utilizzate in un comune telefono cellulare. Analogamente, nel seguito, si è osservato che bisogna disattivare la richiesta di codice PIN che altrimenti blocca la possibilità di comunicazione tra il centro di controllo e le centraline. I valori delle misure effettuate a banda larga, sono stati confrontati anche con i valori delle misure effettuate con la strumentazione a banda stretta (analizzatore portatile palmare collegato a PC). La strumentazione a banda stretta in dotazione ad ogni Dipartimento Provinciale consiste in un analizzatore portatile collegato ad un PC. Il sistema è dotato di un software per automatizzare e guidare le operazioni di analisi anche per utenti meno esperti. Il sistema restituisce, alla fine, anche un report completo delle misure effettuate. Un esempio del report è illustrato in figura 3. Fig. 3 Esempio di report automatico generato dal software di analisi in banda stretta che guida le operazioni da effettuare con l analizzatore di spettro. Particolare attenzione ha richiesto, naturalmente, il collaudo della cella G -Tem in dotazione al Dipartimento ARPA di Palermo. Il piano di azione principale, ovviamente, è consistito nel verificare il piano di omogeneità all interno della cella. Per fare ciò si è stabilito un piano di misure utilizzando una delle sonde per misura di campo elettrico a banda larga, i tre amplificatori in dotazione e un antenna biconica. Lo schema delle misure effettuate è riportato in figura 4: - 3 -
piano di omogeneità della cella (vista sezione laterale) piano di omogeneità della cella (vista frontale con griglia scelta) 1 8 4 7 5 6 2 9 3 Fig. 4 Schema delle misure sul piano di omogeneità della cella G-Tem. I numeri riportati nella vista frontale, indicano la griglia delle misure effettuate. (Rif. Scelta griglia a 9 punti: IEC 61000-4-2) In tabella B sono riportati i valori delle misure effettuate in corrispondenza dei punti indicati in figura. TABELLA B valori di campo elettrico misurati all interno della cella G-Tem Punto griglia 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Misura campo 2,00 2,21 1,75 1,72 2,04 1,81 1,91 2,15 1,84 Media ± dev.st. = 1,94 V/m ± 0,17 V/m Come si può vedere dai risultati riportati in tabella, i valori risultano ampiamente confrontabili, entro le tolleranze sperimentali, considerando anche l incertezza nel posizionamento del sensore all interno della cella. 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0-35 -30-25 -20-15 -10-5 0 potenza misurata (m) (a) a 100 MHz - Ampl_1 a 100 MHz - 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0-40 -30-20 -10 0 potenza misurata (m) (b) a 900 MHz - a 900 MHz - Ampl_3-4 -
Fig. 5 Misure di campo elettrico all interno della cella per verifica degli amplificatori. Le misure sono state realizzate alle frequenze di 100 MHz (a) e 900 MHz (b). Altra prova è stata effettuata con misure di potenza per valutare l autoconsistenza degli amplificatori in dotazione. Sono state, quindi, effettuate delle misure di potenza a due frequenze, rispettivamente 100 MHz e 900 MHz, utilizzando i tre amplificatori in dotazione aventi i seguenti ranges di frequenze disponibili: Ampl_1(freq da 300 khz a 100 MHz), (freq. da 100 MHz a 900 MHz) e Ampl_3 (freq. da 0,8 a 3,0 GHz). Sono state così confrontate le misure effettuate a 100 MHz con gli Ampl. 1 e 2 e le misure effettuate a 900 MHz con gli amplificatori 2 e 3. I risultati sono riportati in figura 5. Come si può vedere dai risultati riportati in figura, i valori del campo elettrico misurato risultano esattamente sovrapponibili nel caso delle misure effettuate con gli amplificatori 1 e 2; un lieve spostamento nel valore della potenza misurata con gli amplificatori 2 e 3 è naturale conseguenza del fatto che le misure sono state effettuate, per questi due amplificatori, in differenti condizioni di guadagno e di attenuatori (mentre gli amplificatori 1 e 2 hanno lo stesso guadagno e nel caso di misure effettuate con questi è stato utilizzato lo stesso attenuatore). I valori misurati sono riportati, per completezza, in tabella C. TABELLA C misure del campo elettrico all interno della cella -confronto con i tre amplificatori. (freq = 900 MHz) a 900 MHz (freq = 900 MHz) a 900 MHz Ampl_3-31,67 1,35-33,9 1,04-21,69 4,28-24,47 3,11-11,72 13,58-14,51 9,83-1,93 41,84-4,47 31,3 (freq = 100 MHz) a 100 MHz Ampl_1 (freq = 100 MHz) a 100 MHz -30,78 1,4-30,67 1,41-20,79 4,42-20,73 4,47-10,8 14,02-10,74 14,23-0,9 43,29-0,95 44,35 Nel prossimo futuro si prevede un utilizzo della cella G-Tem, ai fini di realizzare un vero e proprio piano di controlli di qualità, sulla strumentazione di misura a banda larga di cui si è dotata ARPA Sicilia, che vedrà l organizzazione di una serie di verifiche delle tarature con frequenze periodiche, in modo da migliorare la qualità delle misure condotte. Infatti, tra una taratura e la successiva intercorrono, in genere, 2 anni. Con l utilizzo della cella G-Tem si potranno effettuare delle misure di verifica con frequenza maggiore e, pertanto, si garantirà maggiormente anche la manutenzione della strumentazione recentemente acquistata. CONCLUSIONI In conclusione, è stato effettuato il collaudo degli strumenti di misura a banda larga e stretta acquistati da ARPA Sicilia nell ambito del POR 2000-2006. Sono stati collaudati, in tutto 123 strumenti tra strumenti per misure a banda larga, centraline di monitoraggio, analizzatori di spettro, accessori vari e una cella G-Tem. Particolare attenzione è stata rivolta all impostazione del lavoro preparatorio perché, data la quantità di strumenti da collaudare, un attenta pianificazione del lavoro da svolgere era una delle basi fondamentali per potere condurre un lavoro il più accurato possibile. Attenzione particolare è stata rivolta al collaudo della cella G-Tem che troverà grande impiego nell ambito di un piano di garanzia della qualità all interno dell Agenzia. Nella figura 6 è schematizzata la distribuzione della strumentazione collaudata, nei nove Dipartimenti Provinciali. - 5 -
6 CNTR 19 CNTR 1 A_SP 1 GT 4 CNTR 3 SP_BL 11 CNTR 7 CNTR 4 SP_BL 16 CNTR 1 A_SP_ 4 CNTR 6 CNTR 7 CNTR Legenda: SP_BL = sistemi portatili a banda larga; CNTR = centraline; AP_PC = analizzatore di spettro portatile con sistema guidato da PC ICM = ricevitore per la demodulazione segnale audio - video; A_SP = analizzatore di spettro per analisi fini ; GT = cella G-Tem Fig. 6 Distribuzione della strumentazione collaudata, nei nove Dipartimenti Provinciali dell ARPA Sicilia RINGRAZIAMENTI Gli autori desiderano ringraziare la Direzione Generale ARPA Sicilia per l opportunità offerta, i colleghi che hanno curato e redatto il Progetto POR per la Rete di monitoraggio dei campi elettromagnetici i colleghi dei Dipartimenti che hanno offerto la loro fattiva collaborazione durante le operazioni di collaudo e il Sig. Jan Bulli Wilkinson della Ditta fornitrice per la professionalità, la disponibilità e l attenzione dimostrate durante tutte le operazioni di collaudo. Un ringraziamento va anche al Dr. Gaetano Licitra (Arpa Toscana) per le utili discussioni e al Prof. S. Barbarino (Università di Catania) per le utili pubblicazioni messe a disposizione per la consultazione. BIBLIOGRAFIA G. Calò, A. D Orazio, M. De Sario, L. Mescia, V. Petruzzelli, F. Prudenzano: Progetto e realizzazione di una cella gtem per esperimenti dosimetrici ANPA : Guida tecnica per la misura dei campi elettromagnetici compresi nell intervallo di frequenza 100 khz 3 ghz in riferimento all esposizione della popolazione (RTI CTN_AGF 1/2000) Clemens Icheln: The construction and application of a Gtem cell - Master s thesis - Thecnical University of Hamburg PING HUI Application of gtem cells to wireless communication transceiver designs -Microwave Journal Max W. Muterspaugh Measurement of Indoor Antennas using GTEM Cell WAM 11.6 - Thomson, Indianapolis, Indiana Max W. Muterspaugh - Measurement of Indoor Antennas using GTEM Cell - IEEE Transactions on Consumer Electronics, Vol. 49, No. 3, AUGUST 2003 D. Bozec, L. M. McCormack and A. C. Marvin A. Nothofer and M.J. Alexander - A good practice guide for the use of GTEM cells in EMC measurements according to IEC6 1000-4-20 - - 6 -