Poslijediplomski doktorski studij elektrotehnike i ... · - OMEGA (10.2-13.6 kHz) i LORAN...
Transcript of Poslijediplomski doktorski studij elektrotehnike i ... · - OMEGA (10.2-13.6 kHz) i LORAN...
Mjerenje EM polja složenog valnog oblika
Poslijediplomski doktorski studij elektrotehnike i informacijske tehnologije, FESBKatedra za primjenu EM polja
Zlatko Živković, zn. novak
Sadržaj
• Biološki učinci• Izvori zračenja• Zaštitne norme• Mjerači EM polja• Predloženi detektor ovojnice signala
2
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 frekvencijskopodručje
f [Hz]
1 25 400 3k 100k 10M
FosfenaStimulacija
CNS PNS
Zagrijavanje
300
Prijelazno frekvencijsko područje (“Intermediate frequency range”)
4
Izvori zračenja (1)• Izloženost opće populacijeo indukcijske kuhinjske ploče (kuhala) - izobličene sinusoide i amplitudno modulirana EM polja - frekvencije nosioca su iznad 10 kHz (standardno 22 i 34 kHz) uz harmonike
i do nekoliko stotina kHz
5
Izvori zračenja (2)• Izloženost opće populacijeo 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 populacijeo monitori i TV uređaji- pilasti valni oblici- osnovna frekvencija 15-35 kHz uz harmonike do nekoliko stotina kHz
7
Izvori zračenja (4)• Izloženost opće populacijeo komunikacijski uređaji- OMEGA (10.2-13.6 kHz) i LORAN navigacijski sustavi (100 kHz) - standardni AM komunikacijski sustavi (535-1705 kHz)- amaterski komunikacijski uređaji (1.8-2 MHz)- VLF sustavi za podmornice (234 kHz)
8
Izvori zračenja (5)• Izloženost profesionalne populacije -
industrijao indukcijski i plazma grijači - AM polja modulacijske frekvencije 50 Hz, nosioca od nekoliko kHz do 27
MHz- iznimno visoka električna i magnetska polja o indukcijske peći - 280 Hz-7 kHzo dielektrični grijači- nekoliko MHz do 120 MHzo 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 -
medicinao MRI: - trapezoidna, pulsna i sinusna gradijentna magnetska polja- nekoliko desetaka Hz do nekoliko MHzo elektronički kirurški instrumenti: - AM polja modulacijske frekvencije 10-30 kHz uz nosilac 0.5-2.4 kHzo magnetska stimulacija kostiju- pulsna magnetska polja iznimno složenih valnih oblika
• Izloženost profesionalne populacije – vojskao komunikacijski sustavi za podmorniceo HF odašiljačio sustavi za napajanje i pulsnu modulaciju kod radara
10
Zaštitne norme - ICNIRPIC
NIR
P 19
98[3
]IC
NIR
P 20
10[4
]
10 MHz
01i
i i
AME
11
Mjerenje EM polja (1)• MJERAČI MAGNETSKIH POLJA NISKIH FREKVENCIJA
– detekcija polja svitkom
– Hallove sonde
indd ( ) d( ) ( ) d
d d A
tu t B t n At t
HH ( ) ( ) sinK Iu t B t
z
NARDA ELT 400 LAKESHOREGAUSSMETER 475
AARONIANF-5030
ETS LINDGRENHI-3637 VLF
12
Mjerni instrument
NARDAELT400
LAKESHOREGAUSSMETER 475
AARONIANF-5030
ETS-LINDGRENHI-3637 VLF
Detektor polja Svitak - 3D Hallova sonda - 1D Svitak - 3D Svitak - 3DOkvirna cijena (€) 4000 4000 1000 1000
Frekvencijski opseg 1 Hz - 400 kHz DC-20 kHz 1 Hz - 1 MHz
(proširivo do 30 MHz) 2-400 kHz
Dinamičko područje
70 nT - max. 226 mT(frekvencijski ovisno)
5 nT - 35 T(ovisno o sondi)
1 pT - 2 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 250 ms 10 ms (1 ms) 10 ms nema dostupnih podataka
True RMS DA DA DA DAFFT DA DA DA NE
Prikaz valnog oblikana osciloskopu
DA DA NE NE
13
Mjerenje EM polja (2)
Mjerenje EM polja (3)• MJERAČI ELEKTRIČNIH POLJA NISKIH FREKVENCIJA
– detekcija polja paralelnim pločama
– Pockelov efekt
NARDA EFA 300 SRICO 200-04 AARONIANF-5030
ETS LINDGRENHI-3604
ind 0d ( ) d( ) ( ) d
d d A
Q ti t E t n At t
t
i
1 1 sin2 2
I EI F
14
Mjerni instrument
NARDAEFA 300
AARONIANF-5030
ETS-LINDGRENHI-3604
SRICO 200-04
Detektor polja Svitak - 3DPloče - 3D
Svitak - 3DPloče - 1D
Svitak - 1DPloče - 1D Optička sonda - 1D
Okvirna cijena (€) 13000 1000 4000 nema dostupnih
podatakaFrekvencijski opseg 5 Hz - 32 kHz 1 Hz - 1 MHz 30 - 2000 Hz 10 Hz - 1 GHz
Dinamičko područje
1 V/m - 100 kV/m100 nT - 32 mT 0.1 V/m - 20 kV/m 1 V/m - 200 kV/m
20 nT - 2 mT 10 V/m - 10 kV/m
Frekvencija uzorkovanja
nema dostupnih podataka 65 MHz nema dostupnih
podatakanema dostupnih
podataka
Mjerni interval 250 ms 10 ms nema dostupnih podataka
nema dostupnih podataka
True RMS DA DA DA DAFFT DA DA NE NEPrikaz valnog oblikana osciloskopu
NE NE DA NE
15
Mjerenje EM polja (4)
16
Mjerenje EM polja (5)ŠIROKOPOJASNE SONDE ZA MJERENJE ELEKTRIČNOG POLJA
Diodna detekcija (standardna i kompenzirana) Detekcija termočlankom
Kombinirana detekcija Frekvencijski selektivne sonde
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 područjeo dobra osjetljivost uz visoki prag uništenjao pouzdano mjerenje RMS vrijednosti polja
bez obzira na valni oblik mjerenog poljao svi ostali parametri signala, uključujući i
vršnu vrijednost ostaju nepoznati
17
Pogreška sonde
0HF
ef
20log2UU
Σ0dcA DLQ
A Σ0dc ef
4 ( )10log 20log2UC C
C U U
-4
-2
0
2
4
6
8
10
0.1 1 10 100 1000
Erro
r [dB
]
TD [μs]
2 V/m5 V/m10 V/m20 V/m50 V/m81.6 V/m
-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
0.1 1 10 100 1000
Erro
r [dB
]
TD [μs]
2 V/m5 V/m10 V/m20 V/m50 V/m61.4 V/m
-3
-1
1
3
5
7
9
0.1 1 10 100 1000
Erro
r [dB
]
TD [μs]
2 V/m5 V/m10 V/m20 V/m50 V/m67.4 V/m
-2-10123456789
0.1 1 10 100 1000
Erro
r [dB
]
TD [μs]
2 V/m5 V/m10 V/m20 V/m50 V/m
-3-2-10123456
0.1 1 10 100 1000
Erro
r [dB
]
TD [μs]
2 V/m5 V/m10 V/m20 V/m50 V/m61.4 V/m
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
0.1 1 10 100 1000Erro
r [dB
]
TD [μs]
2 V/m5 V/m10 V/m20 V/m50 V/m61.4 V/m
-4
-2
0
2
4
6
8
0.1 1 10 100 1000
Err
or [d
B]
TD [µs]
2 V/m5 V/m10 V/m20 V/m50 V/m61.4 V/m
-1-0.8-0.6-0.4-0.2
00.20.40.60.8
1
0.1 1 10 100 1000
Erro
r [dB
]
TD [μs]
0.026 A/m0.053 A/m0.132 A/m0.215 A/m
NARDA EF 0392 NARDA EF 1891 PMM EP300
PMM EP408 PMM EP600
PMM EP408 PMM HP102
PMM EP330
18
Razvoj sonde – detekcija ovojnice2 2 2
2 A D0D 0 2 2 2
1 D0 A D
21A2
D0 0 0 2 2 2 2 2 21 D0 A D D0 A D2
2 2D0 A D
0 0
( )1 ( ) 4
1 ( ) 1 ( )
1 1 ( ) cos ( )2
nk
kk k
nn
i ji j
i i jji j
i j i j
i j
C ru t Ur C C
Cr U U
r C C r C C
r C C t
U U
2D0 A A D
2 2 2 2 2 2D0 A D D0 A D
( )1 ( ) 1 ( )
1 ( ) sin ( ) .2
i j
i j
i j i j
r C C Cr C C r C C
t
2D 0( ) ( )u t K U t
2D ef( ) 2u t K u
0 1 2x 10-4
-0.01
-0.005
0
0.005
0.01
u oc(t)
0 1 2x 10-4
-0.5
0
0.5
1
1.5x 10-4
u det(t)
t [s]
19
Razvoj sonde – režim malih signala
DVOSTRANI DETEKTOR
20
Razvoj prototipa
21
HVALA NA PAŽNJI!
22