Direttiva Europea 2013-35-EU Strumentazione conforme alla direttiva:

Direttiva Europea 2013-35-EU
Strumentazione conforme alla direttiva:
Dettagli teorico-pratici
Mirco Scotto
Narda Safety Test Solutions s.r.l.
31 Maggio 2016
Azienda Narda
1990: PMM8051
2015: KIT2013-35
2013-35-EU: esempi di applicazione
Lo spettro elettromagnetico
Non-ionizzanti
Static
field
Lunghezza d‘onda 100.000 km
Frequenza
Forno
microonde
Frequenza di rete
100 km
ELF
3Hz
50/60Hz 3kHz
1 km
HF/RF
300kHz
1m
CO2
laser
1 mm
Microwave
300MHz
780 nm
Infrared
300GHz
Light
Campo magnetico
terrestre
Ionizzanti
10 nm
UV
X-ray
3*1016Hz
2013-35-EU: la guida pratica
Il misuratore di campi
È importante conoscerne le caratteristiche
Sensore isotropico
Sistemi per taratura
Estratto dalla guida:
Valori Limite di Esposizione
I Valori Limite di Esposizione sono espressi come campi elettrici
interni e non possono essere facilmente misurati o calcolati
Livelli di Azione: esempio tab. B1
effetti termici
Sono i valori di campo ambientale, quindi misurabili, che, se non
superati, garantiscono il non superamento dei valori limite di
esposizione
Livelli di Azione: esempio tab. B1
effetti termici
La gamma di frequenze è estremamente ampia, il valore del livello di
azione dipende dalla frequenza.
Per rapportare il campo misurato al livello di azione pertinente
dovremo conoscere o rilevare la frequenza del campo stesso.
Effetti termici e non termici
I diversi effetti considerati richiedono l’uso di strumenti con diverse
caratteristiche di base e di elaborazione dei segnali.
Gamma dinamica
La capacità di misurare
sia campi relativamente
deboli che molto intensi
(ampia dinamica totale)
consente di rapportare la
misura ad entrambi i
livelli di azione oltre che
ai valori definiti per i
lavoratori
particolarmente a rischio
e la popolazione in
genere (pubblico)
Strumentazione
La scelta della strumentazione
Conoscenza delle sorgenti
Da considerare:
• Livelli di azione applicabili
• Frequenza, livello, durata e tipo dell’esposizione (inclusa la
distribuzione dei campi nello spazio e nel corpo del lavoratore)
• Esposizione a sorgenti multiple ed esposizione simultanea a
campi di frequenze diverse
• Effettuare mappature del campo e medie spaziali
• Valutare le esposizioni non uniformi
• Considerare sia gli effetti elettrici (non termici) che quelli termici
nella gamma da 100 kHz a 10MHz
• Eseguire sommatorie per la valutazione dell’esposizione ai campi
RF multifrequenza
• Applicare il metodo del picco ponderato per l’esposizione ai
campi multifrequenza o a forme d’onda non sinusoidali alle basse
frequenze
Gamme di frequenza dei livelli di
azione
I Livelli di Azione della direttiva
Effetti Termici:
•
•
LA termici, 100 kHz-300 GHz, campo E e induzione magnetica : Tabella B1
LA termici, 100 kHz-110 MHz, correnti di contatto e correnti indotte negli arti: Tabella B2
Effetti Non Termici:
•
•
•
•
LA non termici, 1Hz-10 MHz, campo Elettrico : Tabella B1
LA non termici, 1Hz-10 MHz, induzione magnetica: Tabella B2
LA non termici, fino a 10 MHz, correnti di contatto: Tabella B3
LA non termici, campi magnetici statici, induzione magnetica: Tabella B4
Effetti Termici
L’effetto che viene considerato è il riscaldamento dei tessuti che dipende
dall’energia ad alta frequenza assorbita dall’organismo.
L’innalzamento della temperatura non è immediato per cui, salvo casi
particolari, non abbiamo la necessità di conoscere la forma d’onda del
campo o analizzare variazioni rapide di breve durata.
La coscienza della frequenza e dell’intensità di campo mediata su 6 minuti
è spesso sufficiente.
Effetti Termici, LA tab. B1
In condizioni di campo lontano la
misura del campo elettrico è
sufficiente.
In questo caso l’induzione magnetica e
la densità di potenza possono essere
calcolate (spesso lo fa lo strumento)
sulla base dell’impedenza
caratteristica (Z=377 Ω).
La minima distanza dalla sorgente per
cui siano soddisfatte le condizioni di
campo lontano dipende dalla
frequenza (e dalle caratteristiche
fisiche della sorgente).
Un’idea approssimativa della distanza
dalla sorgente in cui le condizioni di
campo lontano sono soddisfatte è data
dalla lunghezza d’onda del campo
(λ= c/f).
Es. a 1 GHz, λ=30 cm
Es. a 27 MHz, λ = circa 11 m
Effetti Termici, Tab.B1, campo
elettrico
Considerazioni per le frequenze inferiori:
• Il Livello di azione fino a 1 MHz è molto elevato (610 V/m)
• Siamo normalmente in condizioni di campo vicino (serve misurare
anche il campo magnetico).
• Fino a 10 MHz è necessario considerare anche gli effetti non termici
La miglior soluzione è un analizzatore isotropico selettivo per campo E
ed H.
Considerazioni per le frequenze
più elevate:
• La frequenza può essere
determinata dalle specifiche
della sorgente di campo.
• Oltre 2 GHz, il livello
d’azione è costante a 140
V/m (non è necessario
conoscere la frequenza).
• Se non conosciamo la
frequenza, possiamo
determinare il non
superamento del limite
utilizzando il livello d’azione
più basso (61 V/m).
• Siamo probabilmente in
campo lontano: la misura di
E è sufficiente
La sonda isotropica a larga
banda è una soluzione di
misura semplice ed economica
Soluzioni di misura
Misuratore portatile di campi
elettromagnetici:
•
•
•
•
•
Medie su 6 minuti e definibili
Medie spaziali
Data logger incorporato
Ampia gamma di sonde isotropiche
fino a 40 GHz
Sonde di campo magnetico fino a 1
GHz
Esempi di configurazione:
• 8053B + EP745 campo E
•
•
100kHz - 7 GHz
0,35 – 450 V/m
• 8053B + HP102 campo H
•
•
30MHz – 1 GHz
0,01 – 20 A/m (0,012 - 25µT)
Soluzioni di misura campo E
PMM 8053B con sonde di campo elettrico a banda larga
Soluzioni di misura campo H
PMM 8053B con sonda di campo magnetico a banda larga
Sonde a banda larga
L’utilizzo di sonde a banda larga è particolarmente semplice ed economico.
Il risultato tiene conto di tutte le componenti in frequenza entro la banda di
funzionamento della sonda ma non fornisce informazioni relative alla frequenza
del campo.
La procedura più cautelativa, per escludere superamenti del livello di azione, è
quella di rapportare la lettura al livello di azione più basso entro la banda
misurata (es. 61 V/m per la EP-745).
La direttiva prevede la misura dei campi in assenza del lavoratore.
L’utilizzo di un ripetitore ottico (OR03) consente la gestione della misura da
remoto tramite una connessione in fibra ottica.
Casi particolari
In caso di campi RF a gradiente elevato dove fosse necessaria la mappatura
del campo su volumi particolarmente ristretti la dimensione fisica della sonda in
uso riveste notevole importanza.
Dalla guida:
Anche la sonda EP-201, il cui sensore occupa uno spazio
sferico di 3mm, può essere collegata al misuratore
8053B.
Analizzatore di campi RF selettivo
L’analizzatore di campi SRM
3006 fornisce analisi dettagliate
delle componenti spettrali in
radiofrequenza fino a 6 GHz e
funzioni di valutazione
automatiche
Antenna tri-assiale montata su
analizzatore selettivo che pilota la
scansione in sequenza dei tre assi
e produce automaticamente il
risultato isotropico
Effetti Termici, Tab.B1, campo
elettrico e campo magnetico
Considerazioni per le frequenze inferiori:
• Il Livello di azione fino a 1 MHz è molto elevato (610 V/m)
• Siamo normalmente in condizioni di campo vicino (serve misurare
anche il campo magnetico).
• Fino a 10 MHz è necessario considerare anche gli effetti non termici
La miglior soluzione è un analizzatore isotropico selettivo per campo E
ed H.
EHP-200A
Effetti Termici, Tab.B1,
da 100 kHz a 30 MHz
L’analizzatore di campi elettrici e magnetici EHP-200A
può essere collegato al misuratore portatile 8053B o
ad un personal computer.
Il collegamento avviene tramite fibra ottica in modo da
non perturbare il campo e non influenzare l’isotropia
dei sensori.
Le sei facce del contenitore cubico di circa 10 cm di
lato corrispondono ad altrettanti sensori (3 di campo
elettrico e 3 di campo magnetico).
Lo stesso contenitore ospita il modulo per l’analisi dello
spettro in frequenza e batterie ricaricabili di lunga
durata.
L’analizzatore effettua misure nella banda di frequenze
da 9kHz a 30 MHz dove, specialmente in ambito
industriale, ci si trova quasi esclusivamente in
condizioni di campo vicino e quindi nella necessità di
misurare sia il campo elettrico che quello magnetico.
Effetti Termici, Tab.B1, campo
elettrico
La combinazione di EHP-200 e sonda a larga banda di campo elettrico è la
soluzione ottimale per la valutazione dell’esposizione al campo E per gli effetti
termici.
Effetti Termici, Tab.B1, campo
magnetico
La combinazione di EHP-200 e sonda a larga banda di campo magnetico è la
soluzione ottimale per la valutazione dell’esposizione al campo H per gli effetti
termici.
Note alla tabella B1 effetti termici
Le note alle tabelle dei valori di azione della direttiva richiedono la verifica
dell’indice di esposizione totale nel caso di campi multifrequenza:
Formula di calcolo della
sommatoria indicata nella
guida pratica
Note alla tabella B1 effetti termici
L’analisi spettrale effettuata dai misuratori selettivi, come EHP-200, fornisce l’intensità di
campo delle singole componenti spettrali.
L’indice di esposizione viene calcolato tenendo conto di tutte le componenti:
Il software in dotazione esegue il calcolo automaticamente in base al limite selezionato
Effetti non termici
electric fields
magnetic fields
Sono effetti di stimolazione dei tessuti muscolari, nervosi e di organi
sensoriali che, superate determinate soglie di campo, si manifestano
istantaneamente.
A differenza dagli effetti termici questi si manifestano alle frequenze più
basse fino ad un massimo di 10 MHz.
Essendo effetti istantanei, è necessario tenere in considerazione anche
eventi di breve durata affinché i valori indicati non vengano mai superati e
non vengono quindi considerate le medie temporali tipiche degli effetti
termici
LA per effetti non termici, campo
elettrico, 1Hz-10MHz
I livelli indicati sono
i valori efficaci di
campi con forma
d’onda sinusoidale.
Anche in questo
caso, il livello di
azione dipende
dalla frequenza.
Per forme d’onda
non sinusoidali
viene richiesto il
metodo del picco
ponderato.
LA per effetti non termici, campo
magnetico, 1Hz-10MHz
I livelli indicati sono
i valori efficaci di
campi con forma
d’onda sinusoidale.
Anche in questo
caso, il livello di
azione dipende
dalla frequenza.
Per forme d’onda
non sinusoidali
viene richiesto il
metodo del picco
ponderato.
LA per effetti non termici, campo elettrico e
campo magnetico, 1Hz-10MHz
Un segnale sinusoidale (singola frequenza) può essere facilmente
rapportato al livello d’azione. Forme d’onda diverse richiedono tecniche
particolari.
Formula delle frequenze diverse
Il metodo alternativo al
Picco Ponderato si basa
sulla sommatoria delle
componenti spettrali
rapportate al livello di
azione pertinente.
Tale metodo è semplice
da utilizzare ma spesso
non adeguato in quanto,
non considerando la
relazione di fase tra le
componenti, può dar
luogo ad un risultato
eccessivamente
cautelativo
Formula delle frequenze multiple
Sommatoria delle componenti negli
analizzatori Narda
Il software in dotazione agli analizzatori di campo selettivi Narda come quelli della
famiglia EHP-50 ed EHP-200, offre la funzione di sommatoria delle componenti
rapportate al limite per diversi standard di riferimento
La fase dell’onda sinusoidale
Segnali coerenti e incoerenti
2.5
2
1.5
1
0.5
0
-0.5
-1
-1.5
-2
-2.5
2
1.5
1
0.5
0
-0.5
-1
-1.5
-2
Stesso contenuto spettrale. La forma d’onda risultante cambia a seconda
della fase relativa tra le componenti
Forme d’onda non sinusoidali,
coerenti
L’importanza delle relazioni di fase
2013-35-EU
Il metodo del Picco Ponderato
I Livelli di Azione possono essere visti sotto due differenti aspetti:
- dipendenza della curva (limite) dalla frequenza
- dipendenza della curva dall’intensità di campo
Queste due caratteristiche possono essere considerate separatamente.
Dipendenza dalla frequenza:
Descrive il grado per cui il campo ad una data frequenza f1 differisce da quello
di una frequenza f2 affinché entrambi i valori corrispondano al limite.
Tale curva di «attenuazione» viene riprodotta, con il metodo del picco
ponderato, da una serie di filtri.
Le brusche transizioni della curva vengono «ammorbidite» dal filtro che produrrà così
una certa differenza dal grafico ottenuto sulla base delle tabelle dei limiti. Tale effetto è
accettato in quanto considerato più rappresentativo dell’effetto biologico dell’esposizione.
Approssimazione del filtro
Il metodo del Picco Ponderato
Dipendenza dalla frequenza:
Esempio:
• i limiti a 50Hz e 150Hz (ICNIRP ‘98) sono di 100 uT e 33,3 uT, ossia, i valori
differiscono di un fattore 3.
• Se il campo a 50 Hz viene attenuato dal filtro, durante la misura, di un
fattore 3 paragonato al campo a 150Hz, entrambi i valori visualizzati
all’uscita del filtro saranno uguali al raggiungimento del valore limite
• In questo caso la misura della frequenza non è richiesta in quanto il filtro
converte l’informazione frequenza nell’attenuazione appropriata.
Viene quindi superata la difficoltà di determinare la frequenza di un segnale con
forma d’onda non sinusoidale o non nota.
Il metodo del Picco Ponderato
Dipendenza dal livello:
Appropriati fattori di scala vengono applicati affinché lo strumento di misura
indichi il 100% al raggiungimento del limite. L’indicazione è quindi in % del
limite di riferimento.
Transfer- Funktion (STD)
1,E+03
1,E+02
1,E+01
1,E+00
1,E-01
1,E-02
1,E-03
1E+0
10E+0
100E+0
1E+3
10E+3
Schema a blocchi di un misuratore con funzione di Picco Ponderato (Narda ELT-400)
100E+3
1E+6
Narda ELT-400
Fasi di calcolo del picco ponderato
Esempio di differenza dei risultati
La soluzione Narda:
EHP-50G
EHP-50G: l’evoluzione
EHP-50G
Analizzatore di campi E e H da 1Hz a 400kHz,
Sensori di campo Elettrico e Magnetico incorporati
in un cubo di 10cm di lato
Scansione simultanea dei 3 assi (X, Y, Z)
Misure a Larga Banda e Selettive con funzione di
analisi spettrale
Misure col metodo del picco ponderato
Memoria interna per funzionamento autonomo sulle
24 ore
EHP-50E analizzatore di campi elettrici e
magnetici
Stessa flessibilità di configurazione dei modelli
precedenti:
Stand alone (funzionamento autonomo senza connessioni)
Collegamento a 8053B
Collegamento a PC (sw applicativo in dotazione)
Nuove funzioni di valutazione dell’esposizione a
campi multi-frequenza
Valutazione dell’esposizione ai campi multifrequenza
Limiti ICNIRP 98 e ICNIRP 2010
Funzione del Picco Ponderato
Misuratore selettivo, campo E e H, bassa frequenza
Modalità operative
Connessioni in fibra ottica per non perturbare il campo
• Utilizzo con misuratore palmare per impostazione, visualizzazione e memorizzazione
• Funzionamento “stand alone” con data logger interno
• Connessione in fibra a PC per analisi e funzioni aggiuntive
Impostazioni modalità Stand alone
Misura visualizzata dal misuratore
palmare
Misura visualizzata sul PC
Software in dotazione EHP-TS
EHP-50G opzione Picco Ponderato
Registrazione nel tempo della misura di Picco Ponderato
VLE, campi magnetici statici, Tab. A1
Specifiche preliminari:
Gamma di frequenze: da DC a 1kHz
Dinamica: da 200µT a 8T (92 dB)
Sensore di campo: tre sensori ortogonali ad effetto Hall Principio di misura: FFT
Funzioni di misura: Risultato isotropico e X,Y,Z con acquisizione
simultanea, Misura a larga banda con Fstop selezionabile,
Funzioni di media, modalità Monitor e Data Logger
Interfacciabile con: PC, 8053B, NBM (fibra ottica fino a 50m)
Dimensioni: sensore: 9mm (dimetro) x 143 mm, corpo
principale: 43 mm (diametro) x 55 mm.
Peso: 150 g
Narda HP-01
Livello di azione, campi magnetici
statici, Tab. B4
Specifiche preliminari:
Gamma di frequenze: da DC a 1kHz
Dinamica: da 200µT a 8T (92 dB)
Sensore di campo: tre sensori ortogonali ad effetto Hall Principio di misura: FFT
Funzioni di misura: Risultato isotropico e X,Y,Z con acquisizione
simultanea, Misura a larga banda con Fstop selezionabile,
Funzioni di media, modalità Monitor e Data Logger
Interfacciabile con: PC, 8053B, NBM (fibra ottica fino a 50m)
Dimensioni: sensore: 9mm (dimetro) x 143 mm, corpo
principale: 43 mm (diametro) x 55 mm.
Peso: 150 g
Narda HP-01
La soluzione KIT 2013/35
Alta e bassa frequenza in un’unica soluzione in kit
Misuratore con display grafico per visualizzare
anche l’analisi spettrale in bassa frequenza con
funzione Marker
Varie funzioni Data Logger e memorizzazione
immagini spettrali
Sensore RF a larga banda (E) da 100kHz a 7GHz
Sensore ELF selettivo (E e H) da 1Hz a 400kHz
mod. EHP-50G
Software per scaricamento dati a PC
Possibilità di sensori aggiuntivi fino a 40GHz
Completo di valigia e accessori ad un prezzo
estremamente conveniente.
Il misuratore 8053 con le oltre 2500 unità vendute è
diventato lo strumento di riferimento per molti
gestori, società di consulenza e organismi di
controllo.
Personal Monitors
Siete sicuri?
Entrereste senza un Gas Monitor?
Lavorereste con un martello pneumatico senza protezione acustica?
Salireste su un sito di antenne senza un dispositivo di allarme per I
campi elettromagnetici?
Parlare un linguaggio immediato
137 V/m @ 2 GHz
61 V/m @ 10 MHz
100 V/m @ 3 MHz
610 V/m @ 1 MHz ….
??? A/m, mW/cm2, W/m2
Semplicemente!!
69
Grazie della Vostra attenzione!
Mirco Scotto
Narda Safety Test Solutions