Corso di specializzazione per
“Addetti al Comando CC Tutela
Ambiente”
Metodiche di misurazione e analisi
Claudio Baratta
1
Introduzione
Nell’ambito della normativa per la protezione delle
persone da esposizione ai campi elettrici, magnetici ed
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.
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Problematiche
La problematica delle misure si presenta abbastanza
articolata in relazione a:
• tipologia ed eventuale molteplicità delle sorgenti
• caratteristiche del campo emesso dalla/e sorgente/i
(ampiezza, frequenza, tipo di modulazione, etc.)
• caratteristiche del campo nell’area di misura
(variabilità spaziale e temporale) e nel punto di misura
(campo vicino, lontano, etc.)
• obiettivo delle misure (sorveglianza, indagine
sistematica, analisi puntuale, interventi di bonifica)
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Scopo
La scelta della strumentazione e della metodologia da
utilizzare nelle misure dipende dalla particolare
situazione in cui ci si trova
Scopo : valutare l’esposizione ai campi elettrici,
magnetici ed elettromagnetici al fine di verificare la
compatibilità della situazione espositiva con le
prescrizioni imposte dalla normativa vigente
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Tipologia della misura
Le misure con finalità protezionistica possono essere
di 2 tipi:
• misure di esposizione
livelli di riferimento
per valutare le grandezze che caratterizzano il campo
(elettrico,
magnetico o elettromagnetico) cui
l’organismo è esposto
• misure dosimetriche
limiti di base
per valutare l’energia assorbita dall’organismo umano
esposto e determinare la distribuzione delle correnti e
dei campi all’interno dello stesso
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Richiami
Limiti di base e livelli di riferimento
Le restrizioni sull’esposizione sono basate su effetti sanitari
accertati e vengono chiamate restrizioni (o limiti) di base.
Secondo la frequenza, le grandezze fisiche usate per
specificare le restrizioni di base per l’esposizione a campi
elettromagnetici sono la densità di corrente indotta, il SAR e
la densità di potenza. Per la protezione da effetti nocivi per
la salute, non si devono superare queste restrizioni di base.
I livelli di riferimento vengono forniti ai fini di un confronto
pratico con i valori misurati di determinate grandezze fisiche
(E, B, S): il rispetto di tutti i livelli di riferimento forniti da
queste linee guida assicurano il rispetto delle restrizioni di
base. Se i valori misurati sono superiori ai livelli di
riferimento, non ne consegue necessariamente che siano
superate le restrizioni di base, ma è necessaria un’analisi
più dettagliata per verificare il rispetto di queste ultime.
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Metodiche di misurazione
Le metodiche di misurazione, valutazione e analisi dei
campi elettrico, magnetico ed elettromagnetico sono
stabilite dalla normativa tecnica di settore (Norme CEI 2116 e 211-7) e in aggiunta da altre guide elaborate da
organismi competenti
misure in bassa frequenza
misure in alta frequenza
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Metodiche di misurazione (2)
Misure in bassa frequenza
Norma Italiana CEI 211-6 (anno 2001): “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”
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Metodiche di misurazione (3)
Misure in alta frequenza
• Norma Italiana CEI 211-7 (anno 2001): “Guida per la
misura e per la valutazione dei campi elettromagnetici
nell’intervallo di frequenza 10 kHz - 300 GHz, con
riferimento all’esposizione umana”
• Norma Italiana CEI 211-10;V1 (anno 2004): “Guida alla
realizzazione di una Stazione Radio Base per rispettare i
limiti di esposizione ai campi elettromagnetici in alta
frequenza
Appendice H: Metodologie di misura per segnali UMTS
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Metodiche di misurazione (4)
In più per le misure in alta frequenza possono essere
considerate anche:
• ANPA RTI CTN_AGF 1/2000: "Guida tecnica per la
misura
dei
campi
elettromagnetici
compresi
nell´intervallo di frequenza 100 kHz - 3 GHz in riferimento
all´esposizione della popolazione”
• Ministero dell’Ambiente, Ministero delle Comunicazioni,
Ministero della Sanità: "Regolamento recante norme per
la determinazione dei tetti di radiofrequenza compatibili
con la salute umana” (Linee Guida Applicative del DM
381/98)
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Metodiche di misurazione (5)
In generale le misure di esposizione ai campi
elettromagnetici possono essere eseguite secondo le
seguenti modalità:
Misure a “banda larga” (broadband)
Misure a “banda stretta” o selettive (narrowband)
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Metodiche di misurazione (6)
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 gobale del CE
o del CM 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
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Misure in bassa frequenza
Misure di esposizione
La valutazione dell’esposizione viene condotta attraverso
la misura di:
• valore efficace di E (in V/m)
• valore efficace di B (in T o meglio µT)
Poiché in bassa frequenza le misure vengono condotte
sempre in regione di campo vicino reattivo [considerando
la frequenza più alta dell’intervallo, 10 kHz, λ=(c/f)= 30000
m
(λ
λ/10)= 3000 m] e poiché in questa regione CE e CM
non sono in relazione, la caratterizzazione completa
dell’esposizione prevede la misura di entrambi.
Le misure vengono eseguite in banda larga.
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Misure in bassa frequenza (2)
Normalmente vengono misurati i valori efficaci delle
componenti di E e di B in 3 direzioni mutuamente
ortogonali. Il valore efficace globale di E e di B vale
pertanto:
E= E +E +E
2
x
2
y
B= B +B +B
2
x
2
y
2
z
2
z
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Misure in bassa frequenza (3)
Misure dosimetriche
Si tratta di misure di densità di corrente indotta su
fantocci simulanti il corpo umano esposti a CE e CM di
caratteristiche note
Nel prosieguo considereremo esclusivamente le
misure di esposizione
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Misure in bassa frequenza: obiettivi
Le misure di esposizione sono finalizzate alla
verifica della compatibilità di una data
situazione espositiva con i limiti (restrizioni di
base e livelli di riferimento) definiti dalle norme
e/o raccomandazioni per la tutela sanitaria
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Calcoli vs. Misure
La caratterizzazione del CE e del CM può essere effettuata
attraverso le misure o il calcolo.
Il calcolo (indispensabile quando le valutazioni riguardano
impianti in fase di progetto) è di solito limitato a
configurazioni per le quali la sorgente del campo può
essere ragionevolmente semplificata (es. linee elettriche).
Nel caso delle linee elettriche per il calcolo di E deve
essere nota la tensione mentre per il calcolo di B la
corrente.
La tensione di una linea è costante mentre la corrente può
variare notevolmente a seconda della richiesta di potenza
le valutazioni basate sui calcoli possono non essere
sufficienti e dovrebbero essere verificate con misure
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Calcoli vs. Misure (2)
Nel caso in cui la sorgente sia in condizioni di variabilità
temporale (es. variabilità della corrente), al fine di ottenere
una valutazione completa, le misure andrebbero condotte
per un periodo di tempo significativo.
In alternativa, qualora vengano effettuate misure per
periodi di tempo non sufficientemente lunghi da coprire
l’intera gamma di variabilità e nel caso in cui si conoscano
le variazioni dei carichi in corrente, possono essere
effettuate delle estrapolazioni sui valori di induzione
magnetica prodotti (grazie al legame di proporzionalità
diretta tra corrente circolante e B), eseguendo correzioni
sui valori misurati per ottenere i valori di campo ai
massimi carichi.
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Strumentazione di misura
Le misure dovrebbero essere condotte con uno strumento
in banda larga triassiale (isotropico) in modo da indicare
direttamente il valore efficace del campo misurato.
La banda passante dello strumento deve essere
appropriata al contenuto in frequenza del campo in
esame.
Nel caso di impianti elettrici di potenza la banda passante
deve estendersi da 50 a 500 Hz per considerare oltre alla
frequenza fondamentale (50 Hz) anche le prime
armoniche. In situazioni di vicinanza alle linee la banda
passante può essere più stretta.
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Strumentazione di misura (2)
Nel caso di sorgenti diverse dagli impianti elettrici di
potenza, con frequenza fondamentale diversa dai 50 Hz
(es. alcuni sistemi di trazione), è necessario scegliere la
banda passante in modo appropriato.
Le misure devono essere condotte con strumentazione la
cui taratura sia in corso di validità.
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Misura dell’esposizione umana
Misure effettuate in un campo elettrico o magnetico
pressoché uniforme corrispondono all’esposizione
dell’intero corpo umano.
Misure in presenza di campi non uniformi richiedono
valutazioni più complesse poiché la misura del campo
rappresenta l’esposizione umana solamente per quella
parte anatomica che coincide con il punto di misura.
La scelta del punto di misura varia in funzione della
sorgente del campo e della posizione relativa del soggetto
umano (es. differenze tra misure di B su rasoi elettrici,
asciugacapelli, macchine per cucire, etc.)
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Misura dell’esposizione umana (2)
Quello che viene misurato sono i campi elettrico e
magnetico non perturbati: vengono misurati cioè in
assenza dei soggetti esposti e di elementi “perturbanti”.
A differenza del campo magnetico, il campo elettrico è
perturbato dal corpo umano
le misure di CE devono
essere eseguite in condizione di non vicinanza
dell’operatore e di qualsiasi altro soggetto (almeno 3 m).
Evitare la misura di campo elettrico in vicinanza di
“punte” (arbusti, spigoli di recinzioni, balconi, etc.), altro
elemento “perturbante”
Evitare la misura di campo magnetico in vicinanza di
masse ferrose
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Misura dell’esposizione umana (3)
Una valutazione completa dell’esposizione umana in una
zona specificata richiede che vengano misurati sia il
campo elettrico che il campo magnetico.
Devono inoltre essere analizzate e caratterizzate le
variazioni spaziale e temporale del campo in esame.
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Analisi delle variazioni spaziali
I punti di misura devono essere distribuiti in maniera
uniforme sull’intera area da caratterizzare e devono
essere in numero commisurato alla superficie in esame.
In ambienti interni, ad esempio, può essere definito un
punto di misura ogni mq di superficie.
La sonda di misura deve essere posta all’altezza di 1 – 1.5
m dal piano di calpestio.
In casi di campo molto disuniforme possono essere
effettuate misure aggiuntive posizionando la sonda di
misura alle altezze di 1.1 m e 1.9 m dal piano di calpestio.
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Analisi delle variazioni spaziali (2)
Mappatura dell’induzione magnetica in un tipico ambiente domestico
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Analisi delle variazioni temporali (1)
Campo elettrico
Dipendendo dalla tensione, è praticamente costante nel
tempo. Piccole variazioni possono essere rilevate al
variare delle condizioni atmosferiche (es. strutture umide
in un giorno di pioggia).
Anche oggetti conduttori in movimento vicino al punto di
misura causano variazioni di CE.
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Analisi delle variazioni temporali (2)
Campo magnetico
Dipendendo dalla corrente, è fortemente variabile nel
il problema è determinare un intervallo
tempo
temporale per la registrazione delle misure che capti
abbastanza variazioni del campo da poter ottenere una
valida registrazione statistica.
Inoltre, nel caso di una linea elettrica, tramite misure
eseguite in un determinato momento e la conoscenza
della corrente trasportata nei diversi periodi dell’anno
possono essere effettuate delle estrapolazioni per
individuare i livelli di esposizione più gravosi.
Anche oggetti ferromagnetici (es. automobili, camion, etc.)
in movimento vicino al punto di misura causano variazioni
di CM.
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Analisi delle variazioni temporali (3)
A causa delle differenti condizioni atmosferiche le correnti di carico
hanno subito variazioni significative
anche B ha subito variazioni
significative
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Analisi delle variazioni temporali (4)
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Protocollo di misura: sintesi
Scelta della strumentazione (preferibilmente triassiale) e
con incertezza di misura minore del ± 10%)
Identificazione delle sorgenti
Indagine preliminare mediante misurazioni “spot” per
identificare i punti in cui i livelli di CE e CM sono più
elevati (le misure di CM dovrebbero essere eseguite, se
possibile, nei periodi in cui le correnti di funzionamento
delle sorgenti siano massime)
Nei punti di misura individuati tramite l’indagine “spot”
(punti peggiori) eseguire le rilevazioni con la testa della
sonda posta a 1 m (o 1.5 m) dal piano di calpestio nel
caso in cui i campi siano uniformi; aggiungere 2
rilevazioni a 1.5 m e 1.9 m in caso di campi non uniformi
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Protocollo di misura: sintesi (2)
Nelle misure di CE la sonda deve essere posta a
distanza da superfici conduttrici. Si devono evitare gli
effetti di vicinanza anche dell’operatore e di eventuali
osservatori
Nelle misure di CM devono essere evitati gli effetti di
vicinanza con materiali ferromagnetici. La distanza tra il
punto di misura e la sorgente deve essere di almeno 1 m
Per acquisire informazioni sulle variazioni temporali, le
misure dovrebbero essere eseguite su periodi di 24 h
con intervalli di campionamento sufficientemente
dettagliati. I risultati delle misurazioni “spot” e la
conoscenza delle variazioni temporali delle correnti di
funzionamento possono essere usati per estrapolare i
valori dell’induzione magnetica in altri periodi temporali
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Presentazione dei risultati
I risultati delle misurazioni vengono riportati in una
relazione tecnica finale che deve contenere:
• descrizione dell’impianto sorgente dei campi rilevati
(es. corrente di carico, tensione, etc.)
• costruttore, modello, numero di serie, incertezza di
misura totale e data ultima taratura dello strumento
misuratore
• data e durata delle misure
• banda passante dello strumento misuratore e frequenza
di campionamento
• metodica di misura adottata (es. altezza della sonda
rispetto al piano di calpestio)
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Presentazione dei risultati (2)
• documentazione (foto, disegni) che descrivano l’area in
cui sono state eseguite le misure
• condizioni atmosferiche al momento dei rilievi
• tecnico o tecnici che hanno eseguito i rilievi
• riferimenti normativi (leggi, raccomandazioni e norme
tecniche applicabili)
• conclusioni sui risultati ottenuti in base ai limiti di
riferimento per la popolazione e/o i lavoratori
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Misure in alta frequenza
Misure di esposizione
La valutazione dell’esposizione viene condotta attraverso
la misura di:
• valore efficace di E (in V/m)
• valore efficace di H (in A/m)
• densità di potenza S (in W/m2)
Quale grandezza deve essere effettivamente misurata (E,
H o entrambi)?
Dipende dalle caratteristiche della sorgente, dalla
frequenza e della distanza del punto di misura da essa: in
pratica bisogna considerare se la misura viene eseguita in
regione di campo vicino reattivo o in regione di campo
radiativo (vicino o lontano)
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Misure in alta frequenza (2)
• Nel primo caso (campo vicino reattivo) occorre misurare
indipendentemente E ed H
Questa situazione si può verificare solo in relazione ai
trasmettitori AM (500 - 1600 kHz): considerando la
frequenza più bassa dell’intervallo, 500 kHz, λ=(c/f)=
600 m
(λ
λ/10)= 60 m
Già nel caso delle FM (87.5 - 108 MHz), considerando la
frequenza più bassa dell’intervallo, 87.5 MHz, λ=(c/f)=
(λ
λ/10)= 34 cm
3.4 m
• Nel secondo caso (campo radiativo vicino o lontano) è
sufficiente misurare E o H e ricavare la grandezza non
misurata mediante le relazioni di onda piana:
E = 377· H ; H = E/377 ; S = E· H
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Misure in alta frequenza (3)
Osservazione
Nella zona di campo radiativo vicino E ed H sono correlati
punto a punto (valgono le relazioni d’onda piana) ma con
grosse variazioni spaziali dell’intensità
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Misure in alta frequenza (4)
Normalmente vengono misurati i valori efficaci delle
componenti di E e di H in 3 direzioni mutuamente
ortogonali. Il valore efficace globale di E e di H vale
pertanto:
E= E +E +E
2
x
2
y
2
z
H = H +H +H
2
x
2
y
2
z
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Misure in alta frequenza (5)
Misure dosimetriche
Si tratta di misure di densità di corrente indotta (fino a 10
MHz) e di SAR (oltre i 10 MHz) su fantocci simulanti il
corpo umano esposti a CEM di caratteristiche note
Nel prosieguo considereremo esclusivamente le
misure di esposizione
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Misure in alta frequenza: obiettivi
Le misure di esposizione sono finalizzate alla verifica della
compatibilità di una data situazione espositiva con i limiti
(restrizioni di base e livelli di riferimento) definiti dalle
norme e/o raccomandazioni per la tutela sanitaria.
Le procedure di misura devono essere scelte in modo da:
• minimizzare i rischi per l’operatore
• minimizzare le possibilità di danneggiamento della
strumentazione
• minimizzare le interferenze esterne e gli errori di misura
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Calcoli vs. Misure
La caratterizzazione del CEM può essere effettuata
attraverso le misure o il calcolo.
Il calcolo (indispensabile quando le valutazioni riguardano
impianti in fase di progetto) può essere utilizzato se si
hanno a disposizione i dettagli tecnici degli impianti sotto
indagine.
La verifica del rispetto dei limiti può essere effettuata sia
attraverso misure che attraverso calcoli.
Tuttavia, nel caso in cui i calcoli facciano prevedere livelli
superiori al 50% dei valori massimi previsti, sarà
necessario provvedere alle misure dirette del campo
elettrico e/o magnetico o della densità di potenza.
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Calcoli vs. Misure (2)
L'obbligatorietà delle misure è stata inserita non a causa
della scarsa affidabilità dei programmi di calcolo
previsionale, ma piuttosto in considerazione della
difficoltà di conoscere in maniera sufficientemente precisa
tutti i parametri di ingresso, quali, ad esempio, le varie
caratteristiche tecniche degli impianti.
Nell’ottica della massima cautela possibile, si è
privilegiato quindi il momento della misura, almeno nei
casi in cui gli errori nei parametri di ingresso possono
essere significativi.
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Banda Larga vs. Banda Stretta
Le misure possono essere eseguite sia in banda larga che
in banda stretta (selettive).
E’ sufficiente eseguire misure in BL se:
• è necessario individuare punti critici in una zona in cui
insistono più impianti (indagine di primo livello)
• il valore misurato in BL non supera il 75% del valore del
limite più basso applicabile fra quelli relativi alle
frequenze di emissione delle sorgenti presenti
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Banda Larga vs. Banda Stretta (2)
E’ necessario eseguire misure in BS se:
• sono presenti più sorgenti che emettono in intervalli di
frequenza su cui devono essere applicati differenti valori
limite e il valore misurato in BL è superiore al 75% del
limite più basso (se il valore misurato in BL è superiore
al 50% del limite più basso è comunque consigliabile
procedere con l’analisi in BS)
• mediante la misura in BL viene evidenziato un
superamento del limite per cui si rende necessaria la
riduzione a conformità, procedura che richiede di
valutare i diversi contributi forniti singolarmente da ogni
sorgente
Se si sono effettuate ambedue le misure (BL e BS) e vi è
discordanza tra i risultati, si considerano validi i risultati in BS
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Predisposizione e verifica del sistema di misura
L’allestimento della catena strumentale deve essere
eseguito con estrema cura per contenere gli errori di
misura entro limiti accettabili.
Precauzioni da adottare:
• i 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
conduttrici
non
deve
appoggiare
su
strutture
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Predisposizione e verifica del sistema di misura (2)
• l’operatore deve distare almeno 3 m dal sensore di
misura
• l’asta del sostegno proprio 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
Le misure devono essere effettuate negli spazi accessibili
ai soggetti potenzialmente esposti, ma in assenza degli
stessi soggetti (campo imperturbato)
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Predisposizione e verifica del sistema di misura (3)
Tutte le misure volte alla verifica della conformità degli
impianti e delle apparecchiature ai limiti prescritti da
legislazioni o da norme tecniche devono essere effettuate
con strumenti tarati.
La periodicità della taratura deve essere almeno biennale
per i sensori a BL, per le antenne attive e per i cavi
coassiali, e almeno triennale per le antenne passive e per
analizzatori di spettro o ricevitori.
L’incertezza della catena strumentale in uso deve essere
minore di 3 dB.
Le misure all’aperto devono essere eseguite in assenza di
precipitazioni atmosferiche e con clima asciutto. La
temperatura
ambientale
deve
essere
compresa
nell’intervallo di buon funzionamento dichiarato dal
costruttore della strumentazione utilizzata.
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