DE102008008613A1

DE102008008613A1 - EMV/EMVU-Grenzwertsensor

Info

Publication number: DE102008008613A1
Application number: DE200810008613
Authority: DE
Inventors: Ralf Esprester
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-02-12
Filing date: 2008-02-12
Publication date: 2009-09-10
Anticipated expiration: 2028-02-13
Also published as: DE102008008613B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Feldstärkemessgerät, welches in einem breitbandigen Frequenzbereich anwendbar ist und für die Überwachung von z. B. Arbeitsplätzen oder Maschinen auf deren elektro-magnetische Verträglichkeit für den Menschen oder benachbarte Systeme dient. Um die Handhabung solcher Überwachungsprozeduren zu erleichtern und die Anforderungen an das ausführende Personal bezüglich Ausbildung und Erfahrung zu reduzieren, zeigt dieses Messgerät bzw. Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung nicht Feldstärkewerte an, sondern einen Relativwert, bezogen auf den Grenzwert, der nach einer national oder auch international gesetzlich festgelegten Norm bei der jeweiligen Frequenz der Feldbelastung gilt. Auf diese Weise muss der die Überwachung bzw. Messung durchführende Beauftragte nur darauf achten, dass während der Messvorgänge genügend relativer Abstand zu(m) erlaubten Grenzwert(en) angezeigt wird. Nur dann, wenn die Relativanzeige deutlich in die Nähe der erlaubten Grenzwerte kommt oder diese überschreitet, sollte ein Sachverständiger hinzugezogen werden. Fachleute schätzen allerdings, dass dies nur in seltenen Fällen erforderlich sein wird. Da der Materialaufwand nicht sehr hoch ist, können diese in der Erfindungsmeldung beschriebenen Messgeräte klein und preiswert hergestellt werden. Dies ist eine wichtige Voraussetzung dafür, auch in mittelständischen Betrieben die Einhaltung von EMV- und EMVU-Bestimmungen zu erleichtern.

Description

Vereinfachtes Messverfahren für EMV(ElektroMagnetische Verträglichkeit, etwa von Systemen)- und EMVU(Umweltverträglichkeit Elektromagn. Felder, z. B. für den Menschen)-Anwendung mit Hilfe eines EMVU-Grenzwertsensors, der zwar Feldstärkemessungen durchführt, jedoch Relativwerte zum erlaubten Grenzwert anzeigt.
Feldstärke-Messverfahren sind bekannt. Diese Geräte sind in der Regel mit einer Feldstärke-Anzeige ausgestattet, die z. B. in V/m für elektrische bzw. in A/m für magnetische Feldstärke geeicht ist. Es ist auch üblich, diese angezeigten Feldstärkewerte unabhängig von der jeweiligen Frequenz des zu messenden Elektrischen (E-) bzw. Magnetischen (H-) bzw. Elektromagnetischen (EM-)Feldes zu bestimmen.
In den Nationalen Richtlinien z. B. BGV B11 „Berufsgenossenschaftliche Vorschrift für Sicherheit und Gesundheit bei der Arbeit” oder Europäischen Richtlinien, wie 2004/40/EG „Mindestvorschriften zum Schutz von Sicherheit und Gesundheit der Arbeitnehmer...” sind solche Grenzwerte in Tabellen und Kurven angeben. Aus den dort definierten Expositions-Grenzwerten sind sogenannte „Auslösewerte” definiert, welche die noch erlaubten Feldstärkebelastungen abhängig von der Frequenz des belastenden Feldes angegeben. Die zulässigen Feldstärkebelastungen sind bei niedrigen Frequenzen (z. B. 50 Hz Techn. Wechselstrom) sehr hoch, zu mittleren Frequenzen nehmen diese etwa um 6 dB je Oktave ab. Ein Beispiel solch eines in Kurvenform dargestellten Verlaufs der erlaubten Elektrischen Feldstärke in V/m über der Frequenzachse zeigt 1
Da einschlägige Messverfahren den jeweils aktuell gemessenen Felsdstärkewert anzeigen, muß der Fachmann auch noch die Frequenz berücksichtigen, um beurteilen zu können, ob die gemessenen Werte im Bereich des Erlaubten liegen.
Ein Messgerät nach Anspruch 1. zeigt einen Relativwert zum erlaubten FeldstärkeGrenzwert an, z. B. in dB geeicht. Nach Anspruch 2. ist die Frequenz des zu beurteilenden Feldes mit dem Frequenzgang dieses erlaubten Grenzwertes bereits berücksichtigt. Dies gelingt mit einem zum Frequenzgang des Feldstärkegrenzwertes, wie er in der jeweiligen Vorschrift bzw. Richtlinie gefordert ist, breitbandig inversen Frequenzgang der Messanordnung (siehe den gestrichelten (relativen) Verstärkungsverlauf in 1). Der mit der Messung Beauftragte muss also gar nicht wissen, bei welcher Frequenz dieses Messgerät die Feldbelastung misst. Da die Sensoren des neuartigen Messgerätes nach Anspruch 1. und 2. ebenfalls breitbandiger Natur sind, ist es auch nicht nötig, etwa dem Frequenzbereich des festgestellten Feldes entsprechend abgestimmte Antennen oder Sensoren auszuwählen.
Dies wäre etwa in Mittelständischen Betrieben eine erhebliche Erleichterung, wenn es um den Nachweis der EMV- bzw. EMVU-Unbedenklichkeit z. B. der Arbeitsplätze oder der hergestellten Maschinen oder Anlagen geht.
Die Vereinfachung der Vorgehensweise bei Verwendung des oben beschriebenen Messverfahrens besteht vor allem dann, wenn keine Grenzwertüberschreitungen vorliegen. Und dies sei in 90% aller Fälle ohnehin zutreffend, wie Fachleute schätzen. Da die Anwendung und die Bedienung der Messapparatur in einer leicht verständlichen Art und Weise beschreibbar ist, könnte beispielsweise diese Messung von einem in einem Spezialkurs angelernten Bediensteten durchgeführt werden, der nicht unbedingt eine einschlägige Ingenieurs-Ausbildung und mehrjährige Praxis im Sachgebiet EMV und EMVU haben müsste, so wie es derzeit noch verlangt wird. Erst wenn Überschreitungen der gesetzlich vorgeschriebenen Grenzwerte nachgewiesen sind, sollte es eines Fachmanns bedürfen, der dann für Abhilfe sorgt.
Wegen der Einfachhut der Messmethode und der heute verfügbaren miniaturisierten Bauelemente und wegen des geringen Strombedarfs ist solch ein Messgerät in handlichen Dimensionen herstellbar. Batteriebetrieb ist ohnehin erforderlich, da die Elektrische Feldstärke bei tiefen Frequenzen nur Netzstrom-unabhängig (also ohne 230 V-Netzzuleitung) unverfälscht bestimmbar ist. Da der Mensch die Feldkonfiguration im Allgemeinen verändert, muß der Messaufbau z. B. auf einem Holztisch erfolgen. Während der Messvorgänge darf das Messgerät nicht berührt werden. Es darf daher nicht am menschlichen Körper getragen werden.
Die Erfindung ist nachfolgend näher beschrieben.
Entsprechend der 2 besteht die erfindungsgemäße Messanordnung im Prinzip aus mehreren Sensoren 1, 2, 3, nachgeschalteten Verstärkern 4, 5, 6 und der gemeinsamen Auswerteeinheit 7. Die Anzeige-Einheit 8 zeigt z. B. mit Leuchtdioden (LEDs) den in 3 dB Stufen geeichten Relativ-Wert zum Grenzwert an. Leuchtet z. B. die dritte LED neben der Grenzwert LED, so ist die festgestellte Expositionsbelastung etwa 9 dB geringer als der als Grenzwert ausgewiesene „Auslösewert” der einschlägigen Richtlinie.
Wie aus Patentanspruch 3 zu entnehmen, kann es näherungsweise genügen, den größten der drei in der Auswerte-Einheit bestimmten Relativwerte für E-, H, und EM-Feld in der Anzeigeeinheit anzuzeigen. Dies vereinfacht zusätzlich das Gerät, die Handhabung des Messverfahrens und Beurteilung der Feldbelastung.
Sensor 1 diene zur Aufnahme des elektrischen Feldes, Sensor 2 für das magnetische Feld, beide jeweils im Frequenzbereich von z. B. 16 2/3 Hz bis 20 MHz. Der Verstärker 4 und der Sensor 1 haben zusammen einen inversen Frequenzgang zum Grenzwert-Verlauf der einzuhaltenden gesetzlichen Mindestvorschrift hinsichtlich des Elektrischen Feldes, so wie dieser in 1 gestrichelt angedeutet ist. Für Sensor 2 und Verstärker 5 gilt Entsprechendes hinsichtlich des magnetischen Feldes. Ab 20 MHz geht man in den gesetzlichen Richtlinien davon aus, dass E- und H-Feld über den Feldwellenwiderstand des freien Raums gekoppelt sind. Als Sensor 3 genügt daher eine Aktive Antenne, welche den Frequenzbereich bis über 1 GHz hinaus überstreicht. Der nachfolgende Verstärker 6 verwirklicht in ähnlicher Weise wie Verstärker 4 und 5 den erforderlichen Frequenzgang, mit dem die gesetzlich vorgeschriebene Grenzwertkurve für die Elektromagnetische Feldbelastung eingehalten wird.
Bei einer EMV-Untersuchung müssen die Messwerte als dokumentarische Nachweise festgehalten sein. Dies besorgt ein angeschlossener Kleinrechner 9, der die gemessenen Relativwerte zunächst speichert. Nach Abschluss einer Messreihe wird der Rechner mit einem Protokoll-Drucker verbunden, welcher die Messwerte zu Papier bringt. Alternativ kann man ein mobiles Speichermedium (z. B. Speicher-Stick) nutzen, um die Messwerte festzuhalten.
Sensor-Elemente für Elektrische und Magnetische Felder haben Richtwirkung, sie sind nicht isotrop. Um ein eindeutiges Messergebnis für eine in beliebiger Richtung vorliegende Feldstärke zu gewährleisten, sind im Allgemeinen drei solche Sensorelemente für jede Feldart erforderlich. Diese müssen jeweils in den drei orthogonalen Raumrichtungen ausgerichtet sein. Entsprechend wären für den erfindungsgemäßen EMVU-Grenzwertsensor neun Messkanäle erforderlich, drei für jede Feldart.
Aus Einfachheitsgründen können die Sensoren 1 bis 3 einkanalig ausgeführt sein, entsprechend sind die nachgeschalteten Verstärker auch nur einkanalig. Um eindeutige Messwerte zu erhalten, ist dann allerdings jede EMV bzw. EMVU-Messreihe zeitsequentiell in allen drei orthogonalen Raumachsen durchzuführen.

Claims

Vereinfachtes Messverfahren für EMV- und EMVU-Anwendung zur Beurteilung der Einhaltung von Feldstärke-Grenzwerten, welche in Europäischen und Nationalen Richtlinien per Gesetz vorgeschrieben sind, dadurch gekennzeichnet, dass nicht die mit dem Verfahren gemessenen Feldstärkewerte angezeigt werden, sondern eine relative Bewertungsgröße, welche den Grad der Unter- oder Überschreitung der gesetzlich vorgegebenen Grenzwerte zu beurteilen gestattet.
Messverfahren für EMV- und EMVU-Anwendung nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, dass die Feldstärkemessung breitbandig im zu betrachtenden Frequenzbereich erfolgt und dass die in einer bestimmten Norm frequenzabhängig vorgeschriebenen Feldstärkegrenzwerte automatisch berücksichtigt werden.
Messverfahren nach Ansprüchen 1. und 2., dadurch gekennzeichnet, dass nur eine Relativskala für alle drei Feldarten benötigt wird, nämlich E-, H-Feld im Bereich bis etwa 20 MHz und EM-Feld bis z. B. 10 GHz. Es genügt, aus allen drei Feldmesswerten einen gemeinsamen Relativwert zu bilden und zur Anzeige zu bringen. Unteransprüche zu Patentanspruch 2: EMVU-Messanordnung nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Mess-Empfindlichkeit einen vorgegebenen Frequenzgang hat, der invers zum Verlauf des gemäß der geltenden Norm erlaubten Grenzwertes über der Frequenzachse ist, dass die Verstärker hochintegrierte breitbandige Halbleiter-Operationsverstärker sind und die (invers zur jeweiligen EMV-Norm ausgebildeten) Frequenzgang-Chatakteristiken durch Beschaltung mit R-C-Gliedern gelingt, dass der Eingangswiderstand des Verstärkers für den Magnetfeld(H-)Sensor (2 in 2) 50 Ohm ist, so dass bei starken Feldern der ganze H-Feldmessbereich mit einem (käuflichen) 50-Ohm 10/20/40 dB-Dämpfungsglied beliebig nach höheren Werten hin erweitert werden kann, dass die Messbereichserweiterung im Falle des Elektrischen(E-)Feldes mit einer Teilabschirmung des Elektrischen Feldsensors möglich ist, dass die Messbereichserweiterung hinsichtlich des EM-Feldes durch einen kürzeren oder längeren Antennenstab am Eingang der Aktiven Antenne gelingt.