EMF測定

EMF 測定は、 EMF メーターなどの特定のセンサーまたはプローブを使用して実行される周囲 (周囲の)電磁場の測定です。これらのプローブは、特性は異なりますが、一般的にはアンテナとみなすことができます。実際、プローブは電磁​​場を乱してはならず、正確な結果を得るためには結合と反射を可能な限り 防ぐ必要があります。EMF 測定には主に 2 つの種類があります。

• 広帯域測定: 広帯域プローブを使用して実行されます。広帯域プローブは、広範囲の周波数にわたってあらゆる信号を感知するデバイスであり、通常は 3 つの独立したダイオード検出器で構成されています。
• 周波数選択測定: 測定システムはフィールドアンテナと周波数選択受信機またはスペクトルアナライザーで構成され、対象の周波数範囲を監視できます。

EMF プローブは、1 つの軸の磁場のみに反応する場合もあれば、3 軸で 3 方向の磁場成分を同時に表示する場合もあります。増幅されたアクティブ プローブは測定精度と感度を向上させることができますが、アクティブ コンポーネントによって応答速度が制限されることがあります。

EMF の測定は、等方性または単軸、アクティブまたはパッシブの E フィールド センサーまたは H フィールド センサーを使用して行われます。単軸の全方向性プローブは、特定の方向に 直線的に偏向した電界 (短双極子) または磁界を感知するデバイスです。

単軸プローブを使用する場合は、X、Y、Z構成で互いに直交する 3 つの方向に沿ってセンサ軸を設定し、3 つの測定を行う必要があります。たとえば、対称軸の方向に平行な電界成分を感知するプローブとして使用できます。これらの条件では、E は入射電界の振幅、θ はセンサ軸と電界 E の方向の間の角度の振幅であり、検出される信号は |E|cos θ (右) に比例します。これにより、次の形式で電界の正しい合計振幅を取得できます。

${\displaystyle |E|={\sqrt {E_{x}^{2}+E_{y}^{2}+E_{z}^{2}}}}$

あるいは磁場の場合

${\displaystyle |H|={\sqrt {H_{x}^{2}+H_{y}^{2}+H_{z}^{2}}}}$

等方性（3軸）プローブでは、センサーの位置を変えずに3回の測定で合計磁場値が決定されるため、測定手順が簡素化されます。これは、互いに直交して配置された3つの独立した広帯域センシング要素で構成されるデバイスの形状に起因します。実際には、各要素の出力は、磁場成分が時間的に一定であると仮定して、3つの連続した時間間隔で測定されます。

EMF メーターは、電磁場( EMF と略記)を測定する科学機器です。ほとんどのメーターは、電磁放射 束密度( DCフィールド) または時間経過に伴う電磁場の変化 ( ACフィールド) を測定します。基本的にはラジオ アンテナと同じですが、検出特性がかなり異なります。

最も大きな 2 つのカテゴリは、単軸と 3 軸です。単軸メーターは 3 軸メーターよりも安価ですが、フィールドの 1 つの次元しか測定できないため、調査を完了するのに時間がかかります。単軸計器は、完全な測定を行うために、3 つの軸すべてで傾けて回転させる必要があります。3 軸メーターは、3 つの軸すべてを同時に測定しますが、これらのモデルはより高価になる傾向があります。

電磁場は、交流電流または直流電流によって生成されます。EMF メーターは、通常、電気配線などの人工の発生源から放出される交流電磁場を測定できます。一方、ガウスメーターまたは磁力計は、地球の地磁気で自然に発生し、直流が存在する他の発生源から放出される直流電磁場を測定します。

日常生活で遭遇する電磁場のほとんどは家庭用または産業用機器によって生成されるため、市販されている EMF メーターの大半は 50 Hz および 60  Hzの交流場 (欧州および米国の主電源の周波数) を測定するように調整されています。20 Hz という低い周波数の交流場を測定できるメーターもありますが、これらははるかに高価になる傾向があり、特定の研究目的にのみ使用されます。

アクティブ センサーは、アクティブ コンポーネントを含むセンサー デバイスです。通常、このソリューションでは、パッシブ コンポーネントよりも正確な測定が可能です。実際、パッシブ受信アンテナは、測定対象の電磁場からエネルギーを収集し、RF ケーブル コネクタで利用できるようにします。この信号は、その後スペクトル アナライザーに送られますが、特に近距離場の条件では、ケーブルの存在によってフィールド特性が多少変更される可能性があります。

一方、効果的な解決策は、アクティブ プローブで感知した電界 (または磁界) 成分を光キャリアに転送することです。システムの基本コンポーネントは、感知した電界 (または磁界) 成分を光キャリアに転送し、光電気変換器の出力ポートで電気信号の形で返すことができる受信電気光学アンテナです。

変調された光搬送波は光ファイバーリンクを介してコンバーターに転送され、コンバーターは変調信号を抽出して電気信号に戻します。こうして得られた電気信号は、50 Ω の共通 RF ケーブルを使用してスペクトル アナライザーに送信できます。

EMF 測定における等方性偏差は、プローブの方向に関係なく、フィールド強度を測定する際の精度を表すパラメータです。フィールドが、次の形式で直交するX、Y、Z構成での 3 回の測定によって取得される場合:

${\displaystyle |E|={\sqrt {E_{x}^{2}+E_{y}^{2}+E_{z}^{2}}}}$

この式が3つの直交座標（X、Y、Z ）ごとに成り立つための十分な条件は、プローブの放射パターンがsinθと呼ばれる理想的な短い双極子パターンに可能な限り近いことです。

${\displaystyle f(\theta ,\phi )=A\sin(\theta ),}$

ここで、A は周波数の関数です。理想的なダイポール放射パターンと実際のプローブパターンの差は等方性偏差と呼ばれます。

文献

• Solari, G; Viciguerra, G; Clampco Sistemi (2005 年 2 月)。アクティブ電気光学受信アンテナによる電界 (100kHz～2.5GHz) と磁界 (100kHz～120MHz) の周波数選択測定(PDF)。第 16 回国際チューリッヒ電磁両立性シンポジウムおよび技術展示会 – EMC チューリッヒ 2005。2011年 7 月 22 日のオリジナル(PDF)からアーカイブ。2009年 7 月 13 日閲覧。