Medición de campos electromagnéticos

Las mediciones de CEM son mediciones de campos electromagnéticos ambientales (circundantes) que se realizan utilizando sensores o sondas específicas, como medidores de CEM. Estas sondas pueden considerarse generalmente como antenas, aunque con características diferentes. De hecho, las sondas no deben perturbar el campo electromagnético y deben evitar el acoplamiento y la reflexión en la medida de lo posible para obtener resultados precisos. Existen dos tipos principales de mediciones de CEM:

• Mediciones de banda ancha : realizadas mediante una sonda de banda ancha, es decir, un dispositivo que detecta cualquier señal en un amplio rango de frecuencias y que generalmente está compuesto por tres detectores de diodo independientes ;
• Mediciones selectivas en frecuencia : en las que el sistema de medición consta de una antena de campo y un receptor selectivo en frecuencia o analizador de espectro que permite monitorizar el rango de frecuencias de interés.

Las sondas de campos electromagnéticos pueden responder a campos en un solo eje o ser triaxiales, mostrando componentes del campo en tres direcciones simultáneamente. Las sondas activas amplificadas pueden mejorar la precisión y la sensibilidad de la medición, pero sus componentes activos pueden limitar su velocidad de respuesta.

Las mediciones del campo electromagnético se obtienen mediante un sensor de campo eléctrico o de campo magnético, que puede ser isotrópico o monoaxial, activo o pasivo. Una sonda monoaxial omnidireccional es un dispositivo que detecta el campo eléctrico ( dipolo corto ) o magnético polarizado linealmente en una dirección determinada.

El uso de una sonda monoaxial implica la necesidad de tres mediciones tomadas con el eje del sensor configurado a lo largo de tres direcciones mutuamente ortogonales, en una configuración X, Y, Z. Como ejemplo, se puede utilizar como una sonda que detecta la componente del campo eléctrico paralela a la dirección de su eje de simetría. En estas condiciones, donde E es la amplitud del campo eléctrico incidente y θ es la amplitud del ángulo entre el eje del sensor y la dirección del campo eléctrico E, la señal detectada es proporcional a |E|cos θ ( derecha ). Esto permite obtener la amplitud total correcta del campo en forma de

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

o, en el caso del campo magnético

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

Una sonda isotrópica (triaxial) simplifica el procedimiento de medición, ya que el valor total del campo se determina con tres mediciones tomadas sin cambiar la posición del sensor. Esto se debe a la geometría del dispositivo, que está formada por tres elementos sensores de banda ancha independientes colocados ortogonalmente entre sí. En la práctica, la salida de cada elemento se mide en tres intervalos de tiempo consecutivos, suponiendo que los componentes del campo permanecen estacionarios en el tiempo.

Un medidor de CEM es un instrumento científico para medir campos electromagnéticos (abreviado como CEM). La mayoría de los medidores miden la densidad de flujo de radiación electromagnética ( campos de CC ) o la variación de un campo electromagnético a lo largo del tiempo ( campos de CA ), esencialmente igual que una antena de radio, pero con características de detección bastante diferentes.

Las dos categorías principales son los medidores de un eje y los de tres ejes. Los medidores de un eje son más económicos que los de tres ejes, pero requieren más tiempo para completar un levantamiento topográfico, ya que solo miden una dimensión del terreno. Para obtener una medición completa, los instrumentos de un eje deben inclinarse y girarse en los tres ejes. Un medidor de tres ejes mide los tres ejes simultáneamente, pero estos modelos suelen ser más caros.

Los campos electromagnéticos pueden generarse mediante corrientes alternas o continuas . Un medidor de campos electromagnéticos (CEM) puede medir los campos electromagnéticos de CA, que generalmente se emiten desde fuentes artificiales como el cableado eléctrico, mientras que los gaussímetros o magnetómetros miden los campos de CC, que se producen de forma natural en el campo geomagnético terrestre y se emiten desde otras fuentes donde hay corriente continua.

Los sensores activos son dispositivos de detección que contienen componentes activos; por lo general, esta solución permite una medición más precisa que la que ofrecen los componentes pasivos. De hecho, una antena receptora pasiva capta la energía del campo electromagnético que se está midiendo y la transmite a un conector de cable de radiofrecuencia. Esta señal se envía al analizador de espectro, pero las características del campo pueden verse modificadas por la presencia del cable, especialmente en condiciones de campo cercano .

Por otro lado, una solución eficaz consiste en transmitir, mediante una portadora óptica, el componente del campo eléctrico (o magnético) detectado con una sonda activa. Los componentes básicos del sistema son una antena electroóptica receptora capaz de transmitir, mediante una portadora óptica, el componente individual del campo eléctrico (o magnético) captado y devolverlo en forma de señal eléctrica al puerto de salida de un convertidor optoeléctrico.

La portadora óptica modulada se transmite mediante un enlace de fibra óptica a un convertidor que extrae la señal moduladora y la convierte de nuevo en una señal eléctrica. La señal eléctrica así obtenida puede enviarse a un analizador de espectro mediante un cable RF común de 50 Ω.

La desviación isotrópica, en las mediciones de campos electromagnéticos (CEM), es un parámetro que describe la precisión en la medición de intensidades de campo independientemente de la orientación de la sonda. Si el campo se obtiene mediante tres mediciones en una configuración ortogonal X , Y , Z de la forma:

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

Una condición suficiente para que la expresión sea verdadera para cada tres coordenadas ortogonales ( X , Y , Z ) es que el patrón de radiación de la sonda sea lo más cercano posible al patrón ideal de dipolo corto , llamado sin θ :

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

donde A es una función de la frecuencia. La diferencia entre el patrón de radiación dipolar ideal y el patrón de sonda real se denomina desviación isotrópica .

Bibliografía

• Solari, G; Viciguerra, G; Clampco Sistemi (febrero de 2005). Mediciones selectivas de frecuencia del campo eléctrico (100 kHz–2,5 GHz) y del campo magnético (100 kHz–120 MHz) con antenas receptoras electroópticas activas (PDF) . XVI Simposio Internacional de Zúrich y Exposición Técnica sobre Compatibilidad Electromagnética – EMC Zurich 2005. Archivado del original (PDF) el 22 de julio de 2011. Consultado el 13 de julio de 2009 .