Nardas FieldMan-Sonde BFD-400-1 – die neue Art, Magnetfelder zu analysieren

Gemeinsam mit der kompakten EHP-50F-Sonde, dem frequenzselektiven FFT-Feldanalysator zur isotropen Messung elektrischer und magnetischer Felder, die ab sofort ebenfalls mit dem FieldMan betrieben werden kann, decken beide im Arbeitsschutz künftig den kompletten Niederfrequenz-Bereich ab. Während die Sonden die Expositionen in Übereinstimmung mit den bedeutendsten Normen wie der EU-Richtlinie 2013/35/EU, ICNIRP oder IEEE automatisch bewerten, zeigt der FieldMan den Expositionsindex direkt in Prozent der ausgewählten Norm an.

Die neue Ausgangslage

Die verlässliche Bewertung niederfrequenter Feldquellen im Arbeits- und Personenschutz stellt besonders im industriellen Umfeld extrem hohe Anforderungen an die Messtechnik sowie die Auswertung und Analyse der erfassten Signale. Denn oftmals geht sie mit immer komplexer werdenden Feldbedingungen einher. Aber auch generell kommt dem Bereich EMF Safety vor dem Hintergrund neuer Mega-Trends eine rasch wachsende Bedeutung zu. Neben dem Wärme- und Verkehrssektor – Stichwort Elektromobilität – zeichnet sich bereits die Elektrifizierung großer Industrieprozesse wie der Stahlproduktion über Elektrolichtbogenöfen deutlich ab, die zuvor auf fossilen Energieträgern basierten.

NF und HF in einem Gerät

Mit der neu entwickelten Sonde BFD-400-1 knüpft der Technologie- und Marktführer der professionellen Messtechnik für elektromagnetische Felder (EMF) jetzt nahtlos an die beispiellose Erfolgsgeschichte seines ELT-400 an. Angesichts der weit mehr als 2.000 verkauften Einheiten weltweit setzte Nardas Referenzgerät im NF-Bereich über anderthalb Dekaden die „EMF Safety“-Benchmark. Nun soll der in die Jahre gekommene ELT-400 von der innovativen BFD-400-1 abgelöst werden, mit dem der FieldMan jetzt in der Lage ist, kompromisslos Niederfrequenz und Hochfrequenz im Bereich von 1 Hz (DC) bis 90 GHz in einem einzigen Messgerät abzubilden. Ferner kann die BFD-400-1 im Unterschied zum ELT-400 über die einfache Bewertung der Feldexposition hinaus das Spektrum abbilden und das Signal in einzelne Spektralkomponenten zerlegen, die Aufschluss über seine genaue Zusammensetzung geben.

BFD-400-1 – die Einsatzgebiete

Mit seiner Neuentwicklung adressiert der Pfullinger Messtechnik-Spezialist im Kern alle Akteure, Behörden, Institutionen, Dienstleister und Beauftragte, die innerhalb des Arbeitsschutzes mit der normenkonformen Überwachung der geltenden internationalen Standards für Sicherheit in niederfrequenten magnetischen Feldern wie der EU-Richtlinie 2013/35/EU, ICNIRP, IEEE oder CENELEC betraut sind. Typische Messumgebungen hier sind industrielle Produktionsbereiche wie Induktionserwärmung und Schmelzen, elektrische Schweißgeräte, der Eisenbahn-Sektor, elektrische medizinische Geräte, Energie-Versorgungssysteme oder der Automobil-Bereich. Die E-Mobilität hat hier ein ganz aktuelles Anwendungsfeld hervorgebracht, in dem neben EMV-Messungen u. a. die lokale Feldexposition von Pkw-Insassen auf ihren Sitzen in E-Fahrzeugen mit Hilfe von mehreren speziell positionierten Sonden untersucht wird.

Technische Errungenschaften

Wie alle Digitalsonden des FieldMan zeichnet sich auch die neu entwickelte BFD-400-1 dadurch aus, dass über die Messwert-Erfassung hinaus auch die Messwert-Berechnung in der Sonde gelöst ist. Denn die für die Messwert-Verarbeitung erforderlichen aktiven Komponenten befinden sich im Stecker der Sonde selbst. Die Digitalsonde von Narda STS kommt somit auch ohne das Grundgerät aus. Und dieses am Markt einzigartige Feature bringt gleich mehrere entscheidende Vorteile mit sich.

Gerade für sensible Messungen im Bereich EMF Safety, bei denen es um die Sicherheit von Personen geht, fordern immer mehr Kunden den Einsatz akkreditiert kalibrierter Messgeräte. Da es ausreicht, die BFD-400-1 ohne Grundgerät einzuschicken, haben Messtechniker hier die Möglichkeit, ihren FieldMan während der gesamten Dauer der Kalibrierung mit anderen Sonden weiter zu nutzen. Sie sind somit in der Lage, weiterhin Aufträge anzunehmen und vermeiden Verdienstausfälle.

Eigenständige Nutzung der BFD-400-1

Ferner können die digitalen Sonden von Narda STS mit der entsprechenden Software-Option beispielsweise auch ohne den FieldMan am PC oder Laptop genutzt werden. Das ermöglicht Anwendern den simultanen Einsatz gleich mehrerer Sonden, wie es bei EMF-Messungen im Automotive-Bereich oder in großen Produktionshallen anderer Industriezweige Gang und Gäbe ist, ohne zwingend für jede einzelne ein eigenes Grundgerät anschaffen zu müssen. Zu guter Letzt vermeidet Narda STS durch die Signalverarbeitung innerhalb der Sonde eine potenzielle Sicherheitsschwachstelle, die generell von Steck- bzw. Schraubverbindungen bei der Signalübertragung ausgeht. Denn über dieses Verbindungselement werden nur die Messergebnisse, nicht aber das empfangene Signal an das Grundgerät digital weitergeleitet.

Der standardkonforme 100cm²-Sensor

Bei der eingesetzten Sonde handelt es sich um einen 100cm²-Sensor, der die Feldstärke isotrop, das heißt, unabhängig von der Einfallsrichtung des elektromagnetischen Feldes präzise erfasst. Um die Belastung durch niederfrequente Felder korrekt bewerten zu können, sind in der Regel genaue Kenntnisse des Feldes und der verwendeten Messgeräte notwendig. Denn geltende Grenzwerte sind abhängig von der jeweils vorherrschenden Frequenz. Die BFD-400-1 nutzt daher die frequenzgangbewertende Messmethode der „geformten Zeitbereichsbewertung“, Weighted Peak oder Shaped Time Domain (STD), um Signale in der Zeitbereich zu analysieren. Letztere erleichtert den Messalltag insofern auch für unerfahrenere Messtechniker enorm, als sie die Frequenzabhängigkeit der Grenzwerte automatisch berücksichtigt. Man unterscheidet grundsätzlich in WPM (Weighted Peak Magnitude) und WRM (Weighted Root Mean Square). Während sich WPM gut zur Erfassung von Spitzeneffekten eignet, gibt WRM dem Anwender eine bessere Vorstellung von der durchschnittlichen Gesamtbelastung.

Eine einzige Sonde, alle Standards

Früher, mit dem ELT-400 war der Messtechniker systemimmanent immer auf eine bestimmte Norm festgelegt, was darauf zurückzuführen war, dass die Frage verschiedener Standards damals über jeweils unterschiedliche Hardware-Filter gelöst wurde. Damit ist jetzt Schluss. Die BFD-400-1 verfügt über nachgeschaltete digitale Filter, die die „Normen-Frage“ Software-seitig regeln. Das heißt, dass es dem Anwender nun möglich ist, mit einer einzigen Sonde mehrere Standards wie die ICNIRP, FCC, DIN EN 50413 VDE 0848 oder EU-Richtlinie 2013/35/EU zu messen.

Funktionsweisen

Mit Hilfe der BFD-400-1 kann in Kombination mit dem FieldMan sowohl einfach als auch sehr detailliert gemessen werden. Der erste Teil dabei besteht aus dem Einschalten des Grundgeräts und dem Ablesen des auf seinem Display in Prozent dargestellten Standards bzw. Ergebnisses. So gelingen auf Knopfdruck nicht nur hochspezialisierten Messtechnik-Experten sichere, verlässliche und normenkonforme Arbeitsplatzmessungen. Sind detaillierte Resultate des erfassten Signals gefordert, liefert die BFD-400-1 über ihre drei orthogonal und konzentrisch angeordneten Spulen auch eine präzise dreikanalige Echtzeit-Analyse bis zu 400 kHz, deren Ergebnisse im Zeit- und Frequenzbereich angezeigt werden. Sie misst Magnetfelder omnidirektional und lässt sich dank der geometrischen Anordnung ihrer Spulen leicht und präzise positionieren.

In jeder der drei Spulen werden Spannungen induziert, die proportional zur zeitlichen Ableitung der magnetischen Flussdichte sind. Die komplette Signalverarbeitung für die Messung im Zeit-/Frequenz-Bereich findet in der Sonde statt. Im Zeit-Bereich können phasenkorrekte Auswerteverfahren mit Peak- oder RMS-Detektoren eingesetzt werden, wobei der Messwert digital über den USB-Sondenanschluss an den FieldMan oder einen PC übertragen wird.

Betriebsmodi der BFD-400-1

Die BFD-400-1 verfügt über sechs Betriebsmodi: „Field Strength“ (Feldstärkemessung) sowie „Spatial Average“ (Messung des räumlichen Durchschnitts der Feldstärke über mehrere im Raum verteilte Punkte) und „Timer Logging“ (über einen definierten Zeitraum hinweg werden kontinuierlich oder in regelmäßigen Intervallen Feldstärken gemessen). Darüber hinaus kann die neue Sonde im Betriebsmodus „Spectrum“/„Real Time FFT“ das elektromagnetische Feld in Echtzeit in seine einzelnen Frequenzkomponenten zerlegen und analysieren. Im Operationsmodus „Shaped Time Domain“ kann der Messtechniker die Signale in der Zeitbereich unter Berücksichtigung von frequenzabhängigen Gewichtungen (Shaping) erfassen, so wie es die Norm erfordert. Im Betriebsmodus „Scope“ kann die zeitliche Entwicklung eines magnetischen Signals in der Zeitbereich ohne externes Oszilloskop visualisiert werden. Und im „Raw Data Streaming“-Modus kann der Techniker unaufbereitete Rohdaten in Echtzeit und kontinuierlich von der BFD-400-1 erfassen und an ein externes System, z. B. einen PC oder Datenlogger, übertragen.

Weitere Neuerungen aus dem Hause Narda STS

– FieldMan App

Mit der FieldMan App sind Messtechniker via WLAN-Verbindung in der Lage, laufende Messungen je nach Umgebungsbedingungen über Entfernungen von bis zu 30 Metern auf dem Smartphone zu visualisieren, live zu verfolgen und sogar fernzusteuern. Hierzu werden alle Messergebnisse 1:1 auf das Smartphone-Display übermittelt. Ferner bietet die App zahlreiche Features wie Screenshots, das Fotografieren oder Filmen von Messsituationen, die verschiedenen Mess-Projekten zugeordnet werden können und somit das Erstellen von Messberichten deutlich vereinfachen und effizienter gestalten.

– TSX-(Software)-Option Live Measurements

Mit der „Live Measurements“-Option sind Live-Messungen möglich und die Narda TSX Software wird gleichzeitig um die Funktionen des FieldMan erweitert. Über ein USB-Kabel verbunden, ermöglicht sie den direkten Betrieb einer Sonde am PC ohne den FieldMan selbst (für analoge Sonden wird der A/D Probe Converter benötigt). Über den Digital Broadband Probe Repeater kann hier die optische Verbindung genutzt werden, die auch z. B. Einsätze in EMV-Laboren ermöglicht. Zudem kann der FieldMan über diese Option ferngesteuert werden.

– Digital Broadband Probe Repeater

Der Digital Broadband Probe Repeater wandelt das digitale elektrische Signal in ein optisches um und überträgt es über einen LWL an den FieldMan. Dadurch kann ohne Störeinflüsse, z. B. in einem Hochfeld-Radar bei extrem hohen Feldstärken, in Entfernungen von bis zu 50 Metern sicher und zuverlässig gemessen werden.

– A/D Probe Converter

Mit dem Analog Digital Probe Converter ist es möglich, NBM-Sonden in Verbindung mit dem FieldMan weiterhin zu verwenden. Dabei wandelt der A/D Probe Converter das analoge Signal der NBM-Sonden in ein sicheres digitales um. Die Verarbeitung des Signals erfolgt dann direkt im Converter.

Coming soon

– BFD-400-3

Anfang 2025 wird es die neue BFD-400-3-Sonde (3cm²-Sonde) geben, mit der der Kopplungsfaktor nach IEC/EN 62233 bestimmt wird. Sie ist für lokal stark veränderliche magnetische Felder konzipiert und erlaubt daher, die Quellen störender Magnetfelder, beispielsweise in Schaltschränken, zu lokalisieren.