[EMV] ELF/VLF Sonde für magnetische und elektrische Felder

    Hallo Forum, hallo Welt,


    ich möchte elektromagnetische ELF-Einstrahlungen (Extra-Low-Frequency/Very-Low-Frequency) identifizieren, die mutmaßlich im Frequenzbereich 16 2/3 Hz (Bahnstrom) ihren Ursprung haben. Mit den "normalen" Nahfeld-Sonden, wie sie z.B. mit Spectrum-Analyzern genutzt werden, komme ich nicht zum Ziel. weil deren Frequenz-Signal-Kurve typischerweise bei 1 MHz den Rauschteppich kreuzt.


    Diese kommerzielle Lösung hat einen -3dB ELF-Messbereich von 5Hz bis 2kHz

    https://www.ets-lindgren.com/get-manuals/HI-3638%20H-600062%20H.pdf


    Meine Frage ist, wie ein Selbstbau-Ansatz für eine Meß-Sonde aussehen würde, ich denke da an so etwas wie eine Rahmen-Antenne/Ringwicklung mit einem Durchmesser von ca. 30cm und 20, 30 Wicklungen? Versuch macht kluch, aber da gibt es doch bestimmt etwas theoretisches Futter zu.


    Was könnt Ihr mir empfehlen, gerne auch Bücher?


    vy73

    Thilo - dl7ame

    Hallo Thilo,


    bei 16Hz und einem induktiven Widerstand von 1Ohm werden eine Induktivität von etwa 10mH benötigt. Da ergibt sich die Frage, mit

    welchem Material man diese Induktivität erreichen kann. Könnte mir eine Stabspule vorstellen , Kernmaterial normales Trafoblech

    wie bei den Netztrafos oder NF-Trafos. Vielleicht funktioniert auch schon eine entsprechende Stabdrossel.


    73 de

    Manfred , dl3arw

    Ich habe bisher eine alte Telefonmithörspule am Spectrumanalyzer benutzt. Die Dinger, die man damals mit Saugnapf an die alten Telefonen dran pappte. Ich muß die mal durchmessen und nachtragen. Bisher habe ich damit ESL und jetzt LEDs auf Störungen gemessen, aber das fängt in der Regel ab 50Hz an und ich habe "da drunter" nicht drauf geachtet.


    Bis später, muß weg, 73 Peter

    Hallo Manfred,

    Zitat von DL3ARW

    bei 16Hz und einem induktiven Widerstand von 1Ohm werden eine Induktivität von etwa 10mH benötigt.

    kannst Du mir die Formel geben, aus der Du das ableitest? Gern auch einen Link auf mehr.


    Vielen Dank

    Thilo

    Hallo Peter,

    Zitat von DB6ZH

    Ich habe bisher eine alte Telefonmithörspule am Spectrumanalyzer benutzt. Die Dinger, die man damals mit Saugnapf an die alten Telefonen dran pappte.

    ja, die kenne ich auch noch. Allerdings sind die in der kleinen Bauform nur als Nahfeld-Sonden im Sinn von "gleich daneben" geeignet, zu wenig durchflossene Fläche.


    Für meinen Anwendungsfall liegt das erforderliche "Nahfeld" eher im Bereich von 20m - 100m.


    Bei der IEEE habe ich ein Kurz-Paper von Martin Misakian vom NIST zum Thema gefunden, ein frei zugänglicher Spiegel davon liegt bei Researchgate, ELF electric and magnetic field measurement methods, dort auf "Download full-text PDF" clicken.


    Für die H-Feld-Sonde beschreibt er zunächst die einfache Variante einer einzelnen Spule und verweist dann für eine Summen-Messung über alle Ebenen auf drei orthogonale Spulen. Von Rohde&Schwarz gab es sowas mal, die HM020E Dreifach-Rahmenantenne, deren untere Bandbreitengrenze aber wegen der Einzel-Wicklungen erst bei 9kHz beginnt und bis 30MHz geht.


    D.h. die durchflossene Fläche muss groß genug sein für die Distanz und dann braucht es noch genug Wicklungen, um mit der Frequenz weit genug runter zu kommen.


    vy73

    Thilo

    Moin Thilo,

    Zitat von DL7AME

    D.h. die durchflossene Fläche muss groß genug sein für die Distanz und dann braucht es noch genug Wicklungen, um mit der Frequenz weit genug runter zu kommen.

    So isses. Ein altes Kindergitter aus Holz oder Plastik waere als Traeger geeignet, die sind stabil. Notfalls stabile Pappe von einem grossen Karton. Und dann der alte Trick, das resonant zu machen, fuer bessere Empfindlichkeit bei der Messung. Da Du 16.7Hz Bahnstrom vermutest, koenntest Du damit anfangen. Drehkos kann man hier natuerlich vergessen, aber Du kannst mit normalen Kondensatoren solange parallel schalten, bis Du auf dieser Frequenz angekommen bist. Am besten noch einen weiteren Satz Kondensatoren fuer 50Hz Resonanz zum Wechseln aufbauen (steckbar oder umschaltbar machen), falls das Problem doch nicht von einer Bahntrasse kommt.


    Dann einen auffaellig weissen Imkeranzug ausleihen, damit die Aussenmessung auch gut Aufsehen erregt. "Was ich hier mache? Ich messe Strahlung, aber das ist streng geheim" :)


    73, Joerg

    Danke, Günter. Das dort beschriebene USB-Sound-Blaster Teil habe ich sogar, gleiches Modell. Ist für den Thinkpad gedacht. Ist preiswerter als ein neue Platine, wenn man mit Soundinterface zu unseren Geräten bastelt. Kommt auf meine to-do-Liste, (Test unter Win10 inzwischen) und wenn mal Zeit ist .....



    DL7AME: Ich habe mich vor Jahren mit Erdströmen beschäftigt und dann auch meine Hausinstallation geändert. In der URL von Günter sind u.a. auch mit

    RDF Earth Dipole Reception Gallery

    RDF seismic research


    Richtungsmessungen per Erdspieße gemacht worden. Meine damaligen Messungen waren nur mit zwei Erdspießen. Als Hinweis: die Signalstärken im Boden sind recht kräftig. Wenn das mit der Richtungsfindung klappt, ..... reizt mich direkt. Einen Erdspieß von damals http://www.db6zh-9.bn-paf.de/tttn0/emrppen.htm habe ich noch in Betrieb, aber schon ewig nichts mehr gemessen. Wäre schon reizvoll, das wieder auf zu wärmen, aber ..... man hat ja sonst nichts zu tun. (Die ersten Messungen waren auch mit Analog-Oszi, 2-Kanal, später mit Spectrumanalyzer, habe ich nicht mehr auf die Homepage eingestellt.)


    Evtl. könntest Du mit der Methode aber auch die 16 2/3 Hz Quelle zumindest eingrenzen.



    73 Peter

    2 Mal editiert, zuletzt von DB6ZH ()

    Hallo Thilo,


    seit vielen Jahren nutze ich für solche Berechnungen das Programm " HF Rechner " von DL1ANH . Meine benutzte Version ist schon etwas älter mit vers 2.2 ,

    die neue ist bei vers 361 . Im Internet mal nach kleiner HF Rechner und DL1ANH suchen. Auf der Seite von DL1ANH gibt es noch weitere andere schöne

    Sachen. Hier mal der Link : " https://dl1anh.darc.de/ " ..


    73 de

    Manfred , dl3arw

    Moin, moin,


    ich stecke überhaupt nicht im Thema, aber trotzdem eine unbedarfte Idee:


    16 Hz ist ja fast Gleichstrom. Es gibt ja allerlei mikro-mechanische Magnetfeld-Sensoren, die per I2C- oder SPI-Bus kommunizieren. Ich hatte mal mit einem herumgespielt, der auf dem BBC micro:bit (einer Lernplatine für Schüler) verbaut ist, und der war immerhin empfindlich genug, um auf das Erdmagnetfeld anzusprechen.


    Für 16 Hz müsste so ein Ding schnell genug sein. Aber habe keine Ahnung, ob Empfindlichkeit und Genauigkeit ausreichend wären.


    73,

    Ralf

    Hallo Manfred,

    Danke für den Link. Ich habe mir die aktuelle Version des HF-Rechners geladen und damit ein wenig gespielt. Wenn ich es recht verstehe, hast Du die Funktion "Blind- und Scheinwiderstände von Induktivitäten und Kapazitäten berechnen" genutzt, siehe nachgestellte Werte:


    Du hast in Deinem Vorschlag einen Blindwiderstand von 1 Ohm angesetzt. Wie Du diesen Wert an?

    Zitat von DL3ARW

    bei 16Hz und einem induktiven Widerstand von 1Ohm werden eine Induktivität von etwa 10mH benötigt. Da ergibt sich die Frage, mit

    welchem Material man diese Induktivität erreichen kann. Könnte mir eine Stabspule vorstellen , Kernmaterial normales Trafoblech

    wie bei den Netztrafos oder NF-Trafos. Vielleicht funktioniert auch schon eine entsprechende Stabdrossel.


    Für das Mess-Setup will ich eine Spule mit einem Nenn-Durchmesser von 1m und etwa 30 bis 50 Wicklungen aufbauen. Für den Draht will ich Kupferlackdraht mit einem Durchmesser von irgendwas zwischen 0,75mm und 1,5mm verwenden. Ich habe das mit verschiedenen Formeln bzw. Programmen für kurze Luftspulen durchgerechnet. Bei einer Drahtdurchmesser von 1mm und 30 Windungen komme ich je nach Rechen-Modell auf ca. 2mH wobei ich die Spule aus verschiedenen mechanischen Gründen voraussichtlich nicht einlagig flach, sondern mehrlagig wickeln werde, wodurch sich die Induktivität, die Eigenkapazität und diverse weitere Werte noch verändern.


    Wie wähle ich den Draht-Durchmesser sinnvoll aus?


    vy73

    Thilo

    Zu meiner ersten Antwort (Telephon-Spule) hatte ich das angegeben Manual im Eröffnungspost nicht gelesen. Das dort angegebene Meßgerät mißt das E-Feld (auf einer Polarisatiosebene) und nicht das H-Feld (siehe Seite 23 im Manual). Insofern als Rückfrage an DL7AME, was er messen möchte oder nur Störersuche). Im ELF-Bereich sind E- und H-Feld nicht mehr "beieinander" und müssen i.d.R. für "Belastungen" getrennt gemessen werden. Mit Spulen wird das H-Feld gemessen. Außer mit drei Spulen für alle Achsen, wird mit einer Spule nur eine Polarisationsebene gemessen.


    Ich habe seit langem für "Haushaltsmessungen" von Gigahertz ME3830B, der von 5Hz bis 100kHz mißt (Daten via Hersteller-Link, in der Übersicht 16Hz bis 100kHz, intern umschaltbar auf 5Hz-100kHz). Mißt E und H in einer Ebene, für Störersuche ausreichend nehme ich den sehr gerne her. Ansonsten beruhige ich gelegentlich ESmog geplagte damit (Hobby, ohne Cash, nur im Bekanntenkreis). Übersicht über diverse Meßgeräte von denen: https://gigahertz-solutions.de…eraete/Entscheidungshilfe . (Ich kriege keine Provision, etliche Händler vertreiben die Dinger ebenfalls. Mein erstes hatte ich von Conrad, später direkt vom Hersteller.)


    Für Dein "entferntes Problem" zur reinen Störersuche würde ich es mit Spulen auf Ferritstäben versuchen. Diese Meter-Rahmen wären für mich zweite Wahl.


    73 Peter

    Ich möchte elektromagnetische Wechselfelder messen und quantitativ beurteilen. In der Tat, selbst im Titel des verlinkten PDFs steht "Electric Field Meter", passt also nicht als Beispiel. Für die Störungssuche im häuslichen Umfeld nutze ich ich den EMV-Spion von funkamateur/box73.


    In diesem Fall geht es um mit CAT/Kupfer-Leitung angebundene und z.T. PoE-versorgte IP-Hardware, die deutlich unter der MTBF kaputt geht. Eine Arbeitshypothese ist, dass die CAT-Leitungen zusammen mit den Geräten über deren gemeinsame Erdung große Schleifen bilden, die elektromagnetische Wechselfelder einfangen. Im ersten Schritt möchte ich passend dazu elektromagnetische Wechselfelder einfangen und hinsichtlich Stärke, Frequenz, räumlicher Lage und Ereignis beurteilen.


    Zu meiner Frage nach dem Drahtquerschnitt: Ist es für das Setup sinnvoller, Draht mit 1mm oder 1,5mm Durchmesser statt nur 0,75mm zu verwenden?


    vy73

    Thilo

    Zum Drahtquerschnitt kann ich leider keine Erfahrungen beisteuern.
    Meine Überlegung wäre nur, dass der Kabelwiderstand ca 10-fach unter der niedrigsten vorkommenden Impedanz liegen sollte. Dann müsste die Messgenauigkeit ausreichend sein.
    Warum nicht die vorhandene CAT-Verkabelung selbst nutzen, um Schleifen zu überprüfen? Da stehen immerhin 8 Adern zur Verfügung, die man in Serie schalten kann mit einem einfachen RJ45 und einem kurzen Stück Kabel.
    Dann kann man verschiedene Abschlüsse zum Messen wählen - die üblichen 100Ohm und auch hochohmig.
    Also Erdschleifen sind auch in der EDV-Verkabelung garkeine gute Idee. Zwischen Gebäuden immer Glasfaser und auch wenn innerhalb eines Gebäudes z.B. Etagen getrennte Stromkreise bilden.
    Weiters die Überprüfung der Erdungsverhältnisse aller Netzverkabelung und der Verteiler. Elektriker (Elektrotechniker mitunter auch) haben manchmal seltsame Vorstellungen von Elektrizität.

    73 de Eike KY4PZ / ZP5CGE

    Wat de een sien Uhl is de anner sien Nachtigal
    Auf Englisch: Live and let live
    Und wenn's garnicht anders geht: "Einfach gaanich injuriern!" sagt der Hamburger

    Zitat von DL7AME

    Ich möchte elektromagnetische Wechselfelder messen und quantitativ beurteilen. .......


    Eine Arbeitshypothese ist, dass die CAT-Leitungen zusammen mit den Geräten über deren gemeinsame Erdung große Schleifen bilden, die elektromagnetische Wechselfelder einfangen. Im ersten Schritt möchte ich passend dazu elektromagnetische Wechselfelder einfangen und hinsichtlich Stärke, Frequenz, räumlicher Lage und Ereignis beurteilen.

    Hallo Thilo,


    alles was geerdet ist, findest Du im Erdboden wieder. Dazu paßt die Link von DL4ZAO (#2), auf die ich mich in #9 auch schon bezogen habe. Ich war damals sehr überrascht, was ich mit den zwei Erdspießen eingefangen habe, inkl. der Zeilenfrequenz damaliger TV-Geräte. Man konnte sehr klar erkennen, wann in der Nachbarschaft Prime-Time war. Diese Feldstärken holst Du vermutlich per L-Rahmen nicht rein. Ich habe lediglich keine Richtungsbestimmung gemacht. Falls Du zu Erdmessungen Platz und Gelegenheit hast, ist der Aufand um einiges geringer. Hat mich lediglich Koaxkabel vom Erdspieß bis in's Shack gekostet, Seele an den Spieß, Mantel an die Hauserdung (oder den anderen Spieß).


    Draht-Querschnitt: halte ich für weniger wichtig, weil Du ja breitbandig messen willst und nicht wie bei Filtern/Schwinkreisen hohes Q brauchst. Bei Kupferlackdraht bin ich etwas skeptisch, falls auch noch eng gewickelt wird. Du brauchst zwar viel L (Windungen), aber zu tiefe Eigenresonanz wegen der Wickelungskapazität kannst Du Dir nicht leisten (außer Du willst z.B. nur die 16 2/3 Hertz messen. Von der Praxis dazu muß ich leider passen, wirst Du ausprobieren müssen.


    Bei mir war ja die Idee, komplett von der Trafo (EVU) Betriebserde weg zu kommen = TT-Netz. Geerdete Leitungen brauchen keine Schleife, sie fangen den ganzen restliche Erdungsmüll direkt über den Haus-Potentialausgleich ein. Wenn da die Betriebserde des EVU dran hängt (TN-Netz), kriegst Du den ganzen Schotter der Nachbarschaft und Umgebung dazu, weil das Einzugsgebiet der Erdströme wesentlich größer ist. Ich hatte konservativ gerechnet bei TT mindestens 20dB weniger Noise im Shack als bei TN. Das gilt auch für alle geschirmten Kabel, bzw. deren Schirmung. Werde ich gelegentlich neu messen.


    73 Peter

    2 Mal editiert, zuletzt von DB6ZH ()

    Hallo Thilo,


    ich hatte das so verstanden, dass du eine handliche Suchspule benötigst um direkt entlang der Kabel die Strahlung aufnehmen möchtest. Dabei auch zu analysieren, welches der Kabel

    die Strahlung abgibt. Deswegen dachte ich an eine konzentrierte Spule. Beispiel: die 220V Wicklung eines kleinen Netztrafos . Das Trafoblech entfernt , geschnitten und daraus den

    neuen Blechkörper zusammengesetzt in einer Stabform.

    Die Spule kann man dann als offene Spule breitbandig und mit einem Kondensator Parallel für 16,33Hz auslegen. Beispiel: 16,33Hz , 10mH Spule dann benötigt man etwa 9500µF Parallel-C .

    Ich würde mal mit einem 220V Trafo beginnen.


    73 de

    Manfred , dl3arw

    Es geht bei dem Versuch nicht darum, Leitungen und deren Verlauf zu identifizieren, sondern darum, im Abstand von ca. 5m - 100m zu bekannten Leitungsverläufen einen quantitativen Eindruck zu bekommen, wie hoch die im jeweiligen Abstand induzierten Spannungen und Ströme in eine Leiterschleife sind. Dabei möchte ich das Spektrum von 16Hz bis in den kHz Bereich einfangen können. Ich möchte möglichst viel vom vorhandenen magnetischen Fluss einfangen, daher der Ansatz, einen möglichst großen Radius bzw. durchflossene Fläche zu haben, z.B. 1m². Ich glaube, ich sollte mal in den Versuchsmodus wechseln und mit einer einfachen Wicklung und einem Voltmeter schauen, was ich messen kann. Optimieren kann ich dann hinterher immer noch.


    vy73

    Thilo

    Da Du Einkoppelung von anderen Leitungen messen willst, wäre eine größere "viereckige Wicklung" (1m-"Quad") vermutlich günstiger. Eine runde Option kannst Du immer noch nehmen, zum Vergleich. Du müßtest ja im Verlauf parallel messen. Eine Punkt-Messung wie z.B. für Feldstärke hilft Dir ja nicht zu Deiner gewünschten Koppelungs-Aussage.


    73 Peter

    Zitat von DB6ZH

    Da Du Einkoppelung von anderen Leitungen messen willst, wäre eine größere "viereckige Wicklung" (1m-"Quad") vermutlich günstiger.

    Ein Kreis bietet das günstigste Verhältnis zwischen Fläche und Umfang.


    73

    Günter

    "For every complex problem there is an answer that is clear, simple, and wrong" (H.L. Mencken)