The Weighted Peak Method in the Time Domain Compared With Alternative Methods for Assessing LF Electric and Magnetic Fields

Keller, Helmut

doi:10.1097/hp.0000000000000667

Cited by 13 publications

(11 citation statements)

References 4 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…In equation (2) the ' * ' denotes the convolution operation and w TD (t) is the impulse response of the first order filter with frequency response W TD (f ). A detailed description and analysis of the WPM-TD, as well as guidance for its practical implementation, can be found in Keller (2017). One of the beneficial features of the WPM-TD is its suitability for direct implementation in the circuitry of field probes by corresponding first order RC-filters.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Nonsinusoidal in situ electric field caused by magnetic deactivator device for EAS labels—assessment of field strength inside a detailed anatomical hand model

2023

View full text Add to dashboard Cite

To evaluate the localized magnetic field (MF) exposure of the cashier’s hand due to a particular de-magnetization device (deactivator) for single-use labels of an acousto-magnetic (AM) electronic article surveillance (EAS) system, comprehensive measurements of MF near the surface of the deactivator and numerical computations of the induced electric field strength Ei were performed in high-resolution anatomical hand models of different postures and positions with respect to the deactivator. The measurement results for magnetic induction B were assessed with respect to the action levels (AL) for limb exposure, and the computational results for Ei were evaluated with respect to the exposure limit values (ELV) for health effects according to EU directive 2013/35/EU. For the ELV-based assessment, the maximum of the 2 x 2 x 2 mm3 averaged Ei (maxEi,avg) and the respective 99.9th, 99.5th, and 99.0th percentiles were used. As the MF impulse emitted by the deactivator for de-magnetization of the AM-EAS labels was highly non-sinusoidal, measurement results were assessed based on the weighted peak method in time domain (WPM-TD). A newly developed scaling technique was proposed to apply the WPM-TD also for the assessment of the (non-sinusoidal) Ei regarding the ELV. It was used to calculate the resulting WPM-TD based exposure index (EI) from frequency domain computations. The assessment regarding the AL for limbs yielded peak values of magnetic induction of up to 97 mT (measured with a 3 cm2 MF probe on top of the deactivator surface) corresponding to an EI of 443 %. However, this was considered an overestimation of the actual exposure in terms of Ei as the AL were defined conservatively by intention. A WPM-TD based assessment of Ei finally led to worst case EI up to 135 %, 93 %, 78 %, and 72 % when using the maxEi,avg, 99.9th, 99.5th, and 99.0th percentiles, respectively.

show abstract

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Nonsinusoidal in situ electric field caused by magnetic deactivator device for EAS labels—assessment of field strength inside a detailed anatomical hand model

2023

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…Each standard and guideline addresses this problem differently proposing solutions that depends on the shape of the waveform (ICNIRP 2003, 2010, Bailey et al 2019. The literature includes several papers using these methods to analyze specific exposure scenarios (Lodato et al 2012, Andreuccetti et al 2013, Fiocchi et al 2015, Canova et al 2016, Paffi et al 2016, Tang et al 2022 and other papers pointing out issues and performances of these methods (De Santis et al 2013, Schmid and Hirtl 2016, Keller 2017, Schmid et al 2019. Most of these methods move the problem from the time domain to the frequency domain by means of the Fourier decomposition of the waveform.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

“…This method is compared with the results obtained with the WPM showing that it violates the underlying principle above which reference levels and basic restrictions are defined and, for these reasons, it should be avoided. Keller (2017) provides a thorough analysis of the WPM addressing many technical details for its implementation both in frequency domain and in time domain. The analysis shows that the WPM is the approach more closely related to the underlying concepts of electrostimulation and the results obtained are very reliable, especially when applied in the time domain.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

“…Results will be presented as 95% confidence interval plots. It must be stressed that the method used for the uncertainty quantification is very general and it can be applied to all methods for the assessment of pulsed or multi-frequency fields, however, in this paper we take into account only the weighted peak method proposed by the ICNIRP because it is recognized to be the most suitable and less conservative among all methods (Schmid and Hirtl 2016, Keller 2017, Schmid et al 2019. The WPM can be applied both in time domain and frequency domain.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

See 1 more Smart Citation

Uncertainty quantification in the assessment of human exposure to pulsed or multi-frequency fields

Giaccone

2023

Phys. Med. Biol.

View full text Add to dashboard Cite

Objective: pulsed fields or waveforms with multi-frequency content have to be assessed with suitable methods. This paper deals with the uncertainty quantification associated to these methods. Approach: among all possible approaches, the weighted peak method is widely employed in standards and guidelines, therefore, in this paper, we consider its implementation both in time domain and frequency domain. For the uncertainty quantification the polynomial chaos expansion theory is used. By means of a sensitivity analysis, for several standard waveforms, the parameters with more influence on the exposure index are identified and their sensitivity indices are quantified. The output of the sensitivity analysis is used to set up a parametric analysis with the aim of evaluating the uncertainty propagation of the analyzed methods and, finally, also several measured waveforms generated by a welding gun are tested. Main findings: it is shown that the time domain implementation of the weighted peak method provides results in agreement with the basilar mechanisms of electromagnetic induction and electrostimulation. On the opposite, the WPM in frequency domain is found to be too sensitive to parameters that should not influence the exposure index because its weight function includes sharp variations of the phase centered on real zeros and poles. To overcome this issue, a new definition for the phase of the weight function in frequency domain is proposed. Significance: it is shown that the time domain implementation of the weighted peak method is the more accurate and precise. The standard WPM in frequency domain has some issues that can be avoided with the proposed modification of the phase definition of the weight function. Finally, all the codes used in this paper are hosted on a GitHub and can be freely accessed at https://github.com/giaccone/wpm_uncertainty.

show abstract

“…H G ποσοτικοποιεί το βαθμό στον οποίο μια κεραία κατευθύνει την ισχύ που ακτινοβολεί σε μια ορισμένη επιθυμητή κατεύθυνση, και συγκεκριμένα αυτήν της κύριας δέσμης της. Η απολαβή G, μιας κεραίας, συνδέεται μαθηματικά με την κατευθυντικότητά της, μέσω της σχέσης: Σε πολλές περιπτώσεις το κέρδος, όπως και η κατευθυντικότητα, της πηγής εκφράζονται σε decibel (db)1 , οπότε η ανωτέρω σχέση διαμορφώνεται ως ακολούθως: Η κεραία, δηλαδή, πρέπει να ανακατευθύνει ισχύ από ανεπιθύμητες κατευθύνσεις προς την επιθυμητή, έτσι ώστε να παραχθεί μια πιο στενή και ελεγχόμενη δέσμη. [open courses.uoa.gr/modules/document/file.php/DI123.pdf] Η λογαριθμική έκφραση της κατευθυντικότητας D(db) συνδέεται με την έκφραση της σε απόλυτα μεγέθη ως εξής (Ιδέ 1.…”

unclassified

Μελέτη-Αξιολόγηση Μη Ιοντίζουσας Ακτινοβολίας Στην Ευρύτερη Περιοχή Της Θεσσαλίας

Alexias¹,

Αλεξιάς²

View full text Add to dashboard Cite

Τα τελευταία χρόνια και με γνώμονα ότι διαβιώνουμε μέσα σε μια αυξανόμενη ποσόστωση ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας (ΗΜΑ), εκδηλώνεται έντονα η ανησυχία εξαιτίας της επιβάρυνσης της ατμόσφαιρας, άρα και των ανθρώπων από αυτή την ακτινοβολία. Στην κατεύθυνση αυτή πλήθος μελετών έχουν διεξαχθεί, κατατάσσοντας την ΗΜΑ σε έναν επιπλέον περιβαλλοντικό παράγοντα επιβάρυνσης. Στην παρούσα διατριβή και όσον αφορά το γενικό μέρος, αρχικά παρατίθενται τα βασικά θεωρητικά στοιχεία της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, εν συνεχεία καταγράφονται οι κυριότερες από τις πηγές της (φυσικές ή τεχνητές) και τέλος εντοπίζονται οι διαφορές των τμημάτων, ως προς τις συχνότητες και κατ’ επέκταση και τις βιολογικές επιδράσεις, που απαρτίζουν το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα, εστιάζοντας κυρίως στις περιοχές εκείνες του φάσματος όπου εδράζονται οι μη ιοντίζουσες ακτινοβολίες ( υπέρυθρες, ραδιοκύματα, κύματα εξαιρετικά χαμηλής συχνότητας). Κατόπιν γίνεται μια συνοπτική περιγραφή του μετρικού εξοπλισμού και παρατίθενται τα πρότυπα μέτρησης και μετρικών σφαλμάτων καθώς και τα όρια ασφαλείας όπως αυτά έχουν θεσπιστεί από τη Διεθνή Επιτροπή Προστασίας από Μη - Ιοντίζουσες Ακτινοβολίες (ICNIRP).Όσον αφορά το ειδικό μέρος, πρωταρχικός σκοπός της έρευνας είναι η μέτρηση, η παράθεση, ο σχολιασμός και τέλος η αξιολόγηση των επιπέδων της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας σε σημεία που ανήκουν σε ευαίσθητες χρήσεις γης, όπως ορίζονται στο άρθρο 1 Κατηγορίες χρήσης του Υπουργείου Περιβάλλοντος και Ενέργειας, στην ευρύτερη περιοχή της Θεσσαλίας. Ιδιαίτερη μνεία γίνεται για τις ακτινοβολίες που εκπέμπονται από την κινητή τηλεφωνία. Κατά την άποψη μου, πρώτον επειδή η τεχνολογική της εξέλιξη συντελείται αλματωδώς ενώ ταυτόχρονα μεταβάλλεται ακατάπαυστα (για παράδειγμα από 4η σε 5η γενιά, από αναλογική σε ψηφιακή, κ. λ. π.), με συνέπεια να διαφοροποιούνται σημαντικά τα χαρακτηριστικά της εκάστοτε εκπεμπόμενης ακτινοβολίας και επομένως να καθίσταται ανακριβής προϊόντος του χρόνου η εκτίμηση τυχόν εκπομπών που δεν συνάδουν με τα θεσμοθετημένα όρια, και δεύτερον εξαιτίας της εξάπλωσης των δικτύων της, προκειμένου να καλυφθούν ταχύτατα οι ανάγκες σύνδεσης του κοινού. Μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν κατά διαστήματα σε μικροκυματικές συχνότητες σε 257 ευαίσθητες δομές (κυρίως σχολεία) και στις τέσσερεις μεγάλες θεσσαλικές πόλεις. Ειδικά στις πόλεις της Λάρισας και των Τρικάλων καλύφθηκαν όλες οι σχολικές δομές εντός του ευρύτερου κέντρου. Η διαδικασία αυτή μας βοηθά σε καινοτόμο επίπεδο, να διαπιστώσουμε το κλάσμα της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας που δέχονται οι δέκτες – χρήστες στους χώρους που αυτοί δραστηριοποιούνται για μεγάλο χρονικό διάστημα, λαμβάνοντας ταυτόχρονα υπ’όψιν τους κανόνες που διέπουν την κυματική ακτινοβολία (ανάκλαση, διάθλαση, συμβολή κ.λ.π).Εκτός των ανωτέρω μετρήσεων πραγματοποιήθηκε και μια σειρά μετρήσεων σε 68 ευαίσθητες δομές στον δήμο Κορυδαλλού Αττικής. Οι μετρήσεις αυτές χρησιμοποιήθηκαν σαν μέσο σύγκρισης και αντιπαραβολής με αυτές που υλοποιήθηκαν στην ευρύτερη περιοχή της Θεσσαλίας. Αξιολογήθηκε επίσης η έκθεση των εργαζομένων στα φορτηγά αποκομιδής απορριμμάτων του δήμου Τρικκαίων καθώς φέρουν σύστημα γεωεντοπισμού (GPS). Τα αποτελέσματα των μετρήσεων παρουσιάστηκαν από τους εν λόγω δήμους σε ειδική τελετή- ομιλία με κύριο ομιλητή τον γράφοντα (Παράρτημα 3). Στο εύρος του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος που αφορά τα ραδιοκύματα και σε καινοτόμο επίπεδο η επεξεργασία των αποτελεσμάτων των μετρήσεων έχει γίνει με τέτοιο τρόπο ώστε να είναι με σαφήνεια καθορισμένη η εκάστοτε συνεισφορά της κάθε πηγής στην συνολική ηλεκτρομαγνητική επιβάρυνση, με συνέπεια τα αποτελέσματα των μετρήσεων να καθίστανται άμεσα συγκρίσιμα. Οι μετρήσεις διεξήχθησαν όπως προαναφέρθηκε με γνώμονα την ηλεκτρομαγνητική επιβάρυνση των ευαίσθητων πληθυσμιακά ομάδων και όχι με γνώμονα την εγγύτητα ή όχι της εκάστοτε μέτρησης στην κύρια πηγή εκπομπής (σταθμός βάσης ,κεραία εκπομπής, κλπ.). Πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας και σε εξαιρετικά χαμηλής συχνότητας (ELF) ηλεκτρομαγνητικά πεδία στα δύο αιολικά πάρκα τα οποία λειτουργούν στην περιφέρεια Θεσσαλίας, στην αλυσοειδή γραμμή και στα βαγόνια του ηλεκτροκίνητου προαστιακού συρμού του σιδηροδρομικού σταθμού Λάρισας. Σε καινοτόμο επίπεδο η συλλογή και η επεξεργασία των αποτελεσμάτων των μετρήσεων υλοποιήθηκε με την μέθοδο WPM (Weighted Peak Method), η οποία προκρίνεται σε πολλά τεχνικά πρότυπα ως η ενδεικνυόμενη για την αξιολόγηση της συμμόρφωσης με τις οριακές τιμές έκθεσης για τις αισθητηριακές επιπτώσεις και τις επιπτώσεις στην υγεία. Οι τιμές WPM εκφράζουν το ποσοστό της σταθμισμένης τιμής του μαγνητικού πεδίου σε σχέση με το όριο της Ελληνικής νομοθεσίας για την έκθεση του γενικού πληθυσμού (το όριο αντιπροσωπεύει το 100%). Από τον συνολικό αριθμό των μετρήσεων που έλαβαν χώρα προκύπτει ότι οι τιμές τους κυμαίνονται ως επί το πλείστον από 400 έως 12000 περίπου κάτω από τα επιτρεπτά όρια ασφαλείας. Για όλο τον όγκο των μετρήσεων έχουν συνταχθεί αντίστοιχες εκθέσεις. (Παραρτήματα 1 & 2)Μια μεγάλη μελέτη που υλοποιήθηκε μεταξύ των χωρών της Ευρωπαϊκής Κοινότητας [Eurobarometer 2010] κατέδειξε το διττό πρόβλημα, της ελλιπούς και ασαφούς ενημέρωσης του κοινού σχετικά τόσο με την φύση, όσο και την αλληλεπίδραση της μη ιοντίζουσας ακτινοβολίας με την ζώσα ύλη. Στην κατεύθυνση αυτή από το παρών πόνημα επιχειρείται μια επεξηγηματική προσέγγιση του ανωτέρω προβλήματος, καθώς συμπεριλαμβάνονται και οι τελευταίες οδηγίες της ICNIRP. Από τα προαναφερόμενα προκύπτει ότι η οποιαδήποτε επέκταση ή διαφοροποίηση του δικτύου κινητής τηλεφωνίας ,η εγκατάσταση νεότευκτων αιολικών ή φωτοβολταϊκών πάρκων και η εφαρμογή της ηλεκτροκίνησης προκαλεί στο ευρύ κοινό μια αυξανόμενη εκθετικά ανησυχία σχετικά με την ασφαλή και οριοθετημένη και από άποψη ηλεκτρομαγνητικής επιβάρυνσης λειτουργία των δομών αυτών. Σε όλα αυτά έρχεται να προστεθεί και η συμβολή των μέσων μαζικής ενημέρωσης (ΜΜΕ) τα οποία στην προσπάθεια της έγκαιρης πληροφόρησης μεταφέρουν αποσπασματικά αντιφατικές απόψεις, εκδοχές και συχνά υπερβολές που εκπορεύονται από μη αρμόδιους επιστημονικά φορείς με απούσα σε κάθε περίπτωση, την καθ' ύλην αρμόδια που δεν είναι άλλη από την επιστημονική κοινότητα. Με κριτήριο την ραγδαία ανάπτυξη της τεχνολογίας, την επίμονη ανάγκη για όλο και περισσότερες ενεργειακές πηγές, νέες εστίες ηλεκτρομαγνητικών πεδίων ‘εισβάλλουν’ καθημερινά στη ζωή μας, επιβαρύνοντας το περιβάλλον στο οποίο διαβιώνουμε και δραστηριοποιούμαστε. Συμπερασματικά λοιπόν δεν πρέπει να εφησυχάζουμε αλλά έρευνες, μετρήσεις και συγκρίσεις με τα θεσμοθετημένα όρια επιβάλλεται να πραγματοποιούμε στο διηνεκές ώστε να εξασφαλίσουμε και για τώρα και για το μέλλον ένα καθόλα υγιές και αποφορτισμένο γήινο περιβάλλον.

show abstract

The Weighted Peak Method in the Time Domain Compared With Alternative Methods for Assessing LF Electric and Magnetic Fields

Cited by 13 publications

References 4 publications

Nonsinusoidal in situ electric field caused by magnetic deactivator device for EAS labels—assessment of field strength inside a detailed anatomical hand model

Nonsinusoidal in situ electric field caused by magnetic deactivator device for EAS labels—assessment of field strength inside a detailed anatomical hand model

Uncertainty quantification in the assessment of human exposure to pulsed or multi-frequency fields

Μελέτη-Αξιολόγηση Μη Ιοντίζουσας Ακτινοβολίας Στην Ευρύτερη Περιοχή Της Θεσσαλίας

Contact Info

Product

Resources

About