LEDセンサアレイを用いた電磁界の可視化法:自動車内の電磁環境計測

Abstract

When one measures the distribution of the intensity of electric field, the influences received from the environment on it become so large depending upon frequencies. Therefore the measurement taking into account the environment is also required. However, such a measurement needs large scale scanning devices, resulting the measurable objects to be limited. In addition, for accurate measurements, it is necessary to avoid the disturbances from cables connecting each device. It is conceivable that signal should be transferred by means of transforming it into light signals. In this study, the present authors developed a new measurement method, in which a sensor array equipped with LEDs (Light Emitting Diodes) is exposed to the electric fields and CCD camera takes images of emission from LEDs. Since this method can be adapted in narrow spaces, an applied experiment is implemented in a vehicle using cellular phone and the results are reported. The intensities of LEDs are in proportion to the intensities of electric fields. The emissions from LEDs are observed at separated places by a CCD camera and are recorded in a personal computer. By repeating scanning and combining images, the two dimensional distribution of the intensity of the electric field can be easily obtained. The used sensor array is composed of a small dipole antenna, a circuit for checking waves, an amplifier, a voltage regulator and a LED. It is confirmed that there is a good proportional relationship between the LED current of the developed sensor and the number of dots obtained by the CCD measurement. The verification test taking into account the effects of reflected waves were also showed the availability of this sensor. In arranging sensors in rows and columns, the optimum way was selected after evaluating the interference between antennas. Measurements were carried out inside a vehicle in a door-closed state with antennas fixed on a trunk lid of Cedan type passenger car, resulting in a clear visualization of electric fields inside the vehicle. It was shown that radio waves with shorter wavelengths tend to make more complex fields, and that the electric fields tend to concentrate near the seat containing metal springs.

電界強度分布を測定する際、電磁波の周波数によっては環境からの影響が非常に大きくなってしまう。従って設定環境をも含めた測定が必要だが、そのためには大がかりな走査機構などを必要とし、適用できる測定対象が限定されてしまう。また、正確な測定には測定機器同士を接続するケーブルなどの測定電磁界への擾乱を防ぐことも必要となる。そのため、信号の伝達を光に変換して行うことが考えられる。今回、LED(発光ダイオード)を装荷したセンサアレイを電磁界に曝露し、その発光の様子をカメラ撮像することによる測定法を確立した。この手法は狭い環境にも適用できるので、ここでは自動車電話使用時の車内に適用し、その結果を報告する。LEDセンサアレイの発光強度は電界強度に比例する。それを離れた位置からCCDカメラで撮像し、パーソナルコンピュータに取り込む。センサアレイによる走査を繰り返し撮像し、全画像を合成することで、容易に2次元の電界強度分布を得ることができる。測定に用いるセンサは、微小ダイポールアンテナ、検波回路、増幅器、電圧レギュレータとLEDから構成される。開発したセンサのLED電流と、測定画像から得た画素数には良好な比例関係が確認された。反射電波をも考慮した検定によっても当センサの有用性が示された。センサのアレイ化は、アンテナ同士の相互干渉を評価した上で最適なものを選択した。セダン型の乗用車のトランクリッドにアンテナを固定し、ドアを閉めた車内で測定したところ、車内の電界を明確に可視化することができた。その結果、波長の短い電波ほど複雑な電界を作ること、金属バネを含むシート付近で電界の集中が見られることがわかった。