[...] Gegenstand der vorliegenden Arbeit sind hingegen magnetische Schwingungen und Wellen im untersten
Frequenzbereich und zwar im Bereich 0Hz < f < 50Hz.
Zur Vereinfachung wird dieser Frequenzbereich im Folgenden ELF - Bereich (ELF = Extremely Low
Frequency) genannt. Für die betrachteten Schwingungen und Wellen wird der Begriff "ELF-Signale"
eingeführt. ELF-Signalen wurde bisher wenig Aufmerksamkeit zuteil, da sie weitestgehend vom weit
stärkeren 50 Hz-Netzbrummen überdeckt werden.
Grundlage dieser Arbeit sind ELF-Signale, die im Jahre 2000 zunächst eher zufällig von Dipl.-Geol. Kurt
Diedrich erfasst wurden. Es zeigt sich, dass auch unterhalb von 50 Hz Schwingungen und Wellen (also ELFSignale),
wenn auch mit sehr schwacher Amplitude, nachweisbar, analysierbar und katalogisierbar sind.
Recherchen ergaben, dass der beschriebene Signalbereich bis dato kaum oder gar nicht untersucht wurde.
Diskussionen mit Bergbaukundlern und Geologen sowie die Veröffentlichungen [7], [8], [4], [34] ergaben,
dass die betreffenden Schwingungen unbekannt sind und weder umfassend noch zufriedenstellend erklärt
werden konnten.
In der Geologie werden bestimmte Wellen für die Untersuchung der Erdkruste gezielt eingesetzt. Damit ist
es möglich z.B. Hohlräume oder Lagerstätten für Rohstoffe in den oberen Erdschichten zu detektieren [24].
Über Messungen der beschriebenen Signale ist hingegen keine Information zu finden.
Die genannten ELF-Signale könnten auch im Zusammenhang mit dem "Brummtonphänomen" stehen. Zu
diesem Thema wurden verschiedene Untersuchungen und Messungen gemacht, die z.B. auch in [6] und [7]
beschrieben sind.
Primäres Ziel dieser Arbeit ist der Nachweis der Existenz der ELF-Signale im angegebenen Frequenzbereich
und deren Aufbau und Struktur. Sekundär geht es um den Ursprung der Signale. Dazu wurden die Signale
mit einer selbstentwickelten Hardware akquiriert, gespeichert, analysiert und katalogisiert. Die Arbeit hat
interdisziplinaren Charakter. Die Lösung der Aufgabe erfordert Kenntnisse und Verfahren aus der Physik,
der Geologie und der Nachrichtentechnik.
Die vorliegende Arbeit basiert auf privater Intitiative. Sie wurde vom Autor selbst finanziert.
Wirtschaftlichkeit hatte deshalb nicht nur einen hohen Stellenwert, sondern war eine zwingende
Notwendigkeit.
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung
1.1 Quellen für niederfrequente magnetische Wechselfelder
1.2 Wellenlängen
1.3 Magnetische Feldstärken
1.3.1 Feld um einen langen elektrischen Leiter
1.3.2 Feld des magnetischen Dipols
1.3.3 Feldstärken
1.4 Beispiel für ELF-Signale
2. ELF-Signalerfassungs-Technologie
2.1 Hardware zur ELF-Signalaufnahme
2.1.1 Einsatz von Hallsensoren
2.1.2 SQUIDs (Josephson-Effekt)
2.1.3 Luftspulen als Sensoren
2.1.3.1 Induktivität der eingesetzten eisenlosen Niederfrequenzspulen
2.1.3.1.1 Strom-Spannungs-Messverfahren
2.1.3.1.2 Resonanz-Messverfahren
2.1.3.1.3 "Stromabfall"-Methode
2.1.3.1.4 Zusammenfassung der Induktivitätsmessung
2.1.3.1.5 Abgleich durch Induktivitätsberechnung
2.1.3.1.6 Konsequenzen der Induktivität
2.1.3.2 Linearisierung
2.1.3.2.1 Linearisierung durch Parallelwiderstand
2.1.3.2.2 Linearisierung mit Integrator
2.1.4 Analoger Tiefpassfilter 6. Ordnung
2.1.4.1 Tiefpasstypen
2.1.4.2 Entwicklung von Butterworth-Tiefpassfiltern
2.1.4.3 Butterworth-Tiefpass 6. Ordnung, praktisch aufgebaut
2.1.4.4 Messwerte
2.1.5 Aufnahme von Messwerten über die Soundkarte
2.1.5.1 Amplitudenmodulation
2.1.5.2 Erzeugen des Trägers
2.1.5.3 AM-Modulation mit OTA
2.1.5.4 Spannungsgesteuerte Stromquelle
2.1.5.5 Gesamtschaltung
2.2 Digitale Signalverarbeitung
2.2.1 Digitale Demodulation von AM-Signalen
2.2.1.1 Scheitelwertverfolgung
2.2.1.1.1 Dreipunktverfahren
2.2.1.1.2 Sukzessive Maximalwertsuche
2.2.1.1.3 Auswertung der Steigung
2.2.1.1.4 Fehlerabschätzung
2.2.1.1.5 Ergebnisse bei einer real durchgeführten Demodulation
2.2.1.1.6 Zusammenfasssung
2.2.2 Empfangssoftware und Frequenzshifting
2.2.2.1 Programmcode des ELF-Empfangs- und Demodulationsprogramm
2.2.2.1.1 Code in Visual Basic 6.0
2.2.2.1.2 Code in Visual Basic 2005 (.NET-Technologie)
2.3 Auswertesoftware
2.4 Hard- und Software-Setup
3. Praktische Messungen
3.1 Empfangsort und Aufstellung
3.2 Recording
3.3 Kausalität
3.4 Peilung
3.4.1 Praktisch durchgeführte Peilungen
4. Analyse erfaßter ELF-Signale
4.1 ELF-Immission in Wohngebieten
4.1.1 Örtlich begrenzte Signale
4.1.1.1 Pfeifer
4.1.1.2 Kuh
4.1.1.3 Nebelhorn
4.1.1.4 Kauz
4.1.1.5 Lokomotive
4.1.1.6 Voice
4.1.1.7 Nadeldrucker
4.1.1.8 Panflöte
4.1.1.9 Keyshift
4.1.1.10 Fernschreiber
4.1.2 Signale mit großer örtlicher Ausdehnung
4.1.2.1 Goose-Signal
4.1.2.1.1 Goose-Zeitsignale
4.1.2.2 Heartbeat-Signal
4.1.2.2.1 Messung der Signalparameter
4.2.2.2.2 Regionales Auftreten
4.1.3 Messungen im Dorf Horm (Stadtteil von Hürtgenwald)
4.2 ELF-Immission außerhalb von Wohngebieten
4.3 Braunkohleabbaugebiete als ELF-Emittenten
4.4 Haushaltsgeräte als ELF-Emittenten
4.4.1 ELF-Signal einer Spülmaschine
4.4.2 ELF-Signal einer Waschmaschine
4.4.3 ELF-Signal einer Quarzuhr
4.4.4 Typische Feldstärken vor Haushaltsgeräten bei Netzfrequenz
4.4.5 Konsequenz aus den Messungen vor Haushaltsgeräten
4.5 Sonstige Signale
4.5.1 Unregelmässige Frequenzverläufe
4.5.2 Spontan einsetzende Spektrallinien
5. Artifizielle ELF-Signale
5.1 Abschätzung der magnetischen Flussdichte
5.2 Abschätzung der Quelleneigenschaften
5.2.1 Messaufbau
5.2.2 Messung mit Leiterschleife
5.2.3 Messung mit Erdspieß
5.3 Vergleich mit "natürlich" vorkommenden Signalen
6. Überlegungen und Hypothesen zur Signalherkunft
6.1 Antropogene Quellen
6.1.1 Haushaltsgeräte
6.1.2 Industrielle Anlagen / Bahnen
6.1.3 Hochfrequente Wellen
6.2 Natürliche Quellen
7. ELF-Signale und Elektrosmog
8. Schlusswort
Zielsetzung & Themen
Das primäre Ziel dieser Arbeit ist der Nachweis der Existenz von ELF-Signalen (Extremely Low Frequency) im Frequenzbereich zwischen 0 Hz und 50 Hz, deren Analyse und Katalogisierung sowie die Untersuchung ihres Ursprungs mittels einer selbstentwickelten, kostengünstigen Hardware auf Basis eines Standard-PCs.
- Entwicklung einer ELF-Empfangstechnologie unter Verwendung einfacher Luftspulen als Sensoren.
- Digitale Signalverarbeitung und Demodulation von amplitudenmodulierten (AM) ELF-Signalen.
- Durchführung praktischer Messungen zur Identifikation und Analyse verschiedener Signaltypen in unterschiedlichen Umgebungen.
- Untersuchung der Signalherkunft durch Abgrenzung zwischen natürlichen und anthropogenen Quellen.
- Evaluierung potenzieller Zusammenhänge zwischen den erfassten Signalen und elektrischen Anlagen.
Auszug aus dem Buch
1.3.1 Feld um einen langen elektrischen Leiter
Wird ein langer elektrischer Leiter von einem Strom der Größe I durchflossen, so bildet sich konzentrisch um den Leiter ein magnetisches Feld aus (Bild 1.2). Handelt es sich bei dem Strom I um einen Wechselstrom, dann erzeugt dieser auch ein magnetisches Wechselfeld. Die Stärke des magnetischen Feldes B fällt linear mit zunehmender Entfernung vom Leiter. Ausgehend vom Gesetz nach Biot-Savart gilt (die Herleitung kann z.B. [1] entnommen werden):
B = μ0 / 4π ∫ (I * dl x er) / r²
mit μ0 als magnetische Feldkonstante (μ0 = 4π * 10^-7 Vs/Am)
B(r) = (μ0 * I) / (2π * r)
B(r) = (I * 2 * 10^-7 Vs/Am) / r
mit B: magnetische Feldstärke in Tesla (1 T = 1 Vs/m²), I: Stromstärke in A, r: Abstand vom Leiter in m. Aus der magnetischen Feldstärke B läßt sich die magnetische Erregung H berechnen. Es besteht der Zusammenhang H = B / μ0.
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einleitung: Einführung in den Frequenzbereich unterhalb von 50 Hz und Definition des Ziels, die Existenz und Herkunft von ELF-Signalen nachzuweisen.
2. ELF-Signalerfassungs-Technologie: Beschreibung der Hardwareentwicklung, einschließlich Sensorik, Filterung und der Nutzung der PC-Soundkarte zur Signalerfassung und digitalen Demodulation.
3. Praktische Messungen: Erläuterung des Messaufbaus, der Anforderungen an den Empfangsort und der Methoden zur Lokalisierung der Signalquellen durch Peilung.
4. Analyse erfaßter ELF-Signale: Detaillierte Vorstellung verschiedener Signaltypen wie "Pfeifer", "Kuh", "Goose-Signal" und "Heartbeat-Signal", die in unterschiedlichen Umgebungen identifiziert wurden.
5. Artifizielle ELF-Signale: Zusammenfassung der Versuche, ELF-Signale gezielt zu erzeugen, um die Feldstärken zu evaluieren und die Signalcharakteristik mit "natürlichen" Quellen zu vergleichen.
6. Überlegungen und Hypothesen zur Signalherkunft: Diskussion möglicher Ursprünge der Signale, wobei anthropogene Quellen als wahrscheinlichste Verursacher angesehen werden.
7. ELF-Signale und Elektrosmog: Einordnung der ELF-Signale in die Diskussion um gesundheitliche Aspekte von magnetischen Wechselfeldern.
8. Schlusswort: Fazit über die Evidenz der Signale und den weiterhin offenen Klärungsbedarf bezüglich ihrer genauen Herkunft.
Schlüsselwörter
ELF-Signale, Magnetische Wechselfelder, Extremely Low Frequency, Signalanalyse, Amplitudenmodulation, Luftspulen, Signalpeilung, Anthropogene Quellen, Elektrosmog, Signalverarbeitung, Frequenzspektrum, Induktionsgesetz, Nahfeld, Messdatenerfassung, Feldstärke.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der Erfassung und Auswertung von schwachen, niederfrequenten, magnetischen Wechselfeldern in der Umwelt, die bisher kaum Beachtung fanden.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Schwerpunkte sind die Entwicklung einer geeigneten Messtechnik, die Analyse von Signalmustern und die Ursachenforschung hinsichtlich künstlicher oder natürlicher Quellen.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Das Hauptziel ist der Nachweis der Existenz von ELF-Signalen im Bereich unter 50 Hz sowie deren Dokumentation und die Suche nach ihren Ursprüngen.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es wird eine interdisziplinäre Methode angewandt, die Verfahren aus der Physik, Geologie und Nachrichtentechnik kombiniert, um mittels selbst entwickelter Hardware Messdaten zu akquirieren und zu analysieren.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil beschreibt detailliert die Hardware-Entwicklung (Sensorik, Filter, Soundkarten-Interface), die Software zur Demodulation und die Ergebnisse zahlreicher Feldmessungen.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Kernbegriffe sind ELF-Signale, magnetische Wechselfelder, Amplitudenmodulation, Signalanalyse, Sensorik und künstliche elektromagnetische Quellen.
Wie lässt sich ein "Goose-Signal" identifizieren?
Das "Goose-Signal" ist an seiner markanten, gegackerartigen Struktur erkennbar und zeigt eine sehr hohe Reichweite sowie unregelmäßige, aber im 24-Stunden-Rhythmus wiederkehrende Verteilungsmuster.
Welche Rolle spielt die Netzfrequenz bei der Messung?
Die 50-Hz-Netzfrequenz stellt eine starke Störquelle dar, die durch steilflankige Tiefpassfilter unterdrückt werden muss, um die schwachen ELF-Signale unterhalb dieses Bereichs überhaupt erfassbar zu machen.
- Citation du texte
- Dipl.-Ing. Franz Peter Zantis (Auteur), 2010, Erfassung und Auswertung von schwachen, niederfrequenten, magnetischen Wechselfeldern in unserer Umwelt, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/153829
