人體暴露于射頻電磁場歐盟標準及檢測方法

蔣 科

(江蘇出入境檢驗檢疫局機電產(chǎn)品檢測中心 無錫 214174)

0 引 言

隨著電器產(chǎn)品的普及和人們對健康的日益重視，電器產(chǎn)品的電磁輻射問題已經(jīng)成為人們關注的熱點。電磁場對人體產(chǎn)生負面效應，如頭疼、失眠、記憶衰退、血壓升高或下降、心臟出現(xiàn)界限性異常等，嚴重危害著人類的健康。為保護暴露其中的人體頭部和軀干的中樞神經(jīng)系統(tǒng)組織，減少其對人身造成的影響，需建立一個評價在電器設備周圍空間電磁場的合理方法。

1 家用電器及類似用途器具

歐盟2004 年2 月1 日發(fā)布EN 50366:2003 +A1:2006《家用和類似用途器具電磁場測量和評估方法》［1］并開始實施至今，歐盟本地銷售以及出口到歐盟的家電產(chǎn)品都應依據(jù)該強制標準進行試驗。EN 62233:2008《人體暴露在家用和類似用途器具電磁場的測量方法》［2］在2012 年12月1 日后將替代EN 50366:2003 +A1:2006 成為新的執(zhí)行標準，兩標準在技術上是等同的。

1.1 適用范圍

標準規(guī)定了從10 Hz～400 kHz 頻率范圍內(nèi)的磁場強度的測量方法，對于頻率高于400 kHz 的器具被認為符合標準而無需進行試驗，頻率低于10 Hz 的測定方法待定。對于電場測量，一般情況下，如果家用器具工作電壓低于1 000 V，認為其符合要求而不用進行電場測量。

該標準涉及的器具:家用電器、電動工具和電動玩具，可以帶有電動機、電熱元件或者兩者皆包含;可以帶有電氣線路或電子線路;可以由電網(wǎng)、電池或其他電源供電的產(chǎn)品。

1.2 磁場測量方法

測試條件:

在環(huán)境溫度為20℃±5℃的條件下進行試驗。磁場感應器(見圖1)采用3 個互相垂直且測定面積為100 cm2±5 cm2的同心線圈，用來提供等方向上的敏感度，參考感應器的外徑不超過13 cm。測定設備的噪音和背景噪音值不得超過限定值的5%。

圖1 磁場感應器

將器具通電調(diào)節(jié)到最大輸出空載狀態(tài)，具體運行條件見標準中的表A.1。由電池供電的器具要求將電池完全充滿電時做測試。器具運行時間沒有做規(guī)定，但在測試之前，器具要運行足夠的時間確保在正常使用時操作條件是比較典型的。

持續(xù)時間小于200 ms 的瞬時磁場可以不考慮，例如開關轉(zhuǎn)換過程。如果在測量期間開關動作，則必須重新進行測量。

測定距離是基于預期正常使用中操作者的位置:1)使用中與人體相關部位接觸的器具:0 cm。2)其他器具:30 cm。

感應器位置:1)與人體相關部位接觸的器具:面向使用者(接觸表面)。2)不能移動的大型器具:前方(操作表面)及人體可觸及的其他表面。3)其他器具:四周。

測試過程:

磁場感應器的測量過程:通過線圈分別測量信號的分量→通過傳遞函數(shù)進行分量信號加權→將加權信號平方→將信號平方求和→將和取平均值→將平均值取平方根→磁通量密度的均方根值，過程示意圖如圖2所示。

圖2 磁場感應器的測量過程示意圖

測量結(jié)果判定:

在頻率為50 Hz 下測定值不應該超過磁通量密度的參考值，即W 不可超過1。

圖3 傳遞函數(shù)頻域響應

除了時域評估磁場測量方法，還有線譜評估、簡化試驗方法，其線譜僅由單線譜或電源頻率及其諧波線譜組成，其測量設備、實驗條件和測量的一般要求與時域評估都是一致的。特別注意的是，當采用線譜評估方法、簡化試驗方法測量后，若測量值超過參考值，則需要使用時域評估方法再進行評估、判定。

2 照明設備

EN 62493:2010《燈具對人體的電磁輻射的評估要求》［3］在2010 年6 月30 日已經(jīng)開始實施，在2013 年2 月1日此標準強制實施。屆時包括LED 燈具在內(nèi)的所有銷往歐盟的燈具照明產(chǎn)品都需要進行該項測試及評估。

2.1 適用范圍

用于照明為目的，具有產(chǎn)生和分配光的基本功能，并打算連接到低壓供電網(wǎng)絡上或者用電池工作的所有室內(nèi)和室外照明設備;一般照明設備指所有工業(yè)，住宅，公共場所和街道照明設備;主要功能之一是照明的多功能設備的照明部分，用于照明設備的獨立附件。同時標準指出不帶電子控制裝置的照明設備無須測試即認為符合本標準要求，所有類型的點火器、啟輝器、開關、調(diào)光器(包含相位控制單位，例如雙向可控硅，GTO)和傳感器都不屬于電子控制裝置。

2.2 測量方法

本標準應用于照明設備涉及人體暴露于電磁場的評估，具體提出4 個方面的電磁輻射限制要求:

前3 個測試項目基本上應用的是電磁兼容的測試方法，與CISPR15 標準的測試方法和限值完全相同，只是頻率范圍不同。EN 62493:2010 新增要求評估由照明設備周邊的20 kHz 到10 MHz 感應電流密度，它是基于照明設備和人之間容性耦合來計算人體暴露于電磁場水平值，測量和評估是用EMI 接收機和Van der Hoofden 測試頭(見圖4)來完成。

表1 EN 62493:2010 與CISPR 15 測試項目對比

圖4 Van der Hoofden 測試頭

Van der Hoofden 測試頭由3 個部件組成:1 個直徑210±5 mm 的電傳導球，1 條300 ±30 mm 長的連接電纜，1 個用于EMI 接收機的保護網(wǎng)絡。測試頭安裝在的絕緣桿上，高度可調(diào)節(jié)(最低0.8 m)。

EMI 接收機的測試參數(shù)設置為:Band A (20～150 kHz):峰值檢波器，220 Hz 步長，測試時間100 ms，帶寬200 Hz;Band B(150 kHz～10 MHz):峰值檢波器，10 kHz步長，測試時間20 ms，帶寬9 kHz。

感應電流密度測試條件:

在環(huán)境溫度為20℃±5℃的條件下進行試驗，供電電壓為最大額定工作電壓的±2%范圍內(nèi)。對于一般照明設備，燈泡需要老化100 個小時。多燈照明設備所有的燈要同時工作。測試前，不同燈具需要穩(wěn)定的時間不同:熒光燈需要15 min;對于其他放電燈需要30 min。

感應電流密度測試程序:

不同照明設備類型，測試距離不同，詳見標準中的表A.1，測試探頭的位置擺放在標準附錄B 有詳細的圖示規(guī)定。

EMI 接收機通過保護網(wǎng)絡中50 Ω 阻抗測量到的電壓轉(zhuǎn)換成感應電流密度。測量到的電流密度和允許的電流密度的比值用評估系數(shù)F 來表示，F(xiàn) 值不可超過0.85。

3 手持式無線通信設備

手持式無線通信設備電磁照射的測量方法主要在相關的EN50361［4］中描述。由于此標準只適用于靠近人耳使用的設備，故逐漸被IEC 62209－1:2005《手持和身體佩戴使用的無線通信設備對人體的電磁照射—人體模型、儀器和規(guī)程—第一部分:靠近耳邊使用的手持式無線通信設備的SAR 評估規(guī)程(頻率范圍300 MHz～3 GHz)》［5］取代。

3.1 適用范圍

IEC62209－1 適用于使用發(fā)射部分靠近耳邊的手持式無線通信設備，包括移動電話、無繩電話等，工作頻率范圍在300 MHz～3 GHz，主要目的是根據(jù)相應的安全限值測量被測設備的SAR 值。

SAR 是英文Specific Absorption Rate 的縮寫，是計量多少無線電頻率輻射能量被身體所實際吸收的表示單位，稱作特殊吸收比率或稱SAR，以瓦特/每千克(W/kg)或毫瓦/每克(mW/g)來表示。

3.2 測量方法

測試條件:環(huán)境溫度18～25℃，測量過程中溫度的變化不超過±2℃，環(huán)境噪聲小于12 mW/kg，被測無線通信設備不能連接到本地公眾通信網(wǎng)，射頻噪聲、ELF 噪聲(照明系統(tǒng)、探頭定位系統(tǒng)、實驗室電源接地等)、靜電效應(探頭移動、人的走動等)的影響小于測得SAR(見圖5)值的3%，任何物質(zhì)、干擾源應距離待測物50 cm 以上。

圖5 SAR 測試系統(tǒng)

人體模型的形狀根據(jù)人體研究中90%成年男子頭部研究報告而制定，構(gòu)成了最壞情況下的電磁照射(較大的頭部會吸收更多能量)，依人體組織區(qū)分為左右腦及身體部位。包括耳朵間隔在內(nèi)的人體模型的外殼由低介電常數(shù)、低損耗材料制成(tan(δ)≤0.05，ε≤5)，外殼材料對于組織模擬液配方中用到的化學成分具有抵抗力。

人體模型的內(nèi)部灌入的是仿真組織液，液體的電磁特性與人體組織的電磁特性一致。測量前應仔細攪拌組織液，保證沒有氣泡，同時組織液的粘性不應妨礙探頭的移動。電場探頭插入組織液中，由電腦編程控制探頭在其內(nèi)移動進行測試。探頭尖端在測量區(qū)域內(nèi)的定位準確度應優(yōu)于±0.2 mm，定位分辨率是1 mm 或者更小。

SAR 測試系統(tǒng)底部的固定被測物體夾具可以按照標準規(guī)定的測試角度調(diào)整被測物擺放位置。不同人有不同接聽習慣，我們需要設定好接聽位置，有人用右手，有人用左手，有人習慣貼著臉，有人習慣張開一個角度。如圖6 所示，標準規(guī)定了兩種測試位置，被測物在這兩種位置上分別在模型的左側(cè)和右側(cè)進行測試。

圖6 測量位置

對于被測物的每一工作模式，應當在最靠近中心發(fā)射頻率的頻道進行測試，如果發(fā)射頻段的帶寬超過了其中心頻率的1%，那么在發(fā)射頻段的低端頻率和高端頻率的頻道也應當進行測試。如果發(fā)射帶寬超過了其中心頻率的10%，應按照下述公式確定測試頻道的數(shù)目:Nc=2 ×roundup［10 ×(fhigh－flow)/fc］+1，fc是發(fā)射頻段中心頻率，fhigh是發(fā)射頻段高端頻率，flow是發(fā)射頻段低端頻率，roundup 為進位取整，Nc為信道數(shù)。

測試過程就是控制軟件移動探頭來掃描區(qū)域了，對每種接聽方式要進行兩次掃描測試，目的是為了盡快找到SAR 的最大值，第一次為區(qū)域粗掃描，探頭沿著模型一側(cè)的內(nèi)表面進行掃描，面積比被測物和天線的發(fā)射區(qū)域稍大，空間網(wǎng)格步長稍大(步長小于20 mm)。在區(qū)域粗掃描完成后，程序自動找到一個SAR 值較高的區(qū)域，然后在此小區(qū)域中進行第二次局部細掃描(步長小于5 mm)，最大的SAR 值就可以這樣得到了。電磁照射暴露限值:任意10 g 生物組織，任意連續(xù)6 min 平均比吸收率(SAR)值不得超過2.0 W/kg［6］。

4 結(jié) 論

上述標準規(guī)定了家電、燈具、手持式無線通信設備的電磁照射測量方法，并被納入歐盟無線電及通訊終端指令(R＆TTE，1999/5/EC)和低電壓指令(LVD，2006/95/EC)的協(xié)調(diào)標準清單［7］。關于三類產(chǎn)品電磁照射的安全限值在歐盟理事會建議1999/519/EC［8］中有具體規(guī)定，該建議規(guī)定了暴露在0 Hz～300 GHz 頻率范圍的磁場、電流密度、比吸收率(SAR)等的最大限值。只是對于不同的電子電氣產(chǎn)品，其電磁場輻射的測量方法標準有所不同。

［1］EN 50366:2003+A1:2006，Household and similar electrical appliances-Electromagnetic fields-Methods for evaluation and measurement Incorporates Amendment A1:2006［S］.London:CENELEC，2006-04.

［2］EN 62233:2008，Measurement methods for electromagnetic fields of household appliances and similar apparatus with regard to human exposure Incorporating corrigendum［S］.London:CENELEC，2008-08.

［3］EN 62493:2010，Assessment of lighting equipment related to human exposure to electromagnetic fields［S］.London:CENELEC，2010-02.

［4］EN50361:2001，Basic standard for the measurement of Specific Absorption Rate related to human exposure to electromagnetic fields (300 MHz-3GHz)［S］.London:CENELEC，2001-07.

［5］IEC 62209-1:2005，Human exposure to radio frequency fields from hand-hold and body-mounted wireless communication devices-Human models，instrumentation，and procedures-Part 1:Procedure to determine the specific absorption rate(SAR)for handheld devices used in close proximity to the ear(frequency range of 300MHz to 3GHz)，F(xiàn)irst Edition［S］.London:CENELEC，2005-02.

［6］蘇國輝.人體受到電磁輻射的仿真研究［J］.電子測試，2012(3):8-12.

［7］張燦，李思雄.歐盟EMF 標準簡述［J］.電子質(zhì)量，2009(1):47-48.

［8］Council Recommendation of 12 July 1999 on the limitation of exposure of the general public to electromagnetic field(0Hz to 300 GHz)(1999/519/EC)［EB/OL］:6-12.http://www.docin.com/p-41680033.html.