基于復(fù)雜電磁輻射環(huán)境的電磁輻射檢測方法研究與分析

張霄霄+龐瑤+張楠+楊夢薇

摘 要： 隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，多種電磁輻射源同時存在的電磁輻射環(huán)境日益復(fù)雜，各類場所的人為電磁能量顯著增加。為了實現(xiàn)對復(fù)雜電磁輻射環(huán)境的分析，預(yù)防或減少電磁輻射的傷害，通過對單一輻射源檢測方法開展研究，創(chuàng)新性地提出了復(fù)雜電磁輻射環(huán)境的概念及檢測方法，包括相對中心檢測法和相對軸線檢測法，并結(jié)合單一輻射源檢測結(jié)果，對現(xiàn)代城市環(huán)境中常見的復(fù)雜電磁輻射環(huán)境開展了檢測，最后對電磁輻射情況進行總結(jié)并提出建議。

關(guān)鍵詞： 復(fù)雜電磁輻射環(huán)境； 電磁輻射； 輻射源； 輻射強度

中圖分類號： TN03?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2015）15?0123?03

Research and analysis of detection method for electromagnetic radiation

based on complex electromagnetic radiation environment

ZHANG Xiaoxiao1， 2， PANG Yao1， 2， ZHANG Nan1， 2， YANG Mengwei1， 2

（1. Beijing Products Quality Supervision and Inspection Institute， Beijing 101300， China；

2. Nation Center for Quality Supervision and Inspection of Chinese Information Processing Products， Beijing 101300， China）

Abstract： With continuous development of information technology， electromagnetic radiation environment of various electromagnetic radiation sources existed simultaneously has become more complex， and artificial electromagnetic energy in various places has be increased significantly. To realize the analysis of complex electromagnetic radiation environment， prevent or eliminate the harm of electromagnetic radiation， detection methods for single radiation source are studied. The concept and detection methods of the complex electromagnetic radiation environment are proposed innovatively. The detection methods include center related detection method and axis related detection method. In combination with the detection results of single radiation source， the common complex electromagnetic radiation environment in modern city environment is detected. The situation of the electromagnetic radiation is summarized， and suggestions are proposed.

Keywords： complex electromagnetic radiation environment； electromagnetic radiation； radiation source； radiation intensity

0 引 言

隨著信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用和現(xiàn)代城市化進程的加快，各種頻率電磁波的交互作用使城市空域、公共環(huán)境及居民住宅在內(nèi)的各類場所的人為電磁能量顯著增加。城市電磁環(huán)境污染已成為繼PM2.5之后，又一環(huán)境污染因子，與人們熟知的大氣污染、水污染和噪音污染相比，電磁污染由于不易被人們直接感知、隱蔽性強，短期效應(yīng)不顯著容易被人們疏忽。但是，隨著消費者健康、環(huán)保意識的不斷加強，對于電磁輻射的關(guān)注度也在不斷增加。

現(xiàn)階段電磁輻射的研究和檢測還主要集中于對單一電磁輻射源的定性研究，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，電磁環(huán)境復(fù)雜性日益提高，對多種電磁輻射源同時存在的復(fù)雜電磁輻射環(huán)境的研究勢必成為電磁輻射污染研究的熱點。本文中復(fù)雜電磁輻射環(huán)境是指由多輻射源引起的多頻率、多場強的電磁環(huán)境。當眾多電磁輻射源處于同一區(qū)域環(huán)境中時，其產(chǎn)生的電磁波彼此之間交錯作用，其呈現(xiàn)出的電磁環(huán)境變得相當復(fù)雜[1]。本文在對單一輻射源電磁輻射情況進行研究的基礎(chǔ)上，針對復(fù)雜電磁輻射環(huán)境的檢測方法進行分析和研究。

1 單一輻射源

1.1 檢測方法

單一輻射源的電磁輻射情況采用多點檢測法，如圖1所示，單一輻射源多點檢測法是通過不同的方位（根據(jù)消費者實際使用、接觸情況），對輻射源的電磁輻射情況進行檢測，獲得的檢測數(shù)據(jù)主要包括輻射源的工作頻率、電磁信號種類、功率，檢測結(jié)果能夠較全面地反映輻射源的電磁輻射情況[2]。

圖1 單一輻射源多點檢測法

1.2 檢測設(shè)備

針對工頻、低頻電磁場強度檢測，需要使用各向同性響應(yīng)或者有方向性電場探頭或者磁場探頭的寬帶電磁輻射測量儀；檢測移動基站等射頻電磁輻射強度檢測，則應(yīng)使用具有各向同性響應(yīng)或有方向性探頭（天線）的非選頻式寬帶輻射測量儀[3]。

1.3 檢測數(shù)據(jù)和結(jié)果分析

針對17類典型電器產(chǎn)品的電磁輻射情況進行檢測，對數(shù)據(jù)進行匯總并分析如下：

（1） 單一輻射源輻射強度與檢測距離成反比。在對典型單一輻射源電磁輻射強度進行檢測時，以輻射源為坐標軸零點，在一系列與輻射源間距不同的位置點進行檢測，輻射源的電磁輻射強度與檢測點距輻射源的距離成反比，由檢測結(jié)果可知，日常生活中大部分輻射源的電磁輻射強度在檢測距離為0.5～1 m時降低到可接受水平。以某品牌吸塵器產(chǎn)品為例，檢測數(shù)據(jù)如圖2所示。

圖2 某品牌吸塵器輻射強度和檢測距離圖

（2） 單一輻射源輻射強度與檢測位置相關(guān)。在對典型輻射源電磁輻射強度進行檢測時，以輻射源為相對中心，對不同檢測位置的電磁輻射強度進行實地檢測，這里所說的不同位置是指以輻射源為圓心，半徑為恒定值的圓上不同方位的點，不同檢測位置電磁輻射強度存在差異。表1列舉了本次檢測到的17類產(chǎn)品中不同位置檢測點電磁輻射強度差異較大的輻射源。由此可見，大部分輻射源的電磁輻射強度最大值出現(xiàn)在輻射源側(cè)面、發(fā)動機所在處和信號（音頻、無線）發(fā)射區(qū)。

表1 不同位置檢測點電磁輻射強度差異較大的輻射源表

[電磁輻射源＼&最大電磁輻射位置＼&不同位置檢測點電磁

輻射強度最大差值 /μT＼&電風(fēng)扇＼&側(cè)面＼&2.425＼&微波爐＼&側(cè)面＼&1.8＼&吸塵器＼&發(fā)動機側(cè)＼&1.698＼&壁掛空調(diào)＼&發(fā)動機側(cè)＼&0.753＼&]

2 復(fù)雜電磁輻射環(huán)境

2.1 家居復(fù)雜電磁輻射環(huán)境

2.1.1 電磁輻射來源

伴隨著智能家居概念的不斷推廣，家居數(shù)字化程度不斷提高，就目前智能家居系統(tǒng)的安裝來說，其在安裝調(diào)試過程中主要有無線方式和有線方式，由于有線方式布線繁雜、連接端多、工作量大、成本高、維護困難等特點無法進行大規(guī)模的推廣，而無線方式則由于不受這些原因限制得到廣泛的應(yīng)用。常見的用于傳輸信號的無線電技術(shù)包括：藍牙（工作頻率2.4 GHz），WiFi（工作頻率：2.4 GHz，5.8 GHz）等，在低功率情況下無線傳輸受限于距離，這種情況下產(chǎn)生的無線電輻射非常小，假如要求有足夠的距離，就要提高設(shè)備功率，相應(yīng)會產(chǎn)生比低功率情況下強的電磁輻射。

再加上家庭中原有的各種家用電器、低頻電磁場設(shè)備（如電線、開關(guān)等）、廣播電視信號、通信信號等，所有這些信號重疊在一起使本來居住環(huán)境中的電磁輻射環(huán)境更加復(fù)雜。

2.1.2 檢測方法

雖然家庭中不同時間段電磁環(huán)境是復(fù)雜的而且是多變的，但由于輻射源總數(shù)量相對固定，對不同信號的不同組合累積實時進行測量即可，最終選取最差值進行統(tǒng)計。根據(jù)家庭環(huán)境中電磁輻射源相對集中的特點，設(shè)計了如圖3所示的相對中心檢測法和如圖4所示的相對軸線檢測法。

圖3 相對中心檢測法

對家居環(huán)境復(fù)雜電磁輻射情況進行多次重復(fù)檢測[4]，檢測過程中需記錄的數(shù)據(jù)包括：

（1） 頻率占用度

頻率占用度測量的目的是了解一個頻域內(nèi)輻射源的多少和密集程度，由于環(huán)境中輻射源工作情況存在不同的組合，需要針對每種組合情況進行檢測積累，將頻譜進行分類統(tǒng)計和記錄。

圖4 相對軸線檢測法

（2） 電磁信號類型

對于不同輻射源發(fā)射的電磁信號的種類進行記錄，其大小反映了復(fù)雜電磁輻射環(huán)境組成中電磁信號的復(fù)雜程度。

（3） 功率密度

功率密度用以描述復(fù)雜電磁輻射環(huán)境的功率強度，功率密度的定義為：功率與帶寬的比值，即[功率帶寬]。

通過對以上參數(shù)的分析和統(tǒng)計，并結(jié)合檢測值進行分析，可確定該復(fù)雜電磁輻射環(huán)境中主要的輻射源及輻射貢獻。

2.2 公共環(huán)境中復(fù)雜電磁輻射環(huán)境

2.2.1 電磁輻射來源

公共環(huán)境主要包括商場、超市和街道等公共場所，除包含特殊設(shè)備外，由于公共環(huán)境相對開闊，復(fù)雜電磁輻射危害相對較弱。

2.2.2 檢測方法

根據(jù)公共環(huán)境中輻射源分布相對分散的特點，設(shè)計了如圖5所示的隨機不規(guī)則多點檢測法對復(fù)雜電磁輻射情況檢測。

檢測過程中需記錄的數(shù)據(jù)同樣包括頻率占用度、電磁信號類型和功率密度。

2.3 檢測建議

采用本文提出的復(fù)雜電磁輻射環(huán)境檢測方法，針對日常生活中接觸較多的超市、家庭、公共道路和地鐵站等復(fù)雜電磁輻射環(huán)境進行檢測，檢測結(jié)果顯示，家庭中由于電器相對聚集，當多種電器同時開啟時，電磁輻射強度增加較為明顯；除非近距離接觸公共環(huán)境中的特殊輻射源（例如公共道路中的高壓變電站等），普遍公共環(huán)境較為開闊，電磁輻射強度均在可接受范圍之內(nèi)。提出建議如下：

（1） 應(yīng)注意不要把電器擺放得過于集中，使自己暴露在超劑量輻射的危險環(huán)境中；

（2） 不應(yīng)同時開啟大量電器，同時處于工作狀態(tài)容易造成電磁輻射量顯著增大；

（3） 不宜在臥室集中擺放電器；

（4） 對于公共場所中的輻射源使用完應(yīng)盡快遠離、及時通過，由于工作關(guān)系需要長期接觸的，需盡量遠離輻射環(huán)境，保持安全距離。

圖5 不規(guī)則多點檢測法

3 結(jié) 語

本文基于對單一輻射源和復(fù)雜電磁輻射環(huán)境的檢測方法開展研究，并采用相應(yīng)的檢測方法針對現(xiàn)代城市環(huán)境中常見的單一輻射源進行檢測，得到檢測結(jié)論，并對現(xiàn)代城市環(huán)境中電磁輻射情況進行了總結(jié)。

參考文獻

[1] 查振林，許順紅，卓海華.電磁輻射對人體的危害與防護[J].北方環(huán)境，2004，29（3）：25?28.

[2] 中國航天工業(yè)總公司.QJ 2803?1996電磁環(huán)境場測量方法[S].北京：中國航天工業(yè)總公司，1996.

[3] 國家環(huán)境保護局.HJ/T 10.2?1996輻射環(huán)境保護管理導(dǎo)則：電磁輻射測試儀器和方法[S].北京：國家環(huán)境保護局，1996.

[4] DE T， JAMMET H， MATTHES R. Guidelines for limiting exposure to time?varying electric， magnetic and electromagnetic fields （up to 300 GHz） [J]. Health Phys.， 1998， 41（4）： 449?522.

[5] 崔本亮.電器電磁輻射對人的影響及保護措施的研究[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2011，34（20）：140?146.

[6] 楊晟健，鐘清華.基于FFT和電磁輻射的低壓電弧故障檢測[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2012，35（18）：86?88.