不同款式孕婦防輻射服的屏蔽效能研究*

1. 上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院， 上海 200040；2. 東華大學(xué)生態(tài)紡織教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 上海 201620

現(xiàn)代電子電器工業(yè)的高速發(fā)展，使得越來(lái)越多的電子產(chǎn)品進(jìn)入了普通家庭，隨之產(chǎn)生的電磁污染也越來(lái)越引起了人們的重視。與常人相比，孕婦作為一個(gè)特殊群體，其對(duì)電磁輻射更加敏感。孕婦及其家人為了減少電磁輻射對(duì)胎兒生長(zhǎng)發(fā)育造成的危害，通常會(huì)選擇孕婦防輻射服對(duì)電磁波進(jìn)行防護(hù)[1]。目前，市場(chǎng)上的防輻射服生產(chǎn)廠家提供的檢測(cè)報(bào)告給出的是相關(guān)部門(mén)對(duì)面料的屏蔽效能的檢測(cè)結(jié)果，而面料的屏蔽效能與服裝的屏蔽效能是有較大的差異的。

對(duì)服裝屏蔽效能的研究可分為試驗(yàn)測(cè)試方法和模擬仿真法兩大類[2]。試驗(yàn)測(cè)試方法主要包括屏蔽室法、開(kāi)窗法、吉赫芝橫電磁波室法(Gigahertz Transverse Electromagnetic Cell， 簡(jiǎn)稱“GTEM”)等；模擬仿真法主要包括有限元法(High Frequency Structure Simulator， 簡(jiǎn)稱“HFSS”)、時(shí)域有限差分法(Finite Difference Time Domain， 簡(jiǎn)稱“FDTD”)、數(shù)學(xué)計(jì)算模型法等。文獻(xiàn)研究多采用試驗(yàn)測(cè)試方法與模擬仿真法相結(jié)合的方式，以更準(zhǔn)確地測(cè)量防輻射服裝的屏蔽效能。鄭倩雪[3]采用波導(dǎo)管測(cè)試方法并結(jié)合FDTD得出，當(dāng)防電磁輻射服裝上的縫隙和孔洞的尺寸大于輻射源電磁波的波長(zhǎng)時(shí)，縫隙和孔洞的存在會(huì)嚴(yán)重降低防電磁輻射服裝的屏蔽效能。姚麗等[4]用三維電磁模擬軟件HFSS，仿真模擬了GTEM的測(cè)試過(guò)程，驗(yàn)證了GTEM的合理性，并得出防輻射孕婦服的屏蔽效能隨著服裝立體弧度值的增加而減小的結(jié)論。張麗麗等[5]通過(guò)屏蔽室試驗(yàn)并利用HFSS仿真軟件建立模型，得出孕婦體型改變會(huì)導(dǎo)致防輻射服下擺開(kāi)口尺寸改變，其屏蔽效能會(huì)隨下擺開(kāi)口尺寸增加而呈下降趨勢(shì)；當(dāng)孕期臨近結(jié)束時(shí)，防輻射服的下擺開(kāi)口尺寸增大到穿著時(shí)的最大程度，此時(shí)防輻射服對(duì)不同頻率的電磁波的屏蔽效能幾乎為零。張曉霞[6]在屏蔽室中搭建孕婦人臺(tái)，利用方差分析法得出機(jī)織面料制成的防輻射服的屏蔽性能優(yōu)于針織面料制成的防輻射服；由同一面料制作的孕婦防輻射服的平均屏蔽效能隨著洗滌次數(shù)的增加而減少；防輻射服的平均屏蔽效能比其采用的面料的平均屏蔽效能下降了60%以上。

本文從試驗(yàn)出發(fā)，在全電波暗室中，對(duì)注水假人身著不同款式的孕婦防輻射服時(shí)胸部和腹部的屏蔽效能進(jìn)行測(cè)試，以期為孕婦防輻射服的屏蔽效能的檢測(cè)提供參考。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)樣品

試驗(yàn)用假人為定制的仿真人形體模型，其高度為1.62 m，全部采用低介質(zhì)合成材料，對(duì)電磁波的傳播路徑幾乎無(wú)任何影響，這減少了環(huán)境因素造成的試驗(yàn)誤差。試驗(yàn)用孕婦防輻射服為市場(chǎng)上具有代表性的四種不同款式的孕婦防輻射服，分別是馬甲式、吊帶式、肚兜式和短袖式，其材質(zhì)均為100%鍍銀錦綸針織物。圖1～圖4所示為假人身著四種孕婦防輻射服時(shí)的外觀。

(a) 正面

(b) 背面

(a) 正面

(b) 背面

(a) 正面

(b) 背面

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用全電波暗室法測(cè)試四種孕婦防輻射服的屏蔽效能。全電波暗室外層為全封閉的金屬材料，能夠消除外部電子設(shè)備產(chǎn)生的電磁信號(hào)，以免對(duì)試驗(yàn)造成的干擾。暗室的天花板、四周墻壁和地面都覆蓋有吸波材料。該吸波材料是由聚氨酯制作的角錐形泡沫，其可以有效地吸收由電磁波發(fā)射天線散播到暗室天花板、四周墻壁和地面的干擾電磁波，從而只使假人周圍形成均勻穩(wěn)定的磁場(chǎng)。

試驗(yàn)用電磁波發(fā)射天線為復(fù)合式對(duì)數(shù)周期天線，距地面高度約1.35 m，距離假人3.00 m。試驗(yàn)選取的電磁波發(fā)射天線的發(fā)射頻率為1 000、1 500、2 000、2 500、3 000、3 500 MHz。試驗(yàn)時(shí)，假人置于全電波暗室測(cè)試區(qū)，在假人的腹部或胸部固定好信號(hào)接收探頭，首先測(cè)定假人未穿著孕婦防輻射服時(shí)的電場(chǎng)強(qiáng)度，記作E2(V/m)；然后，將四種款式的孕婦防輻射服分別穿著于假人身上，測(cè)定此時(shí)的電場(chǎng)強(qiáng)度，記作E1(V/m)；最后，根據(jù)計(jì)算式SE=20lg(E2/E1)，得到孕婦防輻射服的屏蔽效能。測(cè)試時(shí)假人狀態(tài)如圖5所示。

圖5 測(cè)試時(shí)假人狀態(tài)

2 結(jié)果與分析

孕婦防輻射服應(yīng)對(duì)人體的重要部位如胸部和腹部具有防護(hù)效果，因此試驗(yàn)采取單因素控制變量法，測(cè)試假人在孕早期且在站姿狀態(tài)下孕婦防輻射服對(duì)胸部和腹部的屏蔽效能。

2.1 馬甲式孕婦防輻射服的屏蔽效能

馬甲式孕婦防輻射服的屏蔽效能測(cè)試結(jié)果如圖6所示。

圖6 馬甲式孕婦防輻射服的屏蔽效能

觀察圖6可以發(fā)現(xiàn)：馬甲式孕婦防輻射服在電磁波的發(fā)射頻率為1 000 MHz時(shí)對(duì)胸部的防護(hù)效果最好，而在其他頻率下對(duì)胸部的防護(hù)性能較差；整體而言，馬甲式孕婦防輻射服對(duì)腹部的防護(hù)性能優(yōu)于其對(duì)胸部的防護(hù)性能。出現(xiàn)這種結(jié)果的原因可能是頻率為1 000 MHz的電磁波的波長(zhǎng)為30 cm，馬甲式孕婦防輻射服的領(lǐng)口直徑尺寸為20 cm，小于該頻率的波長(zhǎng)，因此該頻率的電磁波穿過(guò)馬甲式孕婦防輻射服領(lǐng)口進(jìn)入馬甲式孕婦防輻射服內(nèi)部的量較少。隨著電磁波頻率的增加，電磁波的波長(zhǎng)逐漸減小，當(dāng)電磁波的波長(zhǎng)小于馬甲式孕婦防輻射服領(lǐng)口尺寸時(shí)，該頻段下的電磁波穿過(guò)領(lǐng)口再經(jīng)過(guò)反射而進(jìn)入馬甲式孕婦防輻射服內(nèi)部的量增加。由于胸部與馬甲式孕婦防輻射服領(lǐng)口的距離較近，電磁波經(jīng)過(guò)一次或兩次反射便可到達(dá)胸部，所以對(duì)胸部的屏蔽效能隨著電磁波頻率的增加而逐漸降低。由于試驗(yàn)用的馬甲式孕婦防輻射服較長(zhǎng)，腹部與領(lǐng)口的距離較大，且胸部以下較寬松，由領(lǐng)口進(jìn)入的電磁波經(jīng)多次反射后損耗較大，因此到達(dá)腹部的電磁波的量較少。

2.2 吊帶式孕婦防輻射服的屏蔽效能

吊帶式孕婦防輻射服的屏蔽效能測(cè)試結(jié)果如圖7所示。

圖7 吊帶式孕婦防輻射服的屏蔽效能

觀察圖7可以發(fā)現(xiàn)，吊帶式孕婦防輻射服的屏蔽效能測(cè)試結(jié)果與馬甲式孕婦防輻射服相反。吊帶式孕婦防輻射服在電磁波的發(fā)射頻率為1 000 MHz時(shí)對(duì)腹部的防護(hù)效果最好，而在其他頻率下對(duì)腹部的防護(hù)性能較差。就屏蔽效能值和屏蔽性能穩(wěn)定性而言，吊帶式孕婦防輻射服對(duì)胸部的防護(hù)作用明顯優(yōu)于其對(duì)腹部的防護(hù)作用。吊帶式孕婦防輻射服的領(lǐng)口開(kāi)口直徑為25 cm，相比于馬甲式孕婦防輻射服，吊帶式孕婦防輻射服的領(lǐng)口開(kāi)口更大、衣長(zhǎng)較短，且兩肩及后背上半部位沒(méi)有面料覆蓋。當(dāng)電磁波波長(zhǎng)大于吊帶式孕婦防輻射服領(lǐng)口開(kāi)口尺寸時(shí)，電磁波由領(lǐng)口進(jìn)入吊帶式孕婦防輻射服內(nèi)部的量較少，因此吊帶式孕婦防輻射服對(duì)1 000 MHz的電磁波的屏蔽效能較好。隨著電磁波頻率的增大，其波長(zhǎng)減小，更多的電磁波由吊帶式孕婦防輻射服領(lǐng)口進(jìn)入吊帶式孕婦防輻射服內(nèi)部，然后在吊帶式孕婦防輻射服內(nèi)部發(fā)生多次反射。由于吊帶式孕婦防輻射服長(zhǎng)度較短，加之探測(cè)點(diǎn)位于吊帶式孕婦防輻射服的中間位置，這樣由領(lǐng)口開(kāi)口和下擺開(kāi)口進(jìn)入的電磁波可能會(huì)發(fā)生諧振，導(dǎo)致腹部的屏蔽效能降低。另外，吊帶式孕婦防輻射服的寬松度不及馬甲式孕婦防輻射服，因此電磁波在其內(nèi)部由反射引起的損耗程度較低，到達(dá)腹部的電磁波的量較多。

2.3 肚兜式孕婦防輻射服的屏蔽效能

肚兜式孕婦防輻射服的屏蔽效能測(cè)試結(jié)果如圖8所示。

圖8 肚兜式孕婦防輻射服的屏蔽效能

觀察圖8可以發(fā)現(xiàn)，肚兜式孕婦防輻射服對(duì)胸部和腹部的防護(hù)性能接近，平均屏蔽效能在8 dB左右。出現(xiàn)這種結(jié)果是由于電磁波發(fā)射天線發(fā)射出的電磁波屬于平面波，其在假人周圍形成的是均勻的電磁場(chǎng)。肚兜式孕婦防輻射服僅覆蓋人體正面，屬于平面防護(hù)，因此電磁波在肚兜式孕婦防輻射服內(nèi)部反射而產(chǎn)生的對(duì)腹部和胸部的輻射較少。同時(shí)，全電波暗室內(nèi)部的吸波材料保證了測(cè)試結(jié)果不受假人周圍環(huán)境對(duì)電磁波反射的影響。但在日常生活中，電磁波的方向并不固定，肚兜式孕婦防輻射服對(duì)于由人體背部入射的電磁波無(wú)防護(hù)效果。

2.4 短袖式孕婦防輻射服的屏蔽效能

短袖式孕婦防輻射服的屏蔽效能測(cè)試結(jié)果如圖9所示。

圖9 短袖式孕婦防輻射服的屏蔽效能

觀察圖9可以發(fā)現(xiàn)，短袖式孕婦防輻射服對(duì)胸部的防護(hù)性能優(yōu)于其對(duì)腹部的防護(hù)性能，且在3 000、3 500 MHz頻率下屏蔽效能都較低。相比于馬甲式、吊帶式和肚兜式孕婦防輻射服，短袖式孕婦防輻射服對(duì)人體肩部的覆蓋面積更大，這有效地減少了波長(zhǎng)較大的電磁波由領(lǐng)口和肩部開(kāi)口進(jìn)入孕婦防輻射服內(nèi)部的量。但當(dāng)頻率較高的電磁波的波長(zhǎng)接近或小于領(lǐng)口尺寸時(shí)，電磁波仍然能夠進(jìn)入孕婦防輻射服內(nèi)部，并再經(jīng)反射對(duì)胸部和腹部產(chǎn)生輻射。

3 結(jié)論

(1) 電磁波波長(zhǎng)與孕婦防輻射服開(kāi)口尺寸之間的關(guān)系，對(duì)孕婦防輻射服的屏蔽效能有重要影響。當(dāng)電磁波波長(zhǎng)小于孕婦防輻射服開(kāi)口尺寸時(shí)，電磁波比較容易進(jìn)入孕婦防輻射服內(nèi)部，并經(jīng)反射而對(duì)人體重要器官產(chǎn)生輻射。

(2) 孕婦防輻射服對(duì)人體的覆蓋面積越大、穿著效果越寬松，則進(jìn)入孕婦防輻射服內(nèi)部的電磁波經(jīng)反射而產(chǎn)生的損耗越大，對(duì)人體的防護(hù)效果越好。

(3) 對(duì)人體進(jìn)行平面防護(hù)的孕婦防輻射服如肚兜式孕婦防輻射服，雖然可以對(duì)正面入射的電磁波進(jìn)行防護(hù)，且避免了電磁波進(jìn)入孕婦防輻射服內(nèi)部而對(duì)人體產(chǎn)生損害，但不能有效阻擋由人體背部入射的電磁波，因此，其只在特定環(huán)境中有防護(hù)效果。

(4) 不同款式的孕婦防輻射服對(duì)人體胸部和腹部的屏蔽效能有所不同。馬甲式孕婦防輻射服對(duì)腹部的防護(hù)效果優(yōu)于其對(duì)胸部的防護(hù)效果，吊帶式和短袖式孕婦防輻射服對(duì)胸部的防護(hù)效果優(yōu)于其對(duì)腹部的防護(hù)效果，肚兜式孕婦防輻射服對(duì)胸部和腹部的防護(hù)效果接近。

參考文獻(xiàn)

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