人體暴露于射頻電磁場歐盟標(biāo)準(zhǔn)及檢測方法

蔣 科

(江蘇出入境檢驗(yàn)檢疫局機(jī)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(guān)注的熱點(diǎn)。電磁場對人體產(chǎn)生負(fù)面效應(yīng)，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(yán)重危害著人類的健康。為保護(hù)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(gè)評(píng)價(jià)在電器設(shè)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(píng)估方法》［1］并開始實(shí)施至今，歐盟本地銷售以及出口到歐盟的家電產(chǎn)品都應(yīng)依據(jù)該強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn)。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(biāo)準(zhǔn)，兩標(biāo)準(zhǔn)在技術(shù)上是等同的。

1.1 適用范圍

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了從10 Hz～400 kHz 頻率范圍內(nèi)的磁場強(qiáng)度的測量方法，對于頻率高于400 kHz 的器具被認(rèn)為符合標(biāo)準(zhǔn)而無需進(jìn)行試驗(yàn)，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(rèn)為其符合要求而不用進(jìn)行電場測量。

該標(biāo)準(zhǔn)涉及的器具:家用電器、電動(dòng)工具和電動(dòng)玩具，可以帶有電動(dòng)機(jī)、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(jìn)行試驗(yàn)。磁場感應(yīng)器(見圖1)采用3 個(gè)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(yīng)器的外徑不超過13 cm。測定設(shè)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(yīng)器

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

持續(xù)時(shí)間小于200 ms 的瞬時(shí)磁場可以不考慮，例如開關(guān)轉(zhuǎn)換過程。如果在測量期間開關(guān)動(dòng)作，則必須重新進(jìn)行測量。

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

感應(yīng)器位置:1)與人體相關(guān)部位接觸的器具:面向使用者(接觸表面)。2)不能移動(dòng)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(yīng)器的測量過程:通過線圈分別測量信號(hào)的分量→通過傳遞函數(shù)進(jìn)行分量信號(hào)加權(quán)→將加權(quán)信號(hào)平方→將信號(hào)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(yīng)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(yīng)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(yīng)

除了時(shí)域評(píng)估磁場測量方法，還有線譜評(píng)估、簡化試驗(yàn)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(shè)備、實(shí)驗(yàn)條件和測量的一般要求與時(shí)域評(píng)估都是一致的。特別注意的是，當(dāng)采用線譜評(píng)估方法、簡化試驗(yàn)方法測量后，若測量值超過參考值，則需要使用時(shí)域評(píng)估方法再進(jìn)行評(píng)估、判定。

2 照明設(shè)備

EN 62493:2010《燈具對人體的電磁輻射的評(píng)估要求》［3］在2010 年6 月30 日已經(jīng)開始實(shí)施，在2013 年2 月1日此標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制實(shí)施。屆時(shí)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(jìn)行該項(xiàng)測試及評(píng)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(luò)上或者用電池工作的所有室內(nèi)和室外照明設(shè)備;一般照明設(shè)備指所有工業(yè)，住宅，公共場所和街道照明設(shè)備;主要功能之一是照明的多功能設(shè)備的照明部分，用于照明設(shè)備的獨(dú)立附件。同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)指出不帶電子控制裝置的照明設(shè)備無須測試即認(rèn)為符合本標(biāo)準(zhǔn)要求，所有類型的點(diǎn)火器、啟輝器、開關(guān)、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(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用于照明設(shè)備涉及人體暴露于電磁場的評(píng)估，具體提出4 個(gè)方面的電磁輻射限制要求:

前3 個(gè)測試項(xiàng)目基本上應(yīng)用的是電磁兼容的測試方法，與CISPR15 標(biāo)準(zhǔn)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(píng)估由照明設(shè)備周邊的20 kHz 到10 MHz 感應(yīng)電流密度，它是基于照明設(shè)備和人之間容性耦合來計(jì)算人體暴露于電磁場水平值，測量和評(píng)估是用EMI 接收機(jī)和Van der Hoofden 測試頭(見圖4)來完成。

表1 EN 62493:2010 與CISPR 15 測試項(xiàng)目對比

圖4 Van der Hoofden 測試頭

Van der Hoofden 測試頭由3 個(gè)部件組成:1 個(gè)直徑210±5 mm 的電傳導(dǎo)球，1 條300 ±30 mm 長的連接電纜，1 個(gè)用于EMI 接收機(jī)的保護(hù)網(wǎng)絡(luò)。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(jī)的測試參數(shù)設(shè)置為:Band A (20～150 kHz):峰值檢波器，220 Hz 步長，測試時(shí)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(shí)間20 ms，帶寬9 kHz。

感應(yīng)電流密度測試條件:

在環(huán)境溫度為20℃±5℃的條件下進(jìn)行試驗(yàn)，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(shè)備，燈泡需要老化100 個(gè)小時(shí)。多燈照明設(shè)備所有的燈要同時(shí)工作。測試前，不同燈具需要穩(wěn)定的時(shí)間不同:熒光燈需要15 min;對于其他放電燈需要30 min。

感應(yīng)電流密度測試程序:

不同照明設(shè)備類型，測試距離不同，詳見標(biāo)準(zhǔn)中的表A.1，測試探頭的位置擺放在標(biāo)準(zhǔn)附錄B 有詳細(xì)的圖示規(guī)定。

EMI 接收機(jī)通過保護(hù)網(wǎng)絡(luò)中50 Ω 阻抗測量到的電壓轉(zhuǎn)換成感應(yīng)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(píng)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(shè)備

手持式無線通信設(shè)備電磁照射的測量方法主要在相關(guān)的EN50361［4］中描述。由于此標(biāo)準(zhǔn)只適用于靠近人耳使用的設(shè)備，故逐漸被IEC 62209－1:2005《手持和身體佩戴使用的無線通信設(shè)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(shè)備的SAR 評(píng)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(shè)備，包括移動(dòng)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(yīng)的安全限值測量被測設(shè)備的SAR 值。

SAR 是英文Specific Absorption Rate 的縮寫，是計(jì)量多少無線電頻率輻射能量被身體所實(shí)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(shè)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(shí)驗(yàn)室電源接地等)、靜電效應(yīng)(探頭移動(dòng)、人的走動(dòng)等)的影響小于測得SAR(見圖5)值的3%，任何物質(zhì)、干擾源應(yīng)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(bào)告而制定，構(gòu)成了最壞情況下的電磁照射(較大的頭部會(huì)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(xué)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(yīng)仔細(xì)攪拌組織液，保證沒有氣泡，同時(shí)組織液的粘性不應(yīng)妨礙探頭的移動(dòng)。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(dòng)進(jìn)行測試。探頭尖端在測量區(qū)域內(nèi)的定位準(zhǔn)確度應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)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(xí)慣，我們需要設(shè)定好接聽位置，有人用右手，有人用左手，有人習(xí)慣貼著臉，有人習(xí)慣張開一個(gè)角度。如圖6 所示，標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行測試。

圖6 測量位置

對于被測物的每一工作模式，應(yīng)當(dāng)在最靠近中心發(fā)射頻率的頻道進(jìn)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(yīng)當(dāng)進(jìn)行測試。如果發(fā)射帶寬超過了其中心頻率的10%，應(yīng)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(jìn)位取整，Nc為信道數(shù)。

測試過程就是控制軟件移動(dòng)探頭來掃描區(qū)域了，對每種接聽方式要進(jìn)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(jìn)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(dòng)找到一個(gè)SAR 值較高的區(qū)域，然后在此小區(qū)域中進(jìn)行第二次局部細(xì)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了家電、燈具、手持式無線通信設(shè)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(biāo)準(zhǔn)清單［7］。關(guān)于三類產(chǎn)品電磁照射的安全限值在歐盟理事會(huì)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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.