家電電磁輻射及其衰減規律Matlab擬合

李杭蕓++李健

摘 要：本文通過測量微波爐、電磁灶、保健腳爐等家電隨測距衰減的電、磁場強度，同時利用Matlab軟件對測值進行衰減規律擬合，提出安全防護距離和擬合方法。參照《電磁環境控制限值》規范，家電電磁輻射強度近距離時普遍超標，但隨測距增大，強度迅速衰減直至達標；利用Matlab軟件擬合工具箱Cftool，可實現電磁輻射強度衰減規律的多項式曲線擬合，擬合度較高。

關鍵詞：家電 電磁輻射 衰減 Matlab Cftool

中圖分類號：O44 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）11（a）-0115-05

眾所周知，微波爐、電磁灶等家用電器使用時，會在其周圍產生不同程度的電磁輻射。已有研究表明，高強度的電磁輻射會使生物組織產生電解質振動、感應電渦流而使組織產熱升溫，導致器官組織和臟器的損害。低強度的電磁輻射雖然不會引起生物組織升溫，但長時間照射會引起神經系統、生殖系統、免疫系統等功能改變，導致身體不適。如今電磁輻射作為四大污染源之一，甚至比大氣污染與水污染帶來的危害更加嚴重。

本文對部分家用電器進行電磁輻射強度測量，利用軟件對電磁輻射強度的衰減規律進行擬合分析，參照國家現行相關環境保護規范，確定電磁輻射的安全防護距離，對于公眾減免電磁輻射污染帶來的損害具有積極意義。

1 測量對象、方法和結果

1.1 測量對象

擬測量對象包括日常使用的微波爐、電磁灶和保健腳爐。產品特征分別為：廣東美的微波爐制造有限公司生產的微波爐（型號EG720kG4-NA），測試狀態功率為700W，工作頻率為2450MHz；杭州九陽生活電器有限公司生產的電磁灶（型號C21-SK805），測試狀態功率為2100W，工作頻率為20～30kHz；天津市百利保健設備有限公司生產的紅外磁脈沖腳爐（型號CR-D），測試狀態功率為65W。

1.2 測量方法

國際電工委員會于2005年頒布的IEC 62233《家用及類似用途器具-電磁場-評估及測量方法》規定了電磁場的測量方法，本次測量器具為其規定的電磁傳感器，具體為北京龍震天電子儀器有限公司生產的電磁輻射測試儀（型號LZT-1000），電場量程：1～1999V/m，磁場量程0.01～19.99μT，電場精度為1V/m，磁場精度0.01μT。

測量時，若測值穩定則記錄其均值，若測值變化，則取其可重復測出的最大值。微波爐測量距離為正面測距，電磁灶和腳爐測量距離為其上方測距。

1.3 測量結果

經測量，微波爐、電磁灶、磁脈沖腳爐的電場強度見表1～3，磁場強度見表4～6。

2 電磁輻射衰減規律的Matlab軟件擬合

從前述測量結果分析，電磁輻射強度與測量距離成反比，且電場強度隨測量距離的衰減速度大于磁場強度隨測量距離的衰減速度，一般很快就衰減至40V/m內，但究竟兩者呈何規律衰減，不得而知，因此本文擬采用Matlab軟件對數據進行擬合分析。

Matlab是美國MathWork公司出品的商業數學軟件，作為國際學術界公認的一種準確、可靠的科學計算標準軟件，它具有效率高、使用方便、擴充能力強等優點，該軟件自帶有數據擬合工具Cftool，可以十分方便地用于實驗數據的分析擬合。

2.1 擬合過程

下面以微波爐電場強度數據擬合為例，說明擬合方法。

首先將測量距離、電場強度數據作為x、y變量導入，調用Cftool工具箱，選取需擬合數據，選擇擬合曲線的類型。Cftool主要有Exponential（指數）、Fourier（傅立葉）、Gaussian（高斯）、Interpolant（插值）、Polynomial（多項式）等多種擬合類型，考慮電場強度與距離大致呈非線性衰減規律，擬選用較適合的Polynomial（多項式）進行擬合。

非線性關系進行Polynomial（多項式）擬合時，依次選二階、三階、四階、五階擬合，直至達到較高的擬合度為止，即R-square（復相關系數）越大越好，Sse（誤差平方和）越小越好。

經擬合，二階、三階、四階、五階多項式的對應復相關系數分別為0.8568、0.9444、0.988、0.9973，誤差平方和分別為1.767e5、6.859e4、1.476e4、3351，上述結果表明五階多項式擬合的復相關系數達0.99以上，擬合度高，因此確定微波爐電場強度衰減曲線為五階多項式擬合。

2.2 擬合結果

按前述擬合方法，微波爐、電磁灶、紅外磁脈沖腳爐的電場強度衰減擬合結果見圖1～3，磁場強度衰減擬合結果見圖4～6，各情形擬合特征匯總見表7。

3 安全防護距離

目前我國現行相關標準為《電磁環境控制限值》（GB 8702-2014），替代《電磁輻射防護規定》（GB 8702-88）和《環境電磁波衛生標準》（GB 9175-88），該標準規定了電磁環境中控制公眾曝露的電場、磁場、電磁場（1～300MHz）的場量限值，適用于電磁環境中控制公眾曝露的評價與管理，但“不適用于控制無線終端、家用電器等對使用者曝露的評價與管理”，鑒于家用電器的電磁環境無其它標準可參考，且其電磁場特征與該標準所指電磁場無實質性差別，因此家用電器的電磁場量限值可參照GB 8702-2014確定。

本次測量對象微波爐、電磁灶、腳爐等頻率均在0.1～3MHz內，根據該標準，對應的公眾曝露控制限值為：電場強度應小于40V/m，磁感應強度應小于0.12μT，根據前述測量結果，所測微波爐、電磁灶、腳爐的電場防護距離分別為：9cm、6cm、25cm，磁場防護距離分別為：57cm、60cm、33cm。

因此在日常生活中，為減免家用電器電磁輻射問題，除了避免長時間使用易產生電磁波的家用電器外，還應注意與家用電器保持一定的安全防護距離。

4 結語

從前述測量結果來看，在較近測距時，微波爐、電磁灶、腳爐等家電的電磁輻射強度普遍存在超控制限值問題，但隨距離增大，電磁強度快速衰減。參照《電磁環境控制限值》（GB 8702-2014），一般在25cm外可滿足電場限值要求、60cm外可滿足磁場限值要求。

利用Matlab軟件自帶的擬合工具箱Cftool，可方便地對電磁輻射強度衰減規律進行多項式擬合，一般多項式在4階、5階時，即能實現復相關系數0.99以上的擬合，擬合度較高，為進一步研究電磁場衰減規律提供了一種數據處理途徑。

參考文獻

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