兒童學習機器人人體電磁輻射檢測方法

許惠如

（廈門市產品質量監督檢驗院 福建省廈門市 361104）

1 引言

科學技術日新月異，家用機器人以燎原之勢在飛速發展。一種以啟蒙陪伴、寓教于樂為目的的兒童學習機器人受到了眾多家長們的青睞。兒童學習機器人改善中國家庭教育模式的同時，低齡兒童長期近距離使用電子產品引發的健康危害也引起公眾的重視。目前，兒童學習機器人的無意人體電磁輻射評估的研究比較少，本文旨在根據兒童學習機器人的工作特點研究出一種可行的測量方法來評估其無意人體電磁場輻射，內容包括檢測條件、運行模式、檢測方法以及檢測儀器。

2 測試方法分析及計算方式

2.1 測試方法分析

歐盟關于電子產品電磁場輻射（EMF，electromagnetic fields）的低電壓指令2006/95/EC（LVD）表明，電子電氣設備的人體電磁場輻射在暴露限值以下就不會對人體健康造成損害。

電磁場是在一定空間區域內連續分布的向量場。物理學中使用磁通量密度（也叫磁感應強度或磁通密度，符號B）來表示磁場的強弱，它是矢量，單位是特斯拉（簡稱特T）。本文通過計算兒童學習機器人磁通量密度有效值Br.m.s來評估其EMF 是否符合暴露限值。

電磁場測量方法有三種：時域評估、線譜評估、簡化試驗方法。線譜評估是針對僅有單線譜（其線譜由基波線譜和諧波線譜組成）的器具。簡化試驗是針對僅在電源頻率及其諧波處產生微弱磁場的器具，僅需在2kHz 頻率范圍以下進行試驗。而兒童學習機器人內部有幾十顆高性能處理芯片、智能傳感器、高速微電腦、步進驅動馬達、高音質音響、Wi-Fi 天線等電子元器件，有的還配有攝像頭、觸摸屏、閃爍耳燈，工作模式多樣且頻率范圍較廣。因此，采用與信號類型無關的時域評估方法最為合理。

2.2 磁通密度有效值Br.m.s計算方式

利用示波器或頻譜分析儀測量兒童學習機器人電磁場x、y、z 三個分量信號，記錄每個頻率點的最大數據，通過傳遞函數（如圖1）加權，將加權信號平方、求和、取平均值，再利用公式計算出每個頻率點的最大磁感應強度的均方根值，再計算磁場加權評估值計算出來的Br.m.s與歐盟推薦的電磁輻射暴露參考水平BRL比較，當Wn＜1.0（即Br.m.s＜100%BRL）時，符合暴露限值要求。參考水平和傳遞函數是與頻率相關的變化量，例如，頻率25Hz ～800Hz 的參考水平是5/f，頻率800Hz ～0.15MHz 的參考水平是6.25μT 等。用時域評估方法得到的結果為每個方向上測量值的矢量疊加，這使得測量值與磁場向量無關。

圖1：傳遞函數

圖2：人體電磁場輻射EMF 測試布置圖

3 測試過程

3.1 測試條件

測試應選擇在環境溫度為15 ～35℃，相對濕度為10%～ 75%，空氣壓力為86kPa ～106kPa，噪聲小于限值5%的室內場所，并確保EUT 能正確運行。如以上環境條件下EUT 不能正常工作，需根據制造商要求的工作環境進行測試。測試前要有足夠的時間，以確保EUT 正常使用中的工作條件。

圖3：測試結果曲線圖

3.2 頻率范圍

測量信號的評估與頻率有關，測量頻率范圍為10Hz ～ 400kHz。

3.3 工作模式

兒童學習機器人供電方式有堿性電池和充電鋰電池兩種，測試前應將其連接到供電電壓（額定電壓的±2%，額定頻率的±2%）上充電。當由內置可充電鋰電池供電時，充電模式（本體+充電器）和工作模式（電池充滿電+不連接適配器）兩種情況下都要測試一次。

兒童學習機器人是集通信功能、人機交互功能、感知功能、識別功能、指令行走為一體的具有生命形態的幼教陪伴型家庭親子機器人，應在制造商規定的盡量多的具有代表性的功能下進行測量，若某些典型功能無法同時配置，則需單獨進行測試。

指令行走的兒童機器人的輪子是由發動機驅動的，測試時應將其支撐在絕緣木板上，絕緣木板的高度應使其懸空并保持穩定。

3.4 測試距離和位置

器具表面與測試探頭表面最近點之間的最短距離為r1。兒童學習機器人正常使用中不會與人體頭部或軀干直接接觸，測試時的距離r1=30±5%cm。兒童學習機器人屬于可以移動的小型設備，測試位置為樣品的四周。測量過程中，人或物體不應處于探頭和輻射源之間。

4 樣品實測

4.1 樣品分布情況

按照兒童學習機器人控制方式（全語音10 批次、按鍵10 批次、語音+按鍵8 批次）、市場銷售單價（50 元～4000 元分為9 個檔次）抽取了28 批次不同型號的樣品。

4.2 測試設備

本文介紹一種用于測量EMF 的儀器--電磁場輻射危害測試儀（如圖2）用于本次測試。它是由分析儀、傳感器組成，傳感器包含三個相互垂直且測量面積為100cm2±5cm2的同心線圈，用來測量頻率范圍1Hz ～400kHz 磁感應強度Br.m.s。測試過程不用考慮信號形式和頻率，測試結果直接以“參考水平的百分比”的形式給出，可以清晰地反映出當前情況和剩余的安全差數，解決傳統用頻譜分析儀或示波器測量耗時且不可靠的難題。

4.3 測試結果

測試樣品在r1=30cm 時的人體電磁場輻射EMF，結果見圖3。28 批次產品六個面的人體電磁場輻射曲線呈現一定規律，峰值大概率在背面，即喇叭部位，平均值為4.93%，且隨著音量升高強度增大，隨著距離的增加強度減弱。為了讓測量數據更直觀，我們使用同樣的傳感器、在同樣的距離下，對常用的家用電子產品進行無意人體電磁場輻射測試。炒菜模式下的最大輸出功率為2100W 的電磁爐為參考水平的26.85%，大火模式下的容量為21 升的微波爐為參考水平的18.05%。因此，按正常距離使用時的兒童學習機器人發射EMF 在安全可接受范圍之內，不會對孩子的頭部和軀干造成嚴重損害。

5 結束語

大眾家庭在享受兒童學習機器人帶來幼兒陪護便利的同時，也更加重視電磁輻射對人體健康的危害。因此，在日常使用中，人體與兒童學習機器人應保持一定安全距離，避免暴露在超劑量的電磁輻射環境中。在兒童學習機器人投入市場之前，應對其人體電磁場暴露情況進行評估，促使產品生產商采取適當措施，降低設備對人體健康危害帶來的風險。