電磁輻射監(jiān)測(cè)儀器和方法

1、.中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HJ/T 10.21996輻射環(huán)境保護(hù)管理導(dǎo)則電磁輻射監(jiān)測(cè)儀器和方法Guidline on Management of Radioactive Environmental ProtectionElectromagnetic Radiation Monitoring Instuments and Methods1 電磁輻射測(cè)量?jī)x器本導(dǎo)則所稱電磁輻射限于非電離輻射。電磁輻射的測(cè)量按測(cè)量場(chǎng)所分為作業(yè)環(huán)境、特定公眾暴露環(huán)境、一般公眾暴露環(huán)境測(cè)量。按測(cè)量參數(shù)分為電場(chǎng)強(qiáng)度、磁場(chǎng)強(qiáng)度和電磁場(chǎng)功率通量密度等的測(cè)量。對(duì)于不同的測(cè)量應(yīng)選用不同類型的儀器，以期獲取最佳的測(cè)量結(jié)果。測(cè)量

2、儀器根據(jù)測(cè)量目的分為非選頻式寬帶輻射測(cè)量?jī)x和選頻式輻射測(cè)量?jī)x。1.1 非選頻式寬帶輻射測(cè)量?jī)x1.1.1 工作原理偶極子和檢波二極管組成探頭這類儀器由三個(gè)正交的210cm長(zhǎng)的偶極子天線，端接肖特基檢波二極管、RC濾波器組成。檢波后的直流電流經(jīng)高阻傳輸線或光纜送人數(shù)據(jù)處理和顯示電路。當(dāng)時(shí)（D偶極子直徑，h偶極子長(zhǎng)度）偶極子互耦可忽略不計(jì)，由于偶極子相互正交，將不依賴場(chǎng)的極化方向。探頭尺寸很小，對(duì)場(chǎng)的擾動(dòng)也小，能分辨場(chǎng)的細(xì)微變化。偶極子等效電容CA、電感LA根據(jù)雙錐天線理論求得： （1.1） (1.2)式中：a天線半徑；S偶極子截面積；L偶極子實(shí)際長(zhǎng)度。由于偶極子天線阻抗呈容性，輸出電壓是頻率的函數(shù)

3、： (1.3)式中：角頻率，=2··f，f頻率； CL天線縫隙電容和負(fù)載電容； L負(fù)載電阻。由于CA、CL基本不變，只要提高RL就可使頻響大為改善，使輸出電壓不受場(chǎng)源頻率影響，因此必須采用高阻傳輸線。當(dāng)三副正交偶極子組成探頭時(shí)，它可以分別接收x、y、z三個(gè)方向場(chǎng)分量，經(jīng)理論分析得出：式中：C檢波器引入的常數(shù)； Ke偶極子與高頻感應(yīng)電壓間比例系數(shù)；Ex、Ey、Ez分別對(duì)應(yīng)于x、y、z方向的電場(chǎng)分量；（1.4）式為待測(cè)場(chǎng)的厄米特幅度（Hermitian）可見用端接平方律特性二極管的三維正交偶極子天線總的直流輸出正比于待測(cè)場(chǎng)的平方，而功率密度亦正比于待測(cè)場(chǎng)的平方，因此經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)后，

4、的值就等于待測(cè)電場(chǎng)的功率密度。如果電路中引入開平方電路，那么值就等于待測(cè)電場(chǎng)強(qiáng)度值。偶極子的長(zhǎng)度應(yīng)遠(yuǎn)小于被測(cè)頻率的半波長(zhǎng)，以避免在被測(cè)頻率下諧振。這一特性決定了這類儀器只能在低于幾吉赫頻率范圍使用。熱電偶型探頭采取三條相互垂直的熱電偶結(jié)點(diǎn)陣作電場(chǎng)測(cè)量探頭，提供了和熱電偶元件切線方向場(chǎng)強(qiáng)平方成正比的直流輸出。待測(cè)場(chǎng)強(qiáng)為： （1.5）與極化無(wú)關(guān)。沿?zé)犭娕荚本€方向分布的熱電偶結(jié)點(diǎn)陣，保證了探頭有極寬的頻帶。沿x、y、z、三個(gè)方向分布的熱電偶元件的最大尺寸應(yīng)小于最高工作頻率波長(zhǎng)的1/4，以避免產(chǎn)生諧振。整個(gè)探頭像一組串聯(lián)的低阻抗偶極子或像一個(gè)低Q值的諧振電路。磁場(chǎng)探頭由三個(gè)相互正交環(huán)天線和二極管、

5、RC濾波元件、高阻線索組成，從而保證其全向性和頻率響應(yīng)。環(huán)天線感應(yīng)電勢(shì)為：式中：N環(huán)匝數(shù)； b環(huán)半徑； H待測(cè)場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度。1.1.2 對(duì)電性能的要求使用非選頻式寬帶輻射測(cè)量?jī)x實(shí)施環(huán)境監(jiān)測(cè)時(shí)，為了確保環(huán)境監(jiān)測(cè)的質(zhì)量，應(yīng)對(duì)這類儀器電性能提出基本要求：各向同性誤差±1 dB系統(tǒng)頻率響應(yīng)不均勻度±3 dB靈敏度：0.5 V/m校準(zhǔn)精度：±0.5 dB1.1.3 常用的非選頻式輻射測(cè)量?jī)x附錄A1為常用的非選頻式寬帶輻射測(cè)量?jī)x的有關(guān)數(shù)據(jù)。實(shí)施環(huán)境電磁輻射監(jiān)測(cè)時(shí)，可根據(jù)具體需要選用其中儀器。1.2 選頻式輻射測(cè)量?jī)x這類儀器用于環(huán)境中低電平電場(chǎng)強(qiáng)度、電磁兼容、電磁干擾測(cè)量。除場(chǎng)

6、強(qiáng)儀（或稱干擾場(chǎng)強(qiáng)儀）外，可用接收天線和頻譜議或測(cè)試接收機(jī)組成的測(cè)量系統(tǒng)經(jīng)校準(zhǔn)后，用于環(huán)境電磁輻射測(cè)量。工作原理場(chǎng)強(qiáng)儀（干擾場(chǎng)強(qiáng)儀）待測(cè)場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)值： （2.1）式中K是天線校正系數(shù)，它是頻率的函數(shù)，可由場(chǎng)強(qiáng)儀的附表中查得。場(chǎng)強(qiáng)儀的讀數(shù)Vr必須加上對(duì)應(yīng)K值和電纜損耗L才能得出場(chǎng)強(qiáng)值。但近期生產(chǎn)的場(chǎng)強(qiáng)儀所附天線校正系數(shù)曲線所示K值已包括測(cè)量天線的電纜損耗L值。當(dāng)被測(cè)場(chǎng)是脈沖信號(hào)時(shí)，不同帶寬Vr值不同。此時(shí)需要?dú)w一化于1MHz帶寬的場(chǎng)強(qiáng)值，即 （2.2）Bw為選用帶寬，單位MHz。測(cè)量寬帶信號(hào)環(huán)境輻射峰值場(chǎng)強(qiáng)時(shí)，要選用盡量寬的帶寬。相應(yīng)平均功率密度為： （2.3）上式中q為脈沖信號(hào)占空比，K、L值查

7、表可得，Vr為場(chǎng)強(qiáng)值讀數(shù)，于是E和Pd可以方便地計(jì)算出來(lái)。頻譜儀的類型不受限制，頻譜儀天線系統(tǒng)必須校準(zhǔn)。微波測(cè)試接收機(jī)用微波接收機(jī)、接收天線也可以組成環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)?？鄢娎|損耗，功率密度Pd按下式計(jì)算： （2.5）式中：G天線增益（倍數(shù)）； 工作波長(zhǎng)（cm）； A數(shù)字幅度計(jì)讀數(shù)（dBm）； B0dB輸入功率（dBm）。由上述測(cè)試接收機(jī)組成的監(jiān)測(cè)裝置的靈敏度取決于接收機(jī)靈敏度。天線系統(tǒng)應(yīng)校準(zhǔn)。用于環(huán)境電磁輻射測(cè)量的儀器種類較多，凡是用于EMC（電磁兼容）、EMI（電磁干擾）目的的測(cè)試接收機(jī)都可用于環(huán)境電磁輻射監(jiān)測(cè)。專用的環(huán)境電磁幅射監(jiān)測(cè)儀器，也可用上面介紹的方法組成測(cè)量裝置實(shí)施環(huán)境監(jiān)測(cè)。常用的輻

8、射測(cè)量?jī)x器見附錄Az。2 電磁輻射污染原監(jiān)測(cè)方法2.1 環(huán)境條件應(yīng)符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和儀器標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的使用條件。測(cè)量記錄表應(yīng)注明環(huán)境溫度、相對(duì)濕度。2.2 測(cè)量?jī)x器可使用各向同性響應(yīng)或有方向性電場(chǎng)探頭或磁場(chǎng)探頭的寬帶輻射測(cè)量?jī)x。采用有方向性探頭時(shí)，應(yīng)在測(cè)量點(diǎn)調(diào)整探頭方向以測(cè)出測(cè)量點(diǎn)最大輻射電平。測(cè)量?jī)x器工作頻帶應(yīng)滿足待測(cè)場(chǎng)要求，儀器應(yīng)經(jīng)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)定期鑒定。2.3 測(cè)量時(shí)間在幅射體正常工作時(shí)間內(nèi)進(jìn)行測(cè)量，每個(gè)測(cè)點(diǎn)連續(xù)測(cè)5次，每次測(cè)量時(shí)間不應(yīng)小于15秒，并讀取穩(wěn)定狀態(tài)的最大值。若測(cè)量讀數(shù)起伏較大時(shí)，應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)測(cè)量時(shí)間。2.4 測(cè)量位置2.4.1 測(cè)量位置取作業(yè)人員操作位置，距地面0.5、1、1.7m三個(gè)部

9、位。2.4.2 輻射體各輔助設(shè)施（計(jì)算機(jī)房、供電室等）作業(yè)人員經(jīng)常操作的位置，測(cè)量部位距地面0.51.7m。輻射體附近的固定哨位、值班位置等。數(shù)據(jù)處理出每個(gè)測(cè)量部位平均場(chǎng)強(qiáng)值（若有幾次讀數(shù)）。價(jià)根據(jù)各操作位置的E值（H、Pd）按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)電磁輻射防護(hù)規(guī)定（GB 870288）或其它部委制定安全限值”作出分析評(píng)價(jià)。3 環(huán)境電磁輻射測(cè)量方法3.1 測(cè)量條件3.1.1 氣候條件氣候條件應(yīng)符合待業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和儀器標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的使用條件。測(cè)量記錄表應(yīng)注明環(huán)境溫度相對(duì)濕度。3.1.2 測(cè)量高度離地面1.72m高度。也可根據(jù)不同目的，選擇測(cè)量高度。3.1.3 測(cè)量頻率電場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)量值50 dBV/m的頻率作為測(cè)量頻率。

10、3.1.4 測(cè)量時(shí)間本測(cè)量時(shí)間為5：009：00，11：0014：00，18：0023：00城市環(huán)境電磁輻射的高峰期。24小時(shí)晝夜測(cè)量，晝夜測(cè)量點(diǎn)不應(yīng)少于10點(diǎn)。測(cè)量間隔時(shí)間為1h，每次測(cè)量觀察時(shí)間不應(yīng)小于15s，若指針擺動(dòng)過(guò)大，應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)觀察時(shí)間。3.2 布點(diǎn)方法3.2.1 典型輻射體環(huán)境測(cè)量布點(diǎn)對(duì)典型輻射體，比如某個(gè)電視發(fā)射塔周圍環(huán)境實(shí)施監(jiān)測(cè)時(shí)，則以輻射為中心，按間隔45°的八個(gè)方位為測(cè)量線，每條測(cè)量線上選取距場(chǎng)源分別30、50、100mm等不同距離定點(diǎn)測(cè)量，測(cè)量范圍根據(jù)實(shí)際情況確定。3.2.2 一般環(huán)境測(cè)量布點(diǎn)對(duì)整個(gè)城市電磁輻射測(cè)量時(shí)，根據(jù)城市測(cè)繪地圖，將全區(qū)劃會(huì)為1×

11、;1km2小方格，取方格中心為測(cè)量位置。3.2.3 按上述方法在地圖上布點(diǎn)后，應(yīng)對(duì)實(shí)際測(cè)點(diǎn)進(jìn)行考察?？紤]地形地物影響，實(shí)際測(cè)點(diǎn)應(yīng)避開高層建筑物、樹木、高壓線以及金屬結(jié)構(gòu)等，盡量選擇空曠地方測(cè)試。允許對(duì)規(guī)定測(cè)點(diǎn)調(diào)整，測(cè)點(diǎn)調(diào)整最大為方格邊長(zhǎng)的1/4，對(duì)特殊地區(qū)方格允許不進(jìn)行測(cè)量。需要對(duì)高層建筑測(cè)量，應(yīng)在各層陽(yáng)臺(tái)或室內(nèi)選點(diǎn)測(cè)量。3.3 測(cè)量?jī)x器3.3.1 非選頻式輻射測(cè)量?jī)x具有各向同性響應(yīng)或有方向性探頭的寬帶輻射測(cè)量?jī)x屬于非選頻式輻射測(cè)量?jī)x。用有方向性探頭時(shí)，應(yīng)調(diào)整探頭方向以測(cè)出最大輻射電平。3.3.2 選頻式輻射測(cè)量?jī)x各種專門用于EMI測(cè)量的場(chǎng)強(qiáng)儀，干擾測(cè)試接收機(jī)，以及用頻譜儀、接收機(jī)、天線自行組

12、成測(cè)量系統(tǒng)經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)場(chǎng)校準(zhǔn)后可用于此目的。測(cè)量誤差應(yīng)小于±3dB，頻率誤差應(yīng)小于被測(cè)頻率的10-3數(shù)量級(jí)。該測(cè)量系統(tǒng)經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換也微機(jī)聯(lián)接后，通過(guò)編制專用測(cè)量軟件可組成自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，達(dá)到數(shù)據(jù)自動(dòng)采集和統(tǒng)計(jì)。自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中，測(cè)量?jī)x可設(shè)置于平均值（適用于較平穩(wěn)的輻射測(cè)量）或準(zhǔn)峰值（適用于脈沖輻射測(cè)量）檢波方式。每次測(cè)試時(shí)間為810min，數(shù)據(jù)采集取樣率為2次/s，進(jìn)行連續(xù)取樣。3.4 數(shù)據(jù)處理3.4.1 如果測(cè)量?jī)x器讀出的場(chǎng)強(qiáng)瞬時(shí)值的單位為分貝（dBV/m），則選掃下列公式換算成以V/m為單位的場(chǎng)強(qiáng)： （3.1）x場(chǎng)強(qiáng)儀讀數(shù)（dBV/m），然后依次按下列各公式計(jì)算： （3.2） ( 3.3)

13、 (3.4)上述各式中：Ei在某測(cè)量位、某頻段中被測(cè)頻率i的測(cè)量場(chǎng)強(qiáng)瞬時(shí)值（V/m）； nEi值的讀數(shù)個(gè)數(shù)； E在某測(cè)量位、某頻段中各被測(cè)頻率i的場(chǎng)強(qiáng)平均值（V/m）； Es在某測(cè)量位、某頻段中各被測(cè)頻率的綜合場(chǎng)強(qiáng)（V/m）； EG在某測(cè)量位，在24h（或一定時(shí)間內(nèi)）內(nèi)測(cè)量某頻段后的總的平均綜合場(chǎng)強(qiáng)（V/m） M在24h（或一定時(shí)間內(nèi)）內(nèi)測(cè)量某頻段的測(cè)量次數(shù)。測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)誤差仍用通常公式計(jì)算。如果測(cè)量?jī)x器用的是非選頻式的，不用（3.3）式。3.4.2 對(duì)于自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，可編制數(shù)據(jù)處理軟件，分別統(tǒng)計(jì)每次測(cè)量中測(cè)值的最大值Emax、小值Emin、中值、95%和80%時(shí)間概率的不超過(guò)場(chǎng)強(qiáng)值E

14、(95%)、E（80%），上述統(tǒng)計(jì)值均以（dBV/m）表示。還應(yīng)給出標(biāo)準(zhǔn)差值（以dB表示）。如系多次重復(fù)測(cè)量，則將每次測(cè)量值統(tǒng)計(jì)后，再按4.4.1進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。3.5 繪制污染圖3.5.1 繪制：頻率場(chǎng)強(qiáng)、時(shí)間場(chǎng)強(qiáng)、時(shí)間頻率、測(cè)量位總場(chǎng)強(qiáng)值等各組對(duì)應(yīng)曲線。3.5.2 典型輻射體環(huán)境污染圖以典型輻射體為圓心，標(biāo)注等場(chǎng)強(qiáng)值線圖（參見附錄B1），或以典型輻射體為圓心，標(biāo)注根據(jù)（4.5）式或（4.6）式得出的計(jì)算值的等值線圖。3.5.3 居民區(qū)環(huán)境污染圖在有比例的測(cè)繪地圖上標(biāo)注等場(chǎng)強(qiáng)值線圖，或標(biāo)注根據(jù)（4.5）式或（4.6）式得出的計(jì)算值的等線圖。根據(jù)需要亦可在各區(qū)地圖上做好方格，用顏色或各種形狀圖線

15、表示不同的場(chǎng)強(qiáng)值（參見附錄B）或根據(jù)（4.5）式或（4.6）式得出的計(jì)算值。3.6 質(zhì)量保證3.6.1 測(cè)量方案必須嚴(yán)格審議。3.6.2 充分考慮測(cè)量的代表性。3.6.3 測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確可靠、有比對(duì)性。3.6.4 數(shù)據(jù)處理方法正確。3.7 環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)3.7.1 用非選頻寬帶輻射測(cè)量?jī)x時(shí)，由于測(cè)量位測(cè)得的場(chǎng)強(qiáng)（功率密度）值，是所有頻率的綜合場(chǎng)強(qiáng)在超短波頻段（30300MHz），測(cè)量值和超短波頻段安全限值的比值1，基本上對(duì)居民無(wú)影響，如果價(jià)典型輻射體，則測(cè)量結(jié)果應(yīng)和輻射體工作頻率對(duì)應(yīng)的安全限值比較。EG某測(cè)量位置總場(chǎng)強(qiáng)值（V/m）；L典型輻射體工作頻率對(duì)應(yīng)的安全限值或超短波頻段安全限值（V/m）。

16、用選頻式場(chǎng)強(qiáng)儀時(shí)： （3.6）EGi測(cè)量位置某頻段總的平均綜合場(chǎng)強(qiáng)值（V/m）；Li對(duì)應(yīng)頻段的安全限值（V/m）。4 環(huán)境質(zhì)量預(yù)測(cè)的場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算為了估算輻射體對(duì)環(huán)境的影響，對(duì)于典型的中波、短波、超短波發(fā)射臺(tái)站的發(fā)射天線在環(huán)境中輻射場(chǎng)強(qiáng)安（4.1）式至（4.6）式計(jì)算。對(duì)正方形、圓口面微波天線在環(huán)境中輻射場(chǎng)功率密度按（4.7）式和（4.8）式計(jì)算：4.1 中波（垂直極化波）理論公式： （4.1）近似公式： （4.2）式中： （4.3） （4.4）上述各式中：d被測(cè)位置與發(fā)射天線水平距離（km）； P發(fā)射機(jī)標(biāo)稱功率（kW）； 天線效率（%）；G相對(duì)于接地基本振子（點(diǎn)源天線G=1）的天線增益（倍數(shù)）；F

17、（h）發(fā)射天線高度因子，F(xiàn)(h)=11.43；F()發(fā)射天線垂直面（仰角）、水平面（方位角）方向性函數(shù)，max=0； A地面衰減因子； X數(shù)量距離； 波長(zhǎng)（m）；大地的介電常數(shù)（無(wú)量綱）；大地的導(dǎo)電系數(shù)，1/（·m）。（4.2）近似公式是：1、F(h) 1.2、F()=1得出的，即舒來(lái)依金范德波爾公式。4.2 短波（水平極化波）短波（水平極化波）場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算公式同（4.2）、(4.3)，但水平極化波的X按（4.5）計(jì)算。各量綱同前。 （4.5） 4.3 超短波（電視、調(diào)頻） （4.6）式中：P發(fā)射機(jī)標(biāo)稱功率（kW）；G相對(duì)于半波偶極子(G0.5=1.64)天線增益（倍數(shù)）；R測(cè)量位置與天

18、一水平距離（km）；F（）天線垂直面方向性函數(shù)（視天線型式和層數(shù)而異）。 4.4 微波近場(chǎng)最大功率密度Pdmax： (4.7)式中：Pr送人天線凈功率（mW）； S天線實(shí)際幾何面積（cm2）。（4.7）式給出的預(yù)測(cè)值，是對(duì)于具有正方形口面和圓錐形口面天線的情況（其精度±3 dB）下天線近場(chǎng)區(qū)內(nèi)最大功率密度值。遠(yuǎn)場(chǎng)軸向功率密度Pd： （4.8）式中：P雷達(dá)發(fā)射機(jī)平均功率（mW）； G天線增益（倍數(shù)）； r測(cè)量位置與天線軸向距離（cm）。附錄A1 常用非選頻式輻射測(cè)量?jī)x名 稱頻 帶量 程各向同性探頭類型微波漏能儀0.91512.4 GHz0.00530 m W/ cm2無(wú)熱偶結(jié)點(diǎn)陣微波輻

19、射測(cè)量?jī)x110 GHz0.220 m W/ cm2有肖特基二極管偶極子電磁輻射監(jiān)測(cè)儀0.51 000 MHz11 000 V/m有偶極子全向?qū)拵Ы鼌^(qū)場(chǎng)強(qiáng)儀0.21 000 MHz11 000 V/m有偶極子寬帶電磁場(chǎng)強(qiáng)計(jì)E: 0.13 000 MHzH: 0.530 MHzE: 0.51 000 V/mH:12 000 A/m有偶極子環(huán)天線寬帶電磁場(chǎng)強(qiáng)計(jì)E: 20105 HzH: 5060 HzE: 120 000 V/mH:12 000 A/m有偶極子環(huán)天線輻射危害計(jì)0.318 GHz0.1200 mW/cm2有熱偶結(jié)點(diǎn)陣輻射危害計(jì)200 kHz26 GHz0.00120 mW/cm2有熱偶

20、結(jié)點(diǎn)陣寬帶全向輻射監(jiān)測(cè)儀0.326 GHz8621B探頭：0.00520 m W/ cm28623探頭：0.05100 m W/ cm2有熱偶結(jié)點(diǎn)陣寬帶全向輻射監(jiān)測(cè)儀10300 MHz8631：0.00520 m W/ cm28633：0.05100 m W/ cm2有熱偶結(jié)點(diǎn)陣寬帶全向輻射監(jiān)測(cè)儀0.326 GHz10300 MHz8621B探頭：0.00520 m W/ cm28631：0.05100 m W/ cm2有熱偶結(jié)點(diǎn)陣寬帶全向輻射監(jiān)測(cè)儀8635、8633103 000 MHz8644103 000 MHz8633:0.05100 mW/cm28644:0.000 52 W/ cm28635:0.002 510 W/ cm2有熱偶結(jié)點(diǎn)陣環(huán)天線寬帶全向輻射