1、电磁辐射的危害与环境监测方法电磁辐射的危害与环境监测方法 摘要：本文介绍电磁辐射强度、照射时间及总剂量对人类健康的影响程度,并对电磁辐射的环境测试包括测前准备、测试布点、测试过程、绘制污染图、注意事项及防治电磁辐射对策等内容进行了叙述。 主题词：电磁辐射危害监测 一、概述 随着现代科技的高速发展,一种看不见、模不着的污染源日益受到各界的关注,这就是被人们称为“隐形杀手”的电磁辐射。今天，越来越多的电子、通信设备投入使用，使得各种频率的不同能量的电磁波充斥着地球的每一个角落乃至更加广阔的宇宙空间，电磁波作用于人体时，一部分被人体吸收，被吸收的电磁波能量达到一定强度时就会使人体发热，超过一定限度人
2、体就会出现高温生理反应，从而有害人的健康。电磁辐射对人的影响程度与辐射强度、频率、作用时间、环境等因素有关，辐射强度越大、作用于人体的时间越长、频率越高，影响就越大。一定程度的电磁辐射对人体的伤害已成定论，是危害人类健康的大敌。因此,电磁辐射环境问题已受到普遍关注。世界卫生组织把电磁辐射污染列为继水、气、声之后的第四大污染。联合国人类环境会议也已将其列为环境保护项目之一。世界各国都十分重视越来越复杂的电磁环境及其造成的影响，电磁环境保护已经成为一个迅速发展的新学科领域，为了保护环境,保护人类健康,保障信息安全，必须对电磁辐射加以防护，电磁辐射污染的防护已经刻不容缓。 我站自1998年以来，取得
3、了国家实验室认可和福建省技术监督局对电磁辐射环境测试等12个项目的计量认证。多年来，受各行业无线电设台单位的委托，对银行、电力、移动、联通、学校等部门进行了电磁辐射环境测试和电磁兼容分析，保证了新建的台站与已建的台站能够互不干扰、电磁兼容。 本文主要介绍电磁辐射对人体的危害与电磁辐射环境监测方法。 全文分成三部份，在第一部分主要理论介绍电磁辐射的环境影响（包括基本概念、电磁辐射场区的划分、电磁辐射对人类健康和电器设备的影响等内容）。在第二部分，介绍电磁辐射环境测量方法(包括测试前的准备、测试布点、测试过程、绘制污染图、注意事项)及防治电磁辐射对策等内容。在第三部分，介绍电磁辐射测试实例。 一、
4、 电磁辐射的环境影响 1、基本概念 1.1电磁辐射是指以电磁波形式通过空间传播的能量流，且限于非电离辐射，包括信息传递中的电磁波发射，雷达系统、电视和广播发射系统、射频感应及介质加热设备、射频及微波医疗设备、各种电加工设备、通信发射台站、卫星地球通信站、大型电力发电站、输变电设备、高压及超高压输电线等都可以产生各种形式、不同频率、不同强度的电磁辐射。 1.2电磁发射分为辐射发射与传导发射。 辐射发射：“通过空间传播的、有用的或不希望有的电磁能量”。而辐射发射经常称为电磁辐射。能量以电磁波的形式由源发射到空间的现象，电磁波的形式在空间传播。 传导发射：沿电源线或信号线传输的电磁发射。 1.3电磁
5、辐射场区的划分 电磁辐射场区一般分为远区场和近区场 电磁辐射源产生的交变电磁场分为两部分：一部分电磁场能量辐射源周围空间及辐射源之间周期性地来回流动，不向外发射，称为感应场（近区场）；另一部分电磁场能量脱离辐射体，以电磁波的形式向外发射，称为辐射场（远场区）。 近区场是指以场源为中心，半径为三个波长范围内的区域。近场区内，电场强度（E）与磁场强度（H）的大小没有确定的比例关系。即：EH377。需分别测量E与H的大小。由场强与距离的关系可知，近场区场强很大，但场强随距离的增大衰减得很快，是一种非常复杂的非均匀场。因此，近场区场强仪量程应足够大，测量探头应足够小，测量结果才能代表测试点的场强。对于
6、电压高电流小的场源（如发射天线、馈线等），电场要比磁场强得多，对于电压低电流大的场源（如某些感应加热设备的模具），磁场要比电场大得多。 近区场的电磁场强度比远区场大得多，应注意防护：首先对人员的防护，其次是对各种电子电气设备的防护。由于近区场强很大，较远处的其它电磁辐射源的贡献可忽略不计，因此，近区场强测量不采用选频式仪器，用综合场强仪测量近区场强。 远区场是指以场源为中心，半径为三个波长之外的空间范围。在远区场中，所有的电磁能量基本上均以电磁波形式辐射传播，这种场辐射强度的衰减要比感应场慢得多。远区场S=EH（功率密度矢量S、电场矢量E、磁场矢量H三者方向互相垂直，并都垂直于电磁波的传播方向
7、。远区场为弱场，其电磁场强度均较小。）其中E=377H,S=EH=E/377。E的单位是(V/m)，H的单位是(A/m),S的单位是(W/m)。 对于线天线而言，当离天线的距离r时，称为近场区；当r时，称为远场区。近似地认为远场区只有辐射场，而近场区只有感应场。如果我们规定感应场比辐射场低30dB的区域为远区，则离天线的最小距离r=5。对于面天线而言，从天线口面至/2间称为至近区，区内主要是感应场，随着距离的增加，感应场逐渐减弱，辐射场逐渐增加，进入辐射区。从/2至D/2间称为辐射近区，这一区域的电磁波基本集中在以天线口面为柱状的管状波束内。从D/2至2D/2间称为辐射中区，电磁波开始由管状波
8、束向外扩散。2D/2以外称为辐射远区。（这里D为天线直径） 在远场区，天线的方向图与距离无关，我们通常所说的天线增益和天线方向性图都是指天线远区。在远区场，电场强度与磁场强度有满足EH377，且电场与磁场的运行方向互相垂直，并都垂直于电磁波的传播方向。 国际规定，当电磁辐射体的工作频率低于300MHz时，应对工作场所的电场强度和磁场强度分别测量。当电磁辐射体的工作频率大于300MHz时，可以只测电场强度。 具体辐射源的近场（感应场区）与远场（辐射场区）（c/f） 频率（f） 波长（） 界限（3） 50/60Hz电力 6000/5000km 18000/15000km 50kHz点焊 6km 1
9、8km 27MHzCB广播，透热疗法 11.1m 33.3m 100MHzFM广播 3m 9m 433MHz工业应用 0.7m 2.1m 900MHz移动电话，寻呼机 0.33m 1m 2.45GHz微波，工业 0.12m 0.36m 6GHz数字广播 0.05m 0.15m 20GHz卫星传输 0.015m 0.045m 2、电磁辐射背景介绍 2.1电磁辐射的来源 电磁辐射涉及的相关系统有：广电系统（广播、电视发射设备）；电信运营商（通讯基站、移动电话等）；电力系统（输变电设备）；工科医设备（高频碎火机、高频理疗仪、微波烘干设备、微波炉等）军事（雷达）。 2.2电磁辐射的各国标准 由于对电磁
10、辐射造成的健康危害不同理解，不同国家制定的电磁辐射标准差别很大。 标准较严的国家：俄罗斯、中国、意大利等（考虑了电磁辐射对人体神经效应方面的长期影响）。 标准较松的国家：美国、澳大利亚、德国等（采用了ICNIRP推荐标准,只考虑已有明确研究结果的热效应,未考虑EMF对人体神经效应方面的长期影响）。 2.3中国标准 为防止电磁辐射污染、保护环境、保障公众健康和促进电磁技术的科学运用与发展，相继颁发国标GB8702-88“电磁辐射防护规定”（国家环保总局）、国标GB9175-88“环境电磁波卫生标准”（卫生部）。我国制定的微波辐射标准均分为居民（公众）标准，即每天24小时连续照射和职业标准，即每天
11、照射时间不超过8小时，具体规定为下表。 环境电磁波辐射强度限值 频率（MHz） 单位 居民（公众） 职业 GB8702 GB9175(一级) GB8702 GB9175（二级） 0.1-3 v/m 40 10 87 25 3-30 v/m 67/ 150/ 30-300 v/m 12 5 28 12 300-3000 uW/cm 40 10 200 40 3000-15000 uW/cm f/75 f/15 15000-30000 uW/cm 200 1000 表中：f为频率（MHz），v/m为电场强度单位，uW/cm为功率密度单位。 居民标准和职业标准 居民标准（一级标准）为安全区标准。当2
12、4小时连续照射时，在该环境电磁波强度下长期居住、工作、生活的一切人群，均不会受到任何有害影响。在这个区域中新建、改建或扩建的电台、电视台和雷达站等发射天线，在其居民覆盖区内，必须符合“一级标准”的要求。 职业标准每天照射时间不超过8小时，适用于无线电发射设备的操作人员，GB8702对此有专门规定，GB9175-88没有规定职业标准，但它的二级标准为中间区，可建造工厂和机关，但不许建造居民住宅、学校、医院和疗养院等。超过二级标准为危险区，对人体可带来有害影响，在此区内可作绿化或种植农作物，但禁止建造居民住宅及人群经常活动的一切公共设施，如机关、工厂、商店和影剧院等。 3、电磁辐射的环境影响 3.
13、1电磁辐射对人类健康的影响 电磁辐射作用于人体由热效应和非热效应，从而引起人的生理和病理变化。 高频电磁辐射作用于生物体后，一部分被吸收，被吸收的电磁能量使组织内的分子和电介质的偶极子产生振动，媒质的摩擦把动能变为热能，从而引起温升。辐射的功率、频率、波形、环境温度以及被照射的部位等对伤害的深度和程度产生一定的影响。这种温升对人体产生的效应称为热效应。 除了上述热效应以外，高频电磁辐射对人体还有非热效应。人体暴露在强度不大的辐射环境中，体温没有明显增高，但往往出现一些反应，主要破坏脑细胞并引起血液内白细胞和红细胞变化，还可使血凝的时间缩短。 3.1.1静态场的健康效应 对大多数人而言，在暴露的
14、静电场强度小于25kv/m不会对身体表面有直接作用；没有直接的证据表明暴露于2T的静磁场会对人体造成任何急性不良影响；对已证实的相互作用机制进行的分析表明，长期暴露于200mT的磁通量密度不会对健康产生任何不良影响。 3.1.2低于100kHz的健康效应 感应电流密度为10mA/m2或低于10mA/m2时，没有发现低频场能产生明确的不良效应；感应电流密度较高（10-100mA/m2）时，明显组织效应，如神经系统的功能变化；感应电流密度高于100达到数百mA/m2时，超过神经元和神经肌肉的刺激阀值，只有少数实验研究显示工频磁场有促癌作用。 3.1.3100kHz-300GHz的健康效应 比吸收率
15、（SAR）为4W/kg的电磁辐射场中约30分钟，体温上升约1C。 比吸收率（SAR）大于4W/kg，超过人体的热调节能力，组织发热会达到有害程度。 以上数据为职业暴露限值定为4W/kg奠定了基础。 3.1.4遗传学效应 由于国内外对微波遗传学效应的研究在暴露频率、功率密度和研究指标等方面较为局限，人群资料较少，因此，对于长期微波暴露能否引起遗传损伤，尚有待于进一步研究证实。 3.1.5照射时间和总剂量 电磁辐射对人的影响除了辐射强度外，连续照射时间和每天照射的总剂量也是重要因素。每天允许接受照射的总剂量等于单位时间（小时）的平均功率密度与规定照射时间的乘积。 如GB12638-90规定微波连续
16、波辐射的职业标准为50uW/cm，每天工作8小时，则全天接受的总剂量为508400uW/cm。安全限值与照射时间的关系为：pd=400/tuW/cm(1) 式中：pd为平均功率密度，uW/cmt为每日暴露时间0.1t8单位为小时。 根据公式(1),当每天暴露时间小于8小时时,平均功率密度可加大,如t=0.1时,则允许的最大功率密度为4000uW/cm;若每天暴露4小时,则允许的最大功率密度为100uW/cm。因此,限制暴露时间可减少电磁辐射对人体的影响。 3.2电磁辐射对电气设备的影响 由于各种设备所辐射的杂散信号在空间中传播，会对其他设备的有用信号造成干扰，如：广播混频，电视声、图干扰，电话
17、杂音（由于非线性器件有检波能力）。心脏起搏器停止，飞机导航失控，仪器失灵，炸弹引炸，电磁场使金属带电，电火花导致燃油起火，工频磁场对阴极射线管电子束的偏移，引起电视、电脑图像抖动。 GB8702-88规定了以下三类设备的电磁辐射可免于管理：1、输出功率等于和小于15W的移动式无线电通讯设备，如陆上、海上移动通讯设备以及步话机等，2、等效辐射功率小于300W的中波无线电设备，3、等效辐射功率小于100W的短波、超短波和微波设备。对于不符合以上三类设备的电磁辐射必须按相关规定执行。等效辐射功率定义为： ERPPG（2） 式中：P为发射机的输出功率，W G为辐射天线增益。当频率在1000MHz以下时
18、，为相对于半波天线的增益；在1000MHz以上时，为相对于全波天线的增益。 4、电磁辐射的计算辐射强度 通常移动通信用的频率范围为300MHz到3000MHz，其波长范围从1米到0.1米，使用的天线为线天线阵。如果以5作为远场和近场的分界线，则以场源为中心，距离大于5-0.5米范围的区域，均为远区辐射场。移动基站一般架设在建筑物搂顶，距离居民均在5米以上，因此，基站的电磁辐射可用远场区来分析。 远场区功率密度 辐射远场的天线方向图与距离无关，能量集中在圆锥体内，在计及地面反射的影响后，其轴向功率密度为： SPG/dW/m(3) 或S100PG/duW/cm(4) 式中d为距离(m),P、G同式
19、（2） 下面我们以常用的集群系统为例，来计算基站的辐射。 基站最大发射功率(P)：70W（48.5dBm） 基站发射天线增益(G)：10dB 基站发射频率：850MHz 则距离基站(d)5米处的功率密度(S。)为： 10log(S。)10log100PG/(d) =20+10logP+10logG-10log(d) =20+10log70+10-10log(3.145) =29.55dBuW/cm S。=901.57uW/cm 同样可算出，当S。=10uW/cm时，居民离基站的距离为：d42.3m 从以上计算可知，当基站的等效发射功率为58.5dBm时，在距离基站5米处的功率密度为901.57
20、uW/cm，只有距离基站42米以上时，功率密度才降为10uW/cm。 从以上计算可知，当基站以最大功率发射时，在距离基站5米处的辐射强度高达901.57uW/cm。只有距离基站42米以上时，辐射强度才降为10uW/cm；移动通信系统一般采用蜂窝覆盖，小区半径越小，基站密度就越大，这时基站发射功率就越小，单个基站对环境的影响就越小，但这时必须考虑多个基站对环境的影响；如果基站在某点的辐射限值超过国标规定，就应该考虑采取防护措施。 本文分析使用的基站天线均以线天线为基准 三、电磁辐射监测方法 1、适用范围：适用于公众移动电话基站、无线寻呼基站、微波站、卫星地面站、广播电台和电视发射台。 2、引用标
21、准：GB917588环境电波卫生标准 3、检测依据：GB917588环境电波卫生标准 4、使用设备：EMR-300电磁辐射测量仪 FG21-HA激光测距仪 5、测试条件及要求 环境温度：050 相对湿度：2575 6、测试前的准备 6.1查看所用测量仪器外观确认仪器外观良好并在校验有效期内。 6.2开启所用测量仪器开关，确认各测量仪器设备自检通过。 6.3检查各测量仪器工作是否正常。设置EMR-300电磁辐射测量仪最大辐射限值为40W/cm2。 6.4检查被测设备型号、序号、测试室温、湿度并将相应内容记录在原始记录上。 6.5根据所依据的标准技术条件，将需测各项技术要求记入原始记录相应位置。
22、7、注意事项 7.1注意防止静电对仪器设备的损坏。 7.2检测过程，所有参加检测的人员都必须关闭携带的手机。 7.3当发现被测件损坏或工作异常、电磁辐射测量仪报警时，应立即中断检测工作。首先撤离现场，再分别对检测仪器进行检查，查明原因后，排除故障，做好记录，重新检测。 7.4当发生仪器设备意外损坏、人身伤亡事故时，应立即停止检测，保护现场，向技术负责人报告，并及时救护伤员，待妥善处理后，再重新进行检测。 8、测试仪器 8.1EMR-300电磁辐射测量仪 8.2FG21-HA激光测距仪 9、指标 波长 单位 容许场强 一级(安全区) 二级(中间区) 长、中、短波 Vm 10 25 超短波 Vm
23、5 12 微波 Wcm2 10 40 混合 Vm 按主要波段场强；若各波段场分散，则按复合场强加权确定 10、测试方法 采用点测的方式进行测量。以辐射源为中心，在不同方位取点的方式进行测量。 10.1点测时以辐射源为中心，将待测区按510角度划线，呈扇形展开。随此划线，每隔50100m定点测量，或按特殊需要选点测量。 10.2测量时间：在辐射体正常工作时间内进行测量，每个测点连续测5次，每次测量时间不应小于15秒，并读取稳定状态最大值。若测量读数起伏较大时，应适当延长测量时间。 10.3测量位置 10.3.1旷野平坦地面环境测量取作业人员操作位置，距地面0.5、1、1.7m三个部位；辐射体各辅
24、助设施（计算机房、供电室等）作业人员操作位置，测量部位距地面0.5、1、1.7m； 10.3.2待建地段环境测量，则应在待建建筑物相应高度处测定； 10.3.3建筑物内部测量，应以不同层次选择有代表性的若干点分别测定之。 11、布点方法: 典型辐射体环境测量布点：对典型辐射体，比如某个电视发射塔周围环境实施监测时，则以辐射体为中心，按间隔45的八个方位为测量线，每个测量线上选取距场源分别30、50、100M等不同距离定点测量，测量范围根据实际情况确定。 一般环境测量布点：对整个城市电磁辐射测量时，根据城市测绘地图，将全区划分为11km或22km小方格，取方格中心为测量位置。 按上述方法在地图上
25、布点后，应对实际测点进行考察。考虑地形地物影响，实际测点应避开高层建筑物、树木、高压线以及金属结构等，尽量选择空旷地方测试。允许对规定测点调整，测点调整最大为方格边长的1/4，对特殊地区方格允许不进行测量。需要对高层建筑测量时，应在各层阳台或室内选点测量。 12、测量顺序 测量时以辐射源为中心，先远后近进行测量。 架设设备机架，调整适当高度；将EMR-300电磁辐射测量仪固定于机架上；开启测量仪，根据所测电磁波波长选择测量仪相应测量单位；按测量仪的“MAX/AVRG”开关，选择最大值保持；开始另一选点的测量时，同时按住测量仪的“SHIFT”和“CLEAR”开关，清除上次测量结果。 13、数据处
26、理：求出每个测量部位平均场强值（若由几次读数）,最好是RMS平均值。如果测量仪器读出的场强瞬时值的单位为分贝（dBuV/m）则按公式换算成以V/m为单位的场强10V/m。 14、绘制污染图 绘制:频率-场强、时间-场强、时间频率、测量位总场强值等各组对应曲线。 典型辐射体环境污染图：以典型辐射体为圆心，标注等场强值线图，或以典型辐射为圆心，标注等值线图。 居民区环境污染图：在由比例的测绘地图上标注等场强值线图标注等值线图；根据需要亦可在各地区地图上做好方格，用颜色或各种形状图线表示不同场强值。 15、评价:根据各操作位置的E值（H、Pd）按国家标准电磁辐射防护规定（GB9175-88）的安全限
27、值作出分析评价。 16、测试报告 按照测试数据完成测试报告。 17、相关记录 电磁辐射环境测试原始数据记录 四、电磁辐射防治对策 4.1严格执行国家规定的电磁辐射污染防治的政策法规是电磁辐射防护工作的前提。 4.1.1实行必要的电磁辐射环境管理体制，如对各个部门或个人进行监督、审批。 4.1.2对于各种公共及作业场所要进行环境监测工作，这为防治工作提供了方向和目标。 4.1.3对于新建或改建的项目的电磁辐射环境做出合理评价，同时，在建设期间，加强环境监理工作，这是“防”的关键，上述工作的顺利进行要有电磁辐射标准作支持，可以说，电磁辐射标准是以上工作实施的依据，因此，不断建立和完善电磁辐射标准是
28、防治工作的重中之重。 4.2合理应用电磁辐射控制技术 合理应用一些控制电磁辐射的技术措施能有效防治电磁辐射污染。 4.2.1电磁屏蔽技术:使用某种能抑制电磁辐射扩散的材料，将电磁场源与某环境隔离开来，使辐射能被限制在某一范围内，就达到了防治电磁辐射污染的目的。电磁屏蔽技术的应用之一就是对高频电磁场的屏蔽，而且，在抗干扰辐射方面，屏蔽是最好的措施。 4.2.2高频接地:其作用是将屏蔽体(或屏蔽部件)内由于感应生成的射频电流迅速导入大地，使屏蔽体(或屏蔽部件)本身不致再成为射频的二次辐射源，从而保证屏蔽作用的高效率。地面下的管道(如水管)是可以充分利用的自然接地体，这种方法简单节省费用，但是接地电
29、阻较大，只适用于要求不高的场合。 4.2.3滤波技术滤波是抑制电磁干扰的最有效手段之一。线路滤波的作用就是要保证有信号通过，并阻截无用信号通过。 4.2.4植物绿化:树木对电磁能量有吸收作用，在电磁场区，大面积种植树木，增加电波在媒介中的传播衰减，从而防止人体受电磁辐射的影响。 4.2.5使用电磁辐射防护材料:在建筑、交通、包装、衣着等很多方面，避免使用增强电磁辐射的材料如金属材料，它会增强电磁辐射作用，因此要合理使用电磁辐射防护材料，利用其对电磁辐射的吸收或反射特性，可大大衰减电磁场场强。 4.3加强个体防护 为防止电磁辐射污染，人们主观上要提高自我保护意识，防患于未然。 4.3.1在办公和
30、家用电器的使用上，首先要购买合格产品;然后要注意它们的布局，不要集中摆放，并且要控制其与人体的距离，如彩电的距离应在4-5m，微波炉开启之后离开至少lm远;在使用时间上，为防止电磁干扰，尽量避免多种电器的同时使用。 4.3.2有些日常用品各有自身的特点，购买或使用时要注意选择，如各种类型的手机中，无线市话(小灵通，)和CDMA手机对人体危害较小而同种类型的手机，内置天线型的手机要比外置的辐射小购买时要注意。在使用手机时，手机接通瞬间的电磁辐射最大，因此头部与手机天线的距离要远一些，最好使用分离耳机和话筒接听;对于习惯戴眼镜的人，打手机前最好先取下眼镜，特别是金属架的眼镜，金属是良导体，会导致电磁场增强。 4.3.3对于生活和工作在高压线、变电站、电台、电视台、雷达站、电磁波发射塔附近的人员;经常使用电子仪器、医疗设备、办公自动化设备的人员;生活在现代电器自动化环境中的工作人员;佩带心脏起搏器的患者;特别是生活在上述电磁环境中的孕妇、儿童、老人及病患者等5种人员，要特别注意电磁辐射污染的环境指数，如果室内环境电磁污染比较高，必须采取相应的防护措施，或请有关部门帮助解决。
