操作环境的电磁辐射特点与安全评估

1、】中图分类吁：单位代码：学号：密级：公开北京工业大学工程硕士学位论文题目壶题壁廑埕接握佳丕撞的电磁揎挝鳖壶皇塞全透鱼英文并列题目专导师姓名：塞丞伧职称：熬援么屋拯副熬援、学位授，日期授予单位名称和地址宝工业厶堂宝直翅田竖±丕斟！芏、，：，独创性声明本人声明所晕交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：同期：力口罗夕，。同期：孑

2、竺竺：！。关于论文使用授权的说明本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部（保密的论文在解密后应遵守此规定）签名：二趑导师签名：期：研矽分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。摘要摘要焊接人在实施高频焊接过程中，直接暴露于焊接设备所产生的电磁场中，其人身安全和健康将受到现场电磁环境的不利影响。目前，焊接现场的电磁场对操作人员健康的影响已得到日益广泛的关注，相关部门正在进行焊接电磁环境防护标准及安全评估工作。本课题研究工作的内容是根据高频感应焊接环境的电磁辐射问题，分析高频焊接电磁场辐射的特点

3、，为制定焊接人员的电磁曝露环境的国家标准提供可参考的评估数据和相应检测技术的支持。高频感应焊接过程电磁场分布特点是高频感应焊接研究的难点。高频感应焊接研究的关键问题是从场源分析电磁场的特性。通过高频感应焊接过程电磁辐射测试与电磁评估相关参数的测量对比出发，研究高频感应焊接电磁场的产生机理，评估焊接过程电磁环境，分析高频焊接过程电磁辐射的危害。在本文中对高频感应焊接设备存在的电磁辐射安全问题作了调查与分析，提出了电磁污染的防护的基本原理，并对高频焊接电磁辐射频蔽后的设备作了检测，分析了高频感应焊接电磁辐射屏蔽效率。得出在高频焊接设备剧围存在着严重的电磁辐射问题，辐射强度超出了相关的辐射卫生标准，

4、通过高频感应焊接电磁辐射屏蔽，能够有效地减少电磁辐射问题。研究表明，高频焊接过程电流变化频率大，操作人员长期曝露该电磁环境中，如不采取有效的防护措施对其健康会有一定程度的影响。同时，增加了作业人员对焊接设备电磁辐射的防护意识并且为建立符合我国国情的、便于实际工业环境或生产现场测量的焊接电磁环境安全标准及评估工作起到了积极的促进作用。关键词高频焊接；电磁辐射；安全与防护；评估匕京、人学！；！卜学论殳，京业人学：稃坝卜学他论文，录目录摘要第章概述研究的背景及意义焊接电磁辐射环境研究现状国外研究国内研究高频电磁辐射与低频电磁辐射的区别电磁场与电磁辐射高频电磁辐射与低频电磁辐射的区别高频电磁辐射的生物

5、效应与机制本课题研究内容第章高频感应焊接过程电磁辐射环境高频感应焊接过程的电磁场分布特点高频感应原理高频感应焊接原理高频感应焊接电源高频焊接电磁场特性高频感应焊接过程电磁辐射测试测试基础测试实例本章小结高频感应焊接过程电磁辐射的安全与防护高频感应焊接电磁辐射的安全问题第章高频感应焊接设备的电磁辐射问题高频感应电磁辐射对人体的影响高频感应焊接电磁辐射防护措施电磁污染防护的基本原理和方法高频感应焊接电磁辐射屏蔽高频感应焊接电磁辐射屏蔽效率分析本章小结第章高频感应焊接电磁辐射防护标准的构建国内相关标准北京、人！手廿！；！学？论殳国际上相关标准高频感应焊接过程电磁辐射的评估与危害分析高频感应焊接过程电

6、磁辐射的评估高频感应焊接过程电磁辐射的危害分析本章小结一钙，）一文献一一一结参致论考谢钙钾，一第尊微述第章概述研究的背景及意义现代社会，各种电子、电器设备或系统得到越来越广泛的应用高密度、宽频谱的电磁信号充满整个人类生存的空间，构成了极其复杂的电磁环境。人们在享受其带给生活工作方便的同时，也深刻的认识到电磁环境污染所带来的不利影响。例如电磁辐射对生物体的机体的影响，高频场会对生物体的神经系统、心血管系统和免疫系统等产生效应。现已证明，高频场电磁污染造成的病理结果至少有十几种，如失眠、暴躁、记忆力丧失、神经质和疲乏、遗传效应、白内障、心血管病等。电磁环境对人类及生物的影响己不属于各个电子设备之问

7、的问题，而是涉及到生命现象及系统的本身。因此必须注意到生命现象及系统的两大特征：其一是丌放性，生命系统是不日断地与外界进行能量与物质交换的开放系统；其二是演变性，人体细胞都随时间在发生变化，是一个不断演变和进化的结果。在开展焊接条件下电磁辐射对操作人员影响的工作中不仅需要检测其“短时效应”，而且需要注重其时间的“滞后与累积效应”【。随着人们对环境保护意识的增强，人们对暴露在电磁场中可能危害健康状况问题极为关心。世界各国都规定了有关方面的控制标准，以便规范人类活动达到既能充分利用电磁场和电磁波为人类发展服务又能将电磁波的危害影响减少到最小。人们对电磁场的危害方面已经做过多项的研究，但是由于客观条

8、件的限制和人类对电磁辐射和电磁波作用的认识的局限性，人们对电磁辐射标准的认识还不统一。近年来，越来越多的研究表明电磁场会对生物体产生作用，而人类周围电磁环境变化势必对生物特别是人体这个电磁兼容系统产生影响【。人们对此已经进行了一系列重要的研究，并逐渐形成了一门新的边缘学科一生物电磁学。它是研究从直流到远红外电场、磁场和电磁场与生物系统相互作用的科学，包括生物体内源电磁场及生物组织电磁性质的测定和电磁场在生物医学中的应用，电磁场与人体的相互作用的生物效应等等。焊接技术在工业生产中具有重要的位置，其水平高低将对整个工业水平的提高和发展起着重要的作用。焊接设备素有“工业缝纫机”之称，是国民经济发展不

9、可缺少的重要设备。在焊接过程中，焊接回路通常有从几十到几万安培的电流。目前，在我国汽车、航空、航天、轻工产业等有大量的工人正服务于这个行业，焊接设备所产生京业人学稃帧学他论文的低频强磁场直接作用于人体，从而产生电磁暴露。而操作人员足处于一种无电磁防护的状态实施焊接作业的，其人身安全和健康情况必然会受到焊接现场电磁辐射的不利影响，随着电子技术的发展尤其是高功率和高频率电子元器件在焊接设备中的大量使用而变得更加突出。与传统的焊接设备相比，采用现代电子元器件的新型焊接设备所产生的电磁场功率越来越大，其频率、波形和调制方法也出现多样化，这势必使得作业人员遭受更严重和更复杂的电磁暴露。高频感应焊接技术是

10、利用电磁感应原理对工件进行加热，实现焊接，其核心是感应加热电源【。优于感应加热具有加热速度快、热效率高、加热均匀和易于实现机械化、自动化等优点，在铸造熔炼、锻造毛坯加热、钢管弯曲、金属表面热处理、焊接、粉术冶会等行业中被广泛应用。随着感应加热理论和感应加热装置的不断发展，其应用领域也随之扩大，应用范围越来越广，如微波炉、电磁炉等已进入人们的日常生活。而感应加热技术的发展与感应加热电源水平密切相关。随着现代电力电子技术的不断发展，功率元件从电子管、可控硅、到等得到了广泛应用【；再加上成熟的自动化控制技术，变频领域取得了日新月异的变化。作为变频领域一支异军，高频焊机感应电源也取得了长足发展，感应设

11、备的功率和频率都在逐步提高。本课题研究高频感应电源基于功率元件，用于直缝焊管工艺，其大功率和高频率值证明其在感应电源领域达到了较高的技术水平。但正是由于大功率和高频率产生的焊接环境是本课题关注的焦点。大量的焊接工人服务于这个行业，而在焊工实施焊接作业的过程中，大电流、高功率的焊接设备所产生的电磁辐射直接作用于人体，从而使工人遭受电磁暴露。通常焊工是处于一种无电磁防护的状态下实施焊接作业的，其人身安全和健康情况必然会受到作业现场电磁辐射的不利影响，与传统的焊接设备相比，采用现代电子元器件的新型焊接设备所产生的电磁场功率越来越大，其频率、波形和调制方法也出现多样化，这势必使得作业人员遭受更严重和更

12、复杂的电磁暴露。所以随着电子技术的发展尤其是高功率和高频率电子元器件在焊接设备中的大量使用，焊接环境电磁安全问题将变得更加突出。现在人们对暴露在电磁场中可能危害健康状况的问题极为关心，很多国家已经规定了有关方面的控制标准以便规范人类活动达到既能充分利用电磁场和电磁波为人类发展服务又能将电磁场和电磁波的危害影响减到最小【】。我国目前尚未制定焊接电磁环境下的评估与安全标准，因此本课题正是为了建立符合我国国情的焊接电磁环境标准及评估工作的服务而开展的。第节述焊接电磁辐射环境研究现状国外研究关于电场和磁场中的人体已引起公众的关心，这促使国际和国家组织根据认可的不良反应提出限值极限【。世界卫生组织（）一

13、直密切关注由于暴露于电磁场下而导致的健康效应，并且，：展了环境健康标准项目，整个项目由联合国环境项目（）资助，用于评估频率范围在之日的静态以及时变电磁场暴露对健康和环境的影响。该项目的研究结果由国际非电离辐射防护委员会（）负责评估，对非电离辐射的健康防护提供建议和指导，并于年和年分别颁布了静态电磁场和时变电磁场的暴露限值导则。除此之外，该项目还包括以下几个部分：物理特征、测量方法和仪器、应用软件、现阶段生物效应文献的调研。以上研究成果为电磁暴露限值的提出提供了科学的依据。国际非电离辐射防护委员会（）向世界各国推荐的电磁辐射限值导则，已经被许多国际组织如世界卫生组织（）、国际劳工组织（）认可。欧

14、洲电工标准化委员会（）以该导则为蓝本规定了焊接环境的电磁安全防护标准己被部分欧盟困家采纳，并计划与年在整个欧盟国家推行。德国是由国家立法采用限值的第一个国家，英国国家辐射防护委员会（）年建议将限值作为英国电磁防护的国家标准，澳大利亚对工频磁场的限值规定也与导则相同。国电气及电子工程师学会（）于年（）针对受控环境和公众环境分别规定了人的头部和躯体最大磁场允许暴露值。这些限值的规定是为了避免短时磁场暴露对人体的有害影响。国内研究我国目前使用的电磁场曝露标准有卫生部颁布的环境电磁场卫生标准（）、作业场所微波辐射卫生标准（）、作业场所高频电磁场职业接触限值（），以及国家环境保护局发布的电磁辐射防护规定

15、（）等。这些限值主要是依据流行病学调查结果，并辅以动物实验和理论推算结果确定的，与大部分西方国家的标准有很大差别。这些标准曾在降低作业场所和环境中电磁场曝露水平方面起了很好的作用，但由于国家环保局和卫生部规定的限值不一，在一定程度上造成国内相关机构、企业和用户的无所适从，特别足加入后，面临与困际主要组织的电磁场化京人！程硕迂论殳暴露限值协调统一的问题；另一方面随着经济社会的发展，信息发射设施、电磁能利用设备、高压输变电没施和电牵引交通设施的建设和应用越来越广泛。我国人众多，人密集，卜述产生电磁能的设施（设备）在建设或安装时往往与周围电磁敏感建筑和敏感没施距离甚近（有些如移动通信基站、电牵引交通

16、设施由于功能需要，必须安装在人口密集区）。因受土地及资金的限制，这些周围的敏感建筑不能安置至距离足够远的合理位置。特别是上世纪九十年代开始，我国城市化建设如火如荼，城市的扩张使新建的敏感建筑和设施“主动”向电磁源靠拢。以上原因使得有必要在吸收各类研究成果的基础上对现行标准进行修订，对空日环境几趋增长的电磁场强度设定一个科学而又可操作的暴露限值，为贯彻中华人民共和国环境保护法，满足电磁环境管理需要，完善国家环保标准体系，防止电场、磁场、电磁场污染，保障公众健康，促进伴有电场、磁场、电磁场的实践的正当发展，环境保护部已经决定修订国家环境保护标准电磁辐射防护规定（）。中国已正式参加国际电磁场计划协同

17、研究计划，跟踪国际电磁场计划研究进展，准确传递关于电磁环境与健康的公共信息，避免公众无端疑虑，起了重要作用。我国在加入国际电磁场暴露标准协调工作组的基础上于年月组织了个电磁辐射国家标准制定联合工作组进行电磁场辐射标准的统一制定。目前，我国电磁兼容相关标准大多标准已经和国际标准接轨，部分标准的制定即是相关国际标准的借鉴和实施；针对电磁曝露的标准我国也积极展开研究，在国际电磁场计划的指导下根据自身的特点，于去年着手制定电场、磁场、电磁场防护规定。在焊接电磁曝露问题方面，国家标准委员已展开制定适合我国国情的焊接电磁环境标准，降低电磁场引起的危害。焊接电磁曝露的研究是在国际电磁场计划的指导下进行，从低

18、频电磁曝露可能引起的效应出发结合焊接过程的特殊性开展，现阶段标准的研究工作已完成基本的电磁曝露测试、电磁场理论分析等工作，基本形成焊接电磁场防护标准。高频电磁辐射与低频电磁辐射的区别电磁场与电磁辐射麦克斯韦电磁场理论认为变化的电场会激起变化的磁场，而变化的磁场又可以产生变化的电场，电现象与磁现象紧密地联系在一起这种交替产生的具有电场与磁场作用的物质空间就称为电磁场。一般用电场强度或磁场强度等参数来表征电磁场的强弱。任何电磁场发生源周围均有作用场存在，即以感应为主的近区场也称感应场和以辐射为主的远区场又叫辐射场，它们的相对划分界限一般为一个第章慨述波长。电磁波办称为电磁辐射，是由于变化的电场和磁

19、场相互交替作用而产生的，由近及远，相互垂直，并与自己运动方向垂直的，以一定速度在空间内传播的过程。电磁现象自古就存在，电磁辐射是人类生存的重要环境因素之一。己有的研究表明电磁辐射危害具体表现有各种各样彤式，归纳起来主要有以下两个大的方面，一是电磁辐射对生活环境造成污染，构成对生物机体特别是人体的危害；其次是对电气设备的干扰和破坏作用【】。辐射对人体的危害电磁辐射对人体危害主要有两个大的方面热效应、非热效应。热效应是指生物体系统在大强度电磁辐射的作用下，生物体内物质产生极化和定向分子热运动加剧，分子间的摩擦将促使生物体的温度升高，这种使生物体温度升高的现象就称为热效应。非热效应是指长时间低电平的

20、电磁辐射照射到生物体上，虽不会使生物体温度显著上升，但会使生物体产生电磁生物的变化，此种变化就称为非热效应。高频电磁辐射与低频电磁辐射的区别从年至今，分别以“国际电磁场计划”信息发布文件（）的形式，在网站上，公命了其对不同频率电磁源与公众健康关系的官方意见。分别阐述了不同频率电磁源曝露对人体的不同影响、作用机理及安全限值。强调，不同频率的电磁源对生物体作用的机理是不同的。曝露对生物系统产生何种影响，决定于电磁源的波长（频率）及其能量的大小。电离辐射（）是频率极高的电磁波（射线与，射线），它具有足够的光子能量可把原子或分子内的电子撞出，产生带电荷的离子及带负电荷的电子，即产生电离。对生物体，它能

21、断丌细胞遗传物质分子中的化学键，并形成确定的健康危害。非电离辐射（）是针对电磁频谱中频率和能量较低的频段部分（波长大于）的通用术语。在该频段中，光子能量太微弱，不足以产生电离，断开细胞分子问的化学键。它们包括紫外线（）辐射和可见光、红外线、微波与射频电磁波，以及极低频与静止的电场和磁场。不论非电离辐射的强度有多高，都不能在生物系统中引起电离。但是，会产生其他生物效应，例如发热效应和体内感应电流效应。还强调，需区别“生物效应”与“健康危害”的实质性差别：当曝露引起某种可注意到或可检测到的生物系统内的变化时，就认为是出面健康影响，并导致某种健康危害。强调，生物效应并不都是有害的，有现了生物效应；而

22、当生物效应超出了生物体征常的代偿范围时，就可能产生了负些甚至是有益的。例如，日光产生热量使皮肤中血流加快；日光的曝露可御寒，或帮助躯体活化维生素等，就是有益健康的例子。但日光灼伤或可致皮肤癌等京。业人学稃坝卜学化沦丈则属有害的健康影响。射频（）场属非电离辐射范围。产生射频场的电磁源包括显示器与视频显示单元（）、调频无线电（一）、工业感应加热器（、一）、微波加热、透热疗法（）、雷达（）、卫星、微波通信（）以及太阳光（）。射频范围内电磁场曝露产生的生物效应主要是生物体内的热效应和体内感应电流。超过频率的射频场，因频率高，故大部分能量在皮肤表面上被吸收，只有非常小的能量渗透到皮下组织之中，对以上的频

23、率，用场的强度即功率密度来度量，以每平方米的功率（、或）计量。在射频场的功率密度为以上时，才会通过细胞杀伤产生有害健康影响（如白内障和皮肤灼伤）。如此高的功率密度在日常生活环境中是遇不到的。只有在非常靠近强力雷达的附近才可能出现，但这些区域是禁止人们逗留的。低于（到）频率的射频场能渗透到组织内，并由于吸收而产生热效应。渗透的深度随着频率的降低而变深。该频段射频场在体内组织中的吸收可以用一定组织质量内的比吸收率（）来度量，的单位为瓦每千克（）。在此频率范围内，至少的曝露才会产生已知的有害健康影响。这种强度的曝露只在离调频天线几十米处才可能出现，这些区域是禁人们进入的。频段中，躯体组织内的感应产热

24、可激起各种生理与热调节上的反应，包括完成任务的能力降低，但这种有害影响在组织或躯体温升超过时才会出现；对胎儿发育、男性生育能力的影响或出生缺陷、白内障等危害可在温升时出现，但这种曝露在日常生活环境中是不会遭遇的。高频焊机的频率范围属于这一频率段。低于的频率场中热效应未达到值得注意的程度，但是它在生物组织中感应电流和电场。体内电流密度以安培每平方米（、）度量，感应电流至少要超过才会对生物体的正常功能产生干扰，或导致非主动性的肌肉收缩。美国电气电子工程师协会（）则认为采用体内电场强度（）来作为限制曝露的基本限值更为直接，并相应规定了生物体内特定部位电场强度的允许基本限值。目前的移动电话系统采用工作

25、频率。移动电话使用者受到的曝露高于居住在蜂窝基站附近的人群，但移动电话只是在呼叫时发送较强的射频电磁能量，而基站则是连续发送信号的。指出，在公众可进入的基站附近，射频曝露水平远低于国际标准，通常有不小于倍的安全因子。与移动通信基站天线相比，电视和无线电广播天线发射的射频水平更高。据美国调查，大城市中平均的射频背景水平约为¨，约的居民曝露于超出的射频场中。射频场渗透到组织的深度在移动通信频率下可达，它在躯体中产生的热第节慨述量可通过人体常的热调节带走。指出，没有一项研究表明低于幽际导则限值的曝露水平会产生有害的健康影响。对射频范围的所有频段，明确指出，现有的科学证据表明，曝露于射频场不

26、可能引发或促进癌症。一些流行病学研究涉及射频曝露与癌症风险的关联，但这些结果缺乏一致性，尚不足以对射频场曝露与癌症风险的关联性作出恰当的评价。关于生活环境中低强度射频曝露的其他生物效应也在研究之中，一些细胞实验中观察到的影响迄今并未得到确认，它们对人体健康的含义也还没有被认清，更不能作为限制人体曝露限值的基础。低频时变电场与人体的耦合作用将导致电荷流动从而产生电流，极性分子在电场的作用下（形成电偶极子）有一定的取向性，并且会产生电偶极子的重定位。这些效应的作用程度依赖于人体的电特性，包括电导率、介电常数。人体组织的介电常数、电导率不仅在不同组织中各不相同，而且也与场频率有密切关系。同时，电场还

27、在人体表面产生感应电荷，从而在体内产生感应电流，其分布取决于人体外形、暴露条件以及人体所处位置等诸多因素。当感应电流到达一定程度时能刺激人体组织，如神经、肌肉细胞。对于低频磁场的耦合，时变磁场同人体相互作用将产生感应电场和电流回路。感应电场和电流密度的大小同回路半径、组织电导率、磁感应强度的变化率呈比例关系。在磁场频率和幅值一定的情况下，磁感应强度变化率最大时产生的电场最强。人体内各部分并非电的各向同性介质，其介电常数、电导率、磁导率不是常数，感应电流大小和路径取决于组织的电导率。“：才！：“。：表示造成永久性损伤限值口。誓蠢誊，谚，表示感知限值锄一弼。、，；雹一一÷。，蔫表示町承受

28、限值：？之？：；？：一二矽；矿；一：；卿笆。缴矿；毫。善：篓。二蛩二簿，毒。；：；博；尹：；汁曩麓黧黝嬲卿黝删蠹篓兹孽；！：，！。：毫。“与一“扣；：；÷士搿：。一幢【嘲图一感应电流的生物效应（一）【】一（一）低频电磁场对人体的影向存在两种机王里，即引起两类生物效应：一是外界电磁场在人体中感生的电流对神经细胞和组织细胞的刺激，即非热效应。所谓非热效应，是指电磁场通过使生物体温度升高的热作用以外的方式改变生理牛化过程的效应。二是人体器官组织由于吸收电磁场能量使其温度升高，并由此而引起的生理和病理变化的作片，称之为热效应。由直流到大约（小于）的电磁场对生物体的作用三要以感应或传导的方式进

29、行的。在这一区域中，感应电流和电场可以直接刺激神经和肌肉并引起神经和肌肉的痉挛和颤动，但并不发热。神经和肌肉的紧张状态主要是由磁场引起，磁感应强度变化率和感应电流回路半径决定了体内感应电流密度，。该频段电磁场之所以能够产生显著的生物效应，是有其客观的生理和物理基础的，因为心电、脑电和肌电（及衍三的磁）节律都落在此范围内，容易产生相干的和胁同的频率效应。如图所示低频电磁场在人体内的感应电流密度所产生的生物效应，各条线表示不同生物效应程度的限值。可见电流密度过高会引起电击刺激并可能造成心脏、大脑的永久性损伤。电磁波频率低时，主要借由有形的导电体才能传递。原因是在低频的电振荡中，磁电之间的相互变化比

30、较缓慢，其能量几乎全部返回原电路而没有能量辐射出去；电磁波频率高时即可以在自由空问内传递，也可以束缚在有形的导电体内传递。在自由空间内传递的原因是在高频率的电振荡中，磁电互变甚快，能量不可能全部返回原振荡电路，于是电能、磁能随着电场与磁场的周期变化以电磁波的形式向空间传播出去，不需要介质也能向外传递能量，这就是一种辐射。电磁辐射危害人体的机理主要是热效应、非热效应和积累效应等【】。人体内以上是水，水分子受到电磁波辐射后相互摩擦，引起机体升温，从而影响到身体其他器官的正常工作，即谓热效应；人体的器官和组织都存在微弱的电磁场，它们是稳定和有序的，一旦受到外界电磁波的干扰，处于平衡状态的微弱电磁场即

31、遭到破坏，人体正常循环机能会遭受破坏，即谓非热效应；热效应和非热效应作用于人体后，对人体的伤害尚未来得及自我修复之前再次受到电磁波辐射的话，其伤害程度就会发生累积，久之会成为永久性病态或危及生命。对于长期接触电磁波辐射的群体，即使功率很小，频率很低，也会诱发想不到的病变，应引起警惕！各国科学家经过长期研究证明：长期接受电磁辐射会造成人体免疫力下降、新陈代谢紊乱、记忆力减退、提前衰老、心率失常、视力下降、听力下降、血压异常、皮肤产生斑痘、粗糙，甚至导致各类癌症等；男女生殖能力下降、妇女易患月经紊乱、流产、畸胎等症。第审慨述高频电磁辐射的生物效应与机制在范围内的时变电磁场与生命体的作用机制主要有三

32、种形式：低频电场的耦合、低频磁场的耦合、电磁场的能量吸收。电磁！物效应与电磁频谱特性的关系最为密切，从电磁生物效应的角度可以将电磁频谱分为个主要的区间：）低频感应区（高压线、家电等）辐射区（微波设备、无线基站、雷达电台、手机等）光学区（紫外线、可见光、红外线等）电离区（以上射线等）电磁辐射的生物效应与电磁波的场强、频率、波长、波形、功率密度和作用时可等因素有关。生物磁学研究电磁辐射怎样危害人体，即电磁场包括静态和时变电、磁场与活体主要是指人体直接作用的基本耦合机制，有关研究资料表明，人体与静态场或电场耦合主要是通过人体暴露部分表面产生可觉察的电荷，或通过电磁感应使人体血管中产生感应电流和电动势

33、，或通过磁力的相互作用导致人体中磁分子、磁粒子和铁磁植入体受到力的作用，以及电子之间相互作用可能影响人体中的化学反应与低频电场主要通过产生电流、束缚电荷极化以及人体组织中已有电偶极子重排等途径而发生耦合与高频电磁场耦合主要是通过人体直接从电磁场中吸收能量而导致明显发热，除了上述种基本直接耦合方式外，电磁场与活体还有两种日接的耦合途径，一是当人体接触具有不同电势的物体时导致接触电流或瞬时放电，一是电磁场与个体佩带的医疗器件如心脏起博器发生耦合。通常，人体对低频电磁场的能量吸收比较小，并不能引起强烈的热效应。然而，随着频率的增加（大于），电磁波会被人体组织吸收使得全身或者局部发热。这种暴露于高频电

34、磁场使人体产生不均匀的能量沉积和能量吸收，造成显著发热的情况，即有显著的热效应时，必须通过剂量学的测试和计算方法予以评估。电磁场频率的增加将引起电磁辐射被人体部分吸收，并随着深入人体组织而强度逐渐减弱【。所吸收的电磁波和人体组织作用使得全身或者局部发热，称为电磁辐射的热效应，用比吸收率（）来衡量，单位为。人体组织对电磁辐射的吸收是个很复杂的过程，由生物组织介电常数、电导率、电磁场频率、电磁波功率密度、电磁波进入机体角度（入射角）、电流形式等因素决定。一般来讲，含水量较低的组织（比如骨骼、脂肪大约的含水量）其介电常数低于含水量高的组织（比如血液、脑髓高于）。生物组织的介电常数和电导率明北京、人！

35、稃！卜、付沦文显受组织温度的影响，从而又影响了电磁波在组织内的传播与吸收。因此电磁波在体内的穿透深度随时间迁移是变化的，其热效应也是变化的。值与体内感应电场强度的平方呈正比。平均值和人体分布可以通过实验测量和数值计算得到，值与以下因素有关：）辐射场参数，例如频率、强度、近场区或远场区；）暴露体特征参数，例如人体外形、几何尺寸、不同组织的电介质特性等；）暴露体周围物体的屏蔽效应和反射效应。本课题研究内容本课题研究的目的在于认识高频感应焊接电磁辐射问题，结合国际电磁场计划推荐的曝露限值评估高频感应焊接电磁曝露问题，为建立符合我国国情的焊接操作人员电磁防护与安全的行业标准提供支持。基于此本课题研究的

36、主要内容如下：分析高频感应焊接过程电磁场空间分布，依据高频感应焊接过程电磁辐射的相关标准，对高频感应焊接过程电磁辐射的评估与危害分析。高频感应焊接电磁辐射的安全问题已是不容忽视的问题，通过对高频感应焊接电磁辐射的问题的分析，提出高频感应焊接电磁辐射的防护措施。依据国际电磁计划制定标准的思路，为我国对于高频感应焊接电磁辐射安全标准的制定提供依据。根据以上内容，分析我国制定焊接电磁辐射对人体影响标准的可行性及实施原则等。第章高频感应焊接过程电磁辐射环境高频感应焊接过程的电磁场分布特点高频感应原理于年建立的电磁感应定律说明，在已给围绕的区域内存在交变磁场时，电路两端就会产生感应电动势，当电路闭合时则

37、产生电流。这个定律同时也就是今天感应加热的理论基。感应加热的原理如图所示：夕图感应加热的原理：塑（）警钟慨协，由此可见，感应加热是靠感应线圈把电能传递给要加热的工件，然后电能在如上图，当感应线圈上通以交变的电流时，线圈内部会产生相同频率的交变磁通伊，交变磁通妒又会在会属工件中产生感应电动势，根据电磁方程式，感应电动势的大小为：式中是线圈匝数，假如必是按正弦规律变化的，因此感应电动势的有效值为：应加热却是利用涡流进行加热的。金属内部转变为热能。感应线圈与被加热金属并不直接接触，能量是通过电磁感应传递的。另外需要指出的是，感应加热的原理与一般电气设备中产生涡流以及涡流引起发热的原理是相同的，不同的

38、是在一般电气设备中涡流是有害的，而感这样，感应电势在工件中产生感应电流（涡流），使工件加热。其焦耳热为：北京、人学丁。，¨！。二论文（）式中，：电流通过电阻产生的热量（）；：电流有效值（）；：工件的等效电阻（）；：工件通电的时间（）。由式（）可以看出，感应电势和发热功率与频率高低和磁场强弱有关。感应线圈中流过的电流越大，其产生的磁通也就越大，因此提高感应线圈中的电流可以使工件中产生的涡流加大：同样提高工作频率也会使工件中的感应电流加大，从而增加发热效果，使工件升温更快。另外，涡流的大小还与金属的截面大小、截面形状、导电率、导磁率等有关。高频感应焊接原理高频焊接起源于上世纪五十年代，它

39、是利用高频电流所产生的集肽效应和相邻效应，将钢板和其它金属材料对接起来的新型焊接工艺。所谓高频，是相对于的交流电流频率而言的，一般是指的高频电流。高频焊接是利用高频电流通过工件电阻时产生的热量加热工件，在工件顶锻力作用下形成连接的焊接方法【。（）肌肤效应频率：穿透深度：图高频电流的集肤效应肌肤效应是指高频电流集中于导体表面流动的物理现象，借助于集肤效应可以使高频电能量集中于焊件的表面。集肤效应是指以一定频率的交流电流通过同一个导体时，电流的密度不是均匀地分布于导体的所有截面的，它会主要向导体的表面集中，即电流在导体表面的密度大，在导体内部的密度小，所以我们形象地称之为：“集肤效应”。集肤效应通

40、常用电流的穿透深度来度量，穿透深度值越“帝“频感一焊接过程融辐日：境小，集肤效应越显著。这穿透深度与导体的电阻率的平方根成证比，与频率和磁导率的平方根成反比。通俗地浣，频率越高，电流就越集中在钢板的表面；频率越低，表面电流就越分散。必须注意：钢铁虽然是导体，但它的磁导率会随着温度升高而下降，就是说，当钢板温度升高的时候，磁导率会下降，集肤效应会减小。如图所示，该图显示了不同频率的高频电流在孤立导体中的流动形态。燃口电流流向一、习口口（）圆导体（）矩形导体图高频电流的邻近效戍（）邻近效应一高频焊接中另一重要现象就是临近效应。利用邻近效应来控制高频电流流动路线的位置和范围。临近效应就是当高频电流在

41、两导体中彼此反向流动或在一个往复导体中流动时，电流集中流动与导体另一侧的一种物理现象。邻近效应是指高频电流在两个相邻的导体中反向流动时，电流会向两个导体相近的边缘集中流动，即使两个导体另外有一条较短的边，电流也并不沿着较短的路线流动，我们把这种效应称为：“邻近效应”。邻近效应本质上是由于感抗的作用，感抗在高频电流中起主导的作用。邻近效应随着频率增高和相邻导体的间距变近而增高，如果在邻近导体周围再加上一个磁芯，那么高频电流将更集中于工件的表层。图高频电流的邻近效应。邻近效应的产生主要是由于往复导体中的磁场比其他导体更集中于狭窄的表面。导体间距越小，邻近效应越明显。导体表面越宽，邻近效应越明显。图

42、中、说明，无论圆形导体还是巨型导体，当导体问距离减小时，邻近效应明显增强。利用高频电流的集肤效应及邻近效应，对被焊工件进行特殊设计，可使电流集中于工件表面及控制高频电流流动的方向以及范围，使被焊工件连接处表面金属快速加热，从而可以实现焊接。鉴于高频焊接的特点及本质，最适合于各种管材及型材的焊接，因而在管、型材制造业得到了广泛的应用，图为高频焊接的应用例子。北京人学程顺，”节沦支瑜晒。勿溺爱高频感应焊接电源毫睡：卷彩目前使用的高频感应焊接电源主要有两类：电子管（真空电子管）、固态变频管（）电源【。基于元件高频感应电源，主要用于中口径钢管的直缝焊接，其高频焊接电源系统主要技术参数见表。表高频焊接电源系统主要技术参数输入频电源整流输出逆变输山回路功率电压电流，电压电流频率效率脱逆变输出电流高频焊通常使用的电流频率范围为，有时使用低至的频率。高频焊接设备就是用