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电磁辐射监测技术 1 电磁波基础知识1.1电磁场基本定义交变电磁场的性质在某空间内，任何电荷由于它本身的存在，受有一种与电荷成比例的力，则这空间内所存在的物质，也就是给电荷以作用力的物质称为电场。如果电场的存在是由于电荷的存在，则这种电场是符合库仑定律的，称为库仑电场。静止电荷周围所存在的电场，则称为静电场，它是库仑电场的一种特殊情形。运动电荷受到作用力的空间称为有磁场存在的空间。而且将这种了称为磁力。此外，一个变动的磁场产生一个电场，此电场不但存在于变动磁场的范围里，并且还存在于邻近的范围里。同样，一个变动的电场在发生变动的范围和变动附近的范围里产生一磁场。可见，不仅电荷可以产生电场，变化的磁场也能产生电场，不仅传导电流可以产生磁场，变化的电场（位移电流）也能产生磁场。电磁波的性质在空间的一定范围里无论是电或磁的情况有了一个扰动，那么这个扰动就不能被限制在该范围之内。在该范围里变动的场也在它附近的范围里产生场，这些场又在更外围的空间产生场，于是能量便被传播开来。当这种现象连续进行时，即有一含有电磁能量的波向外传播电磁波。电磁发射：从源向外发射电磁能的现象。电磁环境：存在于给定场所（空间）的所有电磁现象（包括全部时间和全部频谱）的总和。电磁兼容：设备或系统在其中电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事务构成不能承受的电磁骚扰的能力。电磁干扰：电磁骚扰引起的设备、传输通道或系统性能的下降。近场和远场：我们知道，静电场、静磁场等静态场中是没有近场和远场之分，有场源就有场。静电荷周围的静电场，是随着与场源距离的增大而成平方反比的关系衰减的；而恒定电流产生的静磁场，则随着与场源距离的增大而成立方反比的关系衰减。当电磁场由静态场过渡到时变场时，电荷、电流周围依然存在电磁场，称为感应场或近场；此外，还出现一种新的电磁场成分，称为辐射场或远场，它是脱离电荷、电流并以电磁波的形式向外传播的电磁场。它一旦从电荷、电流等场源辐射出去，就按自身的规律运动，与场源后来的状态没有关系。感应场或近场是随着与场源距离的增大而成平方反比关系衰减的，而辐射场或远场仅与距离成反比关系衰减。由于近场离场源较近，其场强要比远场大得多。随着离天线距离的增加，电场强度和磁场强度迅速减少。所以，近场的空间不均匀度较大，是一个复杂的非均匀场。场中包括储存的能量和辐射的能量，有驻波也有行波，等相位面很不规则，电磁波极化不易确定，场强变化梯度大等。无论场源是电场源还是磁场源，当离场源距离大于/2以后就变成了远场，这里为波长。这时电场和磁场方向垂直并且都和传播方向垂直成为平面电磁波。电场和磁场的比值为固定值，即波阻抗为120，等于377欧姆。由于远场距离场源远，场强一般较弱。由于电场和磁场随场源的距离成反比衰减，所以比近场的衰减慢的多，因此空间变化梯度小，比较均匀。总之，近场的电场和磁场之间存在/2的相位差，由它们构成的平均坡印亭矢量为零，大部分能量在电场和磁场之间，以及场和源之间交换而不辐射，很小一部分能量向外辐射，并在/2距离以外构成远场。远场的E和H同相位，两者的振幅比为波阻抗。1.2 电磁兼容常用测量单位 A：功率功率的基本单位为瓦（W），即焦耳/秒（J/s）。为了表示宽的量程范围，常常引用两个相同量比值的常用对数，即分贝（dB）为单位，即 PdB=10lg 式中P2与P1应采用相同的单位。应该明确dB仅为两个量的比值，是无量纲的。 B、功率密度有时用空间的功率密度S表示电磁场强度，尤其是在微波波段。因为在微波波段，测量功率比测量电压容易，而且也具有实际意义。功率密度的基本单位为W/m2 。常用的单位为mW/cm2 或W/cm2。 C、磁场强度 磁场强度虽然在电磁兼容领域中经常使用，但它并非在国际单位制中的具有专门名称的导出单位。实际工作中，导出单位磁感应强度常被采用，磁通密度的基本单位为特斯拉（T），其定义为 1T=1Wb/m2 （26）式中：Wb磁通量的单位，韦伯。 在过去，磁通密度的单位使用高斯（Gs），现在“高斯”虽已被淘汰，但在实际工作中有时还可能遇到。1Gs=10-4T=80A/mD、电场强度电场强度简称场强，用 来表示： /q0如果用文字来表述，就是：某处电场强度矢量为这样一个矢量，其大小等于电荷在该处所受电场力的大小，其方向与正电荷在该处所受电场力的方向一致。电场强度常用单位是伏特/米（V/m）。电场强度与功率密度单位换算遵循转换公式：W/cm2 X 3.7636 （V/m）22 电磁辐射污染源分类2.1 广播电视发射设备主管部门为各地广播电视局。辐射特征为大功率定时全向发射，传输信号送至天线辐射出去。广播包括：中波广播（5131602KHz）、短波广播（有方向性，3-26MHZ）、调频广播（87108MHz）。电视包括：米波电视（48.592MHz；167223MHz）、分米波电视（470566KHz；606960MHz）。2.2 通信、雷达及导航发射设备通信包括短波发射台、微波通信站、地面卫星发射站、移动通信基站、专业通信网站、寻呼通信基站。雷达导航站主要分布在军事、民航、气象部门。通信、雷达导航多为定向不定时发射，传输信号同样通过天线辐射出去。2.3 工、科、医高频设备其特点是伴生电磁辐射产生污染，如热合机及热疗仪等。这类设备把电转换为热能加以利用，但总伴有电磁辐射产生并泄漏出去，引起工作场所及环境污染。工业用电磁辐射设备：主要为高频炉（包括高频感应炉、高频粹火炉、高频熔炼炉、高频焊接炉及电子管的排气、烤消、退火、封接、钎焊、半导体的外延、区熔、拉单晶等）、塑料热合机（包括高频热合机、塑料焊接机等）、高频介质加热器、高频烘干机、高频木材烘干机、高频杀菌设备、高频溅射设备、微波破碎机、放电加工机床、各型电火花加工设备（包括高频制模机、线切割机和多头点焊机）等。医疗用电磁辐射设备：主要为高频理疗机、超短波理疗机、紫外线理疗机、高频透热机（包括热疗癌机、微波电疗机等）、高频烧灼器、微波针灸设备等。科学研究及其用途电磁辐射设备：主要为电子加速器及各种超声波装置、微波炉、电磁灶等。2.4 电力系统电磁辐射高压输变电线包括架空输电线和地下电缆；变电站包括发电厂（升压站）和变电站（降压站）。主管部门为地区电管局和市区供电局2.5 交通系统电磁辐射干扰交通系统电磁辐射干扰包括电气化铁路、轻轨及地下铁道、有轨电车、无轨电车等。3 电磁辐射测量仪器电磁辐射测量按测量场所分为作业环境、特定公众暴露环境、一般公众暴露环境测量。按测量参数分为电场强度、磁场强度和电磁场通量密度等的测量。对于不同的测量应选用不同类型的仪器，以期获得最佳的测量效果。测量仪器根据测量目的分为非选频式宽带测量仪和选频式辐射测量仪。3.1 非选频式宽带监测仪器所谓非选频式宽带监测仪器主要是指不进行分频测量，仪器测量值为仪器频率范围内所有频率点上场强的综合值。特点是携带方便、测量简便，适用于一般环境的测量。其工作原理见辐射环境保护管理导则电磁辐射监测仪器和方法（HJ/T10.21996）3.2 选频式测量仪应用该类仪器可对不同频率场强进行分频测量，这类仪器用于环境中低电平电场强度、电磁兼容、电磁干扰测量。对环境电磁辐射测量主要包括两种，一种是场强仪（或称干扰场强仪），一种是频谱仪和接收天线组成的测量系统。其工作原理见辐射环境保护管理导则电磁辐射监测仪器和方法（HJ/T10.21996）根据具体监测需要，可选择不同量程、不同频率范围的监测仪器，仪器选择的基本要求是能够覆盖所监测的频率，量程、分辨率能够满足测量要求。3.3 工频电磁辐射仪工频辐射仪器主要是进行工频电、磁场的监测，是电磁辐射测量的重要组成部分。4 电磁辐射环境质量测量方法4.1 测量条件（1）气候条件气候条件应符合行业标准和仪器标准中规定的使用条件。测量记录表应注明温度、相对湿度。建议在晴天，温度4以上，相对湿度小于75%，风力小于3级的气候条件下测量。（2）测量高度取离地面1.72m高度。也可根据不同目的，选择测量高度。建议地面测量时，测量高度取1.7米，测量高层建筑时，在阳台或室内选点测量。（3）测量频率取电场强度测量值50dBV/m的频率作为测量频率。（4）测量时间基本测量时间为5:009:00，11:0014:00，18:0023:00城市环境电磁辐射的高峰期。每个测点连续测量5次，每次测量时间大于15秒，连续测量6分钟，并读取稳定状态的最大值。测量读数起伏过大时可适当延长测量时间。 4.2 布点方法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1X1km或2X2km小方格，取方格中心为测量位置。对城市进行环境质量监测布点时，也可依照城市区划、重点电磁辐射污染行业集中区、城市功能区等方面因素综合考虑进行选点。5 电磁辐射设施周围辐射环境测量方法5.1 测量条件同6.4.15.2 布点方法对典型辐射体，可以以辐射体为中心，按间隔45度八个方位为测量线，每条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。拟定监测方案如表1和表2表1 电磁辐射环境质量监测方案监测对象测量项目监测点数监测频次备注电磁辐射场强(dBV/m)(使用选频式测量仪)21次/年1、 住宅区、商业区各1点；2、 频率范围：0.15MHz3GHz3、 取大于35dB的值；4、 检波:采用峰值最大值保持或准峰值检波；5、 步长:取中频带宽的1/2；6、 历次监测时间:9:0012:00功率密度(W/cm2)(使用非选频式测量仪)41次/年1、 住宅区、商业区、工业区、交通干线各1点；2、 频率范围：0.15MHz3GHz；3、 历次监测时间:9:0012:00表2 电磁辐射设施周围辐射环境监测方案监测对象名称地点单位监测项目监测点位监测频次监测点数电视调频广播发射塔(301000MHz)综合场强发射塔至周边1000m2000m范围内环境敏感建筑物面对发射塔一侧；场强最大点1次/年2中短波广播及短波通信发射台(0.330MHz)综合场强同上1次/年2110kV及以上输电线工频电场工