对于在各种不同的环境中遇到电磁场场强水平的研究.doc

不同环境中的电磁场场强电平（摘要）:温切斯特市工程分析中心(WEAC)电磁相容性 (EMC)小组研究项目于1994年提供约翰 N. Coletta ，威廉 S. Boivin ， Lesley N. Kerr,Sean M. Boyd*, 和查尔斯 D. 哈利斯*不再聘用于WEAC 食品药物管理局对保障医疗设备运行的安全有效和电子产品辐射安全法规负责。 医疗设备的电磁干扰 (EMI) 关系到食品药物管理局，医学界和公众。 识别 EMI 的潜在来源和他们发射的电磁骚扰(EMD)特性以及证明各种不同的医疗设备在正常使用期间可能受到辐射对于食品药物管理局至关重要。 对于过度幅射 EMD 和来自众多环境的电磁场 (EMF) 的公共辐射及辐射源的论证需要食品药物管理局的调查,证明并且开发测量这些源的方法。 WEAC EMC研究小组 用多种测量设备帮助完成对它的研究。表 1 为测量设备一览表。表 1. 测量设备的描述。测量设备测量的场频率范围Tektronix 公司频谱分析仪 2712电场和磁场9kHz - 1,000 MHzCombinova MFM10磁场ELF(5-2,000 Hz)Combinova MFM1000磁场VLF(2-400 kHz)Combinova EFM200电场ELF(5-2,000 Hz)VLF(2-400 kHz)Holaday 型 HI-4460 系统数据显示器, Holaday HI-6005 HSE 电子射频探头电场RF(0.1 MHz -5 GH)Holaday HI-4416 系统数据显示器,Holaday HI -4433 HSE 电子射频探头电场RF(0.5 MHz -1.5 GH)Holaday HI -4416 系统数据显示器,Holaday HI-4433 LFH 磁场射频探头磁场RF(0.3 MHz -30.0 MHz)电子研究和管理 1631.001 三维磁场计,1631.002 磁场探头磁场VLF- RF(30Hz - 300 KHz)电的研究和管理 1631.001 三维磁场计,1631.003 磁场探头磁场VLF- RF(3 KHz - 3 MHz) 在救护车周围和救护车内的射频电磁场测量虽然WEAC 做的其他研究已经考虑到医院中的一般幅射 EM 环境,但是需要更多有关其他环境中的情况的信息，预料其他环境中的场强会很高，如紧急事件/运输。 救护车就是这种环境的一个例子。为了生命安全，救护车里的多种医疗设备和通讯设备必须处在接近完全密闭的状态下运行。 这项研究赋予了现实条件下在救护车里和周围EM 场的特点。这项结果可能有助于为在该环境中使用的医疗设备设置适当的 EM 抗扰度电平。对二种救护车类型: 高级的生命维持 (ALS) 设备类和基本的生命维持 (BLS) 设备类实施调查。调查是在现场使用救护车移动型无线电作为主要EM 能源下进行的。宽频场强的测量集中在救护车内部和周围的各个不同位置， 并画出救护车内部和外部的电场骚扰图(见表 2)。 被调查的救护车共有九辆。除了发射机功率和频率，显示测量的场强由救护车顶部提供的屏蔽和测量探头与天线的接近所决定。 该结果表示救护车环境向专门用于紧急医疗救护的医疗设备提出了急待解决的问题。为了保证他们正常运转，运送紧急救护用的医疗设备必须能经受住那些可与这项研究报告相比拟的场强的辐射。表 2. 被测救护车摘要。救护车型式频率(MHZ)功率(W)最大 E 外部场强(V/m)最大 E 内部场强(V/m)1ALS46390 1.60.42BLS4639018.33.83BLS463904.12.14ALS800512.83.54ALS4682510.21.75BLS80057.513.75BLS8005622.46ALS484399.64.76ALS460252.8*7ALS4843910.23.48ALS391008.31.39BLS900308.53.0*未测量货物电子监视 (EAS) 系统周围电磁场强度电平货物电子监视 (EAS) 在世界各地广泛用于预防盗窃。 EAS 系统在出口处周围产生电磁(EM) 能形成一个 EM 询问区，被保护物品必须在离开设施之前通过EM 询问区。 将特别设计的 EAS 标识贴到这些货物上，EAS 标识在通过 EAS的 EM 询问区之前必须无效或去消以避免警报发声。 最近的科学文献报告记载：EAS 系统发射的 EM 能可能干扰敏感电子医疗设备的正常运转。 由于EAS 系统和电子医疗设备之间存在电磁干扰(EMI) 的可能， 电场和磁场的现场测量应在各种不同类型的 EAS 系统附近进行。测量场强电平在四类EAS 系统周围进行: 音频磁场, 脉冲谐振磁场, 无线电频率 , 和微波.(见表 3) 某些型式的 EAS 系统 ( 尤其脉冲谐振磁场)所发射的信号调制模式显示出更有可能造成电子医疗设备EMI的原因 。这项研究通过对发射 EM 能的 EAS 附加特殊特性来补充该场中的其他工作。 定量数据可用于显示医疗设备的EMI与特殊场强电平和信号微波的联系。 这是食品药物管理局、电子医疗设备产业和 EAS 产业为EAS 和医疗设备之间减少潜在的EMI所做的一些努力之一。表 3. EAS 系统的测量摘要。EAS 型式 EAS 系统发射信号频率发射信号特性场强A/mV/m音频磁场A1218 HZ连续波587.4*A2218 HZ连续波374.3*A3366 HZ连续波181.8*A4530 HZ连续波302.5*脉冲磁场谐振P158 KHZ60 HZ PM,10% 负载周期24.5*P2131 KHZ15 HZ PM,50% 负载周期1.5*P3131 KHZ15 HZ PM,50% 负载周期0.8*无线电频率RF18.8- 10.2 MHZ300 HZ频率调制0.1*RF28.8- 10.2 MHZ300 HZ频率调制0.2 1.8RF38.8- 10.2 MHZ300 HZ频率调制0.14.1MWM1915 MHZ连续波*22.1* 不测量PM= 脉冲调制所有测量 离地板上100 cm 处进行所有测量不靠近设备 20 cm金属探测器周围的电磁场描述在八个手持型和十个扫描型金属探测器周围进行磁场强度测量。方法与早先研究电子物品监视 (EAS)设备使用的相类似,除笛卡尔宁可使用的圆筒形坐标系统外。使用的特殊磁场探头专为测量金属型探测器而设计。 磁场强度的测量集中在实验室的金属探测器上进行。 其余数据集中在机场终端、 联邦和州政府建筑物 及一所地区中学处测量。 扫描型金属探测器有比手持型金属探测器(见表 5)高得多的磁场强度 (见表 4) 。手持型探测器的磁场信号频率在 89 到 133 KHz间,而扫描型探测器磁场信号频率则在 0.1 到3.5 KHz之间。所有手持型金属探测器的波形是正弦曲线；与之很不相同的扫描型金属探测器的波形是锯齿形和脉冲形。由於扫描型金属探测器的磁场强度较高和其磁场的脉冲特性，扫描型金属探测器比手持型设备对医疗设备的电磁干扰 (EMI) 可能造成的风险要高。 表 4. 从扫描型金属探测器测得的最大磁场场强位置设备主要频率(KHz)合成的最大场(A/m)P-P联邦建筑物10.5192.8联邦建筑物20.5153.2联邦建筑物30.5188.2中学40.5145.8中学50.1158.5机场60.2286.1国家建筑物70.2283.0机场80.2216.7机场93.585.1机场100.2299.3 5. 从手持式金属探测器测得的最大磁场场强位置设备主要频率(KHZ)合成的最大场(A/m)RMSWEAC 实验室194.82.1联邦建筑物294.82.4联邦建筑物394.82.2中学494.81.8联邦建筑物596.72.1机场694.31.9机场789.41.1机场8132.91.2射频识别 (RFID) 系统产生的电磁场描述在医疗设备使用环境中电磁骚扰的另一个潜在来源是射频识别 (RFID) 系统。 这些发射电磁(EM) 能的无线数据系统跟踪和记录各种不同的数据标识。 一个 RFID 系统由一架收发机、一根天线或线圈 、以及转发器或标识所组成。 从六个不同RFID 系统验证电磁场: 4个 存取控制系统，一个无现金追踪系统 , 和一个现金交易系统。 有一些旧的连续正弦波场;还有更多的复合波形。 电和磁场的骚扰是各向异性的。 场强随距离快速下降。 磁场电平与早先的测量系统相比很小.(电子的货物监视和金属探测器系统) 表 6 显示遇到的场强电平摘要。 表 6. 最大场强电平。系统型式在任何距离上的最大值 (A/m)距离(cm)在任何距离上的最大值 (V/m)距离(cm)信用卡控制 1（英国四大银行发行的）2.41054.0910信用卡控制 20.353.6510信用卡控制 34.32022.1220信用卡控制 4本底5本底5追踪 14.21019.4510交易 14.31021.0910荧光灯装置幅射电磁能的描述 这项研究使用了电气和电子工程协会(IEEE)对于从视频显示器终端测量幅射电磁场的标准方法修正案(IEEE-P1140)，来测量荧光灯管，镇流器和小型荧光灯(CFLs)幅射性发射。使用各种不同的场强计测量荧光灯装置和CFLs 周围的甚低频，很低频和 射频 (ELF ， VLF 和射频)的电和磁场强度。 示波器和频谱分析仪用于分析发射和确定操作频率。 测量 十一个 CFLs 和五个荧光灯配置( 见表 7 和 8)。 所有的场以 1/r 的比率随距离下降。频谱分析仪显示荧光灯装置和 CFLs 是 EM 辐射的宽频段源。 该项目开发的方法可能被食品药物管理局和医学界用于测量来自附加的或新的科技照明系统的发射。 收集的数据可能用于建立医疗设备的抗扰度试验电平和照射限值。表 7. CFL 最大场强电平。灯管ID瓦特灯管外型最大电场 (V/m)最大磁场 (A/m)ELFVLFRFELFVLFRFCFL1*9单 u 管53.71.00.20.4350.0011NDCFL2*284 u 管51.916.42.70.0220.0014NDCFL3*243 u 管50.113.32.00.0220.0011NDCFL4*16球形60.50.70.20.1980.0014NDCFL5*15子弹形60.30.90.20.0900.0008NDCFL6*27线组管49.016.31.20.0240.0024NDCFL730循环67.920.82.60.0230.0149NDCFL815蜗线线圈64.112.32.80.0290.0130NDCFL9203正方形u 管65.412.11.50.0390.0141NDCFL10 15线圈54.116.51.80.0260.0112NDCFL1120线圈/扩散器53.021.31.70.0270.0274ND白织灯60标准灯泡48.80.10.13NDNDND注意:所有读数取自离灯管中心50 cm处的场强计。*=60 HZ供电的 CFL 。 (注：较低频的 VLF 和射频电平)所有读数取自不接地的场强计。ND= 在本底之上不可检测表 8. 距离为30 cm 处最大场强的测量。场E-场强(V/m)H-场强(A/m)ELFVLFRFELFVLF2管低频镇流器3091.80.30.6ND4管低频镇流器1886.82.3 2.50.014管高频镇流器15.231.4 5.50.3 0.038管低频镇流器2816.40.72.60.018管高频镇流器19.8369.7 0.50.05更换能源有效照明系统之前及之後WEAC对电及磁场的测量 WEAC 实验室更换能源有效照明为变更前和变更后测量几个室的EM 环境提供了极好的机会。测量使用了早先的研究项目中开发的方法。 更换测量显示变更到高频后,能源有效照明引人注目地改变了 EM 环境。 经发现：换成能源有效照明改变周围的 EM 环境在较低频率中小于1，但在较高频率元件中却很大。(见表 9) 室 1 和 2 从低频镇流器换成能源有效的高频镇流器。 室 3 从低频镇流器变成能源有效低频镇流器。医护人员和医疗设备用户在调查任何可疑设备的 EMI 时，应该知道这一点。 与这些源的间隔距离愈大就愈能减少干扰发生的机会。 许多设备正在承受照明的检查，更新设计既减少他们的能源成本也改进照明系统的效率。照明显示用电既简单又最大。1990 年在美国商业广告建筑物中的耗电达39%。更换能源有效荧光灯照明使用 40%的较少能源，而若使用标准灯则要提供 98%能源。 由于这些原因导致包括高频电子镇流器的能源有效照明的普遍使用。WEAC的电磁相容性 (EMC) 研究小组评价了医院和非医院环境中存在的幅射电磁场和 EMD ，研究表明头顶上的荧光灯是幅射电磁(EM) 场的重要源。 典型的能源有效荧光灯使用工作在主要频率范围为 20-60KHz的高频电子镇流器。这些灯置于约 10KHz-1GHz的频率范围内, 通常被视为对医疗仪器造成最大的EMI威胁。表 9. 每个室中更换能源有效装置之前和之後在离荧光灯装置的不同距离上所作的射频电场强度测量距离(m)射频电场强度 (V/m)室 1- 高频装置室 2- 高频装置室 3- 低频装置前后前后前后0.1030.00*0.5830.00*00.620.3030.00*0.3330.00*00.480.5018.800.1210.1600.311.005.5207.6800.17*场强可能大于30 V/m ,表的上部量程 (0- 30 V/m). 非医院环境中的幅射电磁场强度 本项工作的目的是用文件证明除医院环境外的不同环境中所发现的幅射电磁场强度电平。 场强测量是在包括临床诊所和住宅的一些区域内进行的。 电和磁场强度电平高度依赖于每个装置安放范围内的环境条件。 在特殊区域中呈现的局部辐射源是造成特定位置中的场强强度的主要原因。也观察到接近外部发射天线会影响周围的场强。 该项研究提供了在上述提到的每个区域中遇到的公共源的例子和场强发射的数据 ( 见表 10- 13)。表 10.不同临床诊所中发现的电场强度电平源电场强度 (V/m) 相隔距离测量条件0.1 m0.3 m0.5 m1.0 mESU303027.9 8.9靠近笔尖,设定在 2/10之上不加载荧光灯14.06.04.60.2灯安装在天花板中,高度 =2.5 mVDT8.24.11.90.3显示开着TV6.23.21.3ND显示开着投影仪4.6XXX靠近视力检查表投影灯灯CAT扫描器3.01.9XX当诊断检查运转时靠近扫描器超声洁牙器1.50.4NDX牙齿清洗单元,靠近箱子和远离洁牙器探头尖端透析单元1.10.2NDX运转时靠近装置的前面板X线单元0.4NDXX在准备期和曝光期进行测量踏车0.3XXX靠近运动装置的前面,低速氩激光0.3NDXX点火时靠近装置的底部如果测量不止一种类型, 应是遇到的价值最大的X=不测量ND= 测量但不可在本底之上检测表 11. 在各种不同临床诊所中发现的磁场场强电平。源磁场强度 (A/m) 相隔距离测量条件0.1 m0.3 m0.5 m1.0 mESU81.614.63.30.4靠墙装的装置, 设定在 2/10之上不加载透析单元14.66.83.30.6运转时靠近装置 (泵电动机和电源) 的边电源控制板14.45.41.60.5靠近X线室电源控制板CAT扫描器电源10.53.41.10.4靠近扫描器电源超声清洁器9.32.70.7X仪器清洗装置激光电源8.33.71.40.4靠近氩激光电源听力分析器7.50.7NDX中耳分析器，在装置中靠近 VDT 的前面左边的患者电视6.24.12.00.3显示开着心律不齐监护仪6.2XXX靠近装置边上的风扇显微镜灯5.60.6NDX靠近灯的至冷扇荧光灯4.82.40.50.3安装在天花板中（ 2.5 m高）激光电源4.81.20.3ND靠近NdY Ag 激光电源踏车4.72.30.6X靠近装置（电机）CAT扫描器3.82.10.7ND靠近装置的控制面板卤素灯2.70.60.2ND悬吊的诊察照明装置如果测量不止一种类型, 应是遇到的价值最大的X=不测量ND=测量但不可在本底之上检测表 12. 在各种不同住宅中发现的电场强度电平源电场强度 (V/m) 隔离距离测量条件0.1 m 0.3 m0.5 m 1.0 mTV10.06.01.3X19寸电视机,从前面测量微波炉8.24.62.92.3高功率烹饪 (1200W)HEPA 空气过滤器6.02.51.70.4近通风区的间歇场26MHz无线电话听筒5.52.30.5N