非選頻式寬帶電磁輻射測(cè)量?jī)x和選頻式電磁輻射分析儀的異同

越來越多的電子、通信設(shè)備的投入使用，使得各種頻率的不同能量的電磁波充斥著地球的每一個(gè)角落乃至更加廣闊的宇宙空間，電磁波作用于人體時(shí)，一部分被人體吸收，被吸收的電磁波能量達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)就會(huì)使人體發(fā)熱，超過一定限度人體就會(huì)出現(xiàn)高溫生理反應(yīng)，從而有害人的健康。

電磁輻射對(duì)人的影響程度與輻射強(qiáng)度、頻率、作用時(shí)間、環(huán)境等因素有關(guān)，輻射強(qiáng)度越大、作用于人體的時(shí)間越長(zhǎng)、頻率越高，影響就越大。一定程度的電磁輻射對(duì)人體的傷害已成定論，是危害人類健康的大敵。因此,電磁輻射環(huán)境問題已受到普遍關(guān)注。世界衛(wèi)生組織把電磁輻射污染列為繼水、氣、聲之后的第四大污染。人類環(huán)境會(huì)議也已將其列為環(huán)境保護(hù)項(xiàng)目之一。 世界各國都十分重視越來越復(fù)雜的電磁環(huán)境及其造成的影響，電磁環(huán)境保護(hù)已經(jīng)成為一個(gè)迅速發(fā)展的新學(xué)科領(lǐng)域，為了保護(hù)環(huán)境,保護(hù)人類健康,保障信息安全，必須對(duì)電磁輻射加以防護(hù)，電磁輻射污染的防護(hù)已經(jīng)刻不容緩。

我國在電磁輻射防護(hù)方面制定了一系列的標(biāo)準(zhǔn)，它們包括如下：

1)     工頻電磁場(chǎng)強(qiáng)度安全標(biāo)準(zhǔn)

l  GB 8702-88：電磁輻射防護(hù)規(guī)定

l  GB 9175-88：環(huán)境電磁波衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)

l  GB 16203-1996：作業(yè)場(chǎng)所工頻電場(chǎng)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)

l  GBZ/T 189.3-2007：工作場(chǎng)所物理因素測(cè)量（第3部分：工頻電場(chǎng)）

l  《高壓電力線路、變電站的工頻電場(chǎng)、磁場(chǎng)曝露限值》

l  HJ/T 10.2-1996：輻射環(huán)境保護(hù)管理導(dǎo)則、電磁輻射檢測(cè)儀器和方法

l  HJ/T 10.3-1996：輻射環(huán)境保護(hù)管理導(dǎo)則、電磁輻射環(huán)境影響評(píng)價(jià)方法與標(biāo)準(zhǔn)

l  HJ/T24-1998：500KV超高壓送變電工程電磁輻射環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范

2)     射頻電磁輻射環(huán)境安全標(biāo)準(zhǔn)：

l  GB 8702-88：電磁輻射防護(hù)規(guī)定

l  GB 9175-88：環(huán)境電磁波衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)

l  GBZ/T 189.1-2007：工作場(chǎng)所物理因素測(cè)量（第1部分：超高頻電磁場(chǎng)）

l  GBZ/T 189.2-2007：工作場(chǎng)所物理因素測(cè)量（第2部分：高頻電磁場(chǎng)）

l  GBZ/T 189.5-2007：工作場(chǎng)所物理因素測(cè)量（第5部分：微波輻射）

l  GB/T 6113.1：無線電騷擾和抗擾度測(cè)量設(shè)備規(guī)范

l  HJ/T 10.2-1996：輻射環(huán)境保護(hù)管理導(dǎo)則、電磁輻射檢測(cè)儀器和方法

l  HJ/T 10.3-1996：輻射環(huán)境保護(hù)管理導(dǎo)則、電磁輻射環(huán)境影響評(píng)價(jià)方法與標(biāo)準(zhǔn)

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，以期獲取的測(cè)量結(jié)果。

測(cè)量?jī)x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。無論是非選頻式寬帶輻射測(cè)量?jī)x還是選頻式輻射測(cè)量?jī)x，基本構(gòu)造都是由天線（傳感器）及主機(jī)系統(tǒng)兩部分組成的。

在國家標(biāo)準(zhǔn)中，推薦優(yōu)先使用非選頻式寬帶輻射測(cè)量?jī)x器對(duì)整個(gè)電磁環(huán)境安全進(jìn)行綜合檢測(cè)，使用非選頻式寬帶輻射測(cè)量?jī)x器檢測(cè)時(shí)，若當(dāng)前檢測(cè)結(jié)果超出管理限值，還應(yīng)使用選頻式輻射測(cè)量?jī)x對(duì)單點(diǎn)位進(jìn)行選頻測(cè)試，測(cè)定該點(diǎn)位在測(cè)試范圍內(nèi)的電磁輻射功率密度（電場(chǎng)強(qiáng)度）值，判斷主要輻射源的貢獻(xiàn)量。

1.     非選頻式寬帶輻射測(cè)量?jī)x（綜合場(chǎng)強(qiáng)儀）

l  工作原理

非選頻式寬帶輻射測(cè)量?jī)x是指具有各向同性響應(yīng)或有方向性探頭（天線）的寬帶輻射測(cè)量?jī)x。儀器監(jiān)測(cè)值為儀器頻率范圍內(nèi)所有頻率點(diǎn)上場(chǎng)強(qiáng)的綜合值，應(yīng)用于寬頻段電磁輻射的監(jiān)測(cè)。

非選頻式寬帶輻射測(cè)量?jī)x可以選擇電場(chǎng)探頭或磁場(chǎng)探頭。

l  探頭類型

1)     偶極子和檢波二極管組成探頭

這類儀器由三個(gè)正交的2~10cm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入數(shù)據(jù)處理和顯示電路。

通常這類儀器探頭響應(yīng)快，動(dòng)態(tài)范圍大，但由于作為天線的偶極子的長(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，不過隨著儀器技術(shù)的不斷發(fā)展，近年也有廠家能將頻率范圍擴(kuò)展到四十吉赫頻率，甚至更高范圍。

2)     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)與極化無關(guān)，保證了探頭有極寬的頻帶，容易做到的頻率，但探頭響應(yīng)和動(dòng)態(tài)范圍要相對(duì)差一些。 

3)     磁場(chǎng)探頭

由三個(gè)相互正交環(huán)天線和二極管、RC濾波元件、高阻線組成，從而保證其全向性和頻率響應(yīng)。

l  非選頻式寬帶輻射測(cè)量?jī)x對(duì)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：

l  各向同性誤差≤±2dB

l  系統(tǒng)頻率響應(yīng)不均勻度≤±3dB

l  靈敏度：探頭的下檢出限應(yīng)當(dāng)優(yōu)于0.7×10^-3W/m²（0.5 V/m），

上檢出限應(yīng)優(yōu)于25 W/m²（100 V/m）

l  校準(zhǔn)精度：±0.5dB

2.     選頻式輻射測(cè)量?jī)x（頻譜儀或測(cè)試接收機(jī)）

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)強(qiáng)儀（或稱干擾場(chǎng)強(qiáng)儀）外，可用接收天線和頻譜儀或測(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。 

l  工作原理

選頻的意思是只選擇某些頻率進(jìn)行測(cè)量，只讓很小的頻率范圍的信號(hào)進(jìn)來，濾除其余頻率的信號(hào)。選頻式測(cè)量?jī)x器的靈敏度較非選頻式的高很多。

根據(jù)所測(cè)量信號(hào)頻譜的不同，選頻式射頻輻射測(cè)量?jī)x器也按檢波方式分為兩大類，一類采用峰值檢波，測(cè)量廣播電視及通信等較窄的輻射源；另一類采用準(zhǔn)峰值檢波，測(cè)量火花放電等頻譜范圍很寬的電磁脈沖源。

電視場(chǎng)強(qiáng)儀，遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)強(qiáng)儀，一般具備峰值檢波方式。干擾場(chǎng)強(qiáng)儀，測(cè)量接收機(jī)，一般具備準(zhǔn)峰值檢波方式。頻譜分析儀，峰值檢波及準(zhǔn)峰值檢波二者均有。

除常見的場(chǎng)強(qiáng)儀和頻譜分析儀可以用于環(huán)境電磁輻射的測(cè)量外，其它儀器種類還有較多，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)。其它專用的環(huán)境電磁輻射監(jiān)測(cè)儀器，也可以組成測(cè)量裝置實(shí)施環(huán)境監(jiān)測(cè)。

l  選頻式輻射測(cè)量?jī)x的天線種類

作為測(cè)量用的天線，其參數(shù)主要是天線系數(shù)，應(yīng)具有高的精確度。對(duì)于選頻式測(cè)量?jī)x表，測(cè)量頻率是變化的，對(duì)同一根天線，天線系數(shù)隨頻率而變。

常見的選頻式輻射測(cè)量?jī)x的天線有如下幾種：

1)     半波天線

半波天線為全長(zhǎng)等于所測(cè)量電磁波波長(zhǎng)一半的對(duì)稱振子天線，用于米波段電場(chǎng)測(cè)量。測(cè)量頻帶窄，實(shí)際上不常用作測(cè)量天線。

2)     環(huán)天線

環(huán)天線為30MHz以下的磁場(chǎng)測(cè)量天線，磁場(chǎng)測(cè)量必須用環(huán)天線，環(huán)面積內(nèi)磁通量的變化將在環(huán)線圈上產(chǎn)生感應(yīng)電壓。電壓大小正比于環(huán)面積、環(huán)線圈匝數(shù)、待測(cè)磁場(chǎng)強(qiáng)度及頻率。

3)     雙錐天線

20-300MHz頻段的電場(chǎng)測(cè)量天線。為半波天線的改進(jìn)型。

4)     對(duì)數(shù)周期天線

5)     單極（鞭狀、桿）天線

6)     其他還有喇叭天線和超寬帶復(fù)合式天線

l  選頻式輻射測(cè)量?jī)x對(duì)性能的要求

使用選頻式輻射測(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：

l  各向同性誤差≤±2.5dB

l  測(cè)量誤差≤±3dB

l  靈敏度：探頭的下檢出限應(yīng)當(dāng)優(yōu)于0.7×10^-3W/m²（0.5 V/m），

上檢出限應(yīng)優(yōu)于25 W/m²（100 V/m）

l  頻率誤差：小于被測(cè)頻率的10^-3數(shù)量級(jí)

3.       工頻電磁場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)量?jī)x器

中國電力工業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)頻率定為50赫茲，在電力系統(tǒng)正常的情況下，供電頻率的允許誤差為：電網(wǎng)裝機(jī)容量在300萬及以上的，為±0.2Hz;電網(wǎng)裝機(jī)容量在300萬以下的，為±0.5Hz。在電力系統(tǒng)非正常狀況下，供電頻率允許誤差不應(yīng)超過±1.0Hz 。因此，50赫又被稱為工頻。

工頻電磁場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)量?jī)x就是指專用于測(cè)量50Hz的工頻電力系統(tǒng)的電場(chǎng)強(qiáng)度跟磁場(chǎng)強(qiáng)度的設(shè)備,包括變電站、輸變電系統(tǒng)、高壓電力線等，不論它們的工作電壓是多高，它們的工作頻率均是50赫茲的工頻，

工頻測(cè)量探頭由兩個(gè)導(dǎo)體半球組成偶極子，沿赤道平面相互絕緣。目前儀器探頭有方向性的和全向的兩種。由于工頻的頻率低，所以工頻測(cè)量探頭一般不叫天線。

l  工頻電場(chǎng)和工頻磁場(chǎng)的定義

工頻電場(chǎng)是一種隨50Hz頻率交變的準(zhǔn)靜態(tài)場(chǎng)，它的一些效應(yīng)可以用靜電場(chǎng)的一般概念來分析。這些場(chǎng)都是由電荷產(chǎn)生的，就高壓裝置來說，當(dāng)導(dǎo)線帶電時(shí)，電荷分布在架空導(dǎo)線的表面，所以換句話說，電壓產(chǎn)生了電場(chǎng)。

工頻磁場(chǎng)也是一個(gè)準(zhǔn)靜態(tài)場(chǎng)，這種準(zhǔn)靜態(tài)性質(zhì)允許把電場(chǎng)和磁場(chǎng)分別進(jìn)行討論，而不會(huì)互相影響。輸電線路的工頻磁場(chǎng)僅由電流產(chǎn)生，把安培定律應(yīng)用于載流導(dǎo)線，并將計(jì)算結(jié)果疊加，就可得出線路周圍的磁場(chǎng)強(qiáng)度。

工頻電場(chǎng)和磁場(chǎng)的測(cè)量必須使用專用的探頭或工頻電場(chǎng)和磁場(chǎng)測(cè)量?jī)x器。工頻電場(chǎng)測(cè)量?jī)x器和工頻磁場(chǎng)測(cè)量?jī)x器可以是單獨(dú)的探頭，也可以是將兩者合成的儀器。但無論那種型式的儀器，必須經(jīng)計(jì)量部門檢定，且在檢定有效期內(nèi)。

編輯：廣州科技有限公司

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