★輻射環(huán)境保護管理導(dǎo)則----電磁輻射監(jiān)測儀器和方法

1、輻射環(huán)境保護管理導(dǎo)則-電磁輻射監(jiān)測儀器和方法中華人民共和國環(huán)境保護行業(yè)標準 HJ/T 10.2-1996Guidline on Management of Radioactive Environmental ProtectionElectromagnetic Radiation Monitoring Instruments and Methods1 電磁輻射測量儀器本導(dǎo)則所稱電磁輻射限于非電離輻射。電磁輻射的測量按測量場所分為作業(yè)環(huán)境、特定公眾暴露環(huán)境、一般公眾暴露環(huán)境測量。按測量參數(shù)分為電場強度、磁場強度和電磁場功率通量密度等的測量。對于不同的測量應(yīng)選用不同類型的儀器，以期獲取最佳的測量結(jié)果

2、。測量儀器根據(jù)測量目的分為非選頻式寬帶輻射測量儀和選頻式輻射測量儀。1.1 非選頻式寬帶輻射測量儀偶極子和檢波二極管組成探頭這類儀器由三個正交的210cm長的偶極子天線，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。當Dh時（D偶極子直徑，h偶極子長度）偶極子互耦可忽略不計，由于偶極子相互正交，將不依賴場的極化方向。探頭尺寸很小，對場的擾動也小，能分辨場的細微變化。偶極子等效電容CA、電感LA根據(jù)雙錐天線理論求得：CA= (0L)/ln(L/a)+S/2L-1（1.1）LA = （ln ）（1.2）式中：a -天線半徑；S -偶極子截面積；L

3、-偶極子實際長度。由于偶極子天線阻抗呈容性，輸出電壓是頻率的函數(shù)：V= （1.3）式中：-角頻率，=2f ，f頻率；CL-天線縫隙電容和負載電容；RL-負載電阻。國家環(huán)境保護局 1996-05-10批準 1996-05-10 實施由于CA、CL基本不變，只要提高RL就可使頻響大為改善，使輸出電壓不受場源頻率影響，因此必須采用高阻傳輸線。當三副正交偶極子組成探頭時，它可以分別接收x、y、z三個方向場分量，經(jīng)理論分析得出： Udc = C|Ke|2|Ex(r)|2 +|Ey(r)|2+|Ez(r)|2= C|Ke|2|E(r)|2（1.4）式中：C -檢波器引入的常數(shù)；Ke -偶極子與高頻感應(yīng)電壓

4、間比例系數(shù)；Ex、Ey、Ez -分別對應(yīng)于x、y、z方向的電場分量；E -待測場的電場矢量。（1.4）式為待測場的厄米特幅度（Hermitian）可見用端接平方律特性二極管的三維正交偶極子天線總的直流輸出正比于待測場的平方，而功率密度亦正比于待測場的平方，因此經(jīng)過校準后，Udc的值就等于待測電場的功率密度。如果電路引入開平方電路，那么Udc值就等于待測電場強度值。偶極子的長度應(yīng)遠小于被測頻率的半波長，以避免在被測頻率下諧振。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。熱電偶型探頭采取三條相互垂直的熱電偶結(jié)點陣作電場測量探頭，提供了和熱電偶元件切線方向場強平方成正比的直流輸出。待測場強為

5、：E = E2x+E2y+E2z （1.5）與極化無關(guān)。沿?zé)犭娕荚本€方向分布的熱電偶結(jié)點陣，保證了探頭有極寬的頻帶。沿x、y、z三個方向分布的熱電偶元件的最大尺寸應(yīng)小于最高工作頻率波長的1/4，以避免產(chǎn)生諧振。整個探頭像一組串聯(lián)的低阻抗偶極子或像一個低Q值的諧振電路。磁場探頭由三個相互正交環(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)。環(huán)天線感應(yīng)電勢為：=0Nb2H式中：N -環(huán)匝數(shù)；b -環(huán)半徑；H -待測場的磁場強度。使用非選頻式寬帶輻射測量儀實施環(huán)境監(jiān)測時，為了確保環(huán)境監(jiān)測的質(zhì)量，應(yīng)對這類儀器電性能提出基本要求：各向同性誤差1dB系統(tǒng)頻率響應(yīng)不均勻度3dB靈敏度

6、：0.5V/m校準精度：0.5dB附錄A1為常用的非選頻式寬帶輻射測量儀的有關(guān)數(shù)據(jù)。實施環(huán)境電磁輻射監(jiān)測時，可根據(jù)具體需要選用其中儀器。1.2 選頻式輻射測量儀這類儀器用于環(huán)境中低電平電場強度、電磁兼容、電磁干擾測量。除場強儀（或稱干擾場強儀）外，可用接收天線和頻譜儀或測試接收機組成的測量系統(tǒng)經(jīng)校準后，用于環(huán)境電磁輻射測量。工作原理場強儀（干擾場強儀）待測場的場強值：E（dBV/m）= K (dB)+Vr（dBV）+L（dB）（2.1）式中K是天線校正系數(shù)，它是頻率的函數(shù)，可由場強儀的附表中查得。場強儀的讀數(shù)Vr必須加上對應(yīng)K值和電纜損耗L才能得出場強值。但近期生產(chǎn)的場強儀所附天線校正系數(shù)曲線

7、所示K值已包括測量天線的電纜損耗L值。當被測場是脈沖信號時，不同帶寬Vr值不同。此時需要歸一化于1MHz帶寬的場強值，即 ：E（dBV/m）= K (dB)+Vr（dBV）+20lg +L（dB） （2.2）BW為選用帶寬，單位MHz。測量寬帶信號環(huán)境輻射峰值場強時，要選用盡量寬的帶寬。相應(yīng)平均功率密度為：Pd（W/cm2）= （2.3）上式中q為脈沖信號占空比，K、L值查表可得，Vr為場強值讀數(shù)，于是E和Pd可以方便地計算出來。 頻譜儀測量系統(tǒng)這種測量系統(tǒng)工作原理和場強儀一致，只是用頻譜儀作接收機，此外頻譜儀的dBm讀數(shù)須換算dBV。對50系統(tǒng)，場強值為：E（dBV/m）= K (dB)+A

8、（ABm）+107（dBV）+L（dB）（2.4）頻譜儀的類型不受限制，頻譜儀天線系統(tǒng)必須校準。微波測試接收機用微波接收機、接收天線也可以組成環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)?？鄢娎|損耗，功率密度Pd按下式計算： Pd = 10 （mW/cm2）（2.5）式中：G -天線增益（倍數(shù)）；-工作波長（cm）；A-數(shù)字幅度計讀數(shù)（dBm）；B-0dB輸入功率（dBm）。由上述測試接收機組成的監(jiān)測裝置的靈敏度取決于接收機靈敏度。天線系統(tǒng)應(yīng)校準。用于環(huán)境電磁輻射測量的儀器種類較多，凡是用于EMC（電磁兼容）、EMI（電磁干擾）目的的測試接收機都可用于環(huán)境電磁輻射監(jiān)測。專用的環(huán)境電磁輻射監(jiān)測儀器，也可用上面介紹的方法組成測

9、量裝置實施環(huán)境監(jiān)測。常用的常用輻射測量儀器見附錄A2。2 電磁輻射污染源監(jiān)測方法2.1 環(huán)境條件應(yīng)符合行業(yè)標準和儀器標準中規(guī)定的使用條件。測量記錄表應(yīng)注明環(huán)境溫度、相對濕度。2.2 測量儀器可使用各向同性響應(yīng)或有方向性電場探頭或磁場探頭的寬帶輻射測量儀。采用有方向性探頭時，應(yīng)在測量點調(diào)整探頭方向以測出測量點最大輻射電平。測量儀器工作頻帶應(yīng)滿足待測場要求，儀器應(yīng)經(jīng)計量標準定期鑒定。2.3 測量時間在輻射體正常工作時間內(nèi)進行測量，每個測點連續(xù)測5次，每次測量時間不應(yīng)小于15秒，并讀取穩(wěn)定狀態(tài)的最大值。若測量讀數(shù)起伏較大時，應(yīng)適當延長測量時間。2.4 測量位置2.5 數(shù)據(jù)處理求出每個測量部位平均場強

10、值（若有幾次讀數(shù)）。2.6 評價根據(jù)各操作位置的E值（H、Pd）按國家標準電磁輻射防護規(guī)定（GB 8702-88）或其它部委制定的安全限值作出分析評價。3 一般環(huán)境電磁輻射測量方法3.1 測量條件氣候條件應(yīng)符合行業(yè)標準和儀器標準中規(guī)定的使用條件。測量記錄表應(yīng)注明環(huán)境溫度、相對濕度。取離地面1.7m2m高度。也可根據(jù)不同目的，選擇測量高度。取電場強度測量值50dBV/m的頻率作為測量頻率?；緶y量時間為5：009：00，11：0014：00，18：0023：00城市環(huán)境電磁輻射的高峰期。若24小時晝夜測量，晝夜測量點不應(yīng)少于10點。測量間隔時間為1h，每次測量觀察時間不應(yīng)小于15s，若指針擺動過

11、大，應(yīng)適當延長觀察時間。3.2 布點方法對典型輻射體，比如某個電視發(fā)射塔周圍環(huán)境實施監(jiān)測時，則以輻射體為中心，按間隔45的八個方位為測量線，每條測量線上選取距場源分別30、50、100m等不同距離定點測量，測量范圍根據(jù)實際情況確定。對整個城市電磁輻射測量時，根據(jù)城市測繪地圖，將全區(qū)劃分為11km2或22km2小方格，取方格中心為測量位置。3.3 測量儀器具有各向同性響應(yīng)或有方向性探頭的寬帶輻射測量儀屬于非選頻式輻射測量儀。用有方向性探頭時，應(yīng)調(diào)整探頭方向以測出最大輻射電平。各種專門用于EMI測量的場強儀，干擾測試接收機，以及用頻譜儀、接收機、天線自行組成測量系統(tǒng)經(jīng)標準場校準后可用于此目的。測量

12、誤差應(yīng)小于3dB,頻率誤差應(yīng)小于被測頻率的10-3數(shù)量級。該測量系統(tǒng)經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換與微機聯(lián)接后，通過編制專用測量軟件可組成自動測試系統(tǒng)，達到數(shù)據(jù)自動采集和統(tǒng)計。 自動測試系統(tǒng)中，測量儀可設(shè)置于平均值（適用于較平穩(wěn)的輻射測量）或準峰值（適用于脈沖輻射測量）檢波方式。每次測試時間為810min，數(shù)據(jù)采集取樣率為2次/s，進行連續(xù)取樣。3.4 數(shù)據(jù)處理Ei=10 （V/m） （3.1）x -場強儀讀數(shù)（dBv/m），然后依次按下列各公式計算：E = Ei (V/m) （3.2）Es = E2 (V/m) （3.3）EG = Es (V/m) （3.4）上述各式中：Ei -在某測量位、某頻段中被測頻率i

13、的測量場強瞬時值（V/m）；n -Ei值的讀數(shù)個數(shù)；E -在某測量位、某頻段中各被測頻率i的場強平均值（V/m）；Es-在某測量位、某頻段中各被測頻率的綜合場強（V/m）；EG-在某測量位、在24h（或一定時間內(nèi)）內(nèi)測量某頻段后的總的平均綜合場強（V/m）；M-在24h（或一定時間內(nèi)）內(nèi)測量某頻段的測量次數(shù)。測量的標準誤差仍用通常公式計算。如果測量儀器的是非選頻式的，不用（3.3）式。3.5 繪制污染圖以典型輻射體為圓心，標注等場強值線圖（參見附錄B1），或以典型輻射體為圓心，標注根據(jù)（4.5）式或(4.6)式得出的計算值的等值線圖。在有比例的測繪地圖上標注等場強值線圖，或標注根據(jù)（4.5）式

14、或(4.6)式得出的計算值的等值線圖。根據(jù)需要亦可在各地區(qū)地圖上做好方格，用顏色或各種形狀圖線表示不同的場強值（參見附錄B2），或根據(jù)（4.5）式或（4.6）式得出的計算值。3.6 質(zhì)量保證3.7 環(huán)境質(zhì)量評價1 （3.5）式中：EG-某測量位置總場強值（V/m）；L -典型輻射體工作頻率對應(yīng)的安全限值或超短波頻段安全限值（V/m）。 1 （3.6）式中：EGi-測量位置某頻段總的平均綜合場強值（V/m）；Li-對應(yīng)頻段的安全限值（V/m）。4 環(huán)境質(zhì)量預(yù)測的場強計算為了估算輻射體對環(huán)境的影響，對于典型的中波、短波、超短波發(fā)射臺站的發(fā)射天線在環(huán)境中輻射場強按（4.1）式至(4.6)式計算。對正

15、方形、圓口面微波天線在環(huán)境中輻射場功率密度按（4.7）式和（4.8）式計算：4.1 中波(垂直極化波)理論公式：E = PGF（h）F（ ）A（4.1）近似公式：E = P G A （mV/m）（4.2）式中：A = 1.41 （4.3）X= （4.4）上述各式中：d-被測位置與發(fā)射天線水平距離（km）；P-發(fā)射機標稱功率（kW）；-天線效率（%）；G-相對于接地基本振子（點源天線G=1）的天線增益（倍數(shù)）；F（h）-發(fā)射天線高度因子，F(xiàn)（h）=11.43;F()-發(fā)射天線垂直面（仰角）、水平面（方位角）方向性函數(shù)，max=0；A-地面衰減因子；X-數(shù)量距離；-波長（m）；-大地的介電常數(shù)（無

16、量綱）；-大地的導(dǎo)電系數(shù)，1/（m）。(4.2)近似公式是：1、F（h）1.2、F（ ）=1得出的，即舒來依金-范德波爾公式。4.2 短波（水平極化波）短波（水平極化波）場強計算公式同(4.2)、(4.3)，但水平極化波的X按（4.5）計算。各量綱同前。 X = （4.5）4.3 超短波(電視、調(diào)頻)E = F（） (mW/cm2) （4.6）式中：P -發(fā)射機標稱功率（kW）；G -相對于半波偶極子（G0.5=1.64）天線增益(倍數(shù))；r -測量位置與天線水平距離（km）；F（）-天線垂直面方向性函數(shù)（視天線型式和層數(shù)而異）。4.4 微波近場最大功率密度Pdmax：Pdmax= (mW/c

17、m2) （4.7）式中：PT -送入天線凈功率（mW）；S -天線實際幾何面積（cm2）。（4.7）式給出的預(yù)測值,是對于具有正方形口面和圓錐形口面天線的情況(其精度3dB)下天線近場區(qū)內(nèi)最大功率密度值。遠場軸向功率密度Pd：Pd = (mW/cm2) （4.8）式中：P -雷達發(fā)射機平均功率（mW）；G -天線增益（倍數(shù)）；r -測量位置與天線軸向距離（cm）。附錄A1 常用非選頻式輻射測量儀名 稱 頻 帶 量 程 各向同性 探頭類型微波漏能儀 0.91512.4GHz 0.00530mW/cm2 無 熱偶結(jié)點陣微波輻射測量儀 110GHz 0.220mW/cm2 有 肖特基二極管偶極子電磁

18、輻射監(jiān)測儀 0.51000MHz 11000V/m 有 偶極子全向?qū)拵Ы鼌^(qū)場強儀 0.21000MHz 11000V/m 有 偶極子寬帶電磁場強計 E：0.13000MHzH：0.530MHz E：0.51000V/mH：12000A/m 有 偶極子環(huán)天線 寬帶電磁場強計 E：20105HzH：5060Hz E：120000V/mH：12000A/m 有 偶極子環(huán)天線輻射危害計 0.318GHz 0. 1200 mW/cm2 有 熱偶結(jié)點陣輻射危害計 200kHz26GHz 0.00120 mW/cm2 有 熱偶結(jié)點陣寬帶全向輻射監(jiān)測儀 0.326GHz 8621B探頭:0.00520 mW/

19、cm28623探頭:0.05100 mW/cm2 有 熱偶結(jié)點陣 寬帶全向輻射監(jiān)測儀 10300MHz 8631:0.005200 mW/cm28633:0.05100 mW/cm2 有 熱偶結(jié)點陣寬帶全向輻射監(jiān)測儀 0.326GHz10300MHz 8621B:0.00520 mW/cm28631:0.05100 mW/cm2 有 熱偶結(jié)點陣 寬帶全向輻射監(jiān)測儀 8635、8633103000MHz8644103000MHz 8633:0.05100 mW/cm28644：0.00052W/cm28635：0.002510W/cm2 有 熱偶結(jié)點陣環(huán)天線寬帶全向輻射監(jiān)測儀 由決定選用探頭 由決定選用探頭 有 熱偶結(jié)點陣環(huán)天線全向?qū)拵鰪妰x E：510-46GHzH：0.33000MHz E：0.130V/mH：0.11000A2/