中国辐射卫生  2016, Vol. 25 Issue (5): 608-611  DOI: 10.13491/j.cnki.issn.1004-714x.2016.05.043

引用本文 

李祥明, 汪梦田, 王蕾. 电磁环境监测与评价有关问题的探讨[J]. 中国辐射卫生, 2016, 25(5): 608-611. DOI: 10.13491/j.cnki.issn.1004-714x.2016.05.043.

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收稿日期:2016-03-14
修回日期:2016-05-27
电磁环境监测与评价有关问题的探讨
李祥明 1, 汪梦田 2, 王蕾 3     
1. 山东省辐射环境管理站, 山东 济南 250117;
2. 山东君恒环保科技有限公司;
3. 山东省核与辐射安全监测中心
摘要目的 为充分利用现有专业电磁环境监测仪器, 以便更好地按国家有关标准要求实施电磁环境监测与评价。方法 通过对现有专业电磁环境监测仪器性能指标对比分析。结果 确定了其性能指标符合国家有关标准要求的专业电磁环境监测仪器, 提出了利用这些仪器进行电磁环境监测与评价的方法, 确保了监测数据质量, 评价方法合理、可行, 评价结论可信。结论 在电磁环境监测与评价中, 应充分利用现有的性能可靠的仪器, 同时希望升级更新的仪器尽早问世。
关键词电磁环境    监测仪器    监测    评价    各向同性    方均根值    

《电磁辐射监测仪器和方法》(HJ/T 10.2-1996)对非选频式宽带辐射测量仪的电性能提出了基本要求,而《电磁环境控制限值》(GB8702-2014)按频率范围给出了环境中不同频段的电场、磁场、电磁场场量参数的限值,并明确要求所给出的所有限值均为方均根值。同时,也给出了公众曝露在多个频率的电场、磁场、电磁场中时的评价方法。这对电磁环境监测与评价方法提出了更高的要求,监测仪器探头的各向同性、任意选频和方均根值的检波方式是对电磁环境监测仪器性能、监测和评价方法最基本的要求。只有在这些条件满足的情况下测得的各电磁场场量参数,才真正符合GB8702标准给出的评价方法的要求。然而,目前从事电磁环境管理、监测和评价单位所拥有的电磁监测仪器,多数不能同时满足任意选频和方均根值监测,只能监测由探头频率范围决定的综合场强,由此带来评价上的困难。为不造成浪费,充分利用社会各界已有的电磁环境监测仪器,本文拟对不同情况下的电磁环境电磁场场量参数监测与评价问题,提出探讨性和商榷性意见。

1 国家标准对电磁环境监测仪器和评价的要求

为规范电磁环境监测与评价,提高电磁环境监测数据的可信性、可靠性、可比性和电磁环境评价结论的可信性、可用性,有关国家标准对电磁环境监测仪器、读数设置和评价方法进行了规定。

1.1 《电磁辐射监测仪器和方法》的要求

《辐射环境保护管理导则电磁辐射监测仪器和方法》(HJ/T 10.2-1996),对非选频式宽带辐射测量仪的电性能提出了基本要求: ①各向同性,且各向同性误差≤ ± 1 dB; ②仪器灵敏度: 0.5V/m。

1.2 《电磁环境控制限值》的要求 1.2.1 监测方法的间接要求

《电磁环境控制限值》 (GB 8702-2014),对电磁环境监测仪器和监测方法间接提出了要求: ①仪器的检波方式(或读数设置)为方均根值; ②按限值所对应的频段进行选频(或选频段)监测,这是由标准所规定的评价方法决定的。

如果监测数据不用于评价,不对照标准给出的限值去评判所监测电磁场量大小,也就不存在上述监测方法的间接要求,但要符合《电磁辐射监测仪器和方法》对仪器本身电性能的要求。

1.2.2 评价方法的要求

《电磁环境控制限值》还对电磁环境评价方法提出了要求,即当公众曝露在多个频率的电场、磁场、电磁场中时,应综合考虑多个频率的电场、磁场、电磁场所致曝露,以满足以下要求: ①在0.1 MHz~300 GHz之间,各频段电场强度监测值E与相应频段标准限值EL商的平方之和,应小于或等于1; ②在0.1 MHz~300 GHz之间,各频段磁感应强度监测值B与相应频段标准限值BL商的平方之和,应小于或等于1。

上述要求看起来是对评价方法的要求,但评价方法中隐含了对电磁环境监测方法甚至对监测仪器的间接要求。监测方法上,一是要求选取标准限值所对应的频段进行选频监测; 二是要用方均根检波方式。对于监测仪器,一是要求具有选频测量; 二是要求具有方均根检波方式。

1.3 电磁环境评价的综合要求

综上所述,要进行电磁环境评价,必须同时满足HJ/T10.2和GB8702标准对监测仪器本身电性能、选频测量和方均根检波方式的综合要求。但是,目前流行使用的电磁环境监测仪器能同时满足这些要求的并不多,应认真梳理、比较与分析,寻求比较合理的评价方法,充分发挥这些专业电磁监测仪器的潜力和效能。

2 专业电磁环境监测仪器的性能分析 2.1 目前流行使用的电磁环境监测仪器

在便携式环境监测仪器中,电磁环境监测仪器无论从仪器本身技术含量上还是销售价格上来说,都是比较高的,且以进口为主。相反,也有销售价格低廉的电磁辐射仪,但性能差,不能满足我国相关标准对电磁监测仪器性能指标的要求。目前流行使用的专业电磁环境监测仪器主要有: ①德国Narda公司生产的EMR300射频场强仪和E18.0系列探头、H10.2探头; ②德国Narda公司生产的EFA300工频场强仪和外置式工频电场、磁场探头; ③意大利PPM公司生产的PMM8053B综合场强仪和配套的电场、电磁场测量探头; ④德国Narda公司生产的NBM550射频场强仪和EF系列射频探头; ⑤德国Narda公司生产的SRM3006电磁辐射选频测量仪; ⑥德国罗德与施瓦茨公司(R & S公司)生产的FSL18型频谱仪检测系统(包括频谱分析仪和探头)。

以上这些电磁监测仪器,在电磁环境监督性监测、验收监测、环境影响评价以及电磁民事纠纷和信访处理工作中发挥了具大作用,成为主流专业电磁环境监测仪器。

2.2 专业电磁环境监测仪器性能分析

为便于比较和分析目前专业电磁环境监测仪器的性能,将以上几种电磁环境监测仪器主要性能指标列入表 1

表 1 专业电磁环境监测仪器主要性能指标一览表

表 1不难看出,6种监测仪器各有特点,几点分析如下:

2.2.1 测量参数

6种监测仪器涵盖了工频电磁场和射频电磁场,其中PMM8053B型仪器适当配备不同型号测量探头,既能测量工频电磁场又能测量射频电磁场,EFA300是一款用于测量工频电磁场的专用仪器,其他4种仪器均用于测量射频电磁场。

2.2.2 测量范围

通过配备不同频段的探头,能实现较宽的测量频率范围,能满足实际工作需要。

2.2.3 量程范围和灵敏度

均能满足实际工作对量程范围的要求和《电磁辐射监测仪器和方法》对测量灵敏度的要求。

2.2.4 天线方向性

均为各向同性天线,满足《电磁辐射监测仪器和方法》对天线各向同性的要求。

2.2.5 选频

FSL18型频谱仪检测系统能任意选频,可根据监测和评价要求并结合《电磁环境控制限值》规定的不同限值所对应的频段进行选频测量,给评价工作带来方便; 其它仪器不能任意选频,只能通过更换探头实现由探头决定的频段测量。由于探头的频率范围较大,与《电磁环境控制限值》给出的频段范围不能吻合,探头的频率范围一般覆盖《电磁环境控制限值》给出的几个频段,然而由于几个频段的限值不同,使评价工作困难。

2.2.6 检波方式

表 1所列仪器并不是都具有方均根(RMS)检波方式,只有EFA 300、PMM 8053B、FSL 18具有方均根检波方式,其他3种仪器都未设置该功能。除方均根检波方式外,诸如最大值、平均值、最大平均值、峰值等不同程度地体现在各仪器中。

2.3 专业电磁环境监测仪器适用性分析结论

通过对6种电磁监测仪器性能分析,可以得出以下几点结论:

2.3.1 满足相关标准要求的仪器

FSL18型频谱仪检测系统,天线为各向同性,能任意选频,可以读取方均根值,所以能同时满足《电磁辐射监测仪器和方法》和《电磁环境控制限值》的要求。

2.3.2 满足《电磁辐射监测仪器和方法》

要求的仪器EMR 300、EFA 300、PMM 8053B、NBM 550、SRM 3006这5种仪器,天线均为各向同性,但不能任意选频。虽然《电磁环境控制限值》标准中未明确要求监测仪器具有任意选频功能,但在各限值所对应的频段和评价方法中已隐含了对任意选频的要求,否则会给评价带来不科学、不严谨的麻烦,需要多费许多口舌去解释和说明。另外,有些仪器不具备方均根值读数功能,这也是不符合《电磁环境控制限值》标准要求的原因之一。

2.3.3 应充分利用电磁环境监测仪器

目前,专业电磁环境监测仪器多数为进口,且价格昂贵,应尽量发挥这类仪器的使用效能。笔者认为,凡涉及监测数据质量的仪器性能指标,如天线各向同性及误差,要毫不含糊地坚持标准要求; 对于标准限值与其对应的频段问题以及方均根值问题,可用合理的监测和评价方法来处理,简单的讲就是用保守的监测和评价方法来解决与标准要求不完全匹配的方法问题。

3 电磁环境监测与评价有关问题的探讨

电磁环境监测与评价是分不开的,监测的目的是为了说明与评价某场所或某环境电磁场量水平是否符合《电磁环境控制限值》要求,没有评价的监测是无意义的。反过来,要说明与评价某场所或某环境的电磁环境质量,必须进行电磁场量参数监测,用监测数据作为评价的输入量,来说明与评价某场所或某环境的电磁环境质量。根据对表 1几种仪器性能与使用性分析,为充分利用现有电磁监测仪器,采用合理的监测与评价方法,最大限度地发挥其效能是非常有必要的。

3.1 电磁环境质量监测与评价

当监测仪器的各项性能指标均满足《电磁辐射监测仪器和方法》和《电磁环境控制限值》要求时,要按照《电磁环境控制限值》中各限值所对应的频段进行选频监测,读取方均根值。然后,按照该标准规定的评价方法进行评价。这种情况是最理想的情况,既科学、规范,又方便、可信。

3.2 不能任意选频时的监测与评价

当监测仪器不能任意选频时,评价工作就不那么简单了,甚至有些难度。如PMM 8053B型综合场强仪所配备的电场探头EP 330,其频率响应范围是100 kHz~3 GHz,用这个探头测得的电场强度方均根值,是落在100 kHz~3 GHz频率范围内的所有电磁场强的综合值。这个频段涵盖了《电磁环境控制限值》的3个频段,涵盖关系见表 2

表 2 EP 330电场探头频段与GB 8702-2014规定频段的关系

表 2可知,监测仪器所测电场强度是100 kHz ~ 3 GHz综合场强,这个频段并无规定标准限值,而是细分为3个频段分别规定了标准限值,且每个频段的标准限值不同,甚至相差很大,另外3~30 MHz频段的限值随频率不同而变化。因此,评价时很难严格按标准提供的评价方法进行评价。笔者认为,对于这种情况可考虑使用以下两种方法进行评价。

3.2.1 保守评价法

如果对所关心和评价环境的电磁发射体不够了解或情况不明,且电场强度监测数据小于该频段3个标准限值的最小者(12 V /m),可将100 kHz~3 GHz的电场强度监测值保守地看作在0.1 ~ 3 MHz、3~30 MHz、30~3000 MHz各频段的监测值,然后利用《电磁环境控制限值》给出的评价方法进行评价。这仅是一种符合限值要求的评价,不能准确考量电磁环境质量。

3.2.2 电磁发射体分析评价法

如果对所关心和评价环境的电磁发射体情况比较了解,掌握对监测结果有主要贡献的电磁发射体的频率,那么可将100 kHz ~ 3 GHz的电场强度监测值看作是在对监测结果有主要贡献的电磁发射体频率下的监测值,再按《电磁环境控制限值》给出的评价方法进行评价。

3.3 无方均根读数时的监测与评价

方均根值是一个功率有效值的概念,一般来说方均根值要比平均值大,但比峰值或最大值小。当电磁监测仪器无方均根读数时,为保守评价,可读取峰值或最大值。根据仪器的选频情况,再按3.1或3.2提出的方法进行评价。

4 结论与建议

通过对电磁环境监测仪器性能比较、适用性分析和对电磁环境监测与评价有关问题的探讨,可以得出以下结论:一是目前完全满足相关标准要求和评价要求的电磁监测仪器很少; 二是为充分发挥已有电磁监测仪器的使用效能,对于某些仪器存在不能任意选频,或无方均根值读数的问题,可在保证监测数据质量的前提下,仅就评价方法问题进行保守评价。

建议电磁监测仪器经销商能按国家有关标准要求,向社会提供性能更好的监测仪器,并对过去销售的仪器尽量升级,提高性能指标和标准的符合性,为电磁环境监测和评价工作提供技术支持。

以上着重以射频电磁环境为例,说明了电磁环境监测与评价的方法问题,同时也适用于工频电磁环境监测与评价。如有不当之处,敬请批评指正。

参考文献
[1]
环境保护部国家质量监督检验检疫总局. GB8702-2014电磁环境控制限值[S].北京: 中国环境科学出版社, 2014.
[2]
国家环境保护总局. HJ/T10.2-1996辐射环境保护管理导则电磁辐射监测仪器和方法[S].北京: 中国环境科学出版社, 1996.