輻射環(huán)境保護(hù)管理導(dǎo)則 電磁輻射監(jiān)測儀器和方法(HJ/T 10.2-1996)

2006/9/12 17:07:00

中華人民共和國環(huán)境保護(hù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)    HJ/T 10.2-1996

輻射環(huán)境保護(hù)管理導(dǎo)則

電磁輻射監(jiān)測儀器和方法

Guidline on Management of Radioactive Environmental Protection

Electromagnetic Radiation Monitoring Instruments and Methods

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  1 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(qiáng)度、磁場強(qiáng)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。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
1.1.1 工作原理
   偶極子和檢波二極管組成探頭
   這類儀器由三個正交的2~10cm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(dāng)D≤h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(xì)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= (π·ε0·L)/｛ln(L/a)+S/2L-1｝……………………………………（1.1）
LA = μ（ln 　 － 　）……………………………………（1.2）
式中：a --天線半徑；
      S --偶極子截面積；
      L --偶極子實(shí)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：ω--角頻率，ω=2·π·f ，f頻率；
CL--天線縫隙電容和負(fù)載電容；
RL--負(fù)載電阻。
國家環(huán)境保護(hù)局 1996-05-10批準(zhǔn) 1996-05-10 實(shí)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(dāng)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·ω)|2 +|Ey(r·ω)|2+|Ez(r·ω)|2]
= C·|Ke|2·|E(r·ω)|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(zhǔn)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(qiáng)度值。偶極子的長度應(yīng)遠(yuǎn)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(diǎn)陣作電場測量探頭，提供了和熱電偶元件切線方向場強(qiáng)平方成正比的直流輸出。待測場強(qiáng)為：
E = E2x+E2y+E2z ………………………………………（1.5）
與極化無關(guān)。沿?zé)犭娕荚�件直線方向分布的熱電偶結(jié)點(diǎn)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：
ζ=μ0·N·π·b2·ω·H
式中：N --環(huán)匝數(shù)；
b --環(huán)半徑；
H --待測場的磁場強(qiáng)度。
1.1.2 對電性能的要求
  使用非選頻式寬帶輻射測量儀實(shí)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：0.5V/m
校準(zhǔn)精度：±0.5dB
1.1.3 常用的非選頻式輻射測量儀
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(shí)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(qiáng)度、電磁兼容、電磁干擾測量。除場強(qiáng)儀（或稱干擾場強(qiáng)儀）外，可用接收天線和頻譜儀或測試接收機(jī)組成的測量系統(tǒng)經(jīng)校準(zhǔn)后，用于環(huán)境電磁輻射測量。
工作原理
場強(qiáng)儀（干擾場強(qiáng)儀）
待測場的場強(qiáng)值：
E（dBμV/m）= K (dB)+Vr（dBμV）+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(qiáng)儀的附表中查得。場強(qiáng)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(qiáng)值。但近期生產(chǎn)的場強(qiáng)儀所附天線校正系數(shù)曲線所示K值已包括測量天線的電纜損耗L值。
當(dāng)被測場是脈沖信號時，不同帶寬Vr值不同。此時需要?dú)w一化于1MHz帶寬的場強(qiáng)值，即 ：

E（dBμV/m）= K (dB)+Vr（dBμV）+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(qiáng)時，要選用盡量寬的帶寬。相應(yīng)平均功率密度為：

Pd（μW/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(qiáng)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(qiáng)儀一致，只是用頻譜儀作接收機(jī)，此外頻譜儀的dBm讀數(shù)須換算
dBμV。對50Ω系統(tǒng)，場強(qiáng)值為：
E（dBμV/m）= K (dB)+A（ABm）+107（dBμV）+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(zhǔn)。
微波測試接收機(jī)
用微波接收機(jī)、接收天線也可以組成環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。扣除電纜損耗，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)）；
λ--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(jī)組成的監(jiān)測裝置的靈敏度取決于接收機(jī)靈敏度。天線系統(tǒng)應(yīng)校準(zhǔn)。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(jī)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量裝置實(shí)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(biāo)準(zhǔn)和儀器標(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)調(diào)整探頭方向以測出測量點(diǎn)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(biāo)準(zhǔn)定期鑒定。
2.3 測量時間
   在輻射體正常工作時間內(nèi)進(jìn)行測量，每個測點(diǎn)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(dāng)延長測量時間。
2.4 測量位置
2.4.1 測量位置取作業(yè)人員操作位置，距地面0.5、1、1.7m三個部位。
2.4.2 輻射體各輔助設(shè)施（計算機(jī)房、供電室等）作業(yè)人員經(jīng)常操作的位置，測量部位距地面0.5、1、1.7m。
2.4.3 輻射體附近的固定哨位、值班位置等。
2.5 數(shù)據(jù)處理
  求出每個測量部位平均場強(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)《電磁輻射防護(hù)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
3.1.1 氣候條件
   氣候條件應(yīng)符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和儀器標(biāo)準(zhǔn)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。
3.1.2 測量高度
   取離地面1.7m~2m高度。也可根據(jù)不同目的，選擇測量高度。
3.1.3 測量頻率
   取電場強(qiáng)度測量值＞50dBμV/m的頻率作為測量頻率。
3.1.4 測量時間
  基本測量時間為5：00~9：00，11：00~14：00，18：00~23：00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(diǎn)不應(yīng)少于10點(diǎn)。
測量間隔時間為1h，每次測量觀察時間不應(yīng)小于15s，若指針擺動過大，應(yīng)適當(dāng)延長觀察時間。
3.2 布點(diǎn)方法
3.2.1 典型輻射體環(huán)境測量布點(diǎn)
   對典型輻射體，比如某個電視發(fā)射塔周圍環(huán)境實(shí)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(diǎn)測量，測量范圍根據(jù)實(shí)際情況確定。
3.2.2 一般環(huán)境測量布點(diǎn)
   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1×1km2或2×2km2小方格，取方格中心為測量位置。
3.2.3 按上述方法在地圖上布點(diǎn)后，應(yīng)對實(shí)際測點(diǎn)進(jìn)行考察。考慮地形地物影響，實(shí)際測點(diǎn)應(yīng)避開高層建筑物、樹木、高壓線以及金屬結(jié)構(gòu)等，盡量選擇空曠地方測試。允許對規(guī)定測點(diǎn)調(diào)整，測點(diǎn)調(diào)整最大為方格邊長的1/4，對特殊地區(qū)方格允許不進(jìn)行測量。需要對高層建筑測量時，應(yīng)在各層陽臺或室內(nèi)選點(diǎn)測量。
3.3 測量儀器
3.3.1 非選頻式輻射測量儀
   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。
3.3.2 選頻式輻射測量儀
   各種專門用于EMI測量的場強(qiáng)儀，干擾測試接收機(jī)，以及用頻譜儀、接收機(jī)、天線自行組成測量系統(tǒng)經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)場校準(zhǔn)后可用于此目的。測量誤差應(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(jī)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(dá)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(zhǔn)峰值（適用于脈沖輻射測量）檢波方式。每次測試時間為8~10min，數(shù)據(jù)采集取樣率為2次/s，進(jìn)行連續(xù)取樣。
3.4 數(shù)據(jù)處理
3.4.1 如果測量儀器讀出的場強(qiáng)瞬時值的單位為分貝（dBμV/m），則先按下列公式換算成以V/m為單位的場強(qiáng)：
Ei=10 （V/m） ………………………………（3.1）
x --場強(qiáng)儀讀數(shù)（dBμv/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的測量場強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)（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(qiáng)（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(biāo)準(zhǔn)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。

3.4.2 對于自動測量系統(tǒng)的實(shí)測數(shù)據(jù)，可編制數(shù)據(jù)處理軟件，分別統(tǒng)計每次測量中測值的最大值Emax、最小值Emin、中值、95%和80%時間概率的不超過場強(qiáng)值E（95%）、E（80%），上述統(tǒng)計值均以（dBμV/m）表示。還應(yīng)給出標(biāo)準(zhǔn)差值σ(以dB表示)。
如系多次重復(fù)測量，則將每次測量值統(tǒng)計后，再按4.4.1進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
3.5 繪制污染圖
3.5.1 繪制：頻率-場強(qiáng)、時間-場強(qiáng)、時間-頻率、測量位-總場強(qiáng)值等各組對應(yīng)曲線。
3.5.2 典型輻射體環(huán)境污染圖    以典型輻射體為圓心，標(biāo)注等場強(qiáng)值線圖（參見附錄B1），或以典型輻射體為圓心，標(biāo)注根據(jù)（4.5）式或(4.6)式得出的計算值的等值線圖。
3.5.3 居民區(qū)環(huán)境污染圖
   在有比例的測繪地圖上標(biāo)注等場強(qiáng)值線圖，或標(biāo)注根據(jù)（4.5）式或(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(qiáng)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
3.6.1 測量方案必須嚴(yán)格審議。
3.6.2 充分考慮測量的代表性。
3.6.3 測量結(jié)果準(zhǔn)確可靠、有比對性。
3.6.4 數(shù)據(jù)處理方法正確。
3.7 環(huán)境質(zhì)量評價
3.7.1 用非選頻寬帶輻射測量儀時，由于測量位測得的場強(qiáng)（功率密度）值，是所有頻率的綜合場強(qiáng)值，24h內(nèi)每次測量綜合場強(qiáng)值的平均值即總場強(qiáng)值亦是所有頻率的總場強(qiáng)值。由于環(huán)境中輻射體頻率主要在超短波頻段（30~300MHz），測量值和超短波頻段安全限值的比值≤1,基本上對居民無影響,如果評價典型輻射體,則測量結(jié)果應(yīng)和輻射體工作頻率對應(yīng)的安全限值比較。

≤1 ……………………………………（3.5）
式中：EG--某測量位置總場強(qiáng)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）。
3.7.2 用選頻式場強(qiáng)儀時：
∑ ≤1 …………………………………………（3.6）

式中：EGi--測量位置某頻段總的平均綜合場強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)按（4.1）式至(4.6)式計算。對正方形、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 = P·η·G·F（h）·F（△· ф）·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(jī)標(biāo)稱功率（kW）；
η--天線效率（%）；
G--相對于接地基本振子（點(diǎn)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（h）=1~1.43;
F(△·ф)--發(fā)射天線垂直面（△仰角）、水平面（方位角φ）方向性函數(shù)，△max=0；
A--地面衰減因子；
X--數(shù)量距離；
λ--波長（m）；
ε--大地的介電常數(shù)（無量綱）；
σ--大地的導(dǎo)電系數(shù)，1/（Ω·m）。
(4.2)近似公式是：η≈1、F（h）≈1.2、F（△· φ）=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(qiáng)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（θ） (mW/cm2) ………………………………（4.6）

式中：P --發(fā)射機(jī)標(biāo)稱功率（kW）；
G --相對于半波偶極子（G0.5λ=1.64）天線增益(倍數(shù))；
r --測量位置與天線水平距離（km）；
F（θ）--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/cm2) ………………………………（4.7）
式中：PT --送入天線凈功率（mW）；
S --天線實(shí)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(yuǎn)場軸向功率密度Pd：
Pd = (mW/cm2) ………………………………（4.8）

式中：P --雷達(dá)發(fā)射機(jī)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 0.915~12.4GHz 0.005~30mW/cm2 無 熱偶結(jié)點(diǎn)陣
微波輻射測量儀 1~10GHz 0.2~20mW/cm2 有 肖特基二極管偶極子
電磁輻射監(jiān)測儀 0.5~1000MHz 1~1000V/m 有 偶極子
全向?qū)拵Ы鼌^(qū)場強(qiáng)儀 0.2~1000MHz 1~1000V/m 有 偶極子
寬帶電磁場強(qiáng)計 E：0.1~3000MHzH：0.5~30MHz E：0.5~1000V/mH：1~2000A/m 有 偶極子環(huán)天線
寬帶電磁場強(qiáng)計 E：20~105HzH：50~60Hz E：1~20000V/mH：1~2000A/m 有 偶極子環(huán)天線
輻射危害計 0.3~18GHz 0. 1~200 mW/cm2 有 熱偶結(jié)點(diǎn)陣
輻射危害計 200kHz~26GHz 0.001~20 mW/cm2 有 熱偶結(jié)點(diǎn)陣
寬帶全向輻射監(jiān)測儀 0.3~26GHz 8621B探頭:0.005~20 mW/cm28623探頭:0.05~100 mW/cm2 有 熱偶結(jié)點(diǎn)陣
寬帶全向輻射監(jiān)測儀 10~300MHz 8631:0.005~200 mW/cm28633:0.05~100 mW/cm2 有 熱偶結(jié)點(diǎn)陣
寬帶全向輻射監(jiān)測儀 0.3~26GHz10~300MHz 8621B:0.005~20 mW/cm28631:0.05~100 mW/cm2 有 熱偶結(jié)點(diǎn)陣
寬帶全向輻射監(jiān)測儀 8635、863310~3000MHz864410~3000MHz 8633:0.05~100 mW/cm28644：0.0005~2W/cm28635：0.0025~10W/cm2 有 熱偶結(jié)點(diǎn)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(diǎn)陣環(huán)天線
全向?qū)拵�場�?qiáng)儀 E：5×10-4~6GHzH：0.3~3000MHz E：0.1~30V/mH：0.1~1000A2/m2 有 偶極子磁環(huán)天線