论文部分内容阅读
摘 要：本文通过测量微波炉、电磁灶、保健脚炉等家电随测距衰减的电、磁场强度，同时利用Matlab软件对测值进行衰减规律拟合，提出安全防护距离和拟合方法。参照《电磁环境控制限值》规范，家电电磁辐射强度近距离时普遍超标，但随测距增大，强度迅速衰减直至达标；利用Matlab软件拟合工具箱Cftool，可实现电磁辐射强度衰减规律的多项式曲线拟合，拟合度较高。
关键词：家电 电磁辐射 衰减 Matlab Cftool
中图分类号：O44 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）11（a）-0115-05
众所周知，微波炉、电磁灶等家用电器使用时，会在其周围产生不同程度的电磁辐射。已有研究表明，高强度的电磁辐射会使生物组织产生电解质振动、感应电涡流而使组织产热升温，导致器官组织和脏器的损害。低强度的电磁辐射虽然不会引起生物组织升温，但长时间照射会引起神经系统、生殖系统、免疫系统等功能改变，导致身体不适。如今电磁辐射作为四大污染源之一，甚至比大气污染与水污染带来的危害更加严重。
本文对部分家用电器进行电磁辐射强度测量，利用软件对电磁辐射强度的衰减规律进行拟合分析，参照国家现行相关环境保护规范，确定电磁辐射的安全防护距离，对于公众减免电磁辐射污染带来的损害具有积极意义。
1 测量对象、方法和结果
1.1 测量对象
擬测量对象包括日常使用的微波炉、电磁灶和保健脚炉。产品特征分别为：广东美的微波炉制造有限公司生产的微波炉（型号EG720kG4-NA），测试状态功率为700W，工作频率为2450MHz；杭州九阳生活电器有限公司生产的电磁灶（型号C21-SK805），测试状态功率为2100W，工作频率为20～30kHz；天津市百利保健设备有限公司生产的红外磁脉冲脚炉（型号CR-D），测试状态功率为65W。
1.2 测量方法
国际电工委员会于2005年颁布的IEC 62233《家用及类似用途器具-电磁场-评估及测量方法》规定了电磁场的测量方法，本次测量器具为其规定的电磁传感器，具体为北京龙震天电子仪器有限公司生产的电磁辐射测试仪（型号LZT-1000），电场量程：1～1999V/m，磁场量程0.01～19.99μT，电场精度为1V/m，磁场精度0.01μT。
测量时，若测值稳定则记录其均值，若测值变化，则取其可重复测出的最大值。微波炉测量距离为正面测距，电磁灶和脚炉测量距离为其上方测距。
1.3 测量结果
经测量，微波炉、电磁灶、磁脉冲脚炉的电场强度见表1～3，磁场强度见表4～6。
2 电磁辐射衰减规律的Matlab软件拟合
从前述测量结果分析，电磁辐射强度与测量距离成反比，且电场强度随测量距离的衰减速度大于磁场强度随测量距离的衰减速度，一般很快就衰减至40V/m内，但究竟两者呈何规律衰减，不得而知，因此本文拟采用Matlab软件对数据进行拟合分析。
Matlab是美国MathWork公司出品的商业数学软件，作为国际学术界公认的一种准确、可靠的科学计算标准软件，它具有效率高、使用方便、扩充能力强等优点，该软件自带有数据拟合工具Cftool，可以十分方便地用于实验数据的分析拟合。
2.1 拟合过程
下面以微波炉电场强度数据拟合为例，说明拟合方法。
首先将测量距离、电场强度数据作为x、y变量导入，调用Cftool工具箱，选取需拟合数据，选择拟合曲线的类型。Cftool主要有Exponential（指数）、Fourier（傅立叶）、Gaussian（高斯）、Interpolant（插值）、Polynomial（多项式）等多种拟合类型，考虑电场强度与距离大致呈非线性衰减规律，拟选用较适合的Polynomial（多项式）进行拟合。
非线性关系进行Polynomial（多项式）拟合时，依次选二阶、三阶、四阶、五阶拟合，直至达到较高的拟合度为止，即R-square（复相关系数）越大越好，Sse（误差平方和）越小越好。
经拟合，二阶、三阶、四阶、五阶多项式的对应复相关系数分别为0.8568、0.9444、0.988、0.9973，误差平方和分别为1.767e5、6.859e4、1.476e4、3351，上述结果表明五阶多项式拟合的复相关系数达0.99以上，拟合度高，因此确定微波炉电场强度衰减曲线为五阶多项式拟合。
2.2 拟合结果
按前述拟合方法，微波炉、电磁灶、红外磁脉冲脚炉的电场强度衰减拟合结果见图1～3，磁场强度衰减拟合结果见图4～6，各情形拟合特征汇总见表7。
3 安全防护距离
目前我国现行相关标准为《电磁环境控制限值》（GB 8702-2014），替代《电磁辐射防护规定》（GB 8702-88）和《环境电磁波卫生标准》（GB 9175-88），该标准规定了电磁环境中控制公众曝露的电场、磁场、电磁场（1～300MHz）的场量限值，适用于电磁环境中控制公众曝露的评价与管理，但“不适用于控制无线终端、家用电器等对使用者曝露的评价与管理”，鉴于家用电器的电磁环境无其它标准可参考，且其电磁场特征与该标准所指电磁场无实质性差别，因此家用电器的电磁场量限值可参照GB 8702-2014确定。
本次测量对象微波炉、电磁灶、脚炉等频率均在0.1～3MHz内，根据该标准，对应的公众曝露控制限值为：电场强度应小于40V/m，磁感应强度应小于0.12μT，根据前述测量结果，所测微波炉、电磁灶、脚炉的电场防护距离分别为：9cm、6cm、25cm，磁场防护距离分别为：57cm、60cm、33cm。
因此在日常生活中，为减免家用电器电磁辐射问题，除了避免长时间使用易产生电磁波的家用电器外，还应注意与家用电器保持一定的安全防护距离。
4 结语
从前述测量结果来看，在较近测距时，微波炉、电磁灶、脚炉等家电的电磁辐射强度普遍存在超控制限值问题，但随距离增大，电磁强度快速衰减。参照《电磁环境控制限值》（GB 8702-2014），一般在25cm外可满足电场限值要求、60cm外可满足磁场限值要求。
利用Matlab软件自带的拟合工具箱Cftool，可方便地对电磁辐射强度衰减规律进行多项式拟合，一般多项式在4阶、5阶时，即能实现复相关系数0.99以上的拟合，拟合度较高，为进一步研究电磁场衰减规律提供了一种数据处理途径。
参考文献
[1] 姜姝.电磁辐射污染及环境保护研究[J].科技创新导报， 2016（19）：83-84.
[2] 吴洪清，冯海杰.家用电器电磁场辐射测量方法的分析[J].家电科技，2015（2）：39-40.
[3] 刘文峰，张敏刚，李蒙.基于Matlab的磁测量实验数据处理方法研究[J].太原科技大学学报，2016（3）：224-228.
关键词：家电 电磁辐射 衰减 Matlab Cftool
中图分类号：O44 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）11（a）-0115-05
众所周知，微波炉、电磁灶等家用电器使用时，会在其周围产生不同程度的电磁辐射。已有研究表明，高强度的电磁辐射会使生物组织产生电解质振动、感应电涡流而使组织产热升温，导致器官组织和脏器的损害。低强度的电磁辐射虽然不会引起生物组织升温，但长时间照射会引起神经系统、生殖系统、免疫系统等功能改变，导致身体不适。如今电磁辐射作为四大污染源之一，甚至比大气污染与水污染带来的危害更加严重。
本文对部分家用电器进行电磁辐射强度测量，利用软件对电磁辐射强度的衰减规律进行拟合分析，参照国家现行相关环境保护规范，确定电磁辐射的安全防护距离，对于公众减免电磁辐射污染带来的损害具有积极意义。
1 测量对象、方法和结果
1.1 测量对象
擬测量对象包括日常使用的微波炉、电磁灶和保健脚炉。产品特征分别为：广东美的微波炉制造有限公司生产的微波炉（型号EG720kG4-NA），测试状态功率为700W，工作频率为2450MHz；杭州九阳生活电器有限公司生产的电磁灶（型号C21-SK805），测试状态功率为2100W，工作频率为20～30kHz；天津市百利保健设备有限公司生产的红外磁脉冲脚炉（型号CR-D），测试状态功率为65W。
1.2 测量方法
国际电工委员会于2005年颁布的IEC 62233《家用及类似用途器具-电磁场-评估及测量方法》规定了电磁场的测量方法，本次测量器具为其规定的电磁传感器，具体为北京龙震天电子仪器有限公司生产的电磁辐射测试仪（型号LZT-1000），电场量程：1～1999V/m，磁场量程0.01～19.99μT，电场精度为1V/m，磁场精度0.01μT。
测量时，若测值稳定则记录其均值，若测值变化，则取其可重复测出的最大值。微波炉测量距离为正面测距，电磁灶和脚炉测量距离为其上方测距。
1.3 测量结果
经测量，微波炉、电磁灶、磁脉冲脚炉的电场强度见表1～3，磁场强度见表4～6。
2 电磁辐射衰减规律的Matlab软件拟合
从前述测量结果分析，电磁辐射强度与测量距离成反比，且电场强度随测量距离的衰减速度大于磁场强度随测量距离的衰减速度，一般很快就衰减至40V/m内，但究竟两者呈何规律衰减，不得而知，因此本文拟采用Matlab软件对数据进行拟合分析。
Matlab是美国MathWork公司出品的商业数学软件，作为国际学术界公认的一种准确、可靠的科学计算标准软件，它具有效率高、使用方便、扩充能力强等优点，该软件自带有数据拟合工具Cftool，可以十分方便地用于实验数据的分析拟合。
2.1 拟合过程
下面以微波炉电场强度数据拟合为例，说明拟合方法。
首先将测量距离、电场强度数据作为x、y变量导入，调用Cftool工具箱，选取需拟合数据，选择拟合曲线的类型。Cftool主要有Exponential（指数）、Fourier（傅立叶）、Gaussian（高斯）、Interpolant（插值）、Polynomial（多项式）等多种拟合类型，考虑电场强度与距离大致呈非线性衰减规律，拟选用较适合的Polynomial（多项式）进行拟合。
非线性关系进行Polynomial（多项式）拟合时，依次选二阶、三阶、四阶、五阶拟合，直至达到较高的拟合度为止，即R-square（复相关系数）越大越好，Sse（误差平方和）越小越好。
经拟合，二阶、三阶、四阶、五阶多项式的对应复相关系数分别为0.8568、0.9444、0.988、0.9973，误差平方和分别为1.767e5、6.859e4、1.476e4、3351，上述结果表明五阶多项式拟合的复相关系数达0.99以上，拟合度高，因此确定微波炉电场强度衰减曲线为五阶多项式拟合。
2.2 拟合结果
按前述拟合方法，微波炉、电磁灶、红外磁脉冲脚炉的电场强度衰减拟合结果见图1～3，磁场强度衰减拟合结果见图4～6，各情形拟合特征汇总见表7。
3 安全防护距离
目前我国现行相关标准为《电磁环境控制限值》（GB 8702-2014），替代《电磁辐射防护规定》（GB 8702-88）和《环境电磁波卫生标准》（GB 9175-88），该标准规定了电磁环境中控制公众曝露的电场、磁场、电磁场（1～300MHz）的场量限值，适用于电磁环境中控制公众曝露的评价与管理，但“不适用于控制无线终端、家用电器等对使用者曝露的评价与管理”，鉴于家用电器的电磁环境无其它标准可参考，且其电磁场特征与该标准所指电磁场无实质性差别，因此家用电器的电磁场量限值可参照GB 8702-2014确定。
本次测量对象微波炉、电磁灶、脚炉等频率均在0.1～3MHz内，根据该标准，对应的公众曝露控制限值为：电场强度应小于40V/m，磁感应强度应小于0.12μT，根据前述测量结果，所测微波炉、电磁灶、脚炉的电场防护距离分别为：9cm、6cm、25cm，磁场防护距离分别为：57cm、60cm、33cm。
因此在日常生活中，为减免家用电器电磁辐射问题，除了避免长时间使用易产生电磁波的家用电器外，还应注意与家用电器保持一定的安全防护距离。
4 结语
从前述测量结果来看，在较近测距时，微波炉、电磁灶、脚炉等家电的电磁辐射强度普遍存在超控制限值问题，但随距离增大，电磁强度快速衰减。参照《电磁环境控制限值》（GB 8702-2014），一般在25cm外可满足电场限值要求、60cm外可满足磁场限值要求。
利用Matlab软件自带的拟合工具箱Cftool，可方便地对电磁辐射强度衰减规律进行多项式拟合，一般多项式在4阶、5阶时，即能实现复相关系数0.99以上的拟合，拟合度较高，为进一步研究电磁场衰减规律提供了一种数据处理途径。
参考文献
[1] 姜姝.电磁辐射污染及环境保护研究[J].科技创新导报， 2016（19）：83-84.
[2] 吴洪清，冯海杰.家用电器电磁场辐射测量方法的分析[J].家电科技，2015（2）：39-40.
[3] 刘文峰，张敏刚，李蒙.基于Matlab的磁测量实验数据处理方法研究[J].太原科技大学学报，2016（3）：224-228.