（纺织工程专业论文）电磁屏蔽织物及服装的效能评价方法研究.pdf

理论突破 学位论文的主要创新点 当电磁屏蔽体处于电磁辐射一个波长范围以内时，屏蔽体内的电磁衰减规律 极其复杂。本文通过理想球面屏蔽体的研究，对电磁屏蔽体内部场强衰减的影响 因素进行深入分析，并采用时谐电磁场原理，计算出屏蔽体处于感应场( 近区场) 情况下屏蔽体的内部场强变化规律，通过分区计算求解，反映电磁屏蔽服装内部 的场强变化规律和影响因素，求出电磁屏蔽体覆盖织物的屏蔽效能，为电磁屏蔽 织物和服装屏蔽效能测试提供了理论依据。 二、方法创新 - 国内独创的“大样开窗法”电磁屏蔽织物及服装测试系统和实验方法，吸收 了国际公认的“大样法”的优点，测试系统填补国内空白。该方法可使织物和服 装在同一实验条件下评估屏蔽效能，对于研究屏蔽织物与服装屏蔽效能，正确评 估防电磁辐射服装的屏蔽效能提供完整的手段和方法。 - 三、 实验创新 一、刁业i 二u 砑v l 依据“大样丌窗法“电磁屏蔽织物及服装测试系统进行了一系列科学实验， 系统研究了电磁屏蔽织物和服装的屏蔽效能，揭示了电磁屏蔽织物的屏蔽效能与 服装的屏蔽效能的内在关系，当服装暴露面积过大时，电磁屏蔽效能大大减小， 甚至不具有电磁屏蔽效能的事实，引导公众对防电磁辐射纺织品服装的认识。本 文还世界首次提出了服装极限屏蔽效能的概念，对于指导防辐射类服装业具有十 分重要的意义。 四、新发现 防电磁辐射服装不仅受屏蔽织物的影响，更受服装款式的影响，尤其是狭缝 的影响是致命的，西服、围裙类的防辐射服装的屏蔽效能十分有限；服装的屏蔽 效能是相对的变量，应根据实验参数描述屏蔽效能；织物的干湿状态对不同频段 的屏蔽效能不同，湿态织物对较低频电磁波有影响。长期以来，织物的抗静电防 辐射性能一直以来被混淆，本文利用有机导电纤维混纺纱进行了抗静电和防辐射 性能研究和比较，揭示了抗静电和防辐射是既相关又相互独立的两个功能。具有 防辐射的织物一般具有抗静电效能，但抗静电的织物，防辐射性能不定好。 摘要 迄今为止，由于国际上尚无民用防电磁辐射产品没有统一的检测标准，电磁 屏蔽服装的效能评价采用织物的屏蔽效能来表征是不科学的，服装的电磁屏蔽效 能不仅受到织物的影响，服装款式的影响也巨大。因此，研究纺织品服装的屏蔽 效能，建立科学的测试方法对指导电磁屏蔽纺织品服装的开发和规范市场具有重 要意义。 、 本文从电磁理论的研究入手，利用时谐电磁场原理，通过测试屏蔽体内点频 信号衰减来计算电磁屏蔽效能，建立了国内首创的“大样开窗法 织物及服装电 磁屏蔽效能测试系统，并制定了基于“大样开窗法”的电磁屏蔽织物及服装效能 评价方法与标准，利用该系统对影响防辐射服装屏蔽效能的各种因素展开理论与 实验研究完成本学位论文。 首先，本文依据电磁场和时谐电磁场理论，研究和探讨了电磁屏蔽体的效能 影响因素和规律，揭示电磁屏蔽织物及服装的屏蔽原理。在感应电磁场环境下， 全封闭球面屏蔽体的屏蔽效能与电磁信号源的功率、测试点与信号源的距离、屏 蔽体接地、球面屏蔽材料，以及测试空间有无金属物体等因素有密切相关。依据 时谐电磁场理论，当屏蔽体处于感应场内，屏蔽体内的电磁场强度比平面波远区 场复杂得多，理论计算求解球面屏蔽体内场强与服装屏蔽体内的实际场强有较大 差距。由电磁趋肤效应可知，金属织物涂层厚度达到一定值时，涂层厚度增加对 屏蔽效能的贡献有限。同一电磁屏蔽织物信号源频率越高屏蔽效能越好，屏蔽效 能与涂层的磁导率和电导率密切相关，磁导率和电导率高的会属电磁屏蔽效能 好。由于服装是不规则屏蔽体，利用理想球面屏蔽体模型计算屏蔽效能与服装实 际情况具有相关关系，但由于防电磁辐射服装一般有领口、袖口、门禁等开口， 所以屏蔽效能会大大降低，研究表明：不能简单地利用织物的屏蔽效能表征服装 的实际屏蔽效能，需要经过实际测量来评价服装的屏蔽效能。 为了通过实验研究和证明上述理论，本课题采用自行研制的“大样开窗法 织物及服装电磁屏蔽测试系统作为研究手段。该系统综合了国际上通行的“大样 法”和“开窗法”的优点，系统可以在同一实验条件下对织物和服装的屏蔽效能 进行效能评价。本系统的电磁波信号源采用点频发射，覆盖高中低频频段 ( i o o k h z ，1 3 5 6 m h z ，9 1 5 m h z ，2 0 0 0 m h z ) ，具有电磁辐射场源的代表性，覆盖主要家 用电器和民众生活环境的主要电磁污染源的频率范围。电磁波信号接受系统采用 场强仪在微波暗室接收的衰减电磁波信号，通过换算得出织物和服装的屏蔽效 能。 “大样开窗法”织物及服装电磁屏蔽效能测试系统和方法可对各种款式防电 磁服装进行效能评价，通过测试发现：电磁辐射服装的屏蔽效能对开口、狭缝、 以及织物的物理状态( 干湿状态) 有密切关系。相对而言，服装狭缝对屏蔽效能 的影响更为显著，湿态织物具有低频信号源具有衰减，高频衰减不显著。同一电 磁屏蔽织物制成不同款式服装后，服装的极限屏蔽效能不会超过织物的屏蔽效 能，服装暴露面积越大屏蔽效能越差，围裙类暴露面积过大的服装基本不具有电 磁屏蔽效能。 传统观点把织物的抗静电和防辐射视为同一电学属性，为了探讨两者之间的 区别与联系，本文还研究了有机导电短纤维混纺纱的导电性和电磁屏蔽效能的关 系，当有机导电纤维与棉混纺含量达到4 以上时，纱线的导电率便达到抗静电 要求，但其织物的防辐射效果却很低。实验中发现有机导电纤维与棉混纺比低于 1 0 时，电磁屏蔽效能较低，而不锈钢纤维含量达到1 0 以上时电磁屏蔽效能显 著。 关键词：电磁屏蔽织物和服装，暴露面积，屏蔽效能，评价方法。 a b s t r a c t u pt on o w , t h et e s tm e t h o do fc i v i l i a na n t i e l e c t r o m a g n e t i cr a d i a t i o np r o d u c t sh a sn o t b e e nu n i f i e di nt h ew o r l d t h es h i e l d i n ge f f e c t i v e n e s so fg a r m e n t si sa l s os t r o n g l y a f f e c t e db yi t ss t y l eb e s i d e sf a b r i c s ，t h e r e f o r ed e s c r i b i n gt h es h i e l d i n ge f f e c t i v e n e s so f g a r m e n to n l yb yi t sf a b r i c s s h i e l d i n ge f f e c t i v e n e s si sl a c ko fs c i e n t i f i ce v i d e n c ea s u s u a l l yd i di np a s t f o rt h i sr e a s o n ，t h er e s e a r c ho nt e x t i l e sa n dg a r m e n t s s h i e l d i n g e f f e c t i v e n e s sa n dt os e tu pf ls c i e n t i f i ct e s t i n gm e t h o dw i l ld og r e a tc o n t r i b u t i o nt ot h e d e v e l o p m e n to fa n t i e l e c t r o m a g n e t i ci r r a d i a t i o ng a r m e n t sa n dl e a d t h em a r k e tu p g r a d i n g t h i sp a p e rb e g i n sw i t ht h er e s e a r c ho ne l e c t r o m a g n e t i ct h e o r y , m a k i n gu s eo ft h e t i m e - h a r m o n i ce l e c t r o m a g n e t i cf i e l dp r i n c i p l e ，t h e p r i n c i p l eo fe l e c t r o m a g n e t i c s h i e l d i n ge f f e c t i v e n e s si st e s t e db yp o i n t f r e q u e n c ys i g n a lr a d i a t i o n ，an e w d o m e s t i c i n n o v a t i o n a l f c lf a b r i c sa n dg a r m e n t se l e c t r o m a g n e t i cs h i e l d i n ge f f e c t i v e n e s st e s t s y s t e m h a sb e e ns e tu p ，s oa ne v a l u a t i o nm e t h o do ft e s th a sb e e nf o r m u l a t e d a 1 1 k i n d so ff a c t o r sw h i c ha f f e c tg a r m e n t s e l e c t r o m a g n e t i cs h i e l d i n ge f f e c t i v e n e s sc a nb e l i s t e da n ds t u d i e dv i at h i ss y s t e m f i r s t l y , b a s e do nt h es t u d yr e s u l t so ft h ea f f e c t i o n so fas h i e l d i n ge f f e c t i v e n e s so ft h e c h a m b e rc o v e r e db ys h i e l d i n gf a b r i c s ，t h i sp a p e rp o i n t so u t ：i ne l e c t r o m a g n e t i c s h i e l d i n gc h a m b e r s t h es p h e r i c a ls h e l t e r ss h i e l d i n ge f f e c t i v e n e s si sc l o s e l yr e l a t e dt o t h ep o w e ro fe l e c t r o m a g n e t i cr a d i a t i o ns o u r c e ，t h ed i s t a n c eo ft e s tp o i n ta n df r e q u e n c y o fe l e c t r o m a g n e t i cs o u r c e t h ec o n n e c t i o nt og r o u n d ，t h es h i e l dm a t e r i a l ，a n dt h e e x i s t e n c eo fm e t a lo b j e c t sn e a r b yt e s ta r e a e t c a c e o r d i n gt ot i m e h a r m o n i c e l e c t r o m a g n e t i cf i e l dt h e o r y , w h e nt h es h i e l d i n gc h a m b e ri si nt h ei n d u c t i o nf i e l d t h e e l e c t r o m a g n e t i cf i e l ds t r e n g t hi sm u c hm o r ec o m p l i c a t e dt h a nt h ef a rf i e l do fp l a n e w a v e w h a ts oe v e rt h ef i e l ds t r e n g t hi n s i d et h eb a l ll i k es h e l t e rc a nb ec a l c u l a t e d t h e o r e t i c a l l y w h e nt h et h i c k n e s so fm e t a lc o a to ff a b r i cu pt oac e r t a i nv a l u e t h e c o n t r i b u t i o no ff u r t h e rc o a t i n gt h i c k n e s si sm e a n i n g l e s st os h i e l d i n ge f f e c t i v e n e s s i t s e l fi nt e r m o ft h ee l e c t r o m a g n e t i cs k i ne f f e c t i v e n e s s w i t ht h es a m eo n e e l e c t r o m a g n e t i cs h i e l d i n gf a b r i c ，t h eh i g h e ro ft h es i g n a lf r e q u e n c y , t h eb e t t e ro ft h e s h i e l d i n ge f f e c t i v e n e s s s h i e l d i n ge f f e c t i v e n e s si sc l o s e l yr e l a t e dt ot h ec o a t i n g m a g n e t i cp e r r n e a b i l i t ya n de l e c t r i c a lc o n d u c t i v i t yo ft h es u r f a c eo ff a b r i c s t h eh i g h e r , t h em a g n e t i cp e r m e a b i l i t ya n de l e c t r i c a lc o n d u c t i v i t y ：t h eb e t t e r , t h em e t a l e l e c t r o m a g n e t i cs h i e l d i n ge f f e c t i v e n e s s f o ri r r e g u l a rs h a p eo fg a r m e n t s i tw o u l db e d i f f i c u l tt oc a l c u l a t et h es h i e l d i n ge f f e c t i v e n e s sa si d e a lm o d e ls p h e r i c a ls h e l t e rd o e s f o r t h er e a s o nt h a ti tw o u l db es t r o n g l ya f f e c t e db yt h ea c t u a ls i t u a t i o n so fg a r m e n t s t h es h i e l d i n ge f f e c t i v e n e s sc a nc o m ed o n es i g n i f i c a n t l yv i at h ea n t i e l e c t r o m a g n e t i c s h i e l d i n gg a r m e n t sc o l l a r s ，c u f f s ，p l a c k e t sa n do t h e rk i n do fe x p o s u r e s t h i sr e s e a r c h i n d i c a t e s ：t h eg a r m e n t ss h i e l d i n ge f f e c t i v e n e s s c a l l tb es i m p l yc h a r a c t e r i z e db y f a b r i c ss h i e l d i n ge f f e c t i v e n e s s i no r d e rt o t e s ta b o v er e s u l t s ，t h i ss u b j e c tj o i n sa d v a n t a g e so fi n t e r n a t i o n a l b i g s a m p l em e t h o d a n d w i n d o wm e t h o d w h i c hh a sb e e ns u m m a r i z e dc o m p r e h e n s i v e l y a n dc r e a t e s f c lt e s tm e t h o do ff a b r i ca n dg a r m e n te l e c t r o m a g n e t i cs h i e l d i n g e f f e ：c t i v e n e s st e s t i n gs y s t e m s ot h a t ，f a b r i c sa n dg a r m e n t ss h i e l d i n ge f f e c t i v e n e s s c a nb ee v a l u a t e du n d e rt h es a m et e s t i n gc o n d i t i o n t h ep o i n tf r e q u e n c ye m i s s i o n sa r e t a k e ni n t ot h ew a v es i g n a ls o u r c ei nt h es y s t e m ，i n c l u d i n gm i d d l ea n dh i g hf r e q u e n c y b a n d t h e s ee l e c t r o m a g n e t i cr a d i a t i o ns o u r c e sa r et y p i c a lb a n d s ，a l m o s ta l lh o m e a p p l i a n c e sa n d c i v i l i a nl i v i n ge n v i r o n m e n t se l e c t r o m a g n e t i cf r e q u e n c yp o l l u t i o n s o u r c ea r ec o v e r e d t h ea n e c h o i cc h a m b e ri su s e di ne l e c t r o m a g n e t i cs i g n a la d a p t i n g u n i t w h i c hi sa b l et or e c e i v ea l la t t e n u a t i o n so fe l e c t r o m a g n e t i cw a v e ，t h e nc a l c u l a t e d t h ef a b r i ca n dg a r m e n t ss h i e l d i n ge f f e c t i v e n e s sb yc o n v e r s i o nf o r m u l a i nt h i s p a p e r , t h ee f f e c t i v e n e s s o fa l lk i n d sa n t i e l e c t r o m a g n e t i cg a r m e n t s a r e e v a l u a t e ds y s t e m a t i c a l l ya n di n d i c a t e s ：g a r m e n t s s h i e l d i n ge f f e c t i v e n e s sa r ec l o s e l y r e l a t e dt ot h eo p e n i n g s ，s u c ha ss l i t s ，a n df a b r i cp h y s i c a ls t a t e se t c r e l a t i v e l y , t h e s l i t so fg a r m e n ta r ef a t a la g a i n s to t h e rc o n d i t i o n s w e t t i n gf a b r i ch a sl o wf r e q u e n c y a t t e n u a t i o n h i g h e l f r e q u e n c ya t t e n u a t i o ni s n tn o t a b l e d i f f e r e n ts t y l e so fg a r m e n t so f s a m es h i e l d i n gf a b r i c s ，t h el i m i t e ds h i e l d i n ge f f e ：c t i v e n e s sw o u l dn o te x c e e ds i n g l e f a b r i c ss h i e l d i n ge f f e c t i v e n e s s t h em o r eo ft h ee x p o s u r ea r e a s ，t h el o w e ro ft h e s h i e l d i n ge f f e c t i v e n e s s ，f o re x a m p l e ，t h eg a r m e n t l i k ea p r o n s ，a l m o s tl o s ta n y s h i e l d i n ge f f e c t i v e n e s sp r o p e r t ya c t u a l l y t r a d i t i o n a l l y , p e o p l er e g a r da n t i - s t a t i ca n da n t ie l e c t r o m a g n e t i cp r o p e r t yo ff a b r i c s a s o n ep h y s i c a lp r o p e r t y i no r d e rt of i n do u tt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h i st w op r o p e r t i e s ， t h i sp a p e ra l s or e s e a r c ho nt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e no r g a n i cc o n d u c t i v ef i b e r sb l e n d e d y a m sc o n d u c t i v i t y a n de l e c t r o m a g n e t i cs h i e l d i n ge f f e c t i v e n e s s w h e no r g a n i c c o n d u c t i v ef i b e rc o n t e n to fy a mi su pt o4 t h ea n t i - s t a t i cp r o p e r t yo f i t sf a b r i ci s s a t i s f a c t o r y , w h i l et h es h i e l d i n ge f f e c t i v e n e s s i sm u c hl o w e r w h e nt h eo r g a n i c c o n d u c t i v ef i b e rc o n t e n tu pt o10 ，t h ee l e c t r o m a g n e t i cs h i e l d i n ge f f e c t i v e n e s si s m u c hl o w e rt h a nt h ef a b r i cc o n t e n to fs t a i n l e s ss t e e lf i b e ro fu pt o 10 ，w h i c h e l e c t r o m a g n e t i cs h i e l d i n ge f f e c t i v e n e s si sn o t a b l e k e yw o r d s ：e l e c t r o m a g n e t i cs h i e l d i n gf a b r i ca n dg a r m e n t ，e x p o s u r ea r e a ，s h i e l d i n g e f f e c t i v e n e s s ，m e t h o do ft e s t ， 目录 第一章绪论1 1 1 电磁场与电磁污染l 1 1 1 电磁场源种类2 1 1 2 人工辐射场源分类3 1 2 电磁波的生物效应4 1 2 1 电磁波对生物体的致热效应：4 1 2 2 非热效应5 1 3 电磁屏蔽织物与服装6 1 3 1 电磁屏蔽织物和防护服装6 1 3 2 电磁屏蔽织物生产技术：7 1 4 电磁屏蔽效能的测试技术现状1 2 1 4 1 “m i l s t d - 2 8 5 大样法”特性1 2 1 4 2 同轴测量法1 3 1 4 3 拱形法1 4 1 5 本课题的主要研究内容与目标1 5 第二章电磁屏蔽原理与效能1 7 2 1 电磁屏蔽基础理论1 7 2 1 1 电磁辐射传播特性1 7 2 1 2 电磁波分类与射频电磁场2 0 2 1 3 电磁屏蔽原理2 3 2 2 理想球面屏蔽体的屏蔽效能2 6 2 2 1 研究模型2 6 2 2 2 影响屏蔽体内部场强的因素2 6 2 2 3 理想球面屏蔽体内磁场屏蔽2 8 2 2 4 屏蔽体内电磁衰减原理2 9 2 3 球面电磁屏蔽体内部效能的计算3 9 2 3 1 求解模型3 9 2 3 2 矢量磁位表达式4 0 2 3 3 结果验证4 1 2 3 4 计算实例4 1 2 3 5 计算结果分析二4 4 2 4 服装屏蔽效能内在影响因素分析j 4 4 2 4 1 服装织物屏蔽效能4 4 2 4 2 服装开口和狭缝对服装屏蔽效能的影响4 7 2 5 小结4 7 第三章测试系统的开发4 9 3 1 电场与磁场强度的测定4 9 3 1 1 测量天线选择4 9 3 1 2 仪表量程5 0 3 2 小天线的输入阻抗和有效长度5 0 3 2 1 小天线输入的阻抗5 0 3 2 2 小天线的有效长度。5 1 3 3 高频电磁场近区场强测量仪的选定5 2 3 3 1 工作原理5 2 3 3 2 技术指标：一5 2 3 3 3 电场探头的选定。：5 3 3 3 4 整流与滤波电路的选用5 4 3 3 5 频率响应5 5 3 3 6 磁场探头的选择5 6 3 3 7 场强仪的表体。5 6 3 4 “大样开窗法”测试系统的建立5 8 3 4 1 测试原理5 8 3 4 2 测试窗及尺寸6 0 3 4 3 主要仪器设备的选择6 0 3 4 4 系统误差分析6 1 3 5 小结6 2 第四章测试原理与方法6 3 4 1 “大样开窗法”的原理和测试范围6 3 4 1 1 原理与术语6 3 4 1 2 测试目的及范围6 3 4 1 3 设备及材料6 4 4 1 4 取样“ 4 1 5 测试程序6 5 4 1 6 测试结果计算6 6 4 1 7 测试报告6 7 4 2 织物屏蔽效能小同轴测试方法i 。6 7 4 2 1 测量装置6 7 4 2 2 测量原理6 7 4 - 3 实验环境与安全6 9 4 4 ，j 、结6 9 第五章屏蔽效能测试结果与分析7 1 5 1 织物物理状态对屏蔽效能的影响一7 1 5 1 1 开口对屏蔽织物效能的影响7 1 5 1 2 缝隙对织物屏蔽效能的影响7 6 5 1 3 织物干湿状态对织物屏蔽效能的影响7 9 5 1 4 洗涤对织物屏蔽效能的影响8 l 5 2 服装暴露面积对其屏蔽效能的影响8 3 5 2 1 不同织物模拟不同款式服装效能测试8 3 5 2 2 同一织物制成不同款式服装效能测试8 5 5 3 有机导电短纤维混纺纱的导电及其织物屏蔽效能9 0 5 3 1 有机导电纤维的发展历程9 0 5 3 2 有机导电纤维混纺纱抗静电防辐射实验9 1 5 4 防电磁辐射服装屏蔽效能的评价9 6 5 5 小结9 8 第六章结论与展望一1 0 1 6 1 结论10 1 6 2 展望10 2 参考文献10 3 攻读博士学位期间承担的科研工作和发表论文与专利情况1 0 9 致谢一11l i l l 第一章绪论 第一章绪论 纺织品的功能性日益受到业界和广大消费者的重视。电磁屏蔽纺织品服装已 经超越劳动保护服装的特殊用途，成为大众消费品走进日常生活。但是，由于国 内外一直以来没有统一的检测标准，市场的防电磁辐射纺织品服装得不到有效的 质量认证，存在商家夸大防护功能，误导消费者的现象。另外，当前行业内通行 的做法是用服装面料的屏蔽效能来表征服装的屏蔽效能是不科学的，电磁屏蔽面 料制成服装后，电磁屏蔽效能受服装款式的影响巨大。因此，研究纺织品服装的 屏蔽效能，建立科学的测试系统和方法对指导电磁屏蔽纺织品服装的开发和规范 市场具有重要意义。 1 1 电磁场与电磁污染 浩瀚的宇宙空间充满电磁波，人类实际生活在电波的“海洋”里。如太空及 地面发出的各种辐射：太阳风、x 一射线、紫外线、光辐射、红外线辐射、高频 贺低频电磁辐射、以及其他形式的宇宙射线等n ，。电磁波与人类关系极为密切， 它在极其广泛地为人类服务，电磁场中存储有能量，可以实现能量转换，信息传 递，目标探测，疾病诊断和治疗，交通运输，感应加热，介质加热等工作目的【2 】。 然而，在电子技术与电磁波应用技术高速发展的同时，也带来了电磁波污染【3 】， 电磁学专家形象地用“电子烟雾”表达电磁波辐射与电磁能量的泄漏，以及由此而 造成的污染。电磁污染在一定程度也给人类带来麻烦，甚至危害着人类的健康。 自从第二次世界大战以来，微波已经蔓延到整个地球上空，微波源在以惊人的速 度增长，人类置身于电子烟雾之中已经没有藏身之地。 上世纪4 0 年代，前苏联和美国的一些操纵电子理疗设备的人员感觉到身体 出现某些不适症状，作业时间一长普遍感到头痛头昏、失眠多梦、四肢无力、白 血球总数升高等症状，开始着手研究电磁辐射对机体危害与防护问题。研究发现： 一定强度的电磁辐射不仅直接影响到各个领域中电子设备的正常工作，使之信息 失误、控制失灵，更为严重的是：大强度的电磁辐射长期作用可使人体健康受到 不同程度的危掣4 。 目前，用于远距离输电的高压电线，对人体的新陈代谢可以产生明显的影响。 联邦德国的一些医学工作者，曾发现一些“神秘”死亡的儿童大都是住在靠近高压 天津工业大学博十学位论文 电线和电气化铁道的地方，死亡的真正原因怀疑是电磁污染所致【5 】。 对于生活在现代城市中的居民，要想避免电磁波的辐射是很困难的，越来越 多的家用电器使人的身体必然暴露在同一频段的低强度的电磁辐射环境中。当 然，也不必恐慌，根据国家标准的要求，家用电器的辐射标准是有限定的，一般 来说家庭环境中的电磁辐射强度会低于安全极限值，是基本安全的。但对于特殊 人群或敏感人群，如心脏病人，孕妇和儿童，以及在特殊环境下，电磁辐射对他 们的危害还是存在的，采用一定的防护手段也是必要的。 1 1 1 电磁场源种类 电磁场污染源主要包括两大类，即自然电磁场与人工电磁场源。自然电磁场 源来自于自然界，是由自然界某些自然现象所引起的。由于自然界发生某些变化， 常常在大气层中引起电荷的电离，发生电荷的蓄积，当达到一定程度后引起火花 放电，火花放电频带很宽，它可以从几千赫一直到几百兆赫，乃至更高频率。人 工电磁场污染源产生于人- r n 造的若干系统、电子设备与电气装置。人工电磁场 源按频率不同又可分为工频场源与射频场源。工频杂波场源中，以大轴功率输电 线路所产生的电磁污染为主，同时也包括若干种放电型场源。射频场源主要指由 于无线电设备或射频设备工作过程中所产生的电磁感应与电磁辐射。电磁场源可 用表1 1 与表1 2 说明： 表1 - 1 自然电磁场分类i l 】 、 电磁场分类来源 大气与空气污染 自然界的火花放电、雷电、台风、寒冷雪飘、火山喷发 太阳电磁场源太阳的黑点活动与黑体放射 宇宙电磁场源银河系恒星的爆发、宇宙间电子移动 2 第一章绪论 表卜2 人工型电磁场污染源分类 分类 设备名称污染源与部件 一 由于高电压、大电流引起静电感应、 放 电晕放电电力线( 送配电线) 电磁感应、大地漏泄电流所造成 一 电 辉光放电放电管白光灯、高压水银灯及其他放电管 所 致 场 弧光放电开关、电气铁道、放电管点火系统、发电机、整流装置 源 电气设备、发动机、冷藏 火花放电整流器、发电机、放电管点火系统 车、汽车 大功率输电线、电气设污染来自高电压、大电流的电力线 工频感应场源 备、电气铁道场电气设备 广播、电视与通风设备的振动与发 无线电发射器、雷达 射系统 高频加热设备、热合机、工业用射频利用设备的工作电路与 射频辐射场源 微波干燥机 。 振荡系统 医学用射频利用设备的工作电路与 理疗机、治疗机 振荡系统 微波炉、电脑、电磁灶、 家用电器功率源为主 电热毯 移动通信设备手机、小灵通、对讲机 天线为主 高层楼群以及大的金属 建筑物反射墙壁、钢筋、吊车 构件 1 1 2 人工辐射场源分类 人为辐射的产生的电磁源、产生的时间和地区以及频率分布特性是多种多样 的。若根据频段划分，对环境构成污染的主要划分为：工频，以大轴功率输送架 空线和变配电站为主；射频，主要包括工、科、压射频设备、广播电视发射系统、 雷达系统及微波加热系统；射频段还包括通信设施，比如手机；办公设备，比如 电脑；家用电器，诸如微波炉、电磁炉、电热毯等等。由于上述设施，功率大， 辐射强度大，因而往往在其过程中，会对一定范围的环境构成了污染。 电磁污染的定义：当电磁辐射( 或电磁感应) 场强度达到一定量值时，有可 能对人体或生物体产生负面效应，造成不良影响与危害，或未达到危害人体，但 干扰了正常通讯等均构成电磁污染。 电磁辐射污染对人体的损害主要有三类：一是对人体直接致病损害；二是导 致胎儿畸形；三是导致遗传物质，细胞或基因发生突变，造成潜在损害。 3 天津工业大学博士学位论文 1 2 电磁波的生物效应 到目前为止，电磁辐射对生物体的作用机制，大体上分为热效应与非热效应 两类，用图1 - i 标出则方便于分析、研究。 圆 | 黼l l 菲涨 圆l 兰兰竺塾| 睁理力孝姚i 7 1 、二 l 洋谰l 细簏电位致麦l ! l 怒 压 l 篼豫l 陟寻空阅灞泼晒霰子趸匐及援蕊蓬劝i 、 电 导 l i| 细赡嬲燃翔雅效壹l 效 电 挂 应 效 睫动加速l ，i 蜜宇甲 降荛膜通过性改变| 恒 隆物生仡活饕挂敌变l ，陂质颗 l 鬣羹饭性大分子形戒i j i7 jx ? ? j 圈降燃l 图1 1 电磁辐射生物效应作用原理m 1 电磁辐射的危害分为电离辐射与非电离辐射两类危害，本章阐述非电离辐射 危害。从频率概念来讲主要是指工频场与射频电磁场频段。工频场与电磁场的场 强度达到足够限度时，能对人体发生作用。从事射频作业时，直接对身体产生作 用的不是射频电流本身的接触作用，而是由于电磁辐射作用的结果。机体处在射 频电磁场的作用下，能吸收一定的辐射能量发生生物学作用，主要是热作用【7 j 。 电磁辐射是从事各种射频作业的外界环境中的特定性因素。除热效应之外，还能 产生另一种非热效应。 1 2 1 电磁波对生物体的致热效应 由于电磁场方向变化极快，致使偶极子发生迅速的取向作用。在取向过程， 偶极子与周围分子发生剧烈碰撞而产生大量的热。所以，当机体处在电磁场中时， 人体内的分子发生重新排列。分子在排列过程中的相互碰撞摩擦，消耗了场能而 转化热能，引起热作用。此外，体内还有电介质溶液，其中的离子因受到场力 作用而发生位置变化，当频率很高时将在其平衡位置振动，也能使电介质发热； 同时，体内的某些万分为导体，比如体液等，在不同程度上具有闭合回路的性质， 4 第一章绪论 这样在电磁场作用下尚可产生局部性感应涡流而导致生热。由于体内各个组织的 导电性能不同，电磁场对机体各个组织的热作用也不一样。通过上述关于作用机 理的分析看出：电磁场强度愈大，分子运动将场能转化为热能的量值愈大，身体 热作用就愈明显剧烈。电磁场对人体的作用程度是与场强度成正比的。因此，当 电磁场的辐射强度在一定量值范围内，它可以