葉秋儀 王海 鄧正泉 梁玲金

（廣州市標(biāo)準(zhǔn)化研究院）

兒童智能手表電磁輻射分析1）

葉秋儀 王海 鄧正泉 梁玲金

（廣州市標(biāo)準(zhǔn)化研究院）

兒童智能手表作為一款新型的消費(fèi)類電子產(chǎn)品，目前尚無相應(yīng)的國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品潛在的質(zhì)量安全問題受到社會(huì)普遍關(guān)注。論文著重分析了兒童智能手表的電磁輻射，參考手機(jī)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)比分析了國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)的差異，選購了20批次產(chǎn)品，模擬兒童智能手表的實(shí)際通話場(chǎng)景，測(cè)量了兒童智能手表SAR值。

兒童智能手表 電磁輻射

1 前言

智能硬件在傳統(tǒng)消費(fèi)類電子產(chǎn)品中的應(yīng)用，產(chǎn)生了智能可穿戴設(shè)備等新型電子產(chǎn)品。根據(jù)中國信息通信研究院發(fā)布的《移動(dòng)智能終端暨智能硬件白皮書（2016）》[1]顯示，2015年，全球智能可穿戴設(shè)備出貨量約為7800 萬件，同比增長 171.6%。目前，市場(chǎng)上智能可穿戴設(shè)備主要為智能手環(huán)和智能手表，智能手環(huán)的主要功能為運(yùn)動(dòng)健康，智能手表在產(chǎn)品功能上則包含運(yùn)動(dòng)健康、兒童安全、老人護(hù)理三大領(lǐng)域。

兒童丟失一直是社會(huì)輿論關(guān)注的熱點(diǎn)，據(jù)中國之聲《央廣夜新聞》報(bào)道[2]，按照不同的統(tǒng)計(jì)數(shù)字，中國每年的失蹤兒童不完全統(tǒng)計(jì)有20萬人左右，找回來的大概只占到0.1%。兒童智能手表作為一款主打兒童安全的產(chǎn)品，其提供的定位、通話、電子圍欄、歷史軌跡等功能為家長實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)孩子的活動(dòng)提供了可能，該類產(chǎn)品也在近年得到了熱銷。

作為一類新興產(chǎn)品，兒童智能手表出現(xiàn)為家長監(jiān)護(hù)孩子提供了許多幫助，但由于該產(chǎn)品正處于產(chǎn)業(yè)發(fā)展的初期，相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)與法規(guī)尚不完善，產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，關(guān)于兒童智能手表的安全問題在近年中一度成為輿論的熱點(diǎn)，如電磁輻射、信息安全等。本文就社會(huì)普遍關(guān)注的兒童智能手表電磁輻射的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析，并購置了部分樣品做測(cè)試測(cè)量。

2 兒童智能手表產(chǎn)品分析

兒童智能手表通常由主控模塊、GPS模塊、GSM模塊、Wifi模塊、RFID、電源、藍(lán)牙、傳感器等部件構(gòu)成，其示意圖如圖1所示。主控模塊是手表的核心部件，用于接收與處理各部件信號(hào)；GPS、LBS（GSM模塊）、Wifi模塊構(gòu)成多重定位系統(tǒng)，根據(jù)信號(hào)的強(qiáng)弱自動(dòng)選擇定位方式。

圖1 兒童智能手表構(gòu)造示意圖

兒童智能手表電磁輻射主要來源于GSM模塊，該模塊是2G電話通訊系統(tǒng)，會(huì)進(jìn)行信號(hào)的收發(fā)，因而會(huì)向外輻射信號(hào)，其輻射強(qiáng)度與發(fā)射功率相關(guān)。我國GSM系統(tǒng)主要包括900MHz和1800MHz兩個(gè)工作頻段，通常的GSM終端都支持在這兩個(gè)頻段間自由切換。GSM協(xié)議規(guī)定，終端發(fā)射功率是可以被基站控制的，采用GSM的終端在使用時(shí)，如果遇到遠(yuǎn)離基站，或者處于無線陰影區(qū)時(shí)，基站可以命令終端發(fā)出較大功率，一般最大的功率可能會(huì)達(dá)到2W。如果遇到終端離基站很近，且無任何遮擋物時(shí)，基站可以命令終端發(fā)出較小功率，最小功率為3.2mW[3]。

3 電磁輻射

現(xiàn)有的研究成果表明，長時(shí)間的電磁輻射可引起細(xì)胞形態(tài)和功能的改變，影響生物大分子(包括DNA、RNA 和蛋白質(zhì))的合成、細(xì)胞的增殖和分化[4]。頻率范圍10MHz～300GHz，發(fā)熱是吸收電磁能量的主要效果，溫度升高超過1℃～2℃會(huì)產(chǎn)生很多生理效應(yīng)，這些效應(yīng)包括：神經(jīng)和神經(jīng)肌肉功能發(fā)生變化、血—腦屏障滲透性增強(qiáng)、視覺機(jī)能障礙（晶狀體混濁和角膜異常）、與應(yīng)激有關(guān)的免疫系統(tǒng)變化、血液變化、致畸性及細(xì)胞形態(tài)、水和電解液以及細(xì)胞膜機(jī)能發(fā)生變化[5]。且在局部暴露的情況下，某些敏感組織會(huì)首先受到損傷。

電磁輻射對(duì)人體的影響一般考慮的是熱效應(yīng)，由于人體各種器官均為有耗介質(zhì)，在外界電磁場(chǎng)的作用下體內(nèi)將產(chǎn)生感應(yīng)電磁場(chǎng)，體內(nèi)感應(yīng)電磁場(chǎng)將會(huì)產(chǎn)生電流，導(dǎo)致吸收和耗散電磁能量，用SAR（Specific Absorption Rate，比吸收率）來衡量熱效應(yīng)的大小。

SAR表示生物組織單位時(shí)間（dt）單位質(zhì)量（dm或ρdV）所吸收的電磁波能量，單位為W/kg，可用下式表示[6]：

式中：

E——組織中電場(chǎng)強(qiáng)度的有效值，V/m；

σ——機(jī)體組織的電導(dǎo)率，S/m；

ρ——機(jī)體組織的密度，kg/m3；

ch——機(jī)體組織的熱容量，J/（kg·K）；

從式（1）可以看出，測(cè)量SAR值可以通過測(cè)量場(chǎng)強(qiáng)分布或溫度變化進(jìn)行評(píng)估。但通過測(cè)量溫升的方法進(jìn)行SAR評(píng)估很難進(jìn)行，誤差很大。因此，目前國際上普遍采用電場(chǎng)探頭測(cè)量場(chǎng)強(qiáng)分布來進(jìn)行SAR評(píng)估，以取得更高的測(cè)量精度。

4 相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)分析

目前我國尚未發(fā)布兒童智能手表相應(yīng)的國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品也未納入到3C強(qiáng)制性認(rèn)證目錄中，部分企業(yè)以 “多媒體終端”或“兒童智能手機(jī)”等名稱，將兒童智能手表產(chǎn)品歸為音視頻類或通訊類產(chǎn)品來申請(qǐng) CCC 認(rèn)證。

兒童智能手表的通訊系統(tǒng)是仿照手機(jī)設(shè)計(jì)的，因而手機(jī)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)可以作為參照。在我國，《電信設(shè)備進(jìn)網(wǎng)管理辦法》第八條中規(guī)定，申請(qǐng)電信設(shè)備進(jìn)網(wǎng)許可應(yīng)該提供“檢測(cè)報(bào)告或產(chǎn)品認(rèn)證證書”及“無線電發(fā)射設(shè)備型號(hào)核準(zhǔn)證”。因此，手機(jī)獲得電信設(shè)備進(jìn)網(wǎng)許可證需要符合GB 21288—2007《移動(dòng)電話電磁輻射局部暴露限值》關(guān)于靠近頭部的移動(dòng)電話暴露限值，即2W/kg。

在測(cè)試方法上，電磁輻射的檢測(cè)通常分為兩類，一類是檢測(cè)比吸收率，另一類是檢測(cè)功率密度。GB/T 28446.1—2012《手持和身體佩戴使用的無線通信設(shè)備對(duì)人體的電磁照射 人體模型、儀器和規(guī)程 第1部分：靠近耳邊使用的手持式無線通信設(shè)備的SAR評(píng)估規(guī)程（頻率范圍300MHz～3GHz）》為靠近耳邊使用的無線通信設(shè)備SAR評(píng)估規(guī)程，該標(biāo)準(zhǔn)等同采用了IEC 62209-1：2005，是GB 21288—2007的測(cè)量方法標(biāo)準(zhǔn)；YD/T 1644.2—2011《手持和身體佩戴使用的無線通信設(shè)備對(duì)人體的電磁照射 人體模型、儀器和規(guī)程 第2部分：靠近身體使用的無線通信設(shè)備的比吸收率（SAR）評(píng)估規(guī)程（頻率范圍30MHz～6GHz）》等同采用了IEC 62209-2：2010，適用于靠近人體且發(fā)射距離不大于200mm的無線通信設(shè)備，包括置于臉部前和身體佩戴式等方式，該標(biāo)準(zhǔn)仍然是對(duì)SAR的評(píng)估規(guī)程。GB 8702—2014《電磁環(huán)境控制限值》對(duì)于電磁輻射的檢測(cè)是功率密度，該標(biāo)準(zhǔn)適用范圍為公眾暴露。由于兒童智能手表在使用時(shí)為靠近頭部或身體，應(yīng)為局部暴露，故在檢測(cè)兒童智能手表對(duì)人體的電磁輻射時(shí)，應(yīng)測(cè)量比吸收率。

在電磁輻射限制值的設(shè)定方面，國際非電離輻射防護(hù)委員會(huì)（ICNIRP）做了大量貢獻(xiàn)，其發(fā)布的導(dǎo)則《限制時(shí)變電場(chǎng)、磁場(chǎng)和電磁場(chǎng)暴露的導(dǎo)則（300 GHz以下）》從劑量、生物效應(yīng)、流行病學(xué)三個(gè)方面分析了學(xué)術(shù)界對(duì)SAR值的研究成果，指出個(gè)體暴露在一般環(huán)境條件下，全身SAR值大約為4W/kg的場(chǎng)中約30分鐘就會(huì)導(dǎo)致身體溫度升高1℃。在此基礎(chǔ)上，采用10倍的安全系數(shù)作為職業(yè)人群的暴露限值，即0.4 W/kg；公眾暴露則采用了額外的安全系數(shù)5，故全身平均SAR值為0.08 W/kg。對(duì)于局部暴露，ICNIRP 規(guī)定頭部和軀干限值為2 W/kg，肢體為4 W/kg[7]。

在美國，聯(lián)邦法典47CFR Part2.1093、FCC OET Bulletin 65 Supplement C、ANSI/IEEE C95.1中， 對(duì)無線電設(shè)備的電磁輻射均做了限值要求，頭部和身體為1.6W/kg（1g），四肢為4.0W/kg（10g）。IEEE 1528—2013為靠近頭部的峰值空間平均SAR值的測(cè)試規(guī)程，KDB 447498 D01為靠近身體的測(cè)試規(guī)程，要求對(duì)于佩戴在身體上的設(shè)備測(cè)量SAR值時(shí)最小距離應(yīng)不超過5mm。

歐盟的輻射暴露法規(guī)源自于國際電工委員會(huì)（IEC），EN 50566：2013對(duì)無線電設(shè)備的電磁輻射做了限值要求，其中規(guī)定頭部和身體限值為2.0W/kg（取10g），四肢為4.0W/kg（取10g）。在測(cè)試方法上，采用EN 62209-1：2006進(jìn)行靠近頭部的測(cè)試，采用EN 62209-2：2010進(jìn)行靠近四肢的測(cè)試。

我國和歐美國家在SAR限值對(duì)比如表1所示，我國只對(duì)頭部有限值，對(duì)身體和四肢無限值，而歐美國家均設(shè)定了相應(yīng)的限值，且頭部和身體部位較四肢更為嚴(yán)格。這是因?yàn)榭紤]到頭部和身體的軟組織較多，且分布著重要的人體器官，所以頭部和身體相較于四肢更易遭受電磁輻射的危害。從表中可以看出，美國關(guān)于SAR值的限定更為嚴(yán)格，對(duì)頭部和身體的限值不僅數(shù)值更小，而且也采用了更為嚴(yán)格的數(shù)值處理辦法——1g，也即通過1g立方塊所吸收的電磁功率大小來計(jì)算量化到1kg的吸收值，由于人體組織液對(duì)電磁波的吸收和耗散，1g 的立方塊內(nèi)往往電磁功率強(qiáng)度相對(duì)集中。

表1 我國和歐美國家SAR限值對(duì)比

5 測(cè)試分析

電磁輻射的測(cè)量原理為：使用人體仿真模型，充入人體特性相同的人體模擬液；裝上近場(chǎng)測(cè)量用的探頭，測(cè)量人體模型內(nèi)面的電場(chǎng)強(qiáng)度的分布；根據(jù)式（1），通過測(cè)量出的電場(chǎng)強(qiáng)度的分布來計(jì)算出SAR的平均值[8]。

在測(cè)量設(shè)備上，由瑞士SPEAG公司生產(chǎn)的DASY5測(cè)試系統(tǒng)是目前市場(chǎng)上較為常用的比吸收率測(cè)試系統(tǒng)，如圖2所示，該系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集單元、電場(chǎng)探頭、探頭定位機(jī)械臂、測(cè)量環(huán)境場(chǎng)地、裝模擬液的人體模型、被測(cè)物、固定被測(cè)物夾具等部件。

圖2 DASY5測(cè)試系統(tǒng)

兒童智能手表的日常使用場(chǎng)景為：當(dāng)進(jìn)行語音通話時(shí)，是置于臉部前面的，如圖3所示，其他時(shí)間則是佩戴在手腕處。因此，采用的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為YD/T 1644.2—2011，根據(jù)要求，置于臉前式設(shè)備在距離模型表面25mm位置處進(jìn)行測(cè)試，如圖4所示為測(cè)試時(shí)的安裝圖；肢體佩戴式則采用緊貼模型的方式，如圖5所示。

圖3 兒童手表通話時(shí)的示意圖

圖4 置于臉前式測(cè)試定位

圖5 手腕佩戴式測(cè)試定位

本試驗(yàn)從網(wǎng)上和實(shí)體店共采集了20批次樣品，價(jià)格區(qū)間從幾十元到七百元，其中200元以下7批次，200～500元9批次，500元以上4批次，通過試驗(yàn)有效測(cè)得16批次產(chǎn)品在臉部前面和配戴在手腕上的電磁輻射值。結(jié)果顯示，16批次產(chǎn)品臉部前面的SAR均在2W/kg以下，手腕的SAR值均在4W/kg以下（測(cè)量結(jié)果只對(duì)本次樣品負(fù)責(zé)）。

6 結(jié)語

兒童智能手表作為可穿戴設(shè)備的一種，其從產(chǎn)生到高速增長時(shí)間較短，缺少相關(guān)國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范，生產(chǎn)制造門檻低，市場(chǎng)產(chǎn)品種類繁多，品質(zhì)不一。本文所分析的國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)，可作為國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)尚未發(fā)布前，產(chǎn)品測(cè)試的參考標(biāo)準(zhǔn)。

由于兒童智能手表是針對(duì)特殊群體且長時(shí)間佩戴的產(chǎn)品，而低強(qiáng)度電磁場(chǎng)下的暴露對(duì)健康可能造成的影響一直存在爭(zhēng)議，尤其是電磁輻射對(duì)兒童健康的影響，因此其產(chǎn)品質(zhì)量安全還難以評(píng)估。建議相關(guān)行業(yè)針對(duì)兒童智能手表，制定相應(yīng)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)電磁輻射的限值和測(cè)試要求做出明確的規(guī)定，以進(jìn)一步規(guī)范市場(chǎng)秩序。

對(duì)于消費(fèi)者，建議選擇進(jìn)行過3C認(rèn)證的產(chǎn)品，雖然兒童智能手表未納入3C認(rèn)證目錄，但從樣品分析來看，有實(shí)力的企業(yè)會(huì)將產(chǎn)品歸類到移動(dòng)電話類目進(jìn)行3C認(rèn)證，這類產(chǎn)品的輻射控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，正常使用風(fēng)險(xiǎn)較小。

[1]中國信息通信研究院.移動(dòng)智能終端暨智能硬件白皮書（2016年）[R/OL].[2016-10]. http://www.caict.ac.cn/ kxyj/qwfb/bps/201610/P020161027525277225001.pdf.

[2]我國每年約有20萬兒童失蹤 僅有0.1%能找回[EB/OL]. (2013-06-02)[ 2016-8-22]，中國廣播網(wǎng)，http://china. cnr.cn/yxw/201306/t20130602_512724290.shtml.

[3]李旸，逯貴禎. SM與CDMA手機(jī)輻射的比較[J]. 中國傳媒大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2008，15（2）：6-9.

[4]王長振，吳可，叢建波. 電磁輻射的生物學(xué)效應(yīng)及生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用[J]. 中華物理醫(yī)學(xué)與康復(fù)雜志，2003，25（1）：51-53.

[5]曹毅，童建.電磁輻射生物效應(yīng)研究綜述[J]. 環(huán)境與職業(yè)醫(yī)學(xué)，2007，24（2）：222-226.

[6]林浩.比吸收率（SAR）測(cè)量值的比對(duì)評(píng)估[J]. 現(xiàn)代電信科技，2012（3）：43-47.

[7]International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection. Exposure to high frequency electromagnetic fields, biological effects and health consequences (100 kHz-300 GHz)[ R/OL].[2009]. www.icnirp.org.

[8]中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì). YD/T 1644.2—2011手持和身體佩戴使用的無線通信設(shè)備對(duì)人體的電磁照射 人體模型、儀器和規(guī)程 第2部分：靠近身體使用的無線通信設(shè)備的比吸收率（SAR）評(píng)估規(guī)程（頻率范圍30MHz～6GHz）[S]. 北京：人民郵電出版社，2012.

Analyze Electromagnetic Radiation of Children's Smartwatch

Ye Qiuyi, Wang Hai, Deng Zhengquan, Liang Lingjin
( Guangzhou Institute of Standardization )

Children's smartwatch, as a new type of consumer electronic products, there is no corresponding national or industry standards currently, potential product quality and safety issues are widely concerned by the community. The article focuses on analyzing the electromagnetic radiation of children's smartwatch and the differences between domestic and international standards refer to the relevant standards of mobile phones. Measured the SAR value through simulating the actual call scene from the purchased 20 batches of children's smartwatch.

children's smartwatch, electromagnetic radiation

1）基金項(xiàng)目：廣州市標(biāo)準(zhǔn)化研究院科技項(xiàng)目（編號(hào)：GZISKJS201606）。