家電電磁輻射及其衰減規(guī)律Matlab擬合

李杭蕓++李健

摘 要：本文通過(guò)測(cè)量微波爐、電磁灶、保健腳爐等家電隨測(cè)距衰減的電、磁場(chǎng)強(qiáng)度，同時(shí)利用Matlab軟件對(duì)測(cè)值進(jìn)行衰減規(guī)律擬合，提出安全防護(hù)距離和擬合方法。參照《電磁環(huán)境控制限值》規(guī)范，家電電磁輻射強(qiáng)度近距離時(shí)普遍超標(biāo)，但隨測(cè)距增大，強(qiáng)度迅速衰減直至達(dá)標(biāo)；利用Matlab軟件擬合工具箱Cftool，可實(shí)現(xiàn)電磁輻射強(qiáng)度衰減規(guī)律的多項(xiàng)式曲線擬合，擬合度較高。

關(guān)鍵詞：家電 電磁輻射 衰減 Matlab Cftool

中圖分類號(hào)：O44 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）11（a）-0115-05

眾所周知，微波爐、電磁灶等家用電器使用時(shí)，會(huì)在其周圍產(chǎn)生不同程度的電磁輻射。已有研究表明，高強(qiáng)度的電磁輻射會(huì)使生物組織產(chǎn)生電解質(zhì)振動(dòng)、感應(yīng)電渦流而使組織產(chǎn)熱升溫，導(dǎo)致器官組織和臟器的損害。低強(qiáng)度的電磁輻射雖然不會(huì)引起生物組織升溫，但長(zhǎng)時(shí)間照射會(huì)引起神經(jīng)系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)等功能改變，導(dǎo)致身體不適。如今電磁輻射作為四大污染源之一，甚至比大氣污染與水污染帶來(lái)的危害更加嚴(yán)重。

本文對(duì)部分家用電器進(jìn)行電磁輻射強(qiáng)度測(cè)量，利用軟件對(duì)電磁輻射強(qiáng)度的衰減規(guī)律進(jìn)行擬合分析，參照國(guó)家現(xiàn)行相關(guān)環(huán)境保護(hù)規(guī)范，確定電磁輻射的安全防護(hù)距離，對(duì)于公眾減免電磁輻射污染帶來(lái)的損害具有積極意義。

1 測(cè)量對(duì)象、方法和結(jié)果

1.1 測(cè)量對(duì)象

擬測(cè)量對(duì)象包括日常使用的微波爐、電磁灶和保健腳爐。產(chǎn)品特征分別為：廣東美的微波爐制造有限公司生產(chǎn)的微波爐（型號(hào)EG720kG4-NA），測(cè)試狀態(tài)功率為700W，工作頻率為2450MHz；杭州九陽(yáng)生活電器有限公司生產(chǎn)的電磁灶（型號(hào)C21-SK805），測(cè)試狀態(tài)功率為2100W，工作頻率為20～30kHz；天津市百利保健設(shè)備有限公司生產(chǎn)的紅外磁脈沖腳爐（型號(hào)CR-D），測(cè)試狀態(tài)功率為65W。

1.2 測(cè)量方法

國(guó)際電工委員會(huì)于2005年頒布的IEC 62233《家用及類似用途器具-電磁場(chǎng)-評(píng)估及測(cè)量方法》規(guī)定了電磁場(chǎng)的測(cè)量方法，本次測(cè)量器具為其規(guī)定的電磁傳感器，具體為北京龍震天電子儀器有限公司生產(chǎn)的電磁輻射測(cè)試儀（型號(hào)LZT-1000），電場(chǎng)量程：1～1999V/m，磁場(chǎng)量程0.01～19.99μT，電場(chǎng)精度為1V/m，磁場(chǎng)精度0.01μT。

測(cè)量時(shí)，若測(cè)值穩(wěn)定則記錄其均值，若測(cè)值變化，則取其可重復(fù)測(cè)出的最大值。微波爐測(cè)量距離為正面測(cè)距，電磁灶和腳爐測(cè)量距離為其上方測(cè)距。

1.3 測(cè)量結(jié)果

經(jīng)測(cè)量，微波爐、電磁灶、磁脈沖腳爐的電場(chǎng)強(qiáng)度見表1～3，磁場(chǎng)強(qiáng)度見表4～6。

2 電磁輻射衰減規(guī)律的Matlab軟件擬合

從前述測(cè)量結(jié)果分析，電磁輻射強(qiáng)度與測(cè)量距離成反比，且電場(chǎng)強(qiáng)度隨測(cè)量距離的衰減速度大于磁場(chǎng)強(qiáng)度隨測(cè)量距離的衰減速度，一般很快就衰減至40V/m內(nèi)，但究竟兩者呈何規(guī)律衰減，不得而知，因此本文擬采用Matlab軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合分析。

Matlab是美國(guó)MathWork公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，作為國(guó)際學(xué)術(shù)界公認(rèn)的一種準(zhǔn)確、可靠的科學(xué)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)軟件，它具有效率高、使用方便、擴(kuò)充能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，該軟件自帶有數(shù)據(jù)擬合工具Cftool，可以十分方便地用于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析擬合。

2.1 擬合過(guò)程

下面以微波爐電場(chǎng)強(qiáng)度數(shù)據(jù)擬合為例，說(shuō)明擬合方法。

首先將測(cè)量距離、電場(chǎng)強(qiáng)度數(shù)據(jù)作為x、y變量導(dǎo)入，調(diào)用Cftool工具箱，選取需擬合數(shù)據(jù)，選擇擬合曲線的類型。Cftool主要有Exponential（指數(shù)）、Fourier（傅立葉）、Gaussian（高斯）、Interpolant（插值）、Polynomial（多項(xiàng)式）等多種擬合類型，考慮電場(chǎng)強(qiáng)度與距離大致呈非線性衰減規(guī)律，擬選用較適合的Polynomial（多項(xiàng)式）進(jìn)行擬合。

非線性關(guān)系進(jìn)行Polynomial（多項(xiàng)式）擬合時(shí)，依次選二階、三階、四階、五階擬合，直至達(dá)到較高的擬合度為止，即R-square（復(fù)相關(guān)系數(shù)）越大越好，Sse（誤差平方和）越小越好。

經(jīng)擬合，二階、三階、四階、五階多項(xiàng)式的對(duì)應(yīng)復(fù)相關(guān)系數(shù)分別為0.8568、0.9444、0.988、0.9973，誤差平方和分別為1.767e5、6.859e4、1.476e4、3351，上述結(jié)果表明五階多項(xiàng)式擬合的復(fù)相關(guān)系數(shù)達(dá)0.99以上，擬合度高，因此確定微波爐電場(chǎng)強(qiáng)度衰減曲線為五階多項(xiàng)式擬合。

2.2 擬合結(jié)果

按前述擬合方法，微波爐、電磁灶、紅外磁脈沖腳爐的電場(chǎng)強(qiáng)度衰減擬合結(jié)果見圖1～3，磁場(chǎng)強(qiáng)度衰減擬合結(jié)果見圖4～6，各情形擬合特征匯總見表7。

3 安全防護(hù)距離

目前我國(guó)現(xiàn)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)為《電磁環(huán)境控制限值》（GB 8702-2014），替代《電磁輻射防護(hù)規(guī)定》（GB 8702-88）和《環(huán)境電磁波衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB 9175-88），該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了電磁環(huán)境中控制公眾曝露的電場(chǎng)、磁場(chǎng)、電磁場(chǎng)（1～300MHz）的場(chǎng)量限值，適用于電磁環(huán)境中控制公眾曝露的評(píng)價(jià)與管理，但“不適用于控制無(wú)線終端、家用電器等對(duì)使用者曝露的評(píng)價(jià)與管理”，鑒于家用電器的電磁環(huán)境無(wú)其它標(biāo)準(zhǔn)可參考，且其電磁場(chǎng)特征與該標(biāo)準(zhǔn)所指電磁場(chǎng)無(wú)實(shí)質(zhì)性差別，因此家用電器的電磁場(chǎng)量限值可參照GB 8702-2014確定。

本次測(cè)量對(duì)象微波爐、電磁灶、腳爐等頻率均在0.1～3MHz內(nèi)，根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)應(yīng)的公眾曝露控制限值為：電場(chǎng)強(qiáng)度應(yīng)小于40V/m，磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)小于0.12μT，根據(jù)前述測(cè)量結(jié)果，所測(cè)微波爐、電磁灶、腳爐的電場(chǎng)防護(hù)距離分別為：9cm、6cm、25cm，磁場(chǎng)防護(hù)距離分別為：57cm、60cm、33cm。

因此在日常生活中，為減免家用電器電磁輻射問(wèn)題，除了避免長(zhǎng)時(shí)間使用易產(chǎn)生電磁波的家用電器外，還應(yīng)注意與家用電器保持一定的安全防護(hù)距離。

4 結(jié)語(yǔ)

從前述測(cè)量結(jié)果來(lái)看，在較近測(cè)距時(shí)，微波爐、電磁灶、腳爐等家電的電磁輻射強(qiáng)度普遍存在超控制限值問(wèn)題，但隨距離增大，電磁強(qiáng)度快速衰減。參照《電磁環(huán)境控制限值》（GB 8702-2014），一般在25cm外可滿足電場(chǎng)限值要求、60cm外可滿足磁場(chǎng)限值要求。

利用Matlab軟件自帶的擬合工具箱Cftool，可方便地對(duì)電磁輻射強(qiáng)度衰減規(guī)律進(jìn)行多項(xiàng)式擬合，一般多項(xiàng)式在4階、5階時(shí)，即能實(shí)現(xiàn)復(fù)相關(guān)系數(shù)0.99以上的擬合，擬合度較高，為進(jìn)一步研究電磁場(chǎng)衰減規(guī)律提供了一種數(shù)據(jù)處理途徑。

參考文獻(xiàn)

[1] 姜姝.電磁輻射污染及環(huán)境保護(hù)研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)， 2016（19）：83-84.

[2] 吳洪清，馮海杰.家用電器電磁場(chǎng)輻射測(cè)量方法的分析[J].家電科技，2015（2）：39-40.

[3] 劉文峰，張敏剛，李蒙.基于Matlab的磁測(cè)量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法研究[J].太原科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2016（3）：224-228.endprint