電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器和基本方法
1、電磁環(huán)境測(cè)量儀器
電磁環(huán)境的測(cè)量按測(cè)量場(chǎng)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)境的測(cè)量。按測(cè)量參數(shù)分為：電場(chǎng)強(qiáng)度、磁場(chǎng)強(qiáng)度、電磁場(chǎng)功率通量密度、無線電干擾等的測(cè)量。測(cè)量儀器根據(jù)測(cè)量目的分為：非選頻式寬帶輻射測(cè)量儀和選頻式輻射測(cè)量儀。
（1）非選頻式寬帶輻射測(cè)量儀
①偶極子和檢波二極管組成探頭：這類儀器由三個(gè)長為2～10cm的正交偶極子天線，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) 時(shí)（D-偶極子直徑，—偶極子長度），偶極子互耦可忽略不計(jì)；由于偶極子相互正交，將不依賴場(chǎng)的極化方向；探頭尺寸很小，對(duì)場(chǎng)的振動(dòng)擾動(dòng)也小，能分辨場(chǎng)的細(xì)微變化。根據(jù)雙錐天線理論，求得偶極子等效電容 、電感 ；
式中：—天線半徑；—偶極子截面積；—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)：
式中：—角頻率，—頻率；—天線縫隙電容和負(fù)載電容；—負(fù)載電阻。
當(dāng)三副正交偶極子組成探頭時(shí)，它可以分別接收 三個(gè)方向場(chǎng)分量，經(jīng)理論分析得出：
式中：—檢波器引入的常數(shù)；—偶極子與高頻感應(yīng)電壓間比例系數(shù)；—分別對(duì)應(yīng)于 三個(gè)方向的電場(chǎng)分量；—待測(cè)場(chǎng)的電場(chǎng)矢量。
為待測(cè)場(chǎng)的厄米特（Hermitian）幅度?？梢姡枚私悠椒铰商匦远O管的三維正交偶極子天線，總的直流輸出正比于待測(cè)場(chǎng)地平方，而功率密度亦正比于待測(cè)場(chǎng)的平方，因此經(jīng)過校準(zhǔn)后， 的值就等于待測(cè)電場(chǎng)的功率密度。如果電路中引入開平方電路，那么 值就等于待測(cè)電場(chǎng)強(qiáng)度值。偶極子的長度應(yīng)小于被測(cè)頻率的半波長。
②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(chǎng)測(cè)量探頭，提供了和熱電偶元件切線方向場(chǎng)強(qiáng)平方成正比的直流輸出。待測(cè)場(chǎng)強(qiáng)為 ，與極化無關(guān)。沿 三個(gè)方向分布的熱電偶元件尺寸應(yīng)小于工作頻率波長的1/4.避免諧振。
③磁場(chǎng)探頭：由三個(gè)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(shì)為：式中：N—環(huán)匝數(shù)；b—環(huán)半徑；H—待測(cè)場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度。
為了確保環(huán)境監(jiān)測(cè)的質(zhì)量，應(yīng)對(duì)這類儀器電性能提出基本要求：各向同性誤差dB；系統(tǒng)頻率響應(yīng)不均勻度dB；靈敏度0.5V/m；校準(zhǔn)精度dB 。
（2）選頻式輻射測(cè)量儀
這類儀器用于環(huán)境中低電平電場(chǎng)強(qiáng)度、電磁兼容、電磁干擾測(cè)量。除場(chǎng)強(qiáng)儀（或稱干擾場(chǎng)強(qiáng)儀）外，可用接收天線和頻譜儀或測(cè)試接收機(jī)組成的測(cè)量系統(tǒng)經(jīng)校準(zhǔn)后，用于環(huán)境電磁輻射測(cè)量。
①場(chǎng)強(qiáng)儀（干擾場(chǎng)強(qiáng)儀）：待測(cè)場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)值：
式中：K—天線校正系數(shù)，為頻率的函數(shù)，可由場(chǎng)強(qiáng)儀的使用說明文件查得。
當(dāng)被測(cè)場(chǎng)是脈沖信號(hào)時(shí)，不同帶寬對(duì)應(yīng)的值不同。此時(shí)需要?dú)w一化于MHz帶寬的場(chǎng)強(qiáng)值，即：式中：BW—選用帶寬，MHz；K、L值查表可得；—場(chǎng)強(qiáng)儀讀數(shù)。
測(cè)量寬帶信號(hào)環(huán)境輻射峰值場(chǎng)強(qiáng)時(shí)，要選用盡量寬的帶寬。相應(yīng)平均功率密度為：
式中： ——脈沖信號(hào)占空比， 和可以方便地計(jì)算出來。
②頻譜儀測(cè)量系統(tǒng)：測(cè)量系統(tǒng)工作原理和場(chǎng)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)須換算成對(duì)50 系統(tǒng)，場(chǎng)強(qiáng)值為：
③微波測(cè)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(cè)系統(tǒng)。扣除電纜損耗，功率密度可按下式計(jì)算： 式中： —天線增益（倍數(shù)）； —工作波長，cm； —數(shù)字幅度計(jì)讀數(shù)，dBm； ——0dB輸入功率，dBm。
用于環(huán)境電磁輻射測(cè)量的儀器各類較多，凡是用于EMC（電磁兼容）、EMI（電磁干擾）目的的測(cè)試接收機(jī)都可用于環(huán)境電磁輻射監(jiān)測(cè)。專用的環(huán)境電磁輻射監(jiān)測(cè)儀器，也可用上面介紹的方法組成測(cè)量裝置實(shí)施環(huán)境監(jiān)測(cè)。
2、電磁污染源監(jiān)測(cè)方法
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(cè)量記錄表應(yīng)注明環(huán)境溫度、相對(duì)濕度。
測(cè)量儀器：可使用各向同性響應(yīng)或有方向性電場(chǎng)探頭或磁場(chǎng)探頭的寬帶輻射測(cè)量儀。采用有方向性探頭時(shí)，應(yīng)在測(cè)量點(diǎn)調(diào)整探頭方向以測(cè)出測(cè)量點(diǎn)輻射電平。
測(cè)量時(shí)間：在電磁污染源正常工作時(shí)間內(nèi)進(jìn)行測(cè)量，每個(gè)測(cè)點(diǎn)連續(xù)測(cè)5次，每次測(cè)量時(shí)間不應(yīng)小于15s，并讀取穩(wěn)定狀態(tài)的值。若測(cè)量讀數(shù)起伏較大時(shí)，應(yīng)適當(dāng)延長測(cè)量時(shí)間。
測(cè)量位置：取作業(yè)人員操作位置，距地面0.5m、1.0m、1.7m三個(gè)部位；輻射體各輔助設(shè)施（計(jì)算機(jī)房、供電室等）作業(yè)人員經(jīng)常操作的位置，測(cè)量部位距地面0.5m、1.0m、1.7m；輻射體附近的固定哨位、值班位置等。
數(shù)據(jù)處理：求出每個(gè)測(cè)量部位平均場(chǎng)強(qiáng)值（若有幾次讀數(shù)）
根據(jù)各操作位置的E值按國家標(biāo)準(zhǔn)《電磁輻射防護(hù)規(guī)定》作出分析評(píng)價(jià)。
1、電磁環(huán)境測(cè)量儀器
電磁環(huán)境的測(cè)量按測(cè)量場(chǎng)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)境的測(cè)量。按測(cè)量參數(shù)分為：電場(chǎng)強(qiáng)度、磁場(chǎng)強(qiáng)度、電磁場(chǎng)功率通量密度、無線電干擾等的測(cè)量。測(cè)量儀器根據(jù)測(cè)量目的分為：非選頻式寬帶輻射測(cè)量儀和選頻式輻射測(cè)量儀。
（1）非選頻式寬帶輻射測(cè)量儀
①偶極子和檢波二極管組成探頭：這類儀器由三個(gè)長為2～10cm的正交偶極子天線，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) 時(shí)（D-偶極子直徑，—偶極子長度），偶極子互耦可忽略不計(jì)；由于偶極子相互正交，將不依賴場(chǎng)的極化方向；探頭尺寸很小，對(duì)場(chǎng)的振動(dòng)擾動(dòng)也小，能分辨場(chǎng)的細(xì)微變化。根據(jù)雙錐天線理論，求得偶極子等效電容 、電感 ；
式中：—天線半徑；—偶極子截面積；—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)：
式中：—角頻率，—頻率；—天線縫隙電容和負(fù)載電容；—負(fù)載電阻。
當(dāng)三副正交偶極子組成探頭時(shí)，它可以分別接收 三個(gè)方向場(chǎng)分量，經(jīng)理論分析得出：
式中：—檢波器引入的常數(shù)；—偶極子與高頻感應(yīng)電壓間比例系數(shù)；—分別對(duì)應(yīng)于 三個(gè)方向的電場(chǎng)分量；—待測(cè)場(chǎng)的電場(chǎng)矢量。
為待測(cè)場(chǎng)的厄米特（Hermitian）幅度?？梢姡枚私悠椒铰商匦远O管的三維正交偶極子天線，總的直流輸出正比于待測(cè)場(chǎng)地平方，而功率密度亦正比于待測(cè)場(chǎng)的平方，因此經(jīng)過校準(zhǔn)后， 的值就等于待測(cè)電場(chǎng)的功率密度。如果電路中引入開平方電路，那么 值就等于待測(cè)電場(chǎng)強(qiáng)度值。偶極子的長度應(yīng)小于被測(cè)頻率的半波長。
②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(chǎng)測(cè)量探頭，提供了和熱電偶元件切線方向場(chǎng)強(qiáng)平方成正比的直流輸出。待測(cè)場(chǎng)強(qiáng)為 ，與極化無關(guān)。沿 三個(gè)方向分布的熱電偶元件尺寸應(yīng)小于工作頻率波長的1/4.避免諧振。
③磁場(chǎng)探頭：由三個(gè)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(shì)為：式中：N—環(huán)匝數(shù)；b—環(huán)半徑；H—待測(cè)場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度。
為了確保環(huán)境監(jiān)測(cè)的質(zhì)量，應(yīng)對(duì)這類儀器電性能提出基本要求：各向同性誤差dB；系統(tǒng)頻率響應(yīng)不均勻度dB；靈敏度0.5V/m；校準(zhǔn)精度dB 。
（2）選頻式輻射測(cè)量儀
這類儀器用于環(huán)境中低電平電場(chǎng)強(qiáng)度、電磁兼容、電磁干擾測(cè)量。除場(chǎng)強(qiáng)儀（或稱干擾場(chǎng)強(qiáng)儀）外，可用接收天線和頻譜儀或測(cè)試接收機(jī)組成的測(cè)量系統(tǒng)經(jīng)校準(zhǔn)后，用于環(huán)境電磁輻射測(cè)量。
①場(chǎng)強(qiáng)儀（干擾場(chǎng)強(qiáng)儀）：待測(cè)場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)值：
式中：K—天線校正系數(shù)，為頻率的函數(shù)，可由場(chǎng)強(qiáng)儀的使用說明文件查得。
當(dāng)被測(cè)場(chǎng)是脈沖信號(hào)時(shí)，不同帶寬對(duì)應(yīng)的值不同。此時(shí)需要?dú)w一化于MHz帶寬的場(chǎng)強(qiáng)值，即：式中：BW—選用帶寬，MHz；K、L值查表可得；—場(chǎng)強(qiáng)儀讀數(shù)。
測(cè)量寬帶信號(hào)環(huán)境輻射峰值場(chǎng)強(qiáng)時(shí)，要選用盡量寬的帶寬。相應(yīng)平均功率密度為：
式中： ——脈沖信號(hào)占空比， 和可以方便地計(jì)算出來。
②頻譜儀測(cè)量系統(tǒng)：測(cè)量系統(tǒng)工作原理和場(chǎng)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)須換算成對(duì)50 系統(tǒng)，場(chǎng)強(qiáng)值為：
③微波測(cè)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(cè)系統(tǒng)。扣除電纜損耗，功率密度可按下式計(jì)算： 式中： —天線增益（倍數(shù)）； —工作波長，cm； —數(shù)字幅度計(jì)讀數(shù)，dBm； ——0dB輸入功率，dBm。
用于環(huán)境電磁輻射測(cè)量的儀器各類較多，凡是用于EMC（電磁兼容）、EMI（電磁干擾）目的的測(cè)試接收機(jī)都可用于環(huán)境電磁輻射監(jiān)測(cè)。專用的環(huán)境電磁輻射監(jiān)測(cè)儀器，也可用上面介紹的方法組成測(cè)量裝置實(shí)施環(huán)境監(jiān)測(cè)。
2、電磁污染源監(jiān)測(cè)方法
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(cè)量記錄表應(yīng)注明環(huán)境溫度、相對(duì)濕度。
測(cè)量儀器：可使用各向同性響應(yīng)或有方向性電場(chǎng)探頭或磁場(chǎng)探頭的寬帶輻射測(cè)量儀。采用有方向性探頭時(shí)，應(yīng)在測(cè)量點(diǎn)調(diào)整探頭方向以測(cè)出測(cè)量點(diǎn)輻射電平。
測(cè)量時(shí)間：在電磁污染源正常工作時(shí)間內(nèi)進(jìn)行測(cè)量，每個(gè)測(cè)點(diǎn)連續(xù)測(cè)5次，每次測(cè)量時(shí)間不應(yīng)小于15s，并讀取穩(wěn)定狀態(tài)的值。若測(cè)量讀數(shù)起伏較大時(shí)，應(yīng)適當(dāng)延長測(cè)量時(shí)間。
測(cè)量位置：取作業(yè)人員操作位置，距地面0.5m、1.0m、1.7m三個(gè)部位；輻射體各輔助設(shè)施（計(jì)算機(jī)房、供電室等）作業(yè)人員經(jīng)常操作的位置，測(cè)量部位距地面0.5m、1.0m、1.7m；輻射體附近的固定哨位、值班位置等。
數(shù)據(jù)處理：求出每個(gè)測(cè)量部位平均場(chǎng)強(qiáng)值（若有幾次讀數(shù)）
根據(jù)各操作位置的E值按國家標(biāo)準(zhǔn)《電磁輻射防護(hù)規(guī)定》作出分析評(píng)價(jià)。