輻射環(huán)境保護管理導則 電磁輻射監測儀器和方法(HJ/T 10.2-1996)

2006/9/12 17:07:00

中華人民共和國環(huán)境保護行業(yè)標準    HJ/T 10.2-1996

輻射環(huán)境保護管理導則

電磁輻射監測儀器和方法

Guidline on Management of Radioactive Environmental Protection

Electromagnetic Radiation Monitoring Instruments and Methods

doc文件: 點(diǎn)擊瀏覽該文件

pdf文件:點(diǎn)擊瀏覽該文件 

  1 電磁輻射測量?jì)x器
    本導則所稱(chēng)電磁輻射限于非電離輻射。電磁輻射的測量按測量場(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)境測量。按測量參數分為電場(chǎng)強度、磁場(chǎng)強度和電磁場(chǎng)功率通量密度等的測量。對于不同的測量應選用不同類(lèi)型的儀器，以期獲取最佳的測量結果。測量?jì)x器根據測量目的分為非選頻式寬帶輻射測量?jì)x和選頻式輻射測量?jì)x。
1.1 非選頻式寬帶輻射測量?jì)x
1.1.1 工作原理
   偶極子和檢波二極管組成探頭
   這類(lèi)儀器由三個(gè)正交的2~10cm長(cháng)的偶極子天線(xiàn)，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(xiàn)或光纜送入數據處理和顯示電路。當D≤h時(shí)（D偶極子直徑，h偶極子長(cháng)度）偶極子互耦可忽略不計，由于偶極子相互正交，將不依賴(lài)場(chǎng)的極化方向。探頭尺寸很小，對場(chǎng)的擾動(dòng)也小，能分辨場(chǎng)的細微變化。偶極子等效電容CA、電感LA根據雙錐天線(xiàn)理論求得：
CA= (π·ε0·L)/｛ln(L/a)+S/2L-1｝……………………………………（1.1）
LA = μ（ln 　 － �。�……………………………………��1.2）
式中：a --天線(xiàn)半徑；
      S --偶極子截面積；
      L --偶極子實(shí)際長(cháng)度。
由于偶極子天線(xiàn)阻抗呈容性，輸出電壓是頻率的函數：

V= · ………………………………（1.3）
式中：ω--角頻率，ω=2·π·f ，f頻率；
CL--天線(xiàn)縫隙電容和負載電容；
RL--負載電阻。
國家環(huán)境保護局 1996-05-10批準 1996-05-10 實(shí)施
由于CA、CL基本不變，只要提高RL就可使頻響大為改善，使輸出電壓不受場(chǎng)源頻率影響，因此必須采用高阻傳輸線(xiàn)。
當三副正交偶極子組成探頭時(shí)，它可以分別接收x、y、z三個(gè)方向場(chǎng)分量，經(jīng)理論分析得出：
Udc = C·|Ke|2·[|Ex(r·ω)|2 +|Ey(r·ω)|2+|Ez(r·ω)|2]
= C·|Ke|2·|E(r·ω)|2……………………………………（1.4）
式中：C --檢波器引入的常數；
Ke --偶極子與高頻感應電壓間比例系數；
Ex、Ey、Ez --分別對應于x、y、z方向的電場(chǎng)分量；
E --待測場(chǎng)的電場(chǎng)矢量。
（1.4）式為待測場(chǎng)的厄米特幅度（Hermitian）可見(jiàn)用端接平方律特性二極管的三維正交偶極子天線(xiàn)總的直流輸出正比于待測場(chǎng)的平方，而功率密度亦正比于待測場(chǎng)的平方，因此經(jīng)過(guò)校準后，Udc的值就等于待測電場(chǎng)的功率密度。如果電路引入開(kāi)平方電路，那么Udc值就等于待測電場(chǎng)強度值。偶極子的長(cháng)度應遠小于被測頻率的半波長(cháng)，以避免在被測頻率下諧振。這一特性決定了這類(lèi)儀器只能在低于幾吉赫頻率范圍使用。熱電偶型探頭采取三條相互垂直的熱電偶結點(diǎn)陣作電場(chǎng)測量探頭，提供了和熱電偶元件切線(xiàn)方向場(chǎng)強平方成正比的直流輸出。待測場(chǎng)強為：
E = E2x+E2y+E2z ………………………………………（1.5）
與極化無(wú)關(guān)。沿熱電偶元件直線(xiàn)方向分布的熱電偶結點(diǎn)陣，保證了探頭有極寬的頻帶。沿x、y、z三個(gè)方向分布的熱電偶元件的最大尺寸應小于最高工作頻率波長(cháng)的1/4，以避免產(chǎn)生諧振。整個(gè)探頭像一組串聯(lián)的低阻抗偶極子或像一個(gè)低Q值的諧振電路。磁場(chǎng)探頭由三個(gè)相互正交環(huán)天線(xiàn)和二極管、RC濾波元件、高阻線(xiàn)組成，從而保證其全向性和頻率響應。環(huán)天線(xiàn)感應電勢為：
ζ=μ0·N·π·b2·ω·H
式中：N --環(huán)匝數；
b --環(huán)半徑；
H --待測場(chǎng)的磁場(chǎng)強度。
1.1.2 對電性能的要求
  使用非選頻式寬帶輻射測量?jì)x實(shí)施環(huán)境監測時(shí)，為了確保環(huán)境監測的質(zhì)量，應對這類(lèi)儀器電性能提出基本要求：
各向同性誤差≤±1dB
系統頻率響應不均勻度≤±3dB
靈敏度：0.5V/m
校準精度：±0.5dB
1.1.3 常用的非選頻式輻射測量?jì)x
附錄A1為常用的非選頻式寬帶輻射測量?jì)x的有關(guān)數據。實(shí)施環(huán)境電磁輻射監測時(shí)，可根據具體需要選用其中儀器。
1.2 選頻式輻射測量?jì)x
這類(lèi)儀器用于環(huán)境中低電平電場(chǎng)強度、電磁兼容、電磁干擾測量。除場(chǎng)強儀（或稱(chēng)干擾場(chǎng)強儀）外，可用接收天線(xiàn)和頻譜儀或測試接收機組成的測量系統經(jīng)校準后，用于環(huán)境電磁輻射測量。
工作原理
場(chǎng)強儀（干擾場(chǎng)強儀）
待測場(chǎng)的場(chǎng)強值：
E（dBμV/m）= K (dB)+Vr（dBμV）+L（dB）………………………………（2.1）
式中K是天線(xiàn)校正系數，它是頻率的函數，可由場(chǎng)強儀的附表中查得。場(chǎng)強儀的讀數Vr必須加上對應K值和電纜損耗L才能得出場(chǎng)強值。但近期生產(chǎn)的場(chǎng)強儀所附天線(xiàn)校正系數曲線(xiàn)所示K值已包括測量天線(xiàn)的電纜損耗L值。
當被測場(chǎng)是脈沖信號時(shí)，不同帶寬Vr值不同。此時(shí)需要歸一化于1MHz帶寬的場(chǎng)強值，即 ：

E（dBμV/m）= K (dB)+Vr（dBμV）+20lg +L（dB） …………………………（2.2）

BW為選用帶寬，單位MHz。測量寬帶信號環(huán)境輻射峰值場(chǎng)強時(shí)，要選用盡量寬的帶寬。相應平均功率密度為：

Pd（μW/cm2）= ……………………………（2.3）

上式中q為脈沖信號占空比，K、L值查表可得，Vr為場(chǎng)強值讀數，于是E和Pd可以方便地計算出來(lái)。
頻譜儀測量系統
這種測量系統工作原理和場(chǎng)強儀一致，只是用頻譜儀作接收機，此外頻譜儀的dBm讀數須換算
dBμV。對50Ω系統，場(chǎng)強值為：
E（dBμV/m）= K (dB)+A（ABm）+107（dBμV）+L（dB）………………………………（2.4）
頻譜儀的類(lèi)型不受限制，頻譜儀天線(xiàn)系統必須校準。
微波測試接收機
用微波接收機、接收天線(xiàn)也可以組成環(huán)境監測系統�？鄢�電纜損耗，功率密度Pd按下式計算：
Pd = ·10 （mW/cm2）…………………………………………（2.5）
式中：G --天線(xiàn)增益（倍數）；
λ--工作波長(cháng)（cm）；
A--數字幅度計讀數（dBm）；
B--0dB輸入功率（dBm）。
由上述測試接收機組成的監測裝置的靈敏度取決于接收機靈敏度。天線(xiàn)系統應校準。用于環(huán)境電磁輻射測量的儀器種類(lèi)較多，凡是用于EMC（電磁兼容）、EMI（電磁干擾）目的的測試接收機都可用于環(huán)境電磁輻射監測。專(zhuān)用的環(huán)境電磁輻射監測儀器，也可用上面介紹的方法組成測量裝置實(shí)施環(huán)境監測。常用的常用輻射測量?jì)x器見(jiàn)附錄A2。

2 電磁輻射污染源監測方法
2.1 環(huán)境條件
  應符合行業(yè)標準和儀器標準中規定的使用條件。測量記錄表應注明環(huán)境溫度、相對濕度。
2.2 測量?jì)x器
   可使用各向同性響應或有方向性電場(chǎng)探頭或磁場(chǎng)探頭的寬帶輻射測量?jì)x。采用有方向性探頭時(shí)，應在測量點(diǎn)調整探頭方向以測出測量點(diǎn)最大輻射電平。測量?jì)x器工作頻帶應滿(mǎn)足待測場(chǎng)要求，儀器應經(jīng)計量標準定期鑒定。
2.3 測量時(shí)間
   在輻射體正常工作時(shí)間內進(jìn)行測量，每個(gè)測點(diǎn)連續測5次，每次測量時(shí)間不應小于15秒，并讀取穩定狀態(tài)的最大值。若測量讀數起伏較大時(shí)，應適當延長(cháng)測量時(shí)間。
2.4 測量位置
2.4.1 測量位置取作業(yè)人員操作位置，距地面0.5、1、1.7m三個(gè)部位。
2.4.2 輻射體各輔助設施（計算機房、供電室等）作業(yè)人員經(jīng)常操作的位置，測量部位距地面0.5、1、1.7m。
2.4.3 輻射體附近的固定哨位、值班位置等。
2.5 數據處理
  求出每個(gè)測量部位平均場(chǎng)強值（若有幾次讀數）。
2.6 評價(jià)
   根據各操作位置的E值（H、Pd）按國家標準《電磁輻射防護規定》（GB 8702-88）或其它部委制定的"安全限值"作出分析評價(jià)。
3 一般環(huán)境電磁輻射測量方法
3.1 測量條件
3.1.1 氣候條件
   氣候條件應符合行業(yè)標準和儀器標準中規定的使用條件。測量記錄表應注明環(huán)境溫度、相對濕度。
3.1.2 測量高度
   取離地面1.7m~2m高度。也可根據不同目的，選擇測量高度。
3.1.3 測量頻率
   取電場(chǎng)強度測量值＞50dBμV/m的頻率作為測量頻率。
3.1.4 測量時(shí)間
  基本測量時(shí)間為5：00~9：00，11：00~14：00，18：00~23：00城市環(huán)境電磁輻射的高峰期。若24小時(shí)晝夜測量，晝夜測量點(diǎn)不應少于10點(diǎn)。
測量間隔時(shí)間為1h，每次測量觀(guān)察時(shí)間不應小于15s，若指針擺動(dòng)過(guò)大，應適當延長(cháng)觀(guān)察時(shí)間。
3.2 布點(diǎn)方法
3.2.1 典型輻射體環(huán)境測量布點(diǎn)
   對典型輻射體，比如某個(gè)電視發(fā)射塔周?chē)�環(huán)境實(shí)施監測時(shí)，則以輻射體為中心，按間隔45°的八個(gè)方位為測量線(xiàn)，每條測量線(xiàn)上選取距場(chǎng)源分別30、50、100m等不同距離定點(diǎn)測量，測量范圍根據實(shí)際情況確定。
3.2.2 一般環(huán)境測量布點(diǎn)
   對整個(gè)城市電磁輻射測量時(shí)，根據城市測繪地圖，將全區劃分為1×1km2或2×2km2小方格，取方格中心為測量位置。
3.2.3 按上述方法在地圖上布點(diǎn)后，應對實(shí)際測點(diǎn)進(jìn)行考察�？紤]地形地物影響，實(shí)際測點(diǎn)應避開(kāi)高層建筑物、樹(shù)木、高壓線(xiàn)以及金屬結構等，盡量選擇空曠地方測試。允許對規定測點(diǎn)調整，測點(diǎn)調整最大為方格邊長(cháng)的1/4，對特殊地區方格允許不進(jìn)行測量。需要對高層建筑測量時(shí)，應在各層陽(yáng)臺或室內選點(diǎn)測量。
3.3 測量?jì)x器
3.3.1 非選頻式輻射測量?jì)x
   具有各向同性響應或有方向性探頭的寬帶輻射測量?jì)x屬于非選頻式輻射測量?jì)x。用有方向性探頭時(shí)，應調整探頭方向以測出最大輻射電平。
3.3.2 選頻式輻射測量?jì)x
   各種專(zhuān)門(mén)用于EMI測量的場(chǎng)強儀，干擾測試接收機，以及用頻譜儀、接收機、天線(xiàn)自行組成測量系統經(jīng)標準場(chǎng)校準后可用于此目的。測量誤差應小于±3dB,頻率誤差應小于被測頻率的10-3數量級。該測量系統經(jīng)模/數轉換與微機聯(lián)接后，通過(guò)編制專(zhuān)用測量軟件可組成自動(dòng)測試系統，達到數據自動(dòng)采集和統計。自動(dòng)測試系統中，測量?jì)x可設置于平均值（適用于較平穩的輻射測量）或準峰值（適用于脈沖輻射測量）檢波方式。每次測試時(shí)間為8~10min，數據采集取樣率為2次/s，進(jìn)行連續取樣。
3.4 數據處理
3.4.1 如果測量?jì)x器讀出的場(chǎng)強瞬時(shí)值的單位為分貝（dBμV/m），則先按下列公式換算成以V/m為單位的場(chǎng)強：
Ei=10 （V/m） ………………………………（3.1）
x --場(chǎng)強儀讀數（dBμv/m），然后依次按下列各公式計算：

E = ∑Ei (V/m) ……………………………………（3.2）

Es = ∑E2 (V/m) ……………………………………（3.3）

EG = ∑Es (V/m) ……………………………………（3.4）

上述各式中：Ei --在某測量位、某頻段中被測頻率i的測量場(chǎng)強瞬時(shí)值（V/m）；
n --Ei值的讀數個(gè)數；
E --在某測量位、某頻段中各被測頻率i的場(chǎng)強平均值（V/m）；
Es--在某測量位、某頻段中各被測頻率的綜合場(chǎng)強（V/m）；
EG--在某測量位、在24h（或一定時(shí)間內）內測量某頻段后的總的平均綜合場(chǎng)強（V/m）；
M--在24h（或一定時(shí)間內）內測量某頻段的測量次數。
測量的標準誤差仍用通常公式計算。如果測量?jì)x器的是非選頻式的，不用（3.3）式。

3.4.2 對于自動(dòng)測量系統的實(shí)測數據，可編制數據處理軟件，分別統計每次測量中測值的最大值Emax、最小值Emin、中值、95%和80%時(shí)間概率的不超過(guò)場(chǎng)強值E（95%）、E（80%），上述統計值均以（dBμV/m）表示。還應給出標準差值σ(以dB表示)。
如系多次重復測量，則將每次測量值統計后，再按4.4.1進(jìn)行數據處理。
3.5 繪制污染圖
3.5.1 繪制：頻率-場(chǎng)強、時(shí)間-場(chǎng)強、時(shí)間-頻率、測量位-總場(chǎng)強值等各組對應曲線(xiàn)。
3.5.2 典型輻射體環(huán)境污染圖    以典型輻射體為圓心，標注等場(chǎng)強值線(xiàn)圖（參見(jiàn)附錄B1），或以典型輻射體為圓心，標注根據（4.5）式或(4.6)式得出的計算值的等值線(xiàn)圖。
3.5.3 居民區環(huán)境污染圖
   在有比例的測繪地圖上標注等場(chǎng)強值線(xiàn)圖，或標注根據（4.5）式或(4.6)式得出的計算值的等值線(xiàn)圖。根據需要亦可在各地區地圖上做好方格，用顏色或各種形狀圖線(xiàn)表示不同的場(chǎng)強值（參見(jiàn)附錄B2），或根據（4.5）式或（4.6）式得出的計算值。
3.6 質(zhì)量保證
3.6.1 測量方案必須嚴格審議。
3.6.2 充分考慮測量的代表性。
3.6.3 測量結果準確可靠、有比對性。
3.6.4 數據處理方法正確。
3.7 環(huán)境質(zhì)量評價(jià)
3.7.1 用非選頻寬帶輻射測量?jì)x時(shí)，由于測量位測得的場(chǎng)強（功率密度）值，是所有頻率的綜合場(chǎng)強值，24h內每次測量綜合場(chǎng)強值的平均值即總場(chǎng)強值亦是所有頻率的總場(chǎng)強值。由于環(huán)境中輻射體頻率主要在超短波頻段（30~300MHz），測量值和超短波頻段安全限值的比值≤1,基本上對居民無(wú)影響,如果評價(jià)典型輻射體,則測量結果應和輻射體工作頻率對應的安全限值比較。

≤1 ……………………………………（3.5）
式中：EG--某測量位置總場(chǎng)強值（V/m）；
L --典型輻射體工作頻率對應的安全限值或超短波頻段安全限值（V/m）。
3.7.2 用選頻式場(chǎng)強儀時(shí)：
∑ ≤1 …………………………………………（3.6）

式中：EGi--測量位置某頻段總的平均綜合場(chǎng)強值（V/m）；
Li--對應頻段的安全限值（V/m）。
4 環(huán)境質(zhì)量預測的場(chǎng)強計算
為了估算輻射體對環(huán)境的影響，對于典型的中波、短波、超短波發(fā)射臺站的發(fā)射天線(xiàn)在環(huán)境中輻射
場(chǎng)強按（4.1）式至(4.6)式計算。對正方形、圓口面微波天線(xiàn)在環(huán)境中輻射場(chǎng)功率密度按（4.7）式和（4.8）式計算：
4.1 中波(垂直極化波)
理論公式：
E = P·η·G·F（h）·F（△· ф）·A……………………（4.1）
近似公式：

E = P· G· A （mV/m）………………………………………（4.2）
式中：
A = 1.41 ………………………………………………（4.3）

X= · …………………………………………（4.4）

上述各式中：d--被測位置與發(fā)射天線(xiàn)水平距離（km）；
P--發(fā)射機標稱(chēng)功率（kW）；
η--天線(xiàn)效率（%）；
G--相對于接地基本振子（點(diǎn)源天線(xiàn)G=1）的天線(xiàn)增益（倍數）；
F（h）--發(fā)射天線(xiàn)高度因子，
F（h）=1~1.43;
F(△·ф)--發(fā)射天線(xiàn)垂直面（△仰角）、水平面（方位角φ）方向性函數，△max=0；
A--地面衰減因子；
X--數量距離；
λ--波長(cháng)（m）；
ε--大地的介電常數（無(wú)量綱）；
σ--大地的導電系數，1/（Ω·m）。
(4.2)近似公式是：η≈1、F（h）≈1.2、F（△· φ）=1得出的，即舒來(lái)依金-范德波爾公式。
4.2 短波（水平極化波）
短波（水平極化波）場(chǎng)強計算公式同(4.2)、(4.3)，但水平極化波的X按（4.5）計算。各量綱同前。

X = · ……………………………………（4.5）

4.3 超短波(電視、調頻)
E = F（θ） (mW/cm2) ………………………………（4.6）

式中：P --發(fā)射機標稱(chēng)功率（kW）；
G --相對于半波偶極子（G0.5λ=1.64）天線(xiàn)增益(倍數)；
r --測量位置與天線(xiàn)水平距離（km）；
F（θ）--天線(xiàn)垂直面方向性函數（視天線(xiàn)型式和層數而異）。
4.4 微波
近場(chǎng)最大功率密度Pdmax：
Pdmax= (mW/cm2) ………………………………（4.7）
式中：PT --送入天線(xiàn)凈功率（mW）；
S --天線(xiàn)實(shí)際幾何面積（cm2）。
（4.7）式給出的預測值,是對于具有正方形口面和圓錐形口面天線(xiàn)的情況(其精度＜±3dB)下天線(xiàn)近場(chǎng)區內最大功率密度值。
遠場(chǎng)軸向功率密度Pd：
Pd = (mW/cm2) ………………………………（4.8）

式中：P --雷達發(fā)射機平均功率（mW）；
G --天線(xiàn)增益（倍數）；
r --測量位置與天線(xiàn)軸向距離（cm）。

附錄A1 常用非選頻式輻射測量?jì)x

名 稱(chēng) 頻 帶 量 程 各向同性 探頭類(lèi)型
微波漏能儀 0.915~12.4GHz 0.005~30mW/cm2 無(wú) 熱偶結點(diǎn)陣
微波輻射測量?jì)x 1~10GHz 0.2~20mW/cm2 有 肖特基二極管偶極子
電磁輻射監測儀 0.5~1000MHz 1~1000V/m 有 偶極子
全向寬帶近區場(chǎng)強儀 0.2~1000MHz 1~1000V/m 有 偶極子
寬帶電磁場(chǎng)強計 E：0.1~3000MHzH：0.5~30MHz E：0.5~1000V/mH：1~2000A/m 有 偶極子環(huán)天線(xiàn)
寬帶電磁場(chǎng)強計 E：20~105HzH：50~60Hz E：1~20000V/mH：1~2000A/m 有 偶極子環(huán)天線(xiàn)
輻射危害計 0.3~18GHz 0. 1~200 mW/cm2 有 熱偶結點(diǎn)陣
輻射危害計 200kHz~26GHz 0.001~20 mW/cm2 有 熱偶結點(diǎn)陣
寬帶全向輻射監測儀 0.3~26GHz 8621B探頭:0.005~20 mW/cm28623探頭:0.05~100 mW/cm2 有 熱偶結點(diǎn)陣
寬帶全向輻射監測儀 10~300MHz 8631:0.005~200 mW/cm28633:0.05~100 mW/cm2 有 熱偶結點(diǎn)陣
寬帶全向輻射監測儀 0.3~26GHz10~300MHz 8621B:0.005~20 mW/cm28631:0.05~100 mW/cm2 有 熱偶結點(diǎn)陣
寬帶全向輻射監測儀 8635、863310~3000MHz864410~3000MHz 8633:0.05~100 mW/cm28644：0.0005~2W/cm28635：0.0025~10W/cm2 有 熱偶結點(diǎn)陣環(huán)天線(xiàn)
寬帶全向輻射監測儀 由決定選用探頭 由決定選用探頭 有 熱偶結點(diǎn)陣環(huán)天線(xiàn)
全向寬帶場(chǎng)強儀 E：5×10-4~6GHzH：0.3~3000MHz E：0.1~30V/mH：0.1~1000A2/m2 有 偶極子磁環(huán)天線(xiàn)