家用电器和类似器具的人体接触电磁场测量方法检测

家用电器及类似器具人体接触电磁场测量方法 (检测项目详解)

对家用电器及类似器具工作时产生的、可能被人体接触到的电磁场进行测量评估，是评估产品电磁安全性的重要环节。以下介绍该测量过程的核心检测项目与方法要点：

核心检测目标： 量化评估器具在规定条件下运行时，其周围空间特定位置（模拟人体可能接触区域）由电场(E)和磁场(H)共同作用产生的磁场感应电流密度（J）或内部电场强度（E），并将其与相关安全限值进行比较。

一、 主要检测项目

1. 磁场感应电流密度 (J) / 内部电场强度 (E) 测量：

   • 核心内容： 这是评估人体暴露于电磁场的关键物理量。测量需在器具周围预先定义的、模拟人体头部和躯干可能靠近位置的“测试点”上进行。
   • 测量对象： 测量的是空间矢量，需评估其大小（模值）和方向。最终通常关注其空间峰值（测得的模值中的最大值）。
   • 关注频率范围： 主要针对器具工作产生的10 Hz - 400 kHz频段内的电磁场（此频段人体生物效应主要与感应电流相关）。有时根据器具特性扩展至更低或更高频率。

2. 测试点确定与布置：

   • 关键项目： 严格定义测量探头（虚拟探头或实际探头等效中心）相对于器具表面的空间位置。
   • 规则依据： 测试点位置基于国际通用的人体模型（如标准解剖模型）和典型使用/接近情景设定。
   • 典型区域：
     • 头部区域： 器具前方或侧面，模拟用户面部靠近的位置（如操作面板前、吹风机出风口前）。
     • 躯干区域： 器具前方或侧面，模拟用户胸部/腹部靠近的位置（如吸尘器把手附近、电磁炉正面）。
     • 四肢区域 (如适用)： 模拟手持操作时手部/腕部位置（如电动工具手柄）。
   • 距离要求： 探头中心与器具可触及表面的距离需严格按照规定执行（如0 mm接触测量或特定毫米级距离的非接触测量）。需清晰界定何为“器具表面”（包含突出部件）。
   • 网格扫描 (必要时)： 对于辐射特性复杂或热点位置不确定的器具，可能在关键区域进行小范围精细网格扫描，以捕捉空间峰值。

3. 测量方向性：

   • 重要项目： 由于电磁场具有方向性，测量探头需具备各向同性响应特性，或在每个测试点测量相互正交的三个方向（X, Y, Z）分量。
   • 数据处理： 记录每个方向的场值，并计算该点的矢量模值（合成结果）。

4. 工作状态与运行条件：

   • 核心项目： 测量必须在器具产生最大人体暴露水平的运行工况下进行。
   • 设定原则：
     • 使用说明书规定的所有功能模式和功率档位均需考虑。
     • 选择能产生最强电磁辐射的负载条件（如电机最高速、加热器最高功率档、待机/休眠模式若产生显著场强也需测）。
     • 考虑器具运行的瞬态过程（启动、停止、模式切换）是否会产生瞬时峰值。
     • 使用标准负载或模拟负载（如标准锅具、特定材料测试块）确保结果可比性和重现性。
     • 输入电压/频率控制在额定值。

5. 环境背景噪声评估与修正：

   • 必要项目： 测量前需评估测试环境中的背景电磁噪声水平（关闭被测器具）。
   • 要求： 背景噪声在相关频段内应显著低于（通常要求至少6 dB）预期被测信号。
   • 修正： 若背景噪声不可忽略，需记录背景值，并在最终被测数据中予以扣除（需注意相位的复杂性）。

二、 关键测量方法与设备

1. 测量原理：

   • 探头法： 使用经过校准、具备各向同性响应特性的宽带电场和磁场探头。
   • 测量量： 直接测量空间某点的电场强度分量 (E_x, E_y, E_z) 和磁场强度分量 (H_x, H_y, H_z)。
   • 数据处理： 利用测得的E和H分量，结合特定的人体组织电导率模型（通常是均匀组织模型，导率取0.1 S/m），通过计算（应用基本电磁定律）得到该点的磁场感应电流密度 (J) 或内部电场强度 (E_int) 的模值。现代测量系统通常内置算法自动完成此计算。

2. 测量系统组成要素：

   • 各向同性场探头： 核心传感器，需覆盖10 Hz - 400 kHz频段，具备足够动态范围和良好线性度。
   • 信号调理与数据采集单元： 放大探头信号，进行模数转换。
   • 数据记录与分析系统： 控制采集过程，实时显示数据，存储原始数据和计算结果（J或E_int模值），进行频谱分析（如需要）。
   • 探头定位装置 (可选但推荐)： 精密的机械臂或三轴位移平台，确保探头能精确、可重复地定位到定义的测试点，尤其在进行网格扫描时必不可少。
   • 被测器具支撑定位装置： 固定器具位置，确保测量一致性。

3. 系统校准与验证：

   • 整个测量系统（探头+数据采集链）必须在使用前和在规定周期内，通过可追溯至国际标准的设备和方法进行整体校准（通常在标准场发生器如横电磁波室内进行）。
   • 校准需覆盖整个工作频率范围和动态范围。
   • 定期使用参考辐射源（如亥姆霍兹线圈、平行板电容器产生的已知均匀场）进行系统性能验证。

三、 测量过程与数据处理要点

1. 器具准备： 清洁，按说明书安装附件/负载，预热至稳定状态（如适用）。
2. 环境设置： 确保环境背景噪声达标，消除或屏蔽强干扰源。控制环境温湿度在合理范围。
3. 探头定位： 精确放置探头于每一个预设测试点，确保距离和角度符合规定。使用定位装置保证重现性。
4. 数据采集：
   • 在器具达到设定工况的最不利暴露状态时进行采集。
   • 采集时间需足够长以捕获稳定状态下的有效值（RMS），若关注瞬态则需高采样率。
   • 记录每个测试点三个正交方向的原始E/H分量数据和时间波形。
5. 数据处理：
   • 系统实时或事后计算每个点的J或E_int模值。
   • 对每个测试点，取测量时间段内计算出的J或E_int模值的空间峰值（该点最大值）。
   • 对比所有测试点得到的空间峰值，找出全局最大值（即器具在该工况下产生的最大人体暴露水平）。
   • 背景扣除： 如在某点背景噪声不可忽略，需在该点的测量结果中扣除背景值（通常直接对计算出的J/E_int模值进行扣除）。
6. 结果报告：
   • 报告测量得到的全局最大值J或E_int及其对应的测试点位置。
   • 报告测量条件（工况、负载、电源设置）。
   • 报告测量系统信息（探头型号、校准有效期）。
   • 清晰说明使用的计算模型参数（如组织电导率）。
   • 报告环境背景噪声水平和处理方式。
   • （可选）提供关键测试点的详细数据或频谱。

四、 重要注意事项

• 安全限值比较： 测量结果需与适用的国际或地区性电磁场人体暴露安全限值标准进行比较，以评估合规性。测量方法本身应遵循相关基础标准。
• 梯度测量： 对于接近限值或场强变化剧烈的区域，有时需要进行梯度测量（在空间非常邻近的点测量场的变化率），以评估是否符合空间平均要求。
• 复杂器具： 对于结构复杂、辐射源分散的器具（如带多个电机、变压器的设备），需仔细分析潜在暴露热点，可能需增加测试点或进行更细致的扫描。
• 再现性： 严格遵循标准化的测量程序、探头定位方法和运行条件是保证结果再现性和可比性的关键。

通过系统性地执行上述检测项目并严格遵循测量方法，可以准确评估家用电器及类似器具在正常使用条件下对使用者可能产生的电磁场暴露水平，为产品安全性提供重要依据。结果的应用需结合具体产品的合规性要求和目标市场法规。