兒童學(xué)習(xí)機(jī)器人人體電磁輻射檢測方法

許惠如

（廈門市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)院 福建省廈門市 361104）

1 引言

科學(xué)技術(shù)日新月異，家用機(jī)器人以燎原之勢在飛速發(fā)展。一種以啟蒙陪伴、寓教于樂為目的的兒童學(xué)習(xí)機(jī)器人受到了眾多家長們的青睞。兒童學(xué)習(xí)機(jī)器人改善中國家庭教育模式的同時(shí)，低齡兒童長期近距離使用電子產(chǎn)品引發(fā)的健康危害也引起公眾的重視。目前，兒童學(xué)習(xí)機(jī)器人的無意人體電磁輻射評估的研究比較少，本文旨在根據(jù)兒童學(xué)習(xí)機(jī)器人的工作特點(diǎn)研究出一種可行的測量方法來評估其無意人體電磁場輻射，內(nèi)容包括檢測條件、運(yùn)行模式、檢測方法以及檢測儀器。

2 測試方法分析及計(jì)算方式

2.1 測試方法分析

歐盟關(guān)于電子產(chǎn)品電磁場輻射（EMF，electromagnetic fields）的低電壓指令2006/95/EC（LVD）表明，電子電氣設(shè)備的人體電磁場輻射在暴露限值以下就不會對人體健康造成損害。

電磁場是在一定空間區(qū)域內(nèi)連續(xù)分布的向量場。物理學(xué)中使用磁通量密度（也叫磁感應(yīng)強(qiáng)度或磁通密度，符號B）來表示磁場的強(qiáng)弱，它是矢量，單位是特斯拉（簡稱特T）。本文通過計(jì)算兒童學(xué)習(xí)機(jī)器人磁通量密度有效值Br.m.s來評估其EMF 是否符合暴露限值。

電磁場測量方法有三種：時(shí)域評估、線譜評估、簡化試驗(yàn)方法。線譜評估是針對僅有單線譜（其線譜由基波線譜和諧波線譜組成）的器具。簡化試驗(yàn)是針對僅在電源頻率及其諧波處產(chǎn)生微弱磁場的器具，僅需在2kHz 頻率范圍以下進(jìn)行試驗(yàn)。而兒童學(xué)習(xí)機(jī)器人內(nèi)部有幾十顆高性能處理芯片、智能傳感器、高速微電腦、步進(jìn)驅(qū)動馬達(dá)、高音質(zhì)音響、Wi-Fi 天線等電子元器件，有的還配有攝像頭、觸摸屏、閃爍耳燈，工作模式多樣且頻率范圍較廣。因此，采用與信號類型無關(guān)的時(shí)域評估方法最為合理。

2.2 磁通密度有效值Br.m.s計(jì)算方式

利用示波器或頻譜分析儀測量兒童學(xué)習(xí)機(jī)器人電磁場x、y、z 三個(gè)分量信號，記錄每個(gè)頻率點(diǎn)的最大數(shù)據(jù)，通過傳遞函數(shù)（如圖1）加權(quán)，將加權(quán)信號平方、求和、取平均值，再利用公式計(jì)算出每個(gè)頻率點(diǎn)的最大磁感應(yīng)強(qiáng)度的均方根值，再計(jì)算磁場加權(quán)評估值計(jì)算出來的Br.m.s與歐盟推薦的電磁輻射暴露參考水平BRL比較，當(dāng)Wn＜1.0（即Br.m.s＜100%BRL）時(shí)，符合暴露限值要求。參考水平和傳遞函數(shù)是與頻率相關(guān)的變化量，例如，頻率25Hz ～800Hz 的參考水平是5/f，頻率800Hz ～0.15MHz 的參考水平是6.25μT 等。用時(shí)域評估方法得到的結(jié)果為每個(gè)方向上測量值的矢量疊加，這使得測量值與磁場向量無關(guān)。

圖1：傳遞函數(shù)

圖2：人體電磁場輻射EMF 測試布置圖

3 測試過程

3.1 測試條件

測試應(yīng)選擇在環(huán)境溫度為15 ～35℃，相對濕度為10%～ 75%，空氣壓力為86kPa ～106kPa，噪聲小于限值5%的室內(nèi)場所，并確保EUT 能正確運(yùn)行。如以上環(huán)境條件下EUT 不能正常工作，需根據(jù)制造商要求的工作環(huán)境進(jìn)行測試。測試前要有足夠的時(shí)間，以確保EUT 正常使用中的工作條件。

圖3：測試結(jié)果曲線圖

3.2 頻率范圍

測量信號的評估與頻率有關(guān)，測量頻率范圍為10Hz ～ 400kHz。

3.3 工作模式

兒童學(xué)習(xí)機(jī)器人供電方式有堿性電池和充電鋰電池兩種，測試前應(yīng)將其連接到供電電壓（額定電壓的±2%，額定頻率的±2%）上充電。當(dāng)由內(nèi)置可充電鋰電池供電時(shí)，充電模式（本體+充電器）和工作模式（電池充滿電+不連接適配器）兩種情況下都要測試一次。

兒童學(xué)習(xí)機(jī)器人是集通信功能、人機(jī)交互功能、感知功能、識別功能、指令行走為一體的具有生命形態(tài)的幼教陪伴型家庭親子機(jī)器人，應(yīng)在制造商規(guī)定的盡量多的具有代表性的功能下進(jìn)行測量，若某些典型功能無法同時(shí)配置，則需單獨(dú)進(jìn)行測試。

指令行走的兒童機(jī)器人的輪子是由發(fā)動機(jī)驅(qū)動的，測試時(shí)應(yīng)將其支撐在絕緣木板上，絕緣木板的高度應(yīng)使其懸空并保持穩(wěn)定。

3.4 測試距離和位置

器具表面與測試探頭表面最近點(diǎn)之間的最短距離為r1。兒童學(xué)習(xí)機(jī)器人正常使用中不會與人體頭部或軀干直接接觸，測試時(shí)的距離r1=30±5%cm。兒童學(xué)習(xí)機(jī)器人屬于可以移動的小型設(shè)備，測試位置為樣品的四周。測量過程中，人或物體不應(yīng)處于探頭和輻射源之間。

4 樣品實(shí)測

4.1 樣品分布情況

按照兒童學(xué)習(xí)機(jī)器人控制方式（全語音10 批次、按鍵10 批次、語音+按鍵8 批次）、市場銷售單價(jià)（50 元～4000 元分為9 個(gè)檔次）抽取了28 批次不同型號的樣品。

4.2 測試設(shè)備

本文介紹一種用于測量EMF 的儀器--電磁場輻射危害測試儀（如圖2）用于本次測試。它是由分析儀、傳感器組成，傳感器包含三個(gè)相互垂直且測量面積為100cm2±5cm2的同心線圈，用來測量頻率范圍1Hz ～400kHz 磁感應(yīng)強(qiáng)度Br.m.s。測試過程不用考慮信號形式和頻率，測試結(jié)果直接以“參考水平的百分比”的形式給出，可以清晰地反映出當(dāng)前情況和剩余的安全差數(shù)，解決傳統(tǒng)用頻譜分析儀或示波器測量耗時(shí)且不可靠的難題。

4.3 測試結(jié)果

測試樣品在r1=30cm 時(shí)的人體電磁場輻射EMF，結(jié)果見圖3。28 批次產(chǎn)品六個(gè)面的人體電磁場輻射曲線呈現(xiàn)一定規(guī)律，峰值大概率在背面，即喇叭部位，平均值為4.93%，且隨著音量升高強(qiáng)度增大，隨著距離的增加強(qiáng)度減弱。為了讓測量數(shù)據(jù)更直觀，我們使用同樣的傳感器、在同樣的距離下，對常用的家用電子產(chǎn)品進(jìn)行無意人體電磁場輻射測試。炒菜模式下的最大輸出功率為2100W 的電磁爐為參考水平的26.85%，大火模式下的容量為21 升的微波爐為參考水平的18.05%。因此，按正常距離使用時(shí)的兒童學(xué)習(xí)機(jī)器人發(fā)射EMF 在安全可接受范圍之內(nèi)，不會對孩子的頭部和軀干造成嚴(yán)重?fù)p害。

5 結(jié)束語

大眾家庭在享受兒童學(xué)習(xí)機(jī)器人帶來幼兒陪護(hù)便利的同時(shí)，也更加重視電磁輻射對人體健康的危害。因此，在日常使用中，人體與兒童學(xué)習(xí)機(jī)器人應(yīng)保持一定安全距離，避免暴露在超劑量的電磁輻射環(huán)境中。在兒童學(xué)習(xí)機(jī)器人投入市場之前，應(yīng)對其人體電磁場暴露情況進(jìn)行評估，促使產(chǎn)品生產(chǎn)商采取適當(dāng)措施，降低設(shè)備對人體健康危害帶來的風(fēng)險(xiǎn)。