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兒童定位手表輻射問題的再調查

2016/8/3 14:33:17??????點擊:

近日,某電視臺播出了一個科技調查節目,結論是兒童定位手表的輻射超過手機千倍,該節目引發了公眾的熱議,很多父母都被嚇到了,表示再不敢給孩子戴了。但事實果真如此嗎?經研究發現,該節目對手表的測試過程中所選擇的標準、讀取的數據、所做的分析都存在著嚴重問題,其結論并不成立。


電磁波輻射屬于專業性很強的技術領域,要想把“兒童定位手表的輻射是否安全”這個問題給公眾剖析清楚并不容易,這得從電磁波輻射的安全標準說起。從對人體健康潛在影響的角度來看,國際上對電磁輻射的測量標準有兩種,分別是功率密度標準和比吸收率標準。


1、功率密度標準


功率密度指的是單位面積所接收到的輻射功率,通常用等效平面波功率密度來表示,單位是W/m^2,我國現行的國家標準是《GB8702-2014電磁環境控制限值》。



根據此國標,手機和兒童定位手表頻段的限值是0.4W/m^2,也可表示為40uW/cm^2。


您肯定知道功率的單位是W,但為什么限值標準要取值單位面積呢?手機輻射的功率是一定的,距離越遠則能量散布的空間就越大,可以設想一個輻射功率所穿透的球面,距離越遠球面積就越大,單位面積上的功率就分攤得越小。例如您側臉的面積是S,緊貼著手機或隔開一段距離,所受到的輻射量非常不同,所以不能直接拿設備的輻射功率來說事,而應以單位面積的功率來衡量。


2、比吸收率標準(SAR


比吸收率(SAR)的定義是:給定密度的體積微元內質量微元所吸收的能量微元對時間的微分值,單位是W/kg。這段術語很晦澀,其實意思很簡單,它說的就是單位時間和單位生物體質量所吸收的電磁能量。


美國輻射保護與測量委員會(NCRP)和美國電氣電子工程師協會(IEEE)所制定的美標為SAR≤1.6W/kg,國際非電離輻射防護委員會(ICNIRP)制定的歐標為SAR≤2.0W/kg,其中歐標是世界衛生組織(WHO)推薦的標準。我國現行的國家標準是《GB21288-2007移動電話電磁輻射局部曝露限值》,主要內容只有一頁紙,其實就說了一句話:我國遵從世界衛生組織推薦的歐標2.0W/kg標準。


標準有了,但該如何測試呢?現行的是中國人民共和國通信行業標準:YD/T1644-2007 手持和身體佩戴使用的無線通信設備對人體的電磁照射----人體模型、儀器和規程,該標準的第1部分:靠近耳邊使用的手持式無線通信設備的SAR評估規程(頻率范圍300MHz~3GHz),第2部分:手持和身體配戴設備在人體頭部和身體內的SAR評估規程(頻率范圍300MHz~6GHz)。


相對于前面介紹的功率密度標準,這個比吸收率標準更多地考慮了人體情況,應該是更值得參考的標準,但它卻很難操作。功率密度標準的檢驗很簡單,拿個場強儀或頻譜分析儀就可以測量,但比吸收率標準的檢驗卻需要人體模型來配合,而且后續的數據算法也非常復雜。


如何測試頭顱內部所吸收的電磁能量呢?當然不能把活人開瓢,只能制作一個跟頭顱形狀、密度、介電常數、電導率相當的標準人頭模型,并根據標準對模型進行規范化,以保證測量結果的一致性和可比性。標準中要求用糖鹽為主的懸浮液來模擬頭部的組織液,對信號頻率和功率、探頭規格、測試程序等也都有著一整套的規范。


上圖是工信部電信研究院認定的幾種SAR值測量設備,左面兩個的假頭顱位于臺面下,右側的假頭顱位于臺面上,這只是外觀的不同,測試過程都是一樣的。首先在假頭顱里填充與人體實際的介電常數和電導率相當的組織液,然后用懸臂把電磁探針插入到相應的部位,把手機等被測設備固定在特定位置進行輻射,探針將采集到的電磁波信號送到計算機中處理,并最終計算出SAR值。


3、兒童定位手表該用哪個標準?


對于兒童定位手表的輻射測量該使用哪條標準呢?電視節目中使用的便攜式場強儀及使用的W/m^2單位,無可辯駁地說明測試者使用了“功率密度標準”,而這個標準是不適用于兒童定位手表這種無線通信終端的測試的!


GB8702-2014標準常用于可影響公共電磁環境的廣播電視塔和手機基站等,卻不用于手機和兒童定位手表這類終端的測量,這一點很容易被忽視,我本人在研究該問題的初期也犯了這個錯誤。為什么不能使用這個標準呢?這涉及到了遠近場場強和輻射增益等專業問題,不便在這里展開分析,只請大家記住結論:這個標準對兒童定位手表并不適用。


在輻射方面兒童定位手表的性質就等同于手機,應使用比吸收率標準(SAR)。YD/T1644.1-2007標準的名稱就是《手持和身體佩戴使用的無線通信設備對人體的電磁照射…》,兒童定位手表應屬于身體佩戴使用的無線通信設備,但標準制定的時間比兒童定位手表早,所以沒有特別指明兒童定位手表。標準總是滯后于新產品的,兒童定位手表作為新生事物,現在可參照這兩個標準。有的兒童定位手表大廠遵循了更加嚴格的歐洲標準,如1999/519/EC;EN 50566:2013;EN62209-2:2010等。


4、應讀取峰值還是均值?


雖然選擇錯了標準,但節目中對功率密度的測試還是有參考價值的,因為在SAR測試設備和環境條件固定的情況下,功率密度值與SAR值大體成正比關系。但節目測試中總是拿峰值來進行分析,這是一個嚴重的錯誤。


請注意上圖注2的內容,場強參數是任意連續6分鐘的方均根值,而不是峰值。


為什么要讀取均值而不是峰值?這與設備的發射特點與輻射的熱效應積累有關。兒童定位手表其實就是個GSM手機,在發射時只有約1/8的時間有信號,而且還有大段的空閑時間。


電磁輻射的熱效應是積累的,應考察一段時間的平均功率,而不是某個瞬時功率。這個道理很簡單,光著腳從燒紅的炭火上快速跑過去可能沒事,被窩里的熱寶卻可能搞出低溫燙傷,加溫當然要考慮時間因素。


節目中最令人震驚的就是下面這張圖了,2900uW/cm^2實在是太嚇人了,是1號手機的1000倍,是國標限值40 uW/cm^2的72.5倍,你還有何話可說?


我還真有話說,請您往回看GB8702-2014的表1截圖,最下面紅框中有一段話【對于脈沖電磁波,除滿足上述要求外,其功率密度的瞬時峰值不得超過表1中所列限值的1000倍】


制定國標的專家們已經考慮到了瞬時功率極高的情況,例如功率極高作用時間極短的脈沖,被6分鐘的時間一攤平,其均值可能很低,但瞬時這一下子的威力可是不得了,微波武器就是這個路子。


為了防止這種極端情況,國標做出了瞬時峰值不得超限1000倍的規定,國標限值是40 uW/cm^2,其1000倍就是40000uW/cm^2,2900uW/cm^2距離超標還差著八丈遠呢!



節目中選擇了錯誤的功率密度標準,退一步講,即使采用功率密度標準來測試,那也應該讀取均值而不是峰值。節目視頻截圖顯示峰值1.747 uW/cm^2,均值是上方右側的0.062 uW/cm^2,遠遠低于GB8702-2014的限值40uW/cm^2。即使誤用了標準又讀錯了數,其峰值1.747 uW/cm^2也是達標的。


5、輻射比手機高1000倍?


節目稱兒童定位手表的輻射強度比手機高1000倍,這在專業人士看來是匪夷所思的。在與基站的通信過程中,兒童定位手表其實就是一部GSM手機,基站不知道接入的是手機還是手表,采用的是一致的通信協議,對手機或手表這些移動終端的功率控制也是一致的。


通過對移動終端的功率控制,使得終端到達基站的信號功率強度處于同一級別,以便于后續統一的信號處理。如果像節目所說的那樣,基站接收到的手表信號是手機的1000倍,其射頻前端的設計是無法想象的。


上述的專業分析您可能不懂,但通過常識就可以判斷,如果手表的輻射功率真的是手機的1000倍,那得需要多大的電池???小小的手表怎么可能裝得下?孩子上街得背個電瓶。


6、小天才電話手表輻射強度的再測試


小天才電話手表在市場上的占有率很高,不幸在那個節目中出鏡了,輻射超標的說法令其倍受打擊,但其輻射強度的真相是什么? 9月16日下午,我指導該公司員工進行了對比性測試。


正規的測量應該測SAR值,但SAR設備非常專業和昂貴,只在幾家政府認可的實驗室里才有,我們測量的是功率密度,這只具有參考意義,由于與電視節目中的測試方法一樣,所以對比效果還是很明顯的。


分別測量手機和小天才電話手表的最大峰值,具體表現如下:


數值都是200uW/cm^2多,超過了國家標準的40uW/cm^2,但是請注意,這是峰值而不是均值。那均值是多少呢?手機和小天才電話手表的表現如下:


小天才電話手表的讀數是0.055uW/cm^2,而那個節目中的均值是0.062uW/cm^2,兩者非常一致。儀器不會說謊,節目中的測量數據也是真實可信的,問題出在專家錯把峰值拿來說事了。


我逐秒定格研究視頻中的測試畫面,發現儀器沒問題,測試數據也是真實可信的,包括前面說到的那個嚇人的2100uW/cm^2也是真實的,只是專家分析得一塌糊涂。


從本次的手機與手表的對比實驗可以看出,兩者的表現是很一致的,這非常好理解,因為在與基站通信的過程中,兒童定位手表其實就是一部GSM手機,表現當然會一致,相差千倍才叫見鬼。


當小天才的員工給我一張張地出示GSM終端名義的證書時,我感到他委屈得快哭了,“老師,這明明就是GSM模塊啊,咋功率就能比其它GSM模塊高千倍呢?”這個問題我也無法回答。


7、小天才電話手表輻射強度的標準化測試


所有的手持和佩戴的移動通信終端上市前都必須經過SAR檢驗,選擇政府指定的任一家實驗室測試就可以,小天才電話手表分別在摩爾實驗室和泰爾實驗室進行了多次測試。


下面是摩爾實驗室的測試情況:


請注意手表沒有貼近假頭顱,這是距離15mm的測試,結論是0.279W/Kg,遠低于2W/Kg的國家標準。


SAR值一般都是取緊貼情況下的最大一次讀數,其結論是嚴苛保守的,那為什么要“拉距”測試呢?這是因為手表在實際使用過程中是不緊貼頭部的,15mm是正常使用距離的一種情況,加做拉距測試是為了對實際使用情況的輻射量有一個評估。


在泰爾實驗室做的是緊貼實驗,SAR值是1.15 W/Kg,可見距離因素的影響非常大,而這種緊貼的極限情況下的指標仍低于國家標準。


有的網友可能注意到了,計算機的讀數中有1g和10g兩種,我國的國家標準指定的是10g標準,特此說明。


上面這個1.15 W/Kg是剛剛在泰爾實驗室測量的,是為了請媒體記者和用戶代表來親眼見證而安排的,請國家認證的測試計量機構搞個專業測試并出具報告是很昂貴的,其實這次測試并沒有必要,因為6月份就已經在泰爾實驗室檢測過了。


話說企業也真不容易,不實流言傳播很快,除了砸錢再搞檢驗以自證清白外,也沒有什么更好的辦法。6月份的測試結果是1.14 W/Kg,兩次測試的數值基本相同,說明測試的一致性很好。


8、糖貓超能兒童手表


那個電視節目可謂一石激起千層浪,國內所有的兒童定位手表廠家都受到了影響。我以前就跟糖貓超級兒童手表的某個經理認識,打電話咨詢情況,他表示很冤枉,本來是嚴格按標準生產的合格產品,結果也被牽連了。


他介紹說糖貓也找了泰爾實驗室做SAR的檢測,您可以會問:為什么兒童定位手表廠家都愿意找這家呢?


看到工信部電信研究院這塊牌子您就知道了,這是工信部下屬機構成立的一家政府指定的認證授權中心,太有權威性了。


泰爾實驗室對糖貓超能兒童手表的各種距離分別進行了測試,并出具了輻射指標合格的檢驗報告。


這位經理還要給我看其它的檢驗證書和報告,我說不必了。這里插播一個感慨,國內一款電子產品要能上市,需要包括材質、功能、性能等很多方面的檢驗證書,國標行標有著一大堆,繁瑣且嚴格,以前我點評手機時就多次說過,符合國標行標的就是合格產品,甭聽某些測評者的忽悠,他們憑的就是一張嘴,哪里有國家認證的檢驗機構專業和嚴謹。


我稱七七八八的合格證書和報告就不看了,風波焦點是輻射量過大,我就看國家認證機構的SAR值檢測報告,這個報告我看到了,這就已經證明了糖貓超能兒童手表在輻射方面是安全的。


糖貓智能兒童手表的天線還很有特點,叫做LDS雕刻天線,是使用激光直接成型技術雕刻在表盤外面,這能保證手表向內輻射更小,信號接收更強,這種設計很合理,應該算是一個亮點。


9、其它兒童定位手表安全嗎?


我這次測試研究只涉及到了小天才和糖貓兩款,網友一定會問:其它品牌的兒童定位手表的輻射安全嗎?


我是這樣理解的,兒童定位手表普遍采用的是GSM通信技術,功率處于同一量級,應該不會有太出格的功率。但是,具體到某一款,特別是小廠山寨貨,那可就真不一定了,畢竟把功率做高比做好功率控制更容易也更省錢。


購買兒童定位手表,除了應選擇正規廠家之外,還必須要核實是否具有權威機構的SAR值檢驗報告,有達標報告的就是安全的,沒有達標報告的就絕對不能買。


如果電視節目揭露的是輻射超標的山寨貨,那就是凈化兒童定位手表市場保障孩子安全的大好事,但這個節目使用了不規范的測試方法得出了不正確的結論,一桿子掀翻了一船人,把遵循嚴格規范并通過國家認證檢測機構檢測的合格產品也給打擊了,這非常不好,而且這對給孩子買了手表的家長也是場心理折磨??蓱z的老百姓又不懂這個專業,那該信誰呢?這是個很尷尬的問題。


我以前常說“遇到專業問題聽專家的”,但這句話現在越來越說不出口了,甭聽什么專家的,包括對我也不能盲信。我覺得老百姓還得相信政府認定的專業鑒定機構,畢竟他們有國家信譽做背書,比電視節目可靠得多。