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儿童定位手表辐射问题的再调查

2016/8/3 14:33:17      点击:

近日,某电视台播出了一个科技调查节目,结论是儿童定位手表的辐射超过手机千倍,该节目引发了公众的热议,很多父母都被吓到了,表示再不敢给孩子戴了。但事实果真如此吗?经研究发现,该节目对手表的测试过程中所选择的标准、读取的数据、所做的分析都存在着严重问题,其结论并不成立。


电磁波辐射属于专业性很强的技术领域,要想把“儿童定位手表的辐射是否安全”这个问题给公众剖析清楚并不容易,这得从电磁波辐射的安全标准说起。从对人体健康潜在影响的角度来看,国际上对电磁辐射的测量标准有两种,分别是功率密度标准和比吸收率标准。


1、功率密度标准


功率密度指的是单位面积所接收到的辐射功率,通常用等效平面波功率密度来表示,单位是W/m^2,我国现行的国家标准是《GB8702-2014电磁环境控制限值》。



根据此国标,手机和儿童定位手表频段的限值是0.4W/m^2,也可表示为40uW/cm^2


您肯定知道功率的单位是W,但为什么限值标准要取值单位面积呢?手机辐射的功率是一定的,距离越远则能量散布的空间就越大,可以设想一个辐射功率所穿透的球面,距离越远球面积就越大,单位面积上的功率就分摊得越小。例如您侧脸的面积是S,紧贴着手机或隔开一段距离,所受到的辐射量非常不同,所以不能直接拿设备的辐射功率来说事,而应以单位面积的功率来衡量。


2、比吸收率标准(SAR


比吸收率(SAR)的定义是:给定密度的体积微元内质量微元所吸收的能量微元对时间的微分值,单位是W/kg。这段术语很晦涩,其实意思很简单,它说的就是单位时间和单位生物体质量所吸收的电磁能量。


美国辐射保护与测量委员会(NCRP)和美国电气电子工程师协会(IEEE)所制定的美标为SAR≤1.6W/kg,国际非电离辐射防护委员会(ICNIRP)制定的欧标为SAR≤2.0W/kg,其中欧标是世界卫生组织(WHO)推荐的标准。我国现行的国家标准是《GB21288-2007移动电话电磁辐射局部曝露限值》,主要内容只有一页纸,其实就说了一句话:我国遵从世界卫生组织推荐的欧标2.0W/kg标准。


标准有了,但该如何测试呢?现行的是中国人民共和国通信行业标准:YD/T1644-2007 手持和身体佩戴使用的无线通信设备对人体的电磁照射----人体模型、仪器和规程,该标准的第1部分:靠近耳边使用的手持式无线通信设备的SAR评估规程(频率范围300MHz~3GHz),第2部分:手持和身体配戴设备在人体头部和身体内的SAR评估规程(频率范围300MHz~6GHz)。


相对于前面介绍的功率密度标准,这个比吸收率标准更多地考虑了人体情况,应该是更值得参考的标准,但它却很难操作。功率密度标准的检验很简单,拿个场强仪或频谱分析仪就可以测量,但比吸收率标准的检验却需要人体模型来配合,而且后续的数据算法也非常复杂。


如何测试头颅内部所吸收的电磁能量呢?当然不能把活人开瓢,只能制作一个跟头颅形状、密度、介电常数、电导率相当的标准人头模型,并根据标准对模型进行规范化,以保证测量结果的一致性和可比性。标准中要求用糖盐为主的悬浮液来模拟头部的组织液,对信号频率和功率、探头规格、测试程序等也都有着一整套的规范。


上图是工信部电信研究院认定的几种SAR值测量设备,左面两个的假头颅位于台面下,右侧的假头颅位于台面上,这只是外观的不同,测试过程都是一样的。首先在假头颅里填充与人体实际的介电常数和电导率相当的组织液,然后用悬臂把电磁探针插入到相应的部位,把手机等被测设备固定在特定位置进行辐射,探针将采集到的电磁波信号送到计算机中处理,并最终计算出SAR值。


3、儿童定位手表该用哪个标准?


对于儿童定位手表的辐射测量该使用哪条标准呢?电视节目中使用的便携式场强仪及使用的W/m^2单位,无可辩驳地说明测试者使用了“功率密度标准”,而这个标准是不适用于儿童定位手表这种无线通信终端的测试的!


GB8702-2014标准常用于可影响公共电磁环境的广播电视塔和手机基站等,却不用于手机和儿童定位手表这类终端的测量,这一点很容易被忽视,我本人在研究该问题的初期也犯了这个错误。为什么不能使用这个标准呢?这涉及到了远近场场强和辐射增益等专业问题,不便在这里展开分析,只请大家记住结论:这个标准对儿童定位手表并不适用。


在辐射方面儿童定位手表的性质就等同于手机,应使用比吸收率标准(SAR)。YD/T1644.1-2007标准的名称就是《手持和身体佩戴使用的无线通信设备对人体的电磁照射…》,儿童定位手表应属于身体佩戴使用的无线通信设备,但标准制定的时间比儿童定位手表早,所以没有特别指明儿童定位手表。标准总是滞后于新产品的,儿童定位手表作为新生事物,现在可参照这两个标准。有的儿童定位手表大厂遵循了更加严格的欧洲标准,如1999/519/EC;EN 50566:2013;EN62209-2:2010等。


4、应读取峰值还是均值?


虽然选择错了标准,但节目中对功率密度的测试还是有参考价值的,因为在SAR测试设备和环境条件固定的情况下,功率密度值与SAR值大体成正比关系。但节目测试中总是拿峰值来进行分析,这是一个严重的错误。


请注意上图注2的内容,场强参数是任意连续6分钟的方均根值,而不是峰值。


为什么要读取均值而不是峰值?这与设备的发射特点与辐射的热效应积累有关。儿童定位手表其实就是个GSM手机,在发射时只有约1/8的时间有信号,而且还有大段的空闲时间。


电磁辐射的热效应是积累的,应考察一段时间的平均功率,而不是某个瞬时功率。这个道理很简单,光着脚从烧红的炭火上快速跑过去可能没事,被窝里的热宝却可能搞出低温烫伤,加温当然要考虑时间因素。


节目中最令人震惊的就是下面这张图了,2900uW/cm^2实在是太吓人了,是1号手机的1000倍,是国标限值40 uW/cm^2的72.5倍,你还有何话可说?


我还真有话说,请您往回看GB8702-2014的表1截图,最下面红框中有一段话【对于脉冲电磁波,除满足上述要求外,其功率密度的瞬时峰值不得超过表1中所列限值的1000倍】


制定国标的专家们已经考虑到了瞬时功率极高的情况,例如功率极高作用时间极短的脉冲,被6分钟的时间一摊平,其均值可能很低,但瞬时这一下子的威力可是不得了,微波武器就是这个路子。


为了防止这种极端情况,国标做出了瞬时峰值不得超限1000倍的规定,国标限值是40 uW/cm^2,其1000倍就是40000uW/cm^2,2900uW/cm^2距离超标还差着八丈远呢!



节目中选择了错误的功率密度标准,退一步讲,即使采用功率密度标准来测试,那也应该读取均值而不是峰值。节目视频截图显示峰值1.747 uW/cm^2,均值是上方右侧的0.062 uW/cm^2,远远低于GB8702-2014的限值40uW/cm^2。即使误用了标准又读错了数,其峰值1.747 uW/cm^2也是达标的。


5、辐射比手机高1000倍?


节目称儿童定位手表的辐射强度比手机高1000倍,这在专业人士看来是匪夷所思的。在与基站的通信过程中,儿童定位手表其实就是一部GSM手机,基站不知道接入的是手机还是手表,采用的是一致的通信协议,对手机或手表这些移动终端的功率控制也是一致的。


通过对移动终端的功率控制,使得终端到达基站的信号功率强度处于同一级别,以便于后续统一的信号处理。如果像节目所说的那样,基站接收到的手表信号是手机的1000倍,其射频前端的设计是无法想象的。


上述的专业分析您可能不懂,但通过常识就可以判断,如果手表的辐射功率真的是手机的1000倍,那得需要多大的电池啊?小小的手表怎么可能装得下?孩子上街得背个电瓶。


6、小天才电话手表辐射强度的再测试


小天才电话手表在市场上的占有率很高,不幸在那个节目中出镜了,辐射超标的说法令其倍受打击,但其辐射强度的真相是什么? 9月16日下午,我指导该公司员工进行了对比性测试。


正规的测量应该测SAR值,但SAR设备非常专业和昂贵,只在几家政府认可的实验室里才有,我们测量的是功率密度,这只具有参考意义,由于与电视节目中的测试方法一样,所以对比效果还是很明显的。


分别测量手机和小天才电话手表的最大峰值,具体表现如下:


数值都是200uW/cm^2多,超过了国家标准的40uW/cm^2,但是请注意,这是峰值而不是均值。那均值是多少呢?手机和小天才电话手表的表现如下:


小天才电话手表的读数是0.055uW/cm^2,而那个节目中的均值是0.062uW/cm^2,两者非常一致。仪器不会说谎,节目中的测量数据也是真实可信的,问题出在专家错把峰值拿来说事了。


我逐秒定格研究视频中的测试画面,发现仪器没问题,测试数据也是真实可信的,包括前面说到的那个吓人的2100uW/cm^2也是真实的,只是专家分析得一塌糊涂。


从本次的手机与手表的对比实验可以看出,两者的表现是很一致的,这非常好理解,因为在与基站通信的过程中,儿童定位手表其实就是一部GSM手机,表现当然会一致,相差千倍才叫见鬼。


当小天才的员工给我一张张地出示GSM终端名义的证书时,我感到他委屈得快哭了,“老师,这明明就是GSM模块啊,咋功率就能比其它GSM模块高千倍呢?”这个问题我也无法回答。


7、小天才电话手表辐射强度的标准化测试


所有的手持和佩戴的移动通信终端上市前都必须经过SAR检验,选择政府指定的任一家实验室测试就可以,小天才电话手表分别在摩尔实验室和泰尔实验室进行了多次测试。


下面是摩尔实验室的测试情况:


请注意手表没有贴近假头颅,这是距离15mm的测试,结论是0.279W/Kg,远低于2W/Kg的国家标准。


SAR值一般都是取紧贴情况下的最大一次读数,其结论是严苛保守的,那为什么要“拉距”测试呢?这是因为手表在实际使用过程中是不紧贴头部的,15mm是正常使用距离的一种情况,加做拉距测试是为了对实际使用情况的辐射量有一个评估。


在泰尔实验室做的是紧贴实验,SAR值是1.15 W/Kg,可见距离因素的影响非常大,而这种紧贴的极限情况下的指标仍低于国家标准。


有的网友可能注意到了,计算机的读数中有1g和10g两种,我国的国家标准指定的是10g标准,特此说明。


上面这个1.15 W/Kg是刚刚在泰尔实验室测量的,是为了请媒体记者和用户代表来亲眼见证而安排的,请国家认证的测试计量机构搞个专业测试并出具报告是很昂贵的,其实这次测试并没有必要,因为6月份就已经在泰尔实验室检测过了。


话说企业也真不容易,不实流言传播很快,除了砸钱再搞检验以自证清白外,也没有什么更好的办法。6月份的测试结果是1.14 W/Kg,两次测试的数值基本相同,说明测试的一致性很好。


8、糖猫超能儿童手表


那个电视节目可谓一石激起千层浪,国内所有的儿童定位手表厂家都受到了影响。我以前就跟糖猫超级儿童手表的某个经理认识,打电话咨询情况,他表示很冤枉,本来是严格按标准生产的合格产品,结果也被牵连了。


他介绍说糖猫也找了泰尔实验室做SAR的检测,您可以会问:为什么儿童定位手表厂家都愿意找这家呢?


看到工信部电信研究院这块牌子您就知道了,这是工信部下属机构成立的一家政府指定的认证授权中心,太有权威性了。


泰尔实验室对糖猫超能儿童手表的各种距离分别进行了测试,并出具了辐射指标合格的检验报告。


这位经理还要给我看其它的检验证书和报告,我说不必了。这里插播一个感慨,国内一款电子产品要能上市,需要包括材质、功能、性能等很多方面的检验证书,国标行标有着一大堆,繁琐且严格,以前我点评手机时就多次说过,符合国标行标的就是合格产品,甭听某些测评者的忽悠,他们凭的就是一张嘴,哪里有国家认证的检验机构专业和严谨。


我称七七八八的合格证书和报告就不看了,风波焦点是辐射量过大,我就看国家认证机构的SAR值检测报告,这个报告我看到了,这就已经证明了糖猫超能儿童手表在辐射方面是安全的。


糖猫智能儿童手表的天线还很有特点,叫做LDS雕刻天线,是使用激光直接成型技术雕刻在表盘外面,这能保证手表向内辐射更小,信号接收更强,这种设计很合理,应该算是一个亮点。


9、其它儿童定位手表安全吗?


我这次测试研究只涉及到了小天才和糖猫两款,网友一定会问:其它品牌的儿童定位手表的辐射安全吗?


我是这样理解的,儿童定位手表普遍采用的是GSM通信技术,功率处于同一量级,应该不会有太出格的功率。但是,具体到某一款,特别是小厂山寨货,那可就真不一定了,毕竟把功率做高比做好功率控制更容易也更省钱。


购买儿童定位手表,除了应选择正规厂家之外,还必须要核实是否具有权威机构的SAR值检验报告,有达标报告的就是安全的,没有达标报告的就绝对不能买。


如果电视节目揭露的是辐射超标的山寨货,那就是净化儿童定位手表市场保障孩子安全的大好事,但这个节目使用了不规范的测试方法得出了不正确的结论,一杆子掀翻了一船人,把遵循严格规范并通过国家认证检测机构检测的合格产品也给打击了,这非常不好,而且这对给孩子买了手表的家长也是场心理折磨。可怜的老百姓又不懂这个专业,那该信谁呢?这是个很尴尬的问题。


我以前常说“遇到专业问题听专家的”,但这句话现在越来越说不出口了,甭听什么专家的,包括对我也不能盲信。我觉得老百姓还得相信政府认定的专业鉴定机构,毕竟他们有国家信誉做背书,比电视节目可靠得多。