儿童智能手表电磁辐射分析1）

叶秋仪 王海 邓正泉 梁玲金

（广州市标准化研究院）

儿童智能手表电磁辐射分析1）

叶秋仪 王海 邓正泉 梁玲金

（广州市标准化研究院）

儿童智能手表作为一款新型的消费类电子产品，目前尚无相应的国家或行业标准，产品潜在的质量安全问题受到社会普遍关注。论文着重分析了儿童智能手表的电磁辐射，参考手机的相关标准，对比分析了国内外标准的差异，选购了20批次产品，模拟儿童智能手表的实际通话场景，测量了儿童智能手表SAR值。

儿童智能手表 电磁辐射

1 前言

智能硬件在传统消费类电子产品中的应用，产生了智能可穿戴设备等新型电子产品。根据中国信息通信研究院发布的《移动智能终端暨智能硬件白皮书（2016）》[1]显示，2015年，全球智能可穿戴设备出货量约为7800 万件，同比增长 171.6%。目前，市场上智能可穿戴设备主要为智能手环和智能手表，智能手环的主要功能为运动健康，智能手表在产品功能上则包含运动健康、儿童安全、老人护理三大领域。

儿童丢失一直是社会舆论关注的热点，据中国之声《央广夜新闻》报道[2]，按照不同的统计数字，中国每年的失踪儿童不完全统计有20万人左右，找回来的大概只占到0.1%。儿童智能手表作为一款主打儿童安全的产品，其提供的定位、通话、电子围栏、历史轨迹等功能为家长实时监护孩子的活动提供了可能，该类产品也在近年得到了热销。

作为一类新兴产品，儿童智能手表出现为家长监护孩子提供了许多帮助，但由于该产品正处于产业发展的初期，相关的标准与法规尚不完善，产品质量参差不齐，关于儿童智能手表的安全问题在近年中一度成为舆论的热点，如电磁辐射、信息安全等。本文就社会普遍关注的儿童智能手表电磁辐射的相关技术标准进行分析，并购置了部分样品做测试测量。

2 儿童智能手表产品分析

儿童智能手表通常由主控模块、GPS模块、GSM模块、Wifi模块、RFID、电源、蓝牙、传感器等部件构成，其示意图如图1所示。主控模块是手表的核心部件，用于接收与处理各部件信号；GPS、LBS（GSM模块）、Wifi模块构成多重定位系统，根据信号的强弱自动选择定位方式。

图1 儿童智能手表构造示意图

儿童智能手表电磁辐射主要来源于GSM模块，该模块是2G电话通讯系统，会进行信号的收发，因而会向外辐射信号，其辐射强度与发射功率相关。我国GSM系统主要包括900MHz和1800MHz两个工作频段，通常的GSM终端都支持在这两个频段间自由切换。GSM协议规定，终端发射功率是可以被基站控制的，采用GSM的终端在使用时，如果遇到远离基站，或者处于无线阴影区时，基站可以命令终端发出较大功率，一般最大的功率可能会达到2W。如果遇到终端离基站很近，且无任何遮挡物时，基站可以命令终端发出较小功率，最小功率为3.2mW[3]。

3 电磁辐射

现有的研究成果表明，长时间的电磁辐射可引起细胞形态和功能的改变，影响生物大分子(包括DNA、RNA 和蛋白质)的合成、细胞的增殖和分化[4]。频率范围10MHz～300GHz，发热是吸收电磁能量的主要效果，温度升高超过1℃～2℃会产生很多生理效应，这些效应包括：神经和神经肌肉功能发生变化、血—脑屏障渗透性增强、视觉机能障碍（晶状体混浊和角膜异常）、与应激有关的免疫系统变化、血液变化、致畸性及细胞形态、水和电解液以及细胞膜机能发生变化[5]。且在局部暴露的情况下，某些敏感组织会首先受到损伤。

电磁辐射对人体的影响一般考虑的是热效应，由于人体各种器官均为有耗介质，在外界电磁场的作用下体内将产生感应电磁场，体内感应电磁场将会产生电流，导致吸收和耗散电磁能量，用SAR（Specific Absorption Rate，比吸收率）来衡量热效应的大小。

SAR表示生物组织单位时间（dt）单位质量（dm或ρdV）所吸收的电磁波能量，单位为W/kg，可用下式表示[6]：

式中：

E——组织中电场强度的有效值，V/m；

σ——机体组织的电导率，S/m；

ρ——机体组织的密度，kg/m3；

ch——机体组织的热容量，J/（kg·K）；

从式（1）可以看出，测量SAR值可以通过测量场强分布或温度变化进行评估。但通过测量温升的方法进行SAR评估很难进行，误差很大。因此，目前国际上普遍采用电场探头测量场强分布来进行SAR评估，以取得更高的测量精度。

4 相关技术标准分析

目前我国尚未发布儿童智能手表相应的国家或行业标准，产品也未纳入到3C强制性认证目录中，部分企业以 “多媒体终端”或“儿童智能手机”等名称，将儿童智能手表产品归为音视频类或通讯类产品来申请 CCC 认证。

儿童智能手表的通讯系统是仿照手机设计的，因而手机的相关标准可以作为参照。在我国，《电信设备进网管理办法》第八条中规定，申请电信设备进网许可应该提供“检测报告或产品认证证书”及“无线电发射设备型号核准证”。因此，手机获得电信设备进网许可证需要符合GB 21288—2007《移动电话电磁辐射局部暴露限值》关于靠近头部的移动电话暴露限值，即2W/kg。

在测试方法上，电磁辐射的检测通常分为两类，一类是检测比吸收率，另一类是检测功率密度。GB/T 28446.1—2012《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 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）》为靠近耳边使用的无线通信设备SAR评估规程，该标准等同采用了IEC 62209-1：2005，是GB 21288—2007的测量方法标准；YD/T 1644.2—2011《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 第2部分：靠近身体使用的无线通信设备的比吸收率（SAR）评估规程（频率范围30MHz～6GHz）》等同采用了IEC 62209-2：2010，适用于靠近人体且发射距离不大于200mm的无线通信设备，包括置于脸部前和身体佩戴式等方式，该标准仍然是对SAR的评估规程。GB 8702—2014《电磁环境控制限值》对于电磁辐射的检测是功率密度，该标准适用范围为公众暴露。由于儿童智能手表在使用时为靠近头部或身体，应为局部暴露，故在检测儿童智能手表对人体的电磁辐射时，应测量比吸收率。

在电磁辐射限制值的设定方面，国际非电离辐射防护委员会（ICNIRP）做了大量贡献，其发布的导则《限制时变电场、磁场和电磁场暴露的导则（300 GHz以下）》从剂量、生物效应、流行病学三个方面分析了学术界对SAR值的研究成果，指出个体暴露在一般环境条件下，全身SAR值大约为4W/kg的场中约30分钟就会导致身体温度升高1℃。在此基础上，采用10倍的安全系数作为职业人群的暴露限值，即0.4 W/kg；公众暴露则采用了额外的安全系数5，故全身平均SAR值为0.08 W/kg。对于局部暴露，ICNIRP 规定头部和躯干限值为2 W/kg，肢体为4 W/kg[7]。

在美国，联邦法典47CFR Part2.1093、FCC OET Bulletin 65 Supplement C、ANSI/IEEE C95.1中， 对无线电设备的电磁辐射均做了限值要求，头部和身体为1.6W/kg（1g），四肢为4.0W/kg（10g）。IEEE 1528—2013为靠近头部的峰值空间平均SAR值的测试规程，KDB 447498 D01为靠近身体的测试规程，要求对于佩戴在身体上的设备测量SAR值时最小距离应不超过5mm。

欧盟的辐射暴露法规源自于国际电工委员会（IEC），EN 50566：2013对无线电设备的电磁辐射做了限值要求，其中规定头部和身体限值为2.0W/kg（取10g），四肢为4.0W/kg（取10g）。在测试方法上，采用EN 62209-1：2006进行靠近头部的测试，采用EN 62209-2：2010进行靠近四肢的测试。

我国和欧美国家在SAR限值对比如表1所示，我国只对头部有限值，对身体和四肢无限值，而欧美国家均设定了相应的限值，且头部和身体部位较四肢更为严格。这是因为考虑到头部和身体的软组织较多，且分布着重要的人体器官，所以头部和身体相较于四肢更易遭受电磁辐射的危害。从表中可以看出，美国关于SAR值的限定更为严格，对头部和身体的限值不仅数值更小，而且也采用了更为严格的数值处理办法——1g，也即通过1g立方块所吸收的电磁功率大小来计算量化到1kg的吸收值，由于人体组织液对电磁波的吸收和耗散，1g 的立方块内往往电磁功率强度相对集中。

表1 我国和欧美国家SAR限值对比

5 测试分析

电磁辐射的测量原理为：使用人体仿真模型，充入人体特性相同的人体模拟液；装上近场测量用的探头，测量人体模型内面的电场强度的分布；根据式（1），通过测量出的电场强度的分布来计算出SAR的平均值[8]。

在测量设备上，由瑞士SPEAG公司生产的DASY5测试系统是目前市场上较为常用的比吸收率测试系统，如图2所示，该系统包括计算机、数据采集单元、电场探头、探头定位机械臂、测量环境场地、装模拟液的人体模型、被测物、固定被测物夹具等部件。

图2 DASY5测试系统

儿童智能手表的日常使用场景为：当进行语音通话时，是置于脸部前面的，如图3所示，其他时间则是佩戴在手腕处。因此，采用的测试标准为YD/T 1644.2—2011，根据要求，置于脸前式设备在距离模型表面25mm位置处进行测试，如图4所示为测试时的安装图；肢体佩戴式则采用紧贴模型的方式，如图5所示。

图3 儿童手表通话时的示意图

图4 置于脸前式测试定位

图5 手腕佩戴式测试定位

本试验从网上和实体店共采集了20批次样品，价格区间从几十元到七百元，其中200元以下7批次，200～500元9批次，500元以上4批次，通过试验有效测得16批次产品在脸部前面和配戴在手腕上的电磁辐射值。结果显示，16批次产品脸部前面的SAR均在2W/kg以下，手腕的SAR值均在4W/kg以下（测量结果只对本次样品负责）。

6 结语

儿童智能手表作为可穿戴设备的一种，其从产生到高速增长时间较短，缺少相关国家或行业标准的规范，生产制造门槛低，市场产品种类繁多，品质不一。本文所分析的国内外标准，可作为国家和行业标准尚未发布前，产品测试的参考标准。

由于儿童智能手表是针对特殊群体且长时间佩戴的产品，而低强度电磁场下的暴露对健康可能造成的影响一直存在争议，尤其是电磁辐射对儿童健康的影响，因此其产品质量安全还难以评估。建议相关行业针对儿童智能手表，制定相应的产品标准，对电磁辐射的限值和测试要求做出明确的规定，以进一步规范市场秩序。

对于消费者，建议选择进行过3C认证的产品，虽然儿童智能手表未纳入3C认证目录，但从样品分析来看，有实力的企业会将产品归类到移动电话类目进行3C认证，这类产品的辐射控制在标准范围内，正常使用风险较小。

[1]中国信息通信研究院.移动智能终端暨智能硬件白皮书（2016年）[R/OL].[2016-10]. http://www.caict.ac.cn/ kxyj/qwfb/bps/201610/P020161027525277225001.pdf.

[2]我国每年约有20万儿童失踪 仅有0.1%能找回[EB/OL]. (2013-06-02)[ 2016-8-22]，中国广播网，http://china. cnr.cn/yxw/201306/t20130602_512724290.shtml.

[3]李旸，逯贵祯. SM与CDMA手机辐射的比较[J]. 中国传媒大学学报（自然科学版），2008，15（2）：6-9.

[4]王长振，吴可，丛建波. 电磁辐射的生物学效应及生物医学应用[J]. 中华物理医学与康复杂志，2003，25（1）：51-53.

[5]曹毅，童建.电磁辐射生物效应研究综述[J]. 环境与职业医学，2007，24（2）：222-226.

[6]林浩.比吸收率（SAR）测量值的比对评估[J]. 现代电信科技，2012（3）：43-47.

[7]International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection. Exposure to high frequency electromagnetic fields, biological effects and health consequences (100 kHz-300 GHz)[ R/OL].[2009]. www.icnirp.org.

[8]中国通信标准化协会. YD/T 1644.2—2011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 第2部分：靠近身体使用的无线通信设备的比吸收率（SAR）评估规程（频率范围30MHz～6GHz）[S]. 北京：人民邮电出版社，2012.

Analyze Electromagnetic Radiation of Children's Smartwatch

Ye Qiuyi, Wang Hai, Deng Zhengquan, Liang Lingjin
( Guangzhou Institute of Standardization )

Children's smartwatch, as a new type of consumer electronic products, there is no corresponding national or industry standards currently, potential product quality and safety issues are widely concerned by the community. The article focuses on analyzing the electromagnetic radiation of children's smartwatch and the differences between domestic and international standards refer to the relevant standards of mobile phones. Measured the SAR value through simulating the actual call scene from the purchased 20 batches of children's smartwatch.

children's smartwatch, electromagnetic radiation

1）基金项目：广州市标准化研究院科技项目（编号：GZISKJS201606）。