儿童学习机器人人体电磁辐射检测方法

许惠如

（厦门市产品质量监督检验院 福建省厦门市 361104）

1 引言

科学技术日新月异，家用机器人以燎原之势在飞速发展。一种以启蒙陪伴、寓教于乐为目的的儿童学习机器人受到了众多家长们的青睐。儿童学习机器人改善中国家庭教育模式的同时，低龄儿童长期近距离使用电子产品引发的健康危害也引起公众的重视。目前，儿童学习机器人的无意人体电磁辐射评估的研究比较少，本文旨在根据儿童学习机器人的工作特点研究出一种可行的测量方法来评估其无意人体电磁场辐射，内容包括检测条件、运行模式、检测方法以及检测仪器。

2 测试方法分析及计算方式

2.1 测试方法分析

欧盟关于电子产品电磁场辐射（EMF，electromagnetic fields）的低电压指令2006/95/EC（LVD）表明，电子电气设备的人体电磁场辐射在暴露限值以下就不会对人体健康造成损害。

电磁场是在一定空间区域内连续分布的向量场。物理学中使用磁通量密度（也叫磁感应强度或磁通密度，符号B）来表示磁场的强弱，它是矢量，单位是特斯拉（简称特T）。本文通过计算儿童学习机器人磁通量密度有效值Br.m.s来评估其EMF 是否符合暴露限值。

电磁场测量方法有三种：时域评估、线谱评估、简化试验方法。线谱评估是针对仅有单线谱（其线谱由基波线谱和谐波线谱组成）的器具。简化试验是针对仅在电源频率及其谐波处产生微弱磁场的器具，仅需在2kHz 频率范围以下进行试验。而儿童学习机器人内部有几十颗高性能处理芯片、智能传感器、高速微电脑、步进驱动马达、高音质音响、Wi-Fi 天线等电子元器件，有的还配有摄像头、触摸屏、闪烁耳灯，工作模式多样且频率范围较广。因此，采用与信号类型无关的时域评估方法最为合理。

2.2 磁通密度有效值Br.m.s计算方式

利用示波器或频谱分析仪测量儿童学习机器人电磁场x、y、z 三个分量信号，记录每个频率点的最大数据，通过传递函数（如图1）加权，将加权信号平方、求和、取平均值，再利用公式计算出每个频率点的最大磁感应强度的均方根值，再计算磁场加权评估值计算出来的Br.m.s与欧盟推荐的电磁辐射暴露参考水平BRL比较，当Wn＜1.0（即Br.m.s＜100%BRL）时，符合暴露限值要求。参考水平和传递函数是与频率相关的变化量，例如，频率25Hz ～800Hz 的参考水平是5/f，频率800Hz ～0.15MHz 的参考水平是6.25μT 等。用时域评估方法得到的结果为每个方向上测量值的矢量叠加，这使得测量值与磁场向量无关。

图1：传递函数

图2：人体电磁场辐射EMF 测试布置图

3 测试过程

3.1 测试条件

测试应选择在环境温度为15 ～35℃，相对湿度为10%～ 75%，空气压力为86kPa ～106kPa，噪声小于限值5%的室内场所，并确保EUT 能正确运行。如以上环境条件下EUT 不能正常工作，需根据制造商要求的工作环境进行测试。测试前要有足够的时间，以确保EUT 正常使用中的工作条件。

图3：测试结果曲线图

3.2 频率范围

测量信号的评估与频率有关，测量频率范围为10Hz ～ 400kHz。

3.3 工作模式

儿童学习机器人供电方式有碱性电池和充电锂电池两种，测试前应将其连接到供电电压（额定电压的±2%，额定频率的±2%）上充电。当由内置可充电锂电池供电时，充电模式（本体+充电器）和工作模式（电池充满电+不连接适配器）两种情况下都要测试一次。

儿童学习机器人是集通信功能、人机交互功能、感知功能、识别功能、指令行走为一体的具有生命形态的幼教陪伴型家庭亲子机器人，应在制造商规定的尽量多的具有代表性的功能下进行测量，若某些典型功能无法同时配置，则需单独进行测试。

指令行走的儿童机器人的轮子是由发动机驱动的，测试时应将其支撑在绝缘木板上，绝缘木板的高度应使其悬空并保持稳定。

3.4 测试距离和位置

器具表面与测试探头表面最近点之间的最短距离为r1。儿童学习机器人正常使用中不会与人体头部或躯干直接接触，测试时的距离r1=30±5%cm。儿童学习机器人属于可以移动的小型设备，测试位置为样品的四周。测量过程中，人或物体不应处于探头和辐射源之间。

4 样品实测

4.1 样品分布情况

按照儿童学习机器人控制方式（全语音10 批次、按键10 批次、语音+按键8 批次）、市场销售单价（50 元～4000 元分为9 个档次）抽取了28 批次不同型号的样品。

4.2 测试设备

本文介绍一种用于测量EMF 的仪器--电磁场辐射危害测试仪（如图2）用于本次测试。它是由分析仪、传感器组成，传感器包含三个相互垂直且测量面积为100cm2±5cm2的同心线圈，用来测量频率范围1Hz ～400kHz 磁感应强度Br.m.s。测试过程不用考虑信号形式和频率，测试结果直接以“参考水平的百分比”的形式给出，可以清晰地反映出当前情况和剩余的安全差数，解决传统用频谱分析仪或示波器测量耗时且不可靠的难题。

4.3 测试结果

测试样品在r1=30cm 时的人体电磁场辐射EMF，结果见图3。28 批次产品六个面的人体电磁场辐射曲线呈现一定规律，峰值大概率在背面，即喇叭部位，平均值为4.93%，且随着音量升高强度增大，随着距离的增加强度减弱。为了让测量数据更直观，我们使用同样的传感器、在同样的距离下，对常用的家用电子产品进行无意人体电磁场辐射测试。炒菜模式下的最大输出功率为2100W 的电磁炉为参考水平的26.85%，大火模式下的容量为21 升的微波炉为参考水平的18.05%。因此，按正常距离使用时的儿童学习机器人发射EMF 在安全可接受范围之内，不会对孩子的头部和躯干造成严重损害。

5 结束语

大众家庭在享受儿童学习机器人带来幼儿陪护便利的同时，也更加重视电磁辐射对人体健康的危害。因此，在日常使用中，人体与儿童学习机器人应保持一定安全距离，避免暴露在超剂量的电磁辐射环境中。在儿童学习机器人投入市场之前，应对其人体电磁场暴露情况进行评估，促使产品生产商采取适当措施，降低设备对人体健康危害带来的风险。