Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Engineering

ניתוח יעיל של תנאי חשיפה של אדם עם הגוף שחוקה Dosimeters ב 2.4 GHz הלהקה

doi: 10.3791/56525 Published: May 2, 2018

Summary

מחקר זה מתאר פרוטוקול כדי למדוד רמות חשיפה בלהקה 2.4 GHz, הימנעות אי הוודאויות הנגרמת על ידי שימוש exposimeters אישי כמו התקני מדידה. שינויים אלה של רמות החשיפה צריכה להילקח בחשבון, במיוחד על פי חוק בדיקות, היכן גבולות חשיפה מוגדרים מנתונים שאינו מוטרד.

Abstract

הליך ניסיוני מוגדרים היטב הוא הפיץ להעריך חשיפה מקסימלית התנאים במקרה הגרוע ביותר, תוך הימנעות אי הוודאויות הנגרמת על ידי שימוש אישי exposimeters (PEMs) כמו מכשירי מדידת: גוף צל אפקט (BSE), טווח רגישות מוגבלים, אי-הזיהוי של מקור קרינה. יש חסם עליון עבור רמות חשיפה כדי EMF מספר מארזים מקורה נמדד, מדומה. תדירות שימוש לצורך המחקר הוא 2.4 GHz, כפי שהוא הלהקה הנפוץ ביותר בתחום התקשורת מקורה. למרות ערכים מוקלטות מתחת הוועדה הבינלאומית עבור רמות התייחסות הגנה מפני קרינה בלתי מייננת (ICNIRP), יש צורך מסוים כדי לספק רמות חשיפה אמין בתוך סביבות רגישים במיוחד. מבחינת חשיפה השדה האלקטרו-מגנטי (EMF), גבולות נוסדה בשנת הסטנדרטים הלאומיים והבינלאומיים להגנת הבריאות הוגדרו תנאים חשיפה בשלוות נפש; כלומר, חשיפה אמיתי ואובייקטיבי הנתונים לא שונו בצורה כלשהי.

Introduction

השימוש של רשתות תקשורת מקומיות אלחוטיות (WLAN) הפכה נפוצה יותר במידה ניכרת בשנים האחרונות. טכנולוגיות אלחוטיות הפכו חלופות גישה קבועה מסורתיים אלה, כתוצאה מכך, מספר גדול של נקודות גישה (AP) הותקנו אזורי מגורים, תעסוקה, ציבורית1,2. זה מספר גדול של AP והתקני תקשורת אישית הוביל עניין משמעותי הסיכונים הקשורים בחשיפה השדה האלקטרו-מגנטי (EMF)3.

אישיות exposimeters (PEMs) הם מכשירים ניידים למדידת חשיפה בודדים, משמש בדרך כלל בתחום אפידמיולוגיה. מספר מחקרים גילו אי הוודאויות בעת שימוש PEMs במדידות EMF. ממצאים אלה מראים ההשפעות שיש PEMs על רמת המהימנות תוצאות שהושג4. כמה פתרונות הוצעו כדי לצמצם את ההשפעה של אי הוודאויות הללו, כגון טכניקות לבישת PEM טוב, מרווחי דגימה קטנה, מדידות אורך מספיקות5.

מחברים מסוימים פרסמו עבודה על חשיבות שוקל את פקטור חובה (או מחזור) במידות חשיפה. במצבים אמיתיים, מכשירי Wi-Fi לא לשדר עם מחזור חיים מלא. Wi-Fi אותות מורכב בהתפרצות קטועה של גלי רדיו (RF) אנרגיה ותקופות ללא כל השידורים. כתוצאה מכך, יש אחוז גדול של מדידות דווח על חשיפה נמוך מאוד, לעיתים קרובות נופל מתחת לטווח רגישות, ל אשר נרשמים כפי שאינם-זיהוי על-ידי PEMs. יצירות אחדות להציע את השימוש גורמים כדי להשיג ערכי אמיתי דרך החישוב התיאורטי6.

הוודאות של אפקט צל של הגוף האנושי טופלה עם עניין מיוחד, כפי PEMs נועדו להיות משוחק על ידי המשתמש, עם הנוכחות של הלובש את גורם אי הוודאות נתונים שנרשמו ביומן. כימות ספגת המוח וידע לעזור לספק פרשנויות הנכון של נתוני החשיפה, שבלעדיו, זה יהיה צורך לבצע את הליכי מדידה קפדנית. ספגת המוח יכול להימנע על ידי לובש מספר PEMs, הממוקמים בחלקים שונים של הגוף האנושי7, או על-ידי החלת תיקון גורמים תוצאות שהושג5,9,10,11,12 . בינתיים, במקרים אחרים, הוחלפה הגוף טכניקות סימולציה עם השימוש של צילינדרים13. כמה עבודות להציע יישום טכניקות מדידה מסוים על מנת למנוע את ההשפעה של גוף האדם13. המחקר הנוכחי מציעה מתודולוגיה מדידה זה מונע את ההשפעה של הגוף מארזים מקורה ממש ללא מניפולציה לנתוני החשיפות.

תכונה אחת של PEMs הוא אי-הזיהוי של מקור קרינה. PEMs למדוד את רמות שדה חשמלי (E-שדה) בלהקות תדר מסוים, אבל אם מספר מקורות או התקנים מקרינה באותו התדר של, PEM מודד רמות E-שדה ללא זיהוי את התרומה של כל מקור מסוים.

לכן, בגלל מקורות אלה של אי-ודאות נתונים שנרשמו ביומן של PEMs, ניתוח רמת חשיפה דורשת הליכים ניסיוני והערכת חיזוי נומרי של רמות EMF לשם השגת תוצאות אמינות. עבודה זו מציגה מתודולוגיה מתאימה יכול לשמש כדי להעריך את החשיפה לשדות E (בתדר 2.4 GHz) מארזים מקורה. באמצעות מתודולוגיה זו, אי הוודאויות כאמור נגרם על-ידי underestimation עקב ספגת המוח, מופרזת שנגרמו על ידי אי-מזהה, ולא ובמיניוואנים של הלא-הזיהוי של מקור קרינה הם נמנעו. המהימנות משופרת זו פירושה כי הנתונים שהושגו באמצעות השיטה המוצעת מספק חסם עליון במקרה של התנאים לוואי בפרשת חשיפת EMF. גבולות החשיפה נוסדה בשנת הלאומית, תקנים בינלאומיים עבור בריאות הגנה הוגדרו עבור נתוני EMF בשלוות נפש, מסקרן על ידי כל השפעה או הסוכן. ההליך ניסיוני המוצעת מתאימה מבחינת הבדיקה תקינה ציות, מאז אי הוודאויות נחסכים נתונים שנרשמו ביומן, לספק מידע אמין זה יכול להיות בניגוד הסף חשיפה.

לאחר יישום פרוטוקול נסיוני, התוצאות שהושג כבר לעומת הסף, מומלץ ערכי חשיפה חקיקה אירופאית. זה נעשה על מנת לבדוק את התאימות לרגולציה של EMF חשיפה בשל מערכות Wi-Fi, בסביבות מקורה אופייני, אשר בתורו מייצגים הנפוצות בהקשרים במקום העבודה. כיום, תדר אלחוטי 2.4 GHz הוא אחת הלהקות תקשורת אשר יש נתונים זמינים באופן נרחב יותר על חשיפה לקהל הרחב. אינטרס פוליטי בלהקה הזאת ספציפית היא בשל חששות נרחבת לגבי הבריאות אפשרי ההשפעות של חשיפה RF האנרגיה הנפלטת אלחוטית מכשירים בסביבות רגישים, כגון מרכזי בריאות, בתי חולים, בתי ספר, ואפילו הגדרות משק הבית15.

עבודה זו מציגה פרוטוקול לספק מדידות בשלוות נפש לגבי תנאי חשיפה E-שדה, הימנעות אי הוודאויות הקשורים לשימוש של PEMs. מטרת עבודה זו היא לשפר את השימוש PEMs כמו מכשירי מדידה בדיקות תאימות.

Protocol

הפרוטוקול המוצע להלן ההנחיות של ועדת האתיקה האנושית מחקר קרלוס השלישי בריאות Institute´s.

1. מארז הבחירה ובדיקה בקרת סביבה אלקטרומגנטית

  1. בחר מארז מרווחים, מ' לפחות 203 בכרך, גדול מספיק האות דועך זה מורגש בנתוני ה-PEM מחובר. רצוי, המתחם צריך להיות ריק, למרות שאין זה הכרחי כמו מכשולים קטנים, כגון רהיטים, לא נלקחים בחשבון על הדגמים הפצת המשמשים כדי לחזות את רמות E-שדה מארזים מקורה16.
  2. בטל את הממשק האלחוטי של התקנים בקרבת מקום, כגון טלפונים ניידים, מחשבים, מחשבים ניידים, נקודות גישה, ועוד. ודאות PEM אחד הוא זיהוי שאינם ספציפיים של מקור קרינה, כלומר, PEMs מדד E-השדה עבור כל תדירות ללא זיהוי כל התקן שידור. לכן, ודא כי לא קיימים Wi-Fi התקנים הפועלים ב- 2.4 GHz הלהקה שעלולה להפריע הניסוי.
  3. להגדיר. PEM אחד עם קצב הדגימה של 4 s עם התוכנה מסוים הכלול PEM.
  4. מקם את PEM בגובה המותניים, למרות במדידות ראשוניות אלה, המיקום שבו PEM שחוקה אינה רלוונטית.
  5. להתחיל את PEM, ועל המשתמש ללכת מקצה אחד של המתחם כלפי האחר, בקצב של 10 ס מ/ש E-שדה רמות הם הנתונים שנרשמו על ידי PEM בזמן שהמשתמש נמצא הליכה.
  6. להוריד את הנתונים שנרשמו עם התוכנה מסוים הכלול PEM. בדוק כי כל הנתונים שנרשמו הם על גבול הנמוך של טווח רגישות PEM, V/m 0.05 ללהקה בתדר של 2.4 GHz.
  7. לבצע את המדידות שליטה בימים שונים כדי להבטיח את הדיר של הניסוי וכדי להשיג עקביות בתוצאות, עם אין וריאציות משמעותית העלולה להשפיע על האמינות שלהם.
    הערה: אם הבדיקות שליטה מאומתים בימים שונים, ניתן להניח, היעדרות של מקורות הקרינה Wi-Fi, וייתכן הנתונים שנרשמו אך ורק בשל התרומה של מקור קרינה של הניסוי.

2. לתקן את המיקום של המכשיר מדידה

  1. לבצע בדיקה ראשונית זו באחד מתחמים מקורה באמצעות שלושה PEMs. עמדות PEMs שלושה יוערך בו-זמנית כדי לתקן את המיקום של PEM המונעת בצורה הטובה ביותר את ההשפעה של הלובש את הנתונים שנרשמו.
  2. להגדיר את PEMs שלושה עם קצב הדגימה של 4 s באמצעות תוכנת ההגדרה של זה מסופק עם כל PEM.
  3. במקום את לדוקטור הראשון על החלק התחתון של הגב באזור המותני, איפה הגוף הוא הגנה מקסימאלית PEM. מקם את לדוקטור השני בגובה המותניים, ב קו ראיה (לוס) עם מקור קרינה.
  4. הצב לדוקטור השלישי של מטר אחד מן המשתמש (בקצה צינור שנערך על-ידי המשתמש שלהם לכתף) שם יהיה מושפע ספגת המוח. השתמש צינור קרטון של 1 מ' אורך; למשל, בעל המפה. המיקומים של PEMs שלושה מוצגים באיור1.
  5. השתמש נקודת גישה אמיתית כמו מקור קרינה.
  6. הפעל את PEMs בו זמנית רק לפני ביצוע המדידות.
    הערה: פער קטן בין הנתונים של PEMs שונים עלולה להתרחש; זה לא יהיה רלוונטי התוצאות. בדרך כלל פער זה הוא על 2 או 3 דגימות, המספר הכולל של דגימות בערך 300 איש.
  7. יש למשתמש ללכת לאט לכיוון ולאחר מכן הרחק מהמקור קרינה בקצב של 10 ס"מ/s, עם נקודת הגישה ממוקם לפני ומאחורי המשתמש, בהתאמה. איור 2 היא דיאגרמת של המתחם ניסיוני ומציגה את ההוראות של נתיבים מוגדרים מראש את העמדות של PEMs.
  8. הורד את הנתונים PEMs.

3. קרינה מקור

  1. עבור מקור קרינה בשימוש בשלב 4, להשתמש מחולל אותות אנלוגיים מחובר עם אנטנה biconical עם כבל נמוך-הפסד. האנטנה biconical הוא אנטנת פס רחב המכסה את טווח תדר של 80 מגה-הרץ עד 3 ג'יגה-הרץ.
  2. ולהגדיר את מחולל אותות אנלוגיים ליצירת אות רציף, ללא אפנון, בתדר של 2,437 מגה-הרץ, כמו זה אחד הכי נפוץ תדרים על ידי מערכות אינטרנט אלחוטי.
  3. להגדיר את הכוח האות שנוצר עם המקבילה isotropic הקרין (EIRP) של 100 מגה-וואט, EIRP המרבי המותר באירופה.
  4. למקם את האנטנה biconical המרכז בצד אחד של המתחם (איור 2) כדי להקל על ההבנה של הניסוי בתנאים דינמיים.
  5. יישר את האנטנה biconical עם המשתמש, כך שהמשתמש פונה ישירות למקור, כדי לזהות את underestimation – BSE מרבית הנתונים שנרשמו על ידי אי-לקו הראייה (NLoS) PEM, ביחס רמות שנרשמו על ידי PEM המחוספסים ספגת המוח.

4. מדידת מתודולוגיה

  1. לבצע מדידות באמצעות שתי PEMs. להגדיר את PEMs עם תקופה דגימה של 4 s עם תוכנת ההגדרה של זה מסופק עם כל PEM.
  2. מרכז את לדוקטור הראשון על הגב, NLoS לחלוטין עם מקור קרינה, ו איפה הגוף היא מקסימאלית מיגון PEM את.
  3. למקם את לדוקטור השני ממרחק של 1 מ' מן המשתמש (בסוף הצינור שנערך על-ידי המשתמש שלהם לכתף) על מנת למנוע את ההשפעה של הגוף האנושי. עמדה זו נקבע בשלב 2. המיקומים של שתי PEMs מסומנים באיור3.
  4. למקם את האנטנה biconical בצורה מאונכת.
  5. הפעל את PEMs בו זמנית רק לפני ביצוע המדידות. כמו צעד 2.6, פער קטן כאן לא יהיה רלוונטי התוצאות.
  6. יש את המשתמש ללכת לאט מהצד השני של המסדרון לכיוון מקור קרינה, על-פי המסלול מוגדר שמוצג באיור 3, בקצב איטי מתמשך כ 10 ס"מ/s. כאשר המשתמש יוצא, PEM הוא רישום E-שדה נתונים.
  7. הורד את הנתונים PEMs באמצעות התוכנה המצורפת.
  8. חזור על שלבים 4.5 4.6, 4.7 עם האנטנה biconical במצב אופקי, כדי לזהות את ההשפעה של סוג קיטוב.

5. ריי עקיבה דוגמנות

  1. או ישתמשו ריי-העקבה התוכנה מבוססת על תורת תמונה (אסטרטגיה המשמשת ריי-עקיבה טכניקות לניתוח התפשטות של שדות אלקטרו-מגנטיים16) על מנת לבדוק את האפקטיביות של המתודולוגיה על-ידי השוואת ניסיוני, תוצאות מדומה. המודל צריך לחזות את רמות ה-שדה החללים הריקים, ולאפשר אינטראקציה של גלים אלקטרומגנטיים עם סביבתו. בעת פיתוח תוכנה זו, בצע את הפעולות הבאות:
    1. לפתח את המודל בשלבים שונים על מנת לייצר נתיבים 3D בהתבסס על דור תמונה דו-ממדית, במישורים אנכיים ואופקיים. לחשב את שדה E כסכום וקטור של קרן הראשי, תרומות אחרות עקב השתקפויות diffractions של גלים אלקטרומגנטיים הרשומים בכל נקודה הערכה בתוך סביבתו. חשב את הערך E-שדה בנקודת ההערכה כסכום וקטור של כל התרומות (קרני) מן המקור לאחר מספר מרבי נתון של אינטראקציות עם הסביבה. השתמש במספר של השתקפויות על קירות המתחם כפרמטר קלט, עם 10 בתור ערך מרבי11.
    2. מעסיקים הרחבה של מקדם עקיפה האוריסטי של הולם עבור דגמי עקיפה, כפי שהוצע על ידי Nechayev ו- Constantinou בשימוש רודריגס. et al. 10
  2. כפרמטרים של תצורה, להשתמש בתכונות של ההתקנה ניסיוני: את הממדים ואת מקדם דיאלקטרי מוליכות של החומרים המהווים חלק בכל מארז הנבדקת. טבלה 111 מציג את הפרמטרים אלקטרומגנטית של החומרים אשר השתמשו בהם בהדמיה. המקדם השתקפות הקשורות חומרים מוליכי חשמל יש בעוצמה גבוהה יותר. ערך המקדמים השתקפות של מדיה שאינו מגנטי וניצוח הלא יהיה גבוה מספיק כדי להשפיע על E-השדה, מחושב כסכום של התרומה העיקרית של קרן ישיר, את התרומה אחרים diffractions והשתקפויות.
  3. מציגים הפרמטרים של תצורת המאפיינים של האנטנה biconical, דפוס קרינה, קיטוב.
  4. מציגים פרמטרי התצורה את תדר (2,437 MHz) ואת הכוח (20 dBm) של הגנרטור אות אנלוגי.
  5. הפעל את התוכנית לאחר כראוי כולל את כל הכניסות.
  6. לכמת את התוצאות במרווחים של 0.01 V/m, במטרה לחקות תנאי העבודה של PEM.
  7. תחליף את תוצאות שאינן מתחת לגבול הנמוך של רגישות PEM עם ערך של 0.05 V/m, כדי לשחזר אי-זיהוי שנרשמו על-ידי PEMs.

Representative Results

ארבעה מתחמים מקורה בגדלים שונים נבחרו כדי לבצע את המדידות ניסיוני, כרכים של מי היו 63 ז3 (מידות של 12 × 1.26/3 × 2.45 מ'), 162 מ'3 (27.15 × 1.93 × 3.1 ז), 57 ז3 (9 × 2.56 × 2.47 מ') ו- 63 ז3 (10 × 2.56 × 2.47 מ'). הרוחב של המתחם הראשון לא היה קבוע. מתחמים הראשון והשני, אורך הנתיב מראש היה 12 מ'. מתחמים השלישית והרביעית, אורך הנתיב מראש היה של המימד המרבי, כלומר, 9 ו-10 מ', בהתאמה. אחד שמשפיע את ספגת המוח הוא הסוג של חומרים שהופך את מקורה מתחמים, כמו חשיפה רמות להגדיל במקרה של סביבות עם חומרים מוליכי חשמל. באופן ספציפי, מתחמים השתמשנו חוברו של חומרים נטול השתקפות. בתנאים כאלו, ספגת המוח הופך רלוונטי, כמו קרני משתקף שנרשמו על-ידי PEM תחת ספגת המוח הם חלשים יותר מאשר במקרה של חומרים מוליכי חשמל.

התוצאות המתקבלות בשלב ראשוני מסוכמות באיור 4, אשר משווה את הנתונים שנרשמו על ידי PEMs 3 (אחד מאחור, עוד הקדמי, ועוד את השלישי ממוקם 1 מ' משם) בזמן שהמשתמש היה הליכה לכיוון, הרחק AP. E-השדה רמות שנרשמו על-ידי PEM שחוקים לוס עם מקור קרינה דומים מאוד לאלה הקליטו את PEM ממוקם 1 מ' הלובש, שניהם לוס עם מקור קרינה, למרות שזה ניכר כי PEM במגע עם הגוף אוגרי רמות נמוכות יותר7 . עבור שני הנתיבים, רמות שנאספו על ידי שחוקים PEMs באזור הצל הם נמוכים יותר נתונים שנאספו על ידי בלויים ושחוקים לא PEMs לוס.

E-שדה רמות שנרשמו על-ידי PEMs כל תנוחה היו מאוד דומה בשתי הדרכים, אבל היו כמה הבדלים. בהתחשב השביל מחוץ לנקודת הגישה, ההפרש הסופי בתחום הזמן (FDTD) ניתוח הראה כי התקרית גלים יכולים לכופף מסביב למשתמש הגוף ולהגיע את PEM שחוקים בצד הנגדי, אפילו PEM ממוקם 1 מ' משם, איפה ספגת המוח חלשים יותר. אפקט זה הוא משמעותי יותר בסביבות מקורה, כמו אזור מוצלל של הגוף הוא קטן. זו היתה הסיבה שבגללה הנתונים שנרשמו על-ידי PEMs ממוקם 1 מ' מן המשתמש בשתי הדרכים היה דומה לתנאים חשוף.

לגבי PEMs שחוקים, האפקט בשואת עם הגוף גורמת עיוות התבנית קרינה PEM (RD) לאחר מכן משפיע על הנתונים שנרשמו. עם זאת, כמו נתונים שנרשמו ביומן על-ידי PEMs שחוק לוס נוטים להיות דומים, אך נמוך יותר מאשר נתונים שנרשמו ביומן על-ידי PEMs ממוקם 1 מ' משם, ניתן להסיק שמקדם כי בתנאים לוס, גוף האדם יש השפעה זניחה בהשוואה העיוותים עקב ספגת המוח.

כפי שניתן לראות באיור4, ב- PEM כל העמדות השדה E רמות נוטים להיות נמוכים על השביל המוביל אל נקודת הגישה, איפה מיקום המשתמש חזיתית למקור קרינה. בטווח ג'יגה-הרץ, SAR הגוף כולו (SARWB) היא מעט יותר גבוהה תחת גל מישורי חזיתית האירוע בגלל מורפולוגיה אנושית: אזורי עור גדול ומשטחים גסים (בהונות הרגליים, הסנטר, הפנים) כלולים על הצד הקדמי של הגוף. E-השדה יכול לפגוע ביעילות אלה חלקי גוף קטן, שהם שיא טיפוסי SAR במיקומים GHz טווח17.

השידור מנקודת הגישה הוא מקוטע, אז רבים של רמות שנרשמו על-ידי PEMs ואינם מגיעים לסף רגישות נמוכה יותר, ומזהה המספר שאינו-הופך להיות גדול מדי. האחוז הלא-זיהוי נחשבת מקובלת היא מתחת 60%, איפה החלפת יכול להיות מקובל, כפי שמוסבר על-ידי Helsel,18. למרות בתוצאות המוצג באיור 4, המספר המרבי של הלא-מזהה הוא 50%, קרוב הרמה המקובלת של 60%, ניסויים עם AP אמינים מספיק כדי לוודא כי 1 מ' מרחק אופטימלי כדי למנוע את ספגת המוח.

לכן, המיקום של PEM ממוקם 1 מ' מן המשתמש היא אופטימלית לכניסה אמין רמות החשיפה לשדה E, מושפע underestimation נגרם על ידי השפעתו של הגוף. ניקח בחשבון שיקולים אלה, המדידות בוצעו ב ארבעה הסביבה שנבחר, polarizations אופקיים ואנכיים, בעקבות המתודולוגיה המתוארת בסעיף הקודם: עם שני PEMs, אחד משוחק על ידי המשתמש ואת NLoS, והשני ממוקם 1 מ' מן המשתמש את לוס עם מקור קרינה.

איור 5 ו- 6 איור להראות את רמות ה-שדה של מארזים הראשון והשני, חצי לוגריתמי, שני polarizations לאורך השביל לכיוון מקור קרינה המורכבת של האנטנה biconical, מחולל אותות. Underestimation – BSE תלויה ישירות לגודל של הסביבה: underestimation הוא גדול במתחם השני, בתורו, האפקט גדול תחת כיפת השמיים, במקום מקורה, מארזים. ראוי לציין כי underestimation ספגת המוח הוא גדול יותר עם אנכי מאשר עם קיטוב אופקי, מאז סוג קיטוב של מקור קרינה הראשי משפיע על מידת ההשפעה של ספגת המוח. כדי להימנע המספר הגבוה של הלא-מזהה במקרה של צל ללא טיפול נוסף של נתונים שנרשמו ביומן, המידות בשדה polarizations שניהם חזרו על עצמן עם כוח שידור שנחתכו 25 (316.12 mW) במתחם השני. איור 6 מציג את המידות rescaled כדי 20 dB polarizations שני, וכן חצי לוגריתמי כדי תופסים את רמות ה-שדה במקרה של צל. במקרה של קיטוב אופקי, אי-זיהוי נמנעה אמנם בקיטוב אנכי, האחוז הוא עדיין ניכר.

מידות polarizations הן בוצעו כל מארזים בתנאים הבדיקה. איור 5 מראה את התוצאות של המתחם הראשון, מוצלל נתונים להיות דומה בשני polarizations. את התוצאות של המתחם השני, אחד הגדולים ביותר, המוצגת באיור 6, ההבדל של נתוני טקסט מוצלל בשני polarizations זאת, בולטים יותר מאשר באיור5.

על מנת לכמת את השוני של נתוני טקסט מוצלל בשני polarizations בכל מארז, בטבלה 2 מציג את הגורם קיטוב (PF) המקשרת את היחס בין האמצעי של נתונים שאינם מוצלל, מוצלל בשני polarizations, כפי שמוצג ב (1) :

Equation 1(1)

טבלה 2 זה ניתן להסיק כי גדול יותר המתחם הוא, ככל ההבדלים שנמצאו בין נתונים שאינם מוצלל, מוצלל על קיטוב אנכי. התוצאות של מחקר זה להראות underestimation משמעותית יותר באנכי מאשר בקיטוב אופקי, כי עבור תדרים כ- 2,100 מגה-הרץ, SAR המותאמות לשפות אחרות הגפיים ואת הראש/trunk הוא גבוה יותר עבור קיטוב אנכי, בתנוחת עמידה, וכאשר הגלים פוגעים על הגוף מפני הקדמיים או האחוריים17. בנוסף, המשתמש אינו קטן לעומת אורך הגל, אז קיטוב אנכי הוא ברמה הגרוע ביותר מבחינת קליטת גל התקרית24. כאשר ציר מרכזי של גוף האדם מקביל וקטור השדה החשמלי (וזה קורה כאשר קיטוב של האנטנה biconical הוא אנכי), שיעור הספיגה הספציפי (SAR) של גוף האדם מגיע הערכים המרבי19. באופן תיאורטי, הגלים אנכית מקוטב מוגנים במידה רבה על ידי הגוף האנושי, בהשוואה הגלים מקוטב אופקית. זה בשל העובדה כי בקיטוב אנכי, E-השדה מתנדנד במקביל לציר הארוך של הלובש8. כפי קיטוב של האנטנה הוא גורם מפתח ספגת המוח, קיטוב הנכון הוא אנכי, כדי לזהות את ההשפעה המרבית נוכחות של המשתמש על המדידות של PEM שחוקים, NLoS20.

רמות החשיפה שהושג ב- 4 מתחמים בתנאים מבחן מוצגים איור 7 חצי לוגריתמי. בתוצאות הסימולציה מוצגים יחד עם המדידות בכל נקודה של המסלול מוגדר מראש, הוכחת כי שני סוגי נתונים משתנות באופן זהה ביחס מרחק ממקור קרינה.

3 טבלה מסכמת את רמות ה-שדה מדומה הסלסולים, בהתאמה. עבור כל מארז מקורה הממוצע, סטיית תקן, והערכים המזערי והמרבי הינם מסופקים. ראוי לציין את הדמיון בין הערכים סטטיסטי של הנתונים ניסיוני ולא מדומה. הדמיון בין כל זוג של סדרת נתונים ניסיוני ולא מדומה נבדקה גם במונחים של p-ערך שהושג עם הבדיקה קולמוגורוב-סמירנוב (קאי אס). P-הערכים מוצגים בטבלה3. P-הערכים היו תמיד יותר מאשר רמת המובהקות 0.05, כך שאין התאמה נאותה בין כל זוג של סדרת נתונים ניסיוני ולא מדומה. בנוסף, זה גם אומת באמצעות מבחן KS כי פונקציית ההתפלגות המצטברת (CDF) של הסדרה, ניסיוני או מדומה, תמיד עוקב אחר להתפלגות הלוגנורמלית סטטיסטי של שני polarizations.

איור 7 מציג את הנתונים מדומה הסלסולים מתחמים מקורה בשימוש לצורך בדיקות וקבלת על עמידה בדרישות הסף נוסדה בשנת החקיקה האירופית על סמך ICNIRP, המהווה את הבסיס של סטנדרטים חשיפה רבים כיום להחיל ברחבי העולם בהקשרים כללי, מקומי, תעסוקתית. במקרה של האוכלוסייה הכללית, המגבלה של חשיפה ל מייננת בתדר 2.4 ג'יגה-הרץ הוא V 61/m. הערך של 61 V/m הוקמה בשנת ICNIRP אינה המגבלה המגבילה ביותר מבחינת חשיפה של אדם. קיימים תקנים נוספים ברחבי העולם: בצפון אמריקה, IEEE קובע מגבלות פחות מגבילים: 66.7 V m לסביבות לא מבוקרת, המקבילה לקהל הרחב ב- ICNIRP. בנוסף, קיימת תקנה מגביל יותר במזרח אירופה, כמו במקרה של רוסיה איפה הגבול המחמירים לציבור הרחב V 3.14 אינצ/m. ב- איור 7, המדידות לעומת הסף ICNIRP אינם מושפעים אי הוודאויות של PEM, מתן אמינות במסקנות שחולצו באשר התאימות תקנה.

Figure 1
איור 1 : מיקום PEMs במהלך הניסוי.

Figure 2
איור 2 : מוגדרות מראש נתיבים של בדיקות בקרה, לכיוון והרחק את מקור הקרינה, והמיקום של dosimeters שלוש.

Figure 3
איור 3 : הנתיב מוגדרת מראש של המדידה הופיעה ב- 4 מתחמים, לכיוון מקור הקרינה, ועמדות של dosimeters. האורך של אזור הבדיקה בתוך מתחמים הראשון והשני, 12 מ', מוצגים.

Figure 4
איור 4 : CDFs של תוצאות PEMs שלושה תפקידים שונים. התוצאות יוצגו 1 מ' משם, שחוקים על-ידי המשתמש לוס, ושחוקים על-ידי המשתמש ב- NLoS עבור שני נתיבים מוגדרים מראש-לקראת והרחק את מקור הקרינה.

Figure 5
איור 5 : נתוני הניסוי השיג3 מ' 63 במתחם קודם. הנתונים המוצגות עבור () אנכי הינם קיטוב אופקי (b), עם או בלי השפעה הגוף, עם כוח שידור של 100 מגה-וואט. הנתונים מוצגים פונקציה של מספר דוגמאות שנרשמו על-ידי PEM בזמן שהמשתמש הוא הולך לכיוון המקור. התוצאות מוצגים חצי לוגריתמי.

Figure 6
איור 6 : נתוני הניסוי השיג מ ' 162 3 מארז השני. הנתונים המוצגות עבור () אנכי הינם קיטוב אופקי (b), עם או בלי השפעה הגוף, עם כוח שידור שנחתכו 25 (316.12 mW), שקנה המידה שלה השתנה כדי 20 dBm (100 מגוואט). הנתונים מוצגים כפונקציה של מספר דוגמאות שנרשמו על-ידי PEM בזמן שהמשתמש הוא הולך לכיוון המקור. התוצאות מוצגים חצי לוגריתמי.

Figure 7
איור 7 : נמדד, מדומה רמות של E-השדה עבור קיטוב אנכי. רמות מוצגים עבור () קודם (63 מ'3), (b) השני (162 מ'3), (ג) השלישי (57 מ'3), (ד) הרביעית (63 ז3) מארזים. הרמות מוצגות כפונקציה של אחוז גבול החשיפה ICNIRP V 61/m עבור האוכלוסייה הכללית, 2.4 GHz הלהקה. הנתונים מוצגים כפונקציה של מספר דוגמאות שנרשמו על-ידי PEM בזמן שהמשתמש הוא הולך לכיוון המקור.

חומר מוליכות יחסיות
(S/m) מקדם דיאלקטרי
התקרה – chipboard 0.001 2.5
קומה – השיש 0.00022 7
הקירות הצדדיים 0.005 3
מתכת 100 3
זכוכית 1E-10 6
עץ 0.0006 2

טבלה 1: פרמטרים אלקטרומגנטיים המשמשים את הסימולציה.

מארז נפח קיטוב
(3מ') פקטור
1 63 1.0635
2 162 1.3325
3 57 1.0235
4 63 1.0590

בטבלה 2: פקטור קיטוב עבור כל מארז, מחושב כיחס בין האמצעי של נתונים ללא תמונת והצללים. הגדלים של מתחמים מצוינים.

מארז גודל זאת אומרת (V/ז) Std (V/ז) מקס (V/ז) Min (V/ז) ערך-p ערך-p
(3מ') Exp ה-Sim Exp ה-Sim Exp ה-Sim Exp ה-Sim PolV PolH
1 63 0.27 0.29 0.17 0.22 1.45 1.36 0.05 0.05 0.7296 0.8924
2 162 0.22 0.24 0.2 0.23 1.47 1.41 0.05 0.05 0.4579 0.3802
3 57 0.25 0.26 0.15 0.17 1.18 0.9 0.05 0.05 0.3740 0.3452
4 63 0.23 0.25 0.20 0.21 1.24 1.18 0.05 0.05 0.4679 0.4263

טבלה 3: הראשי ערכים סטטיסטי של תוצאות ניסויית, מדומה ב- 4 מתחמים תחת תנאי המבחן קיטוב אנכי ואופקי. הגדלים של מתחמים מצוינים.

Discussion

ההיבט של פרוטוקול זה, כי הוא חיוני עבור אוסף נתוני החשיפה, ללא השפעת אי הוודאויות PEM, אמין הוא המיקום של PEM. PEM חייב להיות ממוקם 1 מ' מן המשתמש כדי למנוע underestimation נגרם על ידי השפעתו של הגוף, מפורש, כדי למנוע מספר גבוה של הלא-זיהוי הנתונים שנרשמו. ישנם היבטים של פרוטוקול זה יכול להשתנות; שינויים והמגבלות של השיטה המוצעת הם העריכו כדלקמן.

הכלי מדידה שנבחר לבצע את הניסוי הוא PEM, אשר שימש במחקרים רבים לניתוח של EMF חשיפה בסביבה החיצונית, באופן דינמי, ובשנת באזורים גאוגרפיים רחבים24,25, 26. למרות הנתונים נמדד עם PEMs לא מדויק כמו המדידות שסופקו על-ידי מנתח ספקטרום (SA), מחקרים אפידמיולוגיים רבים להשתמש PEMs בשל טיפול קל ומדידת קצב26, 4 s להיות תקופת מינימום הדגימה. PEMs המשמשים את העבודה יש גבול מינימלי של טווח רגישות של V 0.05/m. כבר משווק PEMs מודרני יותר עם טווח רחב יותר רגישות, 0.005 V/m היתה המגבלה הנמוך ביותר עבור הלהקה בתדר של 2.4 GHz, כך המספר אי-זיהוי יהיו נמוכים כאשר הגוף הוא הגנה על PEM. עם זאת, עובדה זו אינה רלוונטית עבור ניסוי זה, מאז התוצאות שהושג ללא הוודאות לבהמות היו תמיד גדול מ 0.05 V/m. ישנם דגמים אחרים של PEMs עם תקופות דגימה נמוך יותר, אך המודל השתמשו בניסוי זה נבחר כי הוא ניידת בקלות על הגוף, בגובה המותניים, איפה הגוף הוא הגנה מקסימאלית PEM.

בניסויים ראשוניים, AP Wi-Fi פועלים ב הלהקה אלחוטי בתדר של 2.4 GHz הועסק מקור קרינה. לאחר הערכת הכוח הנפלטת נקודת הגישה עם SA, בוצעה בדיקה כדי לאשר המנות מידע לא שודרו ללא הרף, כי היו תקופות זמן ללא שידור27,28. כתוצאה מכך, חלק ניכר של רמות RF EMF היו מתחת לגבול זיהוי (V 0.05/m) של PEMs. Wi-Fi AP מינימום מחזור היה קבוע על ידי אותות ביקון, והיה בסביבות 0.01%. בינתיים, אות רציף, עם מגבלת מחזור חובתו העליונה של 100%, מתרבה התנאים חשיפה הגרוע ביותר, תוך הימנעות שאינו מזהה חוסר ודאות. מסיבה זו, מחולל אותות ואנטנה biconical שימשו כמקורות קרינה כדי ליצור גל רציף של 100 mW הספק, בתדר אלחוטי, ומבלי אפנון.

ניתן היה לחזות את רמות E-שדה, מארזים מקורה שנבחר ארבע, עם תוכנה ריי-עקיבה בהתבסס על תיאורית התמונה. הערכת תוצאות ניסויי שימוש בטכניקה ניסיוני אחרת, כגון SA גשש, לא נחשב, כי המטרה היא לנתח את ההשפעה של ספגת המוח את הוודאות PEM אחרים ואני לא של PEM יכולת לפעול כמו אחר . מודד המגבלות של התמונה תורת נובעים לתנאי הסביבה לא אידאליות, כלומר, כאשר המשטחים המשקף אינם דק, שטוח או מישוריים. תוצאות המודל הפצת לאסוף את הוודאות של השתקפות מקדמים כאשר התנאים הסביבתיים הם לא אידאליות. כאשר המשטחים מוגבלות במידה, זה אפשר לחסל את קרני השמש זה לא להפריע להם. המספר של השתקפויות גודלת, מגדילה את הגודל של ellipsoids פרנל, קירוב יותר גרוע. אולם, קרני השתקפויות מרובות תהיה חלשה יותר, יש פחות השפעה על התוצאות הסופיות.

הגישה תמימה חלה על לפתור את אי הוודאות של אי-זיהוי. שיטה זו מורכבת ההחלפה של הערכים מתחת למגבלת טווח רגישות עם מגבלת זיהוי התחתון29. שיטות אחרות קיים כדי לתקן את אי הוודאות של אי-זיהוי עם ההחלפה של נתונים שנרשמו ביומן. הרגרסיה חזקים על סדר סטטיסטיקה (ROS) שיטת מנבאת את הערכים מבלי שיבחינו, בהתחשב בכך שהם פועלים על ההתפלגות הלוג-נורמלית. שיטות אחרות ניתן ליישם את הנתונים, אך ההערכות תמיד נוכח מרווח קטן לטעות. השיטה של החלפת על ידי הגבול התחתון של זיהוי שימש, כמו ההחלפה על ידי ערך קבוע מאפשר הזיהוי אי-זיהוי. בנוסף, אזור זה של CDFs אינו מציג הבדלים רלוונטיים בין מספר התיקים תחת ניתוח.

הוודאות של אפקט צל של גוף האדם יש להתייחס עם עניין מיוחד, בהתחשב בכך PEMs נועדו להיות משוחק על ידי המשתמש, הנוכחות של הלובש סיבת אי ודאות זו. בנוסף, underestimation של ספגת המוח עשויה להיות כרוכה עלייה בשאינם-מזהה. ספגת המוח גם ניתן למנוע על-ידי לבישת PEMs מספר על חלקים שונים של30,הגוף31; ממוצע של הנתונים שנרשמו ביומן של שני PEMs ממוקם על צידי הגוף מוביל underestimation קטן יותר, של חוסר ודאות קטן יותר מאשר הנתונים שנרשמו מתוך אחד יחיד PEM5. שיטה חלופית נוספת היא לקחת בחשבון משינוי של רמות חשיפה כתוצאה ספגת המוח של פרשנות של נתוני חשיפה וכדי להחיל תיקון המתאים גורמים. אולם, אלה חייבת להיקבע באופן אינדיבידואלי תפקודה של הפעילות ועל הסביבה, מורכב מאוד ליישם כראוי. בנוסף, טכניקה השתמשו במחקר זה מציע דרך מעשית כדי למנוע את – BSE כי רק מחייב מודול PEM יחיד, הימנעות של עיבוד נתונים.

לקחת בחשבון את ההתקדמות הטכנולוגיה הניידת, האינטרס גוף האדם הנחתה בעתיד 5G (הדור החמישי) רדיו מערכות32, הטכניקה שהוצגו במחקר זה ניתן להשתמש כדי להעריך את חשיפת האדם לרשתות הדור החדש הימנעות אי הוודאויות הנ.

Disclosures

המחברים אין לחשוף.

Acknowledgments

עבודה זו נתמכה על ידי הפרויקט "אלקטרומגנטית בסביבות חכם של בריאות", ואפיון שלהם מעורבות אישית, ריפוי בעיסוק, בריאות וסביבה, (DGPY-1285/15, PI14CIII/00056), עם משאבי אנוש של פרויקט "רשת פלטפורמה עבור פיתוח טלרפואה ב ספרד" (DGPY-1301/08-1-TS-3), שניהם למימון משנה-Directorate-כללי עבור מחקר הערכה וקידום (מכון הבריאות של קרלוס השלישי).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Personal exposimeter SATIMO EME SPY 121/100 Worn personal exposimer to log expsure data
Personal exposimeter ANTENNESSA EME SPY 121/120 Worn personal exposimer to log expsure data
Wi-Fi Access Point CISCO Aironet 1130 Wi-Fi access point, vertial polarization 
Analog Signal Generator  AGILENT N5181A MXG  Analog Signal Generator 
Precision Conical Dipole  SEIBERSDORF  PCD 8250 Broadband antenna 80 MHz - 3 GHz. Dipole-like radiation pattern that is omnidirectional in the horizontal plane
Cable ROHDE & SCHWARZ LARG-214/U  Low loss cable

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Aguirre, E., et al. Analysis of estimation of electromagnetic dosimetric values from non-ionizing radiofrequency fields in conventional road vehicle environments. Electromagn. Biol. and Med. 34, (1), 19-28 (2015).
  2. Aguirre, E., et al. Estimation of electromagnetic dosimetric values from non-ionizing radiofrequency fields in an indoor commercial airplane environment. Electromagn. Biol. and Med. 33, (4), 252-263 (2014).
  3. Barbiroli, M., Carciofi, C., Guiducci, D. Assessment of population and occupational exposure to Wi-Fi systems: Measurements and simulations. IEEE Trans. Electromagn. Compat. 53, (1), 219-228 (2011).
  4. Knafl, U., Lehmann, H., Riederer, M. Electromagnetic field measurements using personal exposimeters. Bioelectromagnetics. 29, (2), 160-162 (2008).
  5. Bolte, J. F. Lessons learnt on biases and uncertainties in personal exposure measurement surveys of radiofrequency electromagnetic fields with exposimeters. Environ. Int. 94, 724-735 (2016).
  6. Bechet, P., Miclaus, S., Bechet, A. C. Improving the accuracy of exposure assessment to stochastic-like radiofrequency signals. IEEE Trans. Electromag. Comp. 54, (5), 1169-1177 (2012).
  7. Najera Lopez, A., Gonzalez-Rubio, J., Villalba Montoya, J. M., Arribas, E. Using multiple exposimeters to evaluate the influence of the body when measuring personal exposition to radio frequency electromagnetic fields. COMPEL. 34, (4), 1063-1069 (2015).
  8. Bolte, J. F. B., van der Zande, G., Kamer, J. Calibration and uncertainties in personal exposure measurements of radiofrequency electromagnetic fields. Bioelectromagnetics. 32, (8), (2011).
  9. Blas, J., Lago, F. A., Fernández, P., Lorenzo, R. M., Abril, E. J. Potential exposure assessment errors associated with bodyworn RF dosimeters. Bioelectromagnetics. 28, (7), 573-576 (2007).
  10. Rodríguez, B., Blas, J., Lorenzo, R. M., Fernández, P., Abril, E. J. Statistical perturbations in personal exposure meters caused by the human body in dynamic outdoor environments. Bioelectromagnetics. 32, (3), 209-217 (2011).
  11. De Miguel-Bilbao, S., García, J., Ramos, V., Blas, J. Assessment of human body influence on exposure measurements of electric field in indoor enclosures. Bioelectromagnetics. 36, (2), 118-132 (2015).
  12. Neubauer, G., et al. The association between exposure determined by radiofrequency personal exposimeters and human exposure: A simulation study. Bioelectromagnetics. 31, (7), 535-545 (2010).
  13. Ghaddar, M., Talbi, L., Denidni, T. A., Sebak, A. A conducting cylinder for modeling human body presence in indoor propagation channel. IEEE Trans. Antennas Propag. 55, (11), 3099-3103 (2007).
  14. Thielens, A., et al. Personal distributed exposimeter for radio frequency exposure assessment in real environments. Bioelectromagnetics. 34, (7), 563-567 (2013).
  15. De Miguel-Bilbao, S., et al. Analysis of exposure to electromagnetic fields in a healthcare environment: Simulation and experimental study. Health Phys. 105, (5), S209-S222 (2013).
  16. Catedra, M. F., et al. Efficient ray-tracing techniques for three-dimensional analyses of propagation in mobile communications: application to picocell and microcell scenarios. IEEE Antennas Propagat. Mag. 40, (2), 15-28 (1998).
  17. Uusitupa, T., Laakso, I., Ilvonen, S., Nikoskinen, K. SAR variation study from 300 to 5000 MHz for 15 voxel models including different postures. Phys. Med. Biol. 55, (4), 1157-1176 (2010).
  18. Helsel, D. R. Fabricating data: How substituting values for nondetects can ruin results and what can be done about it. Chemosphere. 65, (11), 2434-2439 (2006).
  19. Ahlbom, A., et al. Guidelines for limiting exposure to time-varying electric, magnetic, and electromagnetic fields (up to 300 GHz). Health Phys. 74, (4), 494-522 (1998).
  20. De Miguel-Bilbao, S., Ramos, V., Blas, J. Assessment of polarization dependence of body shadow effect on dosimetry measurements in 2.4 GHz band. Bioelectromagnetics. 38, (4), 315-321 (2017).
  21. Lopez-Iturri, P., De Miguel-Bilbao, S., Aguirre, E., Azpilicueta, L., Falcone, F., Ramos, V. Estimation of radiofrequency power leakage from microwave ovens for dosimetric assessment at nonionizing radiation exposure levels. Biomed. Res. Int. 603260, 1-14 (2015).
  22. De Miguel-Bilbao, S., et al. Evaluation of electromagnetic interference and exposure assessment from s-health solutions based on Wi-Fi devices. Biomed. Res. Int. 784362, 1-9 (2015).
  23. Vermeeren, G., Joseph, W., Martens, L. Whole-body SAR in spheroidal adult and child phantoms in realistic exposure environment. Electron. Lett. 44, (13), 1-2 (2008).
  24. Beekhuizen, J., Vermeulen, R., Kromhout, H., Bürgi, A., Huss, A. Geospatial modelling of electromagnetic fields from mobilephone base stations. Sci. Total Environ. 445, 202-209 (2013).
  25. Gonzalez-Rubio, J., Najera, A., Arribas, E. Comprehensive personal RF-EMF exposure map and its potential use in epidemiological studies. Environ. Res. 149, 105-112 (2016).
  26. Urbinello, D., Huss, A., Beekhuizen, J., Vermeulen, R., Röösli, M. Use of portable exposure meters for comparing mobile phone base station radiation in different types of areas in the cities of Basel and Amsterdamn. Sci. Total Environ. 468, 1028-1033 (2014).
  27. Fang, M., Malone, D. Experimental verification of a radiofrequency power model for Wi-Fi technology. Health Phys. 98, (4), 574-583 (2010).
  28. Miclaus, S., Bechet, P. Electromagnetic field strength in proximity of WLAN devices during data and video file transmission. Electron. Lett. 50, (19), 1397-1399 (2014).
  29. Röösli, M., et al. Statistical analysis of personal radiofrequency electromagnetic field measurements with nondetects. Bioelectromagnetics. 29, (6), 471-478 (2008).
  30. Thielens, A., et al. On-body calibration and measurements using a personal, distributed exposimeter for wireless fidelity. Health Phys. 108, (4), 407-418 (2015).
  31. Thielens, A., et al. On-body calibration and processing for a combination of two radio frequency personal exposimeters. Radiat. Prot. Dosim. 163, (1), 58-69 (2015).
  32. Zhao, X., et al. Attenuation by human bodies at 26-and 39.5-GHz millimeter wavebands. IEEE Antennas Wireless Propag. Lett. 16, 1229-1232 (2017).
ניתוח יעיל של תנאי חשיפה של אדם עם הגוף שחוקה Dosimeters ב 2.4 GHz הלהקה
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

de Miguel-Bilbao, S., Blas, J., Ramos, V. Effective Analysis of Human Exposure Conditions with Body-worn Dosimeters in the 2.4 GHz Band. J. Vis. Exp. (135), e56525, doi:10.3791/56525 (2018).More

de Miguel-Bilbao, S., Blas, J., Ramos, V. Effective Analysis of Human Exposure Conditions with Body-worn Dosimeters in the 2.4 GHz Band. J. Vis. Exp. (135), e56525, doi:10.3791/56525 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter