Login processing...

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

Engineering

Эффективный анализ воздействия человека условий с надеваются дозиметров в диапазоне 2,4 ГГц

doi: 10.3791/56525 Published: May 2, 2018

Summary

Это исследование описывает протокол для измерения уровней облучения в полосе 2,4 ГГц, избегая неопределенностей, связанных с использованием личных exposimeters как измерительные приборы. Эти изменения уровней облучения должны приниматься во внимание, особенно в соответствии тестирования, где определяются пределы воздействия от-возмущенных данных.

Abstract

Четко определенной процедурой экспериментальной выдвигается для оценки условий максимального воздействия в худшем случае, избегая неопределенностей, связанных с использованием личных exposimeters (PEMs) как измерительные приборы: тело теневой эффект (BSE), диапазон чувствительности ограничены и выявление источника излучения. Верхняя граница для уровней облучения в EMF в нескольких Крытый корпуса измеряется и имитации. Частоты, используемые для исследования является 2,4 ГГц, как это наиболее часто используемые группы в крытый коммуникаций. Хотя записанные значения ниже международной комиссии по защите неионизирующего излучения (ICNIRP) контрольных уровней, существует особая необходимость обеспечить надежные концентрациях в особо чувствительных средах. С точки зрения воздействия электромагнитного поля (ЭМП) установленных в национальных и международных стандартов для защиты здоровья были установлены для условий невозмущенной воздействия; то есть, воздействия для реальных и объективных данных, которые не были изменены каким-либо образом.

Introduction

Использование беспроводных локальных сетей (WLAN) стала значительно более широкое распространение в последние годы. Беспроводные технологии стали альтернатив традиционным фиксированного доступа из них, и следовательно, большое количество точек доступа (AP) были установлены в жилых, профессиональных и общественных помещениях1,2. Это большое количество AP и личного общения устройств привело к значительный интерес в возможных рисков, связанных с воздействием электромагнитных полей (EMF)3.

Личный exposimeters (PEMs) являются портативных устройств для измерения индивидуального облучения, обычно используется в области эпидемиологии. Несколько исследований обнаружили неопределенности при использовании пем в EMF измерения. Эти результаты показывают последствия, что PEMs имеют на уровень надежности в полученные результаты4. Некоторые решения были предложены для сведения к минимуму воздействия этих факторов неопределенности, как хороший PEM-ношении методы, малых интервалов и измерения достаточной длины5.

Некоторые авторы опубликовал работу на важность рассмотрения коэффициент (или Скважность импульсов) в измерения воздействия. В реальных ситуациях Wi-Fi устройств никогда не передавать с полный рабочий цикл. Wi-Fi сигналы состоят из периодические всплески радиочастотной (РЧ) энергии и периодов без каких-либо передач. Следовательно существует большое количество измерений сообщили воздействия, являются очень низкими, часто падает ниже диапазон чувствительности, и которые регистрируются как не обнаруживает пем. Несколько работ предлагаем использование факторов для получения реальных значений через теоретический расчет6.

Неопределенности эффекта тени тела человека рассматривался с особым интересом, как PEMs предназначены для носить пользователем, в присутствии владельца, вызывая неопределенности в данных журнала. Знания и количественная оценка БФБ помогают обеспечить правильное толкование воздействия данных, без которых, было бы необходимо проводить строгие измерения процедур. БФБ можно избежать путем носить несколько пем, расположенные на различных частях человеческого тела7, или путем применения поправочных коэффициентов к полученные результаты5,9,10,11,12 . Между тем в других случаях тело был заменен в методы моделирования с использованием цилиндров13. Некоторые произведения предложить осуществление конкретных измерительных методов для того, чтобы избежать влияния человеческого тела13. Настоящее исследование предлагает методологии измерения, позволяющие избежать влияние тела в реальных Крытый корпуса без манипулирования данными экспозиции.

Одной из особенностей PEMs является не идентификации источника излучения. Пемброка измерить уровень электрическое поле (E-) в определенных частотных диапазонах, но если несколько источников или устройства излучают на той же частоте, PEM мер E-местном уровнях без определения вклада каждого конкретного источника.

Таким образом из-за эти источники неопределенности в PEMs регистрируемые данные, анализ уровня воздействия требует процедур для экспериментальной оценки и численного прогнозирования уровней ЭМП для того чтобы получить надежные результаты. Эта работа представляет подходящей методологии, которые могут использоваться для оценки воздействия на E-поля (2,4 ГГц) в крытый корпуса. С использованием этой методологии, ранее упомянутых факторов неопределенности, вызванные недооценка благодаря БФБ, переоценка вызваны не обнаруживает, и избегать ненадежности идентификации источника излучения. Эта повышенная надежность означает, что данных, полученных с помощью предложенного метода верхняя граница в случае неблагоприятных условий в экспозиции EMF. Пределов воздействия в национальных и международных стандартов для защиты здоровья были определены для невозмущенной данных EMF, неизменной любой эффект или агентом. Предлагаемая экспериментальная процедура подходит с точки зрения соблюдения нормативных испытаний, так как избежать неопределенности в данных журнала, предоставление достоверной информации, которая может быть контрастными пороговые значения воздействия.

После реализации экспериментальный протокол, полученные результаты были по сравнению с пороги и рекомендованные значения экспозиции в европейском законодательстве. Это было сделано для того, чтобы проверить соответствие EMF облучение системы Wi-Fi, в типичных помещениях, которые в свою очередь представляют общих контекстов на рабочем месте. В настоящее время Wi-Fi частота 2,4 ГГц — одна из групп связи, для которых существует более широко имеющиеся данные о воздействии для общественности. Политический интерес к этой конкретной группы является из-за широко распространенной озабоченности относительно возможного здоровья последствия воздействия радиочастотной энергии излучаемой поддержкой беспроводных устройств в чувствительных средах, таких как медицинские центры, больницы, школы и даже 15домашних настроек.

Эта работа представляет протокол предоставлять невозмущенной измерения относительно условий воздействия E-поля, избежать неопределенности, связанные с использованием пем. Цель этой работы заключается в улучшить использование PEMs как измерительные приборы в соответствие испытаний.

Protocol

Предлагаемый протокол соответствует руководящим принципам Комитета по этике исследований человеческого здоровья Institute´s Карлоса III.

1. корпус отбора и контроля тестирования электромагнитной среды

  1. Выберите просторном корпусе, по крайней мере 20 м3 в объеме, который достаточно большой, что затухание сигнала заметно в PEM данные журнала. Предпочтительно корпус должен быть пустым, хотя это не является абсолютно необходимым, как небольшие препятствия, такие как мебель, не учитываются в модели распространения, которые используются для прогнозирования уровня E-поля в крытый корпуса16.
  2. Выключите Wi-Fi интерфейс близлежащих устройств, таких как мобильные телефоны, компьютеры, ноутбуки, точки доступа, и т.д. Один PEM неопределенности является неспецифической идентификации источника излучения, то есть PEMs измерения E-поля для каждой частоты без идентификации каждого передающего устройства. Поэтому убедитесь, нет Wi-Fi устройств, работающих на 2,4 ГГц, которые могут помешать с экспериментом.
  3. Настроить одну PEM с шагом дискретизации 4 s со специальным программным обеспечением, который поставляется с PEM.
  4. Место PEM на высоте талии, хотя в этих предварительных измерений, место, где носится PEM не актуально.
  5. Начало PEM и пользователь должен ходить от одного конца корпуса к другой, в темпе около 10 см/с. E-поля уровни являются вошли данные по PEM в то время как пользователь идет.
  6. Скачайте журнал данных с конкретного программного обеспечения, которое предоставляется с PEM. Убедитесь, что все данные журнала на низкий предел диапазона чувствительности PEM, 0,05 V/m для частот 2,4 ГГц.
  7. Выполнение контрольных измерений в разные дни для обеспечения повторяемости эксперимента и добиться согласованности результатов, с не значительные различия, которые могут повлиять на их надежность.
    Примечание: Если контрольные испытания проверяются в разные дни, можно предположить отсутствие Wi-Fi источников излучения, и зарегистрированные данные может объясняться исключительно вклад источника излучения эксперимента.

2. фиксация позиции измерительного устройства

  1. Проводить этот предварительные испытания в одном из Крытый корпуса с помощью трех пем. Позиции трех PEMs будет оцениваться одновременно исправить положение PEM, который лучше всего избежать влияние владельца в данных журнала.
  2. Настроить три PEMs с шагом дискретизации 4 s с помощью конфигурации программного обеспечения, которое предоставляется с каждой PEM.
  3. Место первого дозиметр в нижней части спины в области поясницы, где это максимально экранирования PEM. Разместите второй дозиметра на высоте талии, в прямой видимости (Лос) с источником излучения.
  4. Место третьего дозиметр один метр от пользователя (в конце трубки, провести их плечо пользователем) где он будет не влияет на БФБ. Использовать трубу картонной 1 м в длину; например, держателем карты. Места трех PEMs показаны на рисунке 1.
  5. Используйте точку доступа в качестве источника излучения.
  6. Включите PEMs одновременно незадолго до проведения измерений.
    Примечание: Может возникнуть небольшой разрыв между различными PEMs данных; Это не будет отношение к результатам. Обычно этот разрыв о 2 или 3 образцы, и общее количество выборок составляет около 300.
  7. У пользователя ходить медленно сторону, затем от источника излучения темпами 10 см/с, с AP, расположенного впереди и позади пользователя, соответственно. Рисунок 2 -схема экспериментальной корпуса и показывает направления предопределенные пути и позиции PEMs.
  8. Загрузите данные из пем.

3. излучение источника

  1. Для источника излучения, используемые на шаге 4 Используйте аналоговый сигнал генератора, подключенных к Двуконусная антенны с кабелем малыми потерями. Двуконусная антенна является Широкополосная антенна, охватывающих диапазон частот от 80 МГц до 3 ГГц.
  2. Настройте генератор аналоговых сигналов для создания непрерывный сигнал, без модуляции, и на частоте 2,437 МГц, как это один из наиболее часто используемых частот Wi-Fi системы.
  3. Настройка генерируемого сигнала с эквивалентной изотропная излучаемая мощность (EIRP) в 100 МВт, максимальная EIRP, которая разрешена в Европе.
  4. Разместите антенну Двуконусная в центре одной стороны корпуса (рис. 2) для содействия реализации эксперимента в динамических условиях.
  5. Совместите Двуконусная антенна с пользователем, так что пользователь непосредственно сталкивается источник, с целью обнаружения максимальная недооценка БФБ в регистрируемые данные, не прямой видимости (NLoS) PEM, в отношении зарегистрированного уровня по влиянию БФБ PEM.

4. Методология

  1. Проводить измерения с использованием двух пем. Настройка PEMs с периодом дискретизации 4 s с конфигурации программного обеспечения, которое предоставляется с каждой PEM.
  2. Центр первой дозиметра на спине, полностью NLoS с источником излучения, и где это максимально экранирования PEM.
  3. Место второй дозиметра на расстоянии 1 м от пользователя (в конце трубки, провести их плечо пользователем) для того, чтобы избежать влияния человеческого тела. Эта позиция была определена в шаге 2. Позиции обоих PEMs указаны на рисунке 3.
  4. Место Двуконусная антенны в вертикальном положении.
  5. Включите PEMs одновременно незадолго до проведения измерений. Как шаг 2.6 небольшой разрыв здесь не будет отношение к результатам.
  6. У пользователя ходить медленно, на противоположной стороне коридора в направлении источника излучения, согласно определенному маршруту, показано на рисунке 3, медленными темпами непрерывной приблизительно 10 см/с. В то время как пользователь идет, PEM ведет журнал E-поля данных.
  7. Загрузите данные из пем с помощью предусмотренного программного обеспечения.
  8. Повторите шаги, 4.5, 4.6 и 4.7 с антенной Двуконусная в горизонтальном положении, с тем чтобы определить влияние тип поляризации.

5. Рэй трассировки моделирования

  1. Разработать или использовать программное обеспечение трассировки лучей, основанные на теории изображения (стратегии, используемые в методы трассировки лучей для анализа распространения электромагнитных полей16) с целью проверки эффективности методологии путем сравнения экспериментальных и Результаты моделирования. Модель должна прогнозировать уровень E-поля в пустые пространства и разрешить взаимодействие электромагнитных волн с окружающей средой. При разработке этого программного обеспечения, выполните следующие действия:
    1. Разработка модели на различных этапах для того чтобы произвести 3D пути, основанных на 2D изображения, в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Вычислить E-поля как векторная сумма основных Рэй и другие взносы из-за отражений и дифракций электромагнитных волн, которые зарегистрированы в каждой точке оценки окружающей среды. Вычислите значение E-поля в точке оценки как векторная сумма всех взносов (лучи) от источника после заданное максимальное количество взаимодействия с окружающей средой. Используйте количество отражений на стенках корпуса в качестве входного параметра, с 10 как максимальное значение11.
    2. Использовать расширение холм в эвристический дифракции коэффициента для моделирования дифракции, как предложенный Нечаев и Константину и использованы в Родригес и др. 10
  2. Как параметры конфигурации, используйте функции экспериментальной установки: размеры и диэлектрическая проницаемость и проводимость материалов, которые являются частью каждого корпуса проходит проверку. Таблица 111 показывает электромагнитных параметров материалов, используемых в моделировании. Коэффициент отражения, связанные с электропроводных материалов имеет более высокие величины. Значение коэффициентов отражения немагнитных и непроводящую СМИ достаточно высока, чтобы повлиять на E-поле, рассчитанные как сумма основной вклад прямых лучей и других взносов от дифракций и размышления.
  3. Ввести параметры конфигурации свойства Двуконусная антенна, диаграмма направленности и поляризации.
  4. Ввести в качестве параметров настройки частоты (2,437 МГц) и мощности (20 дБм) аналогового сигнала генератора.
  5. Запустите программу после правильно включая все входы.
  6. Количественную оценку результатов каждые 0,01 V/m, с целью эмуляции условий работы PEM.
  7. Заменить находящиеся ниже низкий предел чувствительности PEM со значением 0,05 V/m, чтобы воспроизвести результаты не обнаруживает журнал пем.

Representative Results

Были отобраны четыре Крытый корпуса различных размеров для выполнения экспериментальных измерений, чьи объемы были 63 m3 (размеры 12 × 1,26/3 × 2,45 м), 162 m3 (27.15 × 1.93 × 3,1 м), 57 m3 (9 × 2.56 × 2,47 м) и 63 m3 (10 × 2.56 x 2,47 м). Ширина первого корпуса не был постоянным. В первом и втором корпуса длина предопределенные пути было 12 м. В третьем и четвертом корпуса, длина предопределенные пути был максимальный измерения, то есть, 9 и 10 м, соответственно. Одним из факторов, который влияет на БФБ является типом материалов делает вверх Крытый корпуса, как воздействие повышения уровня в случае сред с электропроводных материалов. Конкретно мы использовали корпусами состояли из не светоотражающих материалов. В этих условиях БФБ становится актуальным, как отраженных лучей, зарегистрированных в PEM под BSE слабее, чем в случае электропроводных материалов.

Результаты, полученные в предварительном этапе приводится в Рисунок 4, который сравнивает записанные данные по три пем (один на спине, другой в передней и третий расположен 1 м), в то время как пользователь шел к и от AP. E-поле уровни, журнал, изношенные PEM в Лос с источником излучения очень похожи на тех, кто записан PEM, на расстоянии 1 м от владельца, оба в Лос с источником излучения, хотя это заметно, что PEM контакте с телом регистрирует более низких уровнях7 . Для обоих путей уровни, собранные изношенные пем в теневой области ниже, чем данные, собранные изношенного и не носили пем в Лос.

E-поле уровни регистрируются пем в каждой позиции были очень похожи в обоих путей, но существуют некоторые различия. Учитывая путь от AP конечно разностным время домен (FDTD) анализ показал, что инцидент волны может согнуть вокруг тела пользователя и достигнуть изношенные PEM на противоположной стороне, и даже PEM расположен 1 м, где БФБ слабее. Этот эффект является более значительным в помещениях, как затененный региона тела является небольшим. Это было, почему данные, записываемые PEMs расположен 1 м от пользователя в обоих путей был похож на воздействию условий.

Отношении изношенные PEMs эффект сцепления с телом вызывает искажения в шаблоне излучения PEM (РР), который впоследствии затрагивает зарегистрированных данных. Однако регистрируемые данные путем носить пем в Лос, как правило, похожи, но ниже, чем регистрируемые данные по PEMs расположен 1 м от отеля, можно сделать вывод что в условиях Лос, человеческое тело имеет незначительное влияние по сравнению с искажения из-за БФБ.

Как видно на рисунке 4, во всех позициях PEM E-поля уровнях, как правило, ниже, для пути к ап, где позиция пользователя является лобной к источнику излучения. В диапазоне ГГц, САР во всем теле (САРВБ) несколько выше под волну прифронтово инцидента плоскости из-за человеческого Морфология: большие участки кожи и шероховатой поверхности (пальцы, ноги, подбородок, лицо), содержатся на фронтальной стороне тела. E-поле может эффективно влияют на эти части малого тела, которые являются типичными пик САР мест в ГГц диапазона17.

Передача от AP разрывными, поэтому многие из журнала уровнях PEMs не достигают нижнего порога чувствительности, и количество не обнаруживает становится слишком большим. Процент не обнаруживает считается приемлемым является ниже 60%, где замены может быть приемлемым, как пояснил Хелсел18. Хотя в результаты, показанные на рисунке 4, максимальное количество не обнаруживает, что 50%, недалеко от допустимого уровня 60%, тесты с AP достаточно надежным, чтобы подтвердить, что 1 m является оптимальное расстояние, чтобы избежать БФБ.

Таким образом позиция PEM, 1 м от пользователя является оптимальным для входа надежный уровни воздействия в E-поле и не подвержен влиянию недооценка, вызванные влиянием тела. Принимая во внимание эти соображения, измерения были проведены в четырех выбранных средах, в горизонтальной и вертикальной поляризации и методологии, описанной в предыдущем разделе: с двумя PEMs, один носить пользователем и в NLoS, а второй расположен 1 м от пользователя и в Лос с источником излучения.

Рисунок 5 и Рисунок 6 Показать уровни E-поля в первого и второго корпуса, в полу логарифмическую шкалу и в обеих поляризаций вдоль пути источника излучения, состоит из антенны Двуконусная и сигнала генератора. Недооценка BSE напрямую зависит от размера среды: недооценка больше в второй корпус, и в свою очередь, эффект более открытый, а не в помещении, ограждения. Примечательно, что недооценка BSE больше с вертикальной, чем с горизонтальной поляризацией, поскольку тип поляризации источника основных излучения влияет на степень влияния БФБ. Чтобы избежать большое количество не обнаруживает в случае тень без дальнейшего лечения зарегистрированных данных, измерения в обеих поляризаций были повторены мощностью передачи 25 dBm (316.12 МВт) в втором корпусе. Рисунок 6 представляет rescaled измерений до 20 дБ в обеих поляризаций, а в полу логарифмическую шкалу воспринимать уровни E-поля в случае тень. В случае горизонтальной поляризации обнаруживает, не было бы избежать, хотя в вертикальной поляризации, по-прежнему значителен процент.

В всех корпусов в условиях испытания были проведены измерения в обеих поляризаций. Рисунок 5 показывает результаты первого корпуса, затененный данных, аналогичные в обеих поляризаций. Однако по результатам второго корпуса, крупнейший, показанный на рисунке 6, разница затененный данных в обеих поляризаций более заметным, чем на рисунке 5.

Для того чтобы измерить разницу затененный данных в обеих поляризаций в каждом корпусе, Таблица 2 представляет коэффициент поляризации (PF), что касается соотношения между средствами-затененных и замещенных данных в обеих поляризаций, как показано на (1) :

Equation 1(1)

Из таблицы 2 можно сделать вывод, что чем больше корпус это, тем больше различия, существующие между данными-затененных и затененный для вертикальной поляризации. Результаты этого исследования показывают более значительной недооценкой в вертикальном чем в горизонтальной поляризации, потому что для частот около 2100 МГц, локализованные САР в конечностях и руководитель/багажник выше для вертикальной поляризации, в стоячем положении и когда волн влияют на организм от передней или задней17. Кроме того пользователь не мал по сравнению с длины волны, так вертикальной поляризации в худшем уровне с точки зрения поглощения падающей волны24. При параллельной вектор электрического поля (что случается при вертикальной поляризации антенны Двуконусная) главной оси человеческого тела, удельный коэффициент поглощения (SAR) человеческого тела достигает максимальные значения19. Теоретически вертикально поляризованных волн основном экранированный в организме человека, по сравнению с горизонтально поляризованные волны. Это связано с тем, что в вертикальной поляризации, E-поля осциллирует параллельно длинной оси владельца8. Как поляризации антенны является ключевым фактором в БФБ, надлежащего поляризация вертикальная, чтобы определить максимальное влияние присутствия пользователя на измерения и изношенные PEM NLoS20.

На полу логарифмической шкале уровней облучения, полученных в четырех корпусах в условиях испытания показано на рисунке 7 . Результаты моделирования отображаются вместе с измерениями в каждой точке предопределенные пути, демонстрируя, что оба вида данных различаются по таким же образом по отношению к их расстояния от источника излучения.

В таблице 3 кратко измеренных и смоделированных уровнях E-поля, соответственно. Для каждого крытый корпус предоставляются среднее, стандартное отклонение и максимальное и минимальное значения. Стоит отметить сходство между статистическими значениями экспериментальных и смоделированных данных. Сходство между каждой парой серии экспериментальных и смоделированных данных также были проверены с точки зрения p-значение, полученное с тестом Колмогорова-Смирнова (KS). P значения приведены в таблице 3. P-значения всегда были больше, чем уровень значимости 0,05, поэтому нет адекватного соответствия между каждой парой серии экспериментальных и смоделированных данных. Кроме того также было подтверждено, с помощью теста KS, что интегральная функция распределения (СГО) каждой серии, экспериментальный или имитируемый, всегда следует за логарифмическое нормальное статистическое распределение в обеих поляризаций.

Рисунок 7 показывает измеренных и смоделированных данных в крытый корпуса используется для тестирования и соблюдения пороговых уровней, установленных в Европейское законодательство, основанное на ICNIRP, который в настоящее время является основой многих воздействия стандартов применяется во всем мире, в общих, внутренних и профессиональные контексты. В случае населения в целом предел воздействия для ионизирующего излучения на частоте 2,4 ГГц составляет 61 V/m. Значение 61 V/m в ICNIRP не является наиболее ограничительным предел с точки зрения воздействия на здоровье человека. В мире существуют другие стандарты: в Северной Америке, IEEE устанавливает менее строгие ограничения: 66,7 V/m для неконтролируемого сред, эквивалент для широкой общественности в ICNIRP. Кроме того более ограничительные правила существует в Восточной Европе, например в случае России, где строгие ограничения для населения в целом является 3.14 V/m. В рис 7измерения, по сравнению с порога ICNIRP не страдают от неопределенности PEM, обеспечивая надежность в извлеченные выводы в отношении соблюдения правил.

Figure 1
Рисунок 1 : Расположение PEMs во время эксперимента.

Figure 2
Рисунок 2 : Предопределенные пути контрольных испытаний, к и от источника излучения и позиции трех дозиметров.

Figure 3
Рисунок 3 : Предопределенные пути измерения выполняются в четырех корпусах источник излучения, и позиции дозиметров. Длина области проверки в рамках первого и второго корпуса, 12 м, отображается.

Figure 4
Рисунок 4 : CDFs результатов трех пем в разных позициях. Показаны результаты 1 м, изношенные пользователем в Лос и носить пользователем в NLoS для обоих предопределенных путей-к и от источника излучения.

Figure 5
Рисунок 5 : Экспериментальных данных, полученных в первый корпус3 63 м. Данные, показанные для () вертикальной и горизонтальной поляризации (b), с и без влияния тела, мощностью передачи 100 МВт. Данные указаны в функции количество выборок, зарегистрированных в PEM, в то время как пользователь идет к источнику. Результаты приведены на полу логарифмической шкале.

Figure 6
Рисунок 6 : Экспериментальные данные, полученные в 162 m 3 второй корпус. Данные, показанные для () вертикальной и горизонтальной поляризации (b), с и без влияния тела, мощностью передачи 25 dBm (316.12 МВт) и масштабированы до 20 dBm (100 МВт). Данные отображаются как функция количество выборок, зарегистрированных в PEM, в то время как пользователь идет к источнику. Результаты приведены на полу логарифмической шкале.

Figure 7
Рисунок 7 : Измеряется и смоделированные уровни E-поля для вертикальной поляризации. Уровни указаны для (a) первый (63 м3), (b) второй (162 m3), (c) третьей (57 m3) и (d) четвертого корпуса (63 м3). Уровни отображаются как функция процент предел воздействия ICNIRP 61 V/м для населения в целом и 2,4 ГГц. Данные отображаются как функция количество выборок, зарегистрированных в PEM, в то время как пользователь идет к источнику.

Материал Проводимость Относительная
(С/м) Диэлектрическая проницаемость
Потолок – ДСП 0.001 2.5
Пол – мрамор 0.00022 7
Боковые стенки 0.005 3
Металл 100 3
Стекло 1E-10 6
Вуд 0,0006 2

Таблица 1: Электромагнитные параметры, используемые в симуляции.

Корпус Объем Поляризация
(3m) Фактор
1 63 1.0635
2 162 1.3325
3 57 1.0235
4 63 1.0590

Таблица 2: Коэффициент поляризации для каждого корпуса, рассчитывается как отношение между серединами данных-тень и тень. Указаны размеры корпуса.

Корпус Размер Среднее (V/m) STD (V/m) Макс (V/m) Мин (V/m) p значение p значение
(3m) EXP Сим EXP Сим EXP Сим EXP Сим 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

Таблица 3: Основные статистические значения результатов экспериментальных и смоделированные в четырех корпусах в условиях испытания для вертикальной и горизонтальной поляризации. Указаны размеры корпуса.

Discussion

Этот протокол, который имеет важное значение для надежного сбора данных воздействия, без влияния неопределенности, PEM, является расположение PEM. PEM должны быть расположены 1 м от пользователя во избежание недооценки, вызванные влиянием тела, и неявно, чтобы избежать большое количество не обнаруживает в данных журнала. Есть аспекты протокола, которые могут быть изменены; изменения и ограничения предлагаемого метода оцениваются следующим образом.

Инструмент измерения, отобранных для проведения эксперимента является PEM, который был использован в многочисленных исследованиях для анализа воздействия ЭМП в уличных условиях, динамически и в крупных географических районах24,25, 26. Хотя данных, измеренных с PEMs не так точна, как измерения, предоставляемый анализатор спектра (SA), многочисленных эпидемиологических исследований использовать PEMs из-за их легкой обработки и измерения показатель26, 4 s является период с минимальным выборки. Пем, используемые в работе имеют минимальный предел диапазона чувствительность 0,05 V/m. Более современные PEMs были на рынке с более широкие диапазоны чувствительности, 0,005 V/m, будучи низкий предел для частот 2,4 ГГц, поэтому количество не обнаруживает будет ниже, когда экранирования PEM. Однако этот факт не является соответствующей для этого эксперимента, поскольку полученные результаты без BSE неопределенность всегда больше, чем 0,05 V/m. Есть другие модели PEMs с нижней периодами выборки, но модель, используемая в этом эксперименте был выбран потому, что это легко переносимым на теле, на высоте талии, где это максимально экранирования PEM.

В предварительных экспериментов Wi-Fi AP, работает в частотном диапазоне 2,4 ГГц Wi-Fi работал в качестве источника излучения. После оценки мощности, излучаемой AP с SA, была проведена проверка для подтверждения, что пакеты информации не передавались непрерывно и что там были периоды времени без передачи27,28. Как следствие значительная доля РФ EMF уровни были ниже предела обнаружения (0,05 V/m) пем. Минимальная Скважность Wi-Fi AP было зафиксировано сигналами маяка и был около 0,01%. Тем временем, непрерывный сигнал, с верхней обязанность цикла предел 100%, воспроизводит условий наихудшего воздействия, избегая обнаруживает неопределенности. По этой причине генератор сигнала и антенна Двуконусная были использованы как источники излучения для создания непрерывная волна мощностью 100 МВт, на частоте Wi-Fi и без модуляции.

E-поле уровни, в четырех выбранных Крытый корпуса, было предсказано с лучевым программного обеспечения, основанные на теории изображения. Оценка экспериментальных результатов, используя другой экспериментальной техники, например SA с зондом, не рассматривался, поскольку цель заключается в том, чтобы проанализировать влияние БФБ и другие PEM неопределенности и не PEM способность действовать как другой измерительное устройство. Ограничения теории изображения являются из-за условий окружающей среды-идеал, то есть, когда отражающими поверхностями не тонкий, плоский или плоские. Результаты моделирования распространения собирать неопределенность коэффициента отражения, когда условия окружающей среды не идеал. Когда поверхности ограничены в степени, это можно устранить лучи, которые не перехватывать с ними. Увеличивается количество отражений, увеличивает размеры эллипсоидов Френеля, а приближение хуже. Однако лучи от многократных отражений будет слабее и имеют меньше влияния на окончательные результаты.

Наивный подход применяется для решения неопределенность не обнаруживает. Этот метод состоит из замещения значения ниже предела диапазона чувствительности с нижнего предела обнаружения29. Существуют другие методы для устранения неопределенности обнаруживает с заменой данных журнала. Надежные регрессии на заказ статистика (ROS) метод предсказывает значения незамеченными, считая, что они следуют за логарифмическое нормальное распределение. Другие методы могут применяться к данным, но оценки всегда представляют погрешность. Был использован метод замещения, нижний предел обнаружения, как замена на фиксированную величину позволяет идентифицировать не обнаруживает. Кроме того этот регион CDF не представляют соответствующие различия среди нескольких случаев под анализа.

Неопределенности эффекта тени человеческого тела должны решаться с особым интересом, учитывая, что PEMs призваны носить пользователем, и присутствие владельца является причиной этой неопределенности. Кроме того, недооценка BSE может включать увеличение в не обнаруживает. БФБ можно также избежать путем носить несколько пем на различных частях тела30,31; усреднение данных журнала двух PEMs, расположенных на противоположных сторонах тела приводит к меньше недооценка и меньше неопределенности, чем зарегистрированных данных одного единого PEM5. Еще один альтернативный метод – учитывать изменения уровней облучения вследствие БФБ в интерпретации данных воздействия и применять соответствующие поправочные коэффициенты. Однако они должны быть определены индивидуально, в зависимости от деятельности и окружающей среды и являются очень сложными, чтобы правильно применять. Кроме того метод, используемый в данном исследовании предлагает практический способ избежать БФБ, которая требует только одного PEM, избегая на обработку данных.

Принимая во внимание прогресс в технологии для мобильных ПК и интерес к амортизация человеческого тела в будущем 5G (пятого поколения) радио систем32, техника, представил в этом исследовании может использоваться для оценки воздействия на человека для сетей нового поколения во избежание вышеупомянутых неопределенностей.

Disclosures

Авторы не имеют ничего сообщать.

Acknowledgments

Эта работа была поддержана проект «Электромагнитных характеристик в интеллектуальных средах здравоохранения» и их участие в личных, профессиональных и санитарного состояния окружающей среды, (DGPY-1285/15, PI14CIII/00056) и с людскими ресурсами проект «Сетевой платформы для развития телемедицины в Испании» (DGPY-1301/08-1-TS-3), оба финансирование от суб Directorate общего исследования оценки и продвижения по службе (институт здравоохранения Карлоса III).

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).
Эффективный анализ воздействия человека условий с надеваются дозиметров в диапазоне 2,4 ГГц
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