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Engineering

Análisis de las condiciones de exposición humana con dosímetros usados sobre el cuerpo en la banda de 2,4 GHz

doi: 10.3791/56525 Published: May 2, 2018

Summary

Este estudio describe un protocolo para medir los niveles de exposición en la banda de 2,4 GHz, evitando la incertidumbre causada por el uso de exposimeters personales como aparatos de medición. Estas alteraciones de los niveles de exposición deben tenerse en cuenta, especialmente en cumplimiento de la prueba, donde se definen los límites de exposición de datos no perturbado.

Abstract

Un procedimiento experimental bien definido es propuesto para evaluar las condiciones de exposición máximo en un peor escenario evitando las incertidumbres causadas por el uso de personal exposimeters (MDI) como aparatos de medición: el cuerpo sombra efecto (EEB), la rango de sensibilidad limitada y la no identificación de la fuente de radiación. Un límite superior para los niveles de exposición a los CEM en varios recintos interiores ha sido medido y simulado. La frecuencia utilizada para el estudio es de 2,4 GHz, como es la banda más comúnmente utilizada en las comunicaciones interiores. Aunque los valores registrados son muy por debajo de la Comisión Internacional para los niveles de referencia de protección de radiación no ionizante (ICNIRP), existe una necesidad particular para proporcionar los niveles de exposición fiables en entornos particularmente sensibles. En cuanto a la exposición a campos electromagnéticos (EMF), han establecido límites establecidos en normas nacionales e internacionales para la protección de la salud para condiciones de exposición imperturbable; es decir, los datos de exposición reales y objetivas que no han sido alterados de ninguna manera.

Introduction

El uso de redes de área local inalámbricas (WLAN) se ha convertido en mucho más extendido en los últimos años. Tecnologías inalámbricas se han convertido en alternativas al acceso fijo tradicional unos, y por lo tanto, un gran número de puntos de acceso (AP) se han instalado en zonas residenciales, profesionales y público1,2. Este gran número de AP y los dispositivos de comunicación personal ha llevado a un interés sustancial en los posibles riesgos relacionados con la exposición de campo electromagnético (EMF)3.

Personales exposimeters (MDI) son dispositivos portátiles para la medición de la exposición individual, normalmente utilizada en el campo de la epidemiología. Varios estudios han detectado incertidumbre al utilizar MDI en las mediciones de EMF. Estos hallazgos demuestran los efectos que MDI tiene en el nivel de confiabilidad en los resultados obtenidos4. Se han propuesto algunas soluciones para minimizar el efecto de estas incertidumbres, como buena PEM-usar técnicas y pequeño muestreo y mediciones de longitud suficiente5.

Algunos autores han publicado trabajos sobre la importancia de considerar el factor de servicio (o ciclo de trabajo) en las mediciones de exposición. En situaciones del mundo real, los dispositivos Wi-Fi nunca transmiten con un ciclo de trabajo completo. Wi-Fi señales consisten en ráfagas intermitentes de la energía de radiofrecuencia (RF) y periodos de tiempo sin ninguna transmisión. Por consiguiente, existe una gran proporción de las medidas de exposición informó que son muy bajos, a menudo caen por debajo del rango de sensibilidad, y que se registran como no detecta por MDI. Varios trabajos proponen el uso de factores para obtener valores reales mediante un cálculo teórico6.

La incertidumbre sobre el efecto de la sombra del cuerpo humano ha sido abordada con especial interés, como MDI está diseñados para ser usados por el usuario, con la presencia del usuario causando incertidumbre en los datos registrados. Conocimiento y cuantificación de la EEB ayudan a proporcionar interpretaciones correctas de los datos de exposición, sin la cual, sería necesario llevar a cabo procedimientos estrictos. La EEB puede evitarse con el uso de PEM varios, ubicados en diferentes partes del cuerpo humano7, o mediante la aplicación de factores de corrección a los resultados obtenidos5,9,10,11,12 . Mientras tanto, en otros casos, el cuerpo ha sido sustituido en técnicas de simulación con el uso de cilindros13. Algunos trabajos proponen implementación de técnicas de medición específicos para evitar la influencia del cuerpo humano13. El presente estudio propone una metodología de medición que evita la influencia del cuerpo en recintos interiores reales sin manipulación de datos de exposición.

Una característica de MDI es la no identificación de la fuente de radiación. MDI medir los niveles de campo eléctrico (campo E) en ciertas bandas de frecuencia, pero si varias fuentes o dispositivos irradian en la misma frecuencia, el PEM mide los niveles de campo eléctrico sin identificar la contribución de cada fuente en particular.

Por lo tanto, debido a estas fuentes de incertidumbre en los datos registrados de la MDI, análisis del nivel de exposición requiere procedimientos de evaluación experimental y la predicción numérica de los niveles EMF para obtener resultados fiables. Este trabajo presenta una metodología adecuada que puede utilizarse para evaluar la exposición a campos E (frecuencia de 2.4 GHz) en recintos interiores. Utilizando esta metodología, el mencionado incertidumbres causadas por subestimación debido a la EEB, sobreestimación causada por no detecta, y se evitan la falta de fiabilidad de la no identificación de la fuente de radiación. Esta mayor confiabilidad significa que los datos obtenidos mediante el método propuesto proporcionan un límite superior en el caso de condiciones adversas en la exposición a los CEM. Los límites de exposición establecieron en la nacional y las normas internacionales para la protección de la salud fueron definidos para los datos EMF imperturbable, sin alterar por cualquier efecto o agente. El procedimiento experimental propuesto es adecuado en términos de cumplimiento de normas reguladoras de la prueba, ya que se evitan las incertidumbres en los datos registrados, proporcionando información confiable que puede ser contrastada con los umbrales de exposición.

Después de implementar el protocolo experimental, los resultados obtenidos en comparación con los umbrales y recomendados los valores de exposición en la legislación europea. Esto se ha hecho con el fin de verificar el cumplimiento de la exposición a los CEM debido a los sistemas Wi-Fi, en ambientes de interior típicas, que a su vez representan contextos de trabajo común. En la actualidad, una frecuencia de Wi-Fi de 2.4 GHz es una de las bandas de comunicación para que hay más ampliamente disponibles datos sobre la exposición al público en general. El interés político en este grupo específico es debido a la generalizada preocupación por la salud posibles efectos de la exposición a energía de RF emitieron por los dispositivos de conexión inalámbrica en entornos sensibles, como centros sanitarios, hospitales, escuelas e incluso entorno doméstico15.

Este trabajo presenta un protocolo para proporcionar mediciones imperturbable con respecto a las condiciones de exposición de campo eléctrico, evitando las incertidumbres asociadas con el uso de MDI. El objetivo de este trabajo es mejorar el uso de MDI como dispositivos de medición en pruebas de cumplimiento.

Protocol

El protocolo propuesto sigue las directrices del Comité de ética de investigación de Institute´s de Salud Carlos III.

1. recinto selección y prueba de Control de entorno electromagnético

  1. Seleccione un recinto amplio, por lo menos 20 m3 de volumen, que es lo suficientemente grande como para que el desvanecimiento de señal es sensible en el PEM datos registrados. Preferiblemente, el recinto debe estar vacío, aunque no es absolutamente necesario como pequeños obstáculos, tales como muebles, no se toman en cuenta en los modelos de propagación que se utilizan para predecir los niveles de campo eléctrico en el interior recintos16.
  2. Desactivar la interfaz Wi-Fi dispositivos cercanos como teléfonos móviles, ordenadores, portátiles, puntos de acceso, etcetera. Una incertidumbre PEM es la identificación de la no específica de la fuente de radiación, es decir, MDI mide el campo eléctrico para cada frecuencia sin identificar cada dispositivo de transmisión. Por lo tanto, asegúrese de que no hay ningún dispositivo de Wi-Fi operando en la banda de 2,4 GHz que podría interferir con el experimento.
  3. Configurar un PEM con una frecuencia de muestreo de 4 s con el software específico que se proporciona con el PEM.
  4. Coloque el PEM a la altura de la cintura, aunque en estas mediciones preliminares, el lugar donde se lleva el PEM no es relevante.
  5. Iniciar el PEM y que el usuario de a pie de uno de los extremos de la caja hacia el otro, a un ritmo de unos 10 cm/s. niveles de campo eléctrico son los datos registrados por el PEM mientras el usuario está caminando.
  6. Descargar los datos registrados con el software específico que se proporciona con el PEM. Verifique que todos los datos registrados están en el límite más bajo de la gama de sensibilidad de lo PEM, 0.05 v/m para la banda de frecuencia de 2,4 GHz.
  7. Realizar las mediciones de control en diferentes días para garantizar la repetibilidad del experimento y obtener consistencia en los resultados, no hay variaciones significativas que pudieran afectar su fiabilidad.
    Nota: Si las pruebas de control están verificadas en días diferentes, puede suponer una ausencia de fuentes de radiación Wi-Fi y los datos registrados pueden deberse únicamente a la contribución de la fuente de radiación del experimento.

2. arreglar la posicion del dispositivo de medición

  1. Llevar a cabo esta prueba preliminar en uno de los recintos interiores con tres PEM. Las posiciones de los tres PEM se evaluará al mismo tiempo para fijar la posición de la PEM que mejor evita la influencia del usuario en los datos registrados.
  2. Configurar los tres MDI con una frecuencia de muestreo de 4 s mediante el software de configuración que se proporciona con cada PEM.
  3. Colocar el dosímetro primero en la parte inferior de la espalda en la zona lumbar, donde el cuerpo máximo es blindar el PEM. Colocar el dosímetro segundo en altura de la cintura, en la línea de vista (LoS) con la fuente de radiación.
  4. Colocar el dosímetro tercera un metro de distancia del usuario (en el extremo de un tubo sostenido por el usuario en su hombro) donde se ve afectada por la EEB. Utilizar un tubo de cartón de 1 m de longitud; por ejemplo, un sostenedor del mapa. Las ubicaciones de los tres PEM se muestran en la figura 1.
  5. Utilice un punto de acceso real como fuente de radiación.
  6. Encienda el MDI al mismo tiempo justo antes de llevar a cabo las mediciones.
    Nota: Puede ocurrir un pequeño espacio entre datos de diferentes MDI; Esto no será relevante para los resultados. Esta brecha es generalmente de 2 o 3 muestras, y el número total de muestras es de unos 300.
  7. Que el usuario camine despacio hacia y lejos de la fuente de radiación a un ritmo de 10 cm/s, con el AP situado por delante y detrás del usuario, respectivamente. Figura 2 es un diagrama de la caja experimental y muestra las direcciones de las rutas predefinidas y las posiciones de la MDI.
  8. Descargar los datos de la MDI.

3. fuente de radiación

  1. Para la fuente de radiación utilizada en el paso 4, utilice un generador de señal analógica conectado a una antena bicónico con un cable de baja pérdida. La antena lenticular es una antena de banda ancha que cubre el rango de frecuencia de 80 MHz a 3 GHz.
  2. Configurar el generador de señal analógica para generar una señal continua, sin modulación, y en la frecuencia de 2.437 MHz, ya que este es uno de los más utilizados frecuencias por los sistemas de Wi-Fi.
  3. Configurar la potencia de la señal generada con un equivalente isotrópica irradiada (EIRP) de 100 mW, la Pire máxima que está permitida en Europa.
  4. Coloque la antena lenticular en el centro de un lado de la caja (figura 2) para facilitar la realización del experimento en condiciones dinámicas.
  5. Alinee la antena bicónico con el usuario, para que el usuario enfrenta directamente la fuente, con el fin de detectar la subestimación máxima de la EEB en los datos registrados por la no-línea de vista (NLoS) PEM, con respecto a los niveles registrados por el PEM no afectado por la EEB.

4. metodología de medición

  1. Realizar mediciones utilizando dos MDI. Configurar el MDI con un período de muestreo de 4 s con el software de configuración que se proporciona con cada PEM.
  2. El dosímetro primero en la parte posterior, completamente NLoS con la fuente de radiación, el centro y donde el cuerpo es máximo el PEM.
  3. Colocar el dosímetro segundo a una distancia de 1 m lejos del usuario (en el extremo del tubo a cabo por el usuario en su hombro) para evitar la influencia del ser humano. Esta posición se determinó en el paso 2. Las posiciones de ambos MDI se indican en la figura 3.
  4. Coloque la antena bicónico en posición vertical.
  5. Encienda el MDI al mismo tiempo justo antes de llevar a cabo las mediciones. Como en el paso 2.6, un pequeño espacio aquí no será relevante para los resultados.
  6. Que el usuario camine lentamente por el lado opuesto del corredor hacia la fuente de radiación, según la ruta definida que se muestra en la figura 3, a un ritmo lento continuo de aproximadamente 10 cm/s. Mientras el usuario está caminando, el PEM es registro de datos de campo E.
  7. Descargar los datos de la MDI utilizando el software suministrado.
  8. Repita los pasos del 4.5, 4.6 y 4.7 con la antena bicónico en posición horizontal, con el fin de detectar la influencia del tipo de polarización.

5. Ray Tracing modelado

  1. Desarrollar o utilizar software de trazado basado en teoría de la imagen (una estrategia utilizada en las técnicas de trazado de rayos para analizar la propagación de campos electromagnéticos16) con el fin de comprobar la eficacia de la metodología mediante la comparación experimental y resultados simulados. El modelo debe predecir los niveles de campo eléctrico en espacios vacíos y permiten la interacción de las ondas electromagnéticas con el entorno. En el desarrollo de este software, siga estos pasos:
    1. Desarrollar el modelo en diferentes etapas para producir trayectorias 3D basados en la generación de imágenes 2D, en planos verticales y horizontales. Calcular el campo eléctrico como la suma de vector del rayo principal y otras contribuciones debido a las reflexiones y diffractions de las ondas electromagnéticas que están registradas en cada punto de evaluación en el entorno. Calcular el valor del campo eléctrico en un punto de evaluación como la suma vectorial de todas las contribuciones (rayos) de la fuente después de un determinado número máximo de interacciones con el medio ambiente. Utilice el número de reflexiones en las paredes del recinto como un parámetro de entrada, con 10 como el valor máximo de11.
    2. Emplean una extensión del coeficiente de difracción heurística de Holm para el modelado de difracción, como propuesto por Necháyev y Evripidou y utilizado en Rodríguez et al. 10
  2. Como parámetros de configuración, utilizar las características de la instalación experimental: las dimensiones y la constante dieléctrica y conductividad de los materiales que forman parte de cada recinto sometido a prueba. 11 de la tabla 1 muestra los parámetros electromagnéticos de los materiales utilizados en la simulación. El coeficiente de reflexión asociado a materiales conductores tiene una magnitud mayor. El valor de los coeficientes de reflexión de los medios no magnéticos y no conductor es lo suficientemente alto como para influir en el campo de E, calculado como la suma de la contribución principal del rayo directo y los otros aportes de diffractions y reflexiones.
  3. Introducir como parámetros de configuración de las propiedades de la antena bicónico y el patrón de radiación, polarización.
  4. Introducir como parámetros de configuración de la frecuencia (2.437 MHz) y potencia (20 dBm) del generador de señal analógica.
  5. Ejecute el programa después de incluir correctamente todas las entradas.
  6. Cuantificar los resultados a intervalos de 0,01 V/m, con el fin de emular las condiciones de trabajo de la PEM.
  7. Sustituir los resultados que están por debajo del límite más bajo de sensibilidad PEM con un valor de 0.05 V/m, con el fin de reproducir el no detecta conectado por el PEM.

Representative Results

Cuatro recintos interiores de diferentes tamaños fueron seleccionados para realizar las mediciones experimentales, cuyos volúmenes fueron 63 m3 (dimensiones 12 × 1.26/3 × 2,45 m), 162 m3 (27.15 x 1,93 × 3,1 m), 57 m3 (9 × 2,56 × 2,47 m) y 63 m3 (10 × 2,56 × 2,47 m). El ancho de la primera caja no era constante. En los recintos primeros y segundo, la longitud de la trayectoria predefinida era m 12. En los recintos terceros y cuarto, la longitud de la trayectoria predefinida era de la máxima dimensión, es decir, 9 y 10 m, respectivamente. Un factor que afecta a la EEB es el tipo de los materiales hasta los recintos interiores, como la exposición los niveles aumentan en el caso de ambientes con materiales conductores. Específicamente, los recintos que fueron compuestos de materiales no reflectantes. En esas condiciones, la EEB se convierte en relevante, como los rayos reflejados registrados por PEM en EEB son más débiles que en el caso de materiales conductores.

Los resultados obtenidos en la etapa preliminar se resumen en la figura 4, que compara los datos registrados por el tres MDI (uno en la parte posterior, otro en la parte delantera y la tercera situado 1 m) mientras el usuario estaba caminando hacia y lejos de AP. E-campo niveles registrados por el PEM gastado en LoS con la fuente de radiación son muy similares a los registrados por el PEM situado 1 m distancia al usuario, tanto en LoS con la fuente de radiación, aunque es apreciable que el PEM en contacto con el cuerpo registra niveles más bajos de7 . Para ambos caminos, niveles recogidos por MDI desgastadas en el área de sombra son menores que los datos recogidos por MDI no gastadas y desgastadas en LoS.

Niveles de campo eléctrico registrados por el PEM en cada posición fueron muy similares en ambos caminos, pero había algunas diferencias. Teniendo en cuenta la trayectoria de la AP, análisis de diferencias finitas dominio del tiempo (FDTD) demostraron que las ondas incidentes pueden doblar alrededor del usuario cuerpo y llegar al PEM desgastado en el lado opuesto, e incluso el PEM situado 1 m de distancia, donde la EEB es más débil. Este efecto es más significativo en ambientes interiores, como la región sombreada del cuerpo es pequeña. Esta fue la razón por la cual los datos registrados por MDI situado a 1 m del usuario en ambas vías eran similares a las condiciones expuestas.

Con respecto a la PEM desgastadas, el efecto del acoplamiento con el cuerpo ocasiona una distorsión en el patrón de radiación de PEM (RD) que posteriormente afecta a los datos registrados. Sin embargo, como los datos registrados por MDI gastadas en LoS tienden a ser similares, pero más bajo que los datos registrados por MDI había situado 1 m de distancia, se puede concluir que en LoS condiciones, el cuerpo humano tiene una influencia despreciable en comparación con las distorsiones debido a la EEB.

Como se ve en la figura 4, en todas las posiciones PEM el campo E niveles tienden a ser menores para el camino hacia la AP, donde la posición del usuario es frontal a la fuente de radiación. En la gama del gigahertz, la SAR en todo el cuerpo (SARWB) es ligeramente más alta bajo una onda de plano frontal incidente debido a la morfología humana: áreas de piel más grandes y superficies más ásperas (dedos de los pies, pies, mentón, cara) figuran en la parte frontal del cuerpo. El campo E puede incidir con eficacia en estas partes del cuerpo pequeño, que son lugares de SAR pico típico en la gama de GHz17.

La transmisión del AP es discontinua, por lo que muchos de los niveles registrados por el MDI no alcanzan el umbral de sensibilidad más bajo, y el número de no-detecta se vuelve demasiado grande. El porcentaje de no detecta considerado como aceptable es inferior al 60%, donde la substitución podría ser aceptable, según lo explicado por Narh18. Aunque en los resultados mostrados en la figura 4, el número máximo de no detecta es 50%, cerca del nivel de aceptación del 60%, las pruebas con un AP son lo suficientemente confiable para confirmar que 1 m es una distancia óptima para evitar que la EEB.

Por lo tanto, la posición de la PEM situado 1 m lejos del usuario es óptima para iniciar la sesión confiables niveles de exposición al campo E y es inafectada por la subestimación causada por la influencia del cuerpo. Teniendo en cuenta estas consideraciones, las mediciones se realizaron en los cuatro entornos seleccionados, polarizaciones horizontales y verticales y siguiendo la metodología descrita en la sección anterior: con dos PEM, uno usado por el usuario y en NLoS y la segunda habían situada a 1 m lejos del usuario y en LoS con la fuente de radiación.

Figura 5 y figura 6 muestran los niveles de campo eléctrico en los recintos primeros y segundo, en una escala semi-logarítmica y en ambas polarizaciones a lo largo de la ruta hacia la fuente de radiación de una antena lenticular y un generador de señal. La subestimación de la EEB es directamente dependiente en el tamaño del medio ambiente: la subestimación es mayor en el segundo recinto, y a su vez, el efecto es mayor en recintos al aire libre, en lugar de interior,. Es notable que la subestimación de la EEB es más grande con vertical que con polarización horizontal, puesto que el tipo de la polarización de la fuente principal de radiación afecta el grado de influencia de la EEB. Para evitar el alto número de no detecta en el caso de sombra sin otro tratamiento de los datos registrados, se repitieron las mediciones en ambas polarizaciones con una potencia de transmisión de 25 dBm (316.12 mW) en el segundo recinto. La figura 6 presenta las mediciones graduadas para 20 dB en ambas polarizaciones y en una escala semi-logarítmica para percibir los niveles de campo eléctrico en el caso de la sombra. En el caso de polarización horizontal, las detecta no haber evitado, si bien en la polarización vertical, el porcentaje es todavía considerable.

Se realizaron mediciones en ambas polarizaciones en todos los recintos bajo condiciones de prueba. La figura 5 muestra los resultados del primer recinto, sombreado datos que son similares en ambas polarizaciones. Sin embargo, los resultados de la segunda caja, el más grande, que se muestra en la figura 6, la diferencia de datos sombreados en ambas polarizaciones es más notable que en la figura 5.

Para cuantificar la diferencia de datos sombreados en ambas polarizaciones en cada recinto, la tabla 2 presenta el factor de polarización (PF) que relaciona los cocientes entre las medias de datos no sombra y sombra en ambas polarizaciones, como se muestra en (1) :

Equation 1(1)

De la tabla 2 se deduce que cuanto más grande el recinto es mayor las diferencias encontradas entre los datos no sombra y sombreado para polarización vertical. Los resultados de este estudio muestran una subestimación significativa más en vertical que en horizontal polarización, porque para frecuencias alrededor de 2.100 MHz, el SAR localizado en miembros y cabeza/tronco es mayor para la polarización vertical, de pie y cuando las olas inciden sobre el cuerpo de la delantera o trasera17. Además, el usuario no es pequeño en comparación con la longitud de onda, por lo que la polarización vertical es a un nivel peor en términos de absorción de la onda incidente24. Cuando el eje mayor del cuerpo humano es paralelo al vector campo eléctrico (que sucede cuando la polarización de la antena bicónico es vertical), la tasa de absorción específica (SAR) del cuerpo humano alcanza valores máximos de19. Teóricamente, las ondas polarizadas verticalmente en gran parte están protegidas por el cuerpo humano, en comparación con las ondas polarizadas horizontalmente. Esto es debido a que en la polarización vertical, el campo eléctrico oscila paralelo al eje largo del usuario8. Como la polarización de la antena es un factor clave en la EEB, la adecuada polarización es vertical, para detectar la máxima influencia de la presencia del usuario en las mediciones del PEM desgastado y en NLoS20.

Los niveles de exposición obtenidos en los cuatro recintos bajo condiciones de prueba se muestran en la figura 7 en una escala semi-logarítmica. Se muestran los resultados de la simulación junto con las medidas en cada punto de la ruta predefinida, demostrando que ambos tipos de datos varían de la misma manera en relación con su distancia de la fuente de radiación.

La tabla 3 resume los niveles de campo eléctrico medidos y simulados, respectivamente. Para cada recinto interior se proporcionan la media, desviación estándar y los valores máximos y mínimos. Cabe destacar la similitud entre los valores estadísticos de los datos experimentales y simulados. La similitud entre cada par de datos experimentales y simulados de la serie también ha sido comprobada en términos de la p-valor obtenido con la prueba de Kolmogorov-Smirnov (KS). Los valores de p se muestran en la tabla 3. P-valores siempre fueron mayores que el nivel de significancia de 0.05, por lo que hay una coincidencia adecuada entre cada par de serie de datos experimentales y simulados. Además, también se ha confirmado mediante la prueba de KS que la función de distribución acumulativa (CDF) de cada serie, experimental o simulado, siempre sigue la distribución estadística lognormal en ambas polarizaciones.

La figura 7 muestra los datos medidos y simulados en los recintos interiores se utiliza para probar y el cumplimiento de los umbrales establecidos en la legislación europea basada en el ICNIRP, que forma actualmente la base de muchas normas de exposición aplica en todo el mundo en contextos general, domésticos y laborales. En el caso de la población en general, el límite de exposición a las radiaciones no ionizantes en la frecuencia de 2,4 GHz es de 61 V/m. El valor de 61 v/m en el ICNIRP no es el límite más restrictivo en cuanto a la exposición humana. Otros estándares existen alrededor del mundo: en América del norte, el IEEE establece límites menos restrictivos: 66,7 V/m para entornos no controlados, el equivalente para el público en general en el ICNIRP. Además, la regulación más restrictiva existe en Europa del este, como en el caso de Rusia donde el límite más estricto para la población general es 3.14 V/m. En la figura 7, las mediciones en comparación con el umbral de la ICNIRP no son afectadas por las incertidumbres de la PEM, proporcionando fiabilidad en las conclusiones extraídas con respecto a cumplimiento de Reglamento.

Figure 1
Figura 1 : Ubicación de la MDI durante el experimento.

Figure 2
Figura 2 : Predefinidos trazados de pruebas de control hacia y lejos de la fuente de radiación y la posición de los tres dosímetros.

Figure 3
Figura 3 : Ruta predefinida de la medición realizada en los cuatro recintos, hacia la fuente de radiación y las posiciones de los dosímetros. La longitud de la zona de pruebas dentro de los recintos primeros y segundo, 12 m, se muestra.

Figure 4
Figura 4 : CDFs de los resultados de la tres MDI en posiciones diferentes. Se muestran resultados 1 m, usado por el usuario en LoS y usado por el usuario en NLoS para ambos caminos predefinidos-hacia y lejos de la fuente de radiación.

Figure 5
Figura 5 : Datos experimentales obtienen en el primer recinto de 63 m3 . Los datos son verticales se indica por (a) y (b) polarización horizontal, con y sin influencia del cuerpo, con una potencia de transmisión de 100 mW. Los datos se muestran en función del número de muestras que se registran por el PEM mientras el usuario está caminando hacia la fuente. Los resultados se muestran en una escala semi-logarítmica.

Figure 6
Figura 6 : Datos experimentales obtienen en 162 m 3 segundo recinto. Los datos son verticales se indica por (a) y (b) polarización horizontal, con y sin influencia del cuerpo, con una potencia de transmisión de 25 dBm (316.12 mW) y escalarlos disminuir a 20 dBm (100 mW). Los datos se muestran como una función del número de muestras que se registran por el PEM mientras el usuario está caminando hacia la fuente. Los resultados se muestran en una escala semi-logarítmica.

Figure 7
Figura 7 : Medidos y simulados niveles del E-campo de polarización vertical. Los niveles se muestran para el (a) primero (63 m3), (b) segundo (162 m3), (c) tercero (57 m3) y (d) cuarta (63 m3) cajas. Los niveles se muestran como una función del porcentaje de los límites de exposición ICNIRP de 61 v/m para la población en general y para la banda de 2,4 GHz. Los datos se muestran como una función del número de muestras que se registran por el PEM mientras el usuario está caminando hacia la fuente.

Material Conductividad Relativa
(S/m) constante dieléctrica
Techo – conglomerado 0.001 2.5
Piso – mármol 0.00022 7
Paredes laterales 0.005 3
Metal 100 3
Vidrio 1E-10 6
Madera 0.0006 2

Tabla 1: Parámetros electromagnéticos utilizados en la simulación.

Recinto Volumen Polarización
(m3) Factor de
1 63 1.0635
2 162 1.3325
3 57 1.0235
4 63 1.0590

Tabla 2: Factor de polarización para cada recinto, calculado como la relación entre las medias de datos no sombra y sombras. Se indican los tamaños de los recintos.

Recinto Tamaño Media (V/m) STD (V/m) Max (V/m) Min (V/m) valor de p valor de p
(m3) Exp SIM Exp SIM Exp SIM Exp 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

Tabla 3: Valores estadísticos principales de los resultados experimentales y simulados en los cuatro recintos bajo condiciones de prueba para la polarización vertical y horizontal. Se indican los tamaños de los recintos.

Discussion

El aspecto de este protocolo que es esencial para la recogida fiable de los datos de exposición, sin la influencia de las incertidumbres de la PEM, es el lugar del PEM. El PEM debe estar situado a 1 m lejos del usuario con el fin de evitar la subestimación causada por la influencia del cuerpo, y evitar un alto número de no-detecta en los datos registrados. Hay aspectos del protocolo que puede ser alterado; modificaciones y limitaciones de la propuesta técnica se evalúan como sigue.

El instrumento de medición seleccionado para llevar a cabo el experimento es el PEM, que ha sido utilizado en numerosos estudios para el análisis de exposición a los CEM en ambientes al aire libre, dinámica y en grandes áreas geográficas24,25, 26. Aunque datos medidos con el MDI no son tan exactos como las mediciones proporcionadas por un analizador de espectro (SA), numerosos estudios epidemiológicos utilizan MDI debido a su fácil manejo y medición de la tasa26, 4 s, siendo el período de muestreo mínimo. El MDI en el trabajo tiene un límite mínimo de rango de sensibilidad de 0.05 V/m. MDI más modernos se han comercializado con gamas más amplias de la sensibilidad, 0.005 V/m siendo el límite más bajo para la banda de frecuencia de 2,4 GHz, por lo que el número de no detecta será menor cuando el cuerpo es blindar el PEM. Sin embargo, este hecho no es relevante para este experimento, ya que los resultados obtenidos sin la incertidumbre de la EEB fueron siempre mayores que 0,05 V/m. Existen otros modelos de MDI con períodos de muestreo más bajos, pero el modelo utilizado en este experimento ha sido seleccionado debido a que es fácilmente portable en el cuerpo, a la altura de la cintura, donde el cuerpo máximo es blindar el PEM.

En experimentos preliminares, un AP Wi-Fi operando en la banda inalámbrica de 2,4 GHz fue empleado como una fuente de radiación. Después de evaluar la potencia emitida por la AP con una SA, se llevó a cabo una comprobación para confirmar que los paquetes de información no se transmitieron continuamente y que hay períodos de tiempo sin transmisión27,28. Como consecuencia, una proporción considerable de los niveles CEM de RF fueron por debajo del límite de detección (0.05 V/m) de la MDI. El ciclo de trabajo mínimo de Wi-Fi AP fue arreglado por señales de baliza y fue alrededor del 0,01%. Mientras tanto, una señal continua, con el límite del ciclo de deber superior de 100%, reproduce las condiciones de exposición peor, evitando la incertidumbre de no detecta. Por esta razón, un generador de señal y una antena bicónico se utilizaron como fuentes de radiación para generar una onda continua de potencia 100 mW a la frecuencia Wi-Fi y sin modulación.

Los niveles de campo eléctrico, en los cuatro recintos interiores seleccionados, han sido predichos con un software de trazado basado en teoría de la imagen. La evaluación de los resultados experimentales utilizando otra técnica experimental, como una SA con una sonda, no ha sido considerada, ya que el objetivo es analizar la influencia de la EEB y otras incertidumbres PEM y no de la PEM capacidad para operar como otro dispositivo de medición. Las limitaciones de la teoría de la imagen son debido a las condiciones ambientales no son ideales, es decir, cuando la superficie reflectante no está delgada, plana o plana. Los resultados del modelo de propagación recogen la incertidumbre de los coeficientes de reflexión cuando las condiciones ambientales no son ideales. Cuando las superficies son limitadas, es posible eliminar los rayos que no interceptar con ellas. A medida que aumenta el número de reflejos, aumenta el tamaño de los elipsoides de Fresnel y la aproximación es peor. Sin embargo, los rayos de las reflexiones múltiples serán más débil y menos influir en los resultados finales.

El acercamiento ingenuo se aplica para resolver la incertidumbre de la no detecta. Este método consiste en la sustitución de los valores por debajo del límite de rango de sensibilidad con la inferior de límite de detección29. Existen otros métodos para corregir la incertidumbre de no detecta con la sustitución de los datos registrados. La regresión robusta en el método de la estadística (ROS) orden predice los valores detectados, teniendo en cuenta que siguen una distribución lognormal. Otros métodos pueden aplicarse a los datos, pero las estimaciones siempre presentan un margen de error. Se ha utilizado el método de sustitución por el más bajo límite de detección, como la sustitución por un valor fijo permite la identificación de la no detecta. Además, esta región de los CDFs no presentan diferencias relevantes entre los varios casos bajo análisis.

La incertidumbre sobre el efecto de la sombra del cuerpo humano debe tratarse con especial interés, dado que MDI está diseñados para ser usados por el usuario, y la presencia del portador es la causa de esta incertidumbre. Además, la subestimación de la EEB puede implicar un aumento en no detecta. La EEB también puede evitarse con el uso de MDI varios en diferentes partes del cuerpo30,31; promedio de los datos registrados de dos MDI situado en lados opuestos del cuerpo conduce a una subestimación más pequeños y una incertidumbre menor que los datos registrados de un PEM solo5. Otro método alternativo es tomar en cuenta la alteración de los niveles de exposición a la EEB en la interpretación de los datos de exposición y aplicar factores de corrección apropiados. Sin embargo, estos tienen que determinarse individualmente en función de la actividad y el medio ambiente y son muy complejos de aplicar correctamente. Además, la técnica utilizada en este estudio propone una forma práctica de evitar la EEB que sólo requiere un sola PEM, evitando el procesamiento de datos.

Teniendo en cuenta los avances en tecnología móvil y el interés en la atenuación del cuerpo humano en el futuro 5G (quinta generación) radio sistemas32, la técnica presenta en este estudio puede utilizarse para evaluar la exposición humana a las redes de nueva generación evitar las incertidumbres mencionadas.

Disclosures

Los autores no tienen nada que revelar.

Acknowledgments

Este trabajo fue financiado por el proyecto "Caracterización electromagnética en ambientes inteligentes de la salud" y su implicación en salud ambiental, ocupacional y Personal (DGPY-1285/15, PI14CIII/00056) y con los recursos humanos de la proyecto "Red de plataforma para el desarrollo de telemedicina en España" (DGPY-1301/08-1-TS-3), ambos fondos de Sub Subdirección General de investigación de evaluación y promoción (Instituto de Salud Carlos 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

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Análisis de las condiciones de exposición humana con dosímetros usados sobre el cuerpo en la banda de 2,4 GHz
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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).

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