不同款式孕妇防辐射服的屏蔽效能研究*

1. 上海市质量监督检验技术研究院， 上海 200040；2. 东华大学生态纺织教育部重点实验室， 上海 201620

现代电子电器工业的高速发展，使得越来越多的电子产品进入了普通家庭，随之产生的电磁污染也越来越引起了人们的重视。与常人相比，孕妇作为一个特殊群体，其对电磁辐射更加敏感。孕妇及其家人为了减少电磁辐射对胎儿生长发育造成的危害，通常会选择孕妇防辐射服对电磁波进行防护[1]。目前，市场上的防辐射服生产厂家提供的检测报告给出的是相关部门对面料的屏蔽效能的检测结果，而面料的屏蔽效能与服装的屏蔽效能是有较大的差异的。

对服装屏蔽效能的研究可分为试验测试方法和模拟仿真法两大类[2]。试验测试方法主要包括屏蔽室法、开窗法、吉赫芝横电磁波室法(Gigahertz Transverse Electromagnetic Cell， 简称“GTEM”)等；模拟仿真法主要包括有限元法(High Frequency Structure Simulator， 简称“HFSS”)、时域有限差分法(Finite Difference Time Domain， 简称“FDTD”)、数学计算模型法等。文献研究多采用试验测试方法与模拟仿真法相结合的方式，以更准确地测量防辐射服装的屏蔽效能。郑倩雪[3]采用波导管测试方法并结合FDTD得出，当防电磁辐射服装上的缝隙和孔洞的尺寸大于辐射源电磁波的波长时，缝隙和孔洞的存在会严重降低防电磁辐射服装的屏蔽效能。姚丽等[4]用三维电磁模拟软件HFSS，仿真模拟了GTEM的测试过程，验证了GTEM的合理性，并得出防辐射孕妇服的屏蔽效能随着服装立体弧度值的增加而减小的结论。张丽丽等[5]通过屏蔽室试验并利用HFSS仿真软件建立模型，得出孕妇体型改变会导致防辐射服下摆开口尺寸改变，其屏蔽效能会随下摆开口尺寸增加而呈下降趋势；当孕期临近结束时，防辐射服的下摆开口尺寸增大到穿着时的最大程度，此时防辐射服对不同频率的电磁波的屏蔽效能几乎为零。张晓霞[6]在屏蔽室中搭建孕妇人台，利用方差分析法得出机织面料制成的防辐射服的屏蔽性能优于针织面料制成的防辐射服；由同一面料制作的孕妇防辐射服的平均屏蔽效能随着洗涤次数的增加而减少；防辐射服的平均屏蔽效能比其采用的面料的平均屏蔽效能下降了60%以上。

本文从试验出发，在全电波暗室中，对注水假人身着不同款式的孕妇防辐射服时胸部和腹部的屏蔽效能进行测试，以期为孕妇防辐射服的屏蔽效能的检测提供参考。

1 试验部分

1.1 试验样品

试验用假人为定制的仿真人形体模型，其高度为1.62 m，全部采用低介质合成材料，对电磁波的传播路径几乎无任何影响，这减少了环境因素造成的试验误差。试验用孕妇防辐射服为市场上具有代表性的四种不同款式的孕妇防辐射服，分别是马甲式、吊带式、肚兜式和短袖式，其材质均为100%镀银锦纶针织物。图1～图4所示为假人身着四种孕妇防辐射服时的外观。

(a) 正面

(b) 背面

(a) 正面

(b) 背面

(a) 正面

(b) 背面

1.2 试验方法

试验采用全电波暗室法测试四种孕妇防辐射服的屏蔽效能。全电波暗室外层为全封闭的金属材料，能够消除外部电子设备产生的电磁信号，以免对试验造成的干扰。暗室的天花板、四周墙壁和地面都覆盖有吸波材料。该吸波材料是由聚氨酯制作的角锥形泡沫，其可以有效地吸收由电磁波发射天线散播到暗室天花板、四周墙壁和地面的干扰电磁波，从而只使假人周围形成均匀稳定的磁场。

试验用电磁波发射天线为复合式对数周期天线，距地面高度约1.35 m，距离假人3.00 m。试验选取的电磁波发射天线的发射频率为1 000、1 500、2 000、2 500、3 000、3 500 MHz。试验时，假人置于全电波暗室测试区，在假人的腹部或胸部固定好信号接收探头，首先测定假人未穿着孕妇防辐射服时的电场强度，记作E2(V/m)；然后，将四种款式的孕妇防辐射服分别穿着于假人身上，测定此时的电场强度，记作E1(V/m)；最后，根据计算式SE=20lg(E2/E1)，得到孕妇防辐射服的屏蔽效能。测试时假人状态如图5所示。

图5 测试时假人状态

2 结果与分析

孕妇防辐射服应对人体的重要部位如胸部和腹部具有防护效果，因此试验采取单因素控制变量法，测试假人在孕早期且在站姿状态下孕妇防辐射服对胸部和腹部的屏蔽效能。

2.1 马甲式孕妇防辐射服的屏蔽效能

马甲式孕妇防辐射服的屏蔽效能测试结果如图6所示。

图6 马甲式孕妇防辐射服的屏蔽效能

观察图6可以发现：马甲式孕妇防辐射服在电磁波的发射频率为1 000 MHz时对胸部的防护效果最好，而在其他频率下对胸部的防护性能较差；整体而言，马甲式孕妇防辐射服对腹部的防护性能优于其对胸部的防护性能。出现这种结果的原因可能是频率为1 000 MHz的电磁波的波长为30 cm，马甲式孕妇防辐射服的领口直径尺寸为20 cm，小于该频率的波长，因此该频率的电磁波穿过马甲式孕妇防辐射服领口进入马甲式孕妇防辐射服内部的量较少。随着电磁波频率的增加，电磁波的波长逐渐减小，当电磁波的波长小于马甲式孕妇防辐射服领口尺寸时，该频段下的电磁波穿过领口再经过反射而进入马甲式孕妇防辐射服内部的量增加。由于胸部与马甲式孕妇防辐射服领口的距离较近，电磁波经过一次或两次反射便可到达胸部，所以对胸部的屏蔽效能随着电磁波频率的增加而逐渐降低。由于试验用的马甲式孕妇防辐射服较长，腹部与领口的距离较大，且胸部以下较宽松，由领口进入的电磁波经多次反射后损耗较大，因此到达腹部的电磁波的量较少。

2.2 吊带式孕妇防辐射服的屏蔽效能

吊带式孕妇防辐射服的屏蔽效能测试结果如图7所示。

图7 吊带式孕妇防辐射服的屏蔽效能

观察图7可以发现，吊带式孕妇防辐射服的屏蔽效能测试结果与马甲式孕妇防辐射服相反。吊带式孕妇防辐射服在电磁波的发射频率为1 000 MHz时对腹部的防护效果最好，而在其他频率下对腹部的防护性能较差。就屏蔽效能值和屏蔽性能稳定性而言，吊带式孕妇防辐射服对胸部的防护作用明显优于其对腹部的防护作用。吊带式孕妇防辐射服的领口开口直径为25 cm，相比于马甲式孕妇防辐射服，吊带式孕妇防辐射服的领口开口更大、衣长较短，且两肩及后背上半部位没有面料覆盖。当电磁波波长大于吊带式孕妇防辐射服领口开口尺寸时，电磁波由领口进入吊带式孕妇防辐射服内部的量较少，因此吊带式孕妇防辐射服对1 000 MHz的电磁波的屏蔽效能较好。随着电磁波频率的增大，其波长减小，更多的电磁波由吊带式孕妇防辐射服领口进入吊带式孕妇防辐射服内部，然后在吊带式孕妇防辐射服内部发生多次反射。由于吊带式孕妇防辐射服长度较短，加之探测点位于吊带式孕妇防辐射服的中间位置，这样由领口开口和下摆开口进入的电磁波可能会发生谐振，导致腹部的屏蔽效能降低。另外，吊带式孕妇防辐射服的宽松度不及马甲式孕妇防辐射服，因此电磁波在其内部由反射引起的损耗程度较低，到达腹部的电磁波的量较多。

2.3 肚兜式孕妇防辐射服的屏蔽效能

肚兜式孕妇防辐射服的屏蔽效能测试结果如图8所示。

图8 肚兜式孕妇防辐射服的屏蔽效能

观察图8可以发现，肚兜式孕妇防辐射服对胸部和腹部的防护性能接近，平均屏蔽效能在8 dB左右。出现这种结果是由于电磁波发射天线发射出的电磁波属于平面波，其在假人周围形成的是均匀的电磁场。肚兜式孕妇防辐射服仅覆盖人体正面，属于平面防护，因此电磁波在肚兜式孕妇防辐射服内部反射而产生的对腹部和胸部的辐射较少。同时，全电波暗室内部的吸波材料保证了测试结果不受假人周围环境对电磁波反射的影响。但在日常生活中，电磁波的方向并不固定，肚兜式孕妇防辐射服对于由人体背部入射的电磁波无防护效果。

2.4 短袖式孕妇防辐射服的屏蔽效能

短袖式孕妇防辐射服的屏蔽效能测试结果如图9所示。

图9 短袖式孕妇防辐射服的屏蔽效能

观察图9可以发现，短袖式孕妇防辐射服对胸部的防护性能优于其对腹部的防护性能，且在3 000、3 500 MHz频率下屏蔽效能都较低。相比于马甲式、吊带式和肚兜式孕妇防辐射服，短袖式孕妇防辐射服对人体肩部的覆盖面积更大，这有效地减少了波长较大的电磁波由领口和肩部开口进入孕妇防辐射服内部的量。但当频率较高的电磁波的波长接近或小于领口尺寸时，电磁波仍然能够进入孕妇防辐射服内部，并再经反射对胸部和腹部产生辐射。

3 结论

(1) 电磁波波长与孕妇防辐射服开口尺寸之间的关系，对孕妇防辐射服的屏蔽效能有重要影响。当电磁波波长小于孕妇防辐射服开口尺寸时，电磁波比较容易进入孕妇防辐射服内部，并经反射而对人体重要器官产生辐射。

(2) 孕妇防辐射服对人体的覆盖面积越大、穿着效果越宽松，则进入孕妇防辐射服内部的电磁波经反射而产生的损耗越大，对人体的防护效果越好。

(3) 对人体进行平面防护的孕妇防辐射服如肚兜式孕妇防辐射服，虽然可以对正面入射的电磁波进行防护，且避免了电磁波进入孕妇防辐射服内部而对人体产生损害，但不能有效阻挡由人体背部入射的电磁波，因此，其只在特定环境中有防护效果。

(4) 不同款式的孕妇防辐射服对人体胸部和腹部的屏蔽效能有所不同。马甲式孕妇防辐射服对腹部的防护效果优于其对胸部的防护效果，吊带式和短袖式孕妇防辐射服对胸部的防护效果优于其对腹部的防护效果，肚兜式孕妇防辐射服对胸部和腹部的防护效果接近。

参考文献

[1] 苏军强．电磁辐射对人体的危害与防护织物及服装的开发[J]．中国个体防护装备，2007(1)：18-21．

[2] 陈家奎. 防电磁辐射服装屏蔽效能测量方法研究[D]. 北京：北京交通大学，2007.

[3] 郑倩雪. 基于FDTD的防电磁辐射服装局部区域屏蔽效能研究[D]. 郑州：中原工学院，2015.

[4] 姚丽. 电磁屏蔽服屏蔽效能测试方法的研究[D]. 郑州：中原工学院，2013.

[5] 张丽丽，陈雁．防辐射孕妇服电磁防护性能的测试与仿真[J]．纺织学报，2011，32(10)：108-112．

[6] 张晓霞. 防辐射孕妇装的屏蔽性能与结构设计研究[D].上海：东华大学，2009.