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      南京民盛電子儀器有限公司

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      電磁干擾對醫用耐電壓測試儀有何影響?

      2019-01-09 10:02:42 分享
      隨著醫療儀器設備現代化程度的進一步進步,因為攪擾致使儀器設備不能正常作業,一起有損體系的現象日趨嚴重。當電場強度超越2.4G時,能夠損壞集成電路;假如磁場強度抵達0.03G時,能夠使無屏蔽的儀器設備誤動作。為了有效地按捺攪擾,進步儀器設備作業的可靠性,在底層修理人員中宣傳、普及抗電磁攪擾常識,特別是抗電源線上的電磁攪擾常識尤為重要。本文就其進行重點評論,誠望有所裨益。
       
      1 攪擾
       
      1.1 攪擾的方法
       
      攪擾分為差模攪擾、共模攪擾和串模攪擾。差模攪擾又名常模攪擾、橫模攪擾或對稱攪擾,它是指疊加在線路電壓正弦波上的攪擾,是載流導體之間的攪擾。如電網的過欠壓、瞬態驟變、尖峰等。共模攪擾又名縱模攪擾、不對稱攪擾和接地攪擾,它是指發作于電網與零線之間的攪擾,是載流導體與大地之間的攪擾,是由輻射或攪擾耦合到電路中來的。如尖峰攪擾、射頻攪擾、零線與地線間的穩態電壓等。串模攪擾是指外界磁場電場引起的攪擾。如變壓器漏磁、偏轉電場引起的攪擾等。
       
      1.2 攪擾的類型
       
      醫用耐電壓測試儀談到電源攪擾的類型包括電壓下降(如重載接通形成電網電壓下降)、失電(如雷電、變壓器毛病或其它要素形成的短時停電)、頻率偏移(如區域性電網毛病或發電機不安穩等)、電氣噪聲(如開關電源或大功率逆變設備等發作的電磁騷擾、無線電信號、電廠或工業電弧等)、浪涌(如俄然減輕負載、變壓器抽頭不當等)、諧波失真(如整流、變頻調速和開關電源的作業)和瞬變(如雷擊、大功率開關的切換、對電理性負載的切換)等。
       
      1.3 攪擾對醫療儀器設備的影響
       
      心腦電圖機、監護儀、超聲確診儀、針灸電療儀或銀針直觸摸摸人體的儀器設備等,特別是檢測人體生物電信號的儀器設備,因為信號非常的弱小,假如遭到攪擾,就會在檢測結果如波形、圖形、圖畫上疊加一種相似于某些病變的畸變形成誤診,一起還會引起微電擊,嚴重時還有生命風險。假如是帶有計算機體系的醫學儀器設備,當共模攪擾中的尖峰攪擾起伏抵達2V~50V,時刻持續數微秒時,可引起計算機邏輯錯誤、信息丟失等。強磁場會使顯像管、X線印象增強管顯示圖象變形失真;加速器射線偏移;計算機磁盤、磁卡記錄數據損壞;呼吸機作業失靈;心臟起博器作業失效等。
       
      2 按捺攪擾的常用方法
       
      2.1接地
       
      在論述接地之前,有必要弄清地線與零錢、維護接地和維護接零的基本概念。即:地線是指銜接地球通向大地的金屬銜接線,而零線是我國電力部門供給的作業線路;維護接地是將儀器設備的金屬外殼接上地線,在外殼因為攪擾引起帶電時,電流沿地線流入大地,抵達維護人身和儀器設備安全的意圖。而維護接零是將儀器設備的金屬外殼與電源的零線銜接起來,在短路時,立即燒斷保險,以抵達切斷電源的意圖。在這個問題上,不少底層修理人員概念模糊不清,甚至混為一談,有必要予以區別。
       
      2.1.1 儀器設備的信號接地
       
      ①浮地 把電路的“零”電位或設備的“零”電位與公共接地體系,或或許引起環流的公共導線絕緣,即不接地,使此“零”電位相對于大地的零電位來說是個懸空的“零” 電位。常用的方法有變壓器阻隔和光電耦合阻隔。浮地的長處是抗攪擾才能強,缺陷是靜電積累。當電荷積累到必定程度后,在設備地與公共地之間的電位差或許引起劇烈地靜電放電,而成為損壞性很強的騷擾源。處理的方法是在浮地與公共地間跨接泄放電阻、阻值的巨細以不影響設備漏電流的要求為宜。
       
      ②單點接地 電路和設備中凡需求接地的點都接到被定義的只有一個物理點為接地參閱點的點上就稱為單點接地。對一個體系假如選用單點接地,每個設備都要有自己的單點接地點,然后各設備的地再與體系中唯一指定的參閱接地點相接。缺陷是體系作業頻率很高時呈某種電抗效應,引起接地效果不佳。
       
      ③多點接地 多點接地是指設備中凡需接地的點,都直接接到離它最近的接地平面(底板、專用接地母線等)上。長處是簡略,高頻駐波小。缺陷是維護量(銹蝕、松動)較大。
       
      ④混合接地 集單點和多點接地之長,把需求就近接地的點,就近直接與接地平面相連或對需求高頻接地的點,通過旁路電容與接地平面相銜接,其他各點均選用單點接地。流通信號波長低于0.05λ時選用單點接地,接地線長度抵達 0.05λ以上的就應選用多點接地。
       
      2.1.2 儀器設備的接大地
       
      ①儀器設備的接大地 在實用中除儀器設備內部的信號接地外,還要將儀器設備的信號地、機殼和大地接在一起,并以大地作為儀器設備的接地參閱點,然后保證了人身安全和電路作業的安穩。
       
      ②接大地的方法 接地電阻的巨細是衡量接大地的有效性的重要目標。它取決于接地電極的制作方法和大地自身的性質。一般因為地下金屬管道(如自來水、暖氣、天然氣管等)與大地有較大的觸摸面積,其接地電阻較小,人們習氣把它作為接地電極。值得注意的是流入管道的毛病電流和雜散電流會對管道檢修人員形成損害。有些暖氣管道架設在地下溝道中,與大地觸摸不良是不宜用來接地。煤氣管道、液體燃料管(如石油管),有爆炸性的氣管以及電力線的零線等,則絕對禁止用來接地,以免發作風險。
       
      正確的接大地方法是自行埋設接地電極。先在地上潮濕處,挖一深度為兩米以上的坑,放入一根焊有導線直徑為1cm~2cm,長為2 M~4M的銅棒(特殊狀況可多根互連成網),然后理上濕土,把導線露出地上。假如土質干燥??稍阢~棒周圍填以適量的食鹽和水以下降接地電阻,其接地電阻一般可小于4Ω。
       
      醫學儀器設備的接地有必要依據詳細儀器設備分別對待,如心電圖機、腦電圖機、胃電圖機、B超等有必要單機分別接入大地,千萬不要接在同一個地方。特別是不要與X線機、CT、MRI等接地線接在同一點上,否則會通過地線引起極強的攪擾,導致無法正常作業。
       
      2.2 屏蔽
       
      為了有效地按捺設備內、外部的輻射電磁能通過空間傳達的電磁攪擾,一般采納的方法,是屏蔽。詳細有電場、磁場、電磁場屏蔽三種。實踐證明:對帶有計算機體系的儀器設備,選用屏蔽計算機主機的方法對電磁攪擾和靜電發作的攪擾有很好的按捺效果。用不同的屏蔽方法和資料其效果也各不相同。例如:對1MHz的攪擾,若用金屬網屏蔽,屏效可達40dB,單層鐵皮屏蔽,屏效可達60dB,用雙層鐵網屏蔽,屏效可達100dB。
       
      2.2.1 電場屏蔽
       
      儀器設備中電位不同物體間(包括導線間)的彼此感應可看成是散布電容間的電壓分配。為了削減攪擾源對被感應物的攪擾,一般采納的方法是:增大攪擾源與被感應物的間隔,減小散布電容;盡或許讓被感應物接近接地板,增大其對地的電容;在兩者間加入金屬屏蔽層。屏蔽層有必要是導電良好的導體,要有足夠的強度,接地要好。例如心腦電圖機、監護儀、針灸電療儀或銀針直觸摸摸人體的儀器設備應遠離超短波治療機、高頻電刀、X射線機、CT、MRI及一切能輻射電磁波的醫療設備的輻射區內。我市某醫院有一臺500mAX線機的高壓電纜有一處表皮因其它原因被烤焦,開機后形成其它儀器設備不能正常作業,通過屢次剖析和查看,才發現是由此而引起的??梢奨線機的高壓電纜屏蔽層的重要性。
       
      2.2.2 磁場屏蔽
       
      磁場屏蔽是指對直流或低頻磁場的屏蔽。其屏蔽原理是運用屏蔽體的高導磁率、低磁阻特性對磁通所起的磁分路效果,然后削弱屏蔽體內部的磁場。為了削減屏蔽體的磁阻,所用資料有必要是高導磁率的,有必定的厚度的資料。被屏蔽物要盡量放在屏蔽體的中心方位,注意縫隙。通風孔等要順著磁場方向散布。對強磁場的屏蔽可選用雙層屏蔽體結構。所有資料因磁場強度的強弱而定:當要屏蔽外部強磁場時,外層屏蔽體用不易滋飽滿的(如硅鋼)資料;內層則用易飽滿的(如坡莫合金)高導磁資料。反之,所用資料倒過來即可。裝置時彼此間的磁路絕緣,無接地要求時用絕緣資料作支撐。有接地要求的可用非鐵磁資料的金屬作支撐。因屏蔽體兼有電、磁屏蔽功能,一般是要求接地的。
       
      2.2.3 電磁場屏蔽
       
      電磁場屏蔽的效果是避免電磁場在空間傳達。它是運用屏蔽體金屬資料對電磁波的反射和吸收效果來完結的。其進程是:當電磁波抵達屏蔽體金屬表面時,金屬表面就起反射效果,而未被完全反射的電磁波進入屏蔽體內部時,持續向前傳達的進程中會被屏蔽體金屬吸收;當部分未被吸收掉的電磁波透過金屬抵達屏蔽體的另一表層時,在金屬與空氣交界上會再次形成反射,重返屏蔽層內部,這樣在屏蔽體內部形成屢次反射與吸收。
       
      3 按捺攪擾的技能
       
      3.1 專用線路
       
      為了按捺儀器設備間的彼此攪擾,最簡略的方法是選用分相供電制。即:在三線供電線路中認定一相作為靈敏設備的供電電源;一相作為外部設備的供電電源;再一相作為常用測驗儀器或其它輔佐設備的供電電源。這種方法常使用在大型的醫療儀器設備供電體系。
       
      值得注意的是在現代醫用電子儀器設備體系中,因為配電線路中非線性負載的運用,形成線路中諧波電流的存在,而零序重量諧波在中線里不能彼此抵消,反而疊加,因而過于遷細的中線會形成線路阻抗的添加,攪擾也將添加。一起過細的中線還會形成中線過熱。
       
      3.2 瞬變攪擾按捺器
       
      3.2.1 氣體放電管
       
      俗稱避雷管。長處是絕緣電阻高、寄生電容小、浪涌吸收才能強。缺陷是對浪涌電壓的響應速度低。
       
      3.2.2 金屬氧化物壓敏電阻
       
      壓敏電阻的首要參數是標稱電壓和通流容量。在運用時,壓敏電阻的電壓選擇要考慮被維護線路或許有的動搖電壓,一般取1.2~1.4倍。假如是溝通電路,還要注意電壓的有效值與峰值間的關系。例如220V時其壓敏電阻的標稱電壓應是220×1.4×1.4=430V。通流容量應依據所需維護的詳細場合進行合理的選擇。運用時除了裝置引線不宜過長,還不宜在高頻場合運用。前者因壓敏電阻對瞬變攪擾吸收時的高速功能(us)級,引線越長感應電壓越大,后者因壓敏電阻的固有電容(數千~數百PF)。
       
      3.2.3 硅瞬變電壓吸收二極管(TVS管)
       
      TVS管又名瞬態電壓按捺電路。當瞬態電壓維護二極管遭到反向瞬態高能量沖擊時,以1×10-12s的速度,將其兩極間的高阻抗變成低阻抗,吸收高達數千瓦的浪涌功率,使兩極間的電壓箝坐落一個預定值,有效地維護了電子線路的靈敏元件。詳細又分為單向和雙向兩種。首要參數是擊穿電壓、漏電流和電容。特點是響應時刻快(亞us級)、浪涌吸收才能高、瞬態功率大、漏電流小、箝位電壓易操控、沒有損害極限和體積小等。廣泛使用于醫療儀器設備的靜電,電理性負載切換時發作的瞬變電壓,雷擊發作的過電壓維護。運用時TVS管的擊穿電壓要高于被維護電路作業電壓的10%。
       
      3.2.4 固體放電管
       
      固體放電管的特點是響應速度快(10~20ns級),吸收電流大、動作電壓安穩、運用壽命長。其作業原理是:當外界攪擾低于觸發電壓時,放電管處于截止狀況;當攪擾電壓超出觸發電壓時,放電管作業在負阻區。此時電流極大,使攪擾能量搬運。隨著攪擾的削減,通過放電管的電流回落,當攪擾電流低于保持電流時,放電管從低阻區回到高阻區,完結~次放電進程。
       
      3.3 電源線濾波器
       
      電源線濾波器裝置在電源與電子設備之間,首要起按捺電能傳輸中寄生的電磁攪擾,進步設備作業可靠性的效果。常用的由無源會集參數(電感、電容、電阻)構成的單級線路。如圖1所示。圖中Cx為差模電容,起衰減差模攪擾的效果。在220V溝通電源中取為幾十~幾百nF,耐壓250VAC。Cy為共模電容,起衰減共模攪擾的效果。一般取1nf“4.7nf,耐壓3”6KVDC。L1、L2為共模電感,其電感量與通過電流的巨細有關,對共模電流有很好的濾波效果。典型值為幾百nH~幾mH。R起消除濾波器上或許呈現的靜電積累。濾波器對電磁攪擾的按捺效果的好壞不僅與它的設計與實踐作業條件有關,還與它的裝置狀況有關。因而,裝置時必定要保證濾波器外殼與設備的金屬外殼觸摸良好后,再與大地可靠觸摸,一起,還要考慮輸入和輸出線路之間不存在耦合,合理安排濾波器的引線裝置方位。最好的方法是電源線不直接進入設備機箱,而是通過濾波之后再進入,運用機殼的天然屏蔽,把電源線攪擾掃除在設備之外。
       
      進步濾波器功能的方法:一是運用帶地線電感的濾波器。這樣能夠按捺地線上的攪擾。二是選用多級濾波器。三是濾波器與吸收器件組合運用。四是運用新式軟磁資料。五是加接有耗元件。
       
      3.4 阻隔變壓器
       
      阻隔變壓器的效果是完結電路的電氣阻隔,處理由地線環路帶來的設備間的彼此攪擾。
       
      3.4.1 一般阻隔變壓器
       
      一般阻隔變壓器在初級與次級間不設屏蔽層,它是通過輸入與輸出間的電阻隔,然后處理公共地的問題。長處是對共模攪擾有必定的按捺效果,其巨細可用初次級間的散布電容和設備對地散布電容的比值來預算。一般初次級間的散布電容為幾百Pf,設備對地散布電容為幾“幾十nF,因而共模攪擾的衰減值在10”20倍左右(20“30dB)。缺陷是對共模攪擾的按捺效果因繞組間的散布電容隨頻率升高而下降。
       
      3.4.2 帶屏蔽層的阻隔變壓器
       
      在變壓器初次級間增設屏蔽層,并將屏蔽層可靠接地,既可獲得較好的按捺共模攪擾,也可運用屏蔽層按捺差模攪擾。詳細做法是將變壓器屏蔽層接至初級的中線端。例如對50HZ工頻來說,因為初級與屏蔽層構成的容抗很高,仍可通過變壓器效應傳遞到次級,而未被衰減。對頻率較高的共模攪擾,因為初級與屏蔽層間容抗變小,使這部分攪擾經由散布電容及屏蔽層與初級中線端的連線直接返回電網,而進入次級回路。
       
      3.4.3 超級阻隔變壓器
       
      超級阻隔變壓器就是功能較完善的多重屏蔽阻隔變壓器。詳細有兩層屏蔽和三重屏蔽兩種。特點是對共模和差模攪擾都有較強的按捺才能。兩層的是一個屏蔽層接變壓器初級的中線,以下降差模攪擾;另一層接大地,以按捺共模攪擾。三重的接近初級的屏蔽層接初級中線;中心的屏蔽層接變壓器的外殼后再接大地;接近次級的屏蔽層,接次級的一個端子。
       
      3.5 溝通穩壓器
       
      溝通穩壓器的效果是在輸入電壓和負載電流變化時,把其輸出電壓安穩在所答應的規模內。常用的有鐵磁諧振、參數調整型、伺服型、分級調整寬度、超級阻隔、開關型、不間斷和凈化等溝通穩壓電源。
       
      3.5.1 鐵磁諧振溝通穩壓電源
       
      作業原理是靠改動電感的飽滿程度,而使電感與電容諧振來完結調理的。當輸輸入電壓因某種要素過高或過低時,其輸出電壓可隨輸入電壓的高低通過主動調理,然后使輸出電壓保持安穩不變。長處是電路簡略、輸出阻抗高、過載才能強、可靠性較高。缺陷是穩壓精度不高、輸出電壓波形失真大、有相移和噪聲。不適宜發動電流大的負載。
       
      3.5.2 參數調整型溝通穩壓電源
       
      典型的是早年的614系列穩壓器?,F已被一種改善型參數調整型溝通穩壓電源所替代。該電源是在614的基礎上進行了必定的改善,特別是運用可控硅調感技能替代了磁放大器。作業原理是運用可控硅的相位操控來改動電感的參數,完結調理使輸出電壓安穩不變。長處是穩壓精度高(可優于土1%),同第一種比較還能夠按捺溝通輸出電壓中的部分諧波。缺陷是輸入側的電流諧波較大、功率因數較低、有相移。特別是帶非線性負載時或許有低頻振蕩現象。
       
      3.5.3 伺服型溝通穩壓電源
       
      該電源就是前期的多抽頭自耦式調壓變壓器。作業原理是監督變壓器輸出電壓的高低的方法來驅動伺服電動機改動變壓器輸出抽頭的方位,使輸出電壓在保持負載所答應的電壓規模內。缺陷是響應速度低(秒級),調理時會呈現許多尖峰和振鈴攪擾。
       
      3.5.4 分級調整的寬限溝通穩壓電源
       
      該電源和伺服型溝通穩壓電源相似,所不同的是多抽頭自耦變壓器的抽頭方位是由繼電器轉化。因為該電源價格低廉,輸入電壓的習慣規模較寬,使用于家用電器的溝通穩壓。缺陷是穩壓精度不高,在繼電器轉化進程中易發作電火花所帶來的尖峰攪擾。
       
      3.5.5 超級阻隔變壓器
       
      為了處理了現代電子儀器設備的小型化、數字化和低功耗化,對電網的瞬變攪擾特別靈敏的問題,然后誕生多抽頭的超級阻隔變壓器,俗稱凈化電源。對多抽頭的繞組的操控則選用了無觸點的雙向可控硅,數字電路或單片機。有時也稱為數控型凈化電源。長處是:穩壓電源的電壓習慣規模寬、對電網或負載變化的響應速度快(小于10ms)、對存在于電網中瞬變攪擾按捺才能強。
       
      3.5.6 開關型溝通穩壓電源
       
      開關型溝通穩壓電源選用了先進的高頻開關電源技能。長處:小型、輕量、高效、響應速度快。缺陷:雜亂、價格昂貴。
       
      3.5.7 不間斷電源
       
      不間斷電源現在有電動機——發電機組、靜態后各式和靜態在線式三類。
       
      ①電動機一發動機組 首要由直流電動機(溝通電經整流后供電)驅動的慣性飛輪和溝通發電機組組成。當電網電壓停電時,運用飛輪的慣性儲能,使發電機在短時刻內持續供電;與此一起發動備用的柴油發電機組,當油機轉速與發電機組轉速相一起,油機離合器與發電機相連,完結由市電到油機的轉化。它是較早開展的一種不間斷電源。長處:安穩可靠。缺陷:體積大、噪聲大。
       
      ②靜態后備式 電網正常時,靜態后備式不間斷電源處在旁通狀況,即市電經輸入濾波器、靜態搬運開關直接輸送給負載;與此一起,市電通過充電器向蓄電池充電。這時逆變器不作業。只有當市電斷電時,才將靜態搬運開關切換到逆變器一側,通過2”4ms后逆變器發動,將蓄電池中儲存的電能轉化成溝通電,輸給負載。長處:簡略、小巧、價格便宜。缺陷:輸出電壓直接受電網動搖的影響,抗電網中的驟變攪擾才能差。
       
      ③靜態在線式 該電源的作業進程是市電先經整流后對蓄電池充電,再由蓄電地給逆變器供電,經逆變、穩壓、穩頻后為負載供應溝通電源。斷電時蓄電池不再充電,而逆變器供電的狀況不變,所以不間斷電源給負載持續供給溝通電源。當逆變器發作輸出過電壓、過電流或不間斷電源毛病時逆變器會主動關閉,并通過靜態搬運開關轉到旁通方位,直接由市電給負載供電。長處:維護和擴展才能強。該電源的容量(幾KVA~幾百KVA)較大,三相大功率的常用醫院電子計算機及監護體系。
       
      4 在醫療儀器設備中的使用
       
      上述各種方法和抗攪擾技能已廣泛使用于心腦電圖機、監護儀、超聲確診儀,電子脈沖治療儀針灸電療儀或銀針直觸摸摸人體等醫療確診、治療儀器設備之中。例如:超聲確診儀電路較為雜亂,由換能器(探頭)檢測的信號較為弱小,對抗電源攪擾有較高要求,若稍不注意就會在信號上疊加攪擾信號而無法正確確診,機器除了選用了外殼接地,內部特別是對電源部分選用了嚴格地屏蔽方法,但對周邊環境要求也有很高。例如我市有一家醫院置辦了一臺新的B超儀,放置的房間已經遠離醫院內易發作攪擾源,開機后熒屏上有較強的攪擾信號,通過反復剖析排查發現是離醫院1KM處市廣播電臺的信號引起,后在電源線上繞了幾圈導線(相當于電感)接地后,攪擾掃除。
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