電磁干擾及其對(duì)醫(yī)療儀器設(shè)備的影響/對(duì)策

3電磁場屏蔽

電磁場屏蔽的作用是防止電磁場在空間傳播。它是利用屏蔽體金屬材料對(duì)電磁波的反射和吸收作用來實(shí)現(xiàn)的。其過程是：當(dāng)電磁波達(dá)到屏蔽體金屬表面時(shí)，金屬表面就起反射作用，而未被完全反射的電磁波進(jìn)入屏蔽體內(nèi)部時(shí)，繼續(xù)向前傳播的過程中會(huì)被屏蔽體金屬吸收；當(dāng)部分未被吸收掉的電磁波透過金屬到達(dá)屏蔽體的另一表層時(shí)，在金屬與空氣交界上會(huì)再次形成反射，重返屏蔽層內(nèi)部，這樣在屏蔽體內(nèi)部形成多次反射與吸收。

3抑制干擾的技術(shù)

1專用線路

為了抑制儀器設(shè)備間的相互干擾，最簡單的方法是采用分相供電制。即：在三線供電線路中認(rèn)定一相作為敏感設(shè)備的供電電源；一相作為外部設(shè)備的供電電源；再一相作為常用測試儀器或其它輔助設(shè)備的供電電源。這種措施常應(yīng)用在大型的醫(yī)療儀器設(shè)備供電系統(tǒng)。

值得注重的是在現(xiàn)代醫(yī)用電子儀器設(shè)備系統(tǒng)中，由于配電線路中非線性負(fù)載的使用，造成線路中諧波電流的存在，而零序分量諧波在中線里不能相互抵消，反而疊加，因此過于遷細(xì)的中線會(huì)造成線路阻抗的增加，干擾也將增加。同時(shí)過細(xì)的中線還會(huì)造成中線過熱。

2瞬變干擾抑制器

1氣體放電管

俗稱避雷管。優(yōu)點(diǎn)是絕緣電阻高、寄生電容小、浪涌吸收能力強(qiáng)。缺點(diǎn)是對(duì)浪涌電壓的響應(yīng)速度低。

2金屬氧化物壓敏電阻

壓敏電阻的主要參數(shù)是標(biāo)稱電壓和通流容量。在使用時(shí)，壓敏電阻的電壓選擇要考慮被保護(hù)線路可能有的波動(dòng)電壓，一般取2～4倍。假如是交流電路，還要注重電壓的有效值與峰值間的關(guān)系。例如220V時(shí)其壓敏電阻的標(biāo)稱電壓應(yīng)是220×4×4＝430V。通流容量應(yīng)根據(jù)所需保護(hù)的具體場合進(jìn)行合理的選擇。使用時(shí)除了安裝引線不宜過長，還不宜在高頻場合使用。前者因壓敏電阻對(duì)瞬變干擾吸收時(shí)的高速性能級(jí)，引線越長感應(yīng)電壓越大，后者因壓敏電阻的固有電容。

3硅瞬變電壓吸收二極管

TVS管又叫瞬態(tài)電壓抑制電路。當(dāng)瞬態(tài)電壓保護(hù)二極管受到反向瞬態(tài)高能量沖擊時(shí)，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(dá)數(shù)千瓦的浪涌功率，使兩極間的電壓箝位于一個(gè)預(yù)定值，有效地保護(hù)了電子線路的敏感元件。具體又分為單向和雙向兩種。主要參數(shù)是擊穿電壓、漏電流和電容。特點(diǎn)是響應(yīng)時(shí)間快、浪涌吸收能力高、瞬態(tài)功率大、漏電流小、箝位電壓易控制、沒有損傷極限和體積小等。廣泛應(yīng)用于醫(yī)療儀器設(shè)備的靜電，電感性負(fù)載切換時(shí)產(chǎn)生的瞬變電壓，雷擊產(chǎn)生的過電壓保護(hù)。使用時(shí)TVS管的擊穿電壓要高于被保護(hù)電路工作電壓的10％。

4固體放電管

固體放電管的特點(diǎn)是響應(yīng)速度快，吸收電流大、動(dòng)作電壓穩(wěn)定、使用壽命長。其工作原理是：當(dāng)外界干擾低于觸發(fā)電壓時(shí)，放電管處于截止?fàn)顟B(tài)；當(dāng)干擾電壓超出觸發(fā)電壓時(shí)，放電管工作在負(fù)阻區(qū)。此時(shí)電流極大，使干擾能量轉(zhuǎn)移。隨著干擾的減少，通過放電管的電流回落，當(dāng)干擾電流低于維持電流時(shí)，放電管從低阻區(qū)回到高阻區(qū)，完成～次放電過程。

3電源線濾波器

電源線濾波器安裝在電源與電子設(shè)備之間，主要起抑制電能傳輸中寄生的電磁干擾，提高設(shè)備工作可靠性的作用。常用的由無源集中參數(shù)構(gòu)成的單級(jí)線路。如圖1所示。圖中Cx為差模電容，起衰減差模干擾的作用。在220V交流電源中取為幾十～幾百nF，耐壓250VAC。Cy為共模電容，起衰減共模干擾的作用。一般取1nf~7nf，耐壓3~6KVDC。LL2為共模電感，其電感量與通過電流的大小有關(guān)，對(duì)共模電流有很好的濾波效果。典型值為幾百nH～幾mH。R起消除濾波器上可能出現(xiàn)的靜電積累。濾波器對(duì)電磁干擾的抑制作用的好壞不僅與它的設(shè)計(jì)與實(shí)際工作條件有關(guān)，還與它的安裝情況有關(guān)。因此，安裝時(shí)一定要確保濾波器外殼與設(shè)備的金屬外殼接觸良好后，再與大地可靠接觸，同時(shí)，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安裝位置。最好的辦法是電源線不直接進(jìn)入設(shè)備機(jī)箱，而是經(jīng)過濾波之后再進(jìn)入，利用機(jī)殼的自然屏蔽，把電源線干擾排除在設(shè)備之外。

提高濾波器性能的措施：一是使用帶地線電感的濾波器。這樣可以抑制地線上的干擾。二是采用多級(jí)濾波器。三是濾波器與吸收器件組合使用。四是使用新型軟磁材料。五是加接有耗元件。

4隔離變壓器

隔離變壓器的作用是實(shí)現(xiàn)電路的電氣隔離，解決由地線環(huán)路帶來的設(shè)備間的相互干擾。

1普通隔離變壓器

普通隔離變壓器在初級(jí)與次級(jí)間不設(shè)屏蔽層，它是通過輸入與輸出間的電隔離，從而解決公共地的問題。優(yōu)點(diǎn)是對(duì)共模干擾有一定的抑制作用，其大小可用初次級(jí)間的分布電容和設(shè)備對(duì)地分布電容的比值來估算。通常初次級(jí)間的分布電容為幾百Pf，設(shè)備對(duì)地分布電容為幾~幾十nF，因此共模干擾的衰減值在10~20倍左右。缺點(diǎn)是對(duì)共模干擾的抑制效果因繞組間的分布電容隨頻率升高而下降。

2帶屏蔽層的隔離變壓器

在變壓器初次級(jí)間增設(shè)屏蔽層，并將屏蔽層可靠接地，既可獲得較好的抑制共模干擾，也可利用屏蔽層抑制差模干擾。具體做法是將變壓器屏蔽層接至初級(jí)的中線端。例如對(duì)50HZ工頻來說，由于初級(jí)與屏蔽層構(gòu)成的容抗很高，仍可通過變壓器效應(yīng)傳遞到次級(jí)，而未被衰減。對(duì)頻率較高的共模干擾，由于初級(jí)與屏蔽層間容抗變小，使這部分干擾經(jīng)由分布電容及屏蔽層與初級(jí)中線端的連線直接返回電網(wǎng)，而進(jìn)入次級(jí)回路。

3超級(jí)隔離變壓器

超級(jí)隔離變壓器就是性能較完善的多重屏蔽隔離變壓器。具體有雙重屏蔽和三重屏蔽兩種。特點(diǎn)是對(duì)共模和差模干擾都有較強(qiáng)的抑制能力。雙重的是一個(gè)屏蔽層接變壓器初級(jí)的中線，以降低差模干擾；另一層接大地，以抑制共模干擾。三重的靠近初級(jí)的屏蔽層接初級(jí)中線；中間的屏蔽層接變壓器的外殼后再接大地；靠近次級(jí)的屏蔽層，接次級(jí)的一個(gè)端子。

5交流穩(wěn)壓器

交流穩(wěn)壓器的作用是在輸入電壓和負(fù)載電流變化時(shí)，把其輸出電壓穩(wěn)定在所答應(yīng)的范圍內(nèi)。常用的有鐵磁諧振、參數(shù)調(diào)整型、伺服型、分級(jí)調(diào)整寬度、超級(jí)隔離、開關(guān)型、不間斷和凈化等交流穩(wěn)壓電源。

1鐵磁諧振交流穩(wěn)壓電源

工作原理是靠改變電感的飽和程度，而使電感與電容諧振來實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)的。當(dāng)輸輸入電壓因某種因素過高或過低時(shí)，其輸出電壓可隨輸入電壓的高低通過自動(dòng)調(diào)節(jié)，從而使輸出電壓保持穩(wěn)定不變。優(yōu)點(diǎn)是電路簡單、輸出阻抗高、過載能力強(qiáng)、可靠性較高。缺點(diǎn)是穩(wěn)壓精度不高、輸出電壓波形失真大、有相移和噪聲。不適宜啟動(dòng)電流大的負(fù)載。