醫(yī)用激光設(shè)備電磁發(fā)射超標(biāo)的原因分析與整改

黃丹 徐珂 浙江省醫(yī)療器械檢驗(yàn)院 （浙江 杭州 310018）

近些年來，隨著電子技術(shù)、通訊技術(shù)的飛速發(fā)展，越來越多的電子電氣設(shè)備被廣泛應(yīng)用于日常的生產(chǎn)生活。其中，醫(yī)用激光設(shè)備的臨床應(yīng)用發(fā)展迅速。激光技術(shù)、微電子技術(shù)的發(fā)展使得醫(yī)用激光設(shè)備正朝著小型化、集成化的方向發(fā)展，越來越多的醫(yī)用激光設(shè)備應(yīng)用于疾病的臨床診斷與治療中。電子電氣設(shè)備的廣泛應(yīng)用也導(dǎo)致了空間環(huán)境中的電磁能量急劇增長。實(shí)踐證明，在復(fù)雜的電磁環(huán)境中，電磁干擾會對醫(yī)用激光設(shè)備的正常使用產(chǎn)生不利影響并可能會影響在使用中的安全性。由于空間的電磁環(huán)境日趨復(fù)雜，如何保證電子電氣設(shè)備能夠在空間復(fù)雜的電磁環(huán)境中正常工作，降低此類設(shè)備間的相互干擾，成為一個亟待解決的問題。

醫(yī)用激光設(shè)備與人民群眾的生命安全息息相關(guān)，如何提高這類設(shè)備的電磁兼容性顯得尤為重要，在產(chǎn)品開發(fā)過程中意義重大。對于在設(shè)計(jì)開發(fā)階段中電磁兼容測試不合格的產(chǎn)品，可以將電磁兼容性充分考慮進(jìn)去，按照相關(guān)規(guī)范和要求對產(chǎn)品問題進(jìn)行定位并重新設(shè)計(jì)，從而在根本上解決電磁兼容問題。但是目前面臨的現(xiàn)狀是，由于對電磁兼容性的要求不夠重視，很多產(chǎn)品在設(shè)計(jì)之初普遍沒有考慮電磁兼容問題，往往是定型生產(chǎn)后，發(fā)現(xiàn)電磁兼容測試不合格，再進(jìn)行整改。對于這種問題，只能遵循“發(fā)現(xiàn)什么，解決什么”的原則進(jìn)行解決，使產(chǎn)品符合電磁兼容性的要求。本文就醫(yī)用激光設(shè)備電磁兼容測試中傳導(dǎo)發(fā)射和輻射發(fā)射超標(biāo)問題進(jìn)行了系統(tǒng)分析和總結(jié)，可以較好的解決電磁發(fā)射超標(biāo)問題。

1.電磁發(fā)射的機(jī)制

電磁兼容性是指設(shè)備在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對該環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾的能力[1]。其中電磁騷擾是引起電磁干擾的原因，而電磁騷擾分為對空間的輻射發(fā)射（RE）以及在電源線上的傳導(dǎo)發(fā)射（CE）。通常把電磁發(fā)射源、傳播途徑和電磁敏感設(shè)備稱為電磁干擾的三要素[2]。發(fā)射源是源頭，傳播途徑是媒介，電磁敏感設(shè)備是受體，電磁干擾是它們相互作用的結(jié)果，三者缺一不可。

控制電磁干擾主要是控制電磁騷擾源（抑制電磁騷擾）。

2.電磁發(fā)射超標(biāo)的診斷和整改方法

2.1 傳導(dǎo)發(fā)射

傳導(dǎo)發(fā)射主要考核產(chǎn)品網(wǎng)電源在150kHz～30MHz頻段的傳導(dǎo)發(fā)射特性[3]。對于傳導(dǎo)騷擾超標(biāo)的醫(yī)用激光設(shè)備，一般可采取以下方法進(jìn)行診斷：①檢查設(shè)備有無使用了電源濾波器或?yàn)V波電路。②檢查電源濾波器或?yàn)V波電容的安裝位置是否正確。③檢查線纜之間的隔離是否足夠。④檢查濾波器是否合適。

在進(jìn)行整改時，如果原來沒有使用電源濾波器或?yàn)V波電容，那么首先可以考慮增加濾波器或?yàn)V波器件。在增加濾波器或?yàn)V波器件時，應(yīng)注意考慮位置是否合適、接地是否可靠良好、電源的輸入端與輸出端之間是否進(jìn)行了有效隔離等相關(guān)問題。

此外，增加電源線和信號線纜之間的距離，如對兩者進(jìn)行物理隔離、使用屏蔽線纜、加套磁環(huán)等也是降低傳導(dǎo)騷擾的一種方法。

若采用上述方法后，傳導(dǎo)騷擾仍然超標(biāo)，則需著重考慮濾波器或?yàn)V波器件的選擇問題，通過調(diào)整濾波器的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，直至傳導(dǎo)騷擾測試合格為止。

2.2 輻射發(fā)射

輻射發(fā)射主要考核被測設(shè)備通過輻射方式傳播的電磁波能量，根據(jù)產(chǎn)品的分類，GB 4824標(biāo)準(zhǔn)給出了30MHz～1GHz頻率范圍的限值。而形成有效的輻射發(fā)射騷擾，需要具備騷擾源和輻射途徑兩端要素。

在進(jìn)行輻射超標(biāo)原因的診斷分析時，可以根據(jù)產(chǎn)品工作特性，逐步拔插各接口線纜，或關(guān)閉板卡電源，確認(rèn)噪聲輻射源頭。噪聲源是產(chǎn)品板卡自身產(chǎn)生的還是電路噪聲通過線纜作為天線輻射出去。醫(yī)用激光設(shè)備與其他醫(yī)用電氣設(shè)備的不同之處在于其導(dǎo)光系統(tǒng)常常會帶來問題，導(dǎo)致輻射發(fā)射超標(biāo)，在進(jìn)行診斷分析時應(yīng)特別注意[4]。

對于輻射騷擾超標(biāo)的醫(yī)用激光設(shè)備，通常采用以下5種方法進(jìn)行整改：①通過對PCB或電路自身信號特點(diǎn)進(jìn)行分析整改：如PCB疊成的定義，是否每層信號都有相應(yīng)映像平面層；信號線串?dāng)_的路徑，是否符合3W法則；信號端口的濾波處理；高速信號的源，終端阻抗匹配；用近場探頭模擬接收天線，尋找噪聲源等。②結(jié)構(gòu)屏蔽：這種方法往往優(yōu)先考慮，在醫(yī)用激光設(shè)備的研發(fā)過程中，對于金屬屏蔽開孔設(shè)計(jì)往往會非常注意，但縫隙的處理一般會被忽略，縫隙處理是屏蔽效能高低的關(guān)鍵，一般噪聲，特別是高頻噪聲易從縫隙泄漏，縫隙允許長度一般以最高頻率的λ/20為判定條件。③對進(jìn)行處理線纜處理：如用屏蔽線纜（注意屏蔽層需與接插頭搭接）；加套磁環(huán)（注意磁環(huán)需要繞線1.5圈）等。④對導(dǎo)光臂的接縫處做屏蔽處理。⑤軟件處理：可以通過軟件更改高頻信號傳輸頻率，或使用展頻。使用這種方法很可能影響產(chǎn)品的功能，所以一般不推薦使用。

除了以上方法外，增加濾波器或?yàn)V波器件也是降低輻射騷擾的一種方法。濾波器的使用和選擇方法在傳導(dǎo)騷擾超標(biāo)的整改方法中已經(jīng)給出，這里就不再累述。

3.案例分析

根據(jù)相關(guān)試驗(yàn)要求，在進(jìn)行醫(yī)用激光設(shè)備的傳導(dǎo)騷擾和輻射騷擾測試時應(yīng)該在設(shè)備最大發(fā)射狀態(tài)下進(jìn)行，即滿功率工作狀態(tài)。

某型醫(yī)用激光設(shè)備由220V交流供電，在進(jìn)行傳導(dǎo)騷擾和輻射騷擾時，均超過1組A類標(biāo)準(zhǔn)的限值的要求。對于輻射騷擾超標(biāo)，首先考慮是線纜輻射超標(biāo)所致。拔掉信號線纜，只接電源對線纜進(jìn)行分類排查，發(fā)現(xiàn)測試結(jié)果并沒有明顯改善。將產(chǎn)品外殼拆開后，發(fā)現(xiàn)主控板未進(jìn)行屏蔽處理，其信號電纜進(jìn)行了屏蔽但未接地。在對產(chǎn)品做了屏蔽處理并對信號電纜進(jìn)行接地處理后，測試結(jié)果有了較大改善，具體見圖1。

圖1. 整改后的輻射發(fā)射測試結(jié)果

對于傳導(dǎo)騷擾，首先考慮是濾波不良導(dǎo)致的。檢查機(jī)器內(nèi)部濾波器的安裝，發(fā)現(xiàn)其輸入線和輸出線較長，并且用扎帶將兩條線捆在了一起，分析可能是機(jī)器內(nèi)部產(chǎn)生的干擾信號竄擾到了濾波器電源的輸出線上，再耦合到了產(chǎn)品外部的電源線上。通過采取將濾波器的輸入線和輸出線做物理隔離，在輸入線上加裝磁環(huán)后，得出最終測試結(jié)果見圖2，發(fā)現(xiàn)可以有效解決傳導(dǎo)發(fā)射超標(biāo)。

圖2. 整改后的傳導(dǎo)發(fā)射測試結(jié)果

4.小結(jié)

本文針對醫(yī)用激光設(shè)備在電磁兼容測試中出現(xiàn)的電磁干擾超標(biāo)問題提出了整改建議，可以較好的指導(dǎo)問題產(chǎn)品通過電磁兼容測試。針對在產(chǎn)品設(shè)計(jì)定型后進(jìn)行電磁兼容測試出現(xiàn)的問題，還是只能采取“發(fā)現(xiàn)什么，解決什么”的方法，實(shí)現(xiàn)符合電磁兼容要求的目的。要有效解決產(chǎn)品的電磁兼容問題，還需要研發(fā)人員在產(chǎn)品設(shè)計(jì)之初，就全局考慮產(chǎn)品的電磁兼容問題，在源頭上降低產(chǎn)品出現(xiàn)電磁兼容問題的可能性。

[1]國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局,國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.GB/T4365-2003,電工術(shù)語 電磁兼容[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2003.

[2]周旭.電子設(shè)備防干擾原理與技術(shù)[M].北京:國防工業(yè)出版社,2005.

[3]孫正捷,黃丹,張沁園,等.電子內(nèi)窺鏡的電磁兼容特性分析[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備,2016,37(4):135-17,140.

[4]任達(dá)志,孟志平,李娜.醫(yī)用激光設(shè)備電磁兼容的檢測與整改[J].醫(yī)療裝備,2016,29(19):21-23.