一種用于電動(dòng)輪椅車(chē)抗擾度試驗(yàn)輪速監(jiān)測(cè)的裝置

曾俏，鄭毅，陳嘉曄，樊翔(通信作者)

廣東省醫(yī)療器械質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所 (廣東廣州 510663)

隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和人口老齡化的加速，輪椅車(chē)的使用越來(lái)越廣泛，而電動(dòng)輪椅車(chē)因其使用便利性優(yōu)于手動(dòng)輪椅車(chē)被越來(lái)越多的殘障人士選擇用來(lái)代步。電動(dòng)輪椅車(chē)的使用場(chǎng)合不固定，在復(fù)雜的電磁環(huán)境中其可能會(huì)因受電磁干擾而發(fā)生意外事件，如靜止的輪椅車(chē)突然加速或正常行駛的輪椅車(chē)突然轉(zhuǎn)向。因此，電動(dòng)輪椅車(chē)的電磁兼容試驗(yàn)需執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18029.21-2012《輪椅車(chē) 第21部分 ：電動(dòng)輪椅車(chē)、電動(dòng)代步車(chē)和電池充電器的電磁兼容要求和測(cè)試方法》[1]，該標(biāo)準(zhǔn)要求抗擾度試驗(yàn)中需監(jiān)測(cè)電動(dòng)輪椅車(chē)的輪速變化。本研究通過(guò)介紹電動(dòng)輪椅車(chē)的結(jié)構(gòu)組成和分類(lèi)、運(yùn)行模式、測(cè)試要求，設(shè)計(jì)了一種用于電動(dòng)輪椅車(chē)抗擾度試驗(yàn)輪速監(jiān)測(cè)的裝置，為日后醫(yī)療器械監(jiān)督抽驗(yàn)試驗(yàn)方法的統(tǒng)一提供依據(jù)。

1 結(jié)構(gòu)組成和分類(lèi)

電動(dòng)輪椅車(chē)一般由座椅、扶手、彎腿腳踏板、輪組、控制系統(tǒng)、電機(jī)、蓄電池、適配器等組成(見(jiàn)圖1)?；陔妱?dòng)輪椅車(chē)的組成，電磁敏感部件主要是控制系統(tǒng)。電動(dòng)輪椅車(chē)及其電池充電器的分類(lèi)見(jiàn)表1。目前企業(yè)送檢的電動(dòng)輪椅車(chē)普遍都屬于A 類(lèi)(帶電子差速轉(zhuǎn)向和電子制動(dòng)控制的輪椅車(chē))。

圖1 電動(dòng)輪椅結(jié)構(gòu)組成

表1 電動(dòng)輪椅車(chē)及電池充電器分類(lèi)

2 運(yùn)行模式

電動(dòng)輪椅車(chē)需進(jìn)行測(cè)試的工作模式有三種。(1)充電模式：試驗(yàn)前，需把電池電量放至電池生產(chǎn)廠家規(guī)定的截止電壓，然后采用網(wǎng)電源供電，對(duì)電池進(jìn)行充電，輪椅車(chē)處于充電不工作狀態(tài)，觀測(cè)電池是否可正常充電。(2)行駛模式：采用內(nèi)部電池供電，操作控制器選擇輪速檔位(一般有5檔)為2檔或3檔，速度設(shè)置為最大速度的(50%±10%)，驅(qū)動(dòng)輪椅車(chē)行駛，監(jiān)測(cè)電動(dòng)輪椅車(chē)的平均輪速變化和差動(dòng)輪速度變化(需在試驗(yàn)過(guò)程架空輪椅車(chē)使用的轉(zhuǎn)速計(jì))，GB/T 18029.21-2012標(biāo)準(zhǔn)要求平均輪速變化△Savg≤±20%，差動(dòng)輪速度變化△Sdiff≤±25%。(3)待機(jī)模式：采用內(nèi)部電池供電，輪椅車(chē)處于待機(jī)狀態(tài)，觀測(cè)電動(dòng)輪椅車(chē)是否出現(xiàn)輪速轉(zhuǎn)動(dòng)情況。

電動(dòng)輪椅車(chē)抗擾度試驗(yàn)中，需要進(jìn)行輪速監(jiān)測(cè)的項(xiàng)目包括靜電放電、射頻電磁場(chǎng)輻射抗擾度[2]、工頻磁場(chǎng)，具體要求見(jiàn)表2。

表2 電動(dòng)輪椅車(chē)抗擾度試驗(yàn)等級(jí)及性能判據(jù)

3 輪速監(jiān)測(cè)要求

電動(dòng)輪椅車(chē)測(cè)試中常見(jiàn)的不合格原因?yàn)檩喿油蝗粍x停、突然加速、突然減速和兩輪相對(duì)速度偏差變大而導(dǎo)致轉(zhuǎn)向等[3]。GB/T 18029.21-2012對(duì)電動(dòng)輪椅車(chē)的抗擾度試驗(yàn)提出了特殊要求，即需監(jiān)測(cè)平均輪速變化△Savg和差動(dòng)輪速變化△Sdiff，且應(yīng)滿足△Savg≤±20%，△Sdiff≤±25%。該標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)對(duì)電動(dòng)輪椅車(chē)測(cè)試所用轉(zhuǎn)速監(jiān)測(cè)儀和轉(zhuǎn)向監(jiān)測(cè)儀做了相應(yīng)要求，但并未給出具體的測(cè)試形式和設(shè)備。目前各實(shí)驗(yàn)室測(cè)試過(guò)程中通常使用兩個(gè)激光轉(zhuǎn)速計(jì)在輪椅車(chē)左右兩邊直接進(jìn)行測(cè)量(見(jiàn)圖2)，測(cè)試工程師記錄轉(zhuǎn)速表數(shù)據(jù)再通過(guò)公式計(jì)算得出△Savg和△Sdiff，這種方法增加了判定的難度，因?yàn)殡妱?dòng)輪椅車(chē)受干擾影響進(jìn)行的加速或者轉(zhuǎn)向是短暫的，測(cè)試工程師往往無(wú)法及時(shí)記錄轉(zhuǎn)速表的數(shù)據(jù)，進(jìn)而不能得出△Savg和△Sdiff，無(wú)法連續(xù)、實(shí)時(shí)和精準(zhǔn)地判斷最終結(jié)果，因此設(shè)計(jì)一種能直接讀取結(jié)果的試驗(yàn)裝置是有必要的。△Savg和△Sdiff的計(jì)算公式如下：

式中，Sl,off表示試驗(yàn)前左輪輪速，Sl,on表示試驗(yàn)中左輪輪速，Sr,off表示試驗(yàn)前右輪輪速，Sr,on表示試驗(yàn)中右輪輪速。

圖2 電動(dòng)輪椅車(chē)測(cè)量方式

4 輪速變化監(jiān)測(cè)裝置

為了克服現(xiàn)有監(jiān)測(cè)電動(dòng)輪椅車(chē)輪速變化的不足，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種可用于精準(zhǔn)計(jì)算輪速變化的裝置，該裝置可實(shí)時(shí)監(jiān)控并顯示試驗(yàn)輪速，并可精準(zhǔn)計(jì)算和顯示△Savg和△Sdiff，具有使用安全、操作方便、無(wú)需人工計(jì)算等特點(diǎn)。

該裝置金屬外殼封裝見(jiàn)圖3，其封裝外殼具有一定的輻射抗干擾能力，在封裝外殼上有3個(gè)端口可與外部其他設(shè)備相連，3個(gè)端口包括供電的AC裝置電源端口、激光轉(zhuǎn)速傳感器1的線纜端口和激光轉(zhuǎn)速傳感器2的線纜端口。其中AC裝置電源端口可連接外部變頻電源為裝置供電，供電電壓在100～240 V之間；激光轉(zhuǎn)速傳感器端口外接兩個(gè)激光轉(zhuǎn)速傳感器，傳感器可通過(guò)輪椅輪胎表面反光條的光反射測(cè)量輪速，并將得到的數(shù)據(jù)傳送至內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的控制模塊。該裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4，包括AC/DC開(kāi)關(guān)電源、控制模塊、按鍵、顯示屏驅(qū)動(dòng)電路、顯示屏。AC/DC開(kāi)關(guān)電源將輸入電壓(100～240 V)轉(zhuǎn)換為5 V直流輸出電壓，供電給激光轉(zhuǎn)速傳感器和控制模塊；控制模塊用于計(jì)算測(cè)試中輪速的變化量；按鍵用于一鍵確認(rèn)試驗(yàn)前的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速；顯示屏驅(qū)動(dòng)電路用來(lái)驅(qū)動(dòng)顯示屏顯示；顯示屏用來(lái)顯示輪速變化量。

圖3 裝置金屬外殼封裝

圖4 裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)

該裝置采用單片機(jī)進(jìn)行編程，導(dǎo)入平均輪速變化△Savg和差動(dòng)輪速變化△Sdiff的計(jì)算公式，根據(jù)公式計(jì)算，首先確認(rèn)電動(dòng)輪椅車(chē)試驗(yàn)前右輪、左輪穩(wěn)定狀態(tài)的轉(zhuǎn)速Sr,off和S1,off，通過(guò)裝置按鍵確認(rèn)試驗(yàn)前轉(zhuǎn)速，將得到的輪速數(shù)據(jù)傳輸至內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的控制模塊后，激光轉(zhuǎn)速傳感器1和激光轉(zhuǎn)速傳感器2獲取實(shí)時(shí)測(cè)試過(guò)程中的輪速數(shù)據(jù)S1,on和Sr,on，傳輸至內(nèi)部結(jié)構(gòu)中控制模塊，與試驗(yàn)前輪速進(jìn)行計(jì)算，通過(guò)控制模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，即可在顯示屏顯示△Savg和△Sdiff。

5 小結(jié)

準(zhǔn)確、高效地識(shí)別電動(dòng)輪椅車(chē)測(cè)試過(guò)程存在的風(fēng)險(xiǎn)是對(duì)該產(chǎn)品注冊(cè)檢驗(yàn)的關(guān)鍵。電動(dòng)輪椅車(chē)常在開(kāi)放的道路行駛，因此需對(duì)固定的或移動(dòng)的通信設(shè)備及其他電磁騷擾源發(fā)出的射頻場(chǎng)具有抗擾性，電動(dòng)輪椅車(chē)的意外運(yùn)動(dòng)、速度變化及變向均可能引發(fā)殘障人士不可逆的事故傷害。本文介紹的電動(dòng)輪椅車(chē)抗擾度試驗(yàn)輪速監(jiān)測(cè)裝置，有助于優(yōu)化電動(dòng)輪椅車(chē)在電磁兼容試驗(yàn)中的可重復(fù)性和可追溯性。該裝置具有使用安全、操作方便、性能穩(wěn)定、使用壽命長(zhǎng)的優(yōu)勢(shì)，可在電磁兼容實(shí)驗(yàn)室全面推廣使用，有利于日后醫(yī)療器械監(jiān)督抽驗(yàn)試驗(yàn)方法的統(tǒng)一，保證醫(yī)療產(chǎn)品監(jiān)督的有效性，進(jìn)而有效保障廣大人民群眾的用械安全。