醫(yī)療設(shè)備光電編碼器故障維修三例

蔡新良，陳志敏

南部戰(zhàn)區(qū)海軍第一醫(yī)院 （廣東湛江 524005）

光電編碼器是一種集成了光學(xué)、機(jī)械及電子技術(shù)的數(shù)字化傳感器，是很多醫(yī)療設(shè)備必不可少的部件，可檢測(cè)設(shè)備的機(jī)械運(yùn)行狀態(tài)，若其發(fā)生故障，可影響設(shè)備正常使用。因此，快速查找光電編碼器的故障發(fā)生原因并完成修復(fù)工作至關(guān)重要。通常情況下，維修工程師采用人工與設(shè)備檢測(cè)相結(jié)合的方式確認(rèn)光電編碼器故障點(diǎn)，但效率較低。加之，光電編碼器運(yùn)行速度較快，人工檢測(cè)難以準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)，維修難度較大。因此，掌握光電編碼器的工作原理及常見(jiàn)故障維修方法十分必要。本研究介紹了醫(yī)療設(shè)備光電編碼器的工作原理、應(yīng)用特點(diǎn)及常見(jiàn)故障診斷方法，并以螺旋CT、柯達(dá)900 系列數(shù)字X 線攝影儀及E 型麻醉機(jī)3 種醫(yī)療設(shè)備為例，分享光電編碼器故障維修3 例，以期為同行提供參考。

1 工作原理

光電編碼器是一種利用光電轉(zhuǎn)換原理，將輸出軸上的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器，其主要由光柵盤(pán)和光電檢測(cè)裝置組成[1]。光柵盤(pán)與電動(dòng)機(jī)同速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測(cè)裝置檢測(cè)輸出若干脈沖信號(hào)，通過(guò)計(jì)算光電編碼器單位時(shí)間內(nèi)具體的輸出脈沖數(shù)量，即可獲得電動(dòng)機(jī)的準(zhǔn)確轉(zhuǎn)速。在判斷旋轉(zhuǎn)方向時(shí)，碼盤(pán)可提供相位相差90°的兩路脈沖信號(hào)。

2 應(yīng)用特點(diǎn)

從測(cè)量精度方面來(lái)看，光電編碼器遠(yuǎn)超于傳統(tǒng)機(jī)械測(cè)量位移裝置，且在具體應(yīng)用過(guò)程中具有較強(qiáng)的抗干擾能力，應(yīng)用成本相對(duì)較低。但光電編碼器的結(jié)構(gòu)組成導(dǎo)致其應(yīng)用范圍具有一定局限性。光電編碼器的計(jì)算精度決定于碼盤(pán)上的刻線，精度越高，要求碼盤(pán)及編碼器的體積越大，不僅會(huì)增加制作難度及成本，且無(wú)法保證精度的連續(xù)性[2]。此外，在較惡劣的環(huán)境下，如溫度變化較大、污染嚴(yán)重或振動(dòng)劇烈等，光電編碼器的運(yùn)行性能并不穩(wěn)定。

3 常見(jiàn)故障診斷方法

光電編碼器常見(jiàn)故障診斷方法包括以信號(hào)處理為基礎(chǔ)的故障診斷方法及以統(tǒng)計(jì)分析為基礎(chǔ)的故障診斷方法。（1）以信號(hào)處理為基礎(chǔ)的故障診斷方法：該故障診斷方法分為時(shí)域分析法及時(shí)頻分析法。時(shí)域分析法是將光電編碼器具體運(yùn)轉(zhuǎn)情況繪制成曲線，通過(guò)觀察曲線變化判斷是否有故障出現(xiàn)。但該方法在應(yīng)用中存在一定局限，如對(duì)維修工程師能力要求較高，受主觀影響較大，判斷結(jié)果并不一定準(zhǔn)確，經(jīng)檢測(cè)后可發(fā)現(xiàn)故障但無(wú)法定位故障點(diǎn)[3]。時(shí)頻分析法通過(guò)故障與正常光電編碼器信號(hào)頻率的差異診斷故障。該方法的缺點(diǎn)在于難以發(fā)現(xiàn)信號(hào)頻率差異較小的故障。（2）以統(tǒng)計(jì)分析為基礎(chǔ)的故障診斷方法：該法是通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析光電編碼器大量故障數(shù)據(jù)，對(duì)比后獲得具體的故障類型。

4 光電編碼器故障維修案例

4.1 螺旋CT 故障

4.1.1 故障現(xiàn)象

控制臺(tái)及機(jī)架旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)相關(guān)程序無(wú)法正常運(yùn)行；機(jī)架啟動(dòng)時(shí)，若有跳開(kāi)問(wèn)題出現(xiàn)在電機(jī)繼電器處，立即觸發(fā)保護(hù)性停止。

4.1.2 故障分析與處理

掃描機(jī)架孔上配置了分布2 000 多個(gè)割槽的圓形光柵系統(tǒng)，機(jī)架孔內(nèi)部的檢測(cè)板上安裝有光耦，當(dāng)機(jī)架旋轉(zhuǎn)時(shí)，光敏管在光柵作用下間斷接受光線而產(chǎn)生脈沖，并將其上傳至計(jì)算機(jī)控制板，以控制電機(jī)的工作狀態(tài)。檢查發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤代碼“ER07b”反復(fù)出現(xiàn)，表明機(jī)架產(chǎn)生的脈沖信號(hào)出現(xiàn)異常。該螺旋CT 一般處于高速運(yùn)行狀態(tài)，光電電路可能受到較嚴(yán)重的污染。因此，初步推測(cè)光電部分出現(xiàn)異常。于是，將機(jī)架斷電，檢查檢測(cè)板（確認(rèn)完好），清潔光電管和光柵[4]。通電后重啟設(shè)備，有關(guān)機(jī)架旋轉(zhuǎn)的執(zhí)行程序可正常運(yùn)行，故障排除。

4.2 柯達(dá)900 系列數(shù)字X 線攝影儀故障

4.2.1 故障現(xiàn)象

使用過(guò)程中，掃描圖像內(nèi)出現(xiàn)橫向干擾偽影。

4.2.2 故障分析與處理

根據(jù)故障現(xiàn)象，首先進(jìn)行慢掃測(cè)試，測(cè)試發(fā)現(xiàn)電機(jī)速度幅值圖與標(biāo)準(zhǔn)圖像之間存在較大差異，推測(cè)光電編碼器受污染的可能性較大。于是，徹底清潔光電編碼器，重新進(jìn)行電流及速度慢掃測(cè)試，測(cè)試后獲取與標(biāo)準(zhǔn)圖像一致的圖形，且未觀察到偽影，故障排除。

4.3 E 型麻醉機(jī)故障

4.3.1 故障現(xiàn)象

開(kāi)機(jī)后，E 型麻醉機(jī)呼吸機(jī)部分的馬達(dá)直接沖至螺桿頂部。

4.3.2 故障分析與處理

首先，檢查電源部分，電源正常，可排除驅(qū)動(dòng)電源故障。其次，為確定馬達(dá)的初始位置，在起步位置設(shè)置光耦開(kāi)關(guān)，考慮到光電編碼器的作用為測(cè)量馬達(dá)的具體位置及行程，結(jié)合故障現(xiàn)象，初步判斷為控制系統(tǒng)故障。然后，拆下光電編碼器并通電，未發(fā)現(xiàn)二極管紅光。因此，可確定光電編碼器受損。最后，更換同型號(hào)的光電編碼器后開(kāi)機(jī)，發(fā)現(xiàn)儀器可正常工作，馬達(dá)未出現(xiàn)沖頂情況，故障排除[5]。

5 小結(jié)

光電編碼器為進(jìn)口元器件，一旦發(fā)生故障，更換成本較高。在日常工作中，維修工程師應(yīng)在掌握光電編碼器工作原理、應(yīng)用特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，總結(jié)維修方法，積累相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，迅速定位故障點(diǎn)，完成故障維修，保障臨床診療工作的順利開(kāi)展。