醫(yī)用電氣設備電磁兼容性現場發(fā)射測試淺析

摘 要：醫(yī)用電氣設備電磁兼容性現場發(fā)射測試對于設備的性能和安全性至關重要。為探討測試要求，結合國內現行標準，以基本測量過程分析及測量原理概述為出發(fā)點，以傳導發(fā)射/端子騷擾電壓測試、輻射發(fā)射/電磁輻射騷擾測試、諧波失真及電壓波動和閃爍為具體測試探索脈絡，最終得到測試項目及要求，希望對相關人員在該領域的工作和學習有所啟發(fā)。

關鍵詞：醫(yī)用電氣設備；電磁兼容性；現場測試；發(fā)射測試

中圖分類號：TH772" " 文獻標志碼：A" " 文章編號：1671-0797（2025）06-0012-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2025.06.003

0" " 引言

根據YY 9706.102—2021《醫(yī)用電氣設備 第1-2部分：基本安全和基本性能的通用要求 并列標準：電磁兼容 要求和試驗》[1]的要求，醫(yī)用電氣設備需要進行電磁兼容性測試。但部分受試設備由于尺寸太大不便于搬運，又或者是需要在現場安裝調試后才能運行，不能在試驗場地進行測量，需要在現場進行電磁兼容性測試。

鑒于此，本文對醫(yī)用電氣設備需要在現場進行電磁兼容性測試的情況，給出了發(fā)射測試部分的說明及要求，從電磁兼容性檢驗中傳導發(fā)射/端子騷擾電壓測試、輻射發(fā)射/電磁輻射騷擾測試、諧波失真及電壓波動和閃爍共四個發(fā)射類測試項目分別進行敘述，以期與相關從業(yè)人員進行交流和探討。

1" " 傳導發(fā)射/端子騷擾電壓測試

為量化醫(yī)用電氣設備沿供電線向外傳導的電磁騷擾大小而進行該項目測試。按標準GB 4824—2019《工業(yè)、科學和醫(yī)療設備 射頻騷擾特性 限值和測量方法》[2]中條款6.4.1的規(guī)定“在現場測量的條件下，不要求傳導騷擾的評估”，標準中未給出不進行評估的原因，造成執(zhí)行該標準的工作者出現測試和不進行測試兩種做法。

本文遵循現場測試不應進行傳導發(fā)射/端子騷擾電壓測試的結論，結合實際電路模型，從規(guī)范測量的角度闡述原因。

GB 4824—2019中條款7.3.2.2指出，“工科醫(yī)設備交流電源端口傳導發(fā)射測試中應用到的人工電源網絡為V型AMN（V-AMN）”[2]。同時，標準GB/T 6113.102—2018《無線電騷擾和抗擾度測量設備和測量方法規(guī)范 第1-2部分：無線電騷擾和抗擾度測量設備 傳導騷擾測量的耦合裝置》[3]的術語和定義中3.1.6規(guī)定，“V-AMN用于測量非對稱電壓”。對照兩份標準后可知，對于工科醫(yī)設備交流電源端口的傳導發(fā)射測試項目，要測試的目標是非對稱電壓。

已知GB/T 6113.102—2018的術語和定義中3.1.3～3.1.5給出了不對稱電壓（共模電壓）、對稱電壓（差模電壓）和非對稱電壓（各電源端子對地電壓矢量的幅值）的定義及計算公式。根據標準，Va表示其中一個電源端子與地之間的電壓矢量，Vb表示另一個電源端子與地之間的電壓矢量，結合測試目標得到實際測試是在量化Va和Vb。

使用變量Vcm表示共模電壓、Vdm表示差模電壓，可得公式Vcm=（Va+Vb）/2和Vdm=Va-Vb。利用公式可將非對稱電壓表示為Va=Vcm+Vdm/2和Vb=Vcm-Vdm/2。通過這里的數學模型進一步得出結論，標準要求測試的非對稱電壓Va和Vb實際上包含共模電壓和差模電壓兩部分[4]。

對應到共模電壓和差模電壓實際應用中產生的騷擾過程，繪制圖1和圖2；并結合實際測量過程，需將V-AMN放置在圖中電源所畫位置處，通過圖例做進一步分析。

首先，在通常情況下，現場測量的過程中無法為V-AMN提供一個良好的參考地。通過圖1和圖2可知，此時差模電壓和共模電壓均不是準確值，故測得的非對稱電壓不準確。其次，若通過采用符合標準要求的金屬接地板為V-AMN提供一個良好的參考地，但無法為受試設備（以下簡稱EUT）提供同樣的金屬接地板或參考地時（通常進行現場試驗的EUT均屬于大型設備、不可/不便于移動或永久安裝的設備，所以無法在其下面鋪設金屬接地板），通過圖2可知，V-AMN與EUT的參考地存在電壓差，即無法統一參考地零點位點，此時共模電壓不是準確值，故測得的非對稱電壓不準確。最后，即使實現了為整個EUT和V-AMN提供統一的金屬接地板，由于現場環(huán)境的復雜程度，無法保證接地金屬板的平整以及接地阻抗的均勻性，會導致實際參考地并不一致。通過圖2可知，此時共模電壓不是準確值，故測得的非對稱電壓不準確。

綜上所述，現場測試中若進行本項目測試，所測得的不對稱電壓會隨著測試場所地面的不平整程度變化而變化。現場場地內無法提供統一的參考地而不能得到準確的非對稱電壓，故現場測試中不要求傳導發(fā)射的評估，不需要進行本項目的測試。

值得注意的是，若現場測試中不進行本項目測試，實際上的EUT沿線纜傳導的低頻段電磁騷擾并未得到量化及限值控制。這也為未來提供了研究方向，可以考慮使用替代量值來取締目前的非對稱電壓的測量，只要替代量值能夠反映電磁騷擾大小，應該是一種可行的方案。

2" " 輻射發(fā)射/電磁輻射騷擾測試

GB 4824—2019中條款6.1規(guī)定，“A類設備可由制造商提出在試驗場地或現場測量；B類設備應在試驗場地進行測量”，即只有制造商規(guī)定EUT為A類的時候才允許在現場進行測試。同時，GB 4824—2019中條款6.4.2給出的2組A類設備的限值表格的數據是固定限值，且測量距離與轄區(qū)的周界相關，故不對2組A類產品展開電磁輻射騷擾測試。本文中默認EUT為1組A類產品，下面從限值、布置、測試要求和運行模式四個方面分析現場測試中的電磁輻射騷擾。

2.1" " 關于限值

根據GB 4824—2019中條款6.4的描述，標準將測試距離定為30 m及以上，從業(yè)者應嚴格按照標準執(zhí)行。然而實際測試中發(fā)現，若將測試距離規(guī)定為30 m及以上時會存在兩個問題：一是以目前國內大多數城區(qū)內的建筑密度而言，30 m之內一般存在非預期的障礙物，在這個距離下進行測量，幾乎不可能測得EUT的發(fā)射值；二是城區(qū)內的電磁環(huán)境復雜，這個距離下測得的值一般為各類背景噪聲?？紤]到上述實際情況，可將測試距離修訂為一般性的3 m或10 m（測試距離不得小于3 m），再根據此距離換算對應限值。

此外須知，現場測試中1組A類設備的電磁輻射騷擾的測量要包含磁場分量的測量，這有別于1組A類設備的試驗場地電磁輻射騷擾的測量（只需要進行電場分量的測量）。以下分別對兩種分量給出對應的限值。

磁場分量：引用GB 4824—2019表16中給出的30 m及以上測試距離下的限值要求，將測試距離修訂為3 m或10 m，因此需要將限值要求做規(guī)定距離歸一化處理，但不能使用“-20 dB/十倍距離”的因子直接對原限值進行疊加，因為目前的距離要求小于30 m。關于本部分的限值要求，參照參考文獻[5]執(zhí)行（僅限磁場分量限值）。

電場分量：根據GB/T 6113.203—2020《無線電騷擾和抗擾度測量設備和測量方法規(guī)范 第2-3部分：無線電騷擾和抗擾度測量方法 輻射騷擾測量》[6]條款7.7.3.2中要求，如果不能在標準距離下測量場強，可以通過下式進行場強轉換：

Estd=Emeas+20nlg

式中：Estd為標準距離上的場強；Emeas為測量距離處的場強；dmeas為測量距離；dstd為標準測量距離；n取決于測量距離dmeas，若30 m≤dmeas，n=1，若10 m≤dmeas＜30 m，n=0.8，若3 m≤dmeas＜10 m，n=0.6。

由上可知，測試距離為3 m時，n取值0.6；測試距離為10 m時，n取值0.8，得出推薦距離下的電場分量限值要求如表1所示。

值得注意的是，GB/Z 6113.205—2013《無線電騷擾和抗擾度測量設備和測量方法規(guī)范 第2-5部分：大型設備騷擾發(fā)射現場測量》[7]條款6.1中規(guī)定，“若EUT安裝高度較高（例如高樓的頂部），則測試距離計算公式根據一般性經驗判斷，大型醫(yī)用電氣設備或系統一般可以與天線處于同一水平面進行測量”，故本文不針對測試距離的特殊情況處理展開討論。

2.2" " 關于布置

由于標準要求現場測試時天線的高度不變，故當EUT的高度超過一定范圍時，測試電場分量使用的對數周期天線在垂直極化方向上存在天線主瓣波束無法覆蓋整個EUT的情況[8]。如圖3所示，d是測試距離、θ是天線主瓣寬度，垂直極化方向測量時波束覆蓋高度H=2dtan，故建議根據計算的覆蓋高度調整天線仰角φ（不應超過70°），實現整個EUT的覆蓋，以獲得最大讀數。

同時注意，天線與接收機的線纜應放置在測試環(huán)境外，測量天線與附件任意金屬物體的距離大于2 m。

2.3" " 關于測試要求

按上述描述位置放置好天線，并連接接收機。首先斷開EUT電源，使用峰值檢波器對EUT周圍環(huán)境進行測量，盡量保證環(huán)境噪聲至少低于測量限值6 dB[9]。

若在某一特征頻率及其多個倍頻上出現單脈沖，通?？烧业綄a生該騷擾的電氣單元[10]。測量前應關閉對應的電氣單元，以保證環(huán)境噪聲滿足上述要求。當環(huán)境噪聲依舊存在超過限值的背景噪聲頻段/點時，需記錄在報告中。只要在正式測量時得到的值不再使得此頻段的環(huán)境噪聲再升高3 dB即可。

2.4" " 關于運行模式

EUT的運行模式由制造商關于預期產生最大發(fā)射電平的典型應用來確定。如果EUT已經規(guī)定了額定運行時間，那么其運行時間按規(guī)定執(zhí)行，否則EUT在測試過程中應保持持續(xù)運行。EUT具有多運行模式或功能時，每一種運行模式或功能均應進行測試，且在該模式下的發(fā)射值應符合標準要求；若設備的多種功能可同時運行，則發(fā)射測量時應同時運行這些功能[11]。

3" " 諧波失真及電壓波動和閃爍

上文提到默認本文討論的EUT按GB 4824—2019分類為A類。GB 4824—2019條款5.2中定義A類設備為“非居住環(huán)境和不直接連接到住宅低壓供電網設施中使用的設備”。對于醫(yī)用電氣設備而言，諧波失真及電壓波動和閃爍這兩項測試的目的為“公共電網的保護”，不在A類設備定義范圍內，故現場測試中此兩項測試不適用。

4" " 結束語

綜上所述，醫(yī)用電氣設備的電磁兼容性現場發(fā)射測試是一個復雜而細致的過程，需考慮多種因素以確保測試結果的準確性和可靠性。本文對傳導發(fā)射、輻射發(fā)射以及諧波失真等關鍵測試項目進行了深入分析，并針對現場測試的特殊性提出了相應的解決方案和建議。盡管現場測試存在諸多挑戰(zhàn)，但通過合理的設計和嚴格的執(zhí)行，仍能有效地評估醫(yī)用電氣設備的電磁兼容性，確保其在實際使用中的安全性和穩(wěn)定性。建議未來的研究繼續(xù)關注現場測試方法的優(yōu)化以及可能的替代量值的開發(fā)，以進一步提高測試效率和準確性。

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收稿日期：2024-11-28

作者簡介：馬佳祺（1993—），男，內蒙古赤峰人，工程師，從事醫(yī)療器械電磁兼容性標準研究、質量檢驗和質量控制工作。

通信作者：劉心（1980—），男，重慶人，工程師，從事醫(yī)療器械電磁兼容性標準研究和質量管理工作。