電磁干擾及其對醫療儀器設備的影響/對策

3電磁場(chǎng)屏蔽

電磁場(chǎng)屏蔽的作用是防止電磁場(chǎng)在空間傳播。它是利用屏蔽體金屬材料對電磁波的反射和吸收作用來(lái)實(shí)現的。其過(guò)程是：當電磁波達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)入屏蔽體內部時(shí)，繼續向前傳播的過(guò)程中會(huì )被屏蔽體金屬吸收；當部分未被吸收掉的電磁波透過(guò)金屬到達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，重返屏蔽層內部，這樣在屏蔽體內部形成多次反射與吸收。

3抑制干擾的技術(shù)

1專(zhuān)用線(xiàn)路

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

值得注重的是在現代醫用電子儀器設備系統中，由于配電線(xiàn)路中非線(xiàn)性負載的使用，造成線(xiàn)路中諧波電流的存在，而零序分量諧波在中線(xiàn)里不能相互抵消，反而疊加，因此過(guò)于遷細的中線(xiàn)會(huì )造成線(xiàn)路阻抗的增加，干擾也將增加。同時(shí)過(guò)細的中線(xiàn)還會(huì )造成中線(xiàn)過(guò)熱。

2瞬變干擾抑制器

1氣體放電管

俗稱(chēng)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。缺點(diǎn)是對浪涌電壓的響應速度低。

2金屬氧化物壓敏電阻

壓敏電阻的主要參數是標稱(chēng)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線(xiàn)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)其壓敏電阻的標稱(chēng)電壓應是220×4×4＝430V。通流容量應根據所需保護的具體場(chǎng)合進(jìn)行合理的選擇。使用時(shí)除了安裝引線(xiàn)不宜過(guò)長(cháng)，還不宜在高頻場(chǎng)合使用。前者因壓敏電阻對瞬變干擾吸收時(shí)的高速性能級，引線(xiàn)越長(cháng)感應電壓越大，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。當瞬態(tài)電壓保護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，吸收高達數千瓦的浪涌功率，使兩極間的電壓箝位于一個(gè)預定值，有效地保護了電子線(xiàn)路的敏感元件。具體又分為單向和雙向兩種。主要參數是擊穿電壓、漏電流和電容。特點(diǎn)是響應時(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(méi)有損傷極限和體積小等。廣泛應用于醫療儀器設備的靜電，電感性負載切換時(shí)產(chǎn)生的瞬變電壓，雷擊產(chǎn)生的過(guò)電壓保護。使用時(shí)TVS管的擊穿電壓要高于被保護電路工作電壓的10％。

4固體放電管

固體放電管的特點(diǎn)是響應速度快，吸收電流大、動(dòng)作電壓穩定、使用壽命長(cháng)。其工作原理是：當外界干擾低于觸發(fā)電壓時(shí)，放電管處于截止狀態(tài)；當干擾電壓超出觸發(fā)電壓時(shí)，放電管工作在負阻區。此時(shí)電流極大，使干擾能量轉移。隨著(zhù)干擾的減少，通過(guò)放電管的電流回落，當干擾電流低于維持電流時(shí)，放電管從低阻區回到高阻區，完成～次放電過(guò)程。

3電源線(xiàn)濾波器

電源線(xiàn)濾波器安裝在電源與電子設備之間，主要起抑制電能傳輸中寄生的電磁干擾，提高設備工作可靠性的作用。常用的由無(wú)源集中參數構成的單級線(xiàn)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(guò)電流的大小有關(guān)，對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的靜電積累。濾波器對電磁干擾的抑制作用的好壞不僅與它的設計與實(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(xiàn)路之間不存在耦合，合理安排濾波器的引線(xiàn)安裝位置。最好的辦法是電源線(xiàn)不直接進(jìn)入設備機箱，而是經(jīng)過(guò)濾波之后再進(jìn)入，利用機殼的自然屏蔽，把電源線(xiàn)干擾排除在設備之外。

提高濾波器性能的措施：一是使用帶地線(xiàn)電感的濾波器。這樣可以抑制地線(xiàn)上的干擾。二是采用多級濾波器。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)現電路的電氣隔離，解決由地線(xiàn)環(huán)路帶來(lái)的設備間的相互干擾。

1普通隔離變壓器

普通隔離變壓器在初級與次級間不設屏蔽層，它是通過(guò)輸入與輸出間的電隔離，從而解決公共地的問(wèn)題。優(yōu)點(diǎn)是對共模干擾有一定的抑制作用，其大小可用初次級間的分布電容和設備對地分布電容的比值來(lái)估算。通常初次級間的分布電容為幾百Pf，設備對地分布電容為幾~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

在變壓器初次級間增設屏蔽層，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的中線(xiàn)端。例如對50HZ工頻來(lái)說(shuō)，由于初級與屏蔽層構成的容抗很高，仍可通過(guò)變壓器效應傳遞到次級，而未被衰減。對頻率較高的共模干擾，由于初級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中線(xiàn)端的連線(xiàn)直接返回電網(wǎng)，而進(jìn)入次級回路。

3超級隔離變壓器

超級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)是對共模和差模干擾都有較強的抑制能力。雙重的是一個(gè)屏蔽層接變壓器初級的中線(xiàn)，以降低差模干擾；另一層接大地，以抑制共模干擾。三重的靠近初級的屏蔽層接初級中線(xiàn)；中間的屏蔽層接變壓器的外殼后再接大地；靠近次級的屏蔽層，接次級的一個(gè)端子。

5交流穩壓器

交流穩壓器的作用是在輸入電壓和負載電流變化時(shí)，把其輸出電壓穩定在所答應的范圍內。常用的有鐵磁諧振、參數調整型、伺服型、分級調整寬度、超級隔離、開(kāi)關(guān)型、不間斷和凈化等交流穩壓電源。

1鐵磁諧振交流穩壓電源

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(lái)實(shí)現調節的。當輸輸入電壓因某種因素過(guò)高或過(guò)低時(shí)，其輸出電壓可隨輸入電壓的高低通過(guò)自動(dòng)調節，從而使輸出電壓保持穩定不變。優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單、輸出阻抗高、過(guò)載能力強、可靠性較高。缺點(diǎn)是穩壓精度不高、輸出電壓波形失真大、有相移和噪聲。不適宜啟動(dòng)電流大的負載。