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详解医疗设备中常见的电磁干扰问题

来源:捷祥医用设备带发布时间:2019-03-14 14:10

在运用医疗设备中我们会遇到哪些问题呢?今日就来为大家讲一讲医疗设备中的10个常见电磁烦扰问题电磁烦扰。
 
1.设备的接地电阻过高问题
 
医疗设备的接地电阻过高被列为十大问题之首,这是由于这种毛病的发生概率最高,一台设备的电磁发射问题、自兼容问题及抗烦扰性问题,其根源都与设备的接地阻抗过高有关,一般这不是指普通的低频接地问题,也不是指接地场所问题,而是由于部分(如电路板或电缆)的接地阻抗过高而引起的。高阻抗的接地途径常常会导致电缆屏蔽失效并产共模电流。
 
在高频下导线和织造线大都呈现高阻抗性,因此规划人员应当避免运用导线或织造接地。依据经历,每英寸长导线的感抗为20nH。因此在,100MHz时,1英寸导线的感抗可以抵达12Ω。所以,在射频情况下,应对任何长度导线的选用持慎重态度,采接地片是一个很好的办法,接地片的长宽比至少要抵达5:1。也就是说,关于一个5英寸长的接地片而言,其宽度至少应为1英寸。
 
2.电缆线的屏蔽不足问题
 
当设备遇到电磁发射或射频抗烦扰问题时,一般都会触及电缆问题,电缆的接地阻抗在这儿起到了很大效果。
 
单点接地的原则适用于低频,但对射频没有多大效果。比较扎手的作业是:由于电缆不能终止于患者的终端,因此屏蔽就不能两端接地。此外,当设备不能有用接地甚至需求坚持绝缘时,采纳滤波有时比屏蔽更有用。
 
在低频下,电缆的屏蔽层可以一端接地,但假设电缆的长度逾越波长的l/20,电缆屏蔽层就需求两点或多点接地。这儿特别要指出,当电缆长度是波长的1/4时情况将最糟。顺便提出,许多市售的电缆屏蔽层都是织造制品,这对处理射频的电磁兼容性倒霉。此外,电缆的屏蔽层也很简单遭到破坏。例如,有些电缆屏蔽物是由聚酯薄膜制成的,不很健壮,有时即使遭受细微触碰,也会构成屏蔽物的决裂,下降了屏蔽效果,而这种决裂很难用肉眼发现。
 
3.开关电源的发射问题
 
开关电源或AC/DC转换器的电磁发射问题由来已久,开关电源的电路构成及开关电源自身的布局和结构往往使开关电源的电磁发射成为其推广运用中的一个大问题。虽然这个问题非常广泛,但在医疗电子学中却显得特别重要,所以在医疗设备的电源体积和质量不成问题的场合中,可以考虑选用传统的线性稳压电源。关于电源部分,体积与质量成为质量功能的关键因素,因此怎么选用具有优异电磁兼容功能的开关电源便成为该医疗设备规划中的重要环节。
 
4.电源线滤波器的选用问题
 
由于医疗设备的电磁发射不局限于其内部选用的开关电源,因此电源进线部分的线路滤波器也成为克制高频烦扰的一个重要环节。在一般的电源线滤波器中都有两个共模烦扰的克制电容(Y电容),它可以使设备的共模电流得到控制,但在医疗设备的电源线滤波器中不宜用此类小电容,由于它会导致设备的泄露电流过大。医疗设备对电源线滤波器的这一挑选原则使规划人员失去了一个克制共模电流的有用办法,剩下来的仅有可用办法就是加大电源线滤波器中串联电感的阻抗。
 
要想规划一个优异的电源线滤波器,滤波器的线路规划仅仅是很小的一部分,滤波器内部元器件的选型、滤波器内部布局和结构及滤波器内部元件的分布参数,才是抉择电源线滤波器功能真正的关键因素。
 
5.液晶显示器的电磁发射问题
 
跟着计算技术的展开,在医疗设备中选用单片机进行控制的情况越来越多,在设备的面板上选用液晶显示器作为人机对话界面的情况也越来越多,液晶的运用也带来了液晶显示器的电磁发射问题。
 
液晶显示器一般由电路板上专门引出的一根排线所驱动,由于液晶显示器的高阻抗特征,使送到液晶显示器的信号电流不或许完全回来到这根电缆中,其间的一小部分会构成电磁辐射进入周围的电磁环境。
 
为了克制液晶显示器的电磁发射问题,首要需求利用尽或许短的回路将信号电流全部回来到驱动电路板中。一个比较好的办法是通过在排线下面设置一个接地片,用以下降信号电流回来途径中的阻抗。其他,作为液晶显示器结构的一部分,在液晶显示器的反面要设一个金属外壳的4个角都要接地。
 
6.设备内部线路的互相藕合问题
 
在高频状态下,设备内部线路之间会有一个互相藕合的问题,因此线路的布局不当,特别是对患者检测信号输入线路的布局不当,常常是导致医疗设备规划胜败的两种天壤之其他效果的直接原因。
 
在处理设备的电磁兼容上呈现的问题时,常常会将电感器或铁氧体磁芯置于线路的输入与输出之间,用以克制设备内部和外部的射频烦扰,这样一来就使朝向噪声源这一端的电感器带有相当大的高频电压。这种高频电压可通过电容性的耦合而效果到附近的金属性物质上,如接地层、电路板、散热器等。因此,在选用这种处理烦扰的克制方案时要非常留神,要避免与一些活络器件或活络电路发生耦合。
 
其他,在用铁氧体磁芯吸收线路上的烦扰时,将铁芯体磁芯放在联接线路的外部要比把它布放在电路板的效果会明显一些。由于这种方法可避免烦扰在磁芯后边的联接线路与活络线路的耦合问题。
 
7.元器件的分布参数问题
 
在医用设备带中,所选用的元器件自身的缺点也会约束其功能的发挥。我们知道,全部的电容器都存在寄生的串联电感,两者构成了一个串联谐振电路:而全部的线绕电感器都存在绕组匝间和层间的分布电容,两者构成了一个并联谐振电路,这种电路的谐振频率比想像中的频率要低得多。例如,许多电容器的谐振频率低于100MNz;许多线绕电感器的谐振频率低于20MHz,至于变压器的谐振频率更有低于5MHz以下者。因此,电路规划人员要充沛了解这些元器件的实践功能,无论滤波器还是退耦元件,它们都具有在谐振状态下作业的或许性,这将导线线路与线路之间的串扰问题,这种串扰不光能对线路构成损坏,还能导致信号传输情况变得非常糟糕。
 
8.信号传输中的阻抗不连续问题
 
跟着高速数字电路的广泛运用,印制电路板中的电磁兼容问题显得越来越重要,而许多PCB问题可归纳为信号传输过程中的阻抗不连续问题。
 
信号传输中的阻抗不连续问题一直围绕着信号的流通回路,志向中是信号沿着一条线路流出,然后灵敏沿着接地回线流回。然而依据物理学中最小能量的耗费规律,电流通常是沿着最小能量途径回来,这时信号的回来通路常常会呈现阻抗不连续的情况,一旦这种情况发生,就会引起信号的反射,构成传输信号的畸变。其他,在传输线路的不连续处,还会导致辐射发射问题。
 
9.设备外壳的静电放电问题
 
静电放电是一个经常发生并且让人感到头痛的问题。以塑料外壳的医疗设备为例,为了下降塑壳设备的电磁发射和提高塑壳设备的抗射频烦扰能力,规划人员会在塑料外壳上进行导电喷涂。为了使导电喷涂的效果明显,一般要求对塑壳结合部位的缝隙全部进行喷涂,以求抵达结合而生几的传导连续性,但是这种做法又构成了新的静电放电接触点。也就是说,规划者在处理一个问题的一起却又引进了一个新的、非常扎手的问题。
 
规划人员可以有三种挑选:从头规划线路及内部布局,尽量下降设备对导电喷涂的需求;从头对设备外壳进行喷涂,尽量避免发生放电,特别细心地运用遮蔽物,使或许发生放电的缝隙得到保护。
 
10.信号及其回来通路问题
 
关于设备的布线,人们往往以为即使多用一根接地回来线路也会是一种浪费。由于大都信号线与接地回路之间间隔过远,因此一根接地回线要作为多跟信号线,甚至全部信号线的接地问线。这时,这根接地回线至少存在两个问题。首要,由于这根接地回线与大部分信号线之间的间隔都比较远,信号线与接地回线之间构成的环天线就比较大,环天线对外的辐射发射及环天线对外界电荷烦扰的接收问题都不容忽视;其次,这根信号线共用接地回线的公共阻抗问题不容忽视,特别是在信号线上传输的信号速度较高,信号的边缘比较陡时,公共阻抗的互相烦扰问题特别严重。
 
实用中传输线路毕竟需求多少根接地回来线路才算恰当,这要由数据的传输速率及传输线路的长度来抉择。关于信号一逾越100MHz的高速传输,主张选用一根信号对一根接地的回来线路,而关于小于10MHz的低速传输,可以折中选用两根(或多根)信号对一根接地的回来线路。
 

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