電磁干擾及其對醫(yī)療儀器設(shè)備的影響與對策

2.2.1 電場屏蔽

儀器設(shè)備中電位不同物體間（包括導(dǎo)線間）的相互感應(yīng)可看成是分布電容間的電壓分配。為了減少干擾源對被感應(yīng)物的干擾，通常采取的措施是：增大干擾源與被感應(yīng)物的距離，減小分布電容；盡可能讓被感應(yīng)物貼近接地板，增大其對地的電容；在兩者間加入金屬屏蔽層。屏蔽層必須是導(dǎo)電良好的導(dǎo)體，要有足夠的強度，接地要好。例如心腦電圖機、監(jiān)護儀、針灸電療儀或銀針直接接觸人體的儀器設(shè)備應(yīng)遠(yuǎn)離超短波治療機、高頻電刀、X射線機、CT、MRI及一切能輻射電磁波的醫(yī)療設(shè)備的輻射區(qū)內(nèi)。我市某醫(yī)院有一臺500mAX線機的高壓電纜有一處表皮因其它原因被烤焦，開機后造成其它儀器設(shè)備不能正常工作，經(jīng)過多次分析和檢查，才發(fā)現(xiàn)是由此而引起的?？梢奨線機的高壓電纜屏蔽層的重要性。

2.2.2 磁場屏蔽

磁場屏蔽是指對直流或低頻磁場的屏蔽。其屏蔽原理是利用屏蔽體的高導(dǎo)磁率、低磁阻特性對磁通所起的磁分路作用，從而削弱屏蔽體內(nèi)部的磁場。為了減少屏蔽體的磁阻，所用材料必須是高導(dǎo)磁率的，有一定的厚度的材料。被屏蔽物要盡量放在屏蔽體的中心位置，注意縫隙。通風(fēng)孔等要順著磁場方向分布。對強磁場的屏蔽可采用雙層屏蔽體結(jié)構(gòu)。所有材料因磁場強度的強弱而定：當(dāng)要屏蔽外部強磁場時，外層屏蔽體用不易滋飽和的（如硅鋼）材料；內(nèi)層則用易飽和的（如坡莫合金）高導(dǎo)磁材料。反之，所用材料倒過來即可。安裝時彼此間的磁路絕緣，無接地要求時用絕緣材料作支撐。有接地要求的可用非鐵磁材料的金屬作支撐。因屏蔽體兼有電、磁屏蔽功能，通常是要求接地的。

2.2.3 電磁場屏蔽

電磁場屏蔽的作用是防止電磁場在空間傳播。它是利用屏蔽體金屬材料對電磁波的反射和吸收作用來實現(xiàn)的。其過程是：當(dāng)電磁波達(dá)到屏蔽體金屬表面時，金屬表面就起反射作用，而未被完全反射的電磁波進入屏蔽體內(nèi)部時，繼續(xù)向前傳播的過程中會被屏蔽體金屬吸收；當(dāng)部分未被吸收掉的電磁波透過金屬到達(dá)屏蔽體的另一表層時，在金屬與空氣交界上會再次形成反射，重返屏蔽層內(nèi)部，這樣在屏蔽體內(nèi)部形成多次反射與吸收。

3 抑制干擾的技術(shù)

3.1 專用線路

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

值得注意的是在現(xiàn)代醫(yī)用電子儀器設(shè)備系統(tǒng)中，由于配電線路中非線性負(fù)載的使用，造成線路中諧波電流的存在，而零序分量諧波在中線里不能相互抵消，反而疊加，因此過于遷細(xì)的中線會造成線路阻抗的增加，干擾也將增加。同時過細(xì)的中線還會造成中線過熱。

3.2 瞬變干擾抑制器

3.2.1 氣體放電管

俗稱避雷管。優(yōu)點是絕緣電阻高、寄生電容小、浪涌吸收能力強。缺點是對浪涌電壓的響應(yīng)速度低。

3.2.2 金屬氧化物壓敏電阻

壓敏電阻的主要參數(shù)是標(biāo)稱電壓和通流容量。在使用時，壓敏電阻的電壓選擇要考慮被保護線路可能有的波動電壓，一般取1.2～1.4倍。如果是交流電路，還要注意電壓的有效值與峰值間的關(guān)系。例如220V時其壓敏電阻的標(biāo)稱電壓應(yīng)是220×1.4×1.4＝430V。通流容量應(yīng)根據(jù)所需保護的具體場合進行合理的選擇。使用時除了安裝引線不宜過長，還不宜在高頻場合使用。前者因壓敏電阻對瞬變干擾吸收時的高速性能（us）級，引線越長感應(yīng)電壓越大，后者因壓敏電阻的固有電容（數(shù)千～數(shù)百PF）。

3.2.3 硅瞬變電壓吸收二極管（TVS管）

TVS管又叫瞬態(tài)電壓抑制電路。當(dāng)瞬態(tài)電壓保護二極管受到反向瞬態(tài)高能量沖擊時，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(dá)數(shù)千瓦的浪涌功率，使兩極間的電壓箝位于一個預(yù)定值，有效地保護了電子線路的敏感元件。具體又分為單向和雙向兩種。主要參數(shù)是擊穿電壓、漏電流和電容。特點是響應(yīng)時間快（亞us級）、浪涌吸收能力高、瞬態(tài)功率大、漏電流小、箝位電壓易控制、沒有損傷極限和體積小等。廣泛應(yīng)用于醫(yī)療儀器設(shè)備的靜電，電感性負(fù)載切換時產(chǎn)生的瞬變電壓，雷擊產(chǎn)生的過電壓保護。使用時TVS管的擊穿電壓要高于被保護電路工作電壓的10％。

3.2.4 固體放電管

固體放電管的特點是響應(yīng)速度快（10～20ns級），吸收電流大、動作電壓穩(wěn)定、使用壽命長。其工作原理是：當(dāng)外界干擾低于觸發(fā)電壓時，放電管處于截止?fàn)顟B(tài)；當(dāng)干擾電壓超出觸發(fā)電壓時，放電管工作在負(fù)阻區(qū)。此時電流極大，使干擾能量轉(zhuǎn)移。隨著干擾的減少，通過放電管的電流回落，當(dāng)干擾電流低于維持電流時，放電管從低阻區(qū)回到高阻區(qū)，完成～次放電過程。

3.3 電源線濾波器

電源線濾波器安裝在電源與電子設(shè)備之間，主要起抑制電能傳輸中寄生的電磁干擾，提高設(shè)備工作可靠性的作用。常用的由無源集中參數(shù)（電感、電容、電阻）構(gòu)成的單級線路。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1nf4.7nf，耐壓36KVDC。L1、L2為共模電感，其電感量與通過電流的大小有關(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(xiàn)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(shè)計與實際工作條件有關(guān)，還與它的安裝情況有關(guān)。因此，安裝時一定要確保濾波器外殼與設(shè)備的金屬外殼接觸良好后，再與大地可靠接觸，同時，還要考慮輸入和輸出線路之間不存在耦合，合理安排濾波器的引線安裝位置。最好的辦法是電源線不直接進入設(shè)備機箱，而是經(jīng)過濾波之后再進入，利用機殼的自然屏蔽，把電源線干擾排除在設(shè)備之外。

提高濾波器性能的措施：一是使用帶地線電感的濾波器。這樣可以抑制地線上的干擾。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。

3.4 隔離變壓器

隔離變壓器的作用是實現(xiàn)電路的電氣隔離，解決由地線環(huán)路帶來的設(shè)備間的相互干擾。

3.4.1 普通隔離變壓器

普通隔離變壓器在初級與次級間不設(shè)屏蔽層，它是通過輸入與輸出間的電隔離，從而解決公共地的問題。優(yōu)點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(shè)備對地分布電容的比值來估算。通常初次級間的分布電容為幾百Pf，設(shè)備對地分布電容為幾幾十nF，因此共模干擾的衰減值在1020倍左右（2030dB）。缺點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。