醫用激光設備電磁發射超標的原因分析與整改

導讀

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來源： 本文刊登於《中國醫療器械信息》雜誌2018年第3期

作者：黃丹 徐珂

單位：浙江省醫療器械檢驗院 （浙江 杭州 310018）

內容提要：就醫用激光設備電磁發射試驗超標的問題進行了分析，提出了相應的解決方案，並驗證可行。

關 鍵 詞：醫用激光設備 電磁發射 整改

近些年來，隨著電子技術、通訊技術的飛速發展，越來越多的電子電氣設備被廣泛應用於日常的生產生活。其中，醫用激光設備的臨床應用發展迅速。激光技術、微電子技術的發展使得醫用激光設備正朝著小型化、集成化的方向發展，越來越多的醫用激光設備應用於疾病的臨床診斷與治療中。電子電氣設備的廣泛應用也導致了空間環境中的電磁能量急劇增長。實踐證明，在複雜的電磁環境中，電磁干擾會對醫用激光設備的正常使用產生不利影響並可能會影響在使用中的安全性。由於空間的電磁環境日趨複雜，如何保證電子電氣設備能夠在空間複雜的電磁環境中正常工作，降低此類設備間的相互干擾，成為一個亟待解決的問題。

醫用激光設備與人民群眾的生命安全息息相關，如何提高這類設備的電磁兼容性顯得尤為重要，在產品開發過程中意義重大。對於在設計開發階段中電磁兼容測試不合格的產品，可以將電磁兼容性充分考慮進去，按照相關規範和要求對產品問題進行定位並重新設計，從而在根本上解決電磁兼容問題。但是目前面臨的現狀是，由於對電磁兼容性的要求不夠重視，很多產品在設計之初普遍沒有考慮電磁兼容問題，往往是定型生產後，發現電磁兼容測試不合格，再進行整改。對於這種問題，只能遵循「發現什麼，解決什麼」的原則進行解決，使產品符合電磁兼容性的要求。本文就醫用激光設備電磁兼容測試中傳導發射和輻射發射超標問題進行了系統分析和總結，可以較好的解決電磁發射超標問題。

1.

電磁發射的機制

電磁兼容性是指設備在其電磁環境中能正常工作且不對該環境中任何事物構成不能承受的電磁騷擾的能力[1]。其中電磁騷擾是引起電磁干擾的原因，而電磁騷擾分為對空間的輻射發射（RE）以及在電源線上的傳導發射（CE）。通常把電磁發射源、傳播途徑和電磁敏感設備稱為電磁干擾的三要素[2]。發射源是源頭，傳播途徑是媒介，電磁敏感設備是受體，電磁干擾是它們相互作用的結果，三者缺一不可。

控制電磁干擾主要是控制電磁騷擾源（抑制電磁騷擾）

2.

電磁發射超標的診斷和整改方法

2.1 傳導發射

傳導發射主要考核產品網電源在150kHz~30MHz 頻段的傳導發射特性[3]。對於傳導騷擾超標的醫用激光設備，一般可採取以下方法進行診斷：①檢查設備有無使用了電源濾波器或濾波電路。②檢查電源濾波器或濾波電容的安裝位置是否正確。③檢查線纜之間的隔離是否足夠。④檢查濾波器是否合適。

在進行整改時，如果原來沒有使用電源濾波器或濾波電容，那麼首先可以考慮增加濾波器或濾波器件。在增加濾波器或濾波器件時，應注意考慮位置是否合適、接地是否可靠良好、電源的輸入端與輸出端之間是否進行了有效隔離等相

關問題。

此外，增加電源線和信號線纜之間的距離，如對兩者進行物理隔離、使用屏蔽線纜、加套磁環等也是降低傳導騷擾的一種方法。

若採用上述方法後，傳導騷擾仍然超標，則需著重考慮濾波器或濾波器件的選擇問題，通過調整濾波器的參數進行優化，直至傳導騷擾測試合格為止。

2.2 輻射發射

輻射發射主要考核被測設備通過輻射方式傳播的電磁波能量，根據產品的分類，GB 4824標準給出了30MHz~1GHz頻率範圍的限值。而形成有效的輻射發射騷擾，需要具備騷擾源和輻射途徑兩端要素。

在進行輻射超標原因的診斷分析時，可以根據產品工作特性，逐步拔插各介麵線纜，或關閉板卡電源，確認雜訊輻射源頭。雜訊源是產品板卡自身產生的還是電路雜訊通過線纜作為天線輻射出去。醫用激光設備與其他醫用電氣設備的不同之處在於其導光系統常常會帶來問題，導致輻射發射超標，在進行診斷分析時應特別注意[4]。

對於輻射騷擾超標的醫用激光設備，通常採用以下5 種方法進行整改：①通過對PCB或電路自身信號特點進行分析整改：如PCB疊成的定義，是否每層信號都有相應映像平面層；信號線串擾的路徑，是否符合3W法則；信號埠的濾波處理；高速信號的源，終端阻抗匹配；用近場探頭模擬接收天線，尋找雜訊源等。②結構屏蔽：這種方法往往優先考慮，在醫用激光設備的研發過程中，對於金屬屏蔽開孔設計往往會非常注意，但縫隙的處理一般會被忽略，縫隙處理是屏蔽效能高低的關鍵，一般雜訊，特別是高頻雜訊易從縫隙泄漏，縫隙允許長度一般以最高頻率的λ/20 為判定條件。③對進行處理線纜處理：如用屏蔽線纜（注意屏蔽層需與接插頭搭接）；加套磁環（注意磁環需要繞線1.5 圈）等。④對導光臂的接縫處做屏蔽處理。⑤軟體處理：可以通過軟體更改高頻信號傳輸頻率，或使用展頻。使用這種方法很可能影響產品的功能，所以一般不推薦使用。

除了以上方法外，增加濾波器或濾波器件也是降低輻射騷擾的一種方法。濾波器的使用和選擇方法在傳導騷擾超標的整改方法中已經給出，這裡就不再累述。

3.

案例分析

根據相關試驗要求，在進行醫用激光設備的傳導騷擾和輻射騷擾測試時應該在設備最大發射狀態下進行，即滿功率工作狀態。

某型醫用激光設備由220V交流供電，在進行傳導騷擾和輻射騷擾時，均超過1 組A類標準的限值的要求。對於輻射騷擾超標，首先考慮是線纜輻射超標所致。拔掉信號線纜，只接電源對線纜進行分類排查，發現測試結果並沒有明顯改善。將產品外殼拆開後，發現主控板未進行屏蔽處理，其信號電纜進行了屏蔽但未接地。在對產品做了屏蔽處理並對信號電纜進行接地處理後，測試結果有了較大改善，具體見圖1。

對於傳導騷擾，首先考慮是濾波不良導致的。檢查機器內部濾波器的安裝，發現其輸入線和輸出線較長，並且用扎帶將兩條線捆在了一起，分析可能是機器內部產生的干擾信號竄擾到了濾波器電源的輸出線上，再耦合到了產品外部的電源線上。通過採取將濾波器的輸入線和輸出線做物理隔離，在輸入線上加裝磁環後，得出最終測試結果見圖2，發現可以有效解決傳導發射超標。

4.

小結

本文針對醫用激光設備在電磁兼容測試中出現的電磁干擾超標問題提出了整改建議，可以較好的指導問題產品通過電磁兼容測試。針對在產品設計定型後進行電磁兼容測試出現的問題，還是只能採取「發現什麼，解決什麼」的方法，實現符合電磁兼容要求的目的。要有效解決產品的電磁兼容問題，還需要研發人員在產品設計之初，就全局考慮產品的電磁兼容問題，在源頭上降低產品出現電磁兼容問題的可能性。

參考文獻

略

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