電磁干擾及其對(duì)醫(yī)療儀器設(shè)備的影響與對(duì)策

2.2.1 電場(chǎng)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(duì)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(duì)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(qiáng)度，接地要好。例如心腦電圖機(jī)、監(jiān)護(hù)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(jī)、高頻電刀、X射線機(jī)、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(tái)500mAX線機(jī)的高壓電纜有一處表皮因其它原因被烤焦，開機(jī)后造成其它儀器設(shè)備不能正常工作，經(jīng)過(guò)多次分析和檢查，才發(fā)現(xiàn)是由此而引起的?？梢奨線機(jī)的高壓電纜屏蔽層的重要性。

2.2.2 磁場(chǎng)屏蔽

磁場(chǎng)屏蔽是指對(duì)直流或低頻磁場(chǎng)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(duì)磁通所起的磁分路作用，從而削弱屏蔽體內(nèi)部的磁場(chǎng)。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(chǎng)方向分布。對(duì)強(qiáng)磁場(chǎng)的屏蔽可采用雙層屏蔽體結(jié)構(gòu)。所有材料因磁場(chǎng)強(qiáng)度的強(qiáng)弱而定：當(dāng)要屏蔽外部強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)，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(guò)來(lái)即可。安裝時(shí)彼此間的磁路絕緣，無(wú)接地要求時(shí)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(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(duì)電磁波的反射和吸收作用來(lái)實(shí)現(xiàn)的。其過(guò)程是：當(dāng)電磁波達(dá)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(nèi)部時(shí)，繼續(xù)向前傳播的過(guò)程中會(huì)被屏蔽體金屬吸收；當(dāng)部分未被吸收掉的電磁波透過(guò)金屬到達(dá)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(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(jiǎn)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(cè)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(guò)于遷細(xì)的中線會(huì)造成線路阻抗的增加，干擾也將增加。同時(shí)過(guò)細(xì)的中線還會(huì)造成中線過(guò)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(diǎn)是絕緣電阻高、寄生電容小、浪涌吸收能力強(qiáng)。缺點(diǎn)是對(duì)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(shí)，壓敏電阻的電壓選擇要考慮被保護(hù)線路可能有的波動(dòng)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(shí)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(hù)的具體場(chǎng)合進(jìn)行合理的選擇。使用時(shí)除了安裝引線不宜過(guò)長(zhǎng)，還不宜在高頻場(chǎng)合使用。前者因壓敏電阻對(duì)瞬變干擾吸收時(shí)的高速性能（us）級(jí)，引線越長(zhǎng)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(hù)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(dá)數(shù)千瓦的浪涌功率，使兩極間的電壓箝位于一個(gè)預(yù)定值，有效地保護(hù)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(diǎn)是響應(yīng)時(shí)間快（亞us級(jí)）、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(yīng)用于醫(yī)療儀器設(shè)備的靜電，電感性負(fù)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(hù)。使用時(shí)TVS管的擊穿電壓要高于被保護(hù)電路工作電壓的10％。

3.2.4 固體放電管

固體放電管的特點(diǎn)是響應(yīng)速度快（10～20ns級(jí)），吸收電流大、動(dòng)作電壓穩(wěn)定、使用壽命長(zhǎng)。其工作原理是：當(dāng)外界干擾低于觸發(fā)電壓時(shí)，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(shí)，放電管工作在負(fù)阻區(qū)。此時(shí)電流極大，使干擾能量轉(zhuǎn)移。隨著干擾的減少，通過(guò)放電管的電流回落，當(dāng)干擾電流低于維持電流時(shí)，放電管從低阻區(qū)回到高阻區(qū)，完成～次放電過(guò)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(wú)源集中參數(shù)（電感、電容、電阻）構(gòu)成的單級(jí)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(guò)電流的大小有關(guān)，對(duì)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(duì)電磁干擾的抑制作用的好壞不僅與它的設(shè)計(jì)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(shè)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(jìn)入設(shè)備機(jī)箱，而是經(jīng)過(guò)濾波之后再進(jìn)入，利用機(jī)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(jí)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(shí)現(xiàn)電路的電氣隔離，解決由地線環(huán)路帶來(lái)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(jí)與次級(jí)間不設(shè)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(duì)共模干擾有一定的抑制作用，其大小可用初次級(jí)間的分布電容和設(shè)備對(duì)地分布電容的比值來(lái)估算。通常初次級(jí)間的分布電容為幾百Pf，設(shè)備對(duì)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(diǎn)是對(duì)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。