電磁干擾及其對醫療儀器設備的影響/對策

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的。其過程是：當電磁波達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部時，繼續向前傳播的過程中會被屏蔽體金屬吸收；當部分未被吸收掉的電磁波透過金屬到達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

1專用線路

為了抑制儀器設備間的相互干擾，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，由于配電線路中非線性負載的使用，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，因此過于遷細的中線會造成線路阻抗的增加，干擾也將增加。同時過細的中線還會造成中線過熱。

2瞬變干擾抑制器

1氣體放電管

俗稱避雷管。優點是絕緣電阻高、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系。例如220V時其壓敏電阻的標稱電壓應是220×4×4＝430V。通流容量應根據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級，引線越長感應電壓越大，后者因壓敏電阻的固有電容。

3硅瞬變電壓吸收二極管

TVS管又叫瞬態電壓抑制電路。當瞬態電壓保護二極管受到反向瞬態高能量沖擊時，以1×10－12s的速度，將其兩極間的高阻抗變成低阻抗，吸收高達數千瓦的浪涌功率，使兩極間的電壓箝位于一個預定值，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。主要參數是擊穿電壓、漏電流和電容。特點是響應時間快、浪涌吸收能力高、瞬態功率大、漏電流小、箝位電壓易控制、沒有損傷極限和體積小等。廣泛應用于醫療儀器設備的靜電，電感性負載切換時產生的瞬變電壓，雷擊產生的過電壓保護。使用時TVS管的擊穿電壓要高于被保護電路工作電壓的10％。

4固體放電管

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

3電源線濾波器

電源線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。常用的由無源集中參數構成的單級線路。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1nf~7nf，耐壓3~6KVDC。LL2為共模電感，其電感量與通過電流的大小有關，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際工作條件有關，還與它的安裝情況有關。因此，安裝時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，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備機箱，而是經過濾波之后再進入，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。

4隔離變壓器

隔離變壓器的作用是實現電路的電氣隔離，解決由地線環路帶來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，它是通過輸入與輸出間的電隔離，從而解決公共地的問題。優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端。例如對50HZ工頻來說，由于初級與屏蔽層構成的容抗很高，仍可通過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，使這部分干擾經由分布電容及屏蔽層與初級中線端的連線直接返回電網，而進入次級回路。

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。特點是對共模和差模干擾都有較強的抑制能力。雙重的是一個屏蔽層接變壓器初級的中線，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；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，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、開關型、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實現調節的。當輸輸入電壓因某種因素過高或過低時，其輸出電壓可隨輸入電壓的高低通過自動調節，從而使輸出電壓保持穩定不變。優點是電路簡單、輸出阻抗高、過載能力強、可靠性較高。缺點是穩壓精度不高、輸出電壓波形失真大、有相移和噪聲。不適宜啟動電流大的負載。