电磁干扰及其对医疗仪器设备的影响与对策

2.2.1 电场屏蔽

仪器设备中电位不同物体间（包括导线间）的相互感应可看成是分布电容间的电压分配。为了减少干扰源对被感应物的干扰，通常采取的措施是：增大干扰源与被感应物的距离，减小分布电容；尽可能让被感应物贴近接地板，增大其对地的电容；在两者间加入金属屏蔽层。屏蔽层必须是导电良好的导体，要有足够的强度，接地要好。例如心脑电图机、监护仪、针灸电疗仪或银针直接接触人体的仪器设备应远离超短波治疗机、高频电刀、X射线机、CT、MRI及一切能辐射电磁波的医疗设备的辐射区内。我市某医院有一台500mAX线机的高压电缆有一处表皮因其它原因被烤焦，开机后造成其它仪器设备不能正常工作，经过多次分析和检查，才发现是由此而引起的。可见X线机的高压电缆屏蔽层的重要性。

2.2.2 磁场屏蔽

磁场屏蔽是指对直流或低频磁场的屏蔽。其屏蔽原理是利用屏蔽体的高导磁率、低磁阻特性对磁通所起的磁分路作用，从而削弱屏蔽体内部的磁场。为了减少屏蔽体的磁阻，所用材料必须是高导磁率的，有一定的厚度的材料。被屏蔽物要尽量放在屏蔽体的中心位置，注意缝隙。通风孔等要顺着磁场方向分布。对强磁场的屏蔽可采用双层屏蔽体结构。所有材料因磁场强度的强弱而定：当要屏蔽外部强磁场时，外层屏蔽体用不易滋饱和的（如硅钢）材料；内层则用易饱和的（如坡莫合金）高导磁材料。反之，所用材料倒过来即可。安装时彼此间的磁路绝缘，无接地要求时用绝缘材料作支撑。有接地要求的可用非铁磁材料的金属作支撑。因屏蔽体兼有电、磁屏蔽功能，通常是要求接地的。

2.2.3 电磁场屏蔽

电磁场屏蔽的作用是防止电磁场在空间传播。它是利用屏蔽体金属材料对电磁波的反射和吸收作用来实现的。其过程是：当电磁波达到屏蔽体金属表面时，金属表面就起反射作用，而未被完全反射的电磁波进入屏蔽体内部时，继续向前传播的过程中会被屏蔽体金属吸收；当部分未被吸收掉的电磁波透过金属到达屏蔽体的另一表层时，在金属与空气交界上会再次形成反射，重返屏蔽层内部，这样在屏蔽体内部形成多次反射与吸收。

3 抑制干扰的技术

3.1 专用线路

为了抑制仪器设备间的相互干扰，最简单的方法是采用分相供电制。即：在三线供电线路中认定一相作为敏感设备的供电电源；一相作为外部设备的供电电源；再一相作为常用测试仪器或其它辅助设备的供电电源。这种措施常应用在大型的医疗仪器设备供电系统。

值得注意的是在现代医用电子仪器设备系统中，由于配电线路中非线性负载的使用，造成线路中谐波电流的存在，而零序分量谐波在中线里不能相互抵消，反而叠加，因此过于迁细的中线会造成线路阻抗的增加，干扰也将增加。同时过细的中线还会造成中线过热。

3.2 瞬变干扰抑制器

3.2.1 气体放电管

俗称避雷管。优点是绝缘电阻高、寄生电容小、浪涌吸收能力强。缺点是对浪涌电压的响应速度低。

3.2.2 金属氧化物压敏电阻

压敏电阻的主要参数是标称电压和通流容量。在使用时，压敏电阻的电压选择要考虑被保护线路可能有的波动电压，一般取1.2～1.4倍。如果是交流电路，还要注意电压的有效值与峰值间的关系。例如220V时其压敏电阻的标称电压应是220×1.4×1.4＝430V。通流容量应根据所需保护的具体场合进行合理的选择。使用时除了安装引线不宜过长，还不宜在高频场合使用。前者因压敏电阻对瞬变干扰吸收时的高速性能（us）级，引线越长感应电压越大，后者因压敏电阻的固有电容（数千～数百PF）。

3.2.3 硅瞬变电压吸收二极管（TVS管）

TVS管又叫瞬态电压抑制电路。当瞬态电压保护二极管受到反向瞬态高能量冲击时，以1×10－12s的速度，将其两极间的高阻抗变成低阻抗，吸收高达数千瓦的浪涌功率，使两极间的电压箝位于一个预定值，有效地保护了电子线路的敏感元件。具体又分为单向和双向两种。主要参数是击穿电压、漏电流和电容。特点是响应时间快（亚us级）、浪涌吸收能力高、瞬态功率大、漏电流小、箝位电压易控制、没有损伤极限和体积小等。广泛应用于医疗仪器设备的静电，电感性负载切换时产生的瞬变电压，雷击产生的过电压保护。使用时TVS管的击穿电压要高于被保护电路工作电压的10％。

3.2.4 固体放电管

固体放电管的特点是响应速度快（10～20ns级），吸收电流大、动作电压稳定、使用寿命长。其工作原理是：当外界干扰低于触发电压时，放电管处于截止状态；当干扰电压超出触发电压时，放电管工作在负阻区。此时电流极大，使干扰能量转移。随着干扰的减少，通过放电管的电流回落，当干扰电流低于维持电流时，放电管从低阻区回到高阻区，完成～次放电过程。

3.3 电源线滤波器

电源线滤波器安装在电源与电子设备之间，主要起抑制电能传输中寄生的电磁干扰，提高设备工作可靠性的作用。常用的由无源集中参数（电感、电容、电阻）构成的单级线路。如图1所示。图中Cx为差模电容，起衰减差模干扰的作用。在220V交流电源中取为几十～几百nF，耐压250VAC。Cy为共模电容，起衰减共模干扰的作用。一般取1nf4.7nf，耐压36KVDC。L1、L2为共模电感，其电感量与通过电流的大小有关，对共模电流有很好的滤波效果。典型值为几百nH～几mH。R起消除滤波器上可能出现的静电积累。滤波器对电磁干扰的抑制作用的好坏不仅与它的设计与实际工作条件有关，还与它的安装情况有关。因此，安装时一定要确保滤波器外壳与设备的金属外壳接触良好后，再与大地可靠接触，同时，还要考虑输入和输出线路之间不存在耦合，合理安排滤波器的引线安装位置。最好的办法是电源线不直接进入设备机箱，而是经过滤波之后再进入，利用机壳的自然屏蔽，把电源线干扰排除在设备之外。

提高滤波器性能的措施：一是使用带地线电感的滤波器。这样可以抑制地线上的干扰。二是采用多级滤波器。三是滤波器与吸收器件组合使用。四是使用新型软磁材料。五是加接有耗元件。

3.4 隔离变压器

隔离变压器的作用是实现电路的电气隔离，解决由地线环路带来的设备间的相互干扰。

3.4.1 普通隔离变压器

普通隔离变压器在初级与次级间不设屏蔽层，它是通过输入与输出间的电隔离，从而解决公共地的问题。优点是对共模干扰有一定的抑制作用，其大小可用初次级间的分布电容和设备对地分布电容的比值来估算。通常初次级间的分布电容为几百Pf，设备对地分布电容为几几十nF，因此共模干扰的衰减值在1020倍左右（2030dB）。缺点是对共模干扰的抑制效果因绕组间的分布电容随频率升高而下降。