醫(yī)療設(shè)備控制中電氣隔離技術(shù)的應(yīng)用探討

沈金龍（南京新穎氧醫(yī)療科技有限公司,南京 211500）

醫(yī)療設(shè)備控制中電氣隔離技術(shù)的應(yīng)用探討

沈金龍
（南京新穎氧醫(yī)療科技有限公司,南京 211500）

摘 要：我國醫(yī)療技術(shù)的飛速發(fā)展和醫(yī)療設(shè)備不斷提高的精準(zhǔn)度密切相關(guān)。隨著科學(xué)技術(shù)的社會應(yīng)用性逐漸提高，許多醫(yī)療設(shè)備也開始引進(jìn)高新技術(shù)，電氣隔離技術(shù)就是一個成功的典型。因?yàn)獒t(yī)療設(shè)備上經(jīng)常會使用到電子設(shè)備，它產(chǎn)生的電磁場和噪音會影響醫(yī)療設(shè)備的精確度，所以必須應(yīng)用電氣隔離技術(shù)以防止電氣設(shè)備噪聲的干擾。本文介紹了電氣隔離技術(shù)的隔離原理，并以此為基礎(chǔ)分析了電氣隔離技術(shù)在醫(yī)療設(shè)備中的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：醫(yī)療設(shè)備；電氣隔離設(shè)備；電氣隔離技術(shù)；應(yīng)用

將電氣隔離技術(shù)應(yīng)用到醫(yī)療設(shè)備上，其主要目的就是在電路上就把干擾源和易被干擾的設(shè)備進(jìn)行隔離，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)控制電磁場和噪音信號干擾的最終目的，提高醫(yī)療設(shè)備的精準(zhǔn)度。目前電氣隔離技術(shù)已經(jīng)順利地應(yīng)用在醫(yī)療設(shè)備上，大部分的電子設(shè)備的電磁場都能得到有效控制，電路噪音也有效隔離。

1 電氣隔離技術(shù)的隔離原理

目前醫(yī)療設(shè)備中應(yīng)用的光電隔離技術(shù)主要是通過光電耦合設(shè)備完成。光電耦合設(shè)備由發(fā)光元件和光敏性較高的器件組合而成，有效實(shí)現(xiàn)了光、電之間的轉(zhuǎn)化。該設(shè)備的工作原理為：當(dāng)光電耦合設(shè)備的輸入接口接受到傳遞的電信號后，其中的發(fā)光元件因?yàn)橥姸l(fā)光，當(dāng)光敏性較高的器件感應(yīng)到光線后就產(chǎn)生電流，系統(tǒng)電路導(dǎo)通；當(dāng)光電耦合設(shè)備沒有接收到電信號時，發(fā)光元件不會發(fā)生變化，光敏性較高的器件也不會產(chǎn)生電流，系統(tǒng)斷開[1]。

2 電氣隔離技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

光電耦合設(shè)備不僅具有傳遞信號的功能，還能有效地減少噪聲并控制隔離電磁場的干擾。這種隔離技術(shù)主要優(yōu)點(diǎn)有：

（1）光電耦合設(shè)備具有高壓隔離作用。因?yàn)橛行┰O(shè)備能夠承受上千伏的電壓，如果設(shè)備的外部設(shè)施出現(xiàn)安全問題如傳遞信號短接，光電耦合設(shè)備就會就會發(fā)揮它的承高壓功能，保護(hù)設(shè)備儀器安全運(yùn)行不受損害。

（2）常態(tài)下光電耦合設(shè)備的反應(yīng)速度非常快，響應(yīng)快速靈敏，它的反應(yīng)時間一般不會超過5微秒，因此它能及時抑制磁場信號的干擾。

（3）光電耦合設(shè)備內(nèi)的輸入阻抗非常小，只有300～500歐姆，但是磁場干擾源的阻抗卻非常大，差不多有105～106歐姆。根據(jù)分壓理論我們可以知道，電氣隔離設(shè)備可以減弱較大的干擾電壓幅度，使得進(jìn)入該設(shè)備內(nèi)輸入接口的噪聲電壓變小，從而產(chǎn)生較小的電流，以至于不能使發(fā)光原件發(fā)光，進(jìn)而將電信號與醫(yī)療設(shè)備隔離[2]。

（4）設(shè)備兩個端口之間不存在電氣，而且分布在兩端的電容微乎其微，然而設(shè)備中的絕緣電阻又非常大，所以在這種情況下電路中的噪聲干擾無法經(jīng)由光電耦合設(shè)備傳輸，消除對設(shè)備的干擾。

3 醫(yī)療設(shè)備控制中電氣隔離技術(shù)的應(yīng)用

光電耦合設(shè)備的兩端分別安裝有發(fā)光器和受光器，因此該設(shè)備中的電氣是通過感光和發(fā)光元件聯(lián)系，而沒有直接以電流的方式實(shí)現(xiàn)電力傳遞。光電耦合設(shè)備中的輸入抗阻值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于干擾源的阻抗值，因此在該設(shè)備的輸入接口處實(shí)行分壓不會產(chǎn)生較大干擾，傳輸過來的電流也變得十分微弱，很難使設(shè)備上的發(fā)光元件發(fā)光。此外，光電耦合設(shè)備不但能夠抑制電磁場的干擾，還能降低干擾信號反饋到醫(yī)療設(shè)備的可能性，從而實(shí)現(xiàn)干擾隔離。醫(yī)療設(shè)備控制中電氣隔離技術(shù)的具體應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）信號傳遞過程中的隔離。光電隔離技術(shù)的經(jīng)常應(yīng)用在醫(yī)療設(shè)備控制系統(tǒng)的信號傳遞過程中。因?yàn)獒t(yī)療設(shè)備控制系統(tǒng)中的測控設(shè)備和被測控設(shè)備要進(jìn)行信號傳遞就必須經(jīng)過一段較長的距離，在這段距離中信號極易被干擾，從而使信號發(fā)生失真或者變異，降低醫(yī)療設(shè)備的精確度。同時信號傳遞過程中經(jīng)常會因?yàn)閮蓚€設(shè)備之前電位值不同而產(chǎn)生電位差，對醫(yī)療設(shè)備電壓造成干擾[3]。光電耦合設(shè)備的應(yīng)用大大減少了信號傳遞過程的干擾，它將兩設(shè)備之間的電氣隔開，提高設(shè)備的獨(dú)立性，消除了形成環(huán)路的可能。

（2）醫(yī)療設(shè)備控制中接口處的隔離。實(shí)踐中，一般會在醫(yī)療設(shè)備控制系統(tǒng)的接口處安裝光電耦合設(shè)備隔離干擾噪音和干擾電磁場。醫(yī)療設(shè)備的檢測信號通過線路傳遞，最終全部匯集到控制系統(tǒng)的信號輸入接口，不同的接口接受的信號類型也不同，經(jīng)過系統(tǒng)處理產(chǎn)生操作命令，這些命令信號會被控制進(jìn)而傳遞到操作設(shè)備，由操作設(shè)備執(zhí)行相應(yīng)的命令。如果醫(yī)療設(shè)備的檢測環(huán)境達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，電力中就會產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁場，一旦被磁場影響的檢測信號在醫(yī)療設(shè)備中傳遞、被執(zhí)行，就會產(chǎn)生較多失誤，使醫(yī)療設(shè)備的準(zhǔn)確性大幅度降低。將光電耦合設(shè)備安裝在醫(yī)療設(shè)備控制系統(tǒng)的信號接收端口，能夠最大程度上抑制干擾信號的傳遞。

（3）過零檢測中的隔離。目前，研究人員已經(jīng)將光電耦合設(shè)備和過零檢測設(shè)備結(jié)合在一起。所謂過零檢測就是通過醫(yī)療室設(shè)備控制系統(tǒng)自我檢測交流電路中的電壓過零點(diǎn)，繼而發(fā)出驅(qū)動命令控制電路的開關(guān)。光電耦合設(shè)備應(yīng)用在在這一檢測過程中，可以降低電路中的電磁場干擾信號的強(qiáng)度，從而提高過零檢測的準(zhǔn)確度，利于醫(yī)療設(shè)備功能的正常發(fā)揮。

（4）醫(yī)療設(shè)備驅(qū)動電路的隔離。在控制醫(yī)療設(shè)備時通常會利用計算機(jī)內(nèi)的程序控制系統(tǒng)的開關(guān)，但是這種開關(guān)的驅(qū)動功能不足，不能控制某些電磁執(zhí)行設(shè)備，此時就需要在該控制系統(tǒng)內(nèi)加裝驅(qū)動電路。為了降低驅(qū)動電路內(nèi)電磁場和信號的干擾，需要在該系統(tǒng)內(nèi)裝設(shè)光電耦合設(shè)備隔離來自驅(qū)動電路干擾。目前使用最多的驅(qū)動電路是馬達(dá)高壓電路，它依靠MOSFET功率管產(chǎn)生電流進(jìn)而控制開關(guān)，其產(chǎn)生的開關(guān)命令經(jīng)過光電耦合設(shè)備的隔離后準(zhǔn)確無誤的傳遞到控制系統(tǒng)內(nèi)[4]。

4 結(jié)束語

文章以電氣隔離技術(shù)的隔離原理為中心，介紹了目前效果最好的光電耦合設(shè)備，著重分析了光電耦合設(shè)備在醫(yī)療控制系統(tǒng)內(nèi)的具體應(yīng)用。醫(yī)療設(shè)備控制系統(tǒng)中的電氣隔離普遍利用光電耦合設(shè)備實(shí)現(xiàn)，在應(yīng)用設(shè)備該設(shè)備時，必須將兩個獨(dú)立電源分別安裝在輸入接口處和輸出接口處，如果兩個電源合為一個，那么光電耦合設(shè)備就會完全失去隔離作用。在應(yīng)用光電耦合設(shè)備室必須確保所有的信號都被隔離，以達(dá)到完美的隔離效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]于敏.光電隔離技術(shù)在醫(yī)療設(shè)備控制上的應(yīng)用[J].中國醫(yī)療設(shè)備,2010(05):41-43.

[2]王燕妮.電氣隔離在醫(yī)療設(shè)備控制系統(tǒng)上的應(yīng)用[J].醫(yī)療裝備,2011(03):9-12.

[3]王燕妮.電氣隔離在醫(yī)療設(shè)備控制系統(tǒng)上的應(yīng)用[C].《醫(yī)療裝備》雜志社、全國臨床醫(yī)學(xué)工程學(xué)會.57屆中國國際醫(yī)療器械博覽會論文集.《醫(yī)療裝備》雜志社、全國臨床醫(yī)學(xué)工程學(xué)會,2014:4.

[4]李輝.醫(yī)療設(shè)備電氣控制線路的各種隔離與技術(shù)措施分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2013(05):87.

作者簡介：沈金龍（1988-），男，江蘇南京人，本科，研究方向：醫(yī)療器械自動控制。