醫療設備輻射騷擾的整改措施研究

梁 珺

（國家家用電器產品質量監督檢驗中心（安徽）/合肥產品質量監督檢驗研究院 合肥 230088）

引言

近年來，隨著醫療設備技術不斷發展，各種新型醫療設備層出不窮，在對病情的診斷和治療方面起到重要的作用。隨著醫療設備的靈敏度和智能化水平不斷提高，同時其診療系統使用了各種高頻、射頻發射元件和部件，工作時可能受到電磁干擾，或作為干擾源傳播電磁波，影響環境中其它設備的工作[1]。從而影響醫療設備診斷的準確性，甚至危及病人的生命安全。醫療器械電磁兼容符合YY 0505-2012、GB 4824-2013標準要求是迫切需要解決的問題。

醫療設備結構復雜，往往在電磁兼容性能中輻射騷擾（RE）問題突出且較難整改，本文通過對輻射騷擾超限值案例的整改分析，為醫療設備廠商設計產品時對輻射騷擾問題的抑制帶來幫助。

1 輻射騷擾超限值案例分析

輻射騷擾測量是檢測設備通過空間傳播的騷擾輻射場強[2]。輻射現象的產生必然存在著天線與源，其測試實質就是測試產品中兩種等效天線所產生的輻射信號[3]。

依據標準GB 4824-2013的測試要求，某臺醫療設備正常工作時的輻射騷擾存在包絡式超標，如圖1所示。為了分析超限值原因，在設備待機狀態進行了測試，如圖2所示，包絡式超標消失。由于設備待機狀態下，逆變控制模塊還未啟動，根據排除法可初步確定該包絡式超標是由于逆變控制電路的工作產生的。為了對設備進行有效整改，首先需要確定引起超標的具體位置，然后根據超標位置及原因進行整改設計。

逆變控制電路工作時，電路中處于開關狀態的功率模塊及連接線纜容易導致輻射超標。該樣品中的逆變控制電路模塊通過多根線纜（逆變輸出線、加熱控制線、220 V供電線、信號反饋線）與其他模塊相連，所以需要確定騷擾源為具體哪一根或哪幾根線纜。同時，原電路板安裝盒為不銹鋼殼體，存在較多的孔縫，沒有考慮屏蔽性能，進出安裝盒的線纜只有部分為屏蔽線纜，且屏蔽層在殼體處沒有進行360 °環接處理。高頻干擾噪聲有可能通過其他非屏蔽線纜或自身屏蔽不良處輻射出去，因此還需要對該模塊做有效的屏蔽處理。綜上所述，需對逆變控制電路和內部模塊布局兩個方面進行整改優化。

2 逆變控制電路優化

為了定位騷擾源，從而有針對性的進行電路優化，在設備正常工作狀態下，我們借助頻譜儀和近場探頭對該電路模塊及相關連接線纜的輻射情況進行分別測試，了解各部分輻射頻譜分布及強度。圖3～圖6為使用頻譜儀和近場探頭測得的各線束輻射情況。

圖1 正常工作狀態輻射騷擾曲線

圖2 待機狀態輻射騷擾曲線

圖3 逆變輸出線

圖4 加熱控制線

圖5 220 V供電線

由圖3～圖6可發現，逆變輸出線的電磁輻射最強。該設備逆變輸出線連接的是工作于快速開關狀態的功率電路單元，屬于交變的高電壓、大電流信號，其輸出信號的特性決定了該線纜具有很強的電磁輻射能力，因此可以確定該部分是引起輻射超標的主要原因。

為了降低逆變輸出線的輻射騷擾，可以在逆變控制電路板上對該電路做一定的濾波處理，從源頭抑制高次諧波，降低輸出線纜上的高頻成分。因此在輸出端增加濾波電路模塊如圖7所示，使得該電路對信號做共模差模濾波。輸出增加該濾波電路模塊后，采用相同的輸出功率測試逆變線頻譜強度，如圖8所示可以看到輻射強度明顯降低。

3 內部模塊布局優化

對于原電路安裝盒屏蔽不良問題，具體方法是電路板安裝盒采用屏蔽效果良好的金屬殼體設計，所有進出安裝盒的線纜屏蔽層通過穿墻板與外殼做到360 °環接。穿墻板的框架為鍍有金屬導電層的塑料構件，中間穿有導電膠。線纜屏蔽層可以與導電橡膠做到360 °良好環接，并最終實現與殼體相連。線纜屏蔽層的另一端通過接地尼龍夾與機架相連，由于接地尼龍夾表面為金屬導電材料，因此可以做到屏蔽層360 °環接接地。屏蔽盒殼體與整機機架良好搭接，這樣屏蔽盒與線纜屏蔽層就可以實現良好的屏蔽性能。為了進一步抑制線纜對外輻射強度，在屏蔽盒外側線纜和控制電機的驅動線上再分別套上EMC磁環，抑制共模騷擾。

4 優化結果驗證

通過對電路板增加濾波模塊、對電路及線纜做良好屏蔽處理，達到抑制高頻噪聲輻射的目的。圖11是增加濾波及屏蔽措施后的輻射騷擾實測情況，從圖中可以看到，所采用的優化方案效果顯著，逆變控制電路正常工作后輻射強度大幅降低，基本滿足要求。原先的低頻段包絡式超標整體下降。再經過多次測量，測量結果基本一致，這樣確保測量結果有6 dB以上的余量就可以保證最終測試結果通過。

5 總結

圖6 信號反饋線

圖7 濾波電路模塊

圖8 濾波電路效果對比

圖9 穿墻板

圖10 接地尼龍夾

醫療設備出現輻射騷擾超限值情況時，困難和重點往往在于尋找和定位騷擾源，根據上述案例分析可知，通過分析測試曲線，利用近場探頭和頻譜儀、或者通過排除法逐個插拔線纜測試，基本都可以找到騷擾源。查找騷擾源時，應重點關注電源線、信號線等易產生輻射騷擾的線纜。

圖11 整改后輻射騷擾復測曲線

針對騷擾源進行整改設計時，一般可以根據不同醫療設備的特性，從屏蔽、濾波、接地三個方面考慮。對于醫療設備來說，往往內部存在多個功能模塊電路，用來連接各模塊的線纜也很多，但設備外殼多為塑料材質，這就要求加強設備內部模塊的屏蔽效果。內部模塊電路安裝盒可以采用屏蔽效果良好的金屬殼體，通過反射、吸收、抵消等抑制內部干擾不外流，并盡可能減少縫隙，根據經驗公式，一般情況下縫隙長度滿足公式（1），則不會產生嚴重的電磁波泄露[4]。同時，連接線纜采用屏蔽線纜，將金屬外殼和屏蔽線纜良好接地，使能量得到釋放，也可降低電磁騷擾。對于設備內的單獨功能模塊，若存在晶振電路或大功率輸出信號，需考慮對其高次諧波分量和信號輸出端的濾波措施，例如利用電容、電感、電阻或共模電感等配置濾波電路。

式中：L為縫隙長度；如果是圓孔，L代表直徑。

同時，如果在醫療設備的設計階段沒有很好的考慮到電磁兼容問題，醫療設備進行注冊檢驗時，若出現輻射騷擾超限值情況，對于整機來說，內部電路已經模塊化且較難整改。建議企業可在設備設計初期在電路設計和模塊布局上考慮電磁兼容問題，避免電磁兼容超標風險，不僅可以降低成本，還能加快產品注冊效率。