醫療設備光電編碼器故障維修三例

蔡新良，陳志敏

南部戰區海軍第一醫院 （廣東湛江 524005）

光電編碼器是一種集成了光學、機械及電子技術的數字化傳感器，是很多醫療設備必不可少的部件，可檢測設備的機械運行狀態，若其發生故障，可影響設備正常使用。因此，快速查找光電編碼器的故障發生原因并完成修復工作至關重要。通常情況下，維修工程師采用人工與設備檢測相結合的方式確認光電編碼器故障點，但效率較低。加之，光電編碼器運行速度較快，人工檢測難以準確發現故障點，維修難度較大。因此，掌握光電編碼器的工作原理及常見故障維修方法十分必要。本研究介紹了醫療設備光電編碼器的工作原理、應用特點及常見故障診斷方法，并以螺旋CT、柯達900 系列數字X 線攝影儀及E 型麻醉機3 種醫療設備為例，分享光電編碼器故障維修3 例，以期為同行提供參考。

1 工作原理

光電編碼器是一種利用光電轉換原理，將輸出軸上的機械幾何位移量轉換成脈沖或數字量的傳感器，其主要由光柵盤和光電檢測裝置組成[1]。光柵盤與電動機同速旋轉，經發光二極管等電子元件組成的檢測裝置檢測輸出若干脈沖信號，通過計算光電編碼器單位時間內具體的輸出脈沖數量，即可獲得電動機的準確轉速。在判斷旋轉方向時，碼盤可提供相位相差90°的兩路脈沖信號。

2 應用特點

從測量精度方面來看，光電編碼器遠超于傳統機械測量位移裝置，且在具體應用過程中具有較強的抗干擾能力，應用成本相對較低。但光電編碼器的結構組成導致其應用范圍具有一定局限性。光電編碼器的計算精度決定于碼盤上的刻線，精度越高，要求碼盤及編碼器的體積越大，不僅會增加制作難度及成本，且無法保證精度的連續性[2]。此外，在較惡劣的環境下，如溫度變化較大、污染嚴重或振動劇烈等，光電編碼器的運行性能并不穩定。

3 常見故障診斷方法

光電編碼器常見故障診斷方法包括以信號處理為基礎的故障診斷方法及以統計分析為基礎的故障診斷方法。（1）以信號處理為基礎的故障診斷方法：該故障診斷方法分為時域分析法及時頻分析法。時域分析法是將光電編碼器具體運轉情況繪制成曲線，通過觀察曲線變化判斷是否有故障出現。但該方法在應用中存在一定局限，如對維修工程師能力要求較高，受主觀影響較大，判斷結果并不一定準確，經檢測后可發現故障但無法定位故障點[3]。時頻分析法通過故障與正常光電編碼器信號頻率的差異診斷故障。該方法的缺點在于難以發現信號頻率差異較小的故障。（2）以統計分析為基礎的故障診斷方法：該法是通過統計分析光電編碼器大量故障數據，對比后獲得具體的故障類型。

4 光電編碼器故障維修案例

4.1 螺旋CT 故障

4.1.1 故障現象

控制臺及機架旋轉運動相關程序無法正常運行；機架啟動時，若有跳開問題出現在電機繼電器處，立即觸發保護性停止。

4.1.2 故障分析與處理

掃描機架孔上配置了分布2 000 多個割槽的圓形光柵系統，機架孔內部的檢測板上安裝有光耦，當機架旋轉時，光敏管在光柵作用下間斷接受光線而產生脈沖，并將其上傳至計算機控制板，以控制電機的工作狀態。檢查發現錯誤代碼“ER07b”反復出現，表明機架產生的脈沖信號出現異常。該螺旋CT 一般處于高速運行狀態，光電電路可能受到較嚴重的污染。因此，初步推測光電部分出現異常。于是，將機架斷電，檢查檢測板（確認完好），清潔光電管和光柵[4]。通電后重啟設備，有關機架旋轉的執行程序可正常運行，故障排除。

4.2 柯達900 系列數字X 線攝影儀故障

4.2.1 故障現象

使用過程中，掃描圖像內出現橫向干擾偽影。

4.2.2 故障分析與處理

根據故障現象，首先進行慢掃測試，測試發現電機速度幅值圖與標準圖像之間存在較大差異，推測光電編碼器受污染的可能性較大。于是，徹底清潔光電編碼器，重新進行電流及速度慢掃測試，測試后獲取與標準圖像一致的圖形，且未觀察到偽影，故障排除。

4.3 E 型麻醉機故障

4.3.1 故障現象

開機后，E 型麻醉機呼吸機部分的馬達直接沖至螺桿頂部。

4.3.2 故障分析與處理

首先，檢查電源部分，電源正常，可排除驅動電源故障。其次，為確定馬達的初始位置，在起步位置設置光耦開關，考慮到光電編碼器的作用為測量馬達的具體位置及行程，結合故障現象，初步判斷為控制系統故障。然后，拆下光電編碼器并通電，未發現二極管紅光。因此，可確定光電編碼器受損。最后，更換同型號的光電編碼器后開機，發現儀器可正常工作，馬達未出現沖頂情況，故障排除[5]。

5 小結

光電編碼器為進口元器件，一旦發生故障，更換成本較高。在日常工作中，維修工程師應在掌握光電編碼器工作原理、應用特點的基礎上，總結維修方法，積累相關經驗，迅速定位故障點，完成故障維修，保障臨床診療工作的順利開展。