医用激光设备电磁发射超标的原因分析与整改

黄丹 徐珂 浙江省医疗器械检验院 （浙江 杭州 310018）

近些年来，随着电子技术、通讯技术的飞速发展，越来越多的电子电气设备被广泛应用于日常的生产生活。其中，医用激光设备的临床应用发展迅速。激光技术、微电子技术的发展使得医用激光设备正朝着小型化、集成化的方向发展，越来越多的医用激光设备应用于疾病的临床诊断与治疗中。电子电气设备的广泛应用也导致了空间环境中的电磁能量急剧增长。实践证明，在复杂的电磁环境中，电磁干扰会对医用激光设备的正常使用产生不利影响并可能会影响在使用中的安全性。由于空间的电磁环境日趋复杂，如何保证电子电气设备能够在空间复杂的电磁环境中正常工作，降低此类设备间的相互干扰，成为一个亟待解决的问题。

医用激光设备与人民群众的生命安全息息相关，如何提高这类设备的电磁兼容性显得尤为重要，在产品开发过程中意义重大。对于在设计开发阶段中电磁兼容测试不合格的产品，可以将电磁兼容性充分考虑进去，按照相关规范和要求对产品问题进行定位并重新设计，从而在根本上解决电磁兼容问题。但是目前面临的现状是，由于对电磁兼容性的要求不够重视，很多产品在设计之初普遍没有考虑电磁兼容问题，往往是定型生产后，发现电磁兼容测试不合格，再进行整改。对于这种问题，只能遵循“发现什么，解决什么”的原则进行解决，使产品符合电磁兼容性的要求。本文就医用激光设备电磁兼容测试中传导发射和辐射发射超标问题进行了系统分析和总结，可以较好的解决电磁发射超标问题。

1.电磁发射的机制

电磁兼容性是指设备在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力[1]。其中电磁骚扰是引起电磁干扰的原因，而电磁骚扰分为对空间的辐射发射（RE）以及在电源线上的传导发射（CE）。通常把电磁发射源、传播途径和电磁敏感设备称为电磁干扰的三要素[2]。发射源是源头，传播途径是媒介，电磁敏感设备是受体，电磁干扰是它们相互作用的结果，三者缺一不可。

控制电磁干扰主要是控制电磁骚扰源（抑制电磁骚扰）。

2.电磁发射超标的诊断和整改方法

2.1 传导发射

传导发射主要考核产品网电源在150kHz～30MHz频段的传导发射特性[3]。对于传导骚扰超标的医用激光设备，一般可采取以下方法进行诊断：①检查设备有无使用了电源滤波器或滤波电路。②检查电源滤波器或滤波电容的安装位置是否正确。③检查线缆之间的隔离是否足够。④检查滤波器是否合适。

在进行整改时，如果原来没有使用电源滤波器或滤波电容，那么首先可以考虑增加滤波器或滤波器件。在增加滤波器或滤波器件时，应注意考虑位置是否合适、接地是否可靠良好、电源的输入端与输出端之间是否进行了有效隔离等相关问题。

此外，增加电源线和信号线缆之间的距离，如对两者进行物理隔离、使用屏蔽线缆、加套磁环等也是降低传导骚扰的一种方法。

若采用上述方法后，传导骚扰仍然超标，则需着重考虑滤波器或滤波器件的选择问题，通过调整滤波器的参数进行优化，直至传导骚扰测试合格为止。

2.2 辐射发射

辐射发射主要考核被测设备通过辐射方式传播的电磁波能量，根据产品的分类，GB 4824标准给出了30MHz～1GHz频率范围的限值。而形成有效的辐射发射骚扰，需要具备骚扰源和辐射途径两端要素。

在进行辐射超标原因的诊断分析时，可以根据产品工作特性，逐步拔插各接口线缆，或关闭板卡电源，确认噪声辐射源头。噪声源是产品板卡自身产生的还是电路噪声通过线缆作为天线辐射出去。医用激光设备与其他医用电气设备的不同之处在于其导光系统常常会带来问题，导致辐射发射超标，在进行诊断分析时应特别注意[4]。

对于辐射骚扰超标的医用激光设备，通常采用以下5种方法进行整改：①通过对PCB或电路自身信号特点进行分析整改：如PCB叠成的定义，是否每层信号都有相应映像平面层；信号线串扰的路径，是否符合3W法则；信号端口的滤波处理；高速信号的源，终端阻抗匹配；用近场探头模拟接收天线，寻找噪声源等。②结构屏蔽：这种方法往往优先考虑，在医用激光设备的研发过程中，对于金属屏蔽开孔设计往往会非常注意，但缝隙的处理一般会被忽略，缝隙处理是屏蔽效能高低的关键，一般噪声，特别是高频噪声易从缝隙泄漏，缝隙允许长度一般以最高频率的λ/20为判定条件。③对进行处理线缆处理：如用屏蔽线缆（注意屏蔽层需与接插头搭接）；加套磁环（注意磁环需要绕线1.5圈）等。④对导光臂的接缝处做屏蔽处理。⑤软件处理：可以通过软件更改高频信号传输频率，或使用展频。使用这种方法很可能影响产品的功能，所以一般不推荐使用。

除了以上方法外，增加滤波器或滤波器件也是降低辐射骚扰的一种方法。滤波器的使用和选择方法在传导骚扰超标的整改方法中已经给出，这里就不再累述。

3.案例分析

根据相关试验要求，在进行医用激光设备的传导骚扰和辐射骚扰测试时应该在设备最大发射状态下进行，即满功率工作状态。

某型医用激光设备由220V交流供电，在进行传导骚扰和辐射骚扰时，均超过1组A类标准的限值的要求。对于辐射骚扰超标，首先考虑是线缆辐射超标所致。拔掉信号线缆，只接电源对线缆进行分类排查，发现测试结果并没有明显改善。将产品外壳拆开后，发现主控板未进行屏蔽处理，其信号电缆进行了屏蔽但未接地。在对产品做了屏蔽处理并对信号电缆进行接地处理后，测试结果有了较大改善，具体见图1。

图1. 整改后的辐射发射测试结果

对于传导骚扰，首先考虑是滤波不良导致的。检查机器内部滤波器的安装，发现其输入线和输出线较长，并且用扎带将两条线捆在了一起，分析可能是机器内部产生的干扰信号窜扰到了滤波器电源的输出线上，再耦合到了产品外部的电源线上。通过采取将滤波器的输入线和输出线做物理隔离，在输入线上加装磁环后，得出最终测试结果见图2，发现可以有效解决传导发射超标。

图2. 整改后的传导发射测试结果

4.小结

本文针对医用激光设备在电磁兼容测试中出现的电磁干扰超标问题提出了整改建议，可以较好的指导问题产品通过电磁兼容测试。针对在产品设计定型后进行电磁兼容测试出现的问题，还是只能采取“发现什么，解决什么”的方法，实现符合电磁兼容要求的目的。要有效解决产品的电磁兼容问题，还需要研发人员在产品设计之初，就全局考虑产品的电磁兼容问题，在源头上降低产品出现电磁兼容问题的可能性。

[1]国家质量监督检验检疫总局,国家标准化管理委员会.GB/T4365-2003,电工术语 电磁兼容[S].北京:中国标准出版社,2003.

[2]周旭.电子设备防干扰原理与技术[M].北京:国防工业出版社,2005.

[3]孙正捷,黄丹,张沁园,等.电子内窥镜的电磁兼容特性分析[J].医疗卫生装备,2016,37(4):135-17,140.

[4]任达志,孟志平,李娜.医用激光设备电磁兼容的检测与整改[J].医疗装备,2016,29(19):21-23.