電氣隔離技術(shù)在醫(yī)療設(shè)備上的應(yīng)用.pdf

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1、電工電氣(2015No．5)電氣隔離技術(shù)在醫(yī)療設(shè)備上的應(yīng)用信息與交流每{i‘≠“{當(dāng)赫t蘭，t壬電氣隔離技術(shù)在醫(yī)療設(shè)備上的應(yīng)用李傳偉，王燕妮(i威海職業(yè)學(xué)院，山東威海264210；2威海市立醫(yī)院，山東威海264200)0引言電磁隔離與光耦合一樣，通常用于電源系統(tǒng)或模擬隔離器，而非數(shù)字器件。電感耦合是通過(guò)不隨著科技不斷發(fā)展，大型醫(yī)療設(shè)備已經(jīng)成為斷變化的磁場(chǎng)通過(guò)隔離層實(shí)現(xiàn)信息交換，隔離變各大醫(yī)療機(jī)構(gòu)的組成基礎(chǔ)。例~tIDSA、CT、磁共壓器是一個(gè)最常見(jiàn)的例子。電感耦合能夠降低變壓振、ECT等許多大型醫(yī)療設(shè)備，這些設(shè)備內(nèi)部和外器的共模噪聲，并且轉(zhuǎn)換效率不降低。脈沖變壓器部的

2、干擾就會(huì)使得設(shè)備穩(wěn)定性變差，引起控制系傳遞的信號(hào)可以是頻率較高的，最高的可以達(dá)到統(tǒng)工作不穩(wěn)定而產(chǎn)生誤動(dòng)作。要想抑制各種干擾信10MHz，其缺點(diǎn)是容易受到外部電磁場(chǎng)的干擾，因號(hào)，通常采用電氣隔離技術(shù)，也就是將干擾信號(hào)與此為了達(dá)到技術(shù)要求，一般都采取屏蔽技術(shù)進(jìn)行電易干擾的部分隔離開(kāi)，從而把噪聲干擾的路徑切磁屏蔽。常見(jiàn)的脈沖變壓器隔離技術(shù)如圖1所示。斷，抑制噪聲的干擾。1醫(yī)療設(shè)備常用的電氣控制隔離技術(shù)切斷干擾通道，讓現(xiàn)場(chǎng)的采集信號(hào)無(wú)偏差地傳遞到測(cè)量系統(tǒng)，保證醫(yī)療設(shè)備獲得信息的準(zhǔn)確性，通常采用電氣隔離技術(shù)，目的是把相關(guān)的干擾圖1電磁耦合技術(shù)應(yīng)用信號(hào)濾除掉，提高系統(tǒng)的可靠性。常

3、見(jiàn)的隔離方式電磁隔離具有性能高、體積小、反應(yīng)速度快等的工作原理及應(yīng)用電路如下。特點(diǎn)，并且電路簡(jiǎn)單、功耗較低，這些都是光電耦1．1光電耦合隔離合隔離無(wú)法達(dá)到的，因此電磁隔離技術(shù)應(yīng)用面不斷光電隔離簡(jiǎn)稱光耦，通過(guò)完成電一光一電的轉(zhuǎn)擴(kuò)大。換，從而起到輸入、輸出隔離的作用，是應(yīng)用最廣1．3繼電器隔離泛的隔離方式。繼電器是常見(jiàn)的電氣隔離器件，可以通過(guò)小信光的發(fā)射、接收以及信號(hào)的放大是構(gòu)成光耦合號(hào)來(lái)控制大信號(hào)，從而完成電氣控制功能，這樣可器的主要部分，通過(guò)電信號(hào)讓二極管發(fā)光，光信號(hào)以將強(qiáng)電信號(hào)與弱電信號(hào)隔離開(kāi)來(lái)，避免干擾的產(chǎn)促使探測(cè)器產(chǎn)生電流信號(hào)，電流經(jīng)過(guò)放大輸出。這生。典型的繼電

4、器控制電路可以通過(guò)直流信號(hào)控制樣輸入信號(hào)、輸出信號(hào)在電的傳輸上是隔離的，會(huì)交流輸出。極大地降低干擾信號(hào)的產(chǎn)生。醫(yī)療設(shè)備上常用的光1．4電容器隔離電隔離電路還可以通過(guò)兩側(cè)不同的工作電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)不斷變化的電場(chǎng)通過(guò)電容耦合進(jìn)行信息傳不同的電平轉(zhuǎn)換。輸，這種傳輸方式功耗低、成本低、效率高，并光電隔離技術(shù)同樣也存在缺點(diǎn)，如功耗較大，特且抗干擾性強(qiáng)，其主要優(yōu)點(diǎn)是在直流通道上能夠保別是信號(hào)傳輸路數(shù)較多時(shí)更能體現(xiàn)出來(lái)。另外電證輸出極性的不變。電容隔離的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是每路設(shè)計(jì)相對(duì)復(fù)雜，LED燈的發(fā)光效果變差也會(huì)降低個(gè)電容的超低容量，可以實(shí)現(xiàn)多通道高速數(shù)據(jù)傳輸器件的壽命。但是由于光電隔離使

5、用方便，價(jià)格較并實(shí)現(xiàn)多通道隔離器的微電容幾何尺寸。如圖2所低，仍為醫(yī)療設(shè)備電氣隔離的首選。示，電容隔離器包含4條通道：2條交流通道和2條1．2電磁隔離直流通道。一58一電氣隔離技術(shù)在醫(yī)療設(shè)備上的應(yīng)用。電工電氣(2015No．5)路進(jìn)行傳輸。其中光電隔離、電磁隔離和電容隔離是構(gòu)成數(shù)字隔離電路的主要方式。在進(jìn)行數(shù)字信號(hào)的隔離時(shí)應(yīng)該從以下幾個(gè)方面綜合考慮：(1)通信速度：不同的隔離方式有不同的通信速度限制，由于不同的數(shù)字接口可能有較大的速度差異，而較快通信速度的通信接口隔離成本也較高，因此應(yīng)該根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用需求選擇合適的隔離解發(fā)器方式。(2)功耗限制：不同的隔離方式功耗差別

6、較大，比如光電隔離，由于是使用LED發(fā)光的方式傳圖2電容器隔離技術(shù)應(yīng)用遞信號(hào)，因此相應(yīng)的功率較大，在數(shù)字信號(hào)路數(shù)較2醫(yī)療設(shè)備供電系統(tǒng)電氣隔離多時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮相應(yīng)的功耗問(wèn)題。(3)電路設(shè)計(jì)復(fù)雜程度：有的隔離期間需要通過(guò)一些外部電路的配合電源是為醫(yī)療設(shè)備提供能量的主要部分，其中才能夠?qū)崿F(xiàn)隔離信號(hào)的傳遞，如果單路信號(hào)的隔離電源變壓器又是電源的主要構(gòu)成部分。通常選用電路較為復(fù)雜，那么在數(shù)字信號(hào)路數(shù)過(guò)多時(shí)就會(huì)增的隔離變壓器一般情況下要比實(shí)際容量大1．5倍左加電路設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度。右，并且變壓器要有良好的接地，變壓器兩端連接采用雙絞線，這樣可以很好地降低電源線問(wèn)干4模擬信號(hào)的隔離擾，增

7、強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性，同時(shí)隔離變壓器還具有阻抗變換、穩(wěn)定系統(tǒng)、降低短路電流等作用。模擬信號(hào)隔離就是將前一級(jí)的模擬量通過(guò)采用對(duì)于1：1的隔離變壓器，要想達(dá)到良好的隔離各種方式，如光、磁等傳遞到后一級(jí)，這期間要求作用，自身需要有隔離設(shè)施，即采用屏蔽層進(jìn)行隔信號(hào)能夠滿足一定的要求，例如誤差要小，噪聲干離，在原、副繞組之間，繞組引出線端子增加屏擾要達(dá)到設(shè)備控制要求等。模擬信號(hào)通常采用隔離蔽，防止外來(lái)電磁干擾。方式如下：模擬光耦隔離，此電路形式簡(jiǎn)單，容易2．1交流電源供電系統(tǒng)的隔離調(diào)整；隔離模塊電路，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要調(diào)整；A／醫(yī)療設(shè)備的特殊性，決定了醫(yī)療設(shè)備供電系統(tǒng)