聚焦超聲治療設(shè)備的EFT耦合特性與抗擾度研究.pdf

1、背景:醫(yī)用電氣設(shè)備EMC性能的好與壞會(huì)直接影響患者及操作者的安全。CFDA于2012年頒布了YY0505-2012《醫(yī)用電氣設(shè)備第1-2部分：安全通用要求并列標(biāo)準(zhǔn)電磁兼容要求以及試驗(yàn)》，規(guī)定所有醫(yī)用電氣設(shè)備必須通過(guò)EMC測(cè)試，已在2014年1月開(kāi)始強(qiáng)制執(zhí)行。
　　EFT試驗(yàn)是EMC傳導(dǎo)抗擾度試驗(yàn)中的重要試驗(yàn)項(xiàng)目，其目的在于測(cè)試醫(yī)用電氣設(shè)備在遭受暫態(tài)干擾作用時(shí)的性能。小型HIFU治療設(shè)備由于空間和結(jié)構(gòu)較小，系統(tǒng)布局和布線一般較為緊湊

2、，線纜間的瞬態(tài)干擾耦合嚴(yán)重，因此EFT抗擾度問(wèn)題也往往更為突出。
　　目的:分析小型HIFU治療設(shè)備內(nèi)部EFT耦合特性，評(píng)估其EFT抗擾度，進(jìn)而提高小型HIFU治療設(shè)備或其他醫(yī)用電氣設(shè)備的EFT抗擾度，使其EMC性能符合被強(qiáng)制性執(zhí)行的YY0505-2012的規(guī)定。
　　方法:
　　1.EFT線纜耦合特性分析
　　為研究EFT線纜間耦合特性，構(gòu)建了雙平行線模型?；趥鬏斁€理論，借助CST軟件，對(duì)EFT線纜耦合特性開(kāi)

3、展了數(shù)值仿真計(jì)算，系統(tǒng)研究了不同激勵(lì)電壓、線纜間距、線纜離地高度以及線纜負(fù)載條件下線纜間EFT耦合特性。
　　2.基于統(tǒng)計(jì)分析的多協(xié)議單片機(jī)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的EFT抗擾度研究
　　為模擬電源線纜以及數(shù)據(jù)通信線間EFT耦合，及其對(duì)系統(tǒng)或設(shè)備數(shù)據(jù)通信的影響，設(shè)計(jì)了含有USART、I2C、SPI、RS232四種數(shù)據(jù)通信協(xié)議的單片機(jī)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，并搭建了EFT抗擾度實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。基于步進(jìn)法進(jìn)行了多次EFT抗擾度試驗(yàn)，獲取了多個(gè)EFT干擾閾值

4、電壓數(shù)據(jù)。
　　由于EFT抗擾度測(cè)試結(jié)果存在一定隨機(jī)性，為更合理地評(píng)判系統(tǒng)抗擾度，采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法對(duì)多協(xié)議數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)EFT干擾閾值分布規(guī)律進(jìn)行了研究。基于不同通信協(xié)議下單片機(jī)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的多個(gè)EFT干擾閾值電壓數(shù)據(jù)，根據(jù)卡方擬合優(yōu)度檢驗(yàn)方法以及漢南-奎因信息準(zhǔn)則，從假設(shè)模型中選取了最優(yōu)的Gamma分布模型，用于試驗(yàn)數(shù)據(jù)的擬合分析，進(jìn)而研究了不同通信協(xié)議下單片機(jī)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)EFT干擾閾值電壓的分布規(guī)律，并比較了不同協(xié)議下系統(tǒng)EFT

5、抗擾度。
　　結(jié)果:
　　1.隨著EFT激勵(lì)電壓的升高，受試線兩端的耦合電壓峰值逐漸增加，但波形基本一致。在激勵(lì)電壓是250V時(shí)，耦合電壓峰值等于12.04V，而激勵(lì)電壓上升至1000V時(shí)，峰值卻高達(dá)47.63V。伴隨線纜間距變寬，線纜之間耦合強(qiáng)度將逐步減弱，但在間距為13cm時(shí)，耦合電壓峰值仍高達(dá)22.03V。
　　2.線纜離地高度較低時(shí)，耦合電壓較低，隨著高度上升，耦合電壓也逐步升高，但上升到2.5m處，峰值開(kāi)始趨

6、于穩(wěn)定，其值高達(dá)158V。當(dāng)僅改變激勵(lì)線纜末端負(fù)載時(shí)，激勵(lì)電壓與耦合電流成正比。而當(dāng)改變受試線纜前端或末端負(fù)載時(shí)，耦合電壓與對(duì)應(yīng)負(fù)載成正比。
　　3.當(dāng)特定波特率為9600bps時(shí)，I2C、SPI、USART、RS232通信協(xié)議下單片機(jī)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的EFT干擾閾值電壓分別為920V、1259V、995V、1686V。而當(dāng)激勵(lì)電壓為1000V時(shí)，I2C、SPI、USART、RS232數(shù)據(jù)通信下系統(tǒng)受干擾的概率分別為62.7%、3.2

7、1%、46.2%、0.0000796%。
　　結(jié)論:
　　1.激勵(lì)電壓、線纜間距、線纜離地高度以及線纜負(fù)載對(duì)EFT線纜耦合特性都有著較大的影響。在線纜間距較寬時(shí)，由EFT輻射所引起的線纜耦合仍然是較強(qiáng)的，如若抑制措施不當(dāng)，足以對(duì)電子電路形成嚴(yán)重的干擾。線纜離地高度在很大程度上影響了EFT線纜耦合。因此，是否有接地金屬機(jī)架或金屬機(jī)箱將對(duì)EFT耦合產(chǎn)生較大的影響。通過(guò)減小線纜接地電阻或與電源間的上拉電阻可以適當(dāng)減小耦合電壓峰值。

8、EFT線纜耦合特性研究對(duì)于醫(yī)療設(shè)備或其他電氣設(shè)備的EFT抑制以及系統(tǒng)的總體布線都有著比較重要的指導(dǎo)意義。
　　2.運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法獲取設(shè)備或系統(tǒng)的EFT干擾閾值電壓，可以避免EFT抗擾度測(cè)試結(jié)果中的隨機(jī)性，合理地評(píng)估系統(tǒng)的EFT抗擾度。不同數(shù)據(jù)通信協(xié)議對(duì)應(yīng)著不一樣的電氣特性以及數(shù)據(jù)傳輸方式，其EFT抗擾度也有所差異。在一定波特率下，不同通信協(xié)議下系統(tǒng)的抗擾度由低到高依次為I2C、USART、SPI、RS232。為改善數(shù)據(jù)通信的抗擾