前沿研究

大型医用电气设备的现场射频电磁场辐射抗扰度

发布时间:2018-06-15 16:17:20      浏览  次

作者:黄文广,孟志平

单位:北京市医疗器械检验所

〔关键词〕辐射电磁场辐射;抗扰度;现场测试;医用电气设备

〔中图分类号〕R331  〔文献标识码〕A 

〔文章编号〕1002-2376(2018)05-0033-03

射频电磁场辐射抗扰度测试是电磁兼容抗扰度部分的重要测试,其建立了电气、电子设备受到射频电磁场辐射时的性能评定依据,也是医用电气设备电磁兼容的基本要求。

在 YY0505-2012《 医用电气设备 第1-2部分:安全通用要求并列标准:电磁兼容要求和试验》中对医用电气设备的基本要求:非生命支持设备和系统,除规定的占用频带外,应在80 MHz~2.5 GHz的整个频率范围内,在3 V/m 抗 扰度试验电平上符合36.202.1j)的要求;生命支持设备和系统,除规定的占用频带外,应在80 MHz~2.5 GHz 的整个频率范围内,在10 V/m 抗扰度试验电平上符合36.202.1j) 的要求。

对于一般的辐射电磁场辐射抗扰度测试,一般应在电波暗室或屏蔽室中并通过校准确定符合要求的均匀域后进行试验(GB/T 17626.3中有具体描述,在此不再赘述),但是医用电气设备类型众多,有些大型医用电气设备,例如医用 MRI,大型 X 射线机、PET-CT 等,其体积重量或工作特点,使其不可能进入电波暗室进行测试,我们只能采取现场测试的方法来评价设备的辐射电磁场辐射抗扰度符合性。

1  替代照射方法(独立窗口法)

现场进行对大型医用电气设备进行辐射电磁场辐射抗扰度测试时,我们的困难点在于无法建立一个满足测试要求的3 V/m或10 V/m场强的均匀域,因为大型医用电气一般安装在工厂或医院,其没有暗室或屏蔽室的良好电磁环境,会存在着不可预测的电磁波反射,在校准均匀域时,不可能满足场强容差在 -0~+6 dB范围内,因此采用一般的均匀域测试方法是不可行的。

还有采用场强探头反馈的方法,即在被测设备的表面放置场强探头,通过实测场强反馈调整到达被测设备的场强,以满足测试要求。但是场强探头反馈法有一个缺陷,就是只能准确测量相对稳定的,而辐射电磁场辐射抗扰度测试时使用的波形,是经过调幅的波形(图1),这就造成了反馈的场强并不是我们实际需要的场强。

因上述两种试验方法都有不可解决的缺陷,我们可以参考使用独立窗口法进行现场辐射电磁场辐射抗扰度测试。所谓独立窗口法,即将校准区域分割为若干个0.5 m×0.5 m的窗口的适当阵列覆盖被测设备的整个表面,对每个窗口的4个角进行校准,用最低场强的角作为参考点,确保四个角的场强在 -0~+6 dB 的范围内,即认为这个窗口的场是均匀域 (见图2)。此时的天线可以根据窗口的位置进行移动,也可以根据功放的功率,在距离被测设备1~3 m之间移动,只 要每个窗口都可以形成均匀域即可进行测试。

虽然现场条件没有吸波材料抑制电磁波反射,但是因为每个窗口的范围比较小,经现场试验,可以在一般环境下,对每个窗口进行校准并保证其均匀并达到所需场强,从而满足试验要求。

2  射频源辐射法进行形式试验

应用独立窗口法可以在安装现场对大型医用电气设备进行辐射电磁场辐射抗扰度测试,但是其缺点也十分明显:首先,需要确认试验场地周围的设备不受试验时产生的宽带场强的影响,还有一些试验现场不能进行开放性辐射,需得到无线电管理部门的许可;其次,窗口法所需要的测试时间非常长,经常需要若干天,对一些超大型医用电气设备,几乎是不可行的。

因此,在 YY0505-2012中还采用了替代的测试方法。

结构上不可实现子系统模拟运行的大型永久性安装设备和系统,可免予GB/T 17626.3所规定的试验要求。如果使用该豁免,那么这类大型永久性安装设备和系统应在安装现场或开阔试验场,利用出现在典型健康监护环境中的射频源进行型式试验,如无线(蜂窝或无绳)电话、对讲机和其他合法发射机。另外,试验使用的频率应是80 MHz~2.5 GHz 频率范围中 ITU 指配的工科医设备的使用频率。除了可使用实际的调制外,例如无线(蜂窝或无 绳)电话、对讲机等,还应调整射频源的功率和距离,以提供标准中规定的合适试验电平。

因此,我们还可以采用合法的发射机/射频源进行试验,此替代试验需要我们对试验现场当地常见和法定的射频源进行研究,尽量充分进行试验,以充分评价大型医用电气设备的辐射电磁场辐射抗扰度。下面,我们以国内对无线电频谱的分配为基础,介绍试验中常见的发射机。

第1个我们关注的是对讲机,其移动性强且使用频率高,是我们关注的发射源之一。对讲机从用途上分为民用对讲机、业余对讲机和专业对讲机。

在我国,民用对讲机(又称公众对讲机)是一种发射 功率不大于0.5 W、只能工作于专门指定的409~410 MHz 频段的20组频率、经过信息产业部核准的对讲机。

业余对讲机,为满足无线电爱好者使用而设计、生产的无线电对讲机。我国开辟的频段为144~146 MHz和 430~440 MHz,世界各国一般也都是这一频段。专业对讲机的使用者大都是在群体团队的专业业务中使用,如酒店、物业、保安、商场、交通运输、仓储、林 业等。

专业对讲机的工作频率在VHF段是一部分V高段 (148~174 MHz)和 V 低段(136~160 MHz)。另有一部分是全段(136~174 MHz)。但在 UHF 频段,大部分是 U 高段 (450~470 MHz)和 U 低段(400~430 MHz),极少数是 U 全 段(400~470 MHz)。

这3类对讲机,在大型医用电气设备的工作环境中,都有可能遇到,因此,在应用对讲机作为射频源进行试验 时,应准备这3类对讲机,确认用于试验的频率可以覆盖 上述频率。

第2个关注的射频源就是移动通信中常见的移动电话。 在我国,移动通信领域有3大运营商,其频谱分配如表1所 示,其 LTE 频谱划分如表2所示。

第3个在80 M~2.5 GHz频率范围内的常见射频源是Wi-Fi,其被IEEE 802.11 b/g/n 定义被操作在2.4 GHz 的频率中,其中,2.4 GHz 频谱被划分为14个交叠、错列的20 MHz 无线载波信道,它们的中心频率相差分别为5 MHz。

这3种是在典型健康监护环境中较常见的发射机。我们 可以利用相应的对讲机、移动电话和无线路由器,对大型 医用电气设备进行现场的形式试验。

试验时,我们激活发射机,使其产生对应频率的辐射发射,对被测设备进行形式试验,见图3。

在试验中我们必须做到:(1)确认发射机的频率和调制方式,需在试验报告和被测样品的说明书中详细记录;(2)试验中应确保发射机处于激活状态,并通过场强计校准发射机发射的场强和方向,以确定发射机距离被测设备的测试距离,能满足测试场强要求;(3)因发射机可覆盖的测试面积较小,而我们现场测试的被测设备一般为大型医用电气设备,其表面积比较大,因此需要测试前通过设备的布局和敏感位置分析,提前确定测试位置,以确保没有遗漏的敏感位置;(4)对于移动电话等可以根据连接基站情况而自动更变协议和频率的设备,需确认测试中的设备工作频率。

3  结语

在安装现场进行大型医用电气设备的射频电磁场辐射抗扰度测试时,我们并不能按照标准方法进行充分评价,但是可以利用替代方法进行合理的射频电磁场辐射抗扰度评估。这种替代方法虽然还存在着一些缺陷,但是如果我们合理的利用典型健康监护环境中较常见的发射机,对可能出现的频率进行了充分的评估,也可以在一定程度上降低医用电气设备在日益复杂的电磁环境中使用的风险,保证其安全性和有效性。

随着无线通信技术日新月异的发展,我们必须时刻关注国家无线电法规的发布和无线通信产品的发展,补充新技术产生的射频源,以更充分的评价现场射频电磁场辐射抗扰度,确保医用电气设备使用的安全性、有效性。

[参考文献]

[1]YY0505-2012.医用电气设备第1-2部分:安全通用要求并列标准:电磁兼容要求和试验[S].北京:中国标准出版社,2013.

[2]GB/T 17626.3-2016.电磁兼容试验和测量技术射频电磁场辐射抗扰度[S]. 北京:中国标准出版社,2016.

[3]中华人民共和国工业和信息化部.中华人民共和国无线电频率划分规定(中华人民共和国工业和信息化部令第2号)[Z].201312-8.

[4]IEC61000 - 4 - 3 - 2010.Electromagnetic compatibility (EMC) - Part 4-3:Testing and measurement techniques - Radiated , radiofrequency , electromagnetic field immunity test [S].

[5]中华人民共和国工业和信息化部.业余无线电台管理办法(中华人民共和国工业和信息化部令第22号)[Z].2012-11-5.

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