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有源医疗器械的工频磁场抗扰度该如何测试?

关键词:有源医疗器械 工频磁场 抗干扰度

时间:2020-03-16 11:01:58       来源:网络

当下社会,随着科技的进步,有源医疗器械层出不穷,切实帮助医护人员和患者解决了不少问题,但我们都知道,有源医疗器械一般会集成多种元器件,而元器件又很容易受电磁环境影响,甚至不能正常工作,那么这放到医疗领域无疑就是一个严重问题,故而国家针对医疗器械行业要求满足标准 YY 0505-2012《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》,国内的话一般常做 4 项 EMI+7 项 EMS 本篇文章结合实际聊一聊工频磁场抗扰度试验。
 
工频磁场是由导体中的工频电流产生的。工频磁场的特点是频率低、波长长、其试验波形为工频正弦波,对各种电气和电子设备均会造成不同程度的影响。工频磁场抗扰度试验可用于评价处于工频( 连续和短时) 磁场中的家用、商用和工业用电气和电子设备的性能,尤其适合于计算机监视器、电度表等一类磁场敏感设备的磁场抗扰度性能评估。
 
工频磁场抗扰度试验的试验仪器包括一个用以产生磁场的感应线圈,和一台用以供给感应线圈电流的工频励磁电源。
 
1. 定义
工频就是一般的市电频率(工业用电频率),在我们国家是 50Hz,而一些国家采用 60Hz。
 


 
工频磁场是工频电场感应出来的电磁场,主要由导体中的工频电流产生的,或极少量的由附近的其他装置(如变压器的漏磁通)所产生的。
 
1.1 PFMF 骚扰特点 
我们中学时期已经学过 V=fλ其中 V 是波速,f 是频率,λ是波长。
 


 
工频磁场的特点是频率低(50Hz),V 为恒定值,自然波长长,在正常情况下,工频电流所产生的磁场相对稳定,磁场强度较小,但在故障或突发状态下,电流所产生的磁场不稳定,磁场迁都也相对较大,不过,持续时间比较短。这也是下述试验等级划分的一个依据之一。
 
1.2 目的
 
此项检验的目的就是为了检验电子、电气设备在遭受这类磁场扰动影响时的性能,即系统、设备对工频磁场的抗扰度。
 
2. 试验等级
 
稳定持续和短时作用的磁场试验等级的优先选用范围如下:
 
稳定持续磁场试验等级
 


 
磁感应强度用 A/m 表示,1A/m 相当于自由空间的磁感应强度为 1.26μT。
 
1s-3s 的短时试验等级
 
 


 
通常依据实际的安装和环境条件来选择 PFMF 试验等级:
 
第一级:以监视器、电子显微镜为代表的有电子束的敏感装置能使用的环境水平。


第二级:工业区、医院和办公室为代表的保护良好的环境。


第三级:商业区、控制楼及高压变电所的计算机房为代表的保护的环境


第四级:重工业厂矿及高压变电所的控制室等为代表的典型的工业环境


第五级:重工业厂矿的开关站、电厂为代表的严酷的工业环境
 
3. 测试布局 
PFMF 试验的基本配置包括接地参考平面(GRP)、受试设备(EUT)、感应线圈和工频磁场发生器。
 
几乎所有的电磁兼容试验用到的 GRP 都是如下要求:材料为 0.25mm 以上的铜板或者铝板,如果采用其他金属板,最小厚度为 0.65mm,GRP 最小尺寸为 1m*1m,但如果 EUT 长或宽大于这个数值,那么至少应该调整为相应数值,即 GRP 最终尺寸取决于 EUT 的大小,同时 GRP 要与实验室的安全地相连;
 
EUT 应放置于 GRP 之上,其间用 0.1m 厚的绝缘物支撑,EUT 外壳通过自身的接地端子与 GRP 相连,所有电缆(如满足)应有 1m 的长度暴露在磁场中,如果采用滤波器,则应接在距离 EUT1m 远的电缆上,滤波器与 GRP 相连。
 
感应线圈应放置在距离实验室墙壁和其他磁性物体至少 1m 远处,感应线圈在做水平极化场试验时,GRP 可作为线圈的底边而成为线圈的一部分。
 
试验用的电流发生器应放置在距离线圈不超过 3m 远的位置,其一端应与 GRP 相连。
 
测试时,线圈应能包围受试设备,其大小应使得线圈的一遍到受试设备外壳的最小距离等于所考虑受试设备尺寸的 1/3。对于大型设备,本身体积比较庞大,感应线圈可由“ C”形截面或“ T”形截面的导体制成,以便有足够的机械稳定性。试验体积由线圈的试验面积(每条边的 60%╳ 60%)乘以高度(对应于线圈较短一边的 50%)来决定。
 
4. 试验计划内容 
确保电磁条件(实验室背景电磁场应至少比选定的试验等级低 20dB,否则试验应在法拉第笼中进行)和气候条件(温度 15-35℃,相对湿度 25%-75%,大气压力 86-106kPa)满足要求。
 
确定试验磁场的类型(稳定持续或短时的),确定试验等级。
 
EUT 正确操作的预校验
 
进行试验:以台式设备为例,应采用浸入法对 EUT 进行试验,EUT 应按实际使用要求放置和连线,并置于磁场线圈的中心,为测试 EUT 暴露在不同极化方向磁场中的抗干扰性能,应使线圈分三次依次旋转 90°后做同样的试验,即 X、Y、Z 三个方向做试验,每个方向持续时间一般为 300s,可结合实际调整时间。对于一些尺寸较大的设备或系统,并不需要全体都放在磁场中,仅将系统中的敏感装置放置在磁场中央进行单独试验。
 
5. 试验结果评价 
试验结果应依据受试设备的功能丧失或性能降低等级进行分类。相关的性能水平由设备的制造商或实验的需求方确定,GB17626.8 建议按如下要求分类:
 
在制造商、委托方或购买方规定的限值内性能正常;
 
功能或性能暂时丧失或降低,但在骚扰停止后能自行恢复,不需要操作者干预;
 
功能或性能暂时丧失或降低,但需操作人员干预才能恢复;
 
因设备硬件或软件损坏,或数据丢失而造成不能恢复的功能丧失或性能降低。
 
一般来讲 a 项是合格的,c、d 项是不合格的,b 项需要根据设备使用情况&客户协商判断是否合格。
 
YY0505 的符合性准则如下:
 


 
6. 测试设备 
PFMF 试验仪器包括一个用来产生磁场的感应线圈和一台用以供给感应线圈电流的工频励磁电源和一个 GRP(参考接地版)及一些其他辅助装置如磁场探头、电子电度表等组成。
 
要求技术参数如下:
 


 
稳定持续方式工作时的输出电流范围:1A-100A,除以线圈因数;
 
短时方式工作时的输出电流范围:300A-1000A,除以线圈因数;
 
输出电流总畸变率小于 8%;
 
输出电流波形为正弦波;
 
短时工作时整定时间:1-3s;
 
感应线圈有三种形式:
 
(1)、方形感应线圈,标准边长为 1m,场强允差在±3.0dB 以内,可容 EUT 尺寸为 0.6m*0.6m*0.5m(l*w*h);
 
(2)、方形双感应线圈又称赫姆霍兹线圈,标准边长为 1m,两线圈距离 0.8m,场强均匀度优于±0.2dB;
 
(3)、对于大型柜式设备,根据 EUT 定制线圈,为了保证均匀度,线圈每边到 EUT 外壳的最小距离在水平和垂直方向分别为 0.2m 和 0.3m。
 
7. 举例
以某三类医疗器械为例,那么工频磁场试验等级依据实际的安装和环境条件可判断为第 2 级,即采用 3A/m 的磁场强度,这是依据目前 YY0505-2012 进行的判断,最新的 IEC60601 已经规定采用 30A/m 的磁场强度进行试验,国内还未及时进行转换,测试布置如下:
 


 
简易测试数据如下



 

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