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医疗器械EMC测试(1)——辐射发射测试

时间:2018-12-05 21:39:48

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医疗器械EMC测试(1)——辐射发射测试

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1.定义

辐射发射:辐射发射主要测试设备在正常工作时自身对外界的辐射干扰强度,按照在客户端的典型安装要求对受试设备进行布置,线材要遵从规格书规定的长度和型号;除了36.201.1a规定的设备外,其他设备和系统应根据GB4824(工业、科学和医疗(ISM)射频设备骚扰特性限值和测量方法)进行分组、分类和测试。

2.范围

辐射发射包含频率为9kHz—18GHz

2.1 9KHz—30MHz

在这个频段测量磁场H,当EUT较小时,放在大磁环天线(LLA)中,测量骚扰磁场的感应电流;当EUT较大时,采用远天线法,用单小环在规定距离测量骚扰的磁场强度

2.2 30MHz—18GHz

在这个频段测量电场E:

1GHz以下,即30MHz—1GHz所需设备场地大致如下:场地选择在开阔场地或半电波暗室,模拟半自由空间,0.8m高木桌,可360度旋转转台,测量距离为3、10m和相应的限值,天线1—4m高可调,进行天线垂直极化和水平极化测试,宽带天线、同轴电缆、骚扰测量仪组成50Ω匹配传输系统,天线的阻抗、同轴电缆的阻抗和干扰测量仪的输入阻抗都应相等,阻抗不匹配将引起反射,形成驻波,影响读数准确性。骚扰测量仪特性判断,采用准峰值或者峰值测量。

1GHz以上,即1GHz—18GHz所需设备场地大致如下在全电波暗室,模拟自由空间,接收天线设置在与EUT统一高度上,转台仍需360度转动,测试距离为3m,采用小口径定向天线,水平和垂直两种状态都要测量,垂直放置时天线的最低端离地应大于25cm,以免影响天线的性能,采用频谱分析仪设在最大保持方式和对数dB显示方式,测量结果用电场强度的峰值或平均值标示(不用准峰值),峰值测量时采用1MHz的分辨率带宽和视频带宽,平均值测量时仍采用1MHz的分辨率带宽但视频带宽应大大缩小至10Hz,相当于加了一个低通滤波器。

3.设备分组与分类

3.1 设备的分组

1组:本为发挥自身功能的需要而有意产生和(或)使用传导耦合射频能量的所有工科医设备。

2组:为材料处理而有意产生和(或)使用电磁辐射射频能量的所有工科医设备。

大多数类型的设备和系统仅为其内部功能需要而产生或使用RF能量,因此属于1组,如心电图和心磁图设备和系统,脑电图和脑磁图设备和系统等,另外一些预期以非RF电磁形式传递能量给患者的设备和系统也属于1组设备,如医疗成像设备和系统——X射线诊断系统、CT系统、超声诊断系统等;治疗设备和系统——超声治疗系统,输液泵、呼吸机等;只有少数系统和设备是施加RF能量给材料(患者)的,属于2组设备,常见的有磁共振成像系统、透热疗法设备、热疗设备和高频手术系统等。

3.2 设备的分类

A类:非家用和不直接连接到住宅低压供电网设施中使用的设备。

B类:家用和直接连接到住宅低压供电网设施中使用的设备。

4.RE概念介绍

4.1 开阔场地

开阔场地至少应该在椭圆范围内没有任何可能反射电磁波的物体。EUT和天线放置于椭圆的两个焦点上,骚扰测量仪则放在椭圆外。测试桌天线塔都应是非金属的;地面应铺设金属板或金属栅网,板或网的连接处不应有电不连续点,孔、缝直径小于0.1λ,λ为拟测试的最高频率的波长,对于频率为1GHz,孔、缝直径应小于30mm;开阔场地的环境噪声越小越好,至少应比标准规定的EUT的骚扰限值低6dB。

4.2 电磁波的传播与抑制

EUT发出的电磁波将在各个金属面上发生发射和多次反射,故测试天线接受到的场强是直达波和反射波的矢量和,因此天线或者EUT的位置稍有变化,测试结果就会有很大不同,也因此在RE测试中,天线的高度、天线的极化方向以及转台的角度都要不断改变,以期检测到设备辐射的最大点。

屏蔽室相当于一个矩形波导谐振腔,存在很多谐振频率,如果被测辐射源的频率恰好等于屏蔽室的固有谐振频率,则引起谐振,幅值加大,从而带来很大的测量误差,在屏蔽室内测量EMI常可能高达20dB-30dB的误差。

金属板产生发射的原因是金属板的波阻抗(几乎为0)比空气的波阻抗(约377欧姆)小得多,电磁波由空气入射到金属板时由于阻抗不匹配而产生反射。

吸波材料通常用泡沫尖劈型介质材料,在碳胶液中渗透碳,使其尖端的波阻抗等于空气波阻抗,然后逐渐减小。吸波材料夹在空气和金属板之间,使波阻抗逐渐过渡从而减小反射。由于渗了碳,吸波材料可以把进入内部的电磁波以热量形式耗散。尖壁长度越长,频率越高,吸波性能就越好,一般长度为I的尖劈材料,其能够吸收的最低频率的波长为I/4.

为了缩短尖劈长度,节省所占空间,同时又能保持其低频吸收性能,常在尖劈后面放铁氧体瓦,做成组合式吸波材料,目前30MHz—1000MHz的电波暗室可以完全用铁氧体瓦做吸波材料,不需任何泡沫尖劈材料,在1000MHz以上仍需使用组合式吸波材料。

注:电磁波在自由空间、空气中传播无能量损耗,故空气可视为无耗媒质,对电磁波是透明的,电磁波入射到两种不同媒质的界面是会产生反射波和投射波,其强度由两种不同媒质的波阻抗决定。工程塑料、橡胶、玻璃、云母等绝缘材料的波阻抗接近于空气,电磁波由空气进入时几乎无反射、无损耗,但是速度变慢,波长变短,频率仍然不变。

5.大致测试步骤

在距EUT(受试设备)外墙3m 处放置天线和接收机,将天线中心调至离地面2m 高度;先关闭受试设备,测试环境噪声电平;开启受试设备,调整布线方式(包括天线的高度、天线的极化方向以及转台的角度),选择最大辐射点;执行受试设备不同功能,寻找最大辐射模式;旋转天线,分别测试水平和垂直方向辐射骚扰;以受试设备为中心移动天线,尽可能多的选取测试点进行测量;选取最高辐射电平作为测量结果;试验可在开阔场和半电波暗室内进行;关闭设备

6.举例

结合网络泵广州所检验进行简单介绍,首先是试验日期、温湿度、大气压力等环境因素填写

其次试验依据YY0505、GB4824-,按照我上面所讲设备分组分类,划分为1组(本为发挥自身功能的需要而有意产生和(或)使用传导耦合射频能量的所有工科医设备。

)A类(非家用和不直接连接到住宅低压供电网设施中使用的设备),试验场地他们选择在10m法半电波暗室进行,GB4824-规定

我们网络泵为1组A类设备且输入功率<20kVA,由6.2.2.2可知在9kHz—150kHz时无适用限值,即不进行此频段测试;由表4我们可知在30MHz—230MHz准峰值限值为40dB(μV/m),在230MHz—1000MHz准峰值限值为47dB(μV/m)。

由上图及测试表格可知不同天线极性、高度以及不同转台角度和发射频率时准峰值都在限值范围内,故测试合格。

广州所试验布置如下:

7.测试设备

广州所辐射发射设备型号如下图:

7.1 测量接收机

测量接收机类型包括准峰值测量接收机、峰值测量接收机、平均值测量接收机和均方根值测量接收机。要求测试范围覆盖30MHz—18GHz,具备PK(峰值)、QP(准峰值)、AV(平均值)检波器,测量接收机的几个重要指标分别是:6dB处的带宽、充电时间常数、放电时间常数、临界阻尼指示器的机械时间常数、过载系数。

对于准峰值测量接收机,要求特性如下

在准峰值测量时,如果想要在某个频率点得到比较稳定的测量值,则测量时间应大于检波器充放电时间和电表机械时间常数之和,并且测量不止一个周期,所以一般准峰值测量时间要求比较长,在实际测量中,往往先用峰值进行全频段测量,然后再对接近或超过限值的频率点进行准峰值测量,可以大大节省测量时间。

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