现代医院中电磁环境污染与谐波干扰上海优能机电设备工程有限公司北京代表处北京市海淀区大钟寺6B15华杰大厦电话:010-6213964662139712/22电磁环境遭受的污染包括了谐波干扰问题，谐波对外界电子设备会产生电磁干扰。电磁干扰（EMI）和谐波干扰已成为许多电子设备与系统能否在应用现场正常可靠运行的主要障碍之一。随着各种先进医疗设备（磁共振成像(MRI)、二维图像彩色B超仪、全身螺旋CT扫描仪、单（双）光子发射计算机断层扫描机、全自动生化仪、采用电磁波技术的碎石机、胃肠断层扫描机、高频电刀、多功能微波治疗仪等）的引进与使用，各种电子电路和电力电子技术在现代医院的应用，生物医学工程在现代化医院中所起的作用越来越重要。医疗设备的更新换代日新月异，医院的电磁环境发生了极大变化，而且这种变化愈演愈烈。现代化医院通过不断引入新型、复杂的电子医疗系统来提高医疗服务水平。但是，如果缺乏适当的防范措施，新设备系统的正常运转可能受到潜在的电磁干扰（ElectromagneticInterference,EMI）的威胁，进而降低新设备应带来的效益。高精尖的医疗设备更是决定着医疗服务水平。医疗仪器设备种类、规模和先进程度成为现代化医院的一个重要标志。然而现代科学技术这把"双刃剑"也悄然将电磁污染的阴影笼罩在医院上空。电磁干扰(electromagneticinterference-EMI)、电磁敏感度(electromagneticsusceptibility-EMS)和谐波干扰问题是医院投资人、管理人及现代电气工程设计和研究人员在设计过程中必须考虑的问题。一方面这是因为当前电子技术正朝着高频、高速、高灵敏度、高可靠性、多功能、小型化方向发展，导致了现代电子设备产生和接受电磁干扰的几率大大增加;另一方面，随着电力电子装置本身功率容量和功率密度的不断增大，电网及其周围的电磁环境遭受的污染（包括谐波干扰）也日益严重，电磁干扰不仅降低设备的整体效率，还会严重危及医护、病员的健康和生命，是个不容忽视的大问题，亟待重视。所以EMI和谐波干扰已成为许多电子设备与系统能否在应用现场正常可靠运行的主要障碍之一。一、现代医院电磁干扰与危害1、电磁干扰的方式干扰分为横模（transversemode）干扰、共模（CommonMode)干扰和串模干扰。横模（transversemode）干扰是指叠加在线路电压正弦波上的干扰，是载流导体之间的干扰。如电网的过欠压、瞬态突变、尖峰等。共模干扰是指产生于电网与零线之间的干扰，是载流导体与大地之间的干扰，是由辐射或干扰耦合到电路中来的。如尖峰干扰、射频干扰、零线与地线间的稳态电压等。串模干扰是指外界磁场电场引起的干扰。如变压器漏磁、偏转电场引起的干扰等。2、电磁干扰的类型电源干扰的类型包括电压降落（如重载接通造成电网电压下降）、停电（如雷电、变压器故障或其它因素造成的短时停电）、频率偏移（如区域性电网故障或发电机不稳定等）、电气噪声（如开关电源或大功率逆变设备等产生的电磁骚扰、无线电信号、电厂或工业电弧等）、浪涌（如突然减轻负载、变压器抽头不当等）、谐波失真（如整流、变频调速和开关电源的工作）和瞬变（如雷击、大功率开关的切换、对电感性负载的切换）等。3、电磁干扰对医疗仪器设备与人员的影响心脑电图机、监护仪、超声诊断仪、针灸电疗仪或银针直接接触人体的仪器设备等，特别是检测人体生物电信号的仪器设备，由于信号非常的微弱，如果受到干扰，就会在检测结果如波形、图形、图像上叠加一种类似于某些病变的畸变（谐波）造成误诊，同时还会引起微电击，严重时还有生命危险。如果是带有计算机系统的医学仪器设备，当共模干扰中的尖峰干扰幅度达到2V～50V，时间持续数微秒时，可引起计算机逻辑错误、信息丢失等。强磁场会使显像管、X线影像增强管显示图象变形失真；加速器射线偏移；计算机磁盘、磁卡记录数据破坏；呼吸机工作失灵；心脏起博器工作失效等。4、干扰源产生辐射的条件----天线效应造成电磁干扰辐射最关键的地方就是电线的问题﹐当有了适当的天线条件存在很容易就产生干扰﹐另外电源线往往亦是造成天线效应的主因﹐这是在许EMI对策中最容易疏忽的。辐射干扰是指干扰源通过空间把其信号耦合（干扰）到另一个电网络。在高速PCB及系统设计中，高频信号线、集成电路的引脚、各类接插件等都可能成为具有天线特性的辐射干扰源，能发射电磁波并影响其他系统或本系统内其他子系统的正常工作。自从电子系统降噪技术在70年代中期出现以来，主要由于美国联邦通讯委员会在1990年和欧盟在1992提出了对商业数码产品的有关规章，这些规章要求各个公司确保它们的产品符合严格的磁化系数和发射准则。符合这些规章的产品称为具有电磁兼容性EMC（ElectromagneticCompatibility）。任何EMI的Source必须要有天线的存在﹐才能产生辐射的情形﹐若仅单独存在噪声源而没有天线的条件﹐此辐射量是很小的﹐若将其连接到天线则由于天线效应便把能量辐射到空间。所以EMI的对策除了针对噪声源（Source)做处理外﹐最重要的是检查破坏产生辐射的条件----天线。以往我们最常看到谈EMI对策离不开屏蔽（Shielding),滤波（Filter),接地（Grounding)﹐对于接地往往一块电路板多已固定﹐而无法再做处理﹐因为这一部份在电路板布线（Layout)时就须仔细考虑﹐若电路板已完成则可变动的空间就非常小﹐一般方式仅能找出噪声小的接地处用较粗的地线连接﹐减低共模（Commonmode)噪声。屏蔽所牵涉的材质与花费亦甚高﹐滤波的方式则是常可见Bead电感等﹐往往不甚见效﹐因为我们没有解决干扰源辐射的天线效应。我们所要做的工作是如何避免噪声辐射到空间（辐射测试）或由电源传出（传导测试）。二、现代医院中各个科室电磁干扰与谐波污染点位现代医院的各个科室，包括ICU（重症加强护理病房）、手术室和病房及MRI（磁共振成像）等设备电磁干扰与谐波（谐波对系统其他设备干扰性较强。其干扰途径与一般电磁干扰途径是一致的）污染点位：1.体外诊断实验室体外诊断实验室环境由各种不同资源组成，包括敏感性计算机分析仪及电动组件，如离心分离机和搅拌器械。尽管没有观察到干扰现象，却发现电动机周围有明显的磁场分布，足以干扰带有微处理器的组件。电动机（尤其是负载变化时）属于非线性负载，是造成谐波污染的点位2．ICU（重症加强护理病房）及手术室在此区域的设备，如电刀和除颤器等，显现出强大的电磁场密度特征。这类科室电磁场空间分布可延伸几厘米、超过20V/m，足以在近周造成电磁干扰。研究中检测到的电磁干扰为老式ECG自干扰电源和gamma计数仪软件故障。但这还不是问题的全部。ICU病房在给病人提供支持治疗时，必须在病人附近安放和同时使用许多医疗设备，如床边监护仪、中心监护仪、多功能呼吸治疗机、麻醉机、心电图机、除颤仪、起搏器、输液泵、微量注射器、气管插管及气管切开所需急救器材。在条件较好的医院，还配有血气分析仪、微型电子计算机、脑电图机、B超机、床旁X线机、血液透析器、动脉内气囊反搏器、血尿常规分析仪、血液生化分析仪等。将呼吸机、抽吸泵、剂量泵、生命体征监护仪和体外起搏器同时连接到同一个病人的情况并非罕见。在这所医院中，病床周围的有限空间内近距离安放了数个设备，加重了电磁干扰问题。3．放疗科移动式放射剂量测量系统（如速率计、校准室等）的电磁干扰问题，因为它们内嵌的电子元件可能记录噪声并改变数据输出。4．医学成像室gamma-计数仪显示受干扰迹象。当强电磁辐射源（如普通离心分离机、搅拌器等）进入成像室后，出现了几个软件错误。而撤走这些设备，软件则恢复正常。同时，移动式X射线机也被老式ECG干扰，改变了数据输出。5．病房病房里的医疗设备大多是辅助床旁诊断的移动式器械，其中最常用的是移动式吸除器、移动式数字X射线机和ECG，而ECG是相关电磁环境中最为敏感的设备。外来人员携带的移动性辐射源，如手机，会使这些特殊区域的电磁环境恶化。通常应对这些外源性设备进行检测以确定其使用是否影响床旁检查设备。6．门诊部与其他科室一样，某些老式ECG（心电图）对电磁辐射易感；当电外科器械之类的强电磁辐射源接近门诊室时，ECG的输出数据会被噪声污染所改变，甚至有些时候，有用信号被彻底覆盖而无法识别；当撤走这些电磁辐射源后，则恢复正常。7．MRI（磁共振成像）设备对一台MRI采用的是0.5T的磁体,由于其超导类型而处于持续使用状态。与其紧邻的是一个带有液态氮和氦装置等冷却设施的隔离室。MRI被一个有高规格射频外壳的法拉第笼屏蔽，因此检测不到明显的电磁场。三、现代医院电磁干扰（EMI）与谐波干扰的治理美国EP公司是专业从事能源环保高科技产品研究和制造厂商。其主要开发制造部门位于美国犹他州的盐湖城。该公司技术力量雄厚，在以爱德华博士为首的一批科学家的率领下，集研究消除电磁波干扰、保障电能质量方面20多年经验，尤其在解决目前世界上尚不能彻底解决的瞬时电源畸变现象，如各种频段的谐波、电涌、脉冲、瞬变等这种被统称电能污染的世界难题方面，于1999年成功开发了世界上独一无二的高科技成果—EP系列装置。且由美国能源部正式向中国政府推荐，于2002年进入中国市场。一、EP系列装置特性：A.为工业、商业的电力分配系统提供自动保护。自动消除具有破坏性的高次谐波、电涌、尖峰信号、瞬时脉冲和激励振荡等。B．EMI-RFI特性：对各频段的谐波（高次谐波、低次谐波）都有很强的仰制和消除能力，最高能达到-40db的衰减能力（即可消除99%的因各种谐波引起的电压、电流的畸变）。C.对瞬时尖峰、电涌的仰制能力高达1万伏，这是一般工业界电路中所允许的电涌电压的3倍，从而极大地保护了电路免受过大电涌引起的短路等设备故障或事故。D.无源并联在电路各负载配电柜，安装、运行简单可靠。E.装置由特殊晶体材料合成所制，工作寿命无限。F.由于消除了电路中的谐波等畸变现象，使电路中的铁损、铜损、集肤效应、涡流甚至谐振现象全面克服，避免了上述各种因素带来的电能损耗，做到真正意义上的节能。根据不同的用电状况节电率5-15%以上。G.装置安全性已通过UL、CSA认证，并符合NEMALS-1、NEB及IEC516公告。H.安培额定最大能要量吸收：6000焦耳I.响应时间:1纳秒左右J.安全认可:IEC61000-4-5;IEC60939-1,-2,UL1449第二版；CSA9091,01&909181;CASC22.2NO.8-M1986.K.安全等级:IEC60707，IEC60695-11-10和IEC695-11-20UL防爆等级94V-OL.使用范围:主配、支配、各负载点、输电线接点等M.遵从标准:NEMALS-1NEC浪涌抑制标准，电力备注IEC516N.产地：美国EnvironmentalPotentials,1802N.CarsonST.,CarsonCity,Nevada89701O.专利：美国设计专利号D456，345＆6，486，570。二、实施方案公司针对不同用户提出的不同需求，都将进行提供个性化的解决方案，使得每一个用户都能达到很好的治理谐波效果。实施谐波治理的具体解决方案都由以下六个流程组成，包括：根据用户自身所要达到的目标要求并向用户索要必要的资料（负载图、工况等）→免费提供给用户解决方案（包括承诺帮用户能够解决的问题）→技术谈判→商务谈判→安装、布控调试和使用→完善的售后服务。1、根据用户自身所要达到的目标要求并向用户索要必要的资料（负载图、工况、工艺图等）我们针对客户提出的目标要求进行充分调查，包括用户现场的电路结构和负载情况等，并且在客户现场运用专业仪器对谐波量的采集、分析。2、免费提供给用户解决方案（包括承诺帮用户能够解决的问题）我们要对采集后的现场数据交由专业工程师进行数据分析，结合客户的要求出具分析报告，其中包括（电压和电流波形分析、对谐波源的分析、对现场瞬时浪涌的活动特点进行分析）。最后总结可行性方案。3、技术谈判双方就方案中所涉及到的技术问题进行谈判。4、商务谈判在技术谈判达成共识的基础上，然后进入商务谈判。5、安装、布控和使用当商务谈判确定后我们就可开始安装与布控的准备工作。产品安装简便，采用并联方式安装到电路中去，不影响重大用户的正常运行。6、完善的售后服务电话技术支持、网络技术支持、现场技术支持和后续项目技术咨询相结合的多层服务。包括：1、用户在使用EP系列装置，在五年质保期内不论任何理由，甚至由雷电冲击造成EP系列装置损坏的，我们仍将更换EP系列装置，并终身提供维护。2、安装EP系列装置后，如果所连接装备被高次谐波、电涌和尖峰信号损坏，我们将负责维修或更换与EP系列装置连接的设备或装置。同时并由EP公司在美国投保的保险公司负责应有的赔偿。)