3 抑制干扰的技术
3.1 专用线路
为了抑制仪器设备间的相互干扰，最简单的方法是采用分相供电制。即：在三线供电线路中认定一相作为敏感设备的供电电源；一相作为外部设备的供电电源；再一相作为常用测试仪器或其它辅助设备的供电电源。这种措施常应用在大型的医疗仪器设备供电系统。
值得注意的是在现代医用电子仪器设备系统中，由于配电线路中非线性负载的使用，造成线路中谐波电流的存在，而零序分量谐波在中线里不能相互抵消，反而叠加，因此过于迁细的中线会造成线路阻抗的增加，干扰也将增加。同时过细的中线还会造成中线过热。
3.2 瞬变干扰抑制器
3.2.1 气体放电管
俗称避雷管。优点是绝缘电阻高、寄生电容小、浪涌吸收能力强。缺点是对浪涌电压的响应速度低。
3.2.2 金属氧化物压敏电阻
压敏电阻的主要参数是标称电压和通流容量。在使用时，压敏电阻的电压选择要考虑被保护线路可能有的波动电压，一般取1.2～1.4倍。如果是交流电路，还要注意电压的有效值与峰值间的关系。例如220V时其压敏电阻的标称电压应是220×1.4×1.4＝430V。通流容量应根据所需保护的具体场合进行合理的选择。使用时除了安装引线不宜过长，还不宜在高频场合使用。前者因压敏电阻对瞬变干扰吸收时的高速性能（us）级，引线越长感应电压越大，后者因压敏电阻的固有电容（数千～数百PF）。
3.2.3 硅瞬变电压吸收二极管（TVS管）
TVS管又叫瞬态电压抑制电路。当瞬态电压保护二极管受到反向瞬态高能量冲击时，以1×10－12s的速度，将其两极间的高阻抗变成低阻抗，吸收高达数千瓦的浪涌功率，使两极间的电压箝位于一个预定值，有效地保护了电子线路的敏感元件。具体又分为单向和双向两种。主要参数是击穿电压、漏电流和电容。特点是响应时间快（亚us级）、浪涌吸收能力高、瞬态功率大、漏电流小、箝位电压易控制、没有损伤极限和体积小等。广泛应用于医疗仪器设备的静电，电感性负载切换时产生的瞬变电压，雷击产生的过电压保护。使用时TVS管的击穿电压要高于被保护电路工作电压的10％。
3.2.4 固体放电管
固体放电管的特点是响应速度快（10～20ns级），吸收电流大、动作电压稳定、使用寿命长。其工作原理是：当外界干扰低于触发电压时，放电管处于截止状态；当干扰电压超出触发电压时，放电管工作在负阻区。此时电流极大，使干扰能量转移。随着干扰的减少，通过放电管的电流回落，当干扰电流低于维持电流时，放电管从低阻区回到高阻区，完成～次放电过程。
3.3 电源线滤波器
电源线滤波器安装在电源与电子设备之间，主要起抑制电能传输中寄生的电磁干扰，提高设备工作可靠性的作用。常用的由无源集中参数（电感、电容、电阻）构成的单级线路。如图1所示。图中Cx为差模电容，起衰减差模干扰的作用。在220V交流电源中取为几十～几百nF，耐压250VAC。Cy为共模电容，起衰减共模干扰的作用。一般取1nf~4.7nf，耐压3~6KVDC。L1、L2为共模电感，其电感量与通过电流的大小有关，对共模电流有很好的滤波效果。典型值为几百nH～几mH。R起消除滤波器上可能出现的静电积累。滤波器对电磁干扰的抑制作用的好坏不仅与它的设计与实际工作条件有关，还与它的安装情况有关。因此，安装时一定要确保滤波器外壳与设备的金属外壳接触良好后，再与大地可靠接触，同时，还要考虑输入和输出线路之间不存在耦合，合理安排滤波器的引线安装位置。最好的办法是电源线不直接进入设备机箱，而是经过滤波之后再进入，利用机壳的自然屏蔽，把电源线干扰排除在设备之外。
提高滤波器性能的措施：一是使用带地线电感的滤波器。这样可以抑制地线上的干扰。二是采用多级滤波器。三是滤波器与吸收器件组合使用。四是使用新型软磁材料。五是加接有耗元件。
3.4 隔离变压器
隔离变压器的作用是实现电路的电气隔离，解决由地线环路带来的设备间的相互干扰。
3.4.1 普通隔离变压器
普通隔离变压器在初级与次级间不设屏蔽层，它是通过输入与输出间的电隔离，从而解决公共地的问题。优点是对共模干扰有一定的抑制作用，其大小可用初次级间的分布电容和设备对地分布电容的比值来估算。通常初次级间的分布电容为几百Pf，设备对地分布电容为几~几十nF，因此共模干扰的衰减值在10~20倍左右（20~30dB）。缺点是对共模干扰的抑制效果因绕组间的分布电容随频率升高而下降。
3.4.2 带屏蔽层的隔离变压器
在变压器初次级间增设屏蔽层，并将屏蔽层可靠接地，既可获得较好的抑制共模干扰，也可利用屏蔽层抑制差模干扰。具体做法是将变压器屏蔽层接至初级的中线端。例如对50HZ工频来说，由于初级与屏蔽层构成的容抗很高，仍可通过变压器效应传递到次级，而未被衰减。对频率较高的共模干扰，由于初级与屏蔽层间容抗变小，使这部分干扰经由分布电容及屏蔽层与初级中线端的连线直接返回电网，而进入次级回路。
3.4.3 超级隔离变压器
超级隔离变压器就是性能较完善的多重屏蔽隔离变压器。具体有双重屏蔽和三重屏蔽两种。特点是对共模和差模干扰都有较强的抑制能力。双重的是一个屏蔽层接变压器初级的中线，以降低差模干扰；另一层接大地，以抑制共模干扰。三重的靠近初级的屏蔽层接初级中线；中间的屏蔽层接变压器的外壳后再接大地；靠近次级的屏蔽层，接次级的一个端子。
3.5 交流稳压器
交流稳压器的作用是在输入电压和负载电流变化时，把其输出电压稳定在所允许的范围内。常用的有铁磁谐振、参数调整型、伺服型、分级调整宽度、超级隔离、开关型、不间断和净化等交流稳压电源。
3.5.1 铁磁谐振交流稳压电源
工作原理是靠改变电感的饱和程度，而使电感与电容谐振来实现调节的。当输输入电压因某种因素过高或过低时，其输出电压可随输入电压的高低通过自动调节，从而使输出电压保持稳定不变。优点是电路简单、输出阻抗高、过载能力强、可靠性较高。缺点是稳压精度不高、输出电压波形失真大、有相移和噪声。不适宜启动电流大的负载。
3.5.2 参数调整型交流稳压电源
典型的是早年的614系列稳压器。现已被一种改进型参数调整型交流稳压电源所替代。该电源是在614的基础上进行了一定的改进，特别是利用可控硅调感技术代替了磁放大器。工作原理是利用可控硅的相位控制来改变电感的参数，实现调节使输出电压稳定不变。优点是稳压精度高（可优于土1％），同第一种比较还可以抑制交流输出电压中的部分谐波。缺点是输入侧的电流谐波较大、功率因数较低、有相移。特别是带非线性负载时可能有低频振荡现象。
3.5.3 伺服型交流稳压电源
该电源就是早期的多抽头自耦式调压变压器。工作原理是监视变压器输出电压的高低的办法来驱动伺服电动机改变变压器输出抽头的位置，使输出电压在维持负载所允许的电压范围内。缺点是响应速度低（秒级），调节时会出现许多尖峰和振铃干扰。
3.5.4 分级调整的宽限交流稳压电源
该电源和伺服型交流稳压电源类似，所不同的是多抽头自耦变压器的抽头位置是由继电器转换。由于该电源价格低廉，输入电压的适应范围较宽，应用于家用电器的交流稳压。缺点是稳压精度不高，在继电器转换过程中易产生电火花所带来的尖峰干扰。
3.5.5 超级隔离变压器
为了解决了现代电子仪器设备的小型化、数字化和低功耗化，对电网的瞬变干扰尤其敏感的问题，从而诞生多抽头的超级隔离变压器，俗称净化电源。对多抽头的绕组的控制则采用了无触点的双向可控硅，数字电路或单片机。有时也称为数控型净化电源。优点是：稳压电源的电压适应范围宽、对电网或负载变化的响应速度快（小于10ms）、对存在于电网中瞬变干扰抑制能力强。
3.5.6 开关型交流稳压电源
开关型交流稳压电源采用了先进的高频开关电源技术。优点：小型、轻量、高效、响应速度快。缺点：复杂、价格昂贵。
3.5.7 不间断电源
不间断电源目前有电动机——发电机组、静态后各式和静态在线式三类。
①电动机一发动机组 主要由直流电动机（交流电经整流后供电）驱动的惯性飞轮和交流发电机组组成。当电网电压停电时，利用飞轮的惯性储能，使发电机在短时间内继续供电；与此同时启动备用的柴油发电机组，当油机转速与发电机组转速相同时，油机离合器与发电机相连，完成由市电到油机的转换。它是较早发展的一种不间断电源。优点：稳定可靠。缺点：体积大、噪声大。
②静态后备式 电网正常时，静态后备式不间断电源处在旁通状态，即市电经输入滤波器、静态转移开关直接输送给负载；与此同时，市电通过充电器向蓄电池充电。这时逆变器不工作。只有当市电断电时，才将静态转移开关切换到逆变器一侧，经过2~4ms后逆变器启动，将蓄电池中储存的电能转换成交流电，输给负载。优点：简单、小巧、价格便宜。缺点：输出电压直接受电网波动的影响，抗电网中的突变干扰能力差。
③静态在线式 该电源的工作过程是市电先经整流后对蓄电池充电，再由蓄电地给逆变器供电，经逆变、稳压、稳频后为负载供给交流电源。断电时蓄电池不再充电，而逆变器供电的状态不变，所以不间断电源给负载继续提供交流电源。当逆变器发生输出过电压、过电流或不间断电源故障时逆变器会自动关闭，并通过静态转移开关转到旁通位置，直接由市电给负载供电。优点：保护和扩展能力强。该电源的容量（几KVA～几百KVA）较大，三相大功率的常用医院电子计算机及监护系统。
4 在医疗仪器设备中的应用
上述各种方法和抗干扰技术已广泛应用于心脑电图机、监护仪、超声诊断仪，电子脉冲治疗仪针灸电疗仪或银针直接接触人体等医疗诊断、治疗仪器设备之中。例如：超声诊断仪电路较为复杂，由换能器（探头）检测的信号较为微弱，对抗电源干扰有较高要求，若稍不注意就会在信号上叠加干扰信号而无法正确诊断，机器除了采用了外壳接地，内部特别是对电源部分采用了严格地屏蔽措施，但对周边环境要求也有很高。例如我市有一家医院购置了一台新的B超仪，放置的房间已经远离医院内易产生干扰源，开机后荧屏上有较强的干扰信号，经过反复分析排查发现是离医院1KM处市广播电台的信号引起，后在电源线上绕了几圈导线（相当于电感）接地后，干扰排除。
ECG—6511、ECG－ll系列心电图机从电路上看，可以说是医疗仪器设备防干扰措施和抗干扰技术综合应用的典范。它集机壳接地，放电管、二极管、浮地、屏蔽，变压器隔离，光电耦合为一体。在输入回路采用了放电管和二极管等组成的高压去颤保护电路，在放大电路前级采用了浮地技术，使前置放大器的地线和主放大器、主电源（电源变压器）的地线相互隔离。同时为了减少50Hz的交流电对共模信号的干扰，采用了右腿驱动电路。患者的右腿不直接接地、而是通过限流电阻与驱动放大器相连，当患者和地之间由于干扰或其它原因引起的高电压或漏电时，右腿放大器立即饱和，将高电压和漏电流旁路。另外还采用了变压器隔离电路，和优先使用交流电源的先进供电电源等。
总而言之，在实际工作中要根据具体情况进行具体分析，机动灵活加以运用。
参考文献
[1] 雷元义．中外心电图机实用技术[M]．中国计量出版社，1997，5.
[2] 曹宏斌．原器件应用中的静电防护[J]．电子元器件应用， 2001，（11）36.
[3] 汤会．微系统外部干扰的防护[J]．医疗卫生装备， 2003，（11）123.
[4] 顾昕元. 电磁干扰的产生与消除方法[J].中国医疗器械杂志，2000，24（5）：300—301.
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3.1 专用线路
为了抑制仪器设备间的相互干扰，最简单的方法是采用分相供电制。即：在三线供电线路中认定一相作为敏感设备的供电电源；一相作为外部设备的供电电源；再一相作为常用测试仪器或其它辅助设备的供电电源。这种措施常应用在大型的医疗仪器设备供电系统。
值得注意的是在现代医用电子仪器设备系统中，由于配电线路中非线性负载的使用，造成线路中谐波电流的存在，而零序分量谐波在中线里不能相互抵消，反而叠加，因此过于迁细的中线会造成线路阻抗的增加，干扰也将增加。同时过细的中线还会造成中线过热。
3.2 瞬变干扰抑制器
3.2.1 气体放电管
俗称避雷管。优点是绝缘电阻高、寄生电容小、浪涌吸收能力强。缺点是对浪涌电压的响应速度低。
3.2.2 金属氧化物压敏电阻
压敏电阻的主要参数是标称电压和通流容量。在使用时，压敏电阻的电压选择要考虑被保护线路可能有的波动电压，一般取1.2～1.4倍。如果是交流电路，还要注意电压的有效值与峰值间的关系。例如220V时其压敏电阻的标称电压应是220×1.4×1.4＝430V。通流容量应根据所需保护的具体场合进行合理的选择。使用时除了安装引线不宜过长，还不宜在高频场合使用。前者因压敏电阻对瞬变干扰吸收时的高速性能（us）级，引线越长感应电压越大，后者因压敏电阻的固有电容（数千～数百PF）。
3.2.3 硅瞬变电压吸收二极管（TVS管）
TVS管又叫瞬态电压抑制电路。当瞬态电压保护二极管受到反向瞬态高能量冲击时，以1×10－12s的速度，将其两极间的高阻抗变成低阻抗，吸收高达数千瓦的浪涌功率，使两极间的电压箝位于一个预定值，有效地保护了电子线路的敏感元件。具体又分为单向和双向两种。主要参数是击穿电压、漏电流和电容。特点是响应时间快（亚us级）、浪涌吸收能力高、瞬态功率大、漏电流小、箝位电压易控制、没有损伤极限和体积小等。广泛应用于医疗仪器设备的静电，电感性负载切换时产生的瞬变电压，雷击产生的过电压保护。使用时TVS管的击穿电压要高于被保护电路工作电压的10％。
3.2.4 固体放电管
固体放电管的特点是响应速度快（10～20ns级），吸收电流大、动作电压稳定、使用寿命长。其工作原理是：当外界干扰低于触发电压时，放电管处于截止状态；当干扰电压超出触发电压时，放电管工作在负阻区。此时电流极大，使干扰能量转移。随着干扰的减少，通过放电管的电流回落，当干扰电流低于维持电流时，放电管从低阻区回到高阻区，完成～次放电过程。
3.3 电源线滤波器
电源线滤波器安装在电源与电子设备之间，主要起抑制电能传输中寄生的电磁干扰，提高设备工作可靠性的作用。常用的由无源集中参数（电感、电容、电阻）构成的单级线路。如图1所示。图中Cx为差模电容，起衰减差模干扰的作用。在220V交流电源中取为几十～几百nF，耐压250VAC。Cy为共模电容，起衰减共模干扰的作用。一般取1nf~4.7nf，耐压3~6KVDC。L1、L2为共模电感，其电感量与通过电流的大小有关，对共模电流有很好的滤波效果。典型值为几百nH～几mH。R起消除滤波器上可能出现的静电积累。滤波器对电磁干扰的抑制作用的好坏不仅与它的设计与实际工作条件有关，还与它的安装情况有关。因此，安装时一定要确保滤波器外壳与设备的金属外壳接触良好后，再与大地可靠接触，同时，还要考虑输入和输出线路之间不存在耦合，合理安排滤波器的引线安装位置。最好的办法是电源线不直接进入设备机箱，而是经过滤波之后再进入，利用机壳的自然屏蔽，把电源线干扰排除在设备之外。
提高滤波器性能的措施：一是使用带地线电感的滤波器。这样可以抑制地线上的干扰。二是采用多级滤波器。三是滤波器与吸收器件组合使用。四是使用新型软磁材料。五是加接有耗元件。
3.4 隔离变压器
隔离变压器的作用是实现电路的电气隔离，解决由地线环路带来的设备间的相互干扰。
3.4.1 普通隔离变压器
普通隔离变压器在初级与次级间不设屏蔽层，它是通过输入与输出间的电隔离，从而解决公共地的问题。优点是对共模干扰有一定的抑制作用，其大小可用初次级间的分布电容和设备对地分布电容的比值来估算。通常初次级间的分布电容为几百Pf，设备对地分布电容为几~几十nF，因此共模干扰的衰减值在10~20倍左右（20~30dB）。缺点是对共模干扰的抑制效果因绕组间的分布电容随频率升高而下降。
3.4.2 带屏蔽层的隔离变压器
在变压器初次级间增设屏蔽层，并将屏蔽层可靠接地，既可获得较好的抑制共模干扰，也可利用屏蔽层抑制差模干扰。具体做法是将变压器屏蔽层接至初级的中线端。例如对50HZ工频来说，由于初级与屏蔽层构成的容抗很高，仍可通过变压器效应传递到次级，而未被衰减。对频率较高的共模干扰，由于初级与屏蔽层间容抗变小，使这部分干扰经由分布电容及屏蔽层与初级中线端的连线直接返回电网，而进入次级回路。
3.4.3 超级隔离变压器
超级隔离变压器就是性能较完善的多重屏蔽隔离变压器。具体有双重屏蔽和三重屏蔽两种。特点是对共模和差模干扰都有较强的抑制能力。双重的是一个屏蔽层接变压器初级的中线，以降低差模干扰；另一层接大地，以抑制共模干扰。三重的靠近初级的屏蔽层接初级中线；中间的屏蔽层接变压器的外壳后再接大地；靠近次级的屏蔽层，接次级的一个端子。
3.5 交流稳压器
交流稳压器的作用是在输入电压和负载电流变化时，把其输出电压稳定在所允许的范围内。常用的有铁磁谐振、参数调整型、伺服型、分级调整宽度、超级隔离、开关型、不间断和净化等交流稳压电源。
3.5.1 铁磁谐振交流稳压电源
工作原理是靠改变电感的饱和程度，而使电感与电容谐振来实现调节的。当输输入电压因某种因素过高或过低时，其输出电压可随输入电压的高低通过自动调节，从而使输出电压保持稳定不变。优点是电路简单、输出阻抗高、过载能力强、可靠性较高。缺点是稳压精度不高、输出电压波形失真大、有相移和噪声。不适宜启动电流大的负载。
3.5.2 参数调整型交流稳压电源
典型的是早年的614系列稳压器。现已被一种改进型参数调整型交流稳压电源所替代。该电源是在614的基础上进行了一定的改进，特别是利用可控硅调感技术代替了磁放大器。工作原理是利用可控硅的相位控制来改变电感的参数，实现调节使输出电压稳定不变。优点是稳压精度高（可优于土1％），同第一种比较还可以抑制交流输出电压中的部分谐波。缺点是输入侧的电流谐波较大、功率因数较低、有相移。特别是带非线性负载时可能有低频振荡现象。
3.5.3 伺服型交流稳压电源
该电源就是早期的多抽头自耦式调压变压器。工作原理是监视变压器输出电压的高低的办法来驱动伺服电动机改变变压器输出抽头的位置，使输出电压在维持负载所允许的电压范围内。缺点是响应速度低（秒级），调节时会出现许多尖峰和振铃干扰。
3.5.4 分级调整的宽限交流稳压电源
该电源和伺服型交流稳压电源类似，所不同的是多抽头自耦变压器的抽头位置是由继电器转换。由于该电源价格低廉，输入电压的适应范围较宽，应用于家用电器的交流稳压。缺点是稳压精度不高，在继电器转换过程中易产生电火花所带来的尖峰干扰。
3.5.5 超级隔离变压器
为了解决了现代电子仪器设备的小型化、数字化和低功耗化，对电网的瞬变干扰尤其敏感的问题，从而诞生多抽头的超级隔离变压器，俗称净化电源。对多抽头的绕组的控制则采用了无触点的双向可控硅，数字电路或单片机。有时也称为数控型净化电源。优点是：稳压电源的电压适应范围宽、对电网或负载变化的响应速度快（小于10ms）、对存在于电网中瞬变干扰抑制能力强。
3.5.6 开关型交流稳压电源
开关型交流稳压电源采用了先进的高频开关电源技术。优点：小型、轻量、高效、响应速度快。缺点：复杂、价格昂贵。
3.5.7 不间断电源
不间断电源目前有电动机——发电机组、静态后各式和静态在线式三类。
①电动机一发动机组 主要由直流电动机（交流电经整流后供电）驱动的惯性飞轮和交流发电机组组成。当电网电压停电时，利用飞轮的惯性储能，使发电机在短时间内继续供电；与此同时启动备用的柴油发电机组，当油机转速与发电机组转速相同时，油机离合器与发电机相连，完成由市电到油机的转换。它是较早发展的一种不间断电源。优点：稳定可靠。缺点：体积大、噪声大。
②静态后备式 电网正常时，静态后备式不间断电源处在旁通状态，即市电经输入滤波器、静态转移开关直接输送给负载；与此同时，市电通过充电器向蓄电池充电。这时逆变器不工作。只有当市电断电时，才将静态转移开关切换到逆变器一侧，经过2~4ms后逆变器启动，将蓄电池中储存的电能转换成交流电，输给负载。优点：简单、小巧、价格便宜。缺点：输出电压直接受电网波动的影响，抗电网中的突变干扰能力差。
③静态在线式 该电源的工作过程是市电先经整流后对蓄电池充电，再由蓄电地给逆变器供电，经逆变、稳压、稳频后为负载供给交流电源。断电时蓄电池不再充电，而逆变器供电的状态不变，所以不间断电源给负载继续提供交流电源。当逆变器发生输出过电压、过电流或不间断电源故障时逆变器会自动关闭，并通过静态转移开关转到旁通位置，直接由市电给负载供电。优点：保护和扩展能力强。该电源的容量（几KVA～几百KVA）较大，三相大功率的常用医院电子计算机及监护系统。
4 在医疗仪器设备中的应用
上述各种方法和抗干扰技术已广泛应用于心脑电图机、监护仪、超声诊断仪，电子脉冲治疗仪针灸电疗仪或银针直接接触人体等医疗诊断、治疗仪器设备之中。例如：超声诊断仪电路较为复杂，由换能器（探头）检测的信号较为微弱，对抗电源干扰有较高要求，若稍不注意就会在信号上叠加干扰信号而无法正确诊断，机器除了采用了外壳接地，内部特别是对电源部分采用了严格地屏蔽措施，但对周边环境要求也有很高。例如我市有一家医院购置了一台新的B超仪，放置的房间已经远离医院内易产生干扰源，开机后荧屏上有较强的干扰信号，经过反复分析排查发现是离医院1KM处市广播电台的信号引起，后在电源线上绕了几圈导线（相当于电感）接地后，干扰排除。
ECG—6511、ECG－ll系列心电图机从电路上看，可以说是医疗仪器设备防干扰措施和抗干扰技术综合应用的典范。它集机壳接地，放电管、二极管、浮地、屏蔽，变压器隔离，光电耦合为一体。在输入回路采用了放电管和二极管等组成的高压去颤保护电路，在放大电路前级采用了浮地技术，使前置放大器的地线和主放大器、主电源（电源变压器）的地线相互隔离。同时为了减少50Hz的交流电对共模信号的干扰，采用了右腿驱动电路。患者的右腿不直接接地、而是通过限流电阻与驱动放大器相连，当患者和地之间由于干扰或其它原因引起的高电压或漏电时，右腿放大器立即饱和，将高电压和漏电流旁路。另外还采用了变压器隔离电路，和优先使用交流电源的先进供电电源等。
总而言之，在实际工作中要根据具体情况进行具体分析，机动灵活加以运用。
参考文献
[1] 雷元义．中外心电图机实用技术[M]．中国计量出版社，1997，5.
[2] 曹宏斌．原器件应用中的静电防护[J]．电子元器件应用， 2001，（11）36.
[3] 汤会．微系统外部干扰的防护[J]．医疗卫生装备， 2003，（11）123.
[4] 顾昕元. 电磁干扰的产生与消除方法[J].中国医疗器械杂志，2000，24（5）：300—301.
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