医疗设备控制中电气隔离技术的应用探讨

沈金龙（南京新颖氧医疗科技有限公司,南京 211500）

医疗设备控制中电气隔离技术的应用探讨

沈金龙
（南京新颖氧医疗科技有限公司,南京 211500）

摘 要：我国医疗技术的飞速发展和医疗设备不断提高的精准度密切相关。随着科学技术的社会应用性逐渐提高，许多医疗设备也开始引进高新技术，电气隔离技术就是一个成功的典型。因为医疗设备上经常会使用到电子设备，它产生的电磁场和噪音会影响医疗设备的精确度，所以必须应用电气隔离技术以防止电气设备噪声的干扰。本文介绍了电气隔离技术的隔离原理，并以此为基础分析了电气隔离技术在医疗设备中的具体应用。

关键词：医疗设备；电气隔离设备；电气隔离技术；应用

将电气隔离技术应用到医疗设备上，其主要目的就是在电路上就把干扰源和易被干扰的设备进行隔离，进而实现控制电磁场和噪音信号干扰的最终目的，提高医疗设备的精准度。目前电气隔离技术已经顺利地应用在医疗设备上，大部分的电子设备的电磁场都能得到有效控制，电路噪音也有效隔离。

1 电气隔离技术的隔离原理

目前医疗设备中应用的光电隔离技术主要是通过光电耦合设备完成。光电耦合设备由发光元件和光敏性较高的器件组合而成，有效实现了光、电之间的转化。该设备的工作原理为：当光电耦合设备的输入接口接受到传递的电信号后，其中的发光元件因为通电而发光，当光敏性较高的器件感应到光线后就产生电流，系统电路导通；当光电耦合设备没有接收到电信号时，发光元件不会发生变化，光敏性较高的器件也不会产生电流，系统断开[1]。

2 电气隔离技术的优点

光电耦合设备不仅具有传递信号的功能，还能有效地减少噪声并控制隔离电磁场的干扰。这种隔离技术主要优点有：

（1）光电耦合设备具有高压隔离作用。因为有些设备能够承受上千伏的电压，如果设备的外部设施出现安全问题如传递信号短接，光电耦合设备就会就会发挥它的承高压功能，保护设备仪器安全运行不受损害。

（2）常态下光电耦合设备的反应速度非常快，响应快速灵敏，它的反应时间一般不会超过5微秒，因此它能及时抑制磁场信号的干扰。

（3）光电耦合设备内的输入阻抗非常小，只有300～500欧姆，但是磁场干扰源的阻抗却非常大，差不多有105～106欧姆。根据分压理论我们可以知道，电气隔离设备可以减弱较大的干扰电压幅度，使得进入该设备内输入接口的噪声电压变小，从而产生较小的电流，以至于不能使发光原件发光，进而将电信号与医疗设备隔离[2]。

（4）设备两个端口之间不存在电气，而且分布在两端的电容微乎其微，然而设备中的绝缘电阻又非常大，所以在这种情况下电路中的噪声干扰无法经由光电耦合设备传输，消除对设备的干扰。

3 医疗设备控制中电气隔离技术的应用

光电耦合设备的两端分别安装有发光器和受光器，因此该设备中的电气是通过感光和发光元件联系，而没有直接以电流的方式实现电力传递。光电耦合设备中的输入抗阻值远远小于干扰源的阻抗值，因此在该设备的输入接口处实行分压不会产生较大干扰，传输过来的电流也变得十分微弱，很难使设备上的发光元件发光。此外，光电耦合设备不但能够抑制电磁场的干扰，还能降低干扰信号反馈到医疗设备的可能性，从而实现干扰隔离。医疗设备控制中电气隔离技术的具体应用主要体现在以下几个方面：

（1）信号传递过程中的隔离。光电隔离技术的经常应用在医疗设备控制系统的信号传递过程中。因为医疗设备控制系统中的测控设备和被测控设备要进行信号传递就必须经过一段较长的距离，在这段距离中信号极易被干扰，从而使信号发生失真或者变异，降低医疗设备的精确度。同时信号传递过程中经常会因为两个设备之前电位值不同而产生电位差，对医疗设备电压造成干扰[3]。光电耦合设备的应用大大减少了信号传递过程的干扰，它将两设备之间的电气隔开，提高设备的独立性，消除了形成环路的可能。

（2）医疗设备控制中接口处的隔离。实践中，一般会在医疗设备控制系统的接口处安装光电耦合设备隔离干扰噪音和干扰电磁场。医疗设备的检测信号通过线路传递，最终全部汇集到控制系统的信号输入接口，不同的接口接受的信号类型也不同，经过系统处理产生操作命令，这些命令信号会被控制进而传递到操作设备，由操作设备执行相应的命令。如果医疗设备的检测环境达不到标准，电力中就会产生较强的电磁场，一旦被磁场影响的检测信号在医疗设备中传递、被执行，就会产生较多失误，使医疗设备的准确性大幅度降低。将光电耦合设备安装在医疗设备控制系统的信号接收端口，能够最大程度上抑制干扰信号的传递。

（3）过零检测中的隔离。目前，研究人员已经将光电耦合设备和过零检测设备结合在一起。所谓过零检测就是通过医疗室设备控制系统自我检测交流电路中的电压过零点，继而发出驱动命令控制电路的开关。光电耦合设备应用在在这一检测过程中，可以降低电路中的电磁场干扰信号的强度，从而提高过零检测的准确度，利于医疗设备功能的正常发挥。

（4）医疗设备驱动电路的隔离。在控制医疗设备时通常会利用计算机内的程序控制系统的开关，但是这种开关的驱动功能不足，不能控制某些电磁执行设备，此时就需要在该控制系统内加装驱动电路。为了降低驱动电路内电磁场和信号的干扰，需要在该系统内装设光电耦合设备隔离来自驱动电路干扰。目前使用最多的驱动电路是马达高压电路，它依靠MOSFET功率管产生电流进而控制开关，其产生的开关命令经过光电耦合设备的隔离后准确无误的传递到控制系统内[4]。

4 结束语

文章以电气隔离技术的隔离原理为中心，介绍了目前效果最好的光电耦合设备，着重分析了光电耦合设备在医疗控制系统内的具体应用。医疗设备控制系统中的电气隔离普遍利用光电耦合设备实现，在应用设备该设备时，必须将两个独立电源分别安装在输入接口处和输出接口处，如果两个电源合为一个，那么光电耦合设备就会完全失去隔离作用。在应用光电耦合设备室必须确保所有的信号都被隔离，以达到完美的隔离效果。

参考文献：

[1]于敏.光电隔离技术在医疗设备控制上的应用[J].中国医疗设备,2010(05):41-43.

[2]王燕妮.电气隔离在医疗设备控制系统上的应用[J].医疗装备,2011(03):9-12.

[3]王燕妮.电气隔离在医疗设备控制系统上的应用[C].《医疗装备》杂志社、全国临床医学工程学会.57届中国国际医疗器械博览会论文集.《医疗装备》杂志社、全国临床医学工程学会,2014:4.

[4]李辉.医疗设备电气控制线路的各种隔离与技术措施分析[J].科技创新与应用,2013(05):87.

作者简介：沈金龙（1988-），男，江苏南京人，本科，研究方向：医疗器械自动控制。