医电设备电磁干扰问题及适当管制(1).pptx

電磁干擾及電磁相容導論,陳金德 錢嘉宏,1,第一页，共五十五页。,電磁波緒論,2,第二页，共五十五页。,電磁波特性,電磁波傳播速度(c)=頻率(f)波長()c=3 108 m/sec f:1/sec:m(公尺)振幅:能量強度相位 02,3,第三页，共五十五页。,輻射種類,輻 射 是 能 量 傳 播 的 一 種 方 式，例 如：太 陽 光、燈 光、熱 等 都 是 輻 射。廣 義 的 輻 射 依 能 量 的 不 同，可 分 為 非 游 離 輻 射 與 游 離 輻 射.非 游 離 輻 射 的能量較低，如太陽光、微涉及無線電波 游 離 輻 射 的能量較高 約大於12.4 KeV 可將物質游離產生荷電的 正負離子包括粒子輻射 如、中子等)及電磁輻射(如X-射線、-射線。其中粒子是氦核帶正電、電子 帶負電；中子、X-射線及-射線則不帶電。,4,第四页，共五十五页。,電磁波頻譜,5,第五页，共五十五页。,電場與磁場,6,第六页，共五十五页。,輻射近場與遠場,7,第七页，共五十五页。,輻射天線之空間輻射電磁場強度估算公式,E=30 GP/r H=E/377 B=0H P:為天線輸出功率，單位為 W r:為量測點與輻射天線間之距離，單位為 m G:為輻射天線增益(Gain)；偶極性天線，其值約為 1.51.6 B:為磁通密度，單位為 特斯拉(Tesla),1 Tesla=10,000 高斯(Guass,G)0:為空氣磁化係數，其值為4*10-7 H/m,8,第八页，共五十五页。,空間射頻輻射電磁場功率密度估算公式,1.能看出空間射頻輻射電場強度 E(V/m)者 功率密度 Pd=E2/377 W/m2，與電場強度平方成正比 2.能看出空間射頻輻射磁場強度 H(A/m)或 磁通密度 B(Tesla)者 功率密度 Pd=377*H2=377*(B/0)2 W/m2，與磁場 強度或磁通密度平方成正比,9,第九页，共五十五页。,導線電流產生周圍磁通密度之估算公式(1),帶有電流之單一長導線 I r 距離導線 r 公尺之磁通密度(B)=0I/(2r)Tesla，與距離成反比 假设導線電流為 1 安培 則距離導線 10 公分之磁通密度為 20 毫高斯(mG)距離導線 1 公尺之磁通密度為 2 毫高斯(mG).,10,第十页，共五十五页。,導線電流產生周圍磁通密度之估算公式(2),帶有電流之雙長導線，且各導線電流大小相同但方向相反，如一般設備之電源線 I d I r 兩導線距離 d 公尺，假设 r d，每一導線所產生之磁場方向相反 而抵消，則距離導線 r 公尺之磁通密度(B)=0Id/(2r2)Tesla，與距離平方成反比 假设導線電流為 1 安培，兩導線相距 2 公分 則距離導線 10 公分之磁通密度為 4.0 毫高斯(mG)距離導線 1 公尺之磁通密度為 0.04 毫高斯(mG),11,第十一页，共五十五页。,電磁場屏蔽策略,靜磁場屏蔽靜電場屏蔽-使用良好導體材料(即導電係數很大)，如銅、鋁等，即可達到幾乎完全屏蔽效果低頻磁場(或準靜磁場)屏蔽低頻電場(或準靜電場)屏蔽高頻遠場平面輻射電磁場(Plane EM Field)屏蔽,12,第十二页，共五十五页。,靜磁場屏蔽,13,第十三页，共五十五页。,.仍以磁性材料為主要屏蔽材料.使用非磁性導體作為屏蔽材料，會在導體外表感應電流而形成反向磁場，抵消原先磁場一部份；此反向磁場大小會隨頻率增加而增加，增強屏蔽效果。同時假设此屏蔽材料距離低頻磁場源愈遠，屏蔽效果愈大.根本上，低頻率之低波阻抗(Low Wave Impedance)磁場很難使用屏蔽材料來達到屏蔽效果,低頻磁場(或準靜磁場)屏蔽,14,第十四页，共五十五页。,低頻電場(或準靜電場)屏蔽,15,第十五页，共五十五页。,高頻遠場平面輻射電磁場(Plane EM Field)屏蔽,16,第十六页，共五十五页。,電磁相容,17,第十七页，共五十五页。,電磁相容工作環境,18,第十八页，共五十五页。,電磁相容相關名詞釋義,1.電磁相容(ElectroMagnetic Compatibility,EMC)的定義 某一設備或系統，或很多設備同時運作時，在電磁環境中滿足 其操作性能而不致產生難以承受環境中電磁干擾的能力。2.電磁干擾(ElectroMagnetic Interference,EMI)的定義 某一設備或系統在操作過程中，出現不利於其他電子設備或系 統運作功能的訊號，而此訊號是不想要的且是無意義的。3.電磁感受性(ElectroMagnetic Susceptibility,EMS)的定義 裝置、設備或系統不會因周圍電磁干擾而產生性能劣化的能力。4.劣化的定義 設備或系統之操作性能因電磁干擾而產生不期望的改變。劣化 不表示故障或完全之毀壞。,19,第十九页，共五十五页。,EMI 及 EMS 之定義,EMI,EMS,20,第二十页，共五十五页。,形成電磁干擾問題之三個要素,電磁干擾源,電磁傳遞途徑,電磁感受體,21,第二十一页，共五十五页。,電磁波傳遞途徑或介質,電磁波傳遞的途徑有三種：1.空間輻射(Radiation)電磁波經由空間(Space)傳遞。輻射波極易從儀器外框之極小不完整細縫(Seam)、接續(Joint)、通風孔、屏蔽不良的控制或顯示面板、輸入/輸出接頭、以及電 纜接線等，洩漏至儀器外面或進入至儀器內部。2.導體直接傳導(Conduction)電磁波經由電源線、輸入/輸出訊號線、接地線等電路導體傳遞。3.耦合感應(Induction)電磁波經由近場(Near Field)之電容性(電場效應)耦合或電感性(磁場效應)耦合而傳遞。,22,第二十二页，共五十五页。,電磁干擾型式,1.靜電放電2.輻射電磁場3.快速暫態波/叢訊4.雷擊突波5.傳導電磁場6.電源頻率(50 Hz 或 60 Hz)電流所產生之磁場7.雷突波流經金屬結構物所產生知脈衝磁場8.高電壓系統或設備切換時之暫態電突波所產生之衰減振盪磁場9.電源電壓瞬降、瞬斷及緩慢連續變動10.電源電壓低頻傳導性干擾,23,第二十三页，共五十五页。,容易產生電磁輻射干擾源之醫電設備,電刀裝置(500 KHz2.5 MHz).電燒灼器心臟電擊器.短波治療機(13.56MHz、27.12MHz、40.7MHz)微波治療機(433MHz、915MHz、2,450MHz)醫用遙傳或遙測(Telemetry)設備X 光透視診斷攝影裝置.電腦斷層攝影裝置核磁共振診斷攝影裝置.直線加速器馬達驅動之幫浦或壓縮機.牙科或骨科用高速鑽電毯或電動床,24,第二十四页，共五十五页。,容易受到電磁干擾之醫電設備,心臟節律器醫用遙傳或遙測(Telemetry)設備生理信號感測或監視裝置，如ECG、EMG、EEG、ERG、ENG、MEG、Holter、窒息監視器等核磁共振診斷攝影裝置電子顯微鏡裝有微處理器控制或數位線路的維持生命用裝置，如輸液 幫浦、血液透析機、呼吸輔助器、麻醉機、嬰兒保溫箱等,25,第二十五页，共五十五页。,非游離性電磁輻射之標幟符號,使用射頻能量(RF energy)作診斷或治療的設備系統,應標示非游離性電磁輻射之標幟符號(IEC 878 03-04 符號),26,第二十六页，共五十五页。,IEC電磁相容相關標準,歐體(EN)規範IEC規範 試驗內容EN61000-3-2IEC1000-3-2電源諧波(Harmonic)試驗EN61000-3-3IEC1000-3-3電源電壓浮動及閃爍(Power Flicker)試驗EN61000-4-2IEC1000-4-2靜電放電試驗(Electrostatic Discharge,ESD)EN61000-4-3IEC1000-4-3射頻輻射耐受試驗(Radiated RF)EN61000-4-4IEC1000-4-4電性快速脈衝試驗(Fast transient/burst,EFT)EN61000-4-5IEC1000-4-5雷擊突波耐受試驗(Lighting surge)EN61000-4-6IEC1000-4-6射頻傳導耐受試驗(Conducted RF)EN61000-4-8IEC1000-4-8電源頻率(50/60Hz)磁場耐受試驗EN61000-4-9IEC1000-4-9突波(Surge)磁場耐受試驗EN61000-4-10IEC1000-4-10衰減振盪(Damped oscillatory)磁場耐受試驗EN61000-4-11IEC1000-4-11電源電壓瞬降及瞬斷耐受試驗,27,第二十七页，共五十五页。,IEC電磁相容相關標準,EN61000-4-12IEC1000-4-12衰減振盪波耐受試驗EN61000-4-13IEC1000-4-13交流電源輸入的低頻傳導性干擾耐受試驗EN61000-4-14IEC1000-4-14電源電壓變動試驗EN61000-4-16IEC1000-4-16DC150KHz連續傳導性干擾耐受試驗EN61000-4-17IEC1000-4-17直流電源漣波(Ripple)試驗EN61000-4-27IEC1000-4-27三相電源不平衡性耐受試驗EN61000-4-28IEC1000-4-28電源頻率變動試驗,28,第二十八页，共五十五页。,無線電通訊系統對醫療儀器 之電磁干擾效應,29,第二十九页，共五十五页。,醫院可能使用之攜帶式無線電通訊手機演變流程,30,第三十页，共五十五页。,醫電設備受到無線電通訊手機電磁干擾影響程度之因素,手機輸出功率(Power)手機輸出頻率(Frequency)手機調變模式(Modulation)手機使用時間(Exposure Time)手機輻射天線型式(Antenna Type)傳輸距離(Distance)置放空間位置醫電設備本身電磁屏蔽能力,31,第三十一页，共五十五页。,輻射電磁波干擾電子線路致使處理錯誤之作用機轉方式,位元信號錯亂(Bit Corruption),半導體接面整流(Junction Rectification),32,第三十二页，共五十五页。,無線電通訊手機發射實際量測之電場強度值,33,第三十三页，共五十五页。,行動電話手機或區域無線電系統手機對醫電設備所可能造成之影響與效應,降低性能(Degradation of performance)讀值不準確(Inaccurate reading)不適當控制(Inappropriate control)影響照護效能(Ineffective care)很多電磁干擾狀況，只要將手機遠離或關機，即會可逆性地自動消失。,34,第三十四页，共五十五页。,電磁干擾醫電設備功能效應之臨床風險等級分類,1.沒有任何問干擾題發生,2.醫電設備發生可逆性之干擾問題，會引起錯誤診斷,3.醫電設備發生可逆性之干擾問題，導致錯誤診斷或 治療或發生不可逆性之問題，會引起錯誤診斷,4.醫電設備發生不可逆性之干擾問題，導致錯誤診斷或 治療需要緊急處理(Action),5.醫電設備發生可逆性之干擾問題，假设持續不改善，其會導致病人嚴重後果或死亡,6.醫電設備發生不可逆性之干擾問題，除非緊急處理，其會導致病人嚴重後果或死亡,35,第三十五页，共五十五页。,a.醫電設備發生可逆性之干擾問題，會引起錯誤診斷,ECG 監視器,基線漂移波形雜訊,36,第三十六页，共五十五页。,b.醫電設備發生可逆性之干擾問題，導致 錯誤診斷或治療；或發生不可逆性之問題，會引起錯誤診斷,麻醉機,控制面板-顯示錯誤值,37,第三十七页，共五十五页。,C.醫電設備發生不可逆性之干擾問題，導致錯誤診斷或治療，需要緊急處理,呼吸輔助器,發出alarm 訊號需要reset動作,38,第三十八页，共五十五页。,d.醫電設備發生可逆性干擾問題，假设持 續不改善，會導致病人嚴重後果或死亡,心臟節律器,不能產生刺激脈波,39,第三十九页，共五十五页。,e.醫電設備發生不可逆性之干擾問題，除非 緊急處理，其會導致病人嚴重後果或死亡,注射幫浦,停止注射劑量錯誤(治療性藥物)發出alarm