方舱医院系统中的电磁兼容设计.pdf

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Altair2015技术大会论文集-1-方舱医院系统中的电磁兼容设计方舱医院系统中的电磁兼容设计DesignofElectromagneticCompatibilityintheShelterHospitalSystem黄鹏，刘志国，祁建城（军事医学科学院卫生装备研究所，天津，300161）摘摘要要:

目的：

对方舱医院系统进行了一系列的电磁兼容设计，用于对抗未来复杂电磁环境下的电磁干扰问题。

方法：

采取系统布局分开放置干扰源与敏感设备，设置屏蔽空间隔离不同设备，利用良好接地保护敏感设备，使用滤波技术去除骚扰信号等措施，为方舱医院系统的电磁兼容提出了设计思想和解决方法。

结果：

通过电磁兼容仿真和试验检测，该方舱医院系统基本消除了由电磁干扰所引起各分系统或设备的故障及不容许的响应，达到了系统的电磁兼容。

结论：

该方舱医院系统的电磁兼容设计方案，可满足野战条件下应急医疗救治机构电磁安全防护的需要。

关键词：

关键词：

方舱医院,电磁兼容,电磁干扰,系统布局,屏蔽Abstract:

Objective:

Ontheshelterhospitalsystemconductedaseriesofelectromagneticcompatibility（EMC）design,usedagainsttheelectromagneticinterference（EMI）undercomplicatedelectromagneticenvironmentprobleminthefuture.Methods:

FortheshelterhospitalsystemofEMCdesignideasandsolutionsmethodsareputforward,suchastakethesystemlayoutplacedseparatesourcesofinterferenceandsensitiveequipment,setuptheshieldspatialsegregationofdifferentdevices,applyagoodgroundingtoprotectsensitiveequipment,usefilteringtechniquestoremovethedisturbancesignalandothermeasures.Results:

ThroughtheEMCsimulationandexperimentaltesting,theimpermissibleresponseandfaultsofeachsystemorequipmentcausedbytheelectromagnetisminterferenceareeliminated，toachievetheEMCofthesystem.Conclusion:

TheapplicationofshelterhospitalsystemEMCdesign,cansatisfytheelectromagneticfieldundertheconditionofemergencymedicaltreatmentinstitutionsecurityneeds.Keywords:

shelterhospital,EMC,EMI,systemlayout,shield1引言引言未来信息化战争，将是一场争夺电磁空间的战争，能否取得制电磁权将成为战争胜负的关键。

由于电子信息设备的使用不断加大，战场空间中的电磁信号非常密集，使得战场电磁Altair2015技术大会论文集-2-环境极其复杂。

随着敌我双方电磁武器的激烈对抗，特别是非常规武器电磁炸弹的使用，使得战场电磁环境更加恶劣，对电子设备的破坏力巨大，对卫勤装备的防护能力提出严峻挑战1。

方舱医院系统根据第二代卫生装备体系，着眼于未来信息化条件下大规模联合作战和非战争军事行动卫勤保障需要，它集医疗、救护、通信、保障于一体，由医疗方舱、通道方舱和保障方舱（含病房帐篷）等组成，主要用于野战条件下开设战役支援医疗救治机构，对伤病员实施分类后送、紧急救命手术、早期外科处置、早期专科治疗、危重急救护理、X线诊断、临床检验等，完成手术、急救、卫生器材灭菌、战救药材供应、卫勤作业指挥、远程会诊等，具有机动灵活、功能齐全、保障有力、防护性强等特点2。

方舱的主要功能就是防护舱内的各种设备，但由于方舱内部空间有限,集成的电子设备通过缝隙向外界辐射能量,使得局部电磁信号交叠复杂,容易产生电磁干扰耦合3。

一旦产生电磁干扰，会使电磁兼容性较差的医疗设备性能降低，从而使得到的诊断信息失真，使医生不能做出正确的诊断，直接影响患者的人身安全。

如监护仪器出故障,输出波形失真;高频电刀氩气流量自动控制系统失灵，设备不能正常工作;呼吸机、心电监护仪等设备突然停止等等。

美国和日本均发生过因无线电辐射干扰使得医疗设备停止工作的医疗事故；广州的一名病人，因安装的心脏起搏器受到手机辐射干扰,险些失去生命4。

由此可见,研究方舱医院系统的电磁兼容问题，提高医疗设备电磁兼容性,降低电磁干扰的风险，对于构建安全高效的信息化方舱医院具有重要的现实意义。

方舱医院系统中的电磁兼容设计:

在方舱医院系统中,造成系统设备干扰主要有以下两个方面。

一方面是方舱外部的电磁干扰。

通常有两种传播方式：

一是传导传播，通过电源线、通信接收天线和方舱间的信息传输互连电缆传入到舱内；二是辐射传播，通过舱体及舱体上的各种孔缝传到方舱内部6。

另一方面是方舱内部的电磁干扰。

由于舱内电磁环境复杂，不同类型的设备通过地线或信号线产生电磁耦合，从而干扰设备的正常运行。

电磁兼容设计就是要从系统布局、屏蔽、地线、滤波等方面着手，减少或消除电磁干扰。

系统布局设计:

电子设备向外界辐射的能量只有在一定的范围内才能被接收到，避开这一范围，可以使得敏感设备避免或减小干扰和被干扰7。

因此，在电磁兼容设计时要根据整个系统的总要求，结合方舱内各个区域的功能特点，确定系统中电子设备的位置格局，使相对敏感的设备,其位置尽可能远离骚扰源。

医疗方舱和保障方舱上所使用的电气设备，首先要优先选用按设备和分系统电磁兼容要求进行设计，并通过电磁兼容性试验，取得证明合格试验报告的设备。

其次，依据电磁兼容性问题对设备性能可能造成的后果、危害程度以及对遂行任务的影响程度进行分类，通常分为三类。

第一类：

使系统不能完成任务，以致危及安全的设备。

第二类：

使系统性能降低，以致影响任务完成的设备。

第三类：

仅造成噪声增加，使人有不适感，或增加医疗人员操作负担，或其性能下降，但不影响系统效能的设备。

Altair2015技术大会论文集-3-最后，根据设备电磁兼容性分类，分开放置强辐射设备与敏感设备，确保在同一功能区内相对集中布置同一分系统内的设备,从而控制电子设备之间的相互干扰。

屏蔽设计:

屏蔽就是对两个空间区域之间进行金属的隔离,以控制电场、磁场和电磁场由一个区域对另一个区域的感应和辐射7。

也就是说用屏蔽体将干扰源或敏感设备保护起来，防止干扰源干扰其他设备或是敏感设备受到干扰。

方舱医院系统所用的方舱，因为各自功能的不同，对电磁屏蔽性能的要求也各不相同。

在GJB6109-2007军用方舱通用规范中，规定了方舱的三个屏蔽等级能够达到的电磁屏蔽性能9,见表1。

故手术方舱等医疗方舱可选用III级屏蔽，而卫勤方舱因需使用卫星与外界沟通要选用II级屏蔽甚至I级屏蔽。

所以，在进行屏蔽体的设计时,首先要选择合适的屏蔽材料。

方舱舱体通常由内外蒙皮及中间发泡材料构成，在屏蔽等级是III级和II级时，其内外蒙皮可选用铝板，在屏蔽等级是I级时，需要考虑低频时的屏蔽效能，可以选择外部蒙皮为铝板，内部蒙皮为钢板8。

表1方舱电磁屏蔽性能屏蔽等级衰减量（dB）频率范围（MHz）I600.00918000II600.1010000III400.1010000通过以上方法可对方舱医院系统外部的电磁干扰进行有效的屏蔽，内部则采取了局部电路屏蔽的方法，将敏感电路与其他电路分开，并根据之前的电子设备电磁兼容危害影响，将第三类设备安装在机柜或机箱内，使得内部电磁辐射不能外溢,外部电磁辐射不能进入。

2建模与仿真建模与仿真为进一步完善电磁兼容设计方案，使用AltairFEKO软件建立了方舱医院系统的仿真模型，对方舱的门、窗、通风口进行了模拟仿真9。

在模型外部设置不同频段的远场平面电磁波，模拟显示方舱内部的电磁环境场强分布情况。

图2a显示的是外部施加300MHz的电磁波未采取干扰措施时的3D效果，图中红、黄、绿、蓝、深蓝的颜色区域表示电磁场强度从强到弱的分布。

Altair2015技术大会论文集-4-图2方舱采取抗干扰措施前后内部电磁场云图分布从上图可以看出，方舱的舱体安装通风波导窗、屏蔽玻璃、金属丝防波套后，起到了很好的屏蔽效果，EMC性能得到了较大的提升。

3试验结果及结论试验结果及结论为检测方舱医院系统的电磁兼容性，在半电波暗室进行了电磁自兼容试验和外部射频电磁环境适应性测试。

测试现场布置如图3所示。

图3方舱系统电磁自兼容试验依据方舱医院系统电磁兼容性大纲及GJB1389A-2005系统电磁兼容性要求的相关要求，电磁自兼容试验主要是在不同状态下对方舱内处于典型使用工况时的敏感设备进行监测并判断是否能够自兼容；外部射频电磁环境适应性测试则是被测方舱内所有分系统及电气设备处于典型工作状态，由电场发生装置产生规定场强的电场，通过发射天线将干扰电场施加至被测方舱，考核其设备和线缆是否由于外部辐射场的耦合形成干扰信号而使系统产生敏感现象10。

其测试布置如图4所示。

图5a外部射频电磁环境测试示意图图5b外部射频电磁环境测试场景图图4外部射频电磁环境测试图其测试参数在10KHz2MHz时，其强场为25V/m；在2MHz18GHz时，其强场为50V/m。

Altair2015技术大会论文集-5-其测试曲线如图6所示。

图6外部射频电磁环境测试曲线测试结果表明，方舱医院系统在外部不加干扰时，各方舱系统能够兼容工作；在外部施加干扰时，在个别频点，视频监视器图像显示出现短暂消失现象，停止施加干扰后可自动恢复图像显示，这是由于视频监视器的电缆线屏蔽性能较差，导致受到耦合干扰，还需要进一步改进。

通过试验表明方舱医院系统使用多项设计手段，基本符合电磁兼容设计要求。

电磁兼容设计是方舱医院系统设计的关键环节，必须在系统研发之初实施，并贯穿全程。

下一步为使舱体的屏蔽效能在10kHz18GHz的范围内能够达到60dB这一目的，需从设备的选型、系统的集成等方面来限制系统的电磁干扰，从而保证系统工作的安全性和可靠性。

4参考文献参考文献1程健庆，余云智.信息化战场条件下复杂电磁环境仿真建模技术J.舰船电子工程，2008，28（8）：

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