工业、科学和医疗设备(EMI)检测

工业、科学和医疗设备 (ISM) EMI 检测：核心检测项目详解

确保工业、科学和医疗设备 (ISM) 在其工作环境中不会产生过度的电磁干扰（EMI），同时自身也能抵抗环境中常见的电磁骚扰，是其合规上市、安全可靠运行的关键。EMI检测正是评估设备这两方面能力的重要手段。其核心检测项目主要分为两大类别：电磁发射测试和电磁抗扰度测试。

一、 电磁发射测试 (Emission Testing) 目的是测量设备在正常运行状态下，向周围空间或连接的线缆上无意中发射的电磁骚扰水平，确保其不超过相关限值，避免干扰其他设备的正常工作。

1. 辐射发射测试：

   • 目的： 测量设备通过空间传播的电磁骚扰。
   • 频率范围： 通常在 30 MHz 至 6 GHz 或更高（取决于设备类型和最高工作频率）。
   • 测试场地： 主要在特定的电磁波暗室中进行，例如：
     • 全电波暗室： 模拟自由空间环境，墙壁、天花板、地板均铺设吸波材料。
     • 半电波暗室： 地面为金属反射面，模拟设备放置在地面上的实际使用情况，其他面铺设吸波材料（常用类型）。
   • 测量设备： 使用宽带天线（如双锥天线、对数周期天线、喇叭天线）和高灵敏度的测试接收机或频谱分析仪在规定距离（如3米、10米）处接收信号。
   • 关键项目：
     • 30 MHz - 1 GHz： 重点测量电场强度。
     • 1 GHz 以上： 根据需要测量电场强度，关注更高频段可能的骚扰。
   • 被测设备状态： 需在各种典型工作模式和负载条件下运行，找出最大发射状态。

2. 传导发射测试：

   • 目的： 测量设备通过其电源线、信号线、控制线等连接电缆向外传导的电磁骚扰。
   • 频率范围： 通常在 150 kHz 至 30 MHz。
   • 测试方法：
     • 电源端口： 使用线路阻抗稳定网络接入设备的电源输入端口。该网络提供标准化的负载阻抗，阻断外部电网干扰传入测量系统，并提取设备产生的传导骚扰电压。
     • 电信端口/信号端口： 使用专用的阻抗稳定网络或电流探头，测量骚扰电压或骚扰电流。
   • 测量设备： 测试接收机或频谱分析仪。
   • 关键项目： 测量电源端子、负载端子和信号端子的骚扰电压或电流。

二、 电磁抗扰度测试 (Immunity Testing) 目的是评估设备在遭受来自外部或内部的预期电磁骚扰时，其功能性能否维持在规定限值内的能力，确保其在真实电磁环境中的可靠性和安全性。

1. 静电放电抗扰度测试：

   • 目的： 模拟人体或物体带电后接触设备时产生的静电放电现象对设备的影响。
   • 测试方法： 使用静电放电模拟器，分别对设备的金属外壳、耦合板以及用户可能接触到的非金属孔、缝、按键、显示屏等进行直接放电（接触放电或空气放电）。
   • 关键参数： 放电电压等级（如±4kV, ±8kV, ±15kV），放电次数和模式。

2. 电快速瞬变脉冲群抗扰度测试：

   • 目的： 模拟开关动作（如继电器、接触器分合）、电感负载断开等产生的瞬态脉冲群骚扰。
   • 测试方法： 使用脉冲群模拟器，通过容性耦合夹将一串快速瞬变脉冲耦合到设备的电源线、信号线、控制线上。
   • 关键参数： 脉冲峰值电压（如0.5kV, 1kV, 2kV, 4kV）、重复频率（如5kHz）、极性、施加时间。

3. 浪涌抗扰度测试：

   • 目的： 模拟电力系统开关瞬变（如电容器组投切）或雷击（间接效应，如感应产生的浪涌）在电网中产生的高能量瞬变骚扰。
   • 测试方法： 使用浪涌模拟器，将具有特定波形（如1.2/50μs电压波，8/20μs电流波）的单次高压脉冲耦合到设备的交流/直流电源端口和信号端口。
   • 关键参数： 开路电压/短路电流等级（如0.5kV, 1kV, 2kV, 4kV）、波形、相位同步、耦合方式（线-地，线-线）、极性、施加次数。

4. 射频场感应的传导骚扰抗扰度测试：

   • 目的： 评估设备对来自外部射频发射源（如广播电台、手机基站）通过连接线缆感应耦合进入设备的传导骚扰的抵抗能力。
   • 测试方法： 使用射频信号发生器、功率放大器和电流注入探头或耦合/去耦网络，将特定频率和强度的射频干扰信号（通常是未调制或调幅的）注入到设备的电源线和通信线缆上。
   • 关键参数： 频率范围（通常150kHz - 80MHz）、测试等级（干扰信号电压幅度，如1V, 3V, 10V）、调制方式（如1kHz 80% AM）。

5. 工频磁场抗扰度测试：

   • 目的： 评估设备对由附近导体中的工频电流（50/60Hz）产生的磁场骚扰的抵抗能力（如靠近大电流母线、变压器）。
   • 测试方法： 使用感应线圈（赫姆霍兹线圈或其他结构）在设备周围产生规定强度和方向的工频（50Hz/60Hz）磁场。
   • 关键参数： 磁场强度等级（如1A/m, 3A/m, 10A/m, 30A/m）。

6. 电压暂降、短时中断和电压变化抗扰度测试：

   • 目的： 评估设备对由电网故障、大负载切换等原因造成的电源电压跌落、短时中断或缓慢变化的抵抗能力。
   • 测试方法： 使用专用的电压跌落发生器，模拟各种类型的电压变化事件（如0%剩余电压持续半周期至数秒，40%/70%剩余电压持续数秒），施加到设备的电源输入端口。
   • 关键参数： 电压跌落/中断幅度（剩余电压百分比）、持续时间、相位角、跌落/中断次数和模式。

7. 辐射射频电磁场抗扰度测试：

   • 目的： 评估设备对来自外部射频发射源（如广播、电视、移动通信、雷达）通过空间传播的电磁场的抵抗能力。
   • 测试场地： 通常在电磁波暗室中进行。
   • 测试方法： 使用射频信号发生器、功率放大器和发射天线，在规定的测试距离上对设备施加一定强度的射频电磁场。
   • 关键参数： 频率范围（通常80MHz - 6GHz）、场强等级（如1V/m, 3V/m, 10V/m）、调制方式（如1kHz 80% AM）。

三、 针对医疗设备的特殊考量 医疗设备的EMI测试要求通常更为严格，尤其是涉及生命支持或患者安全的关键设备：

• 患者耦合设备和生命支持设备： 对辐射和传导发射的要求可能更苛刻（限值更低），抗扰度测试等级也可能更高。
• 患者耦合点的特殊测试： 对于连接患者的端口（如心电电极、生理监测传感器），进行传导发射和抗扰度测试（特别是射频传导抗扰度）时，需要模拟患者阻抗的特殊网络，并关注这些端口对骚扰的敏感性。测试限值和等级依据其预期用途和风险等级有特定要求。
• 性能判据更严格： 评估抗扰度测试结果时，医疗设备有更详细的性能判据等级（A-E级），确保在骚扰期间和之后设备功能符合安全要求，不允许任何可能导致安全风险的性能降级或功能丧失（如生命支持设备）。

结论

工业、科学和医疗设备的EMI检测是一个系统工程，涵盖了对设备无意发射的骚扰强度（发射测试）和抵抗外部骚扰的能力（抗扰度测试）的全面评估。核心测试项目围绕辐射发射、传导发射、静电放电、电快速瞬变脉冲群、浪涌、传导射频干扰、工频磁场、电压跌落中断及辐射射频场等方面展开。医疗设备因其直接关联患者安全，其测试要求和性能判据往往更为严苛。通过严格遵循标准化的检测项目和方法，可以有效评估设备的电磁兼容性，确保其在复杂电磁环境中的可靠运行，并避免对其他设备造成有害干扰。