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医疗线缆中的摩擦电噪声

噪声的来源有许多,可能来自电缆外部,也可能来自电缆或电线本身。电缆内产生的噪声通常被称为处理噪声或电缆噪声,但更准确地说,这种不需要的信号类型被称为摩擦电噪声。在测量低电平信号时,电缆或电线中的噪声可能会导致问题。ECG 或其他医疗信号中的噪声会使准确诊断变得困难或甚至不可能。

认识到医疗电缆中的摩擦电噪声应尽量减少后,AAMI/ANSI EC53 要求最大峰峰噪声应小于 50 微伏 (µV)。许多设备制造商甚至对电缆和导线规定了更低的噪声限值。

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摩擦电噪声是什么?

摩擦电效应是一种由不同材料之间的摩擦产生电荷的现象,当不同的材料相互摩擦时,通常会出现这种现象。产生的电荷量很大程度上取决于材料的构成和两种材料间的摩擦量。在医疗电缆组件和导线中,当电缆在运动过程中弯曲时,各种导体、绝缘体和填充物相互摩擦时,会产生随机的摩擦电噪声。

要将摩擦电噪声保持在可接受的水平,需要在电缆材料制造过程中进行严格的材料选择、设计和加工。

摩擦电噪声测试

摩擦电噪声测试是对电缆或电线材料进行,而不是电缆组件。EC53 第 5.5.4 节规定 “检测有代表性的电缆材料样品……”一个常见的问题是,为什么成品电缆不需要检测。除了测试电缆材料的指令外,测试还需要 7’电缆,大多数电缆组件的没有那么长不间断的电缆材料跨度。更重要的是,连接器或电缆组件中任何端接点处的移动通常会产生比由摩擦电效应产生的噪声大得多的失真。

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测试设置和测试程序

ANSI/AAMI 在第 5.5.4 节和 EC53 标准的图 8 中对测试设置进行了详细说明。符合要求的设置包括多个 91.44 厘米高的大尺寸钢柱,这些钢柱放置在混凝土或其他坚固的地面上,中心到中心相距 1.52 米。将一块 1.28 厘米厚的钢板放在每个支柱顶部的中心,让 5’的电缆或电线牢靠地固定在间隔 1.22 米的夹具之间。确定测试区域时必须小心,应远离配电板、大型电动机、车流或人流的干扰。

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将相当于 30.48 厘米长电缆或电线重量 40 倍的重物连接在待测试电线的中心。在使用数字示波器进行电压测量时,保持重物与电缆夹具水平并下落。

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降低摩擦电噪声的设计

在开发医疗电缆组件和将用作组件一部分的电缆材料时,设计过程从确立并记录性能和监管要求开始非常重要。

在多芯电缆中,导线和周围材料的数量越多,产生摩擦电噪声的可能性就越大。选择容易相互滑动的材料可以增加灵活性;但是,必须注意选择在相互摩擦时不会产生不可接受噪声水平的材料。

通过在电缆或电线中添加可消耗或消散电缆绝缘层摩擦电荷的导电材料和元件,也可以减少电缆噪声。

摘要

大多数诊断设备都有噪声过滤或补偿功能,但从源头减少噪声通常能提高诊断质量。通过采用低噪声电缆和电线材料、设计连接器和应力消除装置防止导体端接至触点时发生任何移动,可以将摩擦电噪声降低到非常低的水平。

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