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1、電磁干擾及電磁相容導論陳金德陳金德 錢嘉宏錢嘉宏 0電磁波緒論電磁波緒論1電磁波特性 電磁波傳播速度電磁波傳播速度( ( c c ) )= = 頻率頻率( ( f f ) ) 波長波長 ( ( ) ) c c =3 =3 10108 8 m/sec m/sec f f : 1/sec : 1/sec : m ( : m (公尺公尺) ) 振幅振幅 : : 能量強度能量強度 相位相位 02 02 2輻射種類 輻輻 射射 是是 能能 量量 傳傳 播播 的的 一一 種種 方方 式式 ， 例例 如如 ： 太太 陽陽 光光 、 燈燈 光光 、 熱熱 等等 都都 是是 輻輻 射射 。 廣廣 義義 的的 輻
2、輻 射射 依依 能能 量量 的的 不不 同同 ， 可可 分分 為為 非非 游游 離離 輻輻 射射 與與 游游 離離 輻輻 射射 . . 非非非非 游游游游 離離離離 輻輻輻輻 射射射射 的能量較低，如太陽光、微波及無線電波 游游游游 離離離離 輻輻輻輻 射射射射 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 。3電磁波頻譜4電場與磁場 電電電電 場場場場 E E 磁磁磁磁 場場場場 HH1.由電壓造成 檯燈插上電源但開關是off, 此
3、時由電壓產生電場。2.量測單位:伏特/米(V/m) 或 仟伏/米(kV/m) 1 kV=1000 V3.很容易防護只要外接物體即 可消除(如樹木或建築物)4.電場強度隨著離電源距離的 增加而降低1.由電流流動所造成 檯燈插上電源開關是on,此時流 動的電流產生磁場。2.量測單位:高斯(G,gauss) 或 特斯拉(T,tesla) 1 milligauss(mG) =0.1 microtesla(T) milli(m) :千分之一 micro() :百萬分之一3.不易借由其它物體防護消除4.磁場強度隨著離電源距離的增 加而降低5輻射近場與遠場6輻射天線之空間輻射電磁場強度估算公式 E = 30
4、 GP / r H=E/377 B=0H P : P :為天線輸出功率， 單位為 W r : r :為量測點與輻射天線間之距離，單位為 m G : G : 為輻射天線增益(Gain)；偶極性天線，其值約為 1.5 1.6 B :B : 為磁通密度，單位為 特斯拉(Tesla), 1 Tesla=10,000 高斯(Guass,G ) 0 0 : :為空氣磁化係數，其值為4 * 10-7 H/m7空間射頻輻射電磁場功率密度估算公式1.已知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.已知空間射頻輻射磁場強度 H (A/m)或 磁通密度
5、 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8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 距離導線距離導線 r r 公尺之磁通密度公尺之磁通密度( (B)= B)= 0 0I/(2I/(2r) Teslar) Tesla，與距離成反比與距離成反比 若導線電流為若導線電流為 1 1 安培安培 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).9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，
6、如一般設備之電源線 I d I r 兩導線距離兩導線距離 d d 公尺公尺，若若 r dr d，每一導線所產生之磁場方向相反每一導線所產生之磁場方向相反 而抵消而抵消，則距離導線則距離導線 r r 公尺之磁通密度公尺之磁通密度( (B)= B)= 0 0Id/(2Id/(2rr2 2) Tesla) Tesla ，與距離平方成反比與距離平方成反比 若導線電流為若導線電流為 1 1 安培安培，兩導線相距兩導線相距 2 2 公分公分 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)10電磁場屏蔽策略靜磁場屏蔽靜磁場屏蔽靜電場屏蔽靜
7、電場屏蔽-使用良好導體材料使用良好導體材料( (即導電即導電係數係數 很大很大) )，如銅如銅、鋁等鋁等，即可達到幾乎即可達到幾乎完全屏蔽效果完全屏蔽效果低頻磁場低頻磁場( (或準靜磁場或準靜磁場) )屏蔽屏蔽低頻電場低頻電場( (或準靜電場或準靜電場) )屏蔽屏蔽高頻遠場平面輻射電磁場高頻遠場平面輻射電磁場( (Plane EM Plane EM Field)Field)屏蔽屏蔽11靜磁場屏蔽12 .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，會在導體表面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。同時若此屏蔽材料距離低頻磁場源愈遠
8、，屏蔽效果愈大.基本上，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13低頻電場(或準靜電場)屏蔽14高頻遠場平面輻射電磁場(Plane EM Field)屏蔽15電磁相容16電磁相容工作環境17電磁相容相關名詞釋義 1. 電磁相容電磁相容( (ElectroMagneticElectroMagnetic Compatibility, Compatibility, EMC)EMC)的定義的定義 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. 電磁干擾電磁干擾
9、( ( (ElectroMagneticElectroMagnetic Interference, EMI) Interference, EMI)的定義的定義 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. 電磁感受性電磁感受性( (ElectroMagneticElectroMagnetic Susceptibility, Susceptibility, EMS)EMS)的定義的定義 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
10、表示故障或完全之毀壞。18EMI 及 EMS 之定義從電源線跑出從散熱孔跑出從輸入/輸出信號線跑出從儀表板跑出從未作電磁防護的機殼跑出EMIEMIEMSEMS從電源線跑入從散熱孔跑入從輸入/輸出信號線跑入從儀表板跑入從未作電磁防護的機殼跑入19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 1.電磁干擾源電磁干擾源( (EMI Source)EMI Source)閃電雷擊閃電雷擊(30(30 300 300 Hz) Hz) 、太陽黑子爆炸太陽黑子爆炸、靜電放靜電放電核爆電磁脈衝電核爆電磁脈衝、高功率微波武力高功率微波武力、高功率雷達高功率雷達、廣播及電視發射器廣播及電視發射器(
11、 (Transmitter) Transmitter) 、通信設備通信設備、行行動電話及遙傳設備發射器動電話及遙傳設備發射器、電力系統電力系統、電機設備電機設備、電子設備電子設備、控制設備控制設備、運輸設備及醫電設備所產運輸設備及醫電設備所產生不想要的干擾雜訊生不想要的干擾雜訊。 2. 2.電磁波傳遞途徑電磁波傳遞途徑或介質或介質( (Transmission or Transmission or Coupling Medium)Coupling Medium)3. 3.電磁感受體電磁感受體( (Susceptible Device)Susceptible Device)通信設備通信設備、行動
12、電話及遙傳設備接行動電話及遙傳設備接收器收器( (Receiver) Receiver) 、電力系統電力系統、控制控制設備設備、. .高敏感性之電子設備高敏感性之電子設備、電腦電腦設備及醫電設備設備及醫電設備、. .人體人體( (生物電磁生物電磁效應效應) ) 20電磁波傳遞途徑或介質 電磁波傳遞的途徑有三種電磁波傳遞的途徑有三種： 1. .空間輻射空間輻射( (Radiation) Radiation) 電磁波經由空間電磁波經由空間( (Space)Space)傳遞傳遞。 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
13、、以及電 纜接線等，洩漏至儀器外面或進入至儀器內部。 2.導體直接傳導導體直接傳導( (Conduction) 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. 3.耦合感應耦合感應( (Induction)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。21電磁干擾型式1. 1.靜電放電靜電放電2. 2.輻射電磁場輻射電磁場3. 3.快速暫態波快速暫態波/ /叢訊叢訊4. 4.雷擊突波雷擊突波5. 5.傳導電磁場傳導電磁場6. 6.電源頻率電源頻率(50 (50 Hz Hz 或或 6
14、0 60 Hz)Hz)電流所產生之磁場電流所產生之磁場7. 7.雷突波流經金屬結構物所產生知脈衝磁場雷突波流經金屬結構物所產生知脈衝磁場8. 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. 9.電源電壓瞬降電源電壓瞬降、瞬斷及緩慢連續變動瞬斷及緩慢連續變動10.10.電源電壓低頻傳導性干擾電源電壓低頻傳導性干擾22容易產生電磁輻射干擾源之醫電設備 電刀裝置電刀裝置(500 (500 KHzKHz 2.5 MHz) 2.5 MHz) . .電燒灼器電燒灼器 心臟電擊器心臟電擊器 . .短波治療機短波治療機 (13.56 (13
15、.56MHzMHz、27.12MHz27.12MHz、40.7MHz)40.7MHz) 微波治療機微波治療機 (433 (433MHzMHz、915MHz915MHz、2,450MHz)2,450MHz) 醫用遙傳或遙測醫用遙傳或遙測( (Telemetry)Telemetry)設備設備 X X 光透視診斷攝影裝置光透視診斷攝影裝置 . .電腦斷層攝影裝置電腦斷層攝影裝置 核磁共振診斷攝影裝置核磁共振診斷攝影裝置 . .直線加速器直線加速器 馬達驅動之幫浦或壓縮機馬達驅動之幫浦或壓縮機 . .牙科或骨科用高速鑽牙科或骨科用高速鑽 電毯或電動床電毯或電動床23容易受到電磁干擾之醫電設備 心臟節律
16、器心臟節律器 醫用遙傳或遙測醫用遙傳或遙測( (Telemetry)Telemetry)設備設備 生理信號感測或監視裝置生理信號感測或監視裝置，如如ECGECG、EMGEMG、 EEG EEG、ERGERG、ENGENG、MEGMEG、HolterHolter、 窒息監視器等窒息監視器等 核磁共振診斷攝影裝置核磁共振診斷攝影裝置 電子顯微鏡電子顯微鏡 裝有微處理器控制或數位線路的維持生命用裝置裝有微處理器控制或數位線路的維持生命用裝置，如輸液如輸液 幫浦幫浦、血液透析機血液透析機、呼吸輔助器呼吸輔助器、麻醉機麻醉機、嬰兒保溫箱等嬰兒保溫箱等24非游離性電磁輻射之標幟符號 使用射頻能量使用射頻能
17、量( (RF energy)RF energy)作診斷或治療的設備作診斷或治療的設備系統系統 , , 應標示應標示非游離性電磁輻射之標幟符號非游離性電磁輻射之標幟符號( (IEC IEC 878 03-04 878 03-04 符號符號)25IEC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
18、-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 o
19、scillatory) 磁場耐受試驗EN61000-4-11IEC1000-4-11電源電壓瞬降及瞬斷耐受試驗26IEC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EN6100
20、0-4-28IEC1000-4-28電源頻率變動試驗27 無線電通訊系統對醫療儀器 之電磁干擾效應28醫院可能使用之攜帶式無線電通訊手機演變流程29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) 手機輸出頻率手機輸出頻率( (Frequency)Frequency) 手機調變模式手機調變模式( (Modulation)Modulation) 手機使用時間手機使用時間( ( Exposure Time)Exposure Time) 手機輻射天線型式手機輻射天線型式( (Antenna Type)Antenna Type)傳輸距離(Distance) 置放空間位置置放空
21、間位置醫電設備本身電磁屏蔽能力30輻射電磁波干擾電子線路致使處理錯誤之作用機轉方式 位元信號錯亂位元信號錯亂( (Bit Corruption)Bit Corruption) 半導體接面整流半導體接面整流( (Junction Rectification)Junction Rectification)31無線電通訊手機發射實際量測之電場強度值32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降低性能( (Degradation of performance)Degradation of performance)讀值不準確讀值不準確( (Inaccurate readi
22、ng)Inaccurate reading)不適當控制不適當控制( (Inappropriate control) Inappropriate control) 影響照護效能影響照護效能( (Ineffective care)Ineffective care)很很多多電電磁磁干干擾擾狀狀況況，只只要要將將手手機機遠遠離離或或關關機機，即會可逆性地自動消失即會可逆性地自動消失。33電磁干擾醫電設備功能效應之臨床風險等級分類1. 1. 沒有任何問干擾題發生沒有任何問干擾題發生2. 2. 醫電設備發生可逆性之干擾問題醫電設備發生可逆性之干擾問題，會引起錯誤診斷會引起錯誤診斷3. 3. 醫電設備發生可
23、逆性之干擾問題醫電設備發生可逆性之干擾問題，導致錯誤診斷或導致錯誤診斷或 治療或發生不可逆性之問題治療或發生不可逆性之問題，會引起錯誤診斷會引起錯誤診斷4. 4. 醫電設備發生不可逆性之干擾問題醫電設備發生不可逆性之干擾問題，導致錯誤診斷或導致錯誤診斷或 治療需要緊急處理治療需要緊急處理( (Action)Action)5. 5. 醫電設備發生可逆性之干擾問題醫電設備發生可逆性之干擾問題，若持續不改善若持續不改善 ，其會導致病人嚴重後果或死亡其會導致病人嚴重後果或死亡6. 6. 醫電設備發生不可逆性之干擾問題醫電設備發生不可逆性之干擾問題，除非緊急處理除非緊急處理 ，其會導致病人嚴重後果或死亡
24、其會導致病人嚴重後果或死亡34a.醫電設備發生可逆性之干擾問題，會引起錯誤診斷ECG 監視器基線漂移基線漂移波形雜訊波形雜訊35b.b.醫電設備發生可逆性之干擾問題醫電設備發生可逆性之干擾問題，導致導致 錯誤診斷或治療錯誤診斷或治療；或發生不可逆性之問題或發生不可逆性之問題，會會引起錯誤診斷引起錯誤診斷麻醉機控制面板控制面板- 顯示錯誤值顯示錯誤值36C.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發出alarm alarm 訊號訊號需要需要resetreset動作動作37d.醫電設備發生可逆性干擾問題，若持 續不改善，會導致病人嚴重後果或死亡心臟節律器不能產
25、生不能產生刺激脈波刺激脈波38e.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停止注射劑量錯誤劑量錯誤( (治療性藥物治療性藥物) )發出發出alarm alarm 訊號訊號需要需要resetreset動作動作39醫院地板與牆壁之電磁場衰減分貝值估計 1. 1. 玻璃：2 dB 2. 牆壁：3 17 dB 3. 地板：14 55 dB備註備註：6 6 dBdB衰減相當於只剩下原來衰減相當於只剩下原來1/21/2的電場強度的電場強度， 12 12 dBdB衰減相當於只剩下原來衰減相當於只剩下原來1/41/4的電場強度的電場強度， 20 20 dBdB
26、衰減相當於只剩下原來衰減相當於只剩下原來1/101/10的電場強度的電場強度 ，以此類推以此類推40醫電設備電磁相容國際標準與規定 歐歐盟盟與與美美國國等等先先進進國國家家於於1996 1996 年年 1 1 月月1 1 日日起起，規規定定凡凡上上市市之之醫醫療療儀儀器器必必須須符符合合IEC IEC 601-1-2 601-1-2 國國際際 標標 準準 3 3 V/mV/m 電電 場場 強強 度度 以以 上上 之之 耐耐 受受 度度( (Immunity)Immunity)，以以減減少少被被電電磁磁干干擾擾而而影影響響儀儀器器正正常常運運作作，未未來來將將實實施施維維持持生生命命用用設設備備
27、須須能能耐耐受受 10 10 V/m V/m 以上之電場強度以上之電場強度 對對電電動動輪輪椅椅有有標標準準規規定定須須能能耐耐受受 20 20 V/mV/m 以以上上之電場強度之電場強度 心心臟臟節節律律器器與與植植入入式式心心臟臟電電擊擊器器( (ICD)ICD)則則須須能能耐耐受受 100 100 V/mV/m 以上之電場強度以上之電場強度41行動電話手機使用管理策略(1)A. 呼叫器呼叫器若為單向接受資訊若為單向接受資訊，院內任何區域皆可使用院內任何區域皆可使用，不須不須 管制管制。若為若為雙向傳訊雙向傳訊，須距離醫電設備至少須距離醫電設備至少 0.5 0.5 公尺公尺以上以上。B.
28、區域無線電通訊系統區域無線電通訊系統之使用之使用，須距離醫電設備至少須距離醫電設備至少 0.5 0.5 公尺公尺以上以上。C. 行動電話行動電話之使用之使用，須距離醫電設備至少須距離醫電設備至少 2 2 公尺公尺以上以上。D. 警衛巡邏通訊設備警衛巡邏通訊設備之使用之使用，須距離醫電設備至少須距離醫電設備至少 5 5 公尺公尺以上以上。E. 救救護車緊急通訊設備護車緊急通訊設備之使用之使用，僅能作為緊急通訊用僅能作為緊急通訊用，須距須距 離檢查室或治療室或急診病房等區域至少離檢查室或治療室或急診病房等區域至少 5 5 公尺公尺以上以上。42行動電話手機使用管理策略(2) 行動電話禁止在手術房手
29、術房、恢復室恢復室、加護病房加護病房、急診病房急診病房、具有電磁高敏感性或維持生命用醫療儀器之檢查室(如心臟電生理檢查室心臟電生理檢查室、超超音波音波影像檢查室影像檢查室、腦波檢查室腦波檢查室、生化室生化室、緊緊急檢查急檢查室室等)或治療室(如洗腎室洗腎室、放射治療室放射治療室、急診急診暫留室暫留室等)或病房房間等之內部及其周圍 2 2 公公尺區域範圍內使用尺區域範圍內使用，行動電話必須關機，即使待機(Stand-by)狀態亦不允許。43行動電話手機使用管制策略(3) 禁止將無線電通訊設備置放在醫療儀器上面或旁邊禁止將無線電通訊設備置放在醫療儀器上面或旁邊。 醫院各單位禁止使用無線電通訊設備之
30、管制區域醫院各單位禁止使用無線電通訊設備之管制區域， 必須明確標示必須明確標示，以告知病患及其家屬以告知病患及其家屬、訪客訪客、 院內員工確實遵守院內員工確實遵守。 醫院應將醫院應將使用無線電通訊設備之管制策略敘述於使用無線電通訊設備之管制策略敘述於 入院文件資料中入院文件資料中，於住院室或護理站分發於住院室或護理站分發44行動電話使用應注意之相關資訊 建建議議使使用用行行動動電電話話手手機機時時，天天線線應應距距離離頭頭部部至至少少 5 5 公分以上公分以上 建建議議使使用用行行動動電電話話手手機機時時，應應儘儘量量遠遠離離有有大大平平面面導導電電性性牆壁或隔板牆壁或隔板 建議行動電話不要置
31、放於靠近心臟部位的衣服口袋上建議行動電話不要置放於靠近心臟部位的衣服口袋上 建建議議行行動動電電話話不不要要置置放放於於家家裡裡窒窒息息監監視視器器( (Apnea Apnea monitor)monitor)、維持生命用醫電設備之上面或旁邊維持生命用醫電設備之上面或旁邊 建建議議攜攜帶帶或或使使用用行行動動電電話話時時，應應至至少少遠遠離離體體內內植植入入式式心心臟節律器或電擊器臟節律器或電擊器 15 15 公分公分( 6 ( 6 英吋英吋 ) ) 以上以上的距離的距離 助助聽聽器器或或人人工工電電子子耳耳的的功功能能會會受受行行動動電電話話所所干干擾擾，應應遠遠離之離之45電磁場對人體暴露
32、量限制基準46可提供人體生物效應因果關係之電磁場參數指標.電磁場頻率.功率密度(mW/cm2).組織特定能量吸收比(W/Kg).電場強度最大值(Emax, V/m) .電場強度時間微分之最大值(derEmax, V/m/sec).一天暴露電場強度之總劑量平均值或最大值(DexpED, Vh/m).一生暴露電場強度之總劑量平均值或最大值(LexpED, Vh/m).磁場強度最大值(Hmax, A/m).磁場強度時間微分之最大值(derHmax, A/m/sec).一天暴露磁場強度之總劑量平均值或最大值(DexpHD, Ah/m)一生暴露磁場強度之總劑量平均值或最大值(LexpHD, Ah/m)47電源頻率(50/60 Hz) 磁場之人體暴露量限制值基準48電源頻率(50/60 Hz) 電場之人體暴露量限制值基準49視訊顯示終端機(VDT)射頻電場與磁場之人體暴露量限制值基準50射頻電磁場(100 MHz 3000 MHz)功率密度之人體暴露量限制值基準51射頻與微波電磁場特定能量吸收比(Specific Absorption Rate, SAR) 之人體暴露量限制值基準5253
