張建松，邢學(xué)剛，劉亞芹，蘇重清

大慶油田總醫(yī)院 器械科，黑龍江大慶 163001

用筆式數(shù)字萬(wàn)用表多加功能檢測(cè)醫(yī)療設(shè)備

張建松，邢學(xué)剛，劉亞芹，蘇重清

大慶油田總醫(yī)院 器械科，黑龍江大慶 163001

本文介紹了在保持普通筆式DVM（數(shù)字電壓表） 3211B體積和接出線根數(shù)的前提下增加測(cè)量射頻與脈沖的功能，檢測(cè)振蕩回路、向AV電路注入信號(hào)定位故障點(diǎn)、用聲音尋跡AV信號(hào)、測(cè)量線圈短路、分辨小于1/100Ω電阻差異；確定PCB (Printed circuit board，PCB，印刷電路板)短路點(diǎn)和測(cè)量上安培電流等功能，用于檢測(cè)醫(yī)療電子設(shè)備的實(shí)驗(yàn)及其原理。

筆式數(shù)字萬(wàn)用表；醫(yī)療電子設(shè)備；設(shè)備維修；醫(yī)用放射線設(shè)備

1 問(wèn)題的提出

現(xiàn)在在檢修醫(yī)療電子設(shè)備時(shí)，若能探測(cè)射頻信號(hào)或脈沖是否存在、測(cè)出線圈小于1Ω的電阻差別和能向被測(cè)電路注入信號(hào)，觀察被激勵(lì)后的反應(yīng)會(huì)給檢修提供很大方便。

然而現(xiàn)有數(shù)字萬(wàn)用表不能用于測(cè)頻率較高的信號(hào)，有的工作頻率范圍僅為40～400Hz[1]，雖有用外接檢波器測(cè)高頻信號(hào)的，但比較不便，只有較高級(jí)的數(shù)字萬(wàn)用表，才能測(cè)出本身阻值小于0.1Ω的電阻。用有的筆式數(shù)字萬(wàn)用表低阻檔測(cè)量6Ω的電阻讀數(shù)還仍然為零；有的筆式數(shù)字萬(wàn)用表低阻檔測(cè)量標(biāo)稱誤差達(dá)±9字，一些價(jià)值2000多元的數(shù)字萬(wàn)用表低阻檔測(cè)量誤差達(dá)±2字,這主要是由于其采用比例法測(cè)電阻，測(cè)小電阻時(shí)標(biāo)準(zhǔn)電阻遠(yuǎn)大于被測(cè)電阻，被測(cè)電阻上電壓極低而萬(wàn)用表中的集成電路放大系數(shù)和精度有限所至,這就無(wú)法測(cè)出小于百分之幾毆姆的電阻；雖有在萬(wàn)用表中加信號(hào)發(fā)生器的，但體積較大，成本較高而且因多加端子令使用不便。因?yàn)槔润w積和需增輸入端子或轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)等原因，現(xiàn)有萬(wàn)用表中沒(méi)有加用聲音尋跡指示電信號(hào)的功能。由于轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)額定電流等限制，現(xiàn)有普通數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)上安培的電流多另專用一插口而不便，一般筆式數(shù)字萬(wàn)用表多只能測(cè)0.2 A以下的電流而有的還不能測(cè)電流。

上述有的檢測(cè)雖能用示波器或邏輯筆以及專用信號(hào)發(fā)生器實(shí)現(xiàn)，但存在價(jià)格昂貴、體積龐大、接線和操作麻煩等缺點(diǎn)。因此常有人自制儀器[2]。有的儀器雖將多個(gè)功能集于一身，但造價(jià)高、體積大、接線端子多和操作麻煩。在醫(yī)院中檢修醫(yī)療電子設(shè)備時(shí)使用上述儀器的機(jī)會(huì)畢竟不如實(shí)驗(yàn)室多，精度要求也不如實(shí)驗(yàn)室那樣高，經(jīng)濟(jì)投入也無(wú)法和實(shí)驗(yàn)室比。為此我們成功地在保持3211B小體積筆式數(shù)字萬(wàn)用表功能、體積和接出線根數(shù)的同時(shí)，在其中增加測(cè)高頻和脈沖信號(hào)、測(cè)p-n 結(jié)正反向和導(dǎo)通電壓、測(cè)小于百分之一毆姆的電阻、輸出音頻信號(hào)和尋跡音頻信號(hào)、測(cè)量交直流電流等功能。

2 電路原理

圖1 筆式數(shù)字萬(wàn)用表多加功能電路原理

如圖1 所示，它是在現(xiàn)有筆式數(shù)字萬(wàn)用表[3]中增加K11、D11和C11，使能測(cè)高頻和脈沖信號(hào)； 增加K21、R21、R22和LED，使之能測(cè)p-n結(jié)正反向和導(dǎo)通電壓、線圈短路、小于百分之一毆姆的電阻； 增加R31～R38、C31～C34、ZD31和T31～T32，使之能輸出音頻信號(hào)和尋跡音頻信號(hào)； 增加K41、R41～R43，能測(cè)量上安培的交直流電流。所有增加的功能檔仍共用原表的探針和公共線。

如圖1 所示的開(kāi)關(guān)位置保持了現(xiàn)有數(shù)字萬(wàn)用表的功能，其測(cè)電壓和電阻的方法和原來(lái)一樣，這里不再贅述。

測(cè)高頻和脈沖信號(hào)時(shí)，在原表測(cè)直流電壓的選擇基礎(chǔ)上將K11擲到RF檔，D11和C11將所測(cè)信號(hào)變成直流電壓供顯示。所測(cè)信號(hào)的電壓和頻率限制依賴于D11和C11的選擇。其原理可參看有關(guān)資料[4]。

測(cè)p-n結(jié)正反向和導(dǎo)通電壓時(shí)，在原表測(cè)直流電壓的選擇基礎(chǔ)上將自復(fù)位開(kāi)關(guān)K21壓下，所測(cè)電壓即p-n結(jié)正向?qū)妷骸?/p>

由圖1可知，原來(lái)測(cè)量電阻很小時(shí)用低電阻檔測(cè)量,可認(rèn)為被測(cè)量電阻上流過(guò)的電流是0.1mA(集成電路ICL7139的LOΩ端的1.000V電壓除以測(cè)小電阻時(shí)10K標(biāo)準(zhǔn)電阻R3),使被測(cè)量電阻上流經(jīng)的電流增大，就能增大在其兩端產(chǎn)生的電壓降,就能向集成電路按比例地增加測(cè)量信號(hào)輸入電壓。而增加功能后V+和COM間是由集成電路穩(wěn)壓的3.000V, 被測(cè)量電阻很小時(shí)，R21通過(guò)增加的開(kāi)關(guān)K21和R3同時(shí)向被測(cè)量電阻提供的電流之和是10mA, 是原來(lái)的100倍, 電阻值顯示也是原來(lái)的100倍。此時(shí)的開(kāi)路電壓超過(guò)2 V，還可用來(lái)檢測(cè)發(fā)光二極管和光耦元件[5、6]。測(cè)小電阻時(shí)，在原測(cè)量低電阻的基礎(chǔ)上，將自復(fù)位開(kāi)關(guān)K21壓下，短路表筆后記下讀數(shù)。將測(cè)量小電阻時(shí)得到的讀數(shù)減去短路表筆后記下的讀數(shù)再除以100即得到所測(cè)小電阻值。短路表筆后的非零讀數(shù)主要是由表筆及其引線的電阻造成的，實(shí)驗(yàn)時(shí)測(cè)得原實(shí)驗(yàn)用表表筆造成的此讀數(shù)為8，將引線變短變粗后使其讀數(shù)降至6，以使測(cè)量更方便和精確。

檢測(cè)音頻信號(hào)時(shí)，在測(cè)量電壓時(shí)的選擇基礎(chǔ)上將K11擲到AF檔，被測(cè)信號(hào)經(jīng)由C11、C31、R31～R32和C31耦合，經(jīng)T31～T32放大后由BZ發(fā)聲指示。此功能的作用主要是檢測(cè)音頻信號(hào)（脈沖或者語(yǔ)音信號(hào)）是否存在、振蕩器是否起振、直流電源上是否有交流干擾等定性測(cè)量[7]，因此沒(méi)有考慮飽和失真問(wèn)題。輸出音頻信號(hào)時(shí)，所有開(kāi)關(guān)和檢測(cè)音頻信號(hào)時(shí)相同，閉合原表的讀數(shù)，保持開(kāi)關(guān)SB使其增加一級(jí)放大器并正反饋而自激振蕩，信號(hào)經(jīng)由C11、C31、R31～32和C31～32耦合輸出。 其輸出在100k歐姆電阻時(shí)為3000mVp-p, 在10K歐姆電阻時(shí)為1000mVp-p,在150歐姆電阻時(shí)為20mVp-p?？蛰d時(shí)其輸出為1kHz，其頻率伴隨負(fù)載加重而略微上升。其中含有豐富的諧波可利用。

測(cè)量交流或直流電流時(shí)，分別是在測(cè)量交流或直流電壓的基礎(chǔ)上壓下K41。K41的轉(zhuǎn)換，一是引入了電流取樣電阻R43，二是讓R41拉V/Ω/A端電位至V-，使集成電路選擇測(cè)量電流狀態(tài)[8]。

3 使用效果

曾使用測(cè)高頻和脈沖探測(cè)到超聲掃描儀的視頻信號(hào)，確診過(guò)無(wú)顯示是視頻監(jiān)視器本身故障所致。

用此表測(cè)量直徑為0.07mm的10cm長(zhǎng)度漆包線即能引起47個(gè)讀數(shù)改變，同樣的1cm長(zhǎng)度漆包線即能引起多達(dá)5個(gè)的讀數(shù)改變，因此能測(cè)量分辨收音機(jī)中頻變壓器的初級(jí)和次級(jí)繞組，測(cè)量線圈短路。有一次大慶龍南醫(yī)院MRI的液氦壓縮機(jī)燒毀，用普通DVM測(cè)其三相線圈的電阻完全一樣都為零，用了此表才看出差別確定了故障。

實(shí)驗(yàn)表明用其AF檔檢測(cè)占空比為1:1的1kHz方波幅度為50 mVp-p時(shí)距表25Cm處很容易聽(tīng)到，幅度為300mVp-p時(shí)已相當(dāng)清楚。檢測(cè)占空比為1:1的10Hz方波也能聽(tīng)到，因其含有豐富的諧波。檢測(cè)信號(hào)頻率的上限因人的聽(tīng)力不同而異。曾使用其信號(hào)發(fā)生器功能向X線機(jī)的顯示器視頻輸入端注入信號(hào)，看到屏幕上顯示出橫向條紋判斷出故障所在。

數(shù)字萬(wàn)用表原有功能仍然保持。本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)其電路原理還可做更多靈活應(yīng)用。

4 元器件選用特別說(shuō)明與使用注意事項(xiàng)

C6、ZD31和R31-R32用于防止被測(cè)高壓沖擊集成電路，為防止檢測(cè)點(diǎn)電壓燒毀R31和ZD31， F21和ZD21能防止誤用低電阻檔測(cè)量電流或電壓使較大電流意外流經(jīng)集成電路而將其損壞；F11能防止誤用電流檔測(cè)量過(guò)大電流或電壓使較大電流意外流經(jīng)集成電路而將其損壞；2K電阻R7用于減輕測(cè)小電阻時(shí)由R21給集成電路增加的電流負(fù)擔(dān)。F11和F21是外形酷似1/8W電阻的保險(xiǎn)絲。D31將集成電路的HOLD端電位在不壓下SB時(shí)箝位于COM地電位。考慮到K41電流容量要求，K41用1A/250V限位開(kāi)關(guān)拆下簧片代用。

考慮到電容耐壓越高其體積越大，AF和RF檔所用電容耐壓有限。因此用這兩個(gè)檔時(shí)最好檢測(cè)點(diǎn)的直流電壓不要超過(guò)24V，此電壓能覆蓋一般的常用固態(tài)電路工作點(diǎn)電壓。使用AF檔時(shí)，R31和ZD31構(gòu)成的直流通路若影響到被檢測(cè)電路的工作，可在表筆上串聯(lián)一個(gè)隔直電容，該電容沒(méi)有做在表里是因?yàn)槠淠蛪汉腿萘繘Q定了其體積較大。

[1] 沙占友,沙占為,高俊嶺.新型數(shù)字萬(wàn)用表原理與應(yīng)用[M].北京:電子工業(yè)出版社,1994.

[2] 劉亞芹,王開(kāi)印,蘇重清,等.邏輯脈沖電平訊響和光指示器的研究及使用[J].醫(yī)療設(shè)備信息,2006,21(6):15.

[3] 沙占友,李學(xué)芝.新型數(shù)字萬(wàn)用表電路圖集[M].北京:人民郵電出版社,1996.

[4] 劉亞芹,蘇重清,劉春雨.萬(wàn)用表加裝射頻檢測(cè)功能檢測(cè)醫(yī)療設(shè)備[J].醫(yī)療設(shè)備信息,2007,22(6):13.

[5] 劉亞芹,邢學(xué)剛,蘇重清,等.醫(yī)療器械中光電傳感器引起的故障及其檢修方法[J].醫(yī)療設(shè)備信息,2006,21(7):73.

[6] 王至秋,匡軍,于艷.速學(xué)萬(wàn)用表檢測(cè)100例[M].北京:中國(guó)電力出版社,2009.

[7] 蘇重清,劉亞芹,孫建男,等.醫(yī)用電子儀器中干擾與噪聲的防止與抑制(上)[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備,2006, 227(1):79.

[8] 沙占友.3211B自動(dòng)量程筆式萬(wàn)用表原理與維修[J].電腦報(bào)合訂本,1992:42.

Using Added Function of Pen-type Digital Multimeter to Detect Medical Equipment

ZHANG Jian-song, XING Xuegang, LIU Ya-qin, SU Zhongqing
Equipment Department,Daqing Oilfield General Hospital, Daqing Heilongjiang 163001,China

This paper describes an experienment and its principle to add the functions such as probing RF and pulse signals, detecting oscillations, injecting signal into AV circuits to locate bugs, tracing pulse or AV signals by sound, detecting short coil, distinguishing resistance which is less than 1/100Ω, locating short point on PCB, measuring more than Ampere current (the ordinary type usually can measure no more than 0.2 Ampere) while it still remains the size and the probe number of the ordinary pen-type DVM 3211B.

pen-type digital multimeter;medical electronic equipment;equipment maintenance;medical radiation equipment

1674-1633(2010)04-0024-02

2009-08-24

2010-01-25

專利：國(guó)家專利（97219318.9）。

本文作者：張建松，器械工程師，主要從事放射線設(shè)備維修工作。

作者郵箱：zhjs_888@sina.com

TM938.1+2

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2010.04.009