2.6 Примеры использования оптопар при разработке медицинской техники

Перспективные направления развития и применения оптронной техники в значительной степени определились. Оптроны и оптронные микросхемы эффективно применяются для передачи информации между устройствами, не имеющими замкнутых электрических связей (рис. 6).

Традиционно сильными остаются позиции оптоэлектронных приборов в технике получения и отображения информации. Самостоятельное значение в этом направлении имеют оптронные датчики, предназначенные для контроля процессов и объектов, весьма различных по природе и назначении. Заметно прогрессирует функциональная оптронная микросхемотехника, ориентированная на выполнение разнообразных операций, связанных с преобразованием, накоплением и хранением информации. Эффективной и полезной оказывается замена громоздких, недолговечных и нетехнологичных (с позиций микроэлектроники) электромеханических изделий (трансформаторов, потенциометров, реле) оптоэлектронными приборами и устройствами (Табл. 1).

Рисунок 6 – Защиты блока управления от помех и электромагнитных наводок, возникающих во внешнем приёмо-передатчике.

Замена электрорадиокомпонентов на оптронный аналог Табл. 1.

Электрорадиокомпонент или устройство	Оптронный аналог
Импульсный трансформатор	Диодная и транзисторная оптопары; оптоэлектронный переключатель; оптоэлектронный развязывающий усилитель
Переключатель	Тиристорная, транзисторная и резисторная оптопары; оптоэлектронный коммутатор
Переменный резистор, потенциометр	Резисторная пара и её комбинации
Переменный конденсатор, варикап	Оптопара с фотоварикапом
Электрическая батарея	Диодная оптопара и её наборы
Линия связи	Волстрон
Полевой транзистор, радио лампа	Оптопара с управляемым оптическим каналом
Бистабильное устройство, триггер	Регенеративный оптрон и его комбинации
Датчик (преобразователь неэлектрических воздействий в электрические сигналы)	Оптопара с открытым оптическим каналом, оптопара с управляемым оптическим каналом
Электронно-оптический преобразователь	Оптрон с оптическим входом и выходом

Оправданным и полезным является использование оптронных элементов в цепях управления импульсных блоков питания (рис. 7)

Импульсные источники питания широко используются в современных устройствах. Гальваническая развязка является необходимым требованием надежности и безопасности работы таких источников питания. Быстродействующие оптопары используются в качестве гальванической развязки в цепи обратной связи.

Усиленная гальваническая изоляция медицинских приборов. Начиная с ноября 2005 года, любая техника медицинского назначения должна удовлетворять требованиям обновленного стандарта IEC 60601-1-2:2001 EMC. При разработке аппаратуры, осуществляющей передачу цифровых данных, наиболее чувствительные цепи или компоненты, имеющие непосредственный контакт с пациентом, должны быть изолированы от высоковольтных цепей с помощью оптронов или трансформаторов.

.

Рисунок 7 – Изоляция в импульсных источниках питания

Оборудование должно иметь защиту от электростатического разряда: не менее 8 кВ по воздуху и не менее 6 кВ при контакте. Медицинские приборы должны быть устойчивы к воздействию радиопомех в полосе частот от 80 МГц до 2,5 ГГц и электромагнитных взаимодействий до 10 В/м для аппаратуры жизнеобеспечения и 3 В/м для аппаратуры, не связанной с поддержанием жизнедеятельности. Это важнейшие критерии эффективности и безопасности медицинской техники, при воздействии указанных условий не должно происходить отказов компонентов, изменения установленных параметров или их сброса, а также изменения режимов работы и ложного срабатывания схемы защиты. Высококачественные оптроны имеют более высокую устойчивость к внешним электромагнитным полям, чем изолирующие трансформаторы, поскольку в оптопарах при передаче используется оптический сигнал, излучаемый светодиодом и принимаемый фотодиодом. В качестве примера приведены схемы электрокардиографа (ECG) или дефибриллятора с гальванической оптронной развязной информационных и управляющих сигналов (рис. 8, 9).

Рисунок 8 – Блок схема входного модуля ЭКГ-аппарата с использование оптронной развязки при изолировании электродов пациента от электрической схемы прибора

Рисунок 9 – Блок-схема дефибриллятора с использованием оптической развязки для изоляции высоковольтного импульсного каскада от низковольтной управляющей схемы