鄭永波

中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院鞍山醫(yī)院 器械科，遼寧 鞍山 114012

ECG-6511型心電圖機(jī)原理及維修實(shí)例

鄭永波

中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院鞍山醫(yī)院 器械科，遼寧 鞍山 114012

心電圖機(jī)是醫(yī)療診斷時(shí)常用的電生理檢測(cè)儀器，同時(shí)在生物醫(yī)學(xué)工程中也是理論和實(shí)踐性的代表。本文前部分介紹了ECG-6511型心電圖機(jī)的工作原理，后半部分通過實(shí)例介紹了部分故障的處理方式，以此讓臨床工程師對(duì)心電圖機(jī)有更進(jìn)一步的了解。

心電圖機(jī)；緩沖放大器；計(jì)數(shù)器；鎖相集成電路

我院是一所大型三級(jí)甲等綜合性醫(yī)院，年門診量約50萬人次左右，作為常規(guī)的檢查設(shè)備心電圖機(jī)是必不可少的，6511型心電圖機(jī)雖然逐漸退出歷史的舞臺(tái)，但是作為經(jīng)典型號(hào)，它還是有使用價(jià)值的。

1 原理介紹

（1）前置放大電路電極通過導(dǎo)聯(lián)線輸入心電信號(hào)。去顫保護(hù)電路R100~R108在導(dǎo)聯(lián)線與緩沖放大器之間。IC100~IC102為緩沖放大器（電壓增益為1），其電流增益極高，它起阻抗變換器（高阻輸入，低阻輸出）作用，使前置放大電路與導(dǎo)聯(lián)選擇電路能更好地匹配。IC112（B）為屏蔽驅(qū)動(dòng)電路，提高導(dǎo)聯(lián)線與屏蔽線之間的交流阻抗，即提高抗干擾性能。

（2）導(dǎo)聯(lián)選擇電路由ICl03～I(xiàn)C1064個(gè)多路模擬開關(guān)通過控制電平來完成，導(dǎo)聯(lián)選擇電路所選擇的任一導(dǎo)聯(lián)心電信號(hào)，送入高共模抑制比的差分放大器ICl07進(jìn)行放大（增益為20倍）。

（3）Q100、ZD100、R100、R134、R135組成定標(biāo)電路（提供1mV的標(biāo)準(zhǔn)電壓）。D120、D121、C111、C112組成脈沖抑制電路，防止較強(qiáng)的起搏脈沖信號(hào)把前置放大器阻塞，影響正常心電圖記錄。

（4） Q101、Q102為封閉電路，按“RESET”鍵或?qū)?lián)轉(zhuǎn)換時(shí)，兩開關(guān)管導(dǎo)通，使C113快速充電達(dá)到平衡，使偏移的基線恢復(fù)到原位置。IC108（A）為電壓放大器（增益為4倍）。IC108（B）和Q103是光電耦合器的驅(qū)動(dòng)器，放大心電信號(hào)并驅(qū)動(dòng)光電耦合器PC—02，將“浮地”的心電信號(hào)變?yōu)椤胺歉〉亍钡男碾娦盘?hào)，供記錄器描記成心電圖。

（5）IC109（A）、IC109（B）是電極脫落檢測(cè)電路，即以14V為參考電壓的電壓比較器。當(dāng)由導(dǎo)聯(lián)線輸入的心電信號(hào)極化電壓大于+200 mV或電極脫落時(shí)，該電路會(huì)輸出一個(gè)信號(hào)，通過光電耦合器PHC102，使面板上電極脫落指示燈亮，報(bào)警電極已脫落。

（6） 走紙速度的選擇是由R-S觸發(fā)器IC208（A）和IC208（B）來完成。接通電源，IC208（A）的8腳輸入一復(fù)位信號(hào)，使開機(jī)即置于25 mm/s狀態(tài)。走紙穩(wěn)速電路采用鎖相技術(shù)，由晶振產(chǎn)生32.768 kHz的信號(hào)，經(jīng)IC209作128或64分頻后，得256 Hz基準(zhǔn)頻率或512 Hz基準(zhǔn)頻率。2個(gè)基準(zhǔn)頻率分別為25或50紙速作相位比較用。IC210為相位比較器，14腳為標(biāo)準(zhǔn)頻率輸入端，3腳輸入走紙馬達(dá)速度傳感器的信號(hào)，若2信號(hào)有誤差，則相位比較器會(huì)輸出1個(gè)誤差電壓，經(jīng)平滑濾波去控制馬達(dá)轉(zhuǎn)速，向正確速度靠近，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)速[1]。

2 ECG-6511維修實(shí)例

2.1 故障一

2.1.1 故障現(xiàn)象

胸導(dǎo)聯(lián)的某一導(dǎo)聯(lián)（V2等）無波形，干擾大，其他導(dǎo)聯(lián)完好。

2.1.2 故障分析

因?yàn)橹挥?個(gè)導(dǎo)聯(lián)壞，所以可以排除公共部分，即前置放大及主放等后級(jí)電路肯定是好的，故障肯定出現(xiàn)在前面。人體心電信號(hào)輸入至緩沖放大級(jí)IC100~IC102，四肢導(dǎo)聯(lián)信號(hào)經(jīng)威爾遜網(wǎng)絡(luò)至導(dǎo)聯(lián)選擇電路，胸導(dǎo)聯(lián)信號(hào)C1~C6直接接至導(dǎo)聯(lián)選擇電路。一般情況下，此類故障大多出現(xiàn)在緩沖放大級(jí)部分，即緩沖放大器IC100~IC102中某一個(gè)有問題。每一集成塊中有3個(gè)運(yùn)放，一般都是其中一個(gè)運(yùn)放有問題。

2.1.3 故障排除

由于此種運(yùn)放輸入級(jí)是人體信號(hào)，是μV級(jí)的，所以這3只緩沖器都是專用型的。經(jīng)導(dǎo)聯(lián)選擇通道一路一路輸出，判斷出那只壞的緩沖器，更換后故障排除[2]。

2.2 故障二

2.2.1 故障現(xiàn)象

開機(jī)后，按ADV、RED導(dǎo)聯(lián)轉(zhuǎn)換鍵不起作用，LED顯示狀態(tài)始終處于TEST位置。

2.2.2 故障分析

從故障現(xiàn)象判斷故障發(fā)生在計(jì)數(shù)器電路部分，根據(jù)計(jì)數(shù)器電路圖（圖1）分析其工作過程為：當(dāng)打開電源開關(guān)時(shí)，初始復(fù)位電路（由R205、C210、IC203A組成）產(chǎn)生一正脈沖經(jīng)或門IC204D加至4位二進(jìn)制可預(yù)置可逆計(jì)數(shù)器IC212的R端，計(jì)數(shù)器被復(fù)位，Q端輸出4位數(shù)據(jù)為0000，此數(shù)據(jù)分2路輸出，一路送LED顯示譯碼器（IC213、IC214），另一路經(jīng)驅(qū)動(dòng)器IC216送光電耦合器，由譯碼原理和導(dǎo)聯(lián)轉(zhuǎn)換控制原理知，此時(shí)狀態(tài)和LED顯示狀態(tài)均處于TEST位。

圖1 計(jì)數(shù)器電路圖

打開電源開關(guān)后，按下ADV鍵，用數(shù)字邏輯測(cè)試筆測(cè)計(jì)數(shù)器IC212的CL端U/D端，R端（清零端）均為高電平，且R端始終為高電平。由計(jì)數(shù)器電路工作原理分析知：R端只有在開機(jī)后的瞬間為高電平，其余時(shí)間均處于低電平狀態(tài)時(shí)才能使計(jì)數(shù)器作加法計(jì)數(shù)。R端處于高電平顯然破壞了計(jì)數(shù)器的工作狀態(tài)。接著檢查初始復(fù)位電路，測(cè)C210的正極和IC203A的①端為低電平僅3 V，則IC204D的輸出端?腳，?腳，R端同為高電平。

正常情況下開機(jī)的瞬間電源經(jīng)R205對(duì)C210充電，由于電容兩端不能突變，IC203A的①腳為低電平，反相后輸出高電平，經(jīng)或門IC204D送給計(jì)數(shù)器IC212R端一個(gè)清零脈沖。隨著充電時(shí)間的延長(zhǎng)C210兩端電壓接近電源電壓，經(jīng)IC203A反相后在②腳輸出低電平，同時(shí)IC212的R端也為低電平，這一狀態(tài)要保持到關(guān)機(jī)。C210兩端電壓偏低，說明此電解電容有漏電[3-5]。

2.2.3 故障排除

焊下C210（10μF/16V）檢查已變質(zhì)漏電，更換1只，故障排除。

2.3 故障三

2.3.1 故障現(xiàn)象

走紙速度不規(guī)則，時(shí)而突變?yōu)?0 mm/s，影響心電信號(hào)的記錄與診斷。

2.3.2 故障分析

一開機(jī)，電機(jī)就快速運(yùn)轉(zhuǎn)，接通SPEED開關(guān)SW213和SW214，雖然指示燈可以轉(zhuǎn)換，但對(duì)電機(jī)失去控制。走紙速度不受調(diào)。

心電圖機(jī)的記錄紙驅(qū)動(dòng)電機(jī)為永磁式直流電機(jī)，它體積小，但需復(fù)雜的穩(wěn)速控制電路。該速度控制電路采用鎖相技術(shù)（PLL），IC210（MC14046）為鎖相集成電路（圖2），它包含相位比較器I、Ⅱ和壓控振蕩器，它通過外接IC211，Q201，Q202和Q203等構(gòu)成鎖胡環(huán)路。速度控制電路中的IC209為分頻器（14020B），M為記錄紙驅(qū)動(dòng)電機(jī)，G為測(cè)速發(fā)電機(jī)（即速度傳感器），晶體管Q201和Q202為電機(jī)提供驅(qū)動(dòng)功率，IC211用于對(duì)速度傳感器輸出信號(hào)進(jìn)行整形放大，Q203用于控制電機(jī)的啟停。

圖2 MC14046鎖相集成電路圖

鎖相器的基準(zhǔn)脈沖由晶體控制時(shí)基發(fā)生器X201產(chǎn)生，為32.768Hz的振蕩信號(hào)，它經(jīng)晶體管Q204整形放大為矩形波后，輸入計(jì)數(shù)器分頻器IC209（14020B）的⑩腳CL端，IC209的Q6端輸出512 Hz脈沖，Q7端輸出256 Hz脈沖，分別加到IC205?腳和⑨腳作為基準(zhǔn)脈沖。究竟是512 Hz還是256 Hz則由IC205的B門⑧腳的狀態(tài)決定。如該端為高電平時(shí)，輸出基準(zhǔn)脈沖頻率為512 Hz，對(duì)應(yīng)于電機(jī)按紙速50mm/s的速度運(yùn)行；當(dāng)⑧腳為低電平時(shí)，輸出基準(zhǔn)256 Hz頻率脈沖，電機(jī)按紙速25 mm/s的對(duì)應(yīng)速度運(yùn)行。

IC205B門⑧腳的狀態(tài)由IC203中A門及B門組成的R-S觸發(fā)器控制。開機(jī)瞬間由IC203A門的作用，使IC208A門⑨腳輸出為低電平而B門⑥腳輸出為高電平，此時(shí)發(fā)光二極管LED224亮，表示紙速為25 mm/s。如果按下面板上的50 mm/s鍵（SW214），則R-S觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，使IC208B門⑥腳輸出為低電平而A門⑨腳輸出為高電平，發(fā)光二極管LED223亮，表示速度為50mm/s。若再按一下25 mm/s（SW213鍵），觸發(fā)器將翻回到初始狀態(tài)，記錄紙速又回到25 mm/s狀態(tài)。

由IC211④腳輸出的方波信號(hào)，送入鎖相器IC210⑧腳PCB端，與?腳PCA端輸入的基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行相位比較，其相差信號(hào)由IC210內(nèi)部的鑒相器Ⅱ的?腳PC2端輸出。PC2端輸出的相差脈沖電壓由R223和C217低通濾波后，變?yōu)槠交绷麟妷海偃タ刂茝?fù)合晶體管Q201和Q202的導(dǎo)通，其發(fā)射極電流驅(qū)動(dòng)電機(jī)M旋轉(zhuǎn)。電機(jī)轉(zhuǎn)速降低時(shí)，速度傳感器輸出電壓信號(hào)幅度降低，因而鎖相器PCB端輸入脈沖相位滯后于PCA端基準(zhǔn)脈沖相位，鑒相器輸出電壓升高，電機(jī)電流增大，使轉(zhuǎn)速回升。反之若電機(jī)轉(zhuǎn)速升高，則鎖相器輸出電壓降低，使電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流減小，轉(zhuǎn)速下降。這樣，最終保持電機(jī)轉(zhuǎn)速恒定[6-7]。

2.3.3 故障排除

按照上述原理，現(xiàn)在LED223和LED224轉(zhuǎn)換正常，故障出在基準(zhǔn)電路或鎖相回路中。查IC210的PCA端，能測(cè)出基準(zhǔn)脈沖，說明晶振及分頻電路正常，再測(cè)PCB端則無信號(hào)，而PC2輸出一高電平，電機(jī)轉(zhuǎn)速飛快。由于PCB端無信號(hào)，用萬用表測(cè)插頭J203③、④腳，發(fā)現(xiàn)測(cè)速線圈開路，該測(cè)速線圈是由兩組線圈繞成的，仔細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)兩組線圈連接處斷線，將線頭焊好，套上套管，重新開機(jī)，一切正常。

[1] 錢葉斌.醫(yī)療器械維修速成[M].南京:江蘇科學(xué)技術(shù)出版社,2009.

[2] 喻洪流.醫(yī)院設(shè)備管理與維修[M].南京:東南大學(xué)出版社,2007.

[3] 張錦.現(xiàn)代臨床醫(yī)療儀器原理與應(yīng)用[M].北京:軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)出版社,2002.

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[5] 彭子明,劉文娟.醫(yī)療器械專業(yè)英語(yǔ)文選[M].北京:中國(guó)醫(yī)藥科技出版社,1991.

[6] 沈建新,陳春蘭,馮子安.心電圖監(jiān)護(hù)儀干擾排除方法探討[J].中國(guó)醫(yī)療設(shè)備,2010,(1):115,132.

[7] 楊改姣,李獻(xiàn)波.心電圖機(jī)干擾現(xiàn)象分析[J].中國(guó)現(xiàn)代醫(yī)生, 2007,(10):160,162.

Working Principle and Troubleshooting of ECG-6511 Electrocardiograph

ZHENG Yong-bo
Medical Equipment Department, The First Hospital Aff i licated to China Medical University Anshan Hospital, Anshan Liaoning 114012, China

TH782

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2012.07.054

1674-1633(2012)07-0147-03

2012-01-04

2012-05-16

作者郵箱：4496331@qq.com