張海明，齊麗晶

一種YY0709—2009中聽覺報(bào)警信號(hào)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

張海明，齊麗晶

目的：設(shè)計(jì)一種聽覺報(bào)警信號(hào)測(cè)試系統(tǒng)，以滿足YY 0709—2009標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試要求。方法：采用心型指向的電容式麥克風(fēng)作為聽覺報(bào)警信號(hào)的采集模塊。選取采樣率達(dá)90 kHz的外置模數(shù)轉(zhuǎn)換卡作為信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊并直接連接于麥克風(fēng)輸出端，將采集到的數(shù)字信號(hào)傳入計(jì)算機(jī)。在計(jì)算機(jī)中編寫分析軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而得到待測(cè)結(jié)果。結(jié)果：可實(shí)現(xiàn)對(duì)YY 0709—2009標(biāo)準(zhǔn)條款的高效準(zhǔn)確測(cè)試。結(jié)論：該系統(tǒng)具有集成度高、操作簡(jiǎn)便、顯示結(jié)果直觀等優(yōu)點(diǎn)，但仍需多次移動(dòng)游標(biāo)以完成測(cè)試，如可實(shí)現(xiàn)軟件自動(dòng)測(cè)量，從而直接給出待測(cè)參數(shù)數(shù)值將可進(jìn)一步提升測(cè)試的效率和準(zhǔn)確性，這也是課題組的下一步研究重點(diǎn)。

報(bào)警系統(tǒng)；聽覺報(bào)警；麥克風(fēng)；Matlab

0 引言

YY 0709—2009《醫(yī)用電氣設(shè)備第 1-8部分：安全通用要求 并列標(biāo)準(zhǔn)：通用要求，醫(yī)用電氣設(shè)備和醫(yī)用電氣系統(tǒng)中報(bào)警系統(tǒng)的測(cè)試和指南》已于2010年12月1日正式實(shí)施。其中一項(xiàng)重要內(nèi)容是對(duì)聽覺報(bào)警信號(hào)特征的要求[1-2]。它包含對(duì)聽覺報(bào)警信號(hào)的脈沖間隔、脈沖群間隔、脈沖振幅差異、脈沖頻率、諧頻數(shù)量、諧頻頻率、諧頻與基頻幅值差異和脈沖持續(xù)時(shí)間等多個(gè)參數(shù)的要求[3]。為了滿足這些測(cè)試要求，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種聽覺報(bào)警信號(hào)測(cè)試系統(tǒng)以滿足實(shí)際檢測(cè)的需要。

圖1 測(cè)試系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)圖

1 系統(tǒng)功能邏輯結(jié)構(gòu)

測(cè)試系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)如圖1所示。

由圖1可知，該系統(tǒng)主要由信號(hào)采集模塊、信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊、信號(hào)處理模塊及測(cè)試結(jié)果顯示模塊組成，各模塊的主要功能如下：

（1）信號(hào)采集模塊：此模塊的作用是采集待測(cè)的聽覺報(bào)警信號(hào)，可以采用一個(gè)電容式麥克風(fēng)來實(shí)現(xiàn)。

（2）信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊：此模塊將所采集到的信號(hào)轉(zhuǎn)換為易于處理的數(shù)字信號(hào)，可以采用數(shù)據(jù)采集卡來實(shí)現(xiàn)，由于本裝置測(cè)試源的頻率處于100~4 000 Hz，故完全可以用聲卡來實(shí)現(xiàn)。

（3）信號(hào)處理模塊：此模塊主要實(shí)現(xiàn)2個(gè)功能，一是從源信號(hào)中提取出待測(cè)的報(bào)警信號(hào)片段；二是將報(bào)警信號(hào)的時(shí)域和頻域信號(hào)分別處理成波形數(shù)據(jù)。它可以使用Labview、Matlab等語言編程來實(shí)現(xiàn)該模塊的功能[4-6]。

（4）測(cè)試結(jié)果顯示模塊：此模塊會(huì)將測(cè)試的總體結(jié)論和各參數(shù)值簡(jiǎn)潔有序地顯示出來，可選用C#、

C++以及VB等語言編程來實(shí)現(xiàn)該模塊的功能。

該測(cè)試系統(tǒng)使用麥克風(fēng)采集聽覺報(bào)警信號(hào)，經(jīng)過信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊將采集到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)后通過數(shù)據(jù)傳輸線將該信號(hào)輸入到裝有數(shù)據(jù)分析軟件的PC機(jī)中，通過PC機(jī)上的數(shù)據(jù)分析軟件對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行分析，從而得到所需要測(cè)試的相關(guān)參數(shù)。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 硬件

我們選取了一款心型指向的電容式麥克風(fēng)作為信號(hào)采集模塊，該麥克風(fēng)具有頻率響應(yīng)平坦及單指向的優(yōu)點(diǎn)，相關(guān)特性如圖2所示。選取外置模數(shù)轉(zhuǎn)換卡作為信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊并直接連接于麥克風(fēng)輸出端，這樣可以縮短模擬信號(hào)傳輸?shù)木嚯x，從而降低信號(hào)失真。該模數(shù)轉(zhuǎn)換卡采樣頻率可達(dá)90 kHz，完全可以滿足信號(hào)采樣的需求。之后將采集到的數(shù)字信號(hào)送入PC機(jī)，以便利用PC中的分析軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

圖2 麥克風(fēng)的頻響特性及指向性

2.2 軟件

軟件采用Matlab和C#聯(lián)合編程實(shí)現(xiàn)，其中Matlab主要完成信號(hào)實(shí)時(shí)顯示、數(shù)值分析及信號(hào)處理工作；C#主要完成軟件界面的開發(fā)工作[7-9]。

編程思路：在Matlab中通過plot函數(shù)可簡(jiǎn)單地實(shí)時(shí)顯示采集數(shù)據(jù)波形[10]，在實(shí)時(shí)顯示采集波形的同時(shí)將所得數(shù)據(jù)封裝為矩陣函數(shù)，當(dāng)按下 “信號(hào)分析”鍵時(shí)，開始對(duì)所存儲(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行條件化分析，自動(dòng)顯示判定為聽覺報(bào)警信號(hào)的時(shí)域及頻域圖像；之后測(cè)試人員可通過提供的游標(biāo)對(duì)所需參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，從而得到目標(biāo)測(cè)試參數(shù)。軟件測(cè)試界面如圖3所示。

3 應(yīng)用效果分析

聽覺報(bào)警信號(hào)測(cè)試系統(tǒng)與傳統(tǒng)的示波器接報(bào)警驅(qū)動(dòng)電信號(hào)測(cè)試方法相比，具有準(zhǔn)確度高、測(cè)試效率高、操作便捷等優(yōu)勢(shì)；與麥克風(fēng)連接示波器法相比，具有顯示結(jié)果直觀及操作便捷的優(yōu)勢(shì)。本測(cè)試系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中已完成多臺(tái)呼吸機(jī)、麻醉機(jī)及輸液泵設(shè)備報(bào)警系統(tǒng)的測(cè)試，經(jīng)與不同測(cè)試方法比對(duì)，該系統(tǒng)測(cè)試過程高效便捷、測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確。

圖3 軟件測(cè)試界面

4 討論

該系統(tǒng)可較好地完成YY 0709—2009中聽覺報(bào)警信號(hào)的測(cè)試，且具有集成度高、操作簡(jiǎn)便、顯示結(jié)果直觀等優(yōu)點(diǎn)。

同時(shí)，本系統(tǒng)仍有待完善之處：因測(cè)試參數(shù)繁多，檢測(cè)人員需要多次操作游標(biāo)以完成相關(guān)測(cè)試，這在降低效率的同時(shí)也帶入了更多的人為誤差。若此系統(tǒng)可直接給出測(cè)試參數(shù)的數(shù)值而無需測(cè)試人員依次移動(dòng)游標(biāo)進(jìn)行測(cè)試，將大大提高聽覺報(bào)警信號(hào)測(cè)試的效率和準(zhǔn)確度，目前本課題組對(duì)此問題的研究仍在進(jìn)行之中。

[1]YY 0709—2009 醫(yī)用電氣設(shè)備第1-8部分：安全通用要求并列標(biāo)準(zhǔn)：通用要求，醫(yī)用電氣設(shè)備和醫(yī)用電氣系統(tǒng)中報(bào)警系統(tǒng)的測(cè)試和指南[S].

[2]IEC 60601-1-8：2006 Medical electrical equipment——Part 1-8：General requirements for basic safety and essential performance——Collateral standard：General requirements，tests and guidance for alarm systems in medical electrical equipment and medical electrical systems[S].

[3]齊麗晶，張海明.解讀YY 0709—2009 醫(yī)用報(bào)警系統(tǒng)的測(cè)試[J].中國(guó)醫(yī)療器械雜志，2011，35（4）：291-293.

[4]全必勝，李斌.基于聲卡和MATLAB的數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)[J].計(jì)算機(jī)仿真，2003，20（8）：148-150.

[5]王坤.Matlab在計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].軟件導(dǎo)刊，2012，11（6）：102-104.

[6]曾明崗，賴萬昌，毛偉，等.基于聲卡和Labview的虛擬數(shù)字示波器的設(shè)計(jì)[J].電子設(shè)計(jì)工程，2013，21（3）：121-122.

[7]王娟，周萬珍，李媛，等.C#.net與Matlab混合編程的快速實(shí)現(xiàn)[J].科技咨詢，2006（33）：60-61.

[8]杜澤明，鮑峰.基于C#和MATLAB的實(shí)用測(cè)量數(shù)據(jù)處理[J].現(xiàn)代測(cè)繪，2010，33（2）：36-37.

[9]朱玉穎，吳斌，劉宏偉，等.一種C#與Matlab混合編程的快速實(shí)現(xiàn)方法[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2009，5（28）：7 884-7 885，7 906.

[10]張曉利.Matlab中二維數(shù)據(jù)可視化及應(yīng)用[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2011，7（19）：4 748-4 749.

（收稿：2013-06-24 修回：2013-09-02）

Design of Audible Alarm Signal Test System Based on YY 0709-2009 Standard

ZHANG Hai-ming,QI Li-jing
(Tianjin Medical Devices Quality Supervision and Testing Center, State Food and Drug Administration,Tianjin 300384,China)

Objective To design an audible alarm signal test system based on YY 0709—2009 Standard.Methods A capacitor microphone was used as the acquisition module of the audible alarm signal.An external analogue-to-digital converter with a sampling rate of90 kHzwas connected with the outletend of themicrophone.The acquired digitalsignalswere transmitted into the computer,then the softwarewas developed toanalyze the data to get the results.Results The items in YY 0709—2009 Stan- dard were tested efficiently and accurately.Conclusion The system is highly integrated and operated easily;furthermore it can display the results visually.But itstillneeds to complete the testbymoving the cursor for several times,and the software has to be developed toenhance the efficiency and accuracy.[Chinese Medical Equipment Journal，2014，35（3）：32-33]

alarm system;audible alarm;microphone;Matlab

R318

A

1003-8868（2014）03-0032-02

10.7687/J.ISSN1003-8868.2014.03.032

國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2012BAI22B04）

張海明（1982—），男，碩士，工程師，主要從事醫(yī)療器械檢測(cè)方面的研究工作，E-mail：32595515@qq.com。

300384天津，國(guó)家食品藥品監(jiān)督管理局天津醫(yī)療器械質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心（張海明，齊麗晶）