TX200Lb 型超聲多普勒胎心監(jiān)測儀的工作原理與常見故障排除

孟凡有

赤峰市醫(yī)院醫(yī)學(xué)工程部 （內(nèi)蒙古赤峰 024000）

超聲多普勒胎心監(jiān)測儀是用于胎心監(jiān)護的儀器，因其采用的是超聲多普勒技術(shù)，故亦被稱為多普勒胎心儀[1]。目前，超聲多普勒胎心監(jiān)測儀是行業(yè)內(nèi)公認(rèn)的準(zhǔn)確度最高、使用范圍最廣的胎心監(jiān)護儀器[2]。我院目前在用的TX200Lb 型超聲多普勒胎心監(jiān)測儀有20余臺，本研究首先介紹儀器線路板上主要集成電路芯片的功能并剖析其工作原理，再分析2例常見故障的排除過程，以供同行參考。

1 工作原理

TX200Lb 型超聲多普勒胎心監(jiān)測儀采用超聲非聚焦連續(xù)波多普勒原理，由與母體腹部耦合的超聲換能器及電路部分組成，具有監(jiān)測并記錄胎兒心率、母體宮縮的功能，主要用于產(chǎn)婦產(chǎn)前、產(chǎn)時對胎心的監(jiān)護[3-4]。在監(jiān)護胎心時，超聲換能器產(chǎn)生的超聲束直接對準(zhǔn)胎兒，入射聲束的一部分到胎心運動表面，超聲波頻率由于多普勒效應(yīng)發(fā)生頻移，并由接收換能器檢測到，經(jīng)信號處理分離出與胎心有關(guān)的低頻信號，加以放大，用于胎心檢測[5-6]。

TX200Lb 型超聲多普勒胎心監(jiān)測儀整機采用大容量4.8 V鎳氫4節(jié)AAA 充電電池組，使用更加方便；2.6 MHz 多普勒探頭與主機的主板使用普通彈簧電話線連接，大功率聲音釋放，更適合環(huán)境嘈雜的場合；配備具有手動歸零功能的電子秒表，方便人工讀取胎兒心率。

TX200Lb型超聲多普勒胎心監(jiān)測儀主板型號為LAKG-9，主機包含6個芯片，分別為U1 LM324（14腳）、U2 LM386N-3（8腳）、U3 MC34063（8腳）、U4 HEF4013BT（14腳）、U5 HEF4060BT（16腳）及U6 RT9701CB（5腳）[7]。（1）U1 LM324為四運放集成電路，其芯片引腳管腳見圖1。該芯片采用14管腳雙列直插塑料（陶瓷）封裝，內(nèi)部包含4組形式完全相同的運算放大器，除共用電源外，4組運放相互獨立。（2）U2 LM386N-3為音頻集成功放芯片，采用雙列8腳封裝方式（圖2），是一種具有自身功耗低、更新內(nèi)鏈增益可調(diào)整、電源電壓范圍大、外接元件少和總諧波失真小等優(yōu)點的功率放大器，被廣泛應(yīng)用于錄音機和收音機的電路中，在TX200Lb型超聲多普勒胎心監(jiān)測儀中用于推動揚聲器發(fā)出聲音。（3）U3 MC34063是一種電壓轉(zhuǎn)換芯片，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)見圖3。該芯片包含DC/DC變換器所需要的主要功能的單片控制電路，由具有溫度自動補償功能的基準(zhǔn)電壓發(fā)生器、比較器、占空比可控的振蕩器、R-S觸發(fā)器和大電流輸出開關(guān)電路等組成，可作為升壓變換器、降壓變換器、反向器的控制核心。由該芯片構(gòu)成的DC/DC變換器僅用少量的外部元器件，主要應(yīng)用于以微處理器（microprocessor unit，MPU）或單片機（microcontroller unit，MCU）為基礎(chǔ)的系統(tǒng)中，在2.50～40.00 V的輸入電壓范圍內(nèi)工作，輸出電壓可在1.25～40.00 V范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。（4）U4 HEF4013BT為雙路D觸發(fā)器芯片，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)見圖4。該芯片由NXP公司生產(chǎn)，采用SOP14封裝，功能為設(shè)置（預(yù)設(shè)）和復(fù)位。（5）U5 HEF4060BT為14位串行二進(jìn)制計數(shù)器/分頻/振蕩器，其管腳見圖5。（6）U6 RT9701CB為電源管理芯片，采用雙列5腳封裝，其管腳定義見圖6。該芯片是一個綜合100 mΩ電源開關(guān)的自供電和總線供電通用系列總線（USB）的應(yīng)用，內(nèi)置的電荷泵可用來驅(qū)動N溝道MOSFET摒除寄生蟲體二極管，可消除任何反向電流流過開關(guān)（當(dāng)關(guān)機時），具有低靜態(tài)電流（23 μA）和小封裝（SOT-23-5）的特點，特別適用于電池供電的便攜式設(shè)備。該芯片具有軟啟動限制突入電流過插件的保護功能，1.5 A的電流限制可滿足USB電源的要求，且可在過流條件下熱關(guān)閉，以保護芯片不受損害。

圖1 U1 LM324 管腳

此外，TX200Lb 型超聲多普勒胎心監(jiān)測儀另有以“牛屎芯片”為主要部件的倒計時電路板（板號MB60-2），由主板為其供電，供電電壓為4 V DC。該板得電后開始顯示，按下時鐘清零鍵后即可開始60 s 倒計時。

圖2 U2 LM386N-3 芯片管腳定義

圖3 U3 MC34063 芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖4 U4 HEF4013BT 芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖5 U5 HEF4060BT 管腳

圖6 U6 RT9701CB 芯片管腳定義

2 常見故障排除

2.1 故障一

2.1.1 故障現(xiàn)象長時間充電后未能正常開機，按下開關(guān)鍵無反應(yīng)，更換內(nèi)置電池?zé)o效。

2.1.2 故障分析

與TX200La 型超聲多普勒胎心監(jiān)測儀的電源開機流程不同，TX200Lb 型采用的是觸發(fā)式開機，電源按鍵為微動式而非自鎖式，需相關(guān)芯片執(zhí)行開機自鎖功能方能完成所有電路必要的電源供給。

2.1.3 故障排除

檢查發(fā)現(xiàn)，開機按鍵正常，但按下開機鍵后，內(nèi)置電池電壓為0 V，提示后級電路存在短路；檢查U6各腳的對地電阻，發(fā)現(xiàn)除4腳（CE）外其余4個管腳都與地相通，焊下該芯片，再次測量各管腳與地的電阻，結(jié)果未發(fā)生變化，表明該芯片損壞[8]；短路電源開關(guān)與U6輸出端5腳，外接直流電源可正常開機工作；長時間充電導(dǎo)致電池待機時間明顯縮短，測量發(fā)現(xiàn)，電池內(nèi)阻明顯增大，更換U6芯片和內(nèi)置鎳氫充電電池組后，故障排除。

2.1.4 小結(jié)

該故障的根本原因為，電池?fù)p壞導(dǎo)致內(nèi)阻過大，以致使用時出現(xiàn)電壓不足的情況，充電時擊穿U6芯片，導(dǎo)致芯片輸出端對地短路，故只更換內(nèi)置電池?zé)o法解決全部問題[9]。

2.2 故障二

2.2.1 故障現(xiàn)象

倒計時啟動失敗，關(guān)機重啟，時鐘一直顯示88。

2.2.2 故障分析

倒計時電路板號為MB60-2，外電路只有供電電壓4 V DC 2條導(dǎo)線，得電后開始顯示倒計時88，按下面板上的“0”按鍵，時鐘開始倒計時，若能排除外電源因素，即可判定原因為秒表模塊損壞，直接更換即可。

2.2.3 故障排除

測量DC 輸入電壓，實測值為6.2 V，遠(yuǎn)高于標(biāo)注值4 V DC；分離倒計時電路板MB60-2與主板，外接可調(diào)電壓的直流電源，以4 V 為標(biāo)準(zhǔn)電壓，上下調(diào)節(jié)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)陀?.8 V時液晶屏無顯示，當(dāng)高于6 V 時，顯示一半或顯示88；再測量電池組的充放電電壓，發(fā)現(xiàn)充電電池組已失效，更換電池組后倒計時秒表恢復(fù)正常工作。

2.2.4 小結(jié)

該故障原因為，內(nèi)置電池組內(nèi)阻變大失效，這不僅會縮短整機使用時間，還會造成供電電壓增高而引發(fā)倒計時顯示電路異常[10]。總之，對臨床上使用頻率較高的便攜式監(jiān)護儀器，保證其故障及時被修復(fù)是對臨床工程師業(yè)務(wù)基本功的基本要求[11]。臨床工程師應(yīng)熟悉該機型的電路結(jié)構(gòu)，尤其是可正確測量6個主要芯片的外圍電路測試點，全面了解電路控制的基本原理，快速判斷并及時排除TX200Lb 型超聲多普勒胎心監(jiān)測儀的故障[12]。