MAQUET呼吸機(jī)常見技術(shù)性故障處理分析

青島市婦女兒童醫(yī)院 器械科，山東 青島 266034

引言

MAQUET SERVO系列呼吸機(jī)潮氣量范圍為100～2000 mL，因此適用于早產(chǎn)兒、新生兒、兒童和成人。其操作簡單，用戶界面直觀可調(diào)；設(shè)計上采用模塊化設(shè)計，提供了快速的反應(yīng)時間和觸發(fā)靈敏度系統(tǒng)，又方便拆卸和轉(zhuǎn)運(yùn)；獨(dú)特的超聲流量測量技術(shù)[1-2]，高達(dá)2000次/s的采樣頻率[3-4]，使得精確度更高。詳細(xì)的自檢過程，一旦有任何問題都會影響自檢結(jié)果，這為快速排出故障提供更加直觀地顯示。

這款呼吸機(jī)設(shè)計緊湊，結(jié)構(gòu)分明，安裝多種流量傳感器和壓力傳感器，主要功能集中在PC1771控制板、PC1172監(jiān)測板、PC1784呼氣通路控制板這三塊電路板上，使用過程中極易因主板問題導(dǎo)致機(jī)器出現(xiàn)同一故障。

1 MAQUET呼吸機(jī)控制基本電路

由圖1可知呼吸機(jī)控制電路主要由三塊主板構(gòu)成：PC1771控制板、PC1772監(jiān)控板、PC1784呼氣通路控制板，所有電路板均采用嵌入式開發(fā)設(shè)計[5-6]。PC1784板之上又加入兩個PC1781 壓力傳感器[7-8]，負(fù)責(zé)測量吸氣壓力和呼氣壓力。電路板之間通過PC1770母板互相通訊，協(xié)調(diào)工作共同完成對氣路的控制和監(jiān)測。其中PC1771和PC1784兩塊主板中裝有呼吸控制軟件，它們控制著整個呼吸機(jī)的呼吸過程，還包括霧化控制；而PC1772則裝有監(jiān)控程序，它不僅監(jiān)測整個呼吸機(jī)工作狀態(tài)，還控制報警功能。當(dāng)用戶通過控制面板設(shè)置好模式和參數(shù)時，PC1771和PC1784兩塊主板根據(jù)所設(shè)參數(shù)調(diào)整呼吸機(jī)的工作狀態(tài)，而這個工作狀態(tài)的監(jiān)測由PC1772完成，如果實際監(jiān)測到的參數(shù)與所設(shè)參數(shù)存在較大差異時，控制報警電路進(jìn)行預(yù)警。

圖1 控制電路原理圖

1.1 MAQUET呼吸機(jī)氣路分析

在圖2氣路流量測量過程中，MAQUET采用了獨(dú)特的超聲測量技術(shù)，兩個超聲傳感器封裝在呼氣盒中。兩個氣源，壓力范圍為200～650 kPa，兩個氣體模塊：AIR MODULE、O2 MODULE。當(dāng)兩路氣體都進(jìn)入呼吸機(jī)時，空氣和氧氣模塊監(jiān)測供氣壓力是否在有效范圍內(nèi)，并同時根據(jù)所設(shè)的氧濃度按比例混合兩種氣體，其中吸氣氣路在輸送時，一路通過細(xì)菌過濾器與PC1784上的PC1781壓力傳感器相連，主要測量呼吸過程的壓力值；一路供給氧傳感器，測量經(jīng)過混合后的氧濃度是否達(dá)到設(shè)定值。而呼氣端則把一路呼出氣體通過呼氣盒，其在內(nèi)部有兩個超聲流量傳感器，測量在呼吸過程中的氣體流量；另一路通過連接管進(jìn)入PC1784與其上的另一塊PC1781壓力傳感器相連，測量呼出氣體的壓力值。同時，在呼氣盒下方還有PC1784所控制的安全閥，一旦壓力值超限114～120 cmH2O，就會打開讓壓力回歸正常，保證病人的安全。

圖2 氣路原理圖

1.2 使用情況介紹

該類呼吸機(jī)主要用于新生兒和嬰幼兒治療，我院主要裝備科室為新生兒重癥監(jiān)護(hù)室和兒童重癥監(jiān)護(hù)室。在日常使用過程中發(fā)現(xiàn)一些常見故障，如氧濃度監(jiān)測失靈、內(nèi)部泄漏過多、壓力傳感器偏差＞5 cmH2O等，按照報警信息很容易快速定位是機(jī)器哪里出現(xiàn)問題，更換氧傳感器和壓力傳感器、檢查管路密封性等就可減少此類故障的發(fā)生率，但有一些故障原因存在相互關(guān)聯(lián)性，下面就此類故障做詳細(xì)介紹。

2 典型故障分析

2.1 故障一

2.1.1 故障現(xiàn)象

開機(jī)進(jìn)入用戶界面顯示“技術(shù)性錯誤40001”“呼氣盒存在技術(shù)性錯誤”。自檢時流量傳感器失敗，進(jìn)入工作界面，波形雜亂無章，故障部位如圖3所示。具體故障現(xiàn)象表現(xiàn)為：① 呼氣盒所有的信息均顯示無效，這時可以判斷大概率是軟件存儲信息無法讀取造成的；② 呼氣盒所有信息顯示正常，但機(jī)器開機(jī)報技術(shù)性錯誤，自檢時流量傳感器失敗。

圖3 故障部位照片

2.1.2 故障分析及解決方案

有以下兩個原因會導(dǎo)致上述故障：

（1）存儲芯片EEPROM數(shù)據(jù)丟失、無法存取[9-10]。由圖4可知芯片里面記錄了呼氣盒的貨品編號、序列號、首次使用時間、操作時間、膜剩余量等信息，通過機(jī)器本身的狀態(tài)查詢可以看見。從圖4中可以看出該呼氣盒貨品編號0644 7960對應(yīng)地址00000003、00000004內(nèi)的數(shù)據(jù)，序列號0021 8948對應(yīng)地址00000007、00000008內(nèi)的數(shù)據(jù)。這兩項數(shù)據(jù)是出廠時被寫入的，如果該地址數(shù)據(jù)丟失或出現(xiàn)無法讀取的情況，機(jī)器無法通過自檢，并且報“呼氣盒技術(shù)性錯誤”，機(jī)器無法工作。

圖4 呼氣盒EEPROM信息

解決方法是使用新芯片重新寫入程序。此故障選用SUPERPRO6100系列通用編程器，適配器選擇DX0001。

（2）溫度補(bǔ)償熱敏電阻存在問題[11-12]。因為熱敏電阻長時間與高濕氣體接觸極易出現(xiàn)溫漂、開裂等故障，一旦其出現(xiàn)問題也會出現(xiàn)上述故障代碼。經(jīng)計算其主要參數(shù)如下：環(huán)氧封裝、負(fù)溫度系數(shù)NTC，標(biāo)稱電阻R25=100 K，熱敏指數(shù)B=4200，所以當(dāng)熱敏電阻出現(xiàn)故障時需要更換符合此參數(shù)的NTC熱敏電阻。

經(jīng)過多次試驗發(fā)現(xiàn)MF5A-104F-3950、MF5A-104F-4200這兩款熱敏電阻是最穩(wěn)定和準(zhǔn)確的，建議更換時優(yōu)先考慮。在確定溫度補(bǔ)償電阻的計算過程中，最主要的是確認(rèn)標(biāo)稱電阻R25和熱敏指數(shù)B。

標(biāo)稱電阻R25實驗計算過程：用加熱板夾住熱敏電阻升溫至25℃，同時多次測量其兩端阻值98.6 、97.5、102.1 、104.7 K。取其平均值=（98.6+97.5+102.1+104.7）/4=100.7 K。

熱敏指數(shù)B實驗計算過程：B=T1×T2/(T2-T1)×LnRT1/RT2。T1=25℃，T2=50℃×RT1=100 K，RT2=33.5、38.5、40 K……，所以B值范圍為3600～3900。

在確定這兩個參數(shù)之后要考慮怎么選溫度補(bǔ)償電阻，可以通過圖5～6的特性曲線進(jìn)行選擇。

由R-T曲線可以看出：圖5中△（R1-R1’）=△（R2-R2’），圖 6 中△（R25-RT1） ＜ △（R25-RT2）。在進(jìn)行維修的時候要選擇熱敏電阻時可以選擇B值大的熱敏電阻，因為這樣響應(yīng)時間短、反應(yīng)大、靈敏度高。 所以，最終選擇R25=100 K，B＞（3600～3900 K）。

圖5 熱敏指數(shù)B相同溫度-電阻特性圖

圖6 標(biāo)稱電阻R25相同溫度-電阻特性圖

2.2 故障二

2.2.1 故障現(xiàn)象

開機(jī)出現(xiàn)“技術(shù)性錯誤38”“技術(shù)性錯誤3”，自檢時氣壓計、氧氣傳感器和流量傳感器失敗，故障部位照片如圖7所示。

圖7 PC1772板氣壓計

2.2.2 故障分析及解決方案

這也是MAQUET呼吸機(jī)頻發(fā)的一種多發(fā)性、關(guān)聯(lián)性故障?！凹夹g(shù)性錯誤38”代碼指向PC1772的氣壓計“BARO_UPPER_LIMIT_EXCEEDED”，氣壓計讀數(shù)超過氣壓計上限值，該氣壓計正常值為630～1080 hPa?！凹夹g(shù)性錯誤3”代碼解釋為12V電壓過低，指向開關(guān)電源[13-14]。

機(jī)器開機(jī)時，點(diǎn)擊狀態(tài)欄可以看見氣壓計壓力值1125 hPa，明顯超過其合理范圍，導(dǎo)致開機(jī)報氣壓計自檢失敗。在這里氣壓計主要是提供一個標(biāo)準(zhǔn)值供給氧傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)，因為氧傳感器校準(zhǔn)時要考慮海拔而引起的大氣壓壓力值變化，一旦氣壓計范圍超過正常值，則會導(dǎo)致氧傳感器自檢失敗，這一點(diǎn)往往被大家忽略。而且海拔的高低還會引起通氣量的變化，直接影響到流量傳感的校準(zhǔn)是否正常。所以針對以上故障現(xiàn)象優(yōu)先考慮更換PC1772的氣壓計，但是這里報“技術(shù)性錯誤3”，指向開關(guān)電源[13-14]，在日常維修工作中應(yīng)該優(yōu)先解決和排除電源問題，如果不排除電源問題則很容易把更換的正常配件再次燒毀，所以此類故障應(yīng)先更換PC1778板。

在更換PC1778板后，故障依舊，所以初步斷定故障出現(xiàn)在氣壓計，更換氣壓計之后，開機(jī)正常，自檢全部通過。所以可以判斷是因為氣壓計出現(xiàn)故障導(dǎo)致電源問題，氧傳感器和流量傳感器均失敗。類似的還有“技術(shù)性錯誤39”“技術(shù)性錯誤4”等，均應(yīng)先考慮氣壓計問題。

本案例故障是包含所有出現(xiàn)的問題，而在眾多維修案例中故障現(xiàn)象往往是獨(dú)立出現(xiàn)的，甚至還出現(xiàn)過氣壓計自檢通過，但是氧傳感器自檢失敗的案例，所以，在今后出現(xiàn)流量和傳感器自檢失敗的故障時，先不要著急進(jìn)行電路板的維修和更換，優(yōu)先考慮更換氣壓計。

3 討論與總結(jié)

“技術(shù)性錯誤40001”“呼氣盒存在技術(shù)性錯誤”和“技術(shù)性錯誤38”“術(shù)性錯誤3”，導(dǎo)致氣壓計失敗、氧氣傳感器失敗、流量傳感器失敗。針對以上技術(shù)性錯誤通過更換相應(yīng)溫度補(bǔ)償電阻、EEPROM燒錄和更換壓力傳感器等手段來解決實際問題。

在上述故障中，EEPROM燒錄往往是我們?nèi)菀缀雎缘膯栴}，我們在排除所有硬件故障時就需要考慮軟件信息。經(jīng)過多年的探索和實踐，逐漸對此類呼吸機(jī)的軟件和硬件有了全面的了解，對于電路板本身的結(jié)構(gòu)和布線有了更深的認(rèn)知，電容、電阻、運(yùn)放芯片、AD轉(zhuǎn)換、信號處理芯片等是組成電路板的最基本元素，根據(jù)具體的波形和故障表現(xiàn)可以快速確定故障大致是由什么導(dǎo)致的。

此外，在維修過程中，往往要借助一些特殊工具，如放大鏡、示波器、BGA焊臺等，對設(shè)備維修的幫助較大[15]。多發(fā)性故障往往是比較難判斷的，因為好多因素會導(dǎo)致故障的發(fā)生，本文只是解決了其中很少的一部分故障，為同行提供一個如何分析、解決問題的思路，但是在呼吸機(jī)維修中還有很多故障是我們無法解決的。本文通過在維修過程中遇到的實際問題進(jìn)行分析，從硬件和軟件兩方面入手，逐步分析故障現(xiàn)象，希望對同行有所幫助。