SE-1200 Express 心电图机的工作原理及故障分析处理

陈雄德，余权桂，倪倩，曾健，韩远峰

广州中医药大学深圳医院（福田）医疗设备部 （广东深圳 518000）

随着医疗机构医疗服务质量的提升和医疗科学技术的发展，心电图机在医学临床中得到了广泛的使用，已成为各级医疗机构的基本配置，并使心电图作为心脏病诊断的一种重要手段被临床广泛应用。

SE-1200 Express 是理邦公司生产的一款质量稳定、性能优越的心电图机。该款心电图机在二甲以上医院的占有率较高，现介绍SE-1200 Express 心电图机的工作原理及故障分析处理。

1 SE-1200 Express 心电图机的工作原理

1.1 SE-1200 Express 心电图机整机原理

SE-1200 Express 是一款十二道心电图机。该机采用全数字式设计，配置热敏点阵打印及5.7寸的液晶屏，具有心电参数自动测量和分析、基线自动调节、全数字滤波器、自动或手动操作、灵活多样的输出打印等功能。整机原理见图1。

图1 SE-1200 Express 心电图机整机原理

SE-1200 Express 十二道心电图机各功能模块的主要组成和功能如下。（1）电源板：输出+12、+5、-12 V 电源，提供主板、心电板的电源并为电池充电。（2）主板：具备微控制单元（microcontroller unit，MCU）、芯片ARM9 S3C2410、随机存储器（random access memory，RAM）、闪存（flash memory，Flash）、以太网、USB、缓存（buffer）接口及串口RS232等资源。（3）心电板：用于心电信号的采集和处理。（4）键盘板：提供用户输入接口，包括功能键、字母键和数字键。（5）显示器：5.7寸液晶屏，可带触摸屏，显示心电波形、参数等。（6）热敏打印头：由热敏头、电机、齿轮等结构部件组成。

1.2 SE-1200 Express 心电图机电源板原理

电源板原理见图2。电源板的主要功能为，向整个系统提供+12、+5、-12 V的电源电压，此外，还向电池充电电路提供电压。电源板的原理如下：使用二级共模滤波输入220 V交流电源，经电磁兼容性器件后到全桥整流电路芯片D8（KBP206），该电源模块输出采用两级稳压，第一级为变压器和芯片TOP247Y组成的DC-DC稳压电路，稳压到19 V，后级采用芯片LM2576构成稳压电路，稳压到+12、+5、-12 V，芯片LM2576-ADJ可进行大电流的转换调节[1]；电池充电部分采用芯片LM317和芯片TL431组合电路实现，由芯片LM317组成恒流电路，由芯片TL431组成恒压电路，当恒流充电接近16.8 V时，由恒流充电转换为恒压充电，直至充电结束[1]。机器接通电源后，AC-DC电路立即工作，但DC-DC电路暂不工作，只有在按下开机按钮后，DC-DC电路才工作，即整机电源接口接入220 V交流电，电源板即可输出19 V电压，当按下“开机按钮”时，各路DC-DC电压输出。断开交流输入电源后，AC-DC停止工作，若只断开交流输入电源，在整机连接电池的情况下，DC-DC电路仍会继续工作，输出直流电压。

图2 SE-1200 Express 心电图机电源板原理

1.3 SE-1200 Express 心电图机主板原理

主板主要包括MCU S3C2410、动态随机存取存储器（dynamic random access memory，DRAM）、闪存芯片（NAND FLASH）、以太网芯片、复杂可编程逻辑控件芯片（complex programmable logic device，CPLD）等，集成了主频达200 MHz 的最小系统。主板提供心电板、热敏打印头、液晶屏上所需的电源，并提供USB、以太网、输入输出、串口RS232、步进电机和热敏打印头接口所需的接口电路和插座。打印部分包括电机驱动电路、热敏头驱动及缺纸检测等电路，其中包括电机驱动芯片ULN2003，其作用是放大驱动电机的功率。因各种打印速度下的驱动力矩要求不同，故需根据不同速度调节驱动电压，机器通过控制信号选择模拟开关芯片4066来实现芯片LM2577电机驱动输出电压的变化。电机电压可调电源电路芯片LM2577，提供12.7、17.8、24 V 3种电压来驱动电机，从而实现不同的打印走纸速度。纸张检测靠打印头旁的一个光电二级管实现，其基本原理是，当有打印纸时，三极管截止，输出为高电平；无打印纸时，三极管导通，输出为低电平。

1.4 SE-1200 Express 心电图机心电板原理

SE-1200 Express 心电图机心电板的原理框图见图3。导联线输入信号先通过高压除颤保护电路（氖管）、电压钳位电路（芯片BAV99）、输入缓冲电路、变换阻抗，实现高输入阻抗（芯片TL064电压跟随器），再经过威尔逊连接网络实现9个通道的波形矢量输入，并且对各个导联进行差分放大（芯片TL064），之后进行起搏抑止（芯片BAV99）、滤波，最终，心电信号输入到模数采集输入部分。心电信号先经一级放大，在通道控制口线的控制下，将所需心电信号或导联脱落信号切换到放大器，经过电平的平移作用，输入到MCU 的内部模数转换器进行采样。模块与外部的通信通过光耦跨过隔离带实现。主板输入的电源经过变压器与接口板部分隔离，以满足安全要求。

图3 SE-1200 Express 心电图机心电板原理框图

2 SE-1200 Express 心电图机的故障分析处理

2.1 故障一

2.1.1 故障现象心电图机开机进入系统后，有时液晶屏屏幕闪烁并抖动几下，变暗又重新发亮，有时液晶屏显示基本正常。

2.1.2 故障分析及处理

首先，考虑故障由液晶屏损坏或不良导致，采用“外观检查法”观察液晶屏表面，无明显裂缝、污痕、变焦、变黄、鼓包等现象，初步测试液晶屏的电压及数据信号，未发现明显异常，因故障发生不频繁，为尽快定位故障点，采用“替换法”将该故障机的液晶屏与另一台完好的心电图机的液晶屏对调替换，发现原故障机的故障依然存在，而另一台机器正常，表明此故障非液晶屏损坏所引起；进一步考虑故障可能存在于主板或电源板，因故障时有时无，不利于排除，故采用可靠性分析“老化测试”方法，将放置该机器的房间内的环境温度设定为40 ℃，开启机器进入系统，通过高温加速不良芯片的老化，使故障更快稳定地呈现，每隔2 h观察1次机器的工作状态，经过将近2 d的测试，故障发生更为频繁且整个系统开始变得不稳定，考虑到电源板的故障率相对主板更高，先测试向主板、液晶屏供电的5 V电压，结果发现，在断开后端负载且不接主板及液晶屏的情况下，电源板正常输出+12、+5、-12 V；在接入主板及液晶屏后，5 V电压输出开始变得不稳定，芯片U4 LM2576 2引脚电压输出会下降，且低于4 V，再测试芯片U4 LM2576 1引脚，结果发现，前端输入电压19 V正常，同时另外两路电压输出稳定，最终，定位5 V输出芯片U4 LM2576不良，更换芯片LM2576，电源板5 V电压输出稳定，故障排除。

2.1.3 小结

对于偶发故障，维修人员可采用高温老化的办法促使故障尽快呈现，在解除故障的过程中，若涉及系统各部件的排除，如有同类设备，可采用“替换法”，一步步缩小故障排查范围。一般而言，直观的屏幕故障，如花屏、闪屏、屏幕有黑圈、亮点等，屏本身发生故障的可能性较大，可采用“外观检查法”先观察部件，寻找是否有损坏的痕迹，同时，还需注意供电电压是否稳定，信号数据传输有无明显中断，晶振工作时的波形是否持续稳定等。

2.2 故障二

2.2.1 故障现象

心电图机开机进入系统，采集患者的心电信号完成后，按下打印按键进行打印，发现打印仓出来的打印纸是空白的，没有心电波形等信息。

2.2.2 故障分析及处理

首先，确认打印纸是否反装，热敏打印纸反装后，无法通过在热敏纸上加热记录仪描迹来呈现心电波形及诊断信息；其次，观察打印头结构，发现打印头无松动，出纸时顺畅紧凑，打印时用手轻压打印头结构部件，打印结果仍为空白[2]，卸下打印头并清洁灰尘重新测试，打印依旧空白[2-3]，测试打印头的供电电压，结果为24 V，正常，参考维修手册、主板板面芯片、打印接口连接情况，将故障定位到打印电路芯片U22（74HC123），查看此芯片规格说明书后得知，这是一个由单稳态触发器实现加热时间的硬件控制的芯片，主板芯片S3C2410发出温控信号，触发单稳态芯片74HC123翻转，其输出保持410 us 的低电平，即加热时间[4]，测量J10接口的打印信号，发现打印时温控信号未从5 V转变至2.8 V 左右，测量U22供电电压引脚2和引脚16，结果显示，电压为5 V，正常，用手接触铁件（释放人体身上的静电）3 s，然后用手轻轻触碰U22表面，感受是否有明显发烫现象[5]，还可用红外测温仪来测试芯片表面的温度，避免因接触静电损坏芯片及出现烫伤等情况，结果发现，U22表面温度很低，用手触碰未发现明显升温的现象，查看芯片使用手册及维修手册后，可知芯片引脚14和15之间接了一个电容，进一步根据芯片规格说明书得知，此电容与脉冲输出时间具有直接关系，在板上测量电容两端的阻抗，发现阻值偏小，更换此电容后，故障解决，打印正常。

2.2.3 小结

心电图机的打印功能使用较频繁，易发生故障，发生故障时可先进行简单的排除，若打印空白由主板故障所致，可通过比较打印接口J10的正常信号（打印前和打印时两种状态的信号）与故障机器的接口信号迅速定位出现故障的芯片模块。

2.3 故障三

2.3.1 故障现象

心电图机开机进入系统后，液晶屏上方显示缺纸，按下按键面板的打印按键，记录仪不打印。

2.3.2 故障分析及处理

心电图机显示缺纸，通常有以下几种原因：（1）打印纸已经用完，装入新的打印纸即可；（2）打印纸未安装到位（人为操作失误），光电二级管未检测到打印纸；（3）光电二级管损坏，无法检测并识别打印纸。

纸仓出口处可见打印纸外露出一小截，打开纸仓，发现打印纸放置良好，正反面放置正确，因此初步判断可能是光电二级管出现了故障，使用打印纸为光电二级管遮光，测量主板光电二级管接口的中间引脚，发现电平无变化，使用镊子快速短接引脚，为检测引脚引入3.3 V 的高电平，模拟正确检测时打印纸状态的电平变化，此时，液晶屏不显示缺纸，表明故障由光电二级管损坏所致，更换光电二级管，故障排除[6]。

2.3.3 小结

纸张检测是通过打印头旁的一个光电二级管实现，其基本原理是，当有打印纸时，二极管截止，输出为高电平；无打印纸时，二极管导通，输出为低电平；明确检测原理后，可从其他地方引入电平来排除故障原因；此外，有时心电图机打印心电波形及诊断信息后仍然会继续出一段空白的打印纸，造成纸张浪费，此故障主要是由不同厂家的打印纸差异所引起，部分厂家的打印纸底部不含黑标检测，若心电图机的纸张标记设置为有，则心电图机将无法识别打印纸每一页的起点，从而造成无法检测，致使出现多一段空白打印纸的情况，此时，需将心电图机的纸张标记设置为无。

2.4 故障四

2.4.1 故障现象

SE-1200 Express 心电图机开机后，心电模块接口已连接导联线，肢体导联和胸导联连接患者，发现液晶屏显示全部导联脱落，未出现心电波形。

2.4.2 故障分析及处理

维修人员检查导联线外观，发现整体外观完好，无破损，查看导联接头未发现松脱现象，且导联接口插针紧密排列，无松动现象，使用万用表测量导联线接口端与每一个导联接头端之间的电阻，基本都在10 kΩ 左右（不同型号导联线的阻值可能不同），表明导联线未发生故障，初步确定该故障由心电板故障导致；测量心电板与主板连接接口J4的电压，结果为5 V，电压正常，用示波器检测心电板与主板通信接口，发现发送信号（transmit，TX）引脚无信号发给主板，由此，确定是心电板出现了故障，拆下心电板的绝缘片、屏蔽罩，测量发现， MCU 周边电压测试点（板上丝印标注有标称电压值）的电压正常，心电板器件无明显损坏现象，使用示波器测量主芯片的晶振X1，发现晶振不启振，由此可见，晶振损坏，更换同样规格的晶振，心电板功能恢复正常，故障排除。

2.4.3 小结

心电图机中使用频率较高的附件，如导联线、肢体夹、吸球等较易发生损坏，需定期更换配件。心电板发生所有导联脱落，无心电波形或波形整体呈现干扰等故障时，应关注供电电压是否正常、晶振是否启振、隔离光耦信号传输是否正常等。

3 总结

理邦的SE-1200 Express 心电图机是一款比较成熟的机器，整机的故障率相对较低，发生故障较多的配件主要为常用的导联线、肢体夹、吸球等。本文中所介绍的4例故障主要由元器件老化、使用磨损、器件使用寿命到期等因素所致；在维修该机时，需注意参照维修手册及原理图等，理清整体信号的大体走向，对可能涉及的故障芯片，可网上下载查阅芯片的规格说明书，以更好地掌握相关电路原理，诊断电路故障，同时，维修前应充分观察是否有损坏的痕迹。