一种用于电动轮椅车抗扰度试验轮速监测的装置

曾俏，郑毅，陈嘉晔，樊翔(通信作者)

广东省医疗器械质量监督检验所 (广东广州 510663)

随着经济的高速发展和人口老龄化的加速，轮椅车的使用越来越广泛，而电动轮椅车因其使用便利性优于手动轮椅车被越来越多的残障人士选择用来代步。电动轮椅车的使用场合不固定，在复杂的电磁环境中其可能会因受电磁干扰而发生意外事件，如静止的轮椅车突然加速或正常行驶的轮椅车突然转向。因此，电动轮椅车的电磁兼容试验需执行标准GB/T 18029.21-2012《轮椅车 第21部分 ：电动轮椅车、电动代步车和电池充电器的电磁兼容要求和测试方法》[1]，该标准要求抗扰度试验中需监测电动轮椅车的轮速变化。本研究通过介绍电动轮椅车的结构组成和分类、运行模式、测试要求，设计了一种用于电动轮椅车抗扰度试验轮速监测的装置，为日后医疗器械监督抽验试验方法的统一提供依据。

1 结构组成和分类

电动轮椅车一般由座椅、扶手、弯腿脚踏板、轮组、控制系统、电机、蓄电池、适配器等组成(见图1)。基于电动轮椅车的组成，电磁敏感部件主要是控制系统。电动轮椅车及其电池充电器的分类见表1。目前企业送检的电动轮椅车普遍都属于A 类(带电子差速转向和电子制动控制的轮椅车)。

图1 电动轮椅结构组成

表1 电动轮椅车及电池充电器分类

2 运行模式

电动轮椅车需进行测试的工作模式有三种。(1)充电模式：试验前，需把电池电量放至电池生产厂家规定的截止电压，然后采用网电源供电，对电池进行充电，轮椅车处于充电不工作状态，观测电池是否可正常充电。(2)行驶模式：采用内部电池供电，操作控制器选择轮速档位(一般有5档)为2档或3档，速度设置为最大速度的(50%±10%)，驱动轮椅车行驶，监测电动轮椅车的平均轮速变化和差动轮速度变化(需在试验过程架空轮椅车使用的转速计)，GB/T 18029.21-2012标准要求平均轮速变化△Savg≤±20%，差动轮速度变化△Sdiff≤±25%。(3)待机模式：采用内部电池供电，轮椅车处于待机状态，观测电动轮椅车是否出现轮速转动情况。

电动轮椅车抗扰度试验中，需要进行轮速监测的项目包括静电放电、射频电磁场辐射抗扰度[2]、工频磁场，具体要求见表2。

表2 电动轮椅车抗扰度试验等级及性能判据

3 轮速监测要求

电动轮椅车测试中常见的不合格原因为轮子突然刹停、突然加速、突然减速和两轮相对速度偏差变大而导致转向等[3]。GB/T 18029.21-2012对电动轮椅车的抗扰度试验提出了特殊要求，即需监测平均轮速变化△Savg和差动轮速变化△Sdiff，且应满足△Savg≤±20%，△Sdiff≤±25%。该标准同时对电动轮椅车测试所用转速监测仪和转向监测仪做了相应要求，但并未给出具体的测试形式和设备。目前各实验室测试过程中通常使用两个激光转速计在轮椅车左右两边直接进行测量(见图2)，测试工程师记录转速表数据再通过公式计算得出△Savg和△Sdiff，这种方法增加了判定的难度，因为电动轮椅车受干扰影响进行的加速或者转向是短暂的，测试工程师往往无法及时记录转速表的数据，进而不能得出△Savg和△Sdiff，无法连续、实时和精准地判断最终结果，因此设计一种能直接读取结果的试验装置是有必要的。△Savg和△Sdiff的计算公式如下：

式中，Sl,off表示试验前左轮轮速，Sl,on表示试验中左轮轮速，Sr,off表示试验前右轮轮速，Sr,on表示试验中右轮轮速。

图2 电动轮椅车测量方式

4 轮速变化监测装置

为了克服现有监测电动轮椅车轮速变化的不足，我们设计了一种可用于精准计算轮速变化的装置，该装置可实时监控并显示试验轮速，并可精准计算和显示△Savg和△Sdiff，具有使用安全、操作方便、无需人工计算等特点。

该装置金属外壳封装见图3，其封装外壳具有一定的辐射抗干扰能力，在封装外壳上有3个端口可与外部其他设备相连，3个端口包括供电的AC装置电源端口、激光转速传感器1的线缆端口和激光转速传感器2的线缆端口。其中AC装置电源端口可连接外部变频电源为装置供电，供电电压在100～240 V之间；激光转速传感器端口外接两个激光转速传感器，传感器可通过轮椅轮胎表面反光条的光反射测量轮速，并将得到的数据传送至内部结构中的控制模块。该装置的内部结构见图4，包括AC/DC开关电源、控制模块、按键、显示屏驱动电路、显示屏。AC/DC开关电源将输入电压(100～240 V)转换为5 V直流输出电压，供电给激光转速传感器和控制模块；控制模块用于计算测试中轮速的变化量；按键用于一键确认试验前的实时转速；显示屏驱动电路用来驱动显示屏显示；显示屏用来显示轮速变化量。

图3 装置金属外壳封装

图4 装置内部结构

该装置采用单片机进行编程，导入平均轮速变化△Savg和差动轮速变化△Sdiff的计算公式，根据公式计算，首先确认电动轮椅车试验前右轮、左轮稳定状态的转速Sr,off和S1,off，通过装置按键确认试验前转速，将得到的轮速数据传输至内部结构中的控制模块后，激光转速传感器1和激光转速传感器2获取实时测试过程中的轮速数据S1,on和Sr,on，传输至内部结构中控制模块，与试验前轮速进行计算，通过控制模块进行数据分析，即可在显示屏显示△Savg和△Sdiff。

5 小结

准确、高效地识别电动轮椅车测试过程存在的风险是对该产品注册检验的关键。电动轮椅车常在开放的道路行驶，因此需对固定的或移动的通信设备及其他电磁骚扰源发出的射频场具有抗扰性，电动轮椅车的意外运动、速度变化及变向均可能引发残障人士不可逆的事故伤害。本文介绍的电动轮椅车抗扰度试验轮速监测装置，有助于优化电动轮椅车在电磁兼容试验中的可重复性和可追溯性。该装置具有使用安全、操作方便、性能稳定、使用寿命长的优势，可在电磁兼容实验室全面推广使用，有利于日后医疗器械监督抽验试验方法的统一，保证医疗产品监督的有效性，进而有效保障广大人民群众的用械安全。