測定システムの干渉耐性が施設の構成と設置に強く依存するという理解は、 規範的要求で充分に考慮されてこなかった。
この食い違いは、何年も前に作り上げられた欧州試験要求が、 無線受信機と携帯電話の普及に伴う 現代の実際の妨害源の状況を充分に考慮していないことに端を発する。
この技術的要求のため、また起こり得るその政治的な影響のため、 PTB (ドイツの計量研究機関) が参加し、該当する規格の改訂作業が始められた。 新たな基準値の決定、そして現場での計測デバイスの干渉耐性の検証機関による評価のため、 これまで利用可能な計測デバイスがなかった、 計量的にトレーサブルな現場での EMC 試験が必要である。
(Taken from: PTB (Physikalisch-Technische Bundesanstalt), 17 September 2008. www.ptb.de/en/aktuelles/archiv/presseinfos/pi2008/pitext/pi080917.html)
EMI、あるいは RFI 源は、この世界にさらに広がり続けている。 このタイプのノイズは低周波アナログ回路さえも攻撃し得る。 電界や磁界が存在するところならばどこでも、 この放射ノイズ干渉の発生源を見つけることができる。
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| Figure 1:
携帯電話からの EMI は ECG に平常から 1.5V の変動を引き起こし得る。
その ECG 診断ツールは、1.5フィートだけ離れたところで
0.5W 470MHz 送信機が ON/OFF されている状態で心臓をセンスした。 |
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| Figure 2:
ある技術者の高精度の低レベル ECG 心電計基板が Figure 1 の測定結果を得た。 |
心臓のそのシステムへの入力信号はおおよそ 0.25mV p-p である。 この小さい信号は、おおよそ 6000 V/V の計装増幅器のゲインを必要とする。 良いニュースは、Figure 1 の結果は 医者の診察室の ECG 測定ツールの性能を示すのではないことである。 この測定は実際には技術者のラボで Figure 2 の基板で行なわれた。
EMI の落とし穴にはまらないように。 あなたのアナログやデジタルの回路の帯域幅にかかわらず、 EMI 耐性を持つように基板を作り、コンポーネントを使用する。
EMI 発生源があなたの応用回路の近傍にある時、 それはその放射源に反応するかも知れない。
電話からの放射ノイズがそのような低周波の基板での測定結果にどのようにして入り込んだのか? EMI の用語では、この種の問題では3つの要素が働く: 放射源、その放射信号が伝搬する結合経路、そして受容器。 この例での放射源は携帯電話である。
その EMI 信号は、予期されていない発生源から発して、 空中を伝わり、あるいはあなたの PCB 上を伝搬するかも知れない。 EMI、あるいは RFI は、直接的な伝導、あるいはフィールドのいずれかを介して、 受容器を取り囲む。
これらのフィールドは回路の接続ワイヤや PCB トレースに直接結合し、伝導 RFI に変換される。
謝辞: ECG 基板、及びデータについて、John Brown に感謝する。
(Taken from: "EMI problems? Just the facts, please",
by Bonnie Baker, in EDN, February 16, 2012,
www.edn.com/article/520893-EMI_problems_Just_the_facts_please.php?cid=NL_UBM+Electronics.
編集者註:
残念なことに、Baker 氏は、回路の動作帯域幅よりもはるかに高い周波数の RFI が
どうして帯域幅内の信号のエラーをもたらし得るかを述べていない。
その理由は回路の半導体内の PN 接続に自ずと存在する非線形性での復調である
--- ラジオ、テレビ、そしてレーダー信号の受信に100年以上用いられているものと
全く同様の原理である。
本質的に、全ての低周波アナログ回路は、
ローカルな電界と磁界に対してアンテナとして振る舞う PCB トレースやケーブルに接続された
多数の無線受信機と見做すことができる。)
鉱山の種類: 全ての種類の鉱山。
インシデント: 車両上の双方向無線のボタンが押された時、最近導入された4×4車両が加速した。 これはその後複数回繰り返され、そのインシデントが確認された。
車両がエンジン・ブレーキで坂を下っているのと同時に無線で送信を行なっている時、 車両はさらに速度を落とした。 ここでも無線で複数回の送信を行なった後で、 車両の緊急エンジン管理モードが自動的に作動し、約 15 km/h の最大速度をもたらしたと判断された。
機器: 関係する機器は、車載 VHF 鉱山用無線、及びハンドヘルド無線を含む。
ハザード: ある軽車両は、車上の双方向無線が使用されているあいだ、制御外の動作を示した。
原因: 車両販売技術サービス・マネージャによって予備調査が行なわれた。 その問題は、電子式スロットル位置センサとの電磁干渉に関係しているようである。 いくつかのアフターマーケットのクルーズ・コントロール・コンポーネントで、 同様の問題が見つかっている。
コメント: 追加の情報は、調査中に利用可能となれば、公表されるであろう。
勧告: 全ての鉱山施設は、その問題が存在するかどうかを判断するためにその車両群を監査し、 もしあれば、そのリスクを受容可能なレベルまで低減するための手段を用意すべきである。
その他の安全警告と安全公報は、 http://mines.industry.qld.gov.au/mining/safety-alerts-bulletins.htm で参照されたい。
(編集者註: この URL は、最初に用いられたものではなく、2012年7月9日時点での最新のものである。)
(This is a copy of Mines Inspectorate Safety Alert 213,
"Uncontrolled Acceleration of Light Vehicle when 2-Way Radio was used",
originally published 28 November 2008, by the Queensland government, Australia
www.dme.qld.gov.au,
kindly sent in on the 30 th May 2012 by our regular contributor
Chris Zombolas of EMC Technology Pty Ltd, www.emctech.com.au.)
ヘルスケア環境の様々な応用を支持する、そして破壊するイノベーションとしての RFID についての進行中の議論を別として、 新たな参入が破壊的なイノベーションをもたらす可能性を開いている1つの理由がある。 現在の RFID 技術は他の医用技術と頻繁に干渉する。
オランダで行なわれた 2008年の調査は、 RFID タグの他の医用デバイスへの電磁干渉を考慮した最初のものであった [47]。 41の異なる医用デバイスに対する 2つの異なる RFID システムの試験の後、 研究者らは 123回の試験中 34件のインシデントを見出した。
その調査固有の制限にもかかわらず、米国食料医薬品局 (FDA)、製造業者、 そしてヘルスケア事業者らは、その問題をさらに調査している [9]。
[9] DiConsiglio, John, 2008. "Much ado about RFID", Materials Management in Health Care 17:11, pp. 28-30, www.matmanmag.com/matmanmag_app/jsp/articledisplay.jsp?dcrpath=MATMANMAG/Article/data/11NOV2008/0811MMH_FEA_Technology&domain=MATMANMAG
[47] van der Togt, Remko, Erik Jan van Lieshout, Reinout Hensbrock, E. Beinat, J. M. Binnekade, and P. J. M. Bakker, 2008. "Electromagnetic Interference From Radio Frequency Identification Inducing Potentially Hazardous Incidents in Critical Care Medical Equipment", JAMA: Journal of the American Medical Association 299, pp. 2884-2890, www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/18577733
(Taken from pages 171-2 of "RFID Technology as Sustaining
or Disruptive Innovation: Applications in the Healthcare Industry"
by Karen Crooker, Dirk Baldwin and Suresh Chalasani,
in the European Journal of Scientific Research, ISSN 1450-216X Vol.37 No.1 (2009),
pp.160-178, www.eurojournals.com/ejsr.htm.
編集者註: 彼らの文書、
"The Importance of Using Wireless Engineers Who Understand Patient Care and RFID Technology",
www.infologix.com/pdf/infologix-rfid-jama-response.pdf
で、Infologix は、[47] の主張は、他のこととともに、
ヘルスケア施設でワイヤレス・デバイスが用いられる方法を考慮していないと言っている。
だが、私としては、彼らの議論は IEC 61508 とその多くの「娘」規格で、そして (より限定的に)
ISO 14971 "Medical devices ― Application of risk management to medical devices"
の 4章で要求されている、合理的に予見可能な誤用を考慮していないと言わざるを得ない。
彼らの議論は、医学的な訓練を受けていない、
そしておそらく医用デバイスが近傍にあるかも知れないという可能性にも気付かない人々によって
RFID デバイスがますます使用されそうな、伝統的なヘルスケア施設の外、
例えば労働、ショッピング、旅行などでの医用デバイスの使用の非常に急速な増加も考慮していない。)
MET Labs は、医用デバイス RFID サセプティビリティ・プログラムに送付するための 最初の製品の試験を完了した。 AIM Healthcare Initiative (HCI) の後援のもとで MET Labs と米国食料医薬品局 (FDA) が共同で策定したそのプログラムは、 電子式医用デバイスに対する RFID エミッションの潜在的な悪影響を同定するように計画された。
その患者装着型バッテリー動作生体信号監視デバイスは、 California、Santa Clara の MET のラボで試験された。 それは7種の試験のうちの6種に合格し、ISO/IEC 18000-6 Type C で規定されている 860〜960 MHz の周波数の RFID に 54 V/m で曝された時にハード故障を示した。 試験は最小と最大の占有帯域幅を放射する RF パラメータで行なわれた。 試験は、160 A/m での 134.2 kHz から、54 V/m での 2.45 GHz までにわたった。
これまで関心を示していなかった、関心を持つ医用デバイスの製造業者には、 まだプログラムへの参加の資格がある。 MET Laboratories についての詳しい情報は、www.METLabs.com まで。
(Taken from Business News, on page 64 of IN Compliance magazine, April 2012, http://www.incompliancemag.com/DigEd/inc1204/offline/download.pdf)
もし政府がよりハイテクな携帯電話網の計画を押し進めれば、 Shropshire の何千人ものテレビ視聴者らがデジタル受信の問題を被り得る、と、 Freeview 社が警告した。
その企業によると、Shropshire を含む内陸部の 202,218軒と予測される家が、 計画中の新しい 4G 携帯電話網による視聴への干渉のリスクを持つという。
Ofcom は、増加し続けているスマートフォンとモバイル・データ・ブロードバンドの使用への対処のため、 4G カバー率は少なくとも人口の 98% をカバーするようにロール・アウトされるべきであると提案している。 だが、Freeview 社は、この新しい網は視聴者に 「信号の劣化、チャネルの喪失、あるいは空白の画面」をもたらし得ると主張する。
UK 最大のデジタル・テレビ・プロバイダであるその企業は、 その影響への対処を助けるための1億8千万ポンドの財源を用意するという政府の計画は 充分ではないと警告していた。 政府関係者らは、Ofcom の諮問のために Deloitte が計算した値に基づいて、産業界の予測は、 干渉を緩和するための1台めと2台めのセットへのフィルタの準備と設置の総コストを その額のほぼ2倍としていると言った。
その企業は、テレビ・サービスの保護に関係する全コストの責任をモバイル事業者らが持つように、 ロールアウトの計画を見直すように政府に求めている。
Freeview の取締役の Ilse Howling は次のように言った: 「我々は、中部地方での Freeview 視聴者らが、モバイル・ブロードバンドへの道を開くために、 さらなる不便と追加コストを被るべきでないと強く信じる。 政府は、4G モバイル・オークションからの収益を用いて、 干渉から視聴者らを保護するためのコストを補償すると約束した。 だが、これは依然として視聴者らにそのコストの相当の部分を負担させるであろう。」
(From: www.shropshirestar.com/news/2012/06/14/fears-new-phones-network-will-hit-shropshire-tv-reception,
Thursday 14th June 2012, 10:59AM BST.
Also see a similar story about TVI from the 4G roll-out in the Westcountry:
www.thisiscornwall.co.uk/New-phone-networks-hit-TV-reception/story-16446342-detail/story.html.)
視聴者電話参加型の時事番組である Crosstalk America 放送は、 今や70代半ばのベテランの司会者の Vic Eliason がしばしば担当している。 それは Wisconsin の Milwaukee の VCY America ネットワークのメイン・スタジオ・コンプレックスで作られている。 2012年2月3日、Vic はゲストの Larry Pratt と話している際に脇に逸れた。
Vic - 「ちょっとおもしろい話がある。 昨日、このスタジオで、テストを行なった。」 Vic は、これは古い蛍光灯設備のエネルギー効率の良い照明での置き換えを必要とする 新しい規制のために行なわれたと説明した。 「そして、この建物と放送建屋を直すには、$38,000 以上を要するであろうことを見出した。 この1つの建物の中に 400台以上の照明設備がある。 とにかく、ここで出たものは、我々が『では、試験用ユニットを用意して下さい』と言ったものである。 そして彼らはこの試験用ユニットを持ち込み、 我々は取材現場で用いられるであろう受信機の電源をそのスタジオで入れ、 我々の取材用無線の能力に文字通りに干渉している、発生している RF 信号によって、 ダイアルの 21箇所がその設備で覆い隠されたのを見出した。
Vic - 「もし400台の照明器具があれば、建物の中の、 放送機器に対してセンシティブな800台の小さい送信機となる。 そして、そうすることはできない。」 旧型のランプを備蓄しておけばという Larry のコメントの後で、 Vic は干渉を引き起こさないであろうスタジオ用照明についての冗談を言った。 「そう、ケロシン・ランタンを買いに行こうかと思う。 私は、11学年まで、高校の宿題をケロシン灯の下でやったものだ。 だから、スタジオをケロシン灯で運用できるかも知れない。」
(Kindly sent in by our regular contributor Robert Higginson, on 11 Feb 2012)
白熱灯: 妥協に基づく解決
AC 電源の照明器具と調光システムが電磁干渉 (EMI) を生じることが知られていることから、 DC 電源の固定出力の白熱照明器具が磁気共鳴イメージング (MRI) 室で好まれてきた。
これは EMI の緩和のための有効なテクニックであるが、 その全てが運用と保守のコスト、そして MRI の運用のダウンタイムを増加させる、 電力消費、光量、ランプ寿命、そしてランプの突然の故障などの重要な要因への悪影響を持つ。 さらに、固定出力の使用は照度の制御を厳しく制限する。
LED 照明: 優れた代替手段
今日のソリッド・ステートの DC 給電 LED 光源は、 蛍光灯を MRI エリアでの使用に不適とさせる EMI 問題を解決する。 LED 技術の最近の発展が、この光源を白熱灯の優れた代替ともする。
750時間の定格ランプ寿命を持つ典型的な 150W 白熱灯設備と比較すると、 白色 LED システムは平均 50,000時間、あるいは白熱灯の 66倍の寿命を持つ。
LED は、小型蛍光灯、そしてほとんどの直管形蛍光灯の定格寿命をも凌駕する。
LED はエネルギー効率も白熱灯よりもはるかに良く、 (熱フィラメントのものとは異なり) その効率は徐々に低下し、 ランプ交換のための MRI 使用の中断を防止する。
最後に、Kenall の LED 器具は調光可能であり、 MRI 室の技術者に好みとその時に行なわれている特定の作業に合わせて照度を調整する能力を与える。
EMI の放射
歴史的に、MRI 室の照明で最も問題となる点の1つは EMI であった。 MRI システムが照明器具や他の電子デバイスからの EMI エミッションに著しく敏感なだけではなく、 MRI スキャナ自身が照明機器の性能と光源の寿命に悪影響を与え得る RF パルスを放射する。
照明器具、AC 電源、あるいは調光システムからの EMI が存在する時、 それは MRI システムの性能に悪影響を与え、そのアウトプットを使用不能とし得る。 一方、MRI スキャナが自ら RF パルスを放射する時、 望ましくない照明のフリッカや光源の早切れを引き起こすことで、 伝統的な光源の動作のインテグリティを損なう EMI を生じ得る。
蛍光灯や AC 電源などが滅多に MRI 室に設置されず、 ほとんどの場合、低電圧 DC 白熱灯で置き換えられてきたのは、この理由のためである。 この変更自身がいくつかの EMI 関連問題の緩和に成功していたものの、 全ての問題を解決してはいない。 問題となる EMI なしで、MRI 環境を適度に照明するためには、 全ての潜在的な干渉源をうまく管理するか完全に取り除かなければならない。
調光
調光は MRI 室における運用上の安全性と患者の快適さの双方における重要な特性である。
スキャンが行なわれている時、
それが患者によりリラックスした快適な環境を与えることから、低い照度が適当である。
対照的に、保守やその他の要員の活動では、高い照度が必要である。
この必要性にもかかわらず、MRI に起因する EMI によって引き起こされるランプのフリッカとともに、
電圧変化によって引き起こされる潜在的な EMI 問題のため、
MRI 室からは DC 電源調光さえも往々にして排除される。
Kenall の技術者は 照明器具内の特別なシールド・システムの設計と組み込みによってこれらの問題を成功裡に解決し、 指示書に従って設置された時、 Lutron Graphik Eye(R) やその他のシーン・コントローラのような任意のシステム上で、 問題なしの、0〜10V 全範囲調光能力を可能とする。
RFI サセプティビリティと両立性
欧州共同体 (EC) と異なり、 米国は MRI システムと他の電子デバイスとのあいだの RF 両立性に関する政府規格を持たず、 あるデバイスの他のものの RF に対するサセプティビリティの試験のための政府主導のプログラムも持たない。 従って、照明器具と使用されている MRI システムとのあいだの RFI の可能性の同定は、 照明製造業者にまかされている。 照明の MRI への影響が同定されなければならないだけではなく、 MRI の RF 放射の照明システムへの影響も同定しなければならない。
照明器具の MRI への、そしてその逆の潜在的な影響を最小限とするための最初のステップは、 潜在的な RF が逃げ出すのを抑え、また MRI の RF が照明器具に影響するのを防ぐために、 器具の内部をシールドすることである。 次のステップは、MRI と照明器具が互いにどのように振る舞うかを実用的な観点で同定することである。
熟達した設計と経験的な知識の組み合わせのみによって、 仕様作成者とユーザーはデバイス間の両立性を保証できる。
Kenall MRI 用器具はこれまでに開発された最も効果的なシールドを持つだけではなく、 世界の主流の MRI システム製造業者のシステムとの両立性がフィールドで確認されてきた。
EMI 試験手続き: MIL-STD-461F
MRI 室用 Kenall 照明器具が MRI イメージのインテグリティを危うくし得るレベルの EMI エミッションを生じていないことを確かとするために、 ガイドラインとして MIL-STD-461F、特に RE102 を参照する。 RE102 は関心のある周波数範囲をカバーする放射エミッション試験である。 RE102 試験手続きは、既存の MRI 室と共通するセットアップのため、 この応用に適してもいる。 その試験は、照明器具から 1m の距離でのエミッションを、dBμV/m の単位で測定する。
イミュニティ/サセプティビリティ:
考慮すべきもう1つの点は、デバイスのイミュニティ、あるいはサセプティビリティである。 照明器具が MRI に干渉されないことを確かとすることが目標の一部である。 MRI スキャナは 200 V/m を超えるエミッションを生じ、 これは電力線と制御線に結合し得るし、LED 光源にエネルギー与える DC 電源電流に干渉し得る。
これが生じたときに人の眼が経験する感覚は、一般にフリッカとして知られている。 この起こり得る状況を除去するためには、照明システムと設備が 電磁パルスの有害な吸収と伝達を防ぐように構成されていることが必須である。
我々の製品をどのようにして保護するか:
システムが正しく設計され、設置指示に従ったと仮定すると、 MRI スキャナのエミッションに残された唯一の侵入経路は、照明器具そのものを通るものである。 その最初の防衛線はハウジングのインテグリティと構成である; Kenall のハウジングはアルミニウムで、低抵抗を持ち、従って優れたシールドである。 その基板を干渉に対して脆弱とする隙間がないことを確かとするために、 そのハウジングは社内で加工され、検査される。
最後に、我々の頑健な電子ドライバは 電源線上に存在する多くの小さいトランジェントに耐えるように設計されている。 これらの設計上の特性は、我々の製品が、 独立した EMC 試験所で測定された 300 V/m を超えるエミッション・レベルに対してとともに、 3.0T MRI ユニットからのパルスに耐えることを確かとする。
電磁干渉 (EMI) 試験と軍事規格 461F
最も包括的な、広く知られて認められている国内 EMI 規格は、 軍病院やその他の EMI センシティブな軍施設での義務的な規格、 そして公共や民間の施設の応用のためのボランタリの規格である、 軍事規格 MIL-STD-461F である。 MIL STD 試験は、周波数範囲とフィールド強度の双方に基づく放射エネルギーの最大許容量に加えて、 放射と伝導の双方のエミッションをカバーする。
照明器具に対して適当な MIL-STD-461F 試験手続きと要求は、 伝導性エミッションについては CE 102-1、 放射性エミッションについては RE 102-4 で概要が示されている特定の試験情報とともに、 電子デバイスのための海軍/空軍限度の元で見付けられる。 双方は最悪動作条件をエミュレートするために設計されているものの、 双方の試験手続きと規格そのものは論理的で合理的である。
Kenall MedMaster 器具は独立した試験所 (DLS Electronic Systems, Inc.) で試験され、 MIL-STD-461F に適合していることが示された。
試験報告書のコピーは Kenall から入手できる。
(Taken from the Kennal Catalogue: "LED Lighting for MRI Imaging Suites", http://www.kenall.com/LED-Lighting-for-MRI-Imaging-Suites.khtml?cid=518&iid=6251, downloaded 4 July 2012.)