MAQUET呼吸機常見技術性故障處理分析

青島市婦女兒童醫院 器械科，山東 青島 266034

引言

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

這款呼吸機設計緊湊，結構分明，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致機器出現同一故障。

1 MAQUET呼吸機控制基本電路

由圖1可知呼吸機控制電路主要由三塊主板構成：PC1771控制板、PC1772監控板、PC1784呼氣通路控制板，所有電路板均采用嵌入式開發設計[5-6]。PC1784板之上又加入兩個PC1781 壓力傳感器[7-8]，負責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，協調工作共同完成對氣路的控制和監測。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的呼吸過程，還包括霧化控制；而PC1772則裝有監控程序，它不僅監測整個呼吸機工作狀態，還控制報警功能。當用戶通過控制面板設置好模式和參數時，PC1771和PC1784兩塊主板根據所設參數調整呼吸機的工作狀態，而這個工作狀態的監測由PC1772完成，如果實際監測到的參數與所設參數存在較大差異時，控制報警電路進行預警。

圖1 控制電路原理圖

1.1 MAQUET呼吸機氣路分析

在圖2氣路流量測量過程中，MAQUET采用了獨特的超聲測量技術，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。當兩路氣體都進入呼吸機時，空氣和氧氣模塊監測供氣壓力是否在有效范圍內，并同時根據所設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，測量經過混合后的氧濃度是否達到設定值。而呼氣端則把一路呼出氣體通過呼氣盒，其在內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護室和兒童重癥監護室。在日常使用過程中發現一些常見故障，如氧濃度監測失靈、內部泄漏過多、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器哪里出現問題，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生率，但有一些故障原因存在相互關聯性，下面就此類故障做詳細介紹。

2 典型故障分析

2.1 故障一

2.1.1 故障現象

開機進入用戶界面顯示“技術性錯誤40001”“呼氣盒存在技術性錯誤”。自檢時流量傳感器失敗，進入工作界面，波形雜亂無章，故障部位如圖3所示。具體故障現象表現為：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，但機器開機報技術性錯誤，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致上述故障：

（1）存儲芯片EEPROM數據丟失、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，通過機器本身的狀態查詢可以看見。從圖4中可以看出該呼氣盒貨品編號0644 7960對應地址00000003、00000004內的數據，序列號0021 8948對應地址00000007、00000008內的數據。這兩項數據是出廠時被寫入的，如果該地址數據丟失或出現無法讀取的情況，機器無法通過自檢，并且報“呼氣盒技術性錯誤”，機器無法工作。

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溫漂、開裂等故障，一旦其出現問題也會出現上述故障代碼。經計算其主要參數如下：環氧封裝、負溫度系數NTC，標稱電阻R25=100 K，熱敏指數B=4200，所以當熱敏電阻出現故障時需要更換符合此參數的NTC熱敏電阻。

經過多次試驗發現MF5A-104F-3950、MF5A-104F-4200這兩款熱敏電阻是最穩定和準確的，建議更換時優先考慮。在確定溫度補償電阻的計算過程中，最主要的是確認標稱電阻R25和熱敏指數B。

標稱電阻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。

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

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，因為這樣響應時間短、反應大、靈敏度高。 所以，最終選擇R25=100 K，B＞（3600～3900 K）。

圖5 熱敏指數B相同溫度-電阻特性圖

圖6 標稱電阻R25相同溫度-電阻特性圖

2.2 故障二

2.2.1 故障現象

開機出現“技術性錯誤38”“技術性錯誤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呼吸機頻發的一種多發性、關聯性故障。“技術性錯誤38”代碼指向PC1772的氣壓計“BARO_UPPER_LIMIT_EXCEEDED”，氣壓計讀數超過氣壓計上限值，該氣壓計正常值為630～1080 hPa。“技術性錯誤3”代碼解釋為12V電壓過低，指向開關電源[13-14]。

機器開機時，點擊狀態欄可以看見氣壓計壓力值1125 hPa，明顯超過其合理范圍，導致開機報氣壓計自檢失敗。在這里氣壓計主要是提供一個標準值供給氧傳感器進行校準，因為氧傳感器校準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，則會導致氧傳感器自檢失敗，這一點往往被大家忽略。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是否正常。所以針對以上故障現象優先考慮更換PC1772的氣壓計，但是這里報“技術性錯誤3”，指向開關電源[13-14]，在日常維修工作中應該優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在氣壓計，更換氣壓計之后，開機正常，自檢全部通過。所以可以判斷是因為氣壓計出現故障導致電源問題，氧傳感器和流量傳感器均失敗。類似的還有“技術性錯誤39”“技術性錯誤4”等，均應先考慮氣壓計問題。

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

3 討論與總結

“技術性錯誤40001”“呼氣盒存在技術性錯誤”和“技術性錯誤38”“術性錯誤3”，導致氣壓計失敗、氧氣傳感器失敗、流量傳感器失敗。針對以上技術性錯誤通過更換相應溫度補償電阻、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燒錄往往是我們容易忽略的問題，我們在排除所有硬件故障時就需要考慮軟件信息。經過多年的探索和實踐，逐漸對此類呼吸機的軟件和硬件有了全面的了解，對于電路板本身的結構和布線有了更深的認知，電容、電阻、運放芯片、AD轉換、信號處理芯片等是組成電路板的最基本元素，根據具體的波形和故障表現可以快速確定故障大致是由什么導致的。

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，對設備維修的幫助較大[15]。多發性故障往往是比較難判斷的，因為好多因素會導致故障的發生，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行分析，從硬件和軟件兩方面入手，逐步分析故障現象，希望對同行有所幫助。