[發(fā)明專利]高頻率高精度超聲理療發(fā)生器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710497436.X
• 申請日: 2017-06-27
• 公開（公告）號(hào): CN107126639A
• 公開（公告）日: 2017-09-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 隆志力;何榮華;門暄玉;張小兵;李祚華
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)深圳研究生院
• 主分類號(hào): A61N7/00
• 分類號(hào): A61N7/00
• 代理公司: 深圳市千納專利代理有限公司44218
• 代理人: 陳培瓊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于超聲波發(fā)生器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高頻率高精度的應(yīng)用于人體理療的高頻率高精度超聲理療發(fā)生器。

背景技術(shù)

超聲理療是利用強(qiáng)度相對(duì)較低的超聲波發(fā)射與聚焦束對(duì)人體病變部位進(jìn)行加熱和刺激，以達(dá)到治療人體某些疾病的過程。溫?zé)嵝?yīng)、機(jī)械效應(yīng)、觸變效應(yīng)和彌散效應(yīng)是超聲理療領(lǐng)域所主要利用的超聲效應(yīng)。由于超聲波具有很強(qiáng)的穿透能力，利用其溫?zé)嵝?yīng)和理療效應(yīng)，可有效地促進(jìn)淤血的吸收，特別是對(duì)陳舊性損傷有明顯的療效，所以超聲理療常常被用來輔助外科手術(shù)后的康復(fù)治療，例如關(guān)節(jié)炎、過度使用腱損傷、頸椎疼痛、肌肉拉傷和腰椎間盤突出等。此外，超聲理療目前已被大量的患有職業(yè)病的人群所接受，例如久坐的司機(jī)用來治療腰肌勞損、網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)員用來治療網(wǎng)球肘、田徑運(yùn)動(dòng)員用來緩解大量運(yùn)動(dòng)后引起的肌肉酸痛。

高頻超聲驅(qū)動(dòng)電源和換能器探頭是超聲理療儀主要組成部分。高頻超聲驅(qū)動(dòng)器提供高頻電壓信號(hào)，加在換能器探頭的兩端，通過共振激發(fā)換能器中的壓電陶瓷，產(chǎn)生與電壓信號(hào)頻率相同的超聲波，并向外輻射。超聲波經(jīng)過耦合劑后穿過皮膚層快速且有效地輻射進(jìn)組織，并在需治療的部位產(chǎn)生超聲效應(yīng)，此效應(yīng)會(huì)引起病變組織產(chǎn)生有利的變化并向好的方向發(fā)展，這就是超聲理療的過程。

當(dāng)前的超聲理療器驅(qū)動(dòng)電路在功耗、數(shù)字化、與探頭的匹配以及控制等方面仍有不足。目前行業(yè)內(nèi)雖然可以達(dá)到一定的頻率信號(hào)輸出，但驅(qū)動(dòng)電壓與電流波形畸變，功率損失大。由于電路系統(tǒng)與探頭匹配不合理，導(dǎo)致?lián)Q能器負(fù)載振動(dòng)量不夠，且容易發(fā)熱。在控制方面，尤其缺乏反饋電路，無法實(shí)現(xiàn)換能器探頭的自動(dòng)頻率跟蹤控制，使得探頭無法工作在最佳頻率點(diǎn)。此外，當(dāng)前用于人體理療的超聲驅(qū)動(dòng)電路安全性保護(hù)電路不夠完善，在工作過程存在很多安全隱患。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述的不足，本發(fā)明目的在于，提供一種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)巧妙、合理，提高能量轉(zhuǎn)換效率，具有工作過程超聲能量穩(wěn)定輸出的高頻率高精度超聲理療發(fā)生器。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案是：一種高頻率高精度超聲理療發(fā)生器，其包括單片機(jī)模塊、DDS（Direct Digital Synthesizer）信號(hào)生成模塊、功率放大模塊、阻抗匹配模塊、信號(hào)采集與控制模塊和電路保護(hù)模塊；所述DDS信號(hào)生成模塊、功率放大模塊、阻抗匹配模塊和超聲換能器依次相連接，該超聲換能器與信號(hào)采集與控制模塊相連接，所述單片機(jī)模塊分別與DDS信號(hào)生成模塊和信號(hào)采集與控制模塊相連接。

所述DDS信號(hào)生成模塊是利用DDS頻率合成技術(shù)，產(chǎn)生一定頻率范圍的方波信號(hào)，具有輸出頻率頻譜范圍寬、頻率變換速度快、頻率分辨精度高和輸出波形任意、失真小、相位噪聲低、相位可快速切換且連續(xù)調(diào)節(jié)等特點(diǎn)。

所述阻抗匹配模塊是利用一系列的電感與電容組成的LCC網(wǎng)絡(luò)電路，滿足驅(qū)動(dòng)電壓與電流達(dá)到同相位，使得輸出功率達(dá)到最大，所述信號(hào)采集與控制模塊用來采集電路系統(tǒng)中的電壓、電流與溫度信號(hào)，與設(shè)置值相比較并做出相關(guān)報(bào)警，以上模塊相互銜接，相輔相成，組成具有性能穩(wěn)定的具有高精度高頻率的高頻率高精度超聲理療發(fā)生器。

作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述單片機(jī)模塊為采用32位以上的數(shù)字單片機(jī)。如采用Cortex-M3架構(gòu)的ARM微處理器。該Cortex-M3架構(gòu)內(nèi)部集成了模數(shù)轉(zhuǎn)換，通過軟件程序設(shè)置模數(shù)轉(zhuǎn)換模式，數(shù)據(jù)傳輸速度快，硬件成本低。

作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述功率放大模塊為采用MOS晶體管組成的半波電路。 具體的，所述功率放大模塊為由兩個(gè)IRF510PbF大功率晶體管構(gòu)成的半波式諧振電路，具有比較高的輸出功率和轉(zhuǎn)換效率。

作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述阻抗匹配模塊包括電容C1、電容C2、電感L1和電感L2，電容C1、電感L1和電感L2依次串聯(lián)，電容C2的一端分別與電感L1和電感L2相連接，另一端分別與功率放大模塊和電壓電流信號(hào)采集模塊相連接。具體的，所述電感L1和電感L2的電感值均為2.3μH，電容C1的電容值為470nF，電容C2的電容值為8.25nF?？蓾M足與超聲換能器的匹配要求。

所述信號(hào)采集與控制模塊對(duì)電壓、電流以及相位的采集，作為反饋信號(hào)控制單片機(jī)模塊產(chǎn)生信號(hào)的頻率，滿足有功功率的最大輸出。信號(hào)控制是通過采用采集探頭的電壓與電流信號(hào)之后，通過變步長模糊控制算法，使得驅(qū)動(dòng)電壓與電流快速同相位，滿足換能器的振幅最大。

作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述的保護(hù)電路模塊，包括：保險(xiǎn)絲過流保護(hù)、防雷擊保護(hù)，防電流浪涌電阻，防止傳導(dǎo)干擾和抑制共模干擾的電感、電容等模塊，以及溫度傳感器采集整個(gè)系統(tǒng)的溫度，并提出報(bào)警等。