專利名稱：一種用于白內(nèi)障超聲乳化儀中超聲手柄的調(diào)諧電路的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用于超聲手術設備的調(diào)諧電路，尤其涉及一種白內(nèi)障超聲乳化儀中超聲手柄的調(diào)諧電路。
背景技術：
白內(nèi)障超聲乳化儀是利用超聲乳化手柄尖端的振動來破碎渾濁的晶狀體組織，使其乳化。在諧振狀態(tài)下，超聲乳化手柄尖端的振動最強、輸出效率最高，因此，超聲乳化手柄的諧振是超聲乳化功能實現(xiàn)的重要條件。超聲乳化手柄的諧振頻率會隨著溫度、負載條件等因素的變化而變化，跟蹤諧振頻率并保持超聲乳化手柄的諧振是超聲功率穩(wěn)定輸出的前提。諧振網(wǎng)絡的等效阻抗Z由等效的電阻R與電抗X組成，其表達式如式(1)。Z = R+jX (1)當電路諧振時的電抗部分X為零時，則其等效阻抗Z表現(xiàn)為純電阻R，其兩端電壓與流經(jīng)網(wǎng)絡的電流為同相位。傳統(tǒng)的調(diào)諧方法利用該相頻特性，通過鎖相環(huán)等技術保持電壓與電流同相，達到調(diào)諧與頻率跟蹤的目的。采用上述方法進行調(diào)諧與頻率跟蹤，雖然其原理很明確，但實現(xiàn)需通過取樣、濾波、鑒相、積分、壓控震蕩等過程，除結(jié)構(gòu)較復雜外，偶發(fā)的干擾就可能產(chǎn)生失諧現(xiàn)象，因此抗干擾能力較弱，其跟蹤范圍和捕捉范圍都受到限制。

實用新型內(nèi)容針對上述現(xiàn)有技術，本實用新型提供一種用于白內(nèi)障超聲乳化儀中超聲手柄的調(diào)諧方法。本實用新型可以有效地跟蹤超聲手柄的諧振頻率，實現(xiàn)簡單可靠，而且易于濾除干擾信號，大大提高了抗干擾能力，且頻率跟蹤范圍大。為了解決上述技術問題，本實用新型用于白內(nèi)障超聲乳化儀中超聲手柄的調(diào)諧電路予以實現(xiàn)的技術方案是該調(diào)諧電路包括CPU、A/D轉(zhuǎn)換器和直流電源，還包括一諧振網(wǎng)絡，所述諧振網(wǎng)絡由第一開關管、第二開關管、輸出變壓器、匹配電感和超聲手柄組成；所述第一開關管連接在所述非門的輸入端，所述第二開關管連接在所述非門的輸出端，所述CPU 與所述第一開關管、所述非門和所述A/D轉(zhuǎn)換器連接；所述CPU輸出某一頻率的方波控制第一開關管，同時，所述CPU經(jīng)過所述非門控制第二開關管，使第一開關管和第二開關管交替導通，在所述輸出變壓器原邊產(chǎn)生交變電流，進而在所述輸出變壓器副邊感應出交流電壓八，所述交流電壓VJ乍為所述諧振網(wǎng)絡的輸入電壓，以驅(qū)動所述超聲手柄；所述A/D轉(zhuǎn)換器與所述直流電源的輸出連接，用于監(jiān)測所述諧振網(wǎng)絡兩端的直流電源的電壓V，以所述直流電源的電壓最小值對應的頻率為所述CPU輸出的初始諧振頻率；在所述超聲手柄工作時， 以跟蹤所述直流電源的電壓最小值實現(xiàn)跟蹤超聲手柄的諧振頻率。與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的有益效果是本實用新型調(diào)諧電路可以直接監(jiān)測直流電源輸出電壓，通過CPU控制可有效跟蹤超聲手柄的諧振頻率，實現(xiàn)簡單可靠，且由于直流電壓的變化頻率遠低于干擾信號頻率，易于濾除干擾信號，對于偶發(fā)的尖鋒干擾，僅可能引起瞬間微小的波動，而不會影響整體的趨勢，因而大大提高了抗干擾能力，且頻率跟蹤范圍大。通常，在超聲乳化儀的工作中，干擾主要來自數(shù)字電路的高頻噪聲和大功率開關電源工作時產(chǎn)生的尖峰干擾。由于本實用新型中是以直流電源的輸出作為反饋量，其變化頻率范圍在IOOHz左右，而數(shù)字電路經(jīng)常存在的干擾一般在IMHz以上。兩者頻率范圍相差很大，很容易濾除干擾信號；對于尖峰干擾，如果正好趕上干擾來時采樣，則可能造成CPU 錯誤的判斷而使輸出頻率向錯誤的方向調(diào)節(jié)，這一錯誤將在下一次采樣時予以糾正，不會造成錯誤累積，不會影響超聲手柄的正常工作。對于現(xiàn)有技術中利用相頻特性的鎖相環(huán)等技術方案中，一個尖峰干擾造成的毛刺，將可能造成錯誤的判斷，例如，事實上電流超前于電壓，干擾使鑒相器做出相反的判斷，使鎖相環(huán)的輸出頻率向錯誤的方向調(diào)節(jié)，并且會持續(xù)向該方向調(diào)節(jié)，直至失調(diào)。圖3示意出了雖然電流始終超前電壓，一旦出現(xiàn)一個尖峰毛刺， 將會誤判為電流滯后電壓，并且電路無法自動糾正，會一直延續(xù)錯誤，直至失調(diào)。此外，傳統(tǒng)的鎖相環(huán)方法由于壓控震蕩器有工作范圍，因而輸出頻率有范圍限制，而利用本實用新型的調(diào)諧電路實現(xiàn)調(diào)諧其輸出頻率不受此限制；另外，諧振網(wǎng)絡的相頻特性具有如圖4-1所示的曲線形式，當頻率越過FD，將會向反方向追蹤，導致失諧。而本實用新型調(diào)諧電路所產(chǎn)生的幅頻特性曲線在很大范圍符合追蹤條件，如圖4-2所示，因此跟蹤范圍大。

圖1.是本實用新型調(diào)諧電路的原理圖；圖2是圖1中電源及諧振網(wǎng)絡的等效電路圖；圖3是現(xiàn)有技術利用相頻特性的鎖相環(huán)由于尖峰干擾而出現(xiàn)誤判的示意圖；圖4-1是現(xiàn)有技術相頻特性曲線；圖4-2是本實用新型調(diào)諧電路所產(chǎn)生的幅頻特性曲線；圖5是利用本實用新型調(diào)諧電路實現(xiàn)頻率跟蹤的主流程圖。圖中1——第一開關管2——第二開關管 3——直流電源4——輸出變壓器5——匹配電感 6——超聲手柄7——模數(shù)轉(zhuǎn)換器8——CPU9——非門
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細地描述。如圖1所示，本實用新型用于白內(nèi)障超聲乳化儀中超聲手柄的調(diào)諧電路，包括 CPU8、A/D轉(zhuǎn)換器7和直流電源3，還包括一諧振網(wǎng)絡，所述諧振網(wǎng)絡由第一開關管1、第二開關管2、輸出變壓器4、匹配電感5和超聲手柄6組成；所述第一開關管1和所述第二開關管 2均采用大功率VMOS管，要求導通電阻很小，其導通電阻< 0. 1 Ω，如所述第一開關管1和所述第二開關管2均可采用型號為IRF540的開關管；所述第一開關管1連接在所述非門9 的輸入端，所述第二開關管2連接在所述非門9的輸出端，所述CPU8與所述第一開關管1、 所述非門9和所述A/D轉(zhuǎn)換器7連接；所述CPU8輸出某一頻率的方波控制第一開關管1， 同時，所述CPU8經(jīng)過所述非門9控制第二開關管2，使第一開關管1和第二開關管2交替導通，在所述輸出變壓器4原邊產(chǎn)生交變電流，進而在所述輸出變壓器4副邊感應出交流電壓\，所述交流電壓\作為所述諧振網(wǎng)絡的輸入電壓，以驅(qū)動所述超聲手柄6 ；所述A/D轉(zhuǎn)換器7與所述直流電源3的輸出連接，用于監(jiān)測所述諧振網(wǎng)絡兩端的直流電源3的電壓v， 以所述直流電源的電壓最小值對應的頻率為所述cpu輸出的初始諧振頻率；在所述超聲手柄6工作時，以跟蹤所述直流電源的電壓最小值實現(xiàn)跟蹤超聲手柄的諧振頻率。使用該調(diào)諧電路是利用諧振網(wǎng)絡的幅頻特性對白內(nèi)障超聲乳化儀中的超聲手柄進行調(diào)諧。本實用新型電路中的所述匹配電感5是用于抵消超聲手柄6的容抗成分的，而如何依超聲手柄6的參數(shù)來確定該匹配電感5的參數(shù)屬于本領域技術人員所熟知的常識，在此不再贅述。另外，所述直流電源3應是具有電源內(nèi)阻的非理想電壓源，其內(nèi)阻為2 ω，非理想直流電源3輸出的電壓v經(jīng)過所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器7送入cpu8中，所述cpu8通過分析比較， 取最小電壓所對應的頻率作為輸出頻率。本實用新型調(diào)諧電路的工作原理是圖1中，所述匹配電感5與所述超聲手柄6組成一諧振電路，經(jīng)變換可等效為圖2中所示的電阻11和電抗12的串聯(lián)形式，其總阻抗為ζ。 而輸出變壓器4及其前端電路可等效為非理想交流電壓源13。此時有
Izl|VL| = -^x|Vi|
ro+izi(2)式O)中|Z| = λ/R2 +X2(3)式⑶中ivli 為vl的模；ivi為等效交流電源輸出電壓vi的模；r0'為等效交流電源的內(nèi)阻。式2中可推導出當|z|最小時，|v」最小。根據(jù)式3可知，當電抗為零時，也就是網(wǎng)絡諧振時|z|最小。從而推導出當網(wǎng)絡諧振時，|v」最小。根據(jù)輸出變壓器4的特性，其原邊電壓與副邊電壓是正相關的，而原邊電壓幅度由直流電源3的輸出電壓v決定。因此v與|v」具有相同的變化規(guī)律。根據(jù)以上推導可知，利用諧振網(wǎng)絡的幅頻特性，同樣能夠得到網(wǎng)絡的諧振頻率。將包括輸出變壓器、匹配電感和超聲手柄在內(nèi)的部分統(tǒng)一視作諧振網(wǎng)絡，則可直接利用檢測直流電壓的最小值，得到諧振網(wǎng)絡的諧振頻率。如圖5所示，本實用新型調(diào)諧電路實現(xiàn)跟蹤所述超聲手柄6的諧振頻率的過程是乳化操作開始時，所述cpu8首先將掃頻得到電壓最小值對應的頻率&作為超聲手柄的初始諧振激給出，并檢測所述諧振網(wǎng)絡兩端的電壓v，同時令vs = v ；然后所述cpu8 以步進△ f提高輸出頻率，并檢測此時所述諧振網(wǎng)絡兩端的輸出電壓v，與前一電壓值比較，若后者小，即v < vs，則令vs = v，所述cpu8繼續(xù)以相同的步進δ f提高輸出頻率；若后者大，即v> vs，也令vs = v，則所述cpu8以相同的步進af降低輸出頻率；重復此操作，始終跟蹤所述諧振網(wǎng)絡兩端的電壓最小值，使所述超乳手柄6時刻處于諧振狀態(tài)，從而保證功率穩(wěn)定輸出，直至乳化操作結(jié)束。[0037]本實用新型采用直接監(jiān)測直流電源輸出電壓的方法，可有效跟蹤超聲手柄的諧振頻率，實現(xiàn)簡單可靠，且由于直流電壓的變化頻率遠低于干擾信號頻率，易于濾除干擾信號，對于偶發(fā)的尖鋒干擾，僅可能引起瞬間微小的波動，而不會影響整體的趨勢，因而大大提高了抗干擾能力，且頻率跟蹤范圍大。盡管上面結(jié)合圖對本實用新型進行了描述，但是本實用新型并不局限于上述的具體實施方式
，上述的具體實施方式
僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領域的普通技術人員在本實用新型的啟示下，在不脫離本實用新型宗旨的情況下，還可以作出很多變形，這些均屬于本實用新型的保護之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種用于白內(nèi)障超聲乳化儀中超聲手柄的調(diào)諧電路，包括CPU(8)、A/D轉(zhuǎn)換器(7)和直流電源(3)，其特征在于還包括一諧振網(wǎng)絡，所述諧振網(wǎng)絡由第一開關管(1)、第二開關管⑵、輸出變壓器、匹配電感(5)和超聲手柄(6)組成；所述第一開關管⑴連接在所述非門(9)的輸入端，所述第二開關管( 連接在所述非門(9)的輸出端，所述CPU(S)與所述第一開關管(1)、所述非門(9)和所述A/D轉(zhuǎn)換器(7)連接；所述CPU(S)輸出某一頻率的方波控制第一開關管(1)，同時，所述CPU(S)經(jīng)過所述非門(9)控制第二開關管0)， 使第一開關管⑴和第二開關管⑵交替導通，在所述輸出變壓器⑷原邊產(chǎn)生交變電流， 進而在所述輸出變壓器(4)副邊感應出交流電壓\，所述交流電壓VJ乍為所述諧振網(wǎng)絡的輸入電壓，以驅(qū)動所述超聲手柄(6)；所述A/D轉(zhuǎn)換器(7)與所述直流電源C3)的輸出連接， 用于監(jiān)測所述諧振網(wǎng)絡兩端的直流電源(3)的電壓V，以所述直流電源的電壓最小值對應的頻率為所述CPU輸出的初始諧振頻率；在所述超聲手柄(6)工作時，以跟蹤所述直流電源的電壓最小值實現(xiàn)跟蹤超聲手柄的諧振頻率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于白內(nèi)障超聲乳化儀中超聲手柄的調(diào)諧電路，其特征在于所述第一開關管(1)和所述第二開關管⑵均采用大功率VMOS管，其導通電阻 < 0. 1 Ω。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于白內(nèi)障超聲乳化儀中超聲手柄的調(diào)諧電路，其特征在于所述第一開關管(1)和所述第二開關管(2)均采用型號為IRFMO的開關管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于白內(nèi)障超聲乳化儀中超聲手柄的調(diào)諧電路，其特征在于所述直流電源⑶具有電源內(nèi)阻，其阻值為2Ω。
專利摘要本實用新型公開了一種用于白內(nèi)障超聲乳化儀中超聲手柄的調(diào)諧電路，包括CPU、A/D轉(zhuǎn)換器、直流電源和一諧振網(wǎng)絡；諧振網(wǎng)絡由第一開關管、第二開關管、輸出變壓器、匹配電感和超聲手柄組成，CPU輸出某一頻率的方波控制第一開關管，并經(jīng)過非門控制第二開關管，使第一、第二開關管交替導通，在輸出變壓器原邊產(chǎn)生交變電流，在輸出變壓器副邊感應出交流電壓VL，交流電壓VL作為諧振網(wǎng)絡的輸入電壓驅(qū)動超聲手柄；A/D轉(zhuǎn)換器用于監(jiān)測諧振網(wǎng)絡兩端的直流電源的電壓V，以直流電源的電壓最小值對應的頻率為CPU輸出的初始諧振頻率；超聲手柄工作時，跟蹤直流電源的電壓最小值，實現(xiàn)跟蹤超聲手柄的諧振頻率。本實用新型抗干擾能力強，跟蹤范圍大、實現(xiàn)簡單。
文檔編號A61F9/007GK202161469SQ20112016144
公開日2012年3月14日 申請日期2011年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月19日
發(fā)明者宋學東, 李躍杰, 楊軍, 王延群, 紀運紅 申請人:天津邁達醫(yī)學科技有限公司