基于HelmHolz 線圈的多波形電磁場發(fā)生器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于HelmHolz線圈的多波形電磁場發(fā)生器，包括電源模塊、連接該電源模塊的信號發(fā)生模塊、顯示控制模塊、功放模塊和電磁場發(fā)生模塊，其特征在于，所述顯示控制模塊通過人機(jī)接口，對信號發(fā)生模塊進(jìn)行控制，并通過液晶屏實現(xiàn)對來自功放模塊輸出信號的顯示；所述信號發(fā)生模塊產(chǎn)生包括正弦波、三角波、單脈沖及脈沖群波形的數(shù)字信號并輸出到功放模塊進(jìn)行功率放大，所述電磁場發(fā)生模塊為3-HelmHolz線圈，將功放模塊輸出的信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)波形的電磁場。該裝置使用簡單、操作方便、經(jīng)濟(jì)實用，在電磁場的生物效應(yīng)研究領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
【專利說明】基于HelmHolz線圈的多波形電磁場發(fā)生器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及一種電磁場發(fā)生裝置，特別涉及一種用于電磁生物效應(yīng)研究和臨 床電磁治療的可輸出強(qiáng)度和頻率線性可調(diào)的正弦波、三角波、單脈沖和脈沖群波形的程控 多波形電磁場發(fā)生裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 電磁場的生物效應(yīng)是生物電磁學(xué)研究的一個重要內(nèi)容，也是生物醫(yī)學(xué)工程界研究 的熱點。產(chǎn)生生物效應(yīng)的磁場類型主要有穩(wěn)恒磁場和時變磁場。早在二千多年前，中國西 漢時代已利用磁石（Fe 304的天然礦石）來治病。上世紀(jì)70年代美國科學(xué)家Bassett發(fā)現(xiàn) 當(dāng)每天給予臨床骨折后的骨不連患者脈沖電磁場刺激后，其骨折愈合速率顯著提升，因此 他預(yù)言脈沖電磁場作為一種無需體內(nèi)植入電極、無損傷、經(jīng)濟(jì)、使用方便、副作用小的物理 治療方法，具有廣闊的骨骼疾病治療的臨床應(yīng)用前景。而穩(wěn)恒磁場也具有提高機(jī)體骨密度、 改善微循環(huán)、消炎鎮(zhèn)痛和加速創(chuàng)傷愈合等效果，同樣三角波和矩形波的作用效果亦有大量 的研究報道。
[0003] 目前，國內(nèi)外普遍使用的三種主要的電磁場發(fā)生方法有：穩(wěn)恒磁片法、螺線管線圈 法和HelmHolz (亥姆霍茲）線圈法。通過穩(wěn)恒磁片可以獲得中、低強(qiáng)度的穩(wěn)恒梯度磁場，但 其主要問題在于穩(wěn)恒磁片所產(chǎn)生的電磁場分布均勻性較差，磁場隨距離變化的梯度衰減極 其顯著，且受限于磁片尺寸問題，很難產(chǎn)生能夠覆蓋人體的大面積的空間電磁場。螺線管 線圈要求被暴露物體置于螺線管中，螺線管與一信號發(fā)生源連接。工作時其內(nèi)部會所產(chǎn)生 空間分布較為均勻的電磁場，其電磁場分布均勻性在這三種方法中為最佳，但是螺線管線 圈在工作中會在其中產(chǎn)生大量的熱量，使熱效應(yīng)所帶來的影響淹沒了電磁場對被暴露目標(biāo) 所產(chǎn)生的影響。Helmholtz線圈是一對相同的、共軸的、彼此平行的線圈組。相比于螺線管 線圈，HelmHolz線圈在工作時對暴露目標(biāo)所產(chǎn)生的熱效應(yīng)極其微弱，且其使用更加靈活、方 便，是目前實驗室和臨床應(yīng)用的最為常見的電磁場發(fā)生方式。但是，HelmHolz線圈所產(chǎn)生 的電磁場空間衰減較為顯著，距離HelmHolz線圈的軸向中線越遠(yuǎn)其衰減越顯著。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本實用新型的目的是提供一種電磁場空間衰減小且分布更均勻的程控多波形電 磁場發(fā)裝生置。
[0005] 為達(dá)到以上目的，本發(fā)明是采取如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)的：
[0006] -種基于HelmHolz線圈的多波形電磁場發(fā)生器，包括電源模塊、連接該電源模塊 的信號發(fā)生模塊、顯示控制模塊、功放模塊和電磁場發(fā)生模塊，其特征在于，所述顯示控制 模塊通過人機(jī)接口，對信號發(fā)生模塊進(jìn)行控制，并通過液晶屏實現(xiàn)對來自功放模塊輸出信 號的顯示；所述信號發(fā)生模塊產(chǎn)生包括正弦波、三角波、單脈沖及脈沖群波形的數(shù)字信號并 輸出到功放模塊進(jìn)行功率放大，所述電磁場發(fā)生模塊為3-HelmHolz線圈，將功放模塊輸出 的信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)波形的電磁場。
[0007] 上述方案中，所述基于HelmHolz線圈的多波形電磁場發(fā)生器還包括由過載保護(hù) 和報警電路構(gòu)成的保護(hù)模塊，連接電源模塊和功放模塊。
[0008] 所述3-HelmHolz線圈線圈由3個的獨立的HelmHolz線圈以圓心為中軸線串聯(lián)成 一個線圈組，線圈的半徑為40cm，線圈間距為30. 4cm，中心線圈阻數(shù)為266阻，外側(cè)兩線圈 的匝數(shù)為500匝。
[0009] 本實用新型的優(yōu)點是，將程控波形發(fā)生器與"3-HelmHolz線圈"相結(jié)合，利用 STC5410單片機(jī)編程控制產(chǎn)生正弦波、三角波、單脈沖及脈沖群波形，這些波形的強(qiáng)度和頻 率線性可調(diào)，通過接入改進(jìn)的"3-HelmHolz線圈"中，能夠產(chǎn)生空間分布更為均勻的、能夠誘 發(fā)有效生物效應(yīng)的電磁場。
[0010] 該系統(tǒng)使用簡單、操作方便，在電磁場的生物效應(yīng)研究領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011] 以下結(jié)合附圖及【具體實施方式】對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0012] 圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖。
[0013] 圖2為圖1中3-HelmHolz線圈的結(jié)構(gòu)圖。
[0014] 圖3為圖1裝置產(chǎn)生的一種脈沖群電磁場波形。

【具體實施方式】
[0015] 參考圖1，本發(fā)明基于HelmHolz線圈的多波形電磁場發(fā)生器包括由STC5410單片 機(jī)（含波形、強(qiáng)度、頻率、占空比四個控制芯片）及其外圍電路構(gòu)成的信號發(fā)生模塊，可產(chǎn)生 波形、強(qiáng)度、頻率、占空比可調(diào)的各種數(shù)字信號；由0PA549大功率運放器及其外圍電路構(gòu)成 的功放模塊，可對信號發(fā)生模塊輸出的程控可調(diào)的弱電流信號進(jìn)行功率放大，以適應(yīng)研究 和臨床應(yīng)用的具體需要。顯示控制模塊通過人機(jī)接口，可對信號發(fā)生模塊進(jìn)行控制，得到需 要的波形，同時實現(xiàn)自功放模塊的信號的輸出顯示（可在12864液晶上實時顯示強(qiáng)度、頻 率、占空比的數(shù)值）。3-HelmHolz線圈為電磁場發(fā)生模塊，可將功放模塊輸出的信號轉(zhuǎn)換 為相應(yīng)的電磁場用于實驗及臨床。過載保護(hù)和報警電路為保護(hù)模塊，連接電源模塊和功放 模塊，用于保護(hù)電源和0PA549功率放大芯片免受3-HelmHolz線圈的電磁感應(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)生的 反向電壓和反向電流的損壞。信號發(fā)生模塊和保護(hù)模塊由48v，10A大功率直流電源（電源 模塊）供電。
[0016] 在圖2中，3個的獨立的HelmHolz線圈以圓心為中軸線串聯(lián)成一個線圈組，沿線圈 軸向的磁通密度為：
[0017]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于HelmHolz線圈的多波形電磁場發(fā)生器，包括電源模塊、連接該電源模塊的 信號發(fā)生模塊、顯示控制模塊、功放模塊和電磁場發(fā)生模塊，其特征在于，所述顯示控制模 塊通過人機(jī)接口，對信號發(fā)生模塊進(jìn)行控制，并通過液晶屏實現(xiàn)對來自功放模塊輸出信號 的顯示；所述信號發(fā)生模塊產(chǎn)生包括正弦波、三角波、單脈沖及脈沖群波形的數(shù)字信號并輸 出到功放模塊進(jìn)行功率放大，所述電磁場發(fā)生模塊為3-HelmHolz線圈，將功放模塊輸出的 信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)波形的電磁場。
2. 如權(quán)利要求1所述的基于HelmHolz線圈的多波形電磁場發(fā)生器，其特征在于，還包 括由過載保護(hù)和報警電路構(gòu)成的保護(hù)模塊，連接電源模塊和功放模塊。
3. 如權(quán)利要求1所述的基于HelmHolz線圈的多波形電磁場發(fā)生器，其特征在于，所述 3-HelmHolz線圈由3個的獨立的HelmHolz線圈以圓心為中軸線串聯(lián)成一個線圈組，線圈的 半徑為40cm，線圈間距為30. 4cm，中心線圈阻數(shù)為266阻，外側(cè)兩線圈的阻數(shù)為500阻。
【文檔編號】A61N2/04GK203874283SQ201420275450
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年5月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月27日
【發(fā)明者】景達(dá), 羅二平, 申廣浩, 佟世超, 謝康寧, 湯池, 吳小明, 郭偉 申請人:中國人民解放軍第四軍醫(yī)大學(xué)