旋转电容式耦合元件及其在血管内B超机、高速轴检测、振动部分数据采集方面的应用制造技术

旋转电容式耦合元件及其在血管内B超机、高速轴检测、振动部分数据采集方面的应用。其中，耦合元件，通过相互对置的一对以上的同轴线方向设置的电极板来传输电能及信号，其中，一对以上的电极板分为动电极板和静电极板，动电极板在外力的驱动下持续360度相对于静电极板旋转，静电极板与动电极板的距离及重合面积保持不变，电能及信号通过一对以上的在距离和重合面积都相对不变的电极板之间耦合。本发明专利技术具有制造精度要求不高、制造成本低，且即可传输电能又可传输信号的，电极板之间可以360度相对旋转的优点。

Rotary capacitive coupling element and its application in intravascular ultrasound machine, high speed shaft detection and vibration data acquisition

Rotary capacitive coupling element and its application in intravascular ultrasound machine, high speed shaft detection and vibration data acquisition. The coupling element, electrode plate through between a pair of opposed above the same axis set to transmit power and signal, which, more than one pair of electrode plates divided into moving plate electrode and electrostatic plate, the movable electrode plate continues to force driven by 360 degrees with respect to electrostatic plate rotation, distance and overlap area the static and dynamic plate electrode plate remains unchanged, the electric power and signal through coupling between the distance and the overlap area are relatively constant in more than one pair of electrodes. The invention has the advantages of low manufacturing precision requirement, low manufacturing cost, and can transmit electric energy and transmit signals, and the advantages of the relative rotation between the electrode plates can be 360 degrees.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及到一种信号传输技术，主要应用于静止电路与旋转电路之间的高频信号传输并且对波形失真要求高的环境中的旋转电容式耦合元件，以及旋转电容式耦合元件在血管内B超机、高速轴检测、振动部分数据采集方面的应用。
技术介绍
在尖端医疗设备中，如血管内B超机需要用到旋转部分超声换能振元，所述超声换能振元将回波信号通过耦合元件传到相对静止的接收电路板上进行处理计算，最后在屏幕上显示出所需的图像资料。还有其它设备如高速轴检测系统、振动部分数据采集设备等，都由运动和静止两部分共同工作完成设备功能，其中会涉及到旋转部分和静止部分的电能及信号的耦合传输技术，这类耦合元件需要具有即可传输信号，又可传输电能的功能，且还具有静止部分与旋转部分。现有的可以实现静止部分与旋转部分之间的信号传输的耦合元件。通常有四种：导电滑环传输式的耦合元件、旋转变压器传输的耦合元件、光电传输式的耦合元件，以及无线电信号传输式的耦合元件。其中，光电传输方式和无线电信号传输方式无法应用于即要求有信号传输又要求有电能传输的环境，这种方式只能单纯传输电信号，且在旋转端需要有电源（如电池）供电才能处理接收到的微弱的光信号或无线电波信号。所以光电传输和无线电信号传输在高速旋转环境的使用受到很大限制，不具有即可传输信号，又可传输电能的功能。导电滑环即可以传输电能，又可以传输信号，在20世纪中期有部分产品使用这种方式，但使用时因为高速旋转时滑环产生的电火花干扰严重，后来逐渐被淘汰。在即有电能传输，又有信号传输的环境中，目前使用最多的是旋转变压器的磁耦合技术。如波士顿科学（BostonScientificCorporation，简称波科）生产的“血管内B超机”就是采用了这种技术。这种磁耦合的好处是，即能在脉冲发生器（pulser）发射超声电能脉冲时将电能信号传到旋转部分的超声换能振元上，又能将旋转部分超声换能振元的回波信号通过磁耦合传到相对静止的接收电路板上进行处理计算，最后在屏幕上显示出所需的图像资料。旋转变压器在工作时无火花干扰，又能同时兼任电能脉冲与信号信息的传输，所以大量应用于单振元B超、高速轴检测、振动部分数据采集等场合。但这种旋转变压器的磁耦合也有着一个很明显的问题：因为磁芯材料是由微小的磁颗粒组成，而磁芯的Q值、衰减、相移等参数都受制于磁性材料的特性，所以旋转变压器只能工作在自身材料所限制的带宽内，一旦超出这个范围，耦合的信号就会迅速衰减、失真，其增益与带宽的关系，如图1所示。另外，因磁性材料的制造工艺原因，目前世界上的磁性材料参数特性在低频下接近理想，在高频下信号失真严重与相移，虽然理论上B超机的发射频率越高，B超机性能越好，但受限于旋转变压器磁性耦合的瓶颈，当超声波频率达到30MHz以上时，就会使回波信号出现严重的衰减、失真，从而使检测电路无法正确判断回波信号而无法工作。因此现在世界上最好的扩张心血管支架检测用血管内B超机的工作频率勉强做到50MHz，近20年内再无任何提高。这是旋转与静止之间信号传输受磁耦合限制的例子之一。除了上述的最高频率受磁性材料技术限制的因素外，还有价格因素也制约着血管内B超机的推广使用。如波科在血管内B超机技术中，对旋转的振元与静止电路之间的脉冲发生器（pulser）电能信号及振元回波信号采用了旋转变压器的方式完成，其示意说明参考图2：图2的左边是装置在主机上面的固定部分100，图2的右边是插入血管内的可以更换的探头部分200；其中，所述固定部分100包括驱动马达110，以及与驱动马达110连接的驱动轴120，在驱动轴120的自由端设有驱动轴对接端121；所述探头部分200包括与所述驱动轴对接端121对接的传动轴对接口210，所述传动轴对接口210设在传动轴220的自由端，旋转变压器230、血管内导管240、设在血管导管240内的振元导线250，以及回波振元（未画出）、回测机械装置（未画出）、ID检测（未画出）等。其中回波振元、回测机械装置、ID检测等与本专利技术无关，故未在图中画出。所述旋转变压器230包括静磁芯231、静绕组232、动磁芯233、动绕组234；所述静磁芯231和动磁芯233之间形成了磁间隙235。在工作时，驱动马达110通过驱动轴120、驱动轴对接端121、传动轴对接口210、传动轴220带动动动磁芯233高速旋转。在所述动磁芯233内装有动绕组234，动磁芯233严密靠近静磁芯231，双方靠磁力线将能量从静绕组232通过磁芯传输给动绕组234，再通过振元导线250将能量加到超声发射/接收振元上（简称振元，未画出）；振元接收到的回波信号再经振元导线250、动绕组234、静绕组232返回到固定电路，经过处理后，在显示器上显示出图像，如此工作，达到在旋转振元与固定电路之间的信号与能量的传输目的。设计中，之所以要将旋转变压器230放在右边的探头200内部，是因为各种不同作用和效果的探头内的振元频率不相同，因旋转变压器230受磁性材料的限制，每种旋转变压器230对应的频率有一定范围的限制，而与振元之间的L（变压器绕组）、C（振元）配合会随着探头频率的不同而不同。而插入血管内的探头200每检测一个人必须更换（防止交叉感染），所以昂贵的旋转变压器230也随之报废。在旋转变压器230制作工艺中，磁间隙235非常重要，故造成所述旋转变压器230的制作工艺难度极高，所述探头200的旋转部分的结构误判要求小于0.005mm，对制作设备的要求达到了纳米级控制，因此，旋转变压器230的造价很高，这是造成该技术问世20年来在世界各地推广时受到了极大的限制的重要原因之一，每次检查时的上万美元的费用也使得该技术让不少人望而却步。造成这一现象的最大的瓶颈就在于造价高昂的旋转变压器230上。再，依照中国目前的制造技术，根本就造不出合格的旋转变压器230，故这种血管内B超机及其探头200，都只能依靠进口，使得一般国人用不起。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术向社会提供一种制造精度要求不高、制造成本低，且即可传输电能又可传输信号的，电极板之间可以360度相对旋转的旋转电容式耦合元件。本专利技术的技术方案是：提供一种旋转电容式耦合元件，通过相互对置的一对以上的同轴线方向设置的电极板来传输电能及信号，其中，一对以上的所述电极板分为动电极板和静电极板，所述动电极板在外力的驱动下持续360度相对于所述静电极板旋转，所述静电极板与所述动电极板的距离及重合面积保持不变，所述电能及信号通过一对以上的在距离和重合面积都相对不变的电极板之间耦合。作为对本专利技术的改进，所述电能是从静电极板传输给动电极板的，而信号则是从动电极板传输给静电极板的。作为对本专利技术的改进，所述动电极板的引出线端随所述动电极板的旋转而旋转，所述引出线端与动电极板相对静止。作为对本专利技术的改进，所述动电极板是用轴从中心固定的。作为对本专利技术的改进，所述静电极板的面积大于或等于动电极板的面积。作为对本专利技术的改进，所述动电极板和静电极板是浸在液态介质内的；或者所述动电极板和静电极板是设在相对封闭的干燥空气里。作为对本专利技术的改进，所述动电极板和静电极板是直接利用空气做介质的。作为对本专利技术的改进，在做电能与高频信号传输时，所述动电极板或/和静电极板表面涂有绝缘层，使相邻的两所述动电极板和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种旋转电容式耦合元件，其特征在于：通过相互对置的一对以上的同轴线方向设置的电极板来传输电能及信号，其中，一对以上的所述电极板分为动电极板和静电极板，所述动电极板在外力的驱动下持续360度相对于所述静电极板旋转，所述静电极板与所述动电极板的距离及重合面积保持不变，所述电能及信号通过一对以上的在距离和重合面积都相对不变的电极板之间耦合。

【技术特征摘要】
2016.08.07 CN 20161063706751.一种旋转电容式耦合元件，其特征在于：通过相互对置的一对以上的同轴线方向设置的电极板来传输电能及信号，其中，一对以上的所述电极板分为动电极板和静电极板，所述动电极板在外力的驱动下持续360度相对于所述静电极板旋转，所述静电极板与所述动电极板的距离及重合面积保持不变，所述电能及信号通过一对以上的在距离和重合面积都相对不变的电极板之间耦合。2.根据权利要求1所述的旋转电容式耦合元件，其特征在于：所述电能是从静电极板传输给动电极板的，而信号则是从动电极板传输给静电极板的。3.根据权利要求1或2所述的旋转电容式耦合元件，其特征在于：所述动电极板的引出线端随所述动电极板的旋转而旋转，所述引出线端与动电极板相对静止。4.根据权利要求1或2所述的旋转电容式耦合元件，其特征在于：所述动电极板是用轴从中心固定的。5.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：林彩兰，
申请(专利权)人：深圳博华创新技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44