基于直流电流确定谐振频率的超声换能器及其方法技术

本发明专利技术提供的一种基于直流电流确定谐振频率的超声换能器及其方法，包括：所述整流电路，其输入端与市电连接，用于将市电转换成直流电并输出电源转换电路；所述电源转换电路，其输入端与整流电路连接，用于将整流电路输出的直流电转换成超声换能器所需交流电，并输出至超声换能器；所述电流采样电路，其输入端连接于整流电路的输出端，用于对整流电路输出的直流信号进行采样，并将电流采样值输出至主控电路；所述主控电路，用于接收电流采样电路输出的电流采样值，并根据电流采样值最大值确定出超声换能器的谐振频率；能够准确确保超声换能器系统工作在谐振频率上。

【技术实现步骤摘要】
基于直流电流确定谐振频率的超声换能器及其方法
本专利技术涉及一种医疗设备系统，尤其涉及一种基于直流电流确定谐振频率的超声换能器及其方法。
技术介绍
超声换能器是一种可将输入的电能转换成机械能(即超声波)再传递出去的能量转换器件。现有的超声外科手术设备中，超声换能器产生的超声信号传递到执行部件(例如超声刀片等)，以通过执行部件对病患部位或人体组织进行切割，其具有出血少、对周围组织伤害少、术后恢复快等特点，且在切割的同时能够对切割周围组织具有凝闭的作用，不会引起组织干燥、灼伤等副作用。但是，在工作过程中，超声换能器需要工作在谐振频率上，才能确保超声换能器在电能转换成机械能的过程中效率最大。现有技术中，为了找到超声换能器的谐振频率，通常采用以下方式：在超声换能器的输入端采用电流互感器对输入超声换能器的交流电进行采集，然后经过放大电路，整流电路，求平均值的方式，然后根据平均值在设定的频率范围内找到谐振频率，这种方式整个电路结构复杂，元器件较多，造成成本高，而且，由于电路结构的复杂性以及元器件在工作过程中的温度特性，造成结果不准确。因此，为了解决上述技术问题，亟需提出一种新的技术手段。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种基于直流电流确定谐振频率的超声换能器及其方法，能够快速且准确地确定出超声换能器的谐振频率，并且能够确保超声换能器系统工作在谐振频率上，而且不需要复杂的电路检测结构，有效降低生产以及测试成本，而且准确性高。本专利技术提供的一种基于直流电流确定谐振频率的超声换能器，包括整流电路、电流采样电路、主控电路、电源转换电路以及超声换能器；所述整流电路，其输入端与市电连接，用于将市电转换成直流电并输出电源转换电路；所述电源转换电路，其输入端与整流电路连接，用于将整流电路输出的直流电转换成超声换能器所需交流电，并输出至超声换能器；所述电流采样电路，其输入端连接于整流电路的输出端，用于对整流电路输出的直流信号进行采样，并将电流采样值输出至主控电路；所述主控电路，用于接收电流采样电路输出的电流采样值，并根据电流采样值的最大值确定出超声换能器的谐振频率，并根据谐振频率向电源转换电路输出频率与谐振频率对应的PWM控制信号，控制电源转换电路输出的交流信号的频率值处于超声外科手术设备的超声换能器的谐振频率。进一步，所述电源转换电路包括BUCK电路、逆变器和电感调谐电路；所述BUCK电路，其输入端与整流电路的输出端连接，其控制输入端与主控电路连接，用于接收主控电路输出的占空比可调的PWM控制信号，根据该PWM控制信号将整流电流输出的直流电进行DC-DC转换，输出功率可调的直流电至逆变器；所述逆变器，其输入端与BUCK电路的输出端连接，其控制端与主控电路连接，用于接收主控电路输出的占空比和频率均可调的PWM控制信号，并将BUCK电路输出的直流电转换成交流电并输出至电感调谐电路；所述电感调谐电路，其输入端与逆变器的输出端连接，用于将逆变器输出的交流电进行调谐处理，并将调谐处理后的交流电输出至超声换能器。进一步，所述电源转换电路还包括变压器，所述变压器的输入端与逆变器的输出端连接，用于将逆变器输出的交流电进行变压处理，并将变压处理后的交流电输出至电感调谐电路。进一步，还包括输出采样电路，所述输出采样电路的输入端与电感调谐电路的输出端连接，用于采集电感调谐电路输出的交流电的相位信号并将该相位信号输出至主控电路，主控电路根据该相位信号调整输出至逆变器的PWM控制信号的频率和占空比，进而控制电源转换电路输出的交流电处于超声换能器的谐振频率。进一步，所述输出采样电路包括差动信号采样电路、比例信号采样电路以及相位检测电路；所述差动信号采样电路，其输入端与电感调谐电路的输出端连接，用于采集电感调谐电路输出的交流电的电压信号，并向相位检测电路输出差动采样信号；所述比例信号采样电路，其输入端与电感调谐电路的输出端连接，用于采集电感调谐电路输出的交流电的电压信号，并向相位检测电路输出比例采样信号；所述相位检测电路，用于接收差动采样信号和比例采样信号，并根据差动采样信号和比例采样信号检测出电感调谐电路输出的交流电的相位值并输出至主控电路。进一步，所述差动采样电路包括差动放大器和带通滤波器Ⅱ；所述差动放大器，其输入端与电感调谐电路的输出端连接，用于采集电感调谐电路输出的交流电的电压并进行差动放大，并将差动放大后的电压信号输出至带通滤波器Ⅱ中；所述带通滤波器Ⅱ，其输入端与差动放大器的输出端连接，用于对差动放大后的电压信号进行带通滤波处理形成差动采样信号，并将差动采样信号输出至相位检测电路中。进一步，所述比例采样电路包括比例放大器和带通滤波器Ⅰ；所述比例放大器，，其输入端与电感调谐电路的输出端连接，用于采集电感调谐电路输出的交流电的电压并进行比例放大，并将比例放大后的电压信号输出至带通滤波器Ⅰ中；所述带通滤波器Ⅰ，其输入端与比例放大器的输出端连接，用于对比例放大后的电压信号进行带通滤波处理形成比例采样信号，并将比例采样信号输出至相位检测电路中。进一步，所述逆变器为高频逆变器。进一步，所述变压器为高频变压器。相应地，本专利技术还提供了一种基于直流电流确定超声换能器谐振频率的方法，包括如下步骤：S1.采用整流电路将市电整流成直流电；S2.将整流电路输出的直流电输入至BUCK电路中进行直流转换处理并将处理后的直流电输出至逆变器中；S3.由逆变器将BUCK电路输出的直流电进行逆变处理并转换成交流电，并通过电感调谐电路对逆变器输出的交流电进行调谐处理后输出至超声换能器中；S4.采用主控电路向BUCK电路输出PWM控制信号，该控制信号的频率不变但占空比可调，主控电路向逆变器输出PWM控制信号，该控制信号的频率和占空比均可调；主控电路在预设时间范围和预设的频率范围[f1,f2]内，按照设定步进频率从频率范围[f1,f2]的下限频率点f1至上限频率点f2输出相应的PWM控制信号至逆变器中；S5.在所述预设时间范围内采集整流电路输出的直流电的电流值，找到所述预设时间范围内的最大电流值所对应的PWM控制信号的频率，该频率即为超声换能器的谐振频率。本专利技术的有益效果：通过本专利技术，能够快速且准确地确定出超声换能器的谐振频率，并且能够确保超声换能器系统工作在谐振频率上，而且不需要复杂的电路检测结构，有效降低生产以及测试成本，而且由于电子元件的减少，从而也降低了电子元件温度特性的影响，从而能够有效确保结果的准确性。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步描述：图1为本专利技术的结构示意图。图2为本专利技术的具体实施例结构示意图。图3为本专利技术的电流采样电路原理图。图4为现有技术的电流采样电路的原理图。图5为本专利技术的流程图。具体实施方式以下结合说明书附图对本专利技术做出进一步详细说明，如图所示：本专利技术提供的一种基于直流电流确定谐振频率的超声换能器，包括整流电路、电流采样电路、主控电路、电源转换电路以及超声换能器；所述整流电路，其输入端与市电连接，用于将市电转换成直流电并输出电源转换电路；所述电源转换电路，其输入端与整流电路连接，用于将整流电路输出的直流电转换成超声换能器所需交流电，并输出至超声换能器；所述电流采样电路，其输入端连接于整流电路的输出端，用于对整流电路输出的直流信号进行采样，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于直流电流确定谐振频率的超声换能器，其特征在于：包括整流电路、电流采样电路、主控电路、电源转换电路以及超声换能器；所述整流电路，其输入端与市电连接，用于将市电转换成直流电并输出电源转换电路；所述电源转换电路，其输入端与整流电路连接，用于将整流电路输出的直流电转换成超声换能器所需交流电，并输出至超声换能器；所述电流采样电路，其输入端连接于整流电路的输出端，用于对整流电路输出的直流信号进行采样，并将电流采样值输出至主控电路；所述主控电路，用于接收电流采样电路输出的电流采样值，并根据电流采样值的最大值确定出超声换能器的谐振频率，并根据谐振频率向电源转换电路输出PWM控制信号，控制电源转换电路输出的交流信号的频率值处于超声换能器的谐振频率。

【技术特征摘要】
1.一种基于直流电流确定谐振频率的超声换能器，其特征在于：包括整流电路、电流采样电路、主控电路、电源转换电路以及超声换能器；所述整流电路，其输入端与市电连接，用于将市电转换成直流电并输出电源转换电路；所述电源转换电路，其输入端与整流电路连接，用于将整流电路输出的直流电转换成超声换能器所需交流电，并输出至超声换能器；所述电流采样电路，其输入端连接于整流电路的输出端，用于对整流电路输出的直流信号进行采样，并将电流采样值输出至主控电路；所述主控电路，用于接收电流采样电路输出的电流采样值，并根据电流采样值的最大值确定出超声换能器的谐振频率，并根据谐振频率向电源转换电路输出PWM控制信号，控制电源转换电路输出的交流信号的频率值处于超声换能器的谐振频率。2.根据权利要求1所述基于直流电流确定谐振频率的超声换能器，其特征在于：所述电源转换电路包括BUCK电路、逆变器和电感调谐电路；所述BUCK电路，其输入端与整流电路的输出端连接，其控制输入端与主控电路连接，用于接收主控电路输出的占空比可调的PWM控制信号，根据该PWM控制信号将整流电流输出的直流电进行DC-DC转换，输出功率可调的直流电至逆变器；所述逆变器，其输入端与BUCK电路的输出端连接，其控制端与主控电路连接，用于接收主控电路输出的占空比和频率均可调的PWM控制信号，并将BUCK电路输出的直流电转换成交流电并输出至电感调谐电路；所述电感调谐电路，其输入端与逆变器的输出端连接，用于将逆变器输出的交流电进行调谐处理，并将调谐处理后的交流电输出至超声换能器。3.根据权利要求2所述基于直流电流确定谐振频率的超声换能器，其特征在于：所述电源转换电路还包括变压器，所述变压器的输入端与逆变器的输出端连接，用于将逆变器输出的交流电进行变压处理，并将变压处理后的交流电输出至电感调谐电路。4.根据权利要求2所述基于直流电流确定谐振频率的超声换能器，其特征在于：还包括输出采样电路，所述输出采样电路的输入端与电感调谐电路的输出端连接，用于采集电感调谐电路输出的交流电的相位信号并将该相位信号输出至主控电路，主控电路根据该相位信号调整输出至逆变器的PWM控制信号的频率和占空比，进而控制电源转换电路输出的交流电处于超声换能器的谐振频率。5.根据权利要求4所述基于直流电流确定谐振频率的超声换能器，其特征在于：所述输出采样电路包括差动信号采样电路、比例信号采样电路以及相位检测电路；所述差动信号采样电路，其输入端与电感调谐电路的输出端连接，用于采集电感调谐电路输出的交流电的电压信号，并向相位检测电路输出差...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭毅军，唐福海，杨涛，陈建，
申请(专利权)人：重庆西山科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆,50