超声刀主机、超声刀系统及超声刀系统换能器阻抗的自动调节方法技术方案

本发明专利技术提供一种超声刀主机、超声刀系统及超声刀系统换能器阻抗的自动调节方法，该超声刀系统根据实时温度拟合计算超声换能器的静态电容，再结合超声刀系统的工作频率范围计算得到匹配电感的取值范围，最后从换能器匹配电路中选择合适的电感接入超声换能器，能有效根据超声换能器的静态电容及超声刀系统的工作频率范围的变化动态调整匹配电感的感值，实现了最大限度的匹配，使得超声换能器工作在最优状态；此外，若电感匹配失败，则说明超声换能器温度太高或老化严重，可能会无法正常工作，需要更换超声换能器之后重新匹配电感，通过对超声换能器的工作状态的间接检查，进一步保证了超声换能器与匹配电感的最大匹配，提高了超声换能器的工作效率。

【技术实现步骤摘要】
超声刀主机、超声刀系统及超声刀系统换能器阻抗的自动调节方法
本专利技术涉及超声刀
，特别是涉及一种超声刀主机、超声刀系统及超声刀系统换能器阻抗的自动调节方法。
技术介绍
超声刀(超声切割止血刀)是一种常见的外科手术刀，手术过程中创伤小、烟雾少、可凝血等特点，故能够在外科手术中广泛应用。超声刀(系统)由超声刀主机、超声换能器及超声刀头组成，其工作原理是超声刀主机产生一定频率的功率源给超声换能器，超声换能器产生该频率的机械振动并带动超声刀头也产生机械振动，因为频率高、振幅小，故能对小面积的人体组织产生切割作用。其中，超声换能器的等效电路如图1虚线框所示，L1为动态电感，C1为动态电容，R1为动态电阻，三者构成串联回路，也是机械回路，三者会根据负载的不同而变化；C0为静态电容，即静止状态的电容，并联在电路中。在工作中，超声刀主机产生一定频率的电源，这个频率需能够使机械回路达到最小阻抗才能实现最大的效率。根据串联谐振电路原理，频率需满足此时超声换能器工作在串联谐振状态，串联回路等效于只有动态电阻R1存在，阻抗最小，效率最高。但因为有静态电容C0的存在，使超声换能器呈容性，即使工作在串联谐振频率点上，也限制了超声换能器工作的效率，且以目前的技术，静态电容C0无法消除，常用的做法是使用一个固定的电感L0并联或串联在回路中(如图1和图2)，使电感L0和静态电容C0在当前工作频率下也工作在谐振状态，满足因为静态电容C0相对较为固定，所以只需选择一个适当的电感L0与其匹配，就可以达到目的。但是在超声刀系统的工作过程中，由于负载的变化，串联谐振频率并不固定，而是在一定范围内变化，比如超声刀系统的频率变化在55KHz～56KHz；同时，在持续不断的工作过程中，超声换能器的一部分功率会转换成热量，超声换能器的温度升高会造成静态电容C0的增大。根据并联谐振公式其中，ω0＝2πf0，超声信号的频率f0和静态电容C0都能改变电感L0的取值，因此固定取值的电感L0并不一定使电感L0和静态电容C0工作在谐振状态，虽然两者构成的电路不在谐振状态时的阻抗较大，对串联谐振回路的阻抗影响较小，但如果超声刀系统工作在高阻抗环境下，比如切割一些硬组织的时候，阻抗就会较大，这时电感L0和静态电容C0回路的阻抗会对串联回路的阻抗产生影响，甚至降低工作效率。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种超声刀系统换能器阻抗的自动调节技术方案，用于解决上述技术问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种超声刀主机，包括：数字信号处理器、可编程逻辑模块、波形发生器、数模转换器、功率放大电路、换能器匹配电路、电压采样转换模块及电流采样转换模块；所述数字信号处理器接所述波形发生器，所述波形发生器接所述功率放大电路的输入端，所述数字信号处理器接所述数模转换器，所述数模转换器接所述功率放大电路的输入端，所述功率放大电路的输出端接所述换能器匹配电路，所述数字信号处理器接所述换能器匹配电路，所述数字信号处理器调节控制所述换能器匹配电路提供的电感；所述功率放大电路的输出端接所述电压采样转换模块，所述电压采样转换模块接所述可编程逻辑模块，所述功率放大电路的输出端接所述电流采样转换模块，所述电流采样转换模块接所述可编程逻辑模块，所述可编程逻辑模块接所述数字信号处理器。可选地，所述换能器匹配电路包括片选芯片和多个电感值不同的电感，所述片选芯片的每个选择通道上串接一个所述电感，所述片选芯片的控制端接所述数字信号处理器，所述片选芯片的输出端分别接超声换能器和所述功率放大电路的输出端。可选地，所述换能器匹配电路包括可调电感，所述可调电感的控制端接所述数字信号处理器，所述可调电感的输出端分别接超声换能器和所述功率放大电路的输出端。可选地，所述超声刀主机还包括微控制器、输入模块、显示模块、音频播放模块及通讯模块，所述微控制器分别与所述输入模块、显示模块、音频播放模块及通讯模块连接，所述微控制器还与所述数字信号处理器连接。可选地，所述超声刀主机还包括开关电源模块，所述开关电源模块与所述功率放大电路连接，为所述功率放大电路提供电源。可选地，所述超声刀主机还包括安全检测模块，所述安全检测模块接所述功率放大电路的输出端，所述安全检测模块还与所述可编程逻辑模块连接，所述安全检测模块对所述功率放大电路的输出电压和输出电流进行监测，发现异常情况时向所述可编程逻辑模块反馈警报信号。可选地，所述电压采样转换模块包括电压采样单元和第一模数转换单元，所述电压采样单元的输入端接所述功率放大电路的输出端，所述电压采样单元的输出端接所述第一模数转换单元的输入端，所述第一模数转换单元的输出端接所述可编程逻辑模块；所述电流采样转换模块包括电流采样单元和第二模数转换单元，所述电流采样单元的输入端接所述功率放大电路的输出端，所述电流采样单元的输出端接所述第二模数转换单元的输入端，所述第二模数转换单元的输出端接所述可编程逻辑模块。同时，为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术还提供一种超声刀系统，包括上述任意一项所述的超声刀主机，还包括超声换能器、超声刀头和温度传感器，所述功率放大电路的输出端分别接所述换能器匹配电路的输出端、所述超声换能器的输入端，所述超声换能器的输出端接所述超声刀头，所述温度传感器设置在所述超声换能器内，所述温度传感器接所述数字信号处理器。此外，为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术还提供一种超声刀系统换能器阻抗的自动调节方法，包括步骤：提供超声刀系统，所述超声刀系统包括超声刀主机、超声换能器和温度传感器，所述超声刀主机包括换能器匹配电路，所述换能器匹配电路能提供多个感值不同的电感；启动所述超声刀主机，控制所述换能器匹配电路将第一电感接入所述超声换能器，并向所述超声换能器输出第一信号；在所述超声换能器工作时，通过所述温度传感器采集所述超声换能器的实时温度；根据所述超声换能器的实时温度，利用静态电容与温度的拟合曲线公式计算所述超声换能器的静态电容；根据所述静态电容以及所述超声刀系统的工作频率范围，计算匹配电感的取值范围；控制所述换能器匹配电路将第二电感接入超声换能器，所述第二电感的感值满足所述匹配电感的取值范围。可选地，所述静态电容与温度的拟合曲线公式为：C0＝anTn+an-1Tn-1+an-2Tn-2+…+a1T+a0；其中，C0表示所述超声换能器的静态电容；an、an-1、an-2、…、a1、a0表示拟合曲线的系数，在所述超声换能器出厂时标定计算得出；n为正整数，T表示所述超声换能器的温度。可选地，所述超声刀系统换能器阻抗的自动调节方法还包括步骤：若所述换能器匹配电路中不存在满足所述匹配电感的取值范围的所述第二电感，则在更换所述超声换能器之后再重复上述步骤。如上所述，本专利技术的超声刀主机，具有以下有益效果：在超声刀主机中加入换能器匹配电路，并结合数字信号处理器的计算控制，可以通过外接超声换能器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超声刀主机，其特征在于，包括：数字信号处理器、可编程逻辑模块、波形发生器、数模转换器、功率放大电路、换能器匹配电路、电压采样转换模块及电流采样转换模块；所述数字信号处理器接所述波形发生器，所述波形发生器接所述功率放大电路的输入端，所述数字信号处理器接所述数模转换器，所述数模转换器接所述功率放大电路的输入端，所述功率放大电路的输出端接所述换能器匹配电路，所述数字信号处理器接所述换能器匹配电路，所述数字信号处理器调节控制所述换能器匹配电路提供的电感；/n所述功率放大电路的输出端接所述电压采样转换模块，所述电压采样转换模块接所述可编程逻辑模块，所述功率放大电路的输出端接所述电流采样转换模块，所述电流采样转换模块接所述可编程逻辑模块，所述可编程逻辑模块接所述数字信号处理器。/n

【技术特征摘要】
1.一种超声刀主机，其特征在于，包括：数字信号处理器、可编程逻辑模块、波形发生器、数模转换器、功率放大电路、换能器匹配电路、电压采样转换模块及电流采样转换模块；所述数字信号处理器接所述波形发生器，所述波形发生器接所述功率放大电路的输入端，所述数字信号处理器接所述数模转换器，所述数模转换器接所述功率放大电路的输入端，所述功率放大电路的输出端接所述换能器匹配电路，所述数字信号处理器接所述换能器匹配电路，所述数字信号处理器调节控制所述换能器匹配电路提供的电感；
所述功率放大电路的输出端接所述电压采样转换模块，所述电压采样转换模块接所述可编程逻辑模块，所述功率放大电路的输出端接所述电流采样转换模块，所述电流采样转换模块接所述可编程逻辑模块，所述可编程逻辑模块接所述数字信号处理器。


2.根据权利要求1所述的超声刀主机，其特征在于，所述换能器匹配电路包括片选芯片和多个电感值不同的电感，所述片选芯片的每个选择通道上串接一个所述电感，所述片选芯片的控制端接所述数字信号处理器，所述片选芯片的输出端分别接超声换能器和所述功率放大电路的输出端。


3.根据权利要求1所述的超声刀主机，其特征在于，所述换能器匹配电路包括可调电感，所述可调电感的控制端接所述数字信号处理器，所述可调电感的输出端分别接超声换能器和所述功率放大电路的输出端。


4.根据权利要求2或3所述的超声刀主机，其特征在于，所述超声刀主机还包括微控制器、输入模块、显示模块、音频播放模块及通讯模块，所述微控制器分别与所述输入模块、显示模块、音频播放模块及通讯模块连接，所述微控制器还与所述数字信号处理器连接。


5.根据权利要求1所述的超声刀主机，其特征在于，所述超声刀主机还包括开关电源模块，所述开关电源模块与所述功率放大电路连接，为所述功率放大电路提供电源。


6.根据权利要求1所述的超声刀主机，其特征在于，所述超声刀主机还包括安全检测模块，所述安全检测模块接所述功率放大电路的输出端，所述安全检测模块还与所述可编程逻辑模块连接，所述安全检测模块对所述功率放大电路的输出电压和输出电流进行监测，发现异常情况时向所述可编程逻辑模块反馈警报信号。


7.根据权利要求1所述的超声刀主机，其特征在于，所述电压采样转换模块包括电压采样单元和第一模数转换单元，所述电压采样单元的输入端接...

【专利技术属性】
技术研发人员：李彦俊，李康，蓝健华，
申请(专利权)人：重庆迈科唯医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆;50