专利名称：一种用于白内障超声乳化仪中超声手柄的调谐电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于超声手术设备的调谐电路，尤其涉及一种白内障超声乳化仪中超声手柄的调谐电路。
背景技术：
白内障超声乳化仪是利用超声乳化手柄尖端的振动来破碎浑浊的晶状体组织，使其乳化。在谐振状态下，超声乳化手柄尖端的振动最强、输出效率最高，因此，超声乳化手柄的谐振是超声乳化功能实现的重要条件。超声乳化手柄的谐振频率会随着温度、负载条件等因素的变化而变化，跟踪谐振频率并保持超声乳化手柄的谐振是超声功率稳定输出的前提。谐振网络的等效阻抗Z由等效的电阻R与电抗X组成，其表达式如式(1)。Z = R+jX (1)当电路谐振时的电抗部分X为零时，则其等效阻抗Z表现为纯电阻R，其两端电压与流经网络的电流为同相位。传统的调谐方法利用该相频特性，通过锁相环等技术保持电压与电流同相，达到调谐与频率跟踪的目的。采用上述方法进行调谐与频率跟踪，虽然其原理很明确，但实现需通过取样、滤波、鉴相、积分、压控震荡等过程，除结构较复杂外，偶发的干扰就可能产生失谐现象，因此抗干扰能力较弱，其跟踪范围和捕捉范围都受到限制。

实用新型内容针对上述现有技术，本实用新型提供一种用于白内障超声乳化仪中超声手柄的调谐方法。本实用新型可以有效地跟踪超声手柄的谐振频率，实现简单可靠，而且易于滤除干扰信号，大大提高了抗干扰能力，且频率跟踪范围大。为了解决上述技术问题，本实用新型用于白内障超声乳化仪中超声手柄的调谐电路予以实现的技术方案是该调谐电路包括CPU、A/D转换器和直流电源，还包括一谐振网络，所述谐振网络由第一开关管、第二开关管、输出变压器、匹配电感和超声手柄组成；所述第一开关管连接在所述非门的输入端，所述第二开关管连接在所述非门的输出端，所述CPU 与所述第一开关管、所述非门和所述A/D转换器连接；所述CPU输出某一频率的方波控制第一开关管，同时，所述CPU经过所述非门控制第二开关管，使第一开关管和第二开关管交替导通，在所述输出变压器原边产生交变电流，进而在所述输出变压器副边感应出交流电压八，所述交流电压VJ乍为所述谐振网络的输入电压，以驱动所述超声手柄；所述A/D转换器与所述直流电源的输出连接，用于监测所述谐振网络两端的直流电源的电压V，以所述直流电源的电压最小值对应的频率为所述CPU输出的初始谐振频率；在所述超声手柄工作时， 以跟踪所述直流电源的电压最小值实现跟踪超声手柄的谐振频率。与现有技术相比，本实用新型的有益效果是本实用新型调谐电路可以直接监测直流电源输出电压，通过CPU控制可有效跟踪超声手柄的谐振频率，实现简单可靠，且由于直流电压的变化频率远低于干扰信号频率，易于滤除干扰信号，对于偶发的尖锋干扰，仅可能引起瞬间微小的波动，而不会影响整体的趋势，因而大大提高了抗干扰能力，且频率跟踪范围大。通常，在超声乳化仪的工作中，干扰主要来自数字电路的高频噪声和大功率开关电源工作时产生的尖峰干扰。由于本实用新型中是以直流电源的输出作为反馈量，其变化频率范围在IOOHz左右，而数字电路经常存在的干扰一般在IMHz以上。两者频率范围相差很大，很容易滤除干扰信号；对于尖峰干扰，如果正好赶上干扰来时采样，则可能造成CPU 错误的判断而使输出频率向错误的方向调节，这一错误将在下一次采样时予以纠正，不会造成错误累积，不会影响超声手柄的正常工作。对于现有技术中利用相频特性的锁相环等技术方案中，一个尖峰干扰造成的毛刺，将可能造成错误的判断，例如，事实上电流超前于电压，干扰使鉴相器做出相反的判断，使锁相环的输出频率向错误的方向调节，并且会持续向该方向调节，直至失调。图3示意出了虽然电流始终超前电压，一旦出现一个尖峰毛刺， 将会误判为电流滞后电压，并且电路无法自动纠正，会一直延续错误，直至失调。此外，传统的锁相环方法由于压控震荡器有工作范围，因而输出频率有范围限制，而利用本实用新型的调谐电路实现调谐其输出频率不受此限制；另外，谐振网络的相频特性具有如图4-1所示的曲线形式，当频率越过FD，将会向反方向追踪，导致失谐。而本实用新型调谐电路所产生的幅频特性曲线在很大范围符合追踪条件，如图4-2所示，因此跟踪范围大。

图1.是本实用新型调谐电路的原理图；图2是图1中电源及谐振网络的等效电路图；图3是现有技术利用相频特性的锁相环由于尖峰干扰而出现误判的示意图；图4-1是现有技术相频特性曲线；图4-2是本实用新型调谐电路所产生的幅频特性曲线；图5是利用本实用新型调谐电路实现频率跟踪的主流程图。图中1——第一开关管2——第二开关管 3——直流电源4——输出变压器5——匹配电感 6——超声手柄7——模数转换器8——CPU9——非门
具体实施方式
下面结合具体实施方式
对本实用新型作进一步详细地描述。如图1所示，本实用新型用于白内障超声乳化仪中超声手柄的调谐电路，包括 CPU8、A/D转换器7和直流电源3，还包括一谐振网络，所述谐振网络由第一开关管1、第二开关管2、输出变压器4、匹配电感5和超声手柄6组成；所述第一开关管1和所述第二开关管 2均采用大功率VMOS管，要求导通电阻很小，其导通电阻< 0. 1 Ω，如所述第一开关管1和所述第二开关管2均可采用型号为IRF540的开关管；所述第一开关管1连接在所述非门9 的输入端，所述第二开关管2连接在所述非门9的输出端，所述CPU8与所述第一开关管1、 所述非门9和所述A/D转换器7连接；所述CPU8输出某一频率的方波控制第一开关管1， 同时，所述CPU8经过所述非门9控制第二开关管2，使第一开关管1和第二开关管2交替导通，在所述输出变压器4原边产生交变电流，进而在所述输出变压器4副边感应出交流电压\，所述交流电压\作为所述谐振网络的输入电压，以驱动所述超声手柄6 ；所述A/D转换器7与所述直流电源3的输出连接，用于监测所述谐振网络两端的直流电源3的电压v， 以所述直流电源的电压最小值对应的频率为所述cpu输出的初始谐振频率；在所述超声手柄6工作时，以跟踪所述直流电源的电压最小值实现跟踪超声手柄的谐振频率。使用该调谐电路是利用谐振网络的幅频特性对白内障超声乳化仪中的超声手柄进行调谐。本实用新型电路中的所述匹配电感5是用于抵消超声手柄6的容抗成分的，而如何依超声手柄6的参数来确定该匹配电感5的参数属于本领域技术人员所熟知的常识，在此不再赘述。另外，所述直流电源3应是具有电源内阻的非理想电压源，其内阻为2 ω，非理想直流电源3输出的电压v经过所述模数转换器7送入cpu8中，所述cpu8通过分析比较， 取最小电压所对应的频率作为输出频率。本实用新型调谐电路的工作原理是图1中，所述匹配电感5与所述超声手柄6组成一谐振电路，经变换可等效为图2中所示的电阻11和电抗12的串联形式，其总阻抗为ζ。 而输出变压器4及其前端电路可等效为非理想交流电压源13。此时有
Izl|VL| = -^x|Vi|
ro+izi(2)式O)中|Z| = λ/R2 +X2(3)式⑶中ivli 为vl的模；ivi为等效交流电源输出电压vi的模；r0'为等效交流电源的内阻。式2中可推导出当|z|最小时，|v」最小。根据式3可知，当电抗为零时，也就是网络谐振时|z|最小。从而推导出当网络谐振时，|v」最小。根据输出变压器4的特性，其原边电压与副边电压是正相关的，而原边电压幅度由直流电源3的输出电压v决定。因此v与|v」具有相同的变化规律。根据以上推导可知，利用谐振网络的幅频特性，同样能够得到网络的谐振频率。将包括输出变压器、匹配电感和超声手柄在内的部分统一视作谐振网络，则可直接利用检测直流电压的最小值，得到谐振网络的谐振频率。如图5所示，本实用新型调谐电路实现跟踪所述超声手柄6的谐振频率的过程是乳化操作开始时，所述cpu8首先将扫频得到电压最小值对应的频率&作为超声手柄的初始谐振激给出，并检测所述谐振网络两端的电压v，同时令vs = v ；然后所述cpu8 以步进△ f提高输出频率，并检测此时所述谐振网络两端的输出电压v，与前一电压值比较，若后者小，即v < vs，则令vs = v，所述cpu8继续以相同的步进δ f提高输出频率；若后者大，即v> vs，也令vs = v，则所述cpu8以相同的步进af降低输出频率；重复此操作，始终跟踪所述谐振网络两端的电压最小值，使所述超乳手柄6时刻处于谐振状态，从而保证功率稳定输出，直至乳化操作结束。[0037]本实用新型采用直接监测直流电源输出电压的方法，可有效跟踪超声手柄的谐振频率，实现简单可靠，且由于直流电压的变化频率远低于干扰信号频率，易于滤除干扰信号，对于偶发的尖锋干扰，仅可能引起瞬间微小的波动，而不会影响整体的趋势，因而大大提高了抗干扰能力，且频率跟踪范围大。尽管上面结合图对本实用新型进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式
，上述的具体实施方式
仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本实用新型的保护之内。
权利要求1.一种用于白内障超声乳化仪中超声手柄的调谐电路，包括CPU(8)、A/D转换器(7)和直流电源(3)，其特征在于还包括一谐振网络，所述谐振网络由第一开关管(1)、第二开关管⑵、输出变压器、匹配电感(5)和超声手柄(6)组成；所述第一开关管⑴连接在所述非门(9)的输入端，所述第二开关管( 连接在所述非门(9)的输出端，所述CPU(S)与所述第一开关管(1)、所述非门(9)和所述A/D转换器(7)连接；所述CPU(S)输出某一频率的方波控制第一开关管(1)，同时，所述CPU(S)经过所述非门(9)控制第二开关管0)， 使第一开关管⑴和第二开关管⑵交替导通，在所述输出变压器⑷原边产生交变电流， 进而在所述输出变压器(4)副边感应出交流电压\，所述交流电压VJ乍为所述谐振网络的输入电压，以驱动所述超声手柄(6)；所述A/D转换器(7)与所述直流电源C3)的输出连接， 用于监测所述谐振网络两端的直流电源(3)的电压V，以所述直流电源的电压最小值对应的频率为所述CPU输出的初始谐振频率；在所述超声手柄(6)工作时，以跟踪所述直流电源的电压最小值实现跟踪超声手柄的谐振频率。
2.根据权利要求1所述的用于白内障超声乳化仪中超声手柄的调谐电路，其特征在于所述第一开关管(1)和所述第二开关管⑵均采用大功率VMOS管，其导通电阻 < 0. 1 Ω。
3.根据权利要求2所述的用于白内障超声乳化仪中超声手柄的调谐电路，其特征在于所述第一开关管(1)和所述第二开关管(2)均采用型号为IRFMO的开关管。
4.根据权利要求1所述的用于白内障超声乳化仪中超声手柄的调谐电路，其特征在于所述直流电源⑶具有电源内阻，其阻值为2Ω。
专利摘要本实用新型公开了一种用于白内障超声乳化仪中超声手柄的调谐电路，包括CPU、A/D转换器、直流电源和一谐振网络；谐振网络由第一开关管、第二开关管、输出变压器、匹配电感和超声手柄组成，CPU输出某一频率的方波控制第一开关管，并经过非门控制第二开关管，使第一、第二开关管交替导通，在输出变压器原边产生交变电流，在输出变压器副边感应出交流电压VL，交流电压VL作为谐振网络的输入电压驱动超声手柄；A/D转换器用于监测谐振网络两端的直流电源的电压V，以直流电源的电压最小值对应的频率为CPU输出的初始谐振频率；超声手柄工作时，跟踪直流电源的电压最小值，实现跟踪超声手柄的谐振频率。本实用新型抗干扰能力强，跟踪范围大、实现简单。
文档编号A61F9/007GK202161469SQ20112016144
公开日2012年3月14日 申请日期2011年5月19日 优先权日2011年5月19日
发明者宋学东, 李跃杰, 杨军, 王延群, 纪运红 申请人:天津迈达医学科技有限公司