高壓電場治療儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種高壓電場治療儀，包括：微控制器、模擬控制電路、高壓變換器和電源模塊；微控制器，接收用戶輸入的電壓、頻率和波形控制信號，產(chǎn)生用于控制模擬控制電路產(chǎn)生相應(yīng)的頻率和電平的模擬低電壓控制信號和波形控制信號；模擬控制電路，接收來自微控制器的模擬低電壓控制信號和波形控制信號；高壓變換器，接收來自模擬控制電路的具有波形的中壓電壓信號轉(zhuǎn)化為高壓電壓信號輸出；微控制器進一步包括：具有延時單元的相位累加器、相位截斷單元和查找表。本發(fā)明可產(chǎn)生多種電脈沖波形和高壓值，不僅用戶可根據(jù)自身的需求調(diào)節(jié)高壓和脈沖波形，而且適用于家用和醫(yī)用臨床理療，結(jié)構(gòu)緊湊、功能穩(wěn)定，方便了普通用戶的日常操作。
【專利說明】局壓電場治療儀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電場治療儀領(lǐng)域，具體涉及一種高壓電場治療儀。

【背景技術(shù)】
[0002] 電場治療儀是通過使用100〇r30000V電壓，創(chuàng)造一種電磁環(huán)境，主要是電場環(huán) 境，對人體進行調(diào)節(jié)，保持人體的內(nèi)環(huán)境的綜合平衡，達到治療神經(jīng)類慢性疾病目的的儀 器。國內(nèi)目前對于電場治療儀尚無明確分類。電場治療儀通常分為家庭理療用和醫(yī)院治療 使用兩種。家庭用電場治療儀所用的電壓一般不高于9000V，而醫(yī)院用電場治療儀所用的 電壓一般在9000V到30000V之間。電場治療儀通常由高壓發(fā)生器及產(chǎn)生電場的電極等結(jié) 構(gòu)單元組成，一般具有電場波形調(diào)節(jié)、參數(shù)輸入和顯示等功能，但目前市面上在售的電場治 療儀波形產(chǎn)生的種類、高壓產(chǎn)生的種類單一，多數(shù)的電場治療儀僅適用于家庭理療用，因此 難以滿足各種用戶的多樣化需求和醫(yī)院治療的用途。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明提供一種高壓電場治療儀，此高壓電場治療儀可輸出2種以上高壓值的電 場治療儀，可產(chǎn)生多種電脈沖波形和高壓值，不僅用戶可根據(jù)自身的需求調(diào)節(jié)高壓和脈沖 波形，而且適用于家用和醫(yī)用臨床理療，滿足多樣化的市場需求；且結(jié)構(gòu)緊湊、功能穩(wěn)定，方 便了普通用戶的日常操作。
[0004] 為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種高壓電場治療儀，包括：微控制 器、模擬控制電路、高壓變換器和電源模塊； 所述微控制器，接收用戶輸入的電壓、頻率和波形控制信號，產(chǎn)生用于控制模擬控制電 路輸出相應(yīng)頻率和電平的模擬低電壓控制信號和波形控制信號，此模擬低電壓控制信號用 于調(diào)整電場的電壓，波形控制信號用于調(diào)整電場的頻率和波形； 所述模擬控制電路，接收來自微控制器的模擬低電壓控制信號和波形控制信號，并將 該模擬低電壓控制信號轉(zhuǎn)換為模擬中電壓信號，作為變壓器的輸入信號，并向微控制器的 輸入接口提供輸出信號的電平值，同時根據(jù)波形控制信號調(diào)整電場的頻率和波形； 所述高壓變換器，接收來自模擬控制電路的具有波形的中壓電壓信號轉(zhuǎn)化為高壓電壓 信號輸出； 所述輸入控件，接收用戶直接操作輸入的頻率、波形和電壓指令從而形成電壓、頻率和 波形控制信號，將該電壓、頻率和波形控制信號送入微控制器的輸入接口； 所述電源模塊，將交流220V/50HZ變換到直流電壓，為各模塊提供工作電壓； 顯示屏，用于顯示當(dāng)前高壓電場治療儀的工作狀態(tài)，工作狀態(tài)包括電壓幅度、頻率和波 形類型； 所述微控制器進一步包括：具有延時單元的相位累加器、相位截斷單元和查找表，輸入 的頻率控制字經(jīng)相位累加之后，送入相位截斷單元進行處理，處理后的信號作為查找表的 輸入地址進行查表輸出波形信號，當(dāng)輸出正弦波形時，查找表儲存正弦信號，當(dāng)輸出矩形波 時，查找表儲存矩形信號，當(dāng)輸出三角波時，查找表儲存三角波信號； 所述模擬控制電路包括依次串連的第一高速光耦、第一 MOS功率管、2個第二MOS功率 管，一脈沖調(diào)制器位于第一運算放大器和第一高速光稱之間，一分壓電阻位于第一 MOS功 率管和第一運算放大器之間，第二運算放大器、第三運算放大器和2個第二高速光耦依次 串連，且2個第二高速光耦分別連接到2個第二MOS功率管上。
[0005] 上述技術(shù)方案中的進一步改進方案如下： 1.上述方案中，所述波形類型為矩形波、正弦波、三角波。
[0006] 2.上述方案中，所述高壓變換器將最大幅度為200V的電壓信號變換為9000V或 30kV的電壓信號。
[0007] 3.上述方案中，所述輸入控件包括電壓控制旋鈕、波形選擇按鈕、高壓輸出按鈕 和頻率控制旋鈕。
[0008] 由于上述技術(shù)方案運用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點和效果： 本發(fā)明高壓電場治療儀，其不僅實現(xiàn)了輸出高壓可任意調(diào)節(jié)，工作頻率也可在10Hz? 1kHz任意調(diào)節(jié)。根據(jù)用戶的需要，設(shè)備也可選擇三種工作波形：正弦波、方波及三角波。整 個設(shè)備采用全塑料盒體，安全性高，即使輸出高壓短接到地，電流也不超過1mA，設(shè)備內(nèi)部設(shè) 置了短路保護。設(shè)備操作界面簡潔、便利，工作電壓和工作頻率均直接通過設(shè)備面板顯示屏 顯示；便于用戶根據(jù)自身條件，設(shè)定相應(yīng)的電壓、頻率和波形。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009] 附圖1為本發(fā)明高壓電場治療儀結(jié)構(gòu)原理示意圖； 附圖2為本發(fā)明高壓電場治療儀中微控制器波形產(chǎn)生原理示意圖； 附圖3為本發(fā)明波形產(chǎn)生程序流程示意圖； 附圖4為本發(fā)明模擬控制電路結(jié)構(gòu)示意圖； 附圖5為本發(fā)明微控制器與模擬控制電路的DA接口電路示意圖； 附圖6為本發(fā)明微控制器與模擬控制電路波形幅度控制信號接口電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010] 以上附圖中：1、微控制器；2、模擬控制電路；3、高壓變換器；4、電源模塊；5、輸入 控件；6、顯示屏；7、延時單元；8、相位累加器；9、相位截斷單元；10、查找表；11、第一高速 光耦；12、第一 M0S功率管；13、第二M0S功率管；14、第一運算放大器；15、分壓電阻；16、第 二運算放大器；17、第三運算放大器；18、第二高速光耦；19、第一運算放大器。

【具體實施方式】
[0011] 下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步描述： 實施例：一種高壓電場治療儀，包括：微控制器1、模擬控制電路2、高壓變換器3和電 源模塊4 ; 所述微控制器1，接收用戶輸入的電壓、頻率和波形控制信號，產(chǎn)生用于控制模擬控制 電路2產(chǎn)生相應(yīng)的頻率和電平的模擬低電壓控制信號和波形控制信號，此模擬低電壓控制 信號用于調(diào)整電場的電壓，波形控制信號用于調(diào)整電場的頻率和波形； 所述模擬控制電路2，接收來自微控制器1的模擬低電壓控制信號和波形控制信號，并 將該模擬低電壓控制信號轉(zhuǎn)換為模擬中電壓信號，作為變壓器的輸入信號，并向微控制器1 的輸入接口提供輸出信號的電平值，同時根據(jù)波形控制信號調(diào)整電場的頻率和波形； 所述高壓變換器3,接收來自模擬控制電路2的具有波形的中壓電壓信號轉(zhuǎn)化為高壓 電壓信號輸出； 所述輸入控件5,接收用戶直接操作輸入的頻率、波形和電壓指令從而形成電壓、頻率 和波形控制信號，將該電壓、頻率和波形控制信號送入微控制器的輸入接口； 所述電源模塊4,將交流220V/50HZ變換到直流電壓，為各模塊提供工作電壓； 顯示屏6,用于顯示當(dāng)前高壓電場治療儀的工作狀態(tài)，工作狀態(tài)包括電壓幅度、頻率和 波形類型； 所述微控制器1進一步包括：具有延時單元7的相位累加器8、相位截斷單元9和查找 表10,輸入的頻率控制字經(jīng)相位累加之后，送入相位截斷單元9進行處理，處理后的信號作 為查找表10的輸入地址進行查表輸出波形信號，當(dāng)輸出正弦波形時，查找表10儲存正弦信 號，當(dāng)輸出矩形波時，查找表10儲存矩形信號，當(dāng)輸出三角波時，查找表10儲存三角波信 號； 所述模擬控制電路2包括依次串連的第一高速光耦11、第一 MOS功率管12、2個第二 MOS功率管13, 一脈沖調(diào)制器14位于第一運算放大器19和第一高速光稱11之間，一分壓 電阻15位于第一 MOS功率管12和第一運算放大器19之間，第二運算放大器16、第三運算 放大器17和2個第二高速光耦18依次串連，且2個第二高速光耦18分別連接到2個第二 MOS功率管13上。模擬信號接收來自控制器經(jīng)過LM358處理的v〇ltage_Ctrl信號和DA_ OUT信號，其中v〇ltage_Ctrl信號為電壓控制數(shù)字信號，DA_OUT是包括了頻率和波形的模 擬低壓信號。第二高速光耦起到快速開關(guān)作用(通過DA_0UT和i_back信號的比較結(jié)果 控制)。如果該比較結(jié)果大于光耦的開啟電壓，則光耦為開，否則為關(guān)。兩個光耦的輸出端 分別連接兩個功率管的輸入端，M0S功率管起到信號的放大作用，即將該高速光耦的輸出結(jié) 果進行放大。
[0012] 上述波形類型為矩形波、正弦波、三角波。
[0013] 上述高壓變換器將最大幅度為200V的電壓信號變換為9000V或30kV的電壓信 號。
[0014] 上述輸入控件包括電壓控制旋鈕、波形選擇按鈕、高壓輸出按鈕和頻率控制旋鈕。
[0015] 不同于常規(guī)控制電路，高電壓治療儀中要實現(xiàn)工作頻率范圍為1Hz?1kHz，掃頻 范圍可達1000倍的矩形波、正弦波、三角波幾種高壓輸出。方案中所使能的微控制器結(jié)合 DDS的工作原理，可完成所需的功能需求。具體的工作原理如圖2所示。
[0016] DDS主要分為相位累加器、相位截斷和查找表三個部分。其中，相位累加器包括累 加和延時單元；相位截斷功能是將N位寬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為N-m位寬數(shù)據(jù)，以減少查找表地址；查 找表本質(zhì)上是一個只讀的儲存器R0M，查找表的內(nèi)容為二進制波形數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)產(chǎn)生的方法 很多，可以通過手工計算輸入，也可通過matlab軟件工具中的函數(shù)生成。
[0017] 輸入的頻率控制字經(jīng)相位累加之后，送入相位截斷單元進行處理，處理后的信號 作為查找表的輸入地址進行查表輸出波形信號。
[0018] 當(dāng)輸出正弦波形時，查找表儲存正弦信號；當(dāng)輸出矩形波時，查找表儲存矩形信 號；當(dāng)輸出三角波時，查找表儲存三角波信號。
[0019] 假設(shè)"工作時鐘"，該時鐘為時鐘電路輸入的8MHz時鐘信號，通過微控制器的倍 頻功能進行倍頻后，"頻率控制字"為A，相位累加器的位寬為N，相位截斷位寬為M，查找表 的深度為D，則波形輸出頻率為--，則它們之間的關(guān)系如下： A 采用微控制器STM32F103ZET6,其FLASH的容量為512KB，DA的位寬為12,最快 的工作時鐘約為250K，要求產(chǎn)生的頻率為1?1000Hz，則累加器位寬N最小應(yīng)為： [1呢(2501(/1)]=18，相位截斷位寬采用16位，則3種存儲波形所占用的空間小于2881?。此 時，微控制器的FLASH容量滿足要求。
[0020] 通過運行于微控制器產(chǎn)生3種波形的具體實現(xiàn)方法為：將歸一化的1個周期正弦、 方波或三角波信號幅度值轉(zhuǎn)換二進制數(shù)據(jù)，并將該二進制數(shù)據(jù)定義為常量數(shù)組的方式存儲 在flash中，采用微控制器上所具有的定時中斷功能對常量數(shù)組進行逐個查找輸出，即可 產(chǎn)生相應(yīng)的波形信號。中斷的定時時間即為采樣時間，通過改變該參數(shù)，即可改變輸出的信 號的頻率。具體的流程圖如圖4所示。
[0021] 信號波形控制 微控制器通過輸出接口輸出三種波形信號送給"模擬控制電路"的后續(xù)處理如圖4所 示。D/A輸出的信號（0?3. 3V)經(jīng)運放LM358進行正負(fù)差分轉(zhuǎn)換為-3. 3V?3. 3V (輸入的 0對應(yīng)-3. 3V，3. 3V對應(yīng)3. 3V)。該信號與初級線圈輸出的以校準(zhǔn)輸出高壓信號精度的反饋 信號Iback同運放LM148進行差分比較，當(dāng)DA的值大于iback信號的值，則輸出高'1'，否 貝 1J，輸出低'〇'。DA和iback比較后的輸出信號，控制高速光f禹A4504輸入端發(fā)光二極管的 開啟和閉合，當(dāng)輸出信號為'1'時，A4504輸出為低'0'，否則為高'1'。
[0022] 在高速光耦輸出信號的控制下，通過兩個IRF840 (IRF840是一個高速信號開關(guān)， 當(dāng)G (源極）為高時通道開啟，信號輸出，當(dāng)G為低時通道閉合，信號阻塞無信號輸出）輸出 到變壓器的初級，經(jīng)高壓變換線圈后輸出需要的高壓電壓。一定波形的〇?200V電壓幅度 經(jīng)100 :4500的變壓器，最終輸出9kV高壓信號或輸入到匝數(shù)比為1:150變換線圈的初級， 次級輸出30kV高壓信號。
[0023] 電壓幅度控制 LM358運算放大器將微控制器通過輸出接口和串行DA5615進行電平轉(zhuǎn)換后輸出的高 壓控制信號（V0LTAGE_CTRL)和模擬控制電路的中壓模擬信號（0?200V)通過電阻R11和 R12分壓后的信號進行比較，輸出高低（'Γ和'0'）脈沖信號。然后，反饋到脈沖調(diào)制控制 芯片TL494,產(chǎn)生調(diào)制的脈沖信號（具體的調(diào)制脈沖信號可參考該芯片的數(shù)據(jù)手冊)，該調(diào)制 脈沖信號用來控制，高速光耦耦合的輸出信號，進一步控制M0S功率管IRF840的輸出電壓 (0?200V)，從而達到所需輸出電壓幅度要求。
[0024] 控制器與模擬控制電路接口 微控制器采用意法半導(dǎo)體的STM32F103ZET6 ARM芯片，通過該芯片的DAC1引腳輸出模 擬波形信號(三種波形信號）至模擬控制電路。同時，通過PA3、PA5和PA7輸出電壓控制信 號，經(jīng)TLC5615竄行DA轉(zhuǎn)換信號轉(zhuǎn)換為模擬votage_ctrl信號，最終控制模擬控制電路的 信號波形幅度（〇?200V)，接口電路分別如圖5和圖6所示。
[0025] 采用上述高壓電場治療儀時，其不僅實現(xiàn)了輸出高壓可任意調(diào)節(jié)，工作頻率也可 在10Hz?1kHz任意調(diào)節(jié)。根據(jù)用戶的需要，設(shè)備也可選擇三種工作波形：正弦波、方波及 三角波。整個設(shè)備采用全塑料盒體，安全性高，即使輸出高壓短接到地，電流也不超過1mA， 設(shè)備內(nèi)部設(shè)置了短路保護。設(shè)備操作界面簡潔、便利，工作電壓和工作頻率均直接通過設(shè)備 面板顯示屏顯示；便于用戶根據(jù)自身條件，設(shè)定相應(yīng)的電壓、頻率和波形。
[0026] 上述實施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術(shù)的人 士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍。凡根據(jù)本發(fā)明 精神實質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種高壓電場治療儀，其特征在于：包括：微控制器（1)、模擬控制電路（2)、高壓變 換器（3)和電源模塊（4); 所述微控制器（1)，接收用戶輸入的電壓、頻率和波形控制信號，產(chǎn)生用于控制模擬控 制電路（2)產(chǎn)生相應(yīng)的頻率和電平的模擬低電壓控制信號和波形控制信號，此模擬低電壓 控制信號用于調(diào)整電場的電壓，波形控制信號用于調(diào)整電場的頻率和波形； 所述模擬控制電路（2)，接收來自微控制器（1)的模擬低電壓控制信號和波形控制信 號，并將該模擬低電壓控制信號轉(zhuǎn)換為模擬中電壓信號，作為高壓變換器（3)的輸入信號， 并向微控制器（1)的輸入接口提供輸出信號的電平值，同時根據(jù)波形控制信號調(diào)整電場的 頻率和波形； 所述高壓變換器（3)，接收來自模擬控制電路（2)的具有波形的中壓電壓信號轉(zhuǎn)化為 高壓電壓信號輸出； 所述輸入控件（5)，接收用戶直接操作輸入的頻率、波形和電壓指令從而形成電壓、頻 率和波形控制信號，將該電壓、頻率和波形控制信號送入微控制器的輸入接口； 所述電源模塊（4)，將交流220V/50HZ變換到直流電壓，為各模塊提供工作電壓； 顯示屏（6)，用于顯示當(dāng)前高壓電場治療儀的工作狀態(tài)，工作狀態(tài)包括電壓幅度、頻率 和波形類型； 所述微控制器（1)進一步包括：具有延時單元（7)的相位累加器（8)、相位截斷單元（9) 和查找表（10)，輸入的頻率控制字經(jīng)相位累加之后，送入相位截斷單元（9)進行處理，處理 后的信號作為查找表（10)的輸入地址進行查表輸出波形信號，當(dāng)輸出正弦波形時，查找表 (10)儲存正弦信號，當(dāng)輸出矩形波時，查找表（10)儲存矩形信號，當(dāng)輸出三角波時，查找表 (10)儲存三角波信號； 所述模擬控制電路（2)包括依次串連的第一高速光耦（11 )、第一 MOS功率管（12)、2個 第二MOS功率管（13)，一脈沖調(diào)制器（14)位于第一運算放大器（19)和第一高速光耦（11) 之間，一分壓電阻（15)位于第一 MOS功率管（12)和第一運算放大器（19)之間，第二運算放 大器（16)、第三運算放大器（17)和2個第二高速光耦（18)依次串連，且2個第二高速光耦 (18)分別連接到2個第二MOS功率管（13)上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓電場治療儀，其特征在于：所述波形類型為矩形波、正 弦波、三角波。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓電場治療儀，其特征在于：所述高壓變換器將最大幅度 為200V的電壓信號變換為9000V或30kV的電壓信號。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓電場治療儀，其特征在于：所述輸入控件包括電壓控制 旋鈕、波形選擇按鈕、高壓輸出按鈕和頻率控制旋鈕。
【文檔編號】A61N1/00GK104208809SQ201410489820
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月23日
【發(fā)明者】楊曉冬, 劉小龍, 張云, 魏達秀 申請人:楊曉冬, 劉小龍, 張云, 魏達秀