專利名稱：一種串聯(lián)諧振式超聲信號(hào)源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及主要用于牙科及超聲清洗的超聲信號(hào)源。
超聲信號(hào)源通常由超聲換能器、振蕩器和電源組成。超聲換能器可分為壓電陶瓷式和磁致伸縮式兩種；它的兩個(gè)諧振頻率分別稱為串聯(lián)諧振頻率和并聯(lián)諧振頻率。根據(jù)超聲換能器的不同工作頻率，可將超聲信號(hào)源分為串聯(lián)諧振式和并聯(lián)諧振式兩大類。
當(dāng)超聲換能器工作在并聯(lián)諧振頻率時(shí)，超聲換能器的阻抗達(dá)到最大值，并隨著機(jī)械負(fù)載的增加而減小。目前有些設(shè)備利用上述阻抗的變化特性，用恒壓源來實(shí)現(xiàn)輸出功率和阻抗的匹配，即功率的自動(dòng)跟蹤。此方法的不足之處是需要給超聲換能器提供很高的激勵(lì)電壓，以產(chǎn)生足夠的輸出功率。由于并聯(lián)諧振時(shí)系統(tǒng)的工作電壓很高，因此該方法不太適合儀器和病人直接接觸的醫(yī)療應(yīng)用場合。
當(dāng)超聲換能器工作在串聯(lián)諧振頻率時(shí)，超聲換能器的阻抗達(dá)到最小值，并隨著機(jī)械負(fù)載的增加而增加。和并聯(lián)諧振相比，在相同的輸出功率下，串聯(lián)諧振超聲換能器所需的激勵(lì)電壓遠(yuǎn)小于并聯(lián)諧振時(shí)的激勵(lì)電壓。當(dāng)超聲信號(hào)源的電源為恒壓源時(shí)，系統(tǒng)的輸出功率將隨著換能器阻抗的增加而減小，即機(jī)械負(fù)載的增加將導(dǎo)致輸出功率的減小。因此，在串聯(lián)諧振方式下采用恒壓源，不僅無法實(shí)現(xiàn)功率的自動(dòng)跟蹤，而且輸出功率會(huì)不斷偏離匹配功率，與操作者的意愿相違背。因此，如何合理地設(shè)計(jì)系統(tǒng)電源成為串聯(lián)諧振式超聲信號(hào)源設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。
法國SATELEC公司專利號(hào)為7715247的發(fā)明專利提出，采用固定恒流源和可變恒壓源的并聯(lián)可實(shí)現(xiàn)串聯(lián)諧振式超聲信號(hào)源的輸出功率和換能器阻抗的匹配，完成功率自動(dòng)跟蹤，并能將輸出功率控制在一定的范圍內(nèi)。但是，該系統(tǒng)存在以下不足之處當(dāng)系統(tǒng)工作在固定恒流源狀態(tài)時(shí)，輸出功率由恒流源和換能器阻抗決定；由于電流為一常數(shù)，因此輸出功率只取決于換能器阻抗，阻抗不變，則輸出功率不變。調(diào)整恒壓源只能改變系統(tǒng)的最大輸出功率，卻無法改變整個(gè)自動(dòng)功率跟蹤范圍內(nèi)的輸出功率，而且自動(dòng)功率跟蹤范圍小，并且隨著最大輸出功率的降低而減小。上述方法在一定程度上限制了該系統(tǒng)的靈活性，給使用帶來不便；且由于固定恒流源和恒壓源是由分立元件實(shí)現(xiàn)的，因此該系統(tǒng)難以獲得較高的性能指標(biāo)，而且調(diào)試復(fù)雜。
本實(shí)用新型提出一種輸出功率在整個(gè)自動(dòng)功率跟蹤范圍內(nèi)都可隨意調(diào)整的串聯(lián)諧振式超聲信號(hào)源，以解決現(xiàn)有技術(shù)的上述問題。
附

圖1為本實(shí)用新型串聯(lián)諧振式超聲信號(hào)源的原理框圖。
這種串聯(lián)諧振式超聲信號(hào)源，由整流濾波器4、限壓恒流源3、振蕩器2和超聲換能器1組成，其特征在于所述限壓恒流源為限壓可變恒流源；所述整流濾波器的輸出端接限壓可變恒流源的輸入端，限壓可變恒流源的輸出端接振蕩器的電源端，振蕩器的輸出端接超聲換能器，整流濾波器的輸入端接交流電源。
所述限壓可變恒流源可采用電壓調(diào)整器加外圍電路來實(shí)現(xiàn)，也可直接用可變恒流源代替限壓可變恒流源來實(shí)現(xiàn)。
由于本實(shí)用新型串聯(lián)諧振式超聲信號(hào)源中采用限壓可變恒流源來代替現(xiàn)有技術(shù)中的限壓恒流源，因此恒流源的電流值可根據(jù)需要隨意調(diào)整，從而獲得系統(tǒng)輸出功率和換能器阻抗的最佳匹配，使得換能器的輸出功率在很寬的自動(dòng)功率跟蹤范圍內(nèi)都可隨意調(diào)整。當(dāng)換能器阻抗小于門限值時(shí)，電源工作在恒流源方式，輸出功率將隨著換能器阻抗的增加而增加，從而實(shí)現(xiàn)功率的自動(dòng)跟蹤，只要調(diào)整恒流源的電流值，即可改變系統(tǒng)的輸出功率；當(dāng)阻抗大于門限值時(shí)，電源工作在恒壓源方式，即限壓方式，輸出功率將隨著換能器阻抗的增加而減小，從而限制了換能器的輸出功率不會(huì)因換能器阻抗過大而產(chǎn)生過大的輸出功率，只要調(diào)整恒壓源的電壓值，即可調(diào)整限壓值，從而可改變系統(tǒng)輸出功率的限制范圍，使整個(gè)系統(tǒng)工作在設(shè)定的安全范圍內(nèi)。本實(shí)用新型克服了現(xiàn)有技術(shù)因其采用固定恒流源而無法改變整個(gè)自動(dòng)功率跟蹤范圍內(nèi)的輸出功率和自動(dòng)功率跟蹤范圍小的缺點(diǎn)。
將本實(shí)用新型串聯(lián)諧振式超聲信號(hào)源的超聲換能器1采用超聲潔牙換能器，則構(gòu)成超聲潔牙機(jī)；采用超聲清洗換能器，則構(gòu)成超聲清洗機(jī)。
采用本實(shí)用新型串聯(lián)諧振式超聲信號(hào)源構(gòu)成的超聲潔牙機(jī)，不僅能有效地完成功率的自動(dòng)跟蹤，控制換能器的輸出功率在一定的安全范圍內(nèi)，且自動(dòng)功率跟蹤范圍寬，不受最大輸出功率的限制，輸出功率可根據(jù)需要隨意調(diào)整，從而使得超聲潔牙機(jī)能快速有效地清除牙結(jié)石，而不傷及牙齒。
本實(shí)用新型串聯(lián)諧振式超聲信號(hào)源也可用于其它超聲設(shè)備。
若限壓可變恒流源采用集成電路來實(shí)現(xiàn)，則系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)更加簡單，調(diào)試更加方便，并能獲得較高的性能指標(biāo)。
以下是本實(shí)用新型的實(shí)施例。
實(shí)施例1本實(shí)施例為用電壓調(diào)整器加外圍電路構(gòu)成限壓可變恒流源的串聯(lián)諧振式超聲信號(hào)源的一種實(shí)施方式。所述電壓調(diào)整器采用帶限流的電壓調(diào)整器集成電路LM723。
附圖2給出了采用電壓調(diào)整器LM723加外圍電路構(gòu)成串聯(lián)諧振式超聲信號(hào)源的實(shí)施方式電路圖。具體元件及其連接方式如下整流濾波器4由電源變壓器28、全波整流電橋29、濾波電容30、開關(guān)5和電磁閥6組成。電源變壓器28的初級(jí)接交流電源、次級(jí)接全波整流電橋29的輸入端；在全波整流電橋29的輸出端并聯(lián)濾波電容30；開關(guān)5和電磁閥6串聯(lián)后和濾波電容30并聯(lián)連接，其中濾波電容30的正端接開關(guān)5、負(fù)端接電磁閥6；開關(guān)5和電磁閥6的連接點(diǎn)為整流濾波器4的輸出端B，濾波電容30的負(fù)端為整流濾波器4的輸出端D。
限壓可變恒流源3由標(biāo)號(hào)為7的電壓調(diào)整器LM723、三極管9、可變電阻10、電容8、可變電阻11、電阻12和電容13組成。LM723的11腳和12腳相連，5腳和6腳相連，7腳接地，可變電阻10的兩端分別連接LM723的2腳和3腳，可變電阻11的兩端分別連接LM723的3腳和4腳，電阻12的兩端分別連接LM723的4腳和地，電容8的兩端分別連接LM723的4腳和13腳，三極管9的基極、集電極、發(fā)射極分別連接LM723的10腳、11腳和2腳，電容13連接到LM723的3腳和地之間。其中可變電阻10用來調(diào)整恒流源的電流值，可變電阻11和電阻12用來確定恒壓源的電壓值。LM723的11腳為限壓可變恒流源3的輸入端，LM723的3腳為限壓可變恒流源3的輸出端。
振蕩器2由三極管20、電阻15、輸出變壓器18、電感16、電容14、電容17和電阻19組成。C端為振蕩器2的電源端，C端和地之間接電容14，C端和三極管20的基極間接電阻15，C端和三極管20的集電極之間接輸出變壓器18的初級(jí)，三極管20的發(fā)射極接地，輸出變壓器18的次級(jí)的一端分別接電阻19和串聯(lián)的電感16和電容17，串聯(lián)的電感16和電容17的另一端接三極管20的基極，電阻19的另一端接地；輸出變壓器18的次級(jí)的另一端為振蕩器2的輸出端。
整流濾波器4、限壓可變恒流源3、振蕩器2和超聲換能器1按如下連接整流濾波器4的輸出端B接限壓可變恒流源3的輸入端，整流濾波器4的輸出端D接地，限壓可變恒流源3的輸出端接振蕩器2的電源端，振蕩器2的輸出端和地之間接超聲換能器1。振蕩器2工作在超聲換能器1的串聯(lián)諧振頻率上。
將本實(shí)用新型串聯(lián)諧振式超聲信號(hào)源的超聲換能器1采用超聲潔牙換能器，則構(gòu)成超聲潔牙機(jī)；超聲換能器1采用超聲清洗換能器，則構(gòu)成超聲清洗機(jī)。
采用本實(shí)用新型串聯(lián)諧振式超聲信號(hào)源構(gòu)成的超聲潔牙機(jī)，使用時(shí)可通過調(diào)可變電阻10來調(diào)整恒流源的電流值，從而調(diào)整系統(tǒng)的輸出功率，以滿足清洗不同硬度牙結(jié)石的需要。設(shè)V為限壓可變恒流源的限壓值，I為限壓可變恒流源的電流值，其最小值和最大值分別為Imin和Imax，Z為超聲換能器的等效阻抗，則本實(shí)用新型串聯(lián)諧振式超聲信號(hào)源的輸出功率可在最小值Imin2·Zmin和最大值V·Imax之間連續(xù)可調(diào)，自動(dòng)功率跟蹤的阻抗范圍為Zmin≤Z≤V/I，因此自動(dòng)功率跟蹤的最小阻抗范圍為Zmin≤Z≤V/Imax，最大阻抗范圍為Zmin≤Z≤V/Imin。而現(xiàn)有技術(shù)的最大自動(dòng)功率跟蹤阻抗范圍只能達(dá)到本實(shí)用新型自動(dòng)功率跟蹤阻抗范圍的最小值。
若限壓可變恒流源中的元件選用如下參數(shù)電容8為500pF，電容13為0.1uF，可變電阻10為1Ω～2.4Ω，可變電阻11調(diào)至13.2KΩ，電阻12為5.6KΩ，則限壓可變恒流源的限壓值為24伏，可變恒流源的電流在0.25安培至0.6安培之間連續(xù)可調(diào)，系統(tǒng)的輸出功率在2瓦至14.4瓦之間連續(xù)可調(diào)。
從而使本實(shí)用新型串聯(lián)諧振式超聲信號(hào)源構(gòu)成的儀器工作安全可靠，使用靈活方便。
實(shí)施例2本實(shí)施例為用電壓調(diào)整器加外圍電路構(gòu)成限壓可變恒流源的串聯(lián)諧振式超聲信號(hào)源另一種實(shí)施方式。電壓調(diào)整器采用帶限流的電壓調(diào)整器集成電路L200。
附圖3只給出了限壓可變恒流源3采用電壓調(diào)整器L200加外圍電路的實(shí)施方式電路圖，其余部分與附圖2完全相同。
本實(shí)施例限壓可變恒流源3由標(biāo)號(hào)為23的電壓調(diào)整器L200、三極管22、可變電阻24、電容27、電阻21、可變電阻25、電阻26和電容13組成。L200的3腳接地，三極管22的基極和發(fā)射極之間接電阻21，三極管22的基極和地之間接電容27，三極管22的集電極接L200的5腳，L200的5腳和2腳之間接可變電阻24，2腳和4腳之間接可變電阻25，4腳和地之間接電阻26，電容13連接到2腳和地之間。其中可變電阻24用來調(diào)整恒流源的電流值，可變電阻25和電阻26用來確定恒壓源的電壓值。三極管22的發(fā)射極為限壓可變恒流源3的輸入端，L200的2腳為限壓可變恒流源3的輸出端。
本實(shí)施例的限壓可變恒流源3與整流濾波器4、振蕩器2和超聲換能器1的連接方法和實(shí)施例1相同。
采用本實(shí)用新型串聯(lián)諧振式超聲信號(hào)源構(gòu)成的超聲潔牙機(jī)，若限壓可變恒流源3中的元件選用如下參數(shù)電容13為0.1uF，電容27為10uF，可變電阻24為0.75Ω～1.8Ω，電阻21為2.5Ω，可變電阻25調(diào)至6.3KΩ，電阻26為820Ω，則限壓可變恒流源的限壓值為24伏，可變恒流源的電流在0.25安培至0.6安培之間連續(xù)可調(diào)，系統(tǒng)的輸出功率在2瓦至14.4瓦之間連續(xù)可調(diào)。
實(shí)施例3本實(shí)施例為用電壓調(diào)整器加外圍電路構(gòu)成限壓可變恒流源的串聯(lián)諧振式超聲信號(hào)源又一種實(shí)施方式。電壓調(diào)整器采用集成電路LM317。
附圖4只給出了限壓可變恒流源3采用電壓調(diào)整器LM317加外圍電路的實(shí)施方式電路圖。其余部分與附圖2完全相同。
本實(shí)施例中限壓可變恒流源3由標(biāo)號(hào)為38的電壓調(diào)整器LM317，可變電阻31，電阻32，可變電阻33，電阻34，三極管35和電容13組成。LM317的ADJ和Vout之間接可變電阻31，LM317的ADJ接三極管35的集電極，三極管35的集電極和發(fā)射極之間串聯(lián)接上電阻32和可變電阻33，電阻32和可變電阻33的連接點(diǎn)和三極管35的基極之間接電阻34，電阻32和可變電阻33的連接點(diǎn)接地，LM317的Vout和地之間接電容13。LM317的Vin端為限壓可變恒流源3的輸入端，LM317的Vout端為限壓可變恒流源3的輸出端。
本實(shí)施例限壓可變恒流源3與整流濾波器4、振蕩器2和超聲換能器1的連接方法如下整流濾波器4的輸出端B接限壓可變恒流源3的輸入端，整流濾波器4的輸出端D接限壓可變恒流源3中的三極管35的發(fā)射極，限壓可變恒流源3的輸出端接振蕩器2的電源端，振蕩器2的輸出端和地之間接超聲換能器1。
實(shí)施例4本實(shí)施例為一種用可變恒流源代替限壓可變恒流源的串聯(lián)諧振式超聲信號(hào)源實(shí)施方式?？勺兒懔髟从秒妷赫{(diào)整器集成電路LM317加外圍電路構(gòu)成。
附圖5只給出了采用可變恒流源代替限壓可變恒流源部分的實(shí)施方式電路圖。其余部分與附圖2完全相同。
該可變恒流源由標(biāo)號(hào)為39的電壓調(diào)整器LM317，可變電阻36和電容37組成。LM317的Vin和地之間接電容37，LM317的ADJ和Vout之間接可變電阻36。改變可變電阻36的電阻值可調(diào)整恒流源的電流值。LM317的Vin腳為可變恒流源的輸入端，LM317的ADJ腳為可變恒流源的輸出端。
本實(shí)施例用可變恒流源代替限壓可變恒流源后，此可變恒流源與整流濾波器、振蕩器和超聲換能器的連接方法和實(shí)施例1相同。
雖然在此實(shí)施方式中，用沒有限壓功能的可變恒流源代替限壓可變恒流源，但由于可變恒流源的輸出電壓受接至可變恒流源輸入端的輸入電壓限制，因此可變恒流源仍然具有限壓功能。
權(quán)利要求1.一種串聯(lián)諧振式超聲信號(hào)源，由整流濾波器、限壓恒流源、振蕩器和超聲換能器組成，其特征在于所述限壓恒流源為限壓可變恒流源；所述整流濾波器的輸出端接限壓可變恒流源的輸入端，限壓可變恒流源的輸出端接振蕩器的電源端，振蕩器的輸出端接超聲換能器，整流濾波器的輸入端接交流電源。
2.如權(quán)利要求1所述串聯(lián)諧振式超聲信號(hào)源，特征在于所述限壓可變恒流源采用電壓調(diào)整器LM723加外圍電路來實(shí)現(xiàn)；即LM723的腳(11)和腳(12)相連，腳(5)和腳(6)相連，腳(7)接地，可變電阻(10)的兩端分別連接LM723的腳(2)和腳(3)，可變電阻(11)的兩端分別連接LM723的腳(3)和腳(4)，電阻(12)的兩端分別連接LM723的腳(4)和地，電容(8)的兩端分別連接LM723的腳(4)和腳(13)，三極管(9)的基極、集電極、發(fā)射極分別連接LM723的腳(10)、腳(11)和腳(2)，電容(13)連接到LM723的腳(3)和地之間；LM723的腳(11)為限壓可變恒流源的輸入端，LM723的腳(3)為限壓可變恒流源的輸出端。
3.如權(quán)利要求1所述串聯(lián)諧振式超聲信號(hào)源，特征在于所述限壓可變恒流源采用電壓調(diào)整器L200加外圍電路來實(shí)現(xiàn)；即L200的腳(3)接地，三極管(22)的基極和發(fā)射極之間接電阻(21)，三極管(22)的基極和地之間接電容(27)，三極管(22)的集電極接L200的腳(5)，L200的腳(5)和腳(2)之間接可變電阻(24)，腳(2)和腳(4)之間接可變電阻(25)，腳(4)和地之間接電阻(26)，電容(13)連接到腳(2)和地之間；三極管(22)的發(fā)射極為限壓可變恒流源的輸入端，L200的腳(2)為限壓可變恒流源的輸出端。
4.如權(quán)利要求1所述串聯(lián)諧振式超聲信號(hào)源，特征在于所述限壓可變恒流源采用電壓調(diào)整器LM317加外圍電路來實(shí)現(xiàn)；即LM317的ADJ和Vout之間接可變電阻(31)，LM317的ADJ接三極管(35)的集電極，三極管(35)的集電極和發(fā)射極之間串聯(lián)接上電阻(32)和可變電阻(33)，電阻(32)和可變電阻(33)的連接點(diǎn)和三極管(35)的基極之間接電阻(34)，電阻(32)和可變電阻(33)的連接點(diǎn)接地，LM317的Vout和地之間接電容(13)；LM317的Vin端為限壓可變恒流源的輸入端，LM317的Vout端為限壓可變恒流源的輸出端。
5.如權(quán)利要求1所述串聯(lián)諧振式超聲信號(hào)源，特征在于所述限壓可變恒流源采用可變恒流源來代替；即LM317的Vin和地之間接電容(37)，LM317的ADJ和Vout之間接可變電阻(36)；LM317的Vin腳為可變恒流源的輸入端，LM317的ADJ腳為可變恒流源的輸出端。
專利摘要本實(shí)用新型串聯(lián)諧振式超聲信號(hào)源,由整流濾波器4、限壓恒流源3、振蕩器2和超聲換能器1組成,特征在于所述限壓恒流源為限壓可變恒流源,采用電壓調(diào)整器加外圍電路來實(shí)現(xiàn)或采用可變恒流源來代替;本實(shí)用新型可用于超聲潔牙機(jī)或其它超聲清洗設(shè)備,不僅能有效地完成功率的自動(dòng)跟蹤,控制換能器的輸出功率在一定的安全范圍內(nèi),且自動(dòng)功率跟蹤范圍寬,不受最大輸出功率的限制,輸出功率可根據(jù)需要隨意調(diào)整。
文檔編號(hào)B06B1/02GK2364981SQ99202979
公開日2000年2月23日 申請(qǐng)日期1999年3月15日 優(yōu)先權(quán)日1999年3月15日
發(fā)明者李智群 申請(qǐng)人:李智群