CN113426651A - 一种超声波电路及其构成的疼痛治疗仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超声波电路及其构成的疼痛治疗仪，该超声波电路包括第一电容、压电陶瓷片Y1和电感器L2，所述第一电容、所述压电陶瓷片Y1和所述电感器L2构成电容式三点振荡电路；所述压电陶瓷片Y1和所述电感器L2的连接处作为超声波电路的输入端，用于被配置控制信号，所述压电陶瓷片Y1构成电容式三点振荡电路的选频电路，并能将电信号转换成机械能形成超声波。本发明提供的超声波电路中的振荡电路包含一个能将电信号转换成机械能形成超声波的无源元件(压电陶瓷片)，振荡的同时产生超声波，形成超声波振荡，简化了电路结构，减小了电路体积，降低了功耗和生产成本，提高了效率。

Description

一种超声波电路及其构成的疼痛治疗仪

技术领域

本发明型属于超声波应用技术领域，特别是涉及一种超声波电路及其构成的疼痛治疗仪。

背景技术

超声波是频率高于20000赫兹的声波，在实际应用中又分为功率超声波及检测超声波。它方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能，在密度较大的固体及液体中传播距离远，可用于测距、工业探伤、医用B超声、清洗、焊接、钻孔、碎石、杀菌消毒等。

声波是物体机械振动状态(或能量)的传播形式。所谓振动是指物质的质点在其平衡位置附近进行的往返运动形式。超声波在媒质中的反射、折射、衍射、散射等传播规律，与可听声波的规律没有本质上的区别。但是超声波的波长很短，只有几厘米，甚至千分之几毫米。与可听声波比较，超声波具有许多奇异特性：传播特性──超声波的波长很短，通常的障碍物的尺寸要比超声波的波长大好多倍，因此超声波的衍射本领很差，它在均匀介质中能够定向直线传播，超声波的波长越短，该特性就越显著。功率特性──当声音在空气中传播时，推动空气中的微粒往复振动而对微粒做功。声波功率就是表示声波做功快慢的物理量。在相同强度下，声波的频率越高，它所具有的功率就越大。

目前，现有的超声波电路结构复杂；使用较多元器件，导致电路处于工作状态时产生较多的热量，需要增加散热装置，既增大了电路的体积，也提高了生产成本；且提高了布局布线的难度。

发明内容

本发明的目的在于克服以上的不足，提供一种电路结构简单的超声波电路。

为实现本发明的目的，在此提供的超声波电路包括第一电容、压电陶瓷片Y1和电感器L2，所述第一电容、所述压电陶瓷片Y1和所述电感器L2构成电容式三点振荡电路；所述压电陶瓷片Y1和所述电感器L2的连接处作为超声波电路的输入端，用于被配置控制信号，所述压电陶瓷片Y1构成电容式三点振荡电路的选频电路，并能将电信号转换成机械能形成超声波。

在一些实施方式中，本发明提供的超声波电路还包括串联于所述压电陶瓷片Y1和所述电感器L2之间的开关放大电路，所述开关放大电路的输入端作为超声波电路的输入端，用于配置控制信号配置；所述开关放大电路输入端配置控制信号时导通使所述压电陶瓷片Y1和所述电感器L2连接，并对被配置的控制信号进行放大；开关放大电路即实现了开关控制作用，又实现了放大作用。

在一些实施方式中，本发明提供的超声波电路还包括用于控制所述电容式三点振荡电路工作状态的控制电路，配置于超声波电路输入端的控制信号经所述控制电路配置；所述控制电路包括三极管Q1和三极管Q3，所述三极管Q3的基极作为输入端用于被配置控制信号，集电极作为输出端与所述三极管Q1的基极连接，发射极接电路地；所述三极管Q1的集电极作为输出端，发射极接电路电源。

在一些实施方式中，本发明提供的超声波电路还包括电位器VR2，配置于所述超声波电路的输入端的控制信号经所述电位器VR2配置。配置电位器调节信号强弱，利用电位器分压原理，实现了对输入信号的基波调节，如输入信号为调制波，则可以对调制波的频率和宽度进行调节，提高了超声波电路的可控性及适用性。

在一些实施方式中，本发明提供的超声波电路还包括用于指示配置于所述超声波电路输入端控制信号强度的强度指示电路，所述强度指示电路包括驱动芯片U2和至少一个发光二极管，配置于所述超声波电路输入端的控制信号同时配置于所述驱动芯片U2的输入端，所述驱动芯片U2根据配置的控制信号强度控制所述发光二极管的发光强度，用于指示控制信号强度。通过强度指示电路直观地指示输出入超声波电路控制信号的强度。

在一些实施方式中，本发明提供的超声波电路还包括用于电源指示的电源指示电路，所述电源指示电路包括发光二极管D9，所述发光二极管D9的阳极接开关S1的一端，开关S1的另一端接电路电源，阴极接地。

本发明在此的另一方面在于提供一种疼痛治疗仪，该疼痛治疗仪包括：

信号产生电路，用于产生控制信号；以及

超声波电路，连接于所述信号产生电路，在所述信号产生电路产生的控制信号控制下产生超声波；所述超声波电路为本发明提供的超声波电路。

采用本发明的技术方案，至少能够达到的有益效果包括：

1)该超声波电路中的振荡电路包含一个能将电信号转换成机械能形成超声波的无源元件(压电陶瓷片)，振荡的同时产生超声波，形成超声波振荡，简化了电路结构，减小了电路体积，降低了功耗和生产成本，提高了效率。

2)采用控制电路用于控制振荡电路的工作状态实现了超声波换能的实时控制，同时也可以调节超声波电路的输出功率。

3)该超声波电路为振荡、放大和驱动三合一，即在振荡时即同时完整放大及驱动无源元件产生超声波，改变了传统的先振荡后放大最后驱动(振荡-放大-驱动)产生超声波的模式。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1为本申请实施例中疼痛治疗仪原理框图；

图2为本申请实施例中信号产生电路的电路图；

图3为本申请实施例中电脉冲电路的电路图；

图4为本申请实施例中超声波电路的电路图；

图5为本申请实施例中加热控制电路的电路图；

图6为本申请实施例中电源电路的电路图；

图7为本申请实施例中治疗头部分的结构示意图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本发明将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。

图1示出了本发明提供的疼痛治疗仪的示例性电路原理结构，其包括了：

信号产生电路，用于产生治疗信号；

电脉冲电路，连接于信号产生电路，对信号产生电路产生的治疗信号进行调制输出加载于电极片作为执行机构上，使电极片产生脉冲作用于使用者佩戴部位；

超声波电路，连接于信号产生电路，在信号产生电路产生的治疗信号控制下产生超声波；加热控制电路，用于控制治疗仪加热；以及

治疗头，用于接触使用者治疗部位。

上述技术方案中的各功能电路可以采用任何一种，本实施例在此分别给出了一种示例性的电路结构，本领域技术人员应该理解的是在本实施例给出的示例性仅为一种参考。

参照图2，本实施例提供信号产生电路的示例性电路结构包括用于对配置于输入端信号进行调制后输出调制信号的可编程逻辑器件U4和与可编程逻辑器件U4信号连接的开关S4。该可编程逻辑器件U4存储有编辑完成并调试成功的用于对输入信号进行调制的计算机程序，实现对加载其输入端的信号进行调制后输出一个脉宽、相位调制信号。为了调节配置于可编程逻辑器件U4输入端的输入信号强弱，在可编程逻辑器件U4相应输入端上连接一电位器VR3，电位器VR3的一固定端与可编程逻辑器件U4连接，另一固定端通过电阻R17与可编程逻辑器件U4连接，滑动端通过电阻R17与可编程逻辑器件U4连接。

本文示例性的信号产生电路通过可编程逻辑器件U4产生PWM信号作为治疗信号，其输出的PWM信号的频率、往复周期、往复的速度可以通过开关S4和电位器VR3控制与调节。具体参照图2，拨动开关S4，使编程逻辑器件U4相应引脚处于接地、接电路电源(+5V)、或悬空三种状态，产生三种模式的治疗信号(又称MSG信号)。每种模式的MSG信号对应不同的频率范围和信号往复周期数。通过电位器VR3可以实现对MSG信号频率切换时间的调节，即治疗信号的频率调节；通过VR3的调节，使信号产生电路产生的治疗信号更切合人体生物信号，达到最优治疗效果。

电源电路输出的5V_DC经电容C14滤波后提供至可编程逻辑器件U4的电源端。

参照图3，本实施例提供的示例性电脉冲电路包括存储编辑完成并调试成功的用于对脉冲信号进行调制的计算机程序的数字信号处理器U3、用于对数字信号处理器U3调制后的脉冲信号进行放大的变压器T1、用于指示输入电脉冲电路的治疗信号强度的脉冲强度指示电路和用于指示电脉冲电路电源状态的电源指示电路。各功能电路的连接关系为：信号产生电路产生的治疗信号配置于数字信号处理器U3的输入端，数字信号处理器U3的两路输出连接至变压器T1原边两端，变压器T1的副边作为电脉冲电路的输出端用于输出放大后的信号加载于电极片PL1和电极片PL2上，使电极片产生电脉冲。同时，输入电脉冲电路的治疗信号还加载于脉冲强度指示电路的输入端，脉冲强度指示电路根据输入的治疗信号强度进行强弱指示，达到输出强度指示；电源指示电路的电源端通过开关S2加载电源，地端接电路地；开关S2接通后，电源指示电路处于工作状态指示电源已接通。

参照图3，脉冲强度指示电路包括驱动芯片U1、发光二极管D1、发光二极管D2、发光二极管D3、电阻R7、电容C3、电容C4、电阻R6、电阻R4和电阻R5，发光二极管D1、发光二极管D2和发光二极管D3的阴极分别接驱动芯片U1的输出端，阳极分别经电阻R6接电路电源；电容C3串联于驱动芯片U1的输出端和地之间，电阻R7并联于电容C3的两端，C3、R7并联，作为U1内部放大器输出滤波；电阻R4串联于驱动芯片U1的输入端和电路地之间；信号产生电路产生的治疗信号经电容C4和电阻R5配置于驱动芯片U1的输入端。

脉冲强度指示电路中，发光二极管D1、发光二极管D2和发光二极管D3的颜色可以相同，也可以不同；也可以仅要一颗发光二极管。驱动芯片U1可以采用任何一种能够驱动发光二极管发光的芯片，在此采用KA2284。

本实施例中，电源指示电路包括发光二极管D10，发光二极管D10的阳极经电阻R10与开关S2连接，阴极接电路地。当开关S2闭合接通电源后，发光二极管D10发光指示电源已接通。

参照图3所示，本实施方式中，电脉冲电路还配置有电容C6、电阻R12、电容C11、电阻R15、电容C9和电容C8作为数字信号处理器U3的外围电路，具体电路连接关系参照图3所示。

本文提供的电脉冲电路利用数字信号处理器U3产生脉冲周期、宽度都可调的脉冲信号，再对该脉冲信号进行放大后推动作为输出端的变压器T1升压。该变压器T1作为脉冲变压器可以将0-5V峰峰值的脉冲信号升高到0-360V的高压低电流信号。经变压器T1升压后的电流信号提供给执行机构P2，通过执行机构P2作用于患者，从而达到治疗目的。

信号产生电路产生的治疗信号可以直接配置于电脉冲电路，即直接配置于数字信号处理器U3的输入端、脉冲强度指示电路输入端；也可以是通过电位器VR1配置电脉冲电路，即治疗信号经电位器VR1后配置于数字信号处理器U3的输入端和\或脉冲强度指示电路输入端。经电位器VR1配置时，通过电位器VR1的分压原理，可以改变输入信号的幅度，实现调节。

本实施例提供的示例性超声波电路至少可以仅包括振荡电路，该振荡电路可以采用任何一种，但应包含有一个能将电信号转换成机械能形成超声波的无源元件。

参照图4，振荡电路为电容式三点振荡电路，包括第一电容、第二电容和电感器，第二电容和电感器的连接处作为输入端用于被配置控制信号，第二电容构成三点振荡电路的选频电路，并能将电信号转换成机械能形成超声波。该第二电容作为能够将电信号转换成机械能形成超声波的无源元件，可以采用压电陶瓷片，既作为振荡电路的起振电容，又能将电信号转换成机械能形成超声波。当然也可以采用其它满足要求的无源元件。

参照图4，第一电容可以是电容C7，也可以是电容C7和电容C13；第二电容为压电陶瓷片Y1，电感器为L2，压电陶瓷片Y1，既作为振荡元件，又作为超声波换能器，将电能转换为机械能。具体的电路结构为：电容C13的第一极板接地，第二极板接电容C7的第一极板，电容C7的第二极板接压电陶瓷片Y1的一端，压电陶瓷片Y1的另一端接电感器L2的一端，电感器L2的另一端接地。压电陶瓷片与电感器L2的连接处作为输入端用于控制信号加载，当在此连接处加载控制信号时，振荡电路工作，产生超声波，构成了振荡器带超声波换能驱动。

配置用于控制振荡器电路工作的控制信号可以是直接加载于振荡电路的输入端，也可以是通过开关放大电路配置。具体的，在第二电容和电感器之间串联一开关放大电路，该开关放大电路被配置控制信号时导通使第二电容和电感器连接，并对被配置的控制信号进行放大后使控制信号控制振荡电路工作。

参照图4，此处的开关放大电路包括三极管Q2，其集电极与第二电容连接，发射极经电感器接地，基极作为输入端用于被配置控制信号。在三极管Q2的基极还串联有限流电阻R14，集电极串联有电感L1，在集电极和地之间串联有电容C12。电感L1和电容C12构成高频滤波，阻止1MHz的高频信号进入。

当然此处的开关电路不限于上述的结构，还可以采用其它能够既能实现开关作用，又能实现放大作用的其他电路结构。

在此，本实施方式提供的超声波电路还包括了用于控制振荡电路工作状态的控制电路，该控制电路被配置控制信号。在被配置有控制信号时控制振荡电路工作，当本实施方式提供的超声波电路不包括开关放大电路时，被配置有控制信号的控制电路直接将控制信号加载于振荡电路的输入端，使振荡电路工作。当本实施方式提供的超声波电路包括开关放大电路时，被配置有控制信号的控制电路将控制信号加载于开关放大电路的输入端，使振荡电路工作。

再结合图4所示，本实施方式中的控制电路包括三极管Q1和三极管Q3，三极管Q3的基极作为输入端用于被配置控制信号，集电极作为输出端通过电阻R11与三极管Q1的基极连接，发射极接电路地；三极管Q1的集电极作为输出端通过电阻R13将控制信号配置于振荡电路用于控制振荡电路工作产生超声波；或者通过电阻R13与开关放大电路的输入端连接，将控制信号配置于开关放大电路；三极管Q3的基极串联有电阻R16和电解电容C10，治疗信号经电阻R16和电容C10配置于三极管Q3的基极。

此外，本实施方式中的超声波电路还包括为开关放大电路和控制电路提供工作电压的供电电路，该供电电路为DC\DC升压电路，用于对电源电路输出的5V_DC进行升压并经电解电容C5滤波后为超声波电路中各有源元件提供工作电压。

本实施例提供的超声波电路中的振荡电路包含一个能将电信号转换成机械能形成超声波的无源元件，振荡的同时产生超声波，形成超声波振荡，简化了电路结构，减小了电路体积，降低了功耗和生产成本，提高了效率。且该超声波电路为振荡、放大和驱动三合一，即在振荡时即同时完整放大及驱动无源元件产生超声波，改变了传统的先振荡后放大最后驱动(振荡-放大-驱动)产生超声波的模式。

本实施例提供的超声波电路还包括用于指示输入超声波电路治疗信号强度的强度指示电路和用于指示超声波电路电源状态的超声波电源指示电路。结合图4所示，强度指示电路包括驱动芯片U2、发光二极管D4、发光二极管D5、发光二极管D6、光二极管D7、发光二极管D8、电阻R8、电容C1、电容C2、电阻R1、电阻R2和电阻R3，发光二极管D4、发光二极管D5、发光二极管D6、光二极管D7和发光二极管D8的阴极分别接驱动芯片U2的输出端，阳极分别经电阻R8接电路电源；电容C1串联于驱动芯片U2的输出端和地之间，电阻R3并联于电容C1的两端，C1、R3并联，作为U2内部放大器输出滤波；电阻R1串联于驱动芯片U2的输入端和电路地之间；输入超声波电路的治疗信号经电容C2和电阻R2配置于驱动芯片U2，驱动芯片U2根据配置的治疗信号控制发光二极管D4-D8的发光强度，实现强度指示。

强度指示电路中，发光二极管D4、发光二极管D5、发光二极管D6、光二极管D7和发光二极管D8的颜色可以相同，也可以不同；也可以仅要一颗发光二极管。驱动芯片U1可以采用任何一种能够驱动发光二极管发光的芯片，在此采用KA2284。

参照图4，超声波电源指示电路包括发光二极管D9，发光二极管D9的阳极经电阻R9与开关S1连接，阴极接电路地。当开关S1闭合接通电源后，发光二极管D9发光指示超声波电路电源已接通。

信号产生电路产生的治疗信号可以直接配置于超声波电路，即直接配置于振荡电路的输入端、强度指示电路输入端；也可以是通过电位器VR2配置超声波电路，即治疗信号经电位器VR2后配置于振荡电路的输入端和\或强度指示电路输入端。经电位器VR2配置时，通过电位器VR2的分压原理，可以改变输入信号的幅度，实现调节。

参照图5，本实施例提供的示例性加热控制电路包括数据处理器MCU、第一开关K2和加热丝，第一开关K2的一端经开关S5接电路电源，另一端发热丝HS1的一端，发热丝HS1的另一端接电路地，开关S5接通后，数据处理器控制第一开关K2导通、截止，使加热丝加热或停止加热。此处的第一开关K2可以采用任何一种受数据处理器输出控制信号控制的元件，如继电器，三极管，二极管等。

本实施例提供的示例性加热控制电路中的数据处理器包括红外线接收模块，用于接收红外信号；数据处理器根据接收到的红外信号输出控制信号控制第一开关的导通、截止。

本实施例，加热控制电路还包括两端分别与数据处理器连接的温度感应器，温度感应器用于采集治疗仪治疗过程中的温度，并将采集到的温度数据配置给数据处理器，数据处理器根据该温度数据输出控制信号控制第一开关的导通、截止。

本文中的温度感应器可以采用任何一种，本实施例中采用的热敏电阻NTC1，如负温度系数热敏电阻。

参照图6，本实施例提供的示例性电源电路包括电源接口CON3、第二开关S3和定时器，定时器的电源端经第二开关S3接电源接口CON3的电源端口，电源经电源接口CON3和第二开关S3加载于定时器，定时器输出工作电压提供各功能电路。

在本文提供的定时器用于控制本文疼痛治疗仪的工作时间，也就是控制治疗的时间。其至少包括继电器K1和用于控制继电器K1通、断的MCU，继电器K1的一个静触点接第二开关S3，另一个静触点作为电源电路的输出端；继电器K1线圈串联于MCU两引脚之间，输出使继电器K1线圈存在激励，继电器K1的动触点闭合，存在输出。

本文提供的电源电路中电源接口CON3可以为USB-C接口，用于连接外部电源，开关S3关合时，外部电源直接供给定时器的MCU，MCU一方面控制继电器K1闭合，提供+5V电源输出，为后续电路提供工作电压；另一方面实施长时间延时，在设定的延时时间到后，控制继电器K1断开，切断后续电路电源，完成一个治疗过程。

本文提供的疼痛治疗仪中的加热丝HS1、温度感应器、压电陶瓷片Y1、电极片PL1和电极片PL2构成疼痛治疗仪的治疗头部分，结合图1、图7所示，用于作用于使用者。

本文信号产生电路产生的治疗信号为脉冲信号，用于控制电脉冲电路、超声波电路。当然也可以产生为其它形式信号。

本公开已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本公开的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本公开的范围。相反，在不脱离本公开的精神和范围内所作的变动与润饰，均属本公开的专利保护范围。

Claims (9)

1.一种超声波电路，其特征在于：该电路包括第一电容、压电陶瓷片Y1和电感器L2，所述第一电容、所述压电陶瓷片Y1和所述电感器L2构成电容式三点振荡电路；所述压电陶瓷片Y1和所述电感器L2的连接处作为超声波电路的输入端，用于被配置控制信号，所述压电陶瓷片Y1构成电容式三点振荡电路的选频电路，并能将电信号转换成机械能形成超声波。

2.根据权利要求1所述的超声波电路，其特征在于：还包括串联于所述压电陶瓷片Y1和所述电感器L2之间的开关放大电路，所述开关放大电路的输入端作为超声波电路的输入端，用于配置控制信号配置；所述开关放大电路输入端配置控制信号时导通使所述压电陶瓷片Y1和所述电感器L2连接，并对被配置的控制信号进行放大。

3.根据权利要求2所述的超声波电路，其特征在于：所述开关放大电路包括三极管Q2，所述三极管Q2的基极用于被配置控制信号，发射极经所述电感器L2接电路地，集电极接所述压电陶瓷片Y1，并用于电路电源加载。

4.根据权利要求1或2或3所述的超声波电路，其特征在于：还包括用于控制所述电容式三点振荡电路工作状态的控制电路，配置于超声波电路输入端的控制信号经所述控制电路配置；所述控制电路包括三极管Q1和三极管Q3，所述三极管Q3的基极作为输入端用于被配置控制信号，集电极作为输出端与所述三极管Q1的基极连接，发射极接电路地；所述三极管Q1的集电极作为输出端，发射极接电路电源。

5.根据权利要求1所述的超声波电路，其特征在于：还包括电位器VR2，配置于所述超声波电路的输入端的控制信号经所述电位器VR2配置。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的超声波电路，其特征在于：还包括用于指示配置于所述超声波电路输入端控制信号强度的强度指示电路，所述强度指示电路包括驱动芯片U2和至少一个发光二极管，配置于所述超声波电路输入端的控制信号同时配置于所述驱动芯片U2的输入端，所述驱动芯片U2根据配置的控制信号强度控制所述发光二极管的发光强度，用于指示控制信号强度。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的超声波电路，其特征在于：还包括用于电源指示的电源指示电路，所述电源指示电路包括发光二极管D9，所述发光二极管D9的阳极接开关S1的一端，开关S1的另一端接电路电源，阴极接地。

8.一种疼痛治疗仪，其特征在于，包括：信号产生电路，用于产生控制信号；以及超声波电路，连接于所述信号产生电路，在所述信号产生电路产生的控制信号控制下产生超声波；所述超声波电路为权利要求1-7任意一项所述的超声波电路。

9.根据权利要求8所述的疼痛治疗仪，其特征在于：所述信号产生电路包括开关S4、可编程逻辑器件U4和电位器VR3，所述可编程逻辑器件U4分别连接于所述开关S4和所述电位器VR3。

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