用于医疗的超声波智能控制系统研究

发布时间：2020-12-03 07:21

　　目前国内高端超声波医疗设备绝大部分的市场都被国外医疗设备所占据,难觅国产设备的踪迹,究其原因是超声波的稳定输出,尤其是长时间稳定输出技术难度大。针对这一情况,本文从超声换能器的建模分析入手,提出了新的超声控制策略,并研制了超声波智能控制系统,其中的主要研究内容包括:1、通过对换能器等效模型的分析,发现换能器存在一个运行效果远优于谐振频率的最佳工作频率,在此频率下的转换效率约是谐振频率的1.7倍左右,针对这一发现,设计相应的实现方案;2、通过对换能器的物理、电学特性分析,重点研究了多峰值特性以及相位特性,提出了采用最大电流搜索谐振频率法和锁相环频率跟踪方法相结合的自动锁频控制策略;3、针对超声医疗手术时需要保持刀头振动稳定的需求,通过分析换能器输入功率与输出振幅之间的关系,设计了基于电压、电流有效值的超声换能器振幅控制方案,即恒功率功能的实现,最终实验输出误差在3.5%以内;4、最终实现了一套具有恒功率输出、自动锁频功能的超声波智能控制系统。其输出功率0-200W可调,功率输出误差在3.5%以内,输出频率范围50KHz-80KHz可调。 

【文章来源】：杭州电子科技大学浙江省

【文章页数】：70 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１．３设计使用换能器??在这里需要先介绍一下压电效应与逆压电效应

??致分为主要的换能器以及附属的变幅杆和工具头三个部分，如图１．２，换能器根据原理各不相??同，变幅杆与工具头则会根据谐振频率、应用方向分别设计，最后级联在一起。??／压电片??ｍｒｒｈ——ｎｖ－－，??ｒ?￣?Ｉ??－…＾??￣＾?ｘ１－１?刀头??换能器?变幅杆??图１．２压电换能器结构示意图??在超声医疗中，应用最为广泛的是压电换能器，如图１．３，这是本次课题使用的两种超声??换能器，分别用于实现超声刀与超声雾化功能，都是基于压电换能器原理设计的，超声刀换??能器为本文主要实验对象，超声雾化换能器主要用于检测下文将会介绍的系统自适应刀头功??能。??图１．３设计使用换能器??在这里需要先介绍一下压电效应与逆压电效应。如图１．４，在１８８０年，居里兄弟发现Ｍ??因为某些单晶材料的内部结构并不对称，这导致其受到外力产生形变时，内部原有的晶格结??构发生变化

??致分为主要的换能器以及附属的变幅杆和工具头三个部分，如图１．２，换能器根据原理各不相??同，变幅杆与工具头则会根据谐振频率、应用方向分别设计，最后级联在一起。??／压电片??ｍｒｒｈ——ｎｖ－－，??ｒ?￣?Ｉ??－…＾??￣＾?ｘ１－１?刀头??换能器?变幅杆??图１．２压电换能器结构示意图??在超声医疗中，应用最为广泛的是压电换能器，如图１．３，这是本次课题使用的两种超声??换能器，分别用于实现超声刀与超声雾化功能，都是基于压电换能器原理设计的，超声刀换??能器为本文主要实验对象，超声雾化换能器主要用于检测下文将会介绍的系统自适应刀头功??能。??图１．３设计使用换能器??在这里需要先介绍一下压电效应与逆压电效应。如图１．４，在１８８０年，居里兄弟发现Ｍ??因为某些单晶材料的内部结构并不对称，这导致其受到外力产生形变时，内部原有的晶格结??构发生变化


本文编号：2896188