高强度聚焦超声功率源的电磁兼容性与优化设计研究

发布时间：2017-10-17 12:17

  本文关键词：高强度聚焦超声功率源的电磁兼容性与优化设计研究

  更多相关文章： HIFU功率源 E类功率放大器 超声换能器 负载阻抗变化 电磁兼容

【摘要】：高强度聚焦超声（HIFU）治疗技术是一种备受关注的无创治疗新技术，具有无创性、靶向性、和无电离辐射等优点，被列为重要科技前沿问题之一。我国在HIFU治疗设备的研发与临床应用处于世界领先水平，国内生产的具有自主知识产权的HIFU治疗设备已出口至世界上多个国家，，取得了很好的临床疗效。HIFU治疗设备的电磁兼容性是关系到患者生命安全的重要安全性能指标，国际上一般采取强制性标准的方式来规定HIFU治疗设备的电磁兼容性能，我国的YY0505标准也于2014年开始逐步实施。提高HIFU治疗系统的电磁兼容性对于保障HIFU治疗的安全性、推动HIFU治疗技术的健康发展具有十分重要的意义。 本文围绕HIFU功率源的电磁兼容性问题，重点研究了HIFU功率源的电路设计与优化、负载阻抗变化对功率源工作性能的影响分析和HIFU功率源的电磁兼容设计与测试等三个方面的问题。首先设计研制了基于E类功率放大器的HIFU功率源，并对电路参数进行了优化，以保证功率源工作在最优工作状态。此外，针对HIFU功率源在变负载条件下的工作性能进行了数学分析，确定负载在一定范围内变化时输出功率、工作效率、开关管应力的范围。最后对HIFU功率源进行了电磁兼容设计，并通过实际电磁兼容测试对设计样机进行了验证。 本文取得的主要研究成果有： （1）设计了基于E类功率放大器的HIFU功率源，其工作频率为1.05MHz，输出功率为10W，使用Saber软件对电路参数进行了仿真优化，优化了输出波形质量，提高了电路的工作效率。 （2）分析了负载阻抗变化对E类超声功率放大器工作特性的影响，建立负载阻抗与输出功率、输出效率的数学模型，并对变负载条件下开关器件的应力进行了分析，最后确定了E类功率放大器的负载阻抗变化容许范围。 （3）针对HIFU功率源的电磁干扰问题设计了高频电流探头用于测量电源干扰电流与输出电流，设计了电磁屏蔽机箱，有效减小了功率源的辐射干扰；对电路进行优化以减小输出谐波干扰，并在标准电磁兼容实验室对HIFU功率源样机进行了传导和辐射发射测试验证。
【关键词】：HIFU功率源 E类功率放大器 超声换能器 负载阻抗变化 电磁兼容
【学位授予单位】：重庆医科大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：R318.6
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-11
• 前言11-16
• 1.1 课题背景及意义11-14
• 1.1.1 高强度聚焦超声治疗技术的现状、进展及前景11-12
• 1.1.2 高强度聚焦超声治疗系统的电磁兼容性12-14
• 1.2 E 类功率源电磁兼容性的国内外研究现状14-15
• 1.3 本文研究内容15-16
• 2 基于 E 类功率放大器的超声功率源研究16-32
• 2.1 E 类功率放大器的理论分析16-22
• 2.1.1 E 类功率放大器的原理17-19
• 2.1.2 E 类功率放大器电路分析19-22
• 2.2 E 类超声功率放大器电路设计与仿真22-31
• 2.2.1 E 类超声功率放大器电路设计22-23
• 2.2.2 E 类超声功率放大器电路仿真与优化23-31
• 2.2.2.1 电路仿真23-25
• 2.2.2.2 参数优化25-28
• 2.2.2.3 实际电路验证28-31
• 2.3 小结31-32
• 3 压电超声换能器及压电超声换能器电学匹配32-42
• 3.1 HIFU 换能器的负载特性32-36
• 3.1.1 等效电路和阻抗特性32-34
• 3.1.2 导纳特性34-35
• 3.1.3 动态特性35-36
• 3.2 HIFU 换能器电阻抗的单频阻抗匹配36-41
• 3.2.1 单频匹配的品质因数设计法36-39
• 3.2.1.1 L 型匹配网络36-39
• 3.2.1.2 T 型匹配网络39
• 3.2.2 负载阻抗变化对单频阻抗匹配的影响39-41
• 3.3 小结41-42
• 4 负载阻抗变化对 E 类超声功率放大器工作特性的影响分析42-53
• 4.1 负载变化对输出功率影响的理论分析42-46
• 4.1.1 理论分析42-45
• 4.1.2 实例验证45-46
• 4.2 负载变化对开关损耗的影响分析46-48
• 4.2.1 理论分析46-48
• 4.2.2 实例验证48
• 4.3 负载变化对开关器件应力的影响分析48-50
• 4.4 设计实例与实验验证50-51
• 4.5 小结51-53
• 5 HIFU 功率源的电磁兼容性测试与设计53-71
• 5.1 基于高频电流探头的传导干扰测试53-63
• 5.1.1 高频电流探头的设计与研制54-59
• 5.1.1.1 Rogowski 线圈的工作原理54-55
• 5.1.1.2 高频电流探头的设计55-59
• 5.1.2 HIFU 功率源的传导干扰测试实验59-63
• 5.1.2.1 传导干扰测试布置59-60
• 5.1.2.2 传导干扰测试标准60-61
• 5.1.2.3 电流探头法测量传导干扰61-62
• 5.1.2.4 HIFU 功率源电源线传导干扰测试结果62-63
• 5.2 HIFU 功率源的屏蔽设计与辐射发射测试63-70
• 5.2.1 HIFU 功率源的电磁屏蔽设计64-67
• 5.2.1.1 电磁屏蔽基本原理64
• 5.2.1.2 导体平板屏蔽效能的计算64-66
• 5.2.1.3 HIFU 功率源电磁屏蔽设计66-67
• 5.2.2 HIFU 功率源的辐射发射测试实验67-70
• 5.2.2.1 辐射干扰测试布置68
• 5.2.2.2 辐射干扰测试标准68-69
• 5.2.2.3 辐射干扰测试结果69-70
• 5.3 小结70-71
• 结论与展望71-73
• 参考文献73-79
• 文献综述79-84
• 致谢84-85
• 在校期间发表的论文85-86

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：1048798