一種頻段可調(diào)的電磁發(fā)生裝置及其電磁產(chǎn)生方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種頻段可調(diào)的電磁發(fā)生裝置及其電磁產(chǎn)生方法，從頻譜分析和量子力學(xué)的角度給出了脈沖電磁場(chǎng)生物效應(yīng)頻率窗口的一個(gè)可能的機(jī)理，并定量計(jì)算得到了脈沖電磁場(chǎng)生物效應(yīng)的頻域窗口，進(jìn)而，以此為理論依據(jù)研制了確定脈沖電磁場(chǎng)生物效應(yīng)頻率窗口的電磁場(chǎng)發(fā)生裝置，該裝置主要由白噪聲信號(hào)發(fā)生器模塊、濾波模塊、增益調(diào)節(jié)模塊、功放模塊以及磁場(chǎng)發(fā)生模塊組成，輸出包含生物體內(nèi)主要核子1H,13C,14N,17O,23Na,31P的共振頻帶，并且根據(jù)需要，輸出頻段范圍可變的脈沖電磁場(chǎng)，以此裝置為平臺(tái)開(kāi)展動(dòng)物實(shí)驗(yàn)以及細(xì)胞實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)于闡明脈沖電磁場(chǎng)生物效應(yīng)的機(jī)理有重大意義。
【專利說(shuō)明】一種頻段可調(diào)的電磁發(fā)生裝置及其電磁產(chǎn)生方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電磁生物效應(yīng)研究領(lǐng)域，尤其涉及一種頻段可調(diào)的電磁發(fā)生裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]電磁場(chǎng)生物效應(yīng)是生物磁學(xué)的重要分支，也是目前生物物理學(xué)和生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。過(guò)去幾十年內(nèi)國(guó)內(nèi)外學(xué)者做了大量基礎(chǔ)和臨床研究。眾多實(shí)驗(yàn)表明，電磁場(chǎng)能夠防治骨質(zhì)疏松，促進(jìn)骨折愈合，對(duì)生物體神經(jīng)系統(tǒng)、微循環(huán)系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)等也有明顯的生物學(xué)效應(yīng)。電磁場(chǎng)的生物效應(yīng)受電磁場(chǎng)參數(shù)、暴露時(shí)間、暴露部位等諸多參數(shù)的影響，特別是電磁場(chǎng)生物效應(yīng)存在明顯的“頻率窗口”效應(yīng)。
[0003]眾多專利研究中(治療骨質(zhì)疏松的特定低頻脈沖電磁儀，專利申請(qǐng)?zhí)?CN200720079911 ;一種低頻電磁場(chǎng)骨質(zhì)疏松治療床，專利申請(qǐng)?zhí)?CN201110423033 ;低強(qiáng)度脈沖磁場(chǎng)治療儀:CN02224739)，實(shí)驗(yàn)者所使用的磁場(chǎng)發(fā)生裝置各種各樣，對(duì)磁場(chǎng)參數(shù)也只是做了一些粗略的描述，文獻(xiàn)報(bào)道中具有生物效應(yīng)的低頻電磁場(chǎng)(〈300Hz)的頻率一般指的是其脈沖信號(hào)的重復(fù)周期，眾多研究脈沖電磁場(chǎng)生物效應(yīng)的專利以及專著中，脈沖電磁場(chǎng)時(shí)域的重復(fù)周期一般各不一致，眾多研究者所確定的頻率窗口主要依據(jù)眾多隨機(jī)實(shí)驗(yàn)，因而從脈沖電磁場(chǎng)時(shí)域的重復(fù)周期這一角度來(lái)確定其生物效應(yīng)的頻率窗口具有盲目性和難操作性，從而導(dǎo)致了許多實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果的不一致性和低可重復(fù)性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)上述缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于提供一種頻段可調(diào)的電磁發(fā)生裝置，
[0005]為達(dá)到以上目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0006]一種頻段可調(diào)的電磁產(chǎn)生方法，包括以下步驟:
[0007]I)、產(chǎn)生頻率為20Hz?20KHz的頻譜分布平坦的白噪聲信號(hào)，并對(duì)白噪聲信號(hào)進(jìn)行處理，消除基準(zhǔn)直流分壓，得到待處理信號(hào)；
[0008]2)、對(duì)待處理信號(hào)進(jìn)行濾波處理，得到所需頻段范圍的預(yù)設(shè)頻帶信號(hào)，然后對(duì)所述預(yù)設(shè)頻帶信號(hào)進(jìn)行放大，得到開(kāi)路電壓信號(hào)；
[0009]3)、將開(kāi)路電壓信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得到電磁場(chǎng)信號(hào)進(jìn)行輸出。所述步驟I)中通過(guò)隔直電路對(duì)白噪聲信號(hào)進(jìn)行處理，消除基準(zhǔn)直流分壓。
[0010]所述對(duì)待處理信號(hào)進(jìn)行濾波處理為通過(guò)濾波器MAX262進(jìn)行濾波處理。
[0011]一種頻段可調(diào)的電磁產(chǎn)生裝置，包括:白噪聲信號(hào)發(fā)生模塊1、濾波模塊2、功放模塊3以及電磁場(chǎng)發(fā)生模塊4;
[0012]白噪聲信號(hào)發(fā)生模塊I用于產(chǎn)生頻率為20Hz?20KHz的頻譜分布平坦的白噪聲信號(hào)，并對(duì)白噪聲信號(hào)進(jìn)行處理，消除基準(zhǔn)直流分壓，得到待處理信號(hào)；
[0013]濾波模塊2用于對(duì)待處理信號(hào)進(jìn)行濾波處理，得到所需頻段范圍的預(yù)設(shè)頻帶信號(hào);
[0014]功放模塊3用于對(duì)預(yù)設(shè)頻帶信號(hào)進(jìn)行放大，得到開(kāi)路電壓信號(hào)；
[0015]電磁場(chǎng)發(fā)生模塊4用于將開(kāi)路電壓信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換為電磁場(chǎng)信號(hào)進(jìn)行輸出。
[0016]所述白噪聲信號(hào)發(fā)生模塊主要由寬帶白噪聲發(fā)生器MM5837以及隔直電路組成。
[0017]所述濾波模塊由單片機(jī)80C522、Max262智能濾波器組成，單片機(jī)程序精確控制Max262濾波器的中心頻率f0，品質(zhì)因數(shù)Q以及工作方式。
[0018]所述功放模塊由集成運(yùn)放0PA549完成信號(hào)放大。
[0019]所述電磁場(chǎng)發(fā)生模塊采用密繞亥姆霍茲線圈。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明的有益效果為:
[0021]本發(fā)明提供了一種頻段可調(diào)的電磁發(fā)生裝置及其電磁產(chǎn)生方法，通過(guò)將頻率可調(diào)的白噪聲信號(hào)進(jìn)行處理，得到預(yù)設(shè)頻帶信號(hào)，并對(duì)該頻帶信號(hào)進(jìn)行放大，得到開(kāi)路電壓信號(hào)，最后，將開(kāi)路電壓信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換為電磁場(chǎng)信號(hào)進(jìn)行輸出，從頻譜分析和量子力學(xué)的角度實(shí)現(xiàn)了低頻脈沖電磁場(chǎng)生物效應(yīng)頻率窗口的可調(diào)節(jié)性，并定量計(jì)算得到了脈沖電磁場(chǎng)生物效應(yīng)的頻率窗口。進(jìn)而，以此，為平臺(tái)開(kāi)展動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)于解決脈沖電磁場(chǎng)生物效應(yīng)的確切機(jī)理有重大意義。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1是本發(fā)明的頻段可調(diào)的電磁發(fā)生裝置框圖；
[0023]圖2是本發(fā)明的頻段可調(diào)的電磁發(fā)生裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖3是本發(fā)明的頻段可調(diào)的電磁發(fā)生裝置電路圖。

【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)描述。
[0026]本發(fā)明提供了一種頻段可調(diào)的電磁產(chǎn)生方法，包括以下步驟:
[0027]I)、產(chǎn)生頻率為20Hz?20KHz的頻譜分布平坦的白噪聲信號(hào)，并對(duì)白噪聲信號(hào)進(jìn)行處理，消除基準(zhǔn)直流分壓，得到待處理信號(hào)；所述步驟I)中通過(guò)隔直電路對(duì)白噪聲信號(hào)進(jìn)行處理，消除基準(zhǔn)直流分壓。
[0028]2)、對(duì)待處理信號(hào)進(jìn)行濾波處理，得到預(yù)設(shè)頻帶信號(hào)，并對(duì)該頻帶信號(hào)進(jìn)行放大，得到開(kāi)路電壓信號(hào)；所述步驟2)中對(duì)待處理信號(hào)濾波處理詳細(xì)過(guò)程，80C552單片機(jī)接受用戶通過(guò)功能鍵輸入指令，得到預(yù)設(shè)頻帶參數(shù)，單片機(jī)程序?qū)⑺O(shè)參數(shù)傳遞至可編程濾波器MAX262, MAX262內(nèi)部程序調(diào)用自身處理器解析預(yù)設(shè)參數(shù)，所述預(yù)設(shè)頻帶信號(hào)的濾波器工作方式、中心頻率f0、品質(zhì)因數(shù)可通過(guò)MAX 262的D0D1，AO?A3端口線在WR上升沿寫入所選中的內(nèi)部單元來(lái)設(shè)置濾波器的工作方式、中心頻率f0以及品質(zhì)因數(shù)Q參數(shù)，從而確定輸出信號(hào)的中心頻率、品質(zhì)因數(shù)以及濾波器的工作方式，對(duì)待處理信號(hào)進(jìn)行濾波處理后向下級(jí)輸出；所述步驟2)中對(duì)濾波后的信號(hào)進(jìn)行功率放大,功放0PA549最高工作電流可達(dá)10A，最高穩(wěn)定工作電流為8A，電磁輸出能力很強(qiáng)。
[0029]3)、將開(kāi)路電壓信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換為電磁場(chǎng)信號(hào)進(jìn)行輸出。
[0030]如圖1、2、3所示，本發(fā)明提供了一種頻段可調(diào)的電磁產(chǎn)生裝置，包括:白噪聲信號(hào)發(fā)生模塊1、濾波模塊2、功放模塊3以及電磁場(chǎng)發(fā)生模塊4 ；
[0031]白噪聲信號(hào)發(fā)生模塊I用于產(chǎn)生頻率為20Hz?20KHz的頻譜分布平坦的白噪聲信號(hào)，并對(duì)白噪聲信號(hào)進(jìn)行處理，消除基準(zhǔn)直流分壓，得到待處理信號(hào)；白噪聲信號(hào)發(fā)生模塊主要由寬帶白噪聲發(fā)生器MM5837以及隔直電路組成。
[0032]濾波模塊2用于對(duì)待處理信號(hào)進(jìn)行濾波處理，得到預(yù)設(shè)頻帶信號(hào)；濾波模塊由單片機(jī)80C522、Max262智能濾波器及附屬電路組成，單片機(jī)程序精確控制Max262濾波器的中心頻率f0，品質(zhì)因數(shù)Q和工作方式。
[0033]功放模塊3用于對(duì)頻帶信號(hào)進(jìn)行放大，得到開(kāi)路電壓信號(hào)；功放模塊主要由集成運(yùn)放0PA549構(gòu)成。
[0034]電磁場(chǎng)發(fā)生模塊4用于將開(kāi)路電壓信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換為電磁場(chǎng)信號(hào)進(jìn)行輸出，電磁場(chǎng)發(fā)生模塊采用密繞亥姆霍茲線圈，其內(nèi)部電磁場(chǎng)分布均勻空間大。
[0035]本發(fā)明的工作過(guò)程及原理為:
[0036]在功能鍵模塊中輸入預(yù)設(shè)參數(shù)，由單片機(jī)程序?qū)⑦@些參數(shù)傳遞至可編程智能濾波器MAX262，從而確定輸出信號(hào)的中心頻率和品質(zhì)因數(shù)以及濾波器的工作方式。MM5837白噪聲信號(hào)發(fā)生器模塊產(chǎn)生20HZ-200kHZ的原始信號(hào)，通過(guò)智能濾波器后得到了預(yù)設(shè)頻帶信號(hào)。將濾波后的頻帶信號(hào)按照功能模塊所確定的增益通過(guò)80C552單片機(jī)控制模擬開(kāi)關(guān)CD405和儀表放大器AD620實(shí)現(xiàn)頻帶信號(hào)的放大。放大后的信號(hào)通過(guò)功放模塊，信號(hào)的帶負(fù)載的能力大大增強(qiáng)。經(jīng)過(guò)功放模塊后的頻帶信號(hào)施加于標(biāo)準(zhǔn)的亥姆霍茲線圈，用來(lái)產(chǎn)生能夠弓I起生物體生物效應(yīng)的脈沖電磁場(chǎng)。
[0037]本發(fā)明的頻段可調(diào)的電磁發(fā)生裝置及其電磁產(chǎn)生方法，能夠輸出包含生物體內(nèi)主要核子1H，13C, 14N, 170，23Na, 31P的共振頻帶，并且根據(jù)需要，輸出頻段范圍可變的脈沖電磁場(chǎng)，以此裝置為平臺(tái)開(kāi)展動(dòng)物實(shí)驗(yàn)以及細(xì)胞實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)于闡明脈沖電磁場(chǎng)生物效應(yīng)的機(jī)理有重大意義。
【權(quán)利要求】
1.一種頻段可調(diào)的電磁產(chǎn)生方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)、產(chǎn)生頻率為20HZ?20KHZ的頻譜分布平坦的白噪聲信號(hào)，并對(duì)白噪聲信號(hào)進(jìn)行處理，消除基準(zhǔn)直流分壓，得到待處理信號(hào)； 2)、對(duì)待處理信號(hào)進(jìn)行濾波處理，得到所需頻段范圍的預(yù)設(shè)頻帶信號(hào)，然后對(duì)所述預(yù)設(shè)頻帶信號(hào)進(jìn)行放大，得到開(kāi)路電壓信號(hào)； 3)、將開(kāi)路電壓信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得到電磁場(chǎng)信號(hào)進(jìn)行輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頻段可調(diào)的電磁產(chǎn)生方法，其特征在于，所述步驟I)中通過(guò)隔直電路對(duì)白噪聲信號(hào)進(jìn)行處理，消除基準(zhǔn)直流分壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頻段可調(diào)的電磁產(chǎn)生方法，其特征在于，所述對(duì)待處理信號(hào)進(jìn)行濾波處理為通過(guò)濾波器MAX262進(jìn)行濾波處理。
4.一種頻段可調(diào)的電磁產(chǎn)生裝置，其特征在于，包括:白噪聲信號(hào)發(fā)生模塊(I)、濾波模塊(2)、功放模塊(3)以及電磁場(chǎng)發(fā)生模塊(4)； 白噪聲信號(hào)發(fā)生模塊(I)用于產(chǎn)生頻率為20Hz?20KHz的頻譜分布平坦的白噪聲信號(hào)，并對(duì)白噪聲信號(hào)進(jìn)行處理，消除基準(zhǔn)直流分壓，得到待處理信號(hào)； 濾波模塊(2)用于對(duì)待處理信號(hào)進(jìn)行濾波處理，得到所需頻段范圍的預(yù)設(shè)頻帶信號(hào)； 功放模塊(3)用于對(duì)所述預(yù)設(shè)頻帶信號(hào)進(jìn)行放大，得到開(kāi)路電壓信號(hào)； 電磁場(chǎng)發(fā)生模塊(4)用于將開(kāi)路電壓信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換為電磁場(chǎng)信號(hào)進(jìn)行輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的頻段可調(diào)的電磁發(fā)生裝置，其特征在于，所述白噪聲信號(hào)發(fā)生模塊由寬帶白噪聲發(fā)生器MM5837以及隔直電路組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的頻段可調(diào)的電磁發(fā)生裝置，其特征在于，所述濾波模塊由單片機(jī)80C522、Max262智能濾波器組成，單片機(jī)控制Max262濾波器的中心頻率f0，品質(zhì)因數(shù)Q以及工作方式。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的頻段可調(diào)的電磁發(fā)生裝置，其特征在于，所述功放模塊由集成運(yùn)放0PA549完成信號(hào)放大。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的頻段可調(diào)的電磁發(fā)生裝置，其特征在于，所述電磁場(chǎng)發(fā)生模塊采用密繞亥姆霍茲線圈。
【文檔編號(hào)】A61N2/04GK104274908SQ201410503859
【公開(kāi)日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2014年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月26日
【發(fā)明者】羅二平, 李飛江, 申廣浩, 雷濤, 景達(dá), 謝康寧, 吳小明, 湯池, 郭偉, 劉娟 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍第四軍醫(yī)大學(xué)