專利名稱：一種脈沖強磁場發(fā)生裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明內(nèi)容屬于電磁技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種脈沖發(fā)生裝置，尤其是一種脈沖強磁場發(fā)生裝置。
背景技術(shù)：
磁場較之電場對生物組織有良好的穿透性，用脈沖磁場輻照生物組織可以產(chǎn)生很多生物效應(yīng)，諸如刺激運動神經(jīng)，檢測神經(jīng)的狀態(tài)；誘發(fā)靶點處的鐵磁納米材料產(chǎn)熱，殺死癌細胞；促使細胞膜破裂，進行細胞融合等?，F(xiàn)有的脈沖磁場發(fā)生裝置，為了產(chǎn)生比較強的磁場，線圈中加有導磁率高的鐵磁性材料，這樣做的結(jié)果是其一線圈的自感很大，di/dt值比較小，產(chǎn)生的脈沖磁場上升沿比較緩，與理想的矩形脈沖磁場相差比較大；其二由于鐵磁性材料的使用，脈沖磁場被約束在線圈內(nèi)或鐵磁材料的間隙中，使脈沖磁場的作用區(qū)域變小，限制了此類裝置的應(yīng)用領(lǐng)域。 由于對脈沖磁場發(fā)生裝置缺乏有效的控制，所產(chǎn)生脈沖磁場的參數(shù)控制得不到有效的保證，直接影響了脈沖磁場發(fā)生裝置的使用。鑒于對現(xiàn)有脈沖磁場發(fā)生裝置背景技術(shù)的分析和實際應(yīng)用的需求，研究一種新的脈沖強磁場發(fā)生裝置以滿足科研和實際應(yīng)用的需要是非常必要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)在應(yīng)用過程中暴露出的問題，提供一種脈沖強磁場發(fā)生裝置，該脈沖強磁場發(fā)生裝置產(chǎn)生的脈沖磁場強度大，磁場作用區(qū)域大、脈沖磁場的波形近乎矩形波，并且可以有效控制磁場的幅值、頻率和脈寬。要解決的技術(shù)問題⑴用空心線圈代替有鐵芯的線圈；⑵通過控制電容器中儲存的電場能量，保證脈沖磁場幅值的精準；(3)采集所產(chǎn)生的脈沖磁場的信息，并反饋給充電控制，適時調(diào)整蓄能的狀態(tài)；(4)蓄能與釋能相互不影響；(5)提供線圈反向電流的釋放回路；(6)備有強制電能泄放通路；(7)釋能開關(guān)無觸點并能通過大電流；⑶電路簡單，可靠性高；(9)設(shè)備使用環(huán)境沒有特殊的要求。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來解決的一種脈沖強磁場發(fā)生裝置，包括電源、第一控制單元、蓄能開關(guān)、蓄能電容、第二控制單元、釋能開關(guān)、換能器、第一采樣單元、第二采樣單元和主控電路；所述電源、第一控制單元、蓄能開關(guān)、蓄能電容、第二控制單元、釋能開關(guān)和換能器依次正向連接；所述換能器通過第二采樣單元與第一控制單元連接；所述蓄能電容通過第一采樣單元與第一控制單元連接；所述主控電路分別與第一控制單元和第二控制單元連接。所述第一采樣單元包括串聯(lián)的第一電阻和第二電阻、串聯(lián)的第三電阻和第四電阻、串聯(lián)的第十七電阻和第十八電阻、第一比較器；所述第十七電阻和第十八電阻之間設(shè)置有電位器，電位器一端與第一電阻連接，電位器另一端與第十八電阻連接；所述第三電阻一端連接5v電源、另一端連接第一比較器的正端；所述第二電阻一端連接第一比較器的負端，第二電阻另一端接地；所述第一比較器的輸出端與第一控制單元的被控制端連接；所述第十七電阻的一端與蓄能電容的正極板連接；所述第十八電阻的接地端與蓄能電容的負極板連接。所述第二采樣單元包括串聯(lián)的第二十電阻和第二十一電阻、串聯(lián)的第二十二電阻和第二十三電阻、第二比較器；所述第二十電阻一端連接第二比較器的負端、第二十電阻的另一端連接采樣小線圈；所述第二十二電阻一端連接第二比較器的正端，另一端接5v電源；所述第二比較器輸出端連接第一控制單元的被控制端；所述第二十一電阻和第二十三電阻接地。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點和有益效果如下(I)用空心線圈代替有鐵芯的線圈，回路中的自感大大減小，di/dt值很大，產(chǎn)生的脈沖磁場的波形近乎矩形波；(2)采用多路控制，既保證電容器蓄能過程和狀態(tài)的正確，又保證所產(chǎn)生脈沖磁場幅值的精準；(3)采集所產(chǎn)生的脈沖磁場的信息，并反饋給充電控制，適時調(diào)整蓄能的狀態(tài)；(4)對電容充電，不是采用經(jīng)過濾波后的穩(wěn)定直流信號，而是直接用經(jīng)過全波整流后的脈動直流信號；(5)脈沖磁場不被限制在線圈內(nèi)或鐵隙間，而是外漏在線圈外，磁場的作用區(qū)域大；(6)在全波整流后的電壓上升部分對蓄能開關(guān)觸發(fā)，實施充電，減小能耗；(7)頻率和脈沖磁場的幅值變化范圍寬，在這個范圍內(nèi)的脈沖磁場發(fā)生裝置還未見報道；(8)操作方式多樣，可自控、手控和腳控。


圖I為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)原理圖；圖2為本發(fā)明裝置中的第一控制單元圖；圖3為本發(fā)明裝置中的主控單元圖；圖4為本發(fā)明裝置中的第一采樣單元圖；圖5為本發(fā)明裝置中的第二控制單元圖；圖6為本發(fā)明裝置中的第二采樣單元圖；圖7為本發(fā)明裝置中三控制間的聯(lián)線機構(gòu)示意圖；其中1為電源；2為第一控制單元；3為蓄能開關(guān)；4為蓄能電容；5為第二控制單元；6為釋能開關(guān)；7為換能器；8為第一采樣單元；9為第二采樣單元；10為主控電路；U1為第一比較器；U2為定時器；U3為定時器；U4為雙單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器；U6為定時器;U7為第二比較器；R1為第一電阻；R2為第二電阻；R3為第三電阻；R4為第四電阻；R5為第五電阻；R6為第六電阻；R7為第七電阻；R8為第八電阻；R9為第九電阻；R10為第十電阻；R11為第十一電阻；R12為第十二電阻；R13為第十三電阻；R14為第十四電阻；R15為第十五電阻；R16為第十六電阻；R17為第十七電阻；R18為第十八電阻；R19為第十九電阻；R20為第二十電阻； R21為第二十一電阻；R22為第二十二電阻；R23為第二十三電阻；Wl為電位器。
具體實施例方式以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明內(nèi)容做進一步說明，但本發(fā)明的實際制作結(jié)構(gòu)并不僅限于附圖所示的實施例。1、本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)原理如圖1所示，所述電源、第一控制單元、蓄能開關(guān)、蓄能電容、第二控制單元、釋能開關(guān)和換能器依次正向連接；所述換能器通過第二采樣單元與第一控制單元連接；所述蓄能電容通過第一采樣單元與第一控制單元連接；所述主控電路分別與第一控制單元和第二控制單元連接。在實際應(yīng)用中，常對產(chǎn)生脈沖磁場的裝置有以下三點要求(1)脈沖磁場的波形近乎矩形波，即在上升沿和下降沿磁感應(yīng)強度的時間變化率盡可能大；( 產(chǎn)生的脈沖磁場要盡可能在線圈外，而不是被束縛在線圈內(nèi)，并且沿線圈的軸線方向衰減要小，如刺激腦部運動神經(jīng)元誘發(fā)動作電位；C3)對脈沖磁場發(fā)生裝置的使用環(huán)境沒有特殊要求，工作時并不會影響同室的其他設(shè)備的正常工作。為了滿足實際需要，線圈半徑要大，磁場要強，但線圈只有1 2匝，故要提供很大的能量。鑒于此，裝置工作框圖如圖1所示。電源通過蓄能開關(guān)(可控硅)向蓄能電容充電(電能儲存)，之后通過釋能開關(guān)(可控硅)給線圈施加電流產(chǎn)生脈沖磁場(電場能轉(zhuǎn)化為磁場能量)；第一控制單元為蓄能開關(guān)提供觸發(fā)信號，控制蓄能開關(guān)的導通與關(guān)斷，同理，第二控制單元控制釋能開關(guān)的導通與關(guān)斷；主控電路保證充電不放電，放電不充電；第一采樣單元檢測蓄能電容的蓄能狀態(tài)，并反饋給第一控制單元的被控制端；第二采樣單元檢測所產(chǎn)生磁場的參數(shù)，并轉(zhuǎn)化為電壓信號反饋給第一控制單元的被控制端。2、控制電路依據(jù)實際需要，要精確產(chǎn)生符合要求的脈沖磁場，其關(guān)鍵點就是要對裝置的工作過程與狀態(tài)加以必要和有效的控制。2.1第一控制單元電路第一控制單元電路如圖2所示，第一控制單元電路擔負著實際控制蓄能開關(guān)導通或關(guān)斷的作用。當被控制端為高電平時，定時器555工作在諧振狀態(tài)，不斷產(chǎn)生方波觸發(fā)脈沖，使圖1中的蓄能開關(guān)導通，電源對電容器蓄能。當被控制端為低電平時，三極管Ql處于飽和狀態(tài)，555的2端輸入為高電平，555的3端輸出為低電平，蓄能開關(guān)不導通，電容器蓄能過程停止。2. 2主控電路主控電路如圖3所示，其主要功能是對第一控制單元和對第二控制單元的工作狀態(tài)加以控制，保證蓄能過程不釋能，釋能過程不再蓄能；按照具體用途需要，控制輸出脈沖磁場的頻率和占空比。圖中74LS123為雙單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，將兩個觸發(fā)器首尾相接，就可以諧振產(chǎn)生方波。通過改變外接電阻、電容和控制電壓，可以改變頻率，此振蕩器的頻率穩(wěn)定性很高，可達0. 01 %。該裝置取C6、C7為0. 01 μ F，電阻為220Κ的雙同軸電位器，輸出的控制方波頻率為20Hz 20ΚΗζ。
74LS123的輸出信號一路提供給第二控制單元，一路與定時器555的輸出信號分別經(jīng)過二極管D5和二極管D6疊加后，提供給第一控制單元的被控制端。74LS123的輸出為高電平時，對第一控制單元沒作用，但對第二控制單元有作用，反之作用效果相反。74LS123 的輸出與陽5的輸出都為高電平，對第一控制單元的工作狀態(tài)無影響，第一控制單元產(chǎn)生方波觸發(fā)脈沖，使蓄能開關(guān)導通，電源對電容器蓄能。74LS123或555中的一個輸出為低電平，第一控制單元的被控制端為低電平，圖1中555的3端輸出為低電平，蓄能開關(guān)不導通， 電容器蓄能過程停止。U3工作在單穩(wěn)態(tài)，三極管Q3將全波整流信號反向后提供給555的2 端，控制555的輸出，完成只有在全波整流波形的上升部分才能對電容器蓄能的功能。2. 3第一采樣電路圖4為第一采樣電路，目的是檢測電容器的蓄能狀態(tài)，通過檢測到的電壓，可以得知電容器所蓄存的能量值，控制脈沖磁場的幅值。先將電容器兩極板的高電壓分壓，再通過 Rl和R2分壓后，加到比較器LM3M的反向輸入端，當反向輸入端的電位高于LM3M正向輸入端的參考電位時，LM324的輸出為低電平，反之，LM3M的輸出為高電平，完成通過采樣電壓控制電容器蓄能的功能。Wl為電位器，可以改變分壓的比例。這一電路實現(xiàn)了檢測電容器蓄能的過程和狀態(tài)。2. 4第二控制單元電路圖5為第二控制單元電路，目的是確保釋能開關(guān)的導通與關(guān)斷。74LS00的1端和 2端與主控電路的輸出端相接，74LS00的3端與555的2端相連。該電路對主控電路的輸出信號，進行反向、消除抖動和延時后控制釋能開關(guān)的導通或關(guān)斷。釋能開關(guān)導通，電場能量轉(zhuǎn)換為磁場能量，產(chǎn)生脈沖磁場。2. 5第二采樣電路利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象，通過小線圈檢測脈沖磁場發(fā)生裝置產(chǎn)生的脈沖磁場。如圖6 所示，將測量到的感應(yīng)電動勢通過R20和R21分壓后，加到比較器LM324的反向輸入端， LM324的輸出信號作為反饋信號提供給第一控制單元的被控制端。通過對實際脈沖磁場的檢測，反饋給第一控制單元，調(diào)整電容器的蓄能狀態(tài)，保證產(chǎn)生的脈沖磁場為所要求的結(jié)^ ο2. 6控制電路間的關(guān)系圖7為第一控制單元電路、第二控制單元電路和主控電路的聯(lián)線結(jié)構(gòu)示意圖。主控電路對第一控制單元電路和第二控制單元電路都有控制作用，主控電路輸出特定頻率和占空比的方波，控制強脈沖磁場裝置產(chǎn)生脈沖磁場的頻率和占空比。主控電路輸出高電平， 對第一控制單元電路的工作狀態(tài)不產(chǎn)生影響，可以蓄能。主控電路輸出低電平，致使第二控制單元電路的輸出為高電平，釋能開關(guān)導通，產(chǎn)生脈沖磁場。本發(fā)明的優(yōu)點和效果(1)采用了必要的多路控制，能夠精確地控制輸出脈沖磁場的頻率和幅值等參數(shù)， 解決了輸出脈沖磁場參數(shù)準確性比較差的問題；(2)換能器用半徑較大，只有1 2匝的空心線圈，磁場可外漏在空間，并且磁場的作用區(qū)域大；(3)放電回路中的電感小，di/dt值大，所產(chǎn)生的脈沖磁場的波形近乎矩形波；(4)將所產(chǎn)生的脈沖磁場的信息反饋給充電控制，可以調(diào)整蓄能電容蓄能的狀態(tài)，CN 102543352 A保證了磁場作用區(qū)域?qū)γ}沖磁場的要求；(5)對電容器蓄能不采用經(jīng)濾波后的平坦電流，而是直接用全波整流后的脈動電流，減少了能量損失；(6)控制電路簡單，對裝置的使用環(huán)境沒有特殊要求；(7)裝置操作方式多樣，可自控、手控和腳控。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明的具體實施方式
僅限于此，對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單的推演或替換，都應(yīng)當視為屬于本發(fā)明由所提交的權(quán)利要求書確定專利保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種脈沖強磁場發(fā)生裝置，其特征在于包括電源、第一控制單元、蓄能開關(guān)、蓄能電容、第二控制單元、釋能開關(guān)、換能器、第一采樣單元、第二采樣單元和主控電路；所述電源、第一控制單元、蓄能開關(guān)、蓄能電容、第二控制單元、釋能開關(guān)和換能器依次正向連接；所述換能器通過第二采樣單元與第一控制單元連接；所述蓄能電容通過第一采樣單元與第一控制單元連接；所述主控電路分別與第一控制單元和第二控制單元連接。
2.如權(quán)利要求I所述脈沖強磁場發(fā)生裝置，其特征在于所述第一采樣單元包括串聯(lián)的第一電阻和第二電阻、串聯(lián)的第三電阻和第四電阻、串聯(lián)的第十七電阻和第十八電阻、第一比較器；所述第十七電阻和第十八電阻之間設(shè)置有電位器，電位器一端與第一電阻連接，電位器另一端與第十八電阻連接；所述第三電阻一端連接5v電源、另一端連接第一比較器的正端；所述第二電阻一端連接第一比較器的負端， 第二電阻另一端接地；所述第一比較器的輸出端與第一控制單元的被控制端連接；所述第十七電阻的一端與蓄能電容的正極板連接；所述第十八電阻的接地端與蓄能電容的負極板連接。
3.如權(quán)利要求I所述脈沖強磁場發(fā)生裝置，其特征在于所述第二采樣單元包括串聯(lián)的第二十電阻和第二十一電阻、串聯(lián)的第二十二電阻和第二十三電阻、第二比較器；所述第二十電阻一端連接第二比較器的負端、第二十電阻的另一端連接采樣小線圈；所述第二十二電阻一端連接第二比較器的正端，另一端接5v電源；所述第二比較器輸出端連接第一控制單元的被控制端；所述第二十一電阻和第二十三電阻接地。
4.如權(quán)利要求I所述脈沖強磁場發(fā)生裝置，其特征在于所述主控電路控制第一控制單元和第二控制單元，主控電路輸出方波，控制強脈沖磁場產(chǎn)生脈沖磁場的頻率；主控電路輸出高電平時，對第一控制單元無作用，并且蓄能，但第二控制單元的輸出為低電平，釋能開關(guān)關(guān)斷，主控電路輸出低電平時，其作用相反。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種脈沖強磁場發(fā)生裝置，包括電源、第一控制單元、蓄能開關(guān)、蓄能電容、第二控制單元、釋能開關(guān)、換能器、第一采樣單元、第二采樣單元和主控電路；所述電源、第一控制單元、蓄能開關(guān)、蓄能電容、第二控制單元、釋能開關(guān)和換能器依次正向連接；所述換能器通過第二采樣單元與第一控制單元連接。本發(fā)明的優(yōu)點是該裝置采用了必要的控制，能夠精確地控制脈沖磁場的產(chǎn)生；利用對電容器的電壓采樣，適時掌握了電容器的蓄能過程和狀態(tài)；利用對脈沖磁場的電壓采樣，反饋控制了電容器的蓄能量為所要求的值；各控制既分工，又協(xié)調(diào)和配合；裝置具有應(yīng)用的普適性；控制電路簡單，成本低。
文檔編號H03K3/02GK102543352SQ201210005210
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月10日
發(fā)明者劉淵聲, 屈學民, 文峻, 文曉成, 王斯剛, 龍開平 申請人:中國人民解放軍第四軍醫(yī)大學