用于医疗的超声波智能控制系统研究

论文摘要

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。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
•   1.1 课题的背景研究
•     1.1.1 超声技术
•     1.1.2 超声医疗的分类及其应用
•     1.1.3 超声换能器
•   1.2 超声电源以及电控技术
•     1.2.1 超声电源的发展
•     1.2.2 电控系统研究现状与存在的问题
•   1.3 课题研究内容与论文章节安排
• 第2章 电控系统方案的研究与设计
•   2.1 压电换能器的电学、物理特性分析
•     2.1.1 压电换能器谐振状态等效电路
•     2.1.2 压电换能器多峰值特性
•     2.1.3 压电换能器的相位特性
•     2.1.4 频偏影响因素及结果
•   2.2 最佳驱动频率原理与验证
•   2.3 电控系统方案设计
•     2.3.1 调谐匹配方案
•     2.3.2 自动锁频方案
•     2.3.3 恒功率方案
•   2.4 医疗超声波智能控制系统总方案设计
•   2.5 本章小结
• 第3章 超声波智能控制系统电路研究与设计
•   3.1 硬件电路总体设计
•   3.2 整流滤波模块设计
•     3.2.1 整流方案选择
•     3.2.2 滤波方案选择
•   3.3 功率调整模块设计
•     3.3.1 DC-DC电压调整模块
•     3.3.2 PWM波1发生电路
•   3.4 高频逆变模块设计
•     3.4.1 推挽电路设计
•     3.4.2 驱动电路设计
•   3.5 调谐匹配模块设计
•     3.5.1 调谐匹配电路设计
•     3.5.2 输出滤波电路设计
•   3.6 采样反馈模块硬件设计
•     3.6.1 电压电流采样电路设计
•     3.6.2 相位差检测电路设计
•     3.6.3 有效值检测电路设计
•   3.7 控制系统设计
•     3.7.1 控制系统芯片选型
•     3.7.2 显示控制模块设计
•     3.7.3 SDRAM存储模块设计
•   3.8 本章小结
• 第4章 软件设计与实现
•   4.1 程序分块与设计
•   4.2 自动锁频程序设计
•     4.2.1 初始化部分
•     4.2.2 相位锁定部分
•     4.2.3 最大电流值锁定部分
•     4.2.4 逻辑判定部分
•   4.3 恒功率程序设计
•     4.3.1 恒功率控制流程图设计
•     4.3.2 PI算法实现
•   4.4 本章小结
• 第5章 超声波智能控制系统测试分析与改进
•   5.1 系统调试
•     5.1.1 SDRAM时序设计改进
•     5.1.2 系统输出电路改进
•     5.1.3 实验调试数据
•   5.2 系统测试
•     5.2.1 空载输出测试
•     5.2.2 最佳驱动频率实验效果
•   5.3 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 作者在读期间发表的学术论文及参加的科研项目

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 段誉

导师: 余厉阳

关键词: 超声医疗,最佳驱动频率,自动锁频,恒功率

来源: 杭州电子科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑,信息科技

专业: 物理学,仪器仪表工业,自动化技术

单位: 杭州电子科技大学

分类号: TH774;TP273;O426

总页数: 70

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