專利名稱：一種脈沖強磁場發生裝置的制作方法
技術領域：
本發明內容屬于電磁技術領域，涉及一種脈沖發生裝置，尤其是一種脈沖強磁場發生裝置。
背景技術：
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生很多生物效應，諸如刺激運動神經，檢測神經的狀態；誘發靶點處的鐵磁納米材料產熱，殺死癌細胞；促使細胞膜破裂，進行細胞融合等。現有的脈沖磁場發生裝置，為了產生比較強的磁場，線圈中加有導磁率高的鐵磁性材料，這樣做的結果是其一線圈的自感很大，di/dt值比較小，產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或鐵磁材料的間隙中，使脈沖磁場的作用區域變小，限制了此類裝置的應用領域。 由于對脈沖磁場發生裝置缺乏有效的控制，所產生脈沖磁場的參數控制得不到有效的保證，直接影響了脈沖磁場發生裝置的使用。鑒于對現有脈沖磁場發生裝置背景技術的分析和實際應用的需求，研究一種新的脈沖強磁場發生裝置以滿足科研和實際應用的需要是非常必要的。
發明內容
本發明的目的在于解決現有技術在應用過程中暴露出的問題，提供一種脈沖強磁場發生裝置，該脈沖強磁場發生裝置產生的脈沖磁場強度大，磁場作用區域大、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)采集所產生的脈沖磁場的信息，并反饋給充電控制，適時調整蓄能的狀態；(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)釋能開關無觸點并能通過大電流；⑶電路簡單，可靠性高；(9)設備使用環境沒有特殊的要求。本發明的目的是通過以下技術方案來解決的一種脈沖強磁場發生裝置，包括電源、第一控制單元、蓄能開關、蓄能電容、第二控制單元、釋能開關、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、蓄能電容、第二控制單元、釋能開關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的第一電阻和第二電阻、串聯的第三電阻和第四電阻、串聯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的第二十電阻和第二十一電阻、串聯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。本發明與現有技術相比，其優點和有益效果如下(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的正確，又保證所產生脈沖磁場幅值的精準；(3)采集所產生的脈沖磁場的信息，并反饋給充電控制，適時調整蓄能的狀態；(4)對電容充電，不是采用經過濾波后的穩定直流信號，而是直接用經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或鐵隙間，而是外漏在線圈外，磁場的作用區域大；(6)在全波整流后的電壓上升部分對蓄能開關觸發，實施充電，減小能耗；(7)頻率和脈沖磁場的幅值變化范圍寬，在這個范圍內的脈沖磁場發生裝置還未見報道；(8)操作方式多樣，可自控、手控和腳控。
圖I為本發明裝置的結構原理圖；圖2為本發明裝置中的第一控制單元圖；圖3為本發明裝置中的主控單元圖；圖4為本發明裝置中的第一采樣單元圖；圖5為本發明裝置中的第二控制單元圖；圖6為本發明裝置中的第二采樣單元圖；圖7為本發明裝置中三控制間的聯線機構示意圖；其中1為電源；2為第一控制單元；3為蓄能開關；4為蓄能電容；5為第二控制單元；6為釋能開關；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為雙單穩態觸發器；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合附圖對本發明內容做進一步說明，但本發明的實際制作結構并不僅限于附圖所示的實施例。1、本發明裝置的結構原理如圖1所示，所述電源、第一控制單元、蓄能開關、蓄能電容、第二控制單元、釋能開關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。在實際應用中，常對產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強度的時間變化率盡可能大；( 產生的脈沖磁場要盡可能在線圈外，而不是被束縛在線圈內，并且沿線圈的軸線方向衰減要小，如刺激腦部運動神經元誘發動作電位；C3)對脈沖磁場發生裝置的使用環境沒有特殊要求，工作時并不會影響同室的其他設備的正常工作。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(可控硅)向蓄能電容充電(電能儲存)，之后通過釋能開關(可控硅)給線圈施加電流產生脈沖磁場(電場能轉化為磁場能量)；第一控制單元為蓄能開關提供觸發信號，控制蓄能開關的導通與關斷，同理，第二控制單元控制釋能開關的導通與關斷；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，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生磁場的參數，并轉化為電壓信號反饋給第一控制單元的被控制端。2、控制電路依據實際需要，要精確產生符合要求的脈沖磁場，其關鍵點就是要對裝置的工作過程與狀態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導通或關斷的作用。當被控制端為高電平時，定時器555工作在諧振狀態，不斷產生方波觸發脈沖，使圖1中的蓄能開關導通，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，555的2端輸入為高電平，555的3端輸出為低電平，蓄能開關不導通，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為雙單穩態觸發器，將兩個觸發器首尾相接，就可以諧振產生方波。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無影響，第一控制單元產生方波觸發脈沖，使蓄能開關導通，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，蓄能開關不導通， 電容器蓄能過程停止。U3工作在單穩態，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，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。這一電路實現了檢測電容器蓄能的過程和狀態。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的導通與關斷。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的導通或關斷。釋能開關導通，電場能量轉換為磁場能量，產生脈沖磁場。2. 5第二采樣電路利用電磁感應現象，通過小線圈檢測脈沖磁場發生裝置產生的脈沖磁場。如圖6 所示，將測量到的感應電動勢通過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，調整電容器的蓄能狀態，保證產生的脈沖磁場為所要求的結^ ο2. 6控制電路間的關系圖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線結構示意圖。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不產生影響，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，釋能開關導通，產生脈沖磁場。本發明的優點和效果(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， 解決了輸出脈沖磁場參數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，并且磁場的作用區域大；(3)放電回路中的電感小，di/dt值大，所產生的脈沖磁場的波形近乎矩形波；(4)將所產生的脈沖磁場的信息反饋給充電控制，可以調整蓄能電容蓄能的狀態，CN 102543352 A保證了磁場作用區域對脈沖磁場的要求；(5)對電容器蓄能不采用經濾波后的平坦電流，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。以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施方式
僅限于此，對于本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單的推演或替換，都應當視為屬于本發明由所提交的權利要求書確定專利保護范圍。
權利要求
1.一種脈沖強磁場發生裝置，其特征在于包括電源、第一控制單元、蓄能開關、蓄能電容、第二控制單元、釋能開關、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、蓄能電容、第二控制單元、釋能開關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.如權利要求I所述脈沖強磁場發生裝置，其特征在于所述第一采樣單元包括串聯的第一電阻和第二電阻、串聯的第三電阻和第四電阻、串聯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.如權利要求I所述脈沖強磁場發生裝置，其特征在于所述第二采樣單元包括串聯的第二十電阻和第二十一電阻、串聯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.如權利要求I所述脈沖強磁場發生裝置，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，釋能開關關斷，主控電路輸出低電平時，其作用相反。
全文摘要
本發明公開了一種脈沖強磁場發生裝置，包括電源、第一控制單元、蓄能開關、蓄能電容、第二控制單元、釋能開關、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、蓄能電容、第二控制單元、釋能開關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。本發明的優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；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，又協調和配合；裝置具有應用的普適性；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 優先權日2012年1月10日
發明者劉淵聲, 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大學