專利名稱：一種串聯諧振式超聲信號源的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及主要用于牙科及超聲清洗的超聲信號源。
超聲信號源通常由超聲換能器、振蕩器和電源組成。超聲換能器可分為壓電陶瓷式和磁致伸縮式兩種；它的兩個諧振頻率分別稱為串聯諧振頻率和并聯諧振頻率。根據超聲換能器的不同工作頻率，可將超聲信號源分為串聯諧振式和并聯諧振式兩大類。
當超聲換能器工作在并聯諧振頻率時，超聲換能器的阻抗達到最大值，并隨著機械負載的增加而減小。目前有些設備利用上述阻抗的變化特性，用恒壓源來實現輸出功率和阻抗的匹配，即功率的自動跟蹤。此方法的不足之處是需要給超聲換能器提供很高的激勵電壓，以產生足夠的輸出功率。由于并聯諧振時系統的工作電壓很高，因此該方法不太適合儀器和病人直接接觸的醫療應用場合。
當超聲換能器工作在串聯諧振頻率時，超聲換能器的阻抗達到最小值，并隨著機械負載的增加而增加。和并聯諧振相比，在相同的輸出功率下，串聯諧振超聲換能器所需的激勵電壓遠小于并聯諧振時的激勵電壓。當超聲信號源的電源為恒壓源時，系統的輸出功率將隨著換能器阻抗的增加而減小，即機械負載的增加將導致輸出功率的減小。因此，在串聯諧振方式下采用恒壓源，不僅無法實現功率的自動跟蹤，而且輸出功率會不斷偏離匹配功率，與操作者的意愿相違背。因此，如何合理地設計系統電源成為串聯諧振式超聲信號源設計的重要內容。
法國SATELEC公司專利號為7715247的發明專利提出，采用固定恒流源和可變恒壓源的并聯可實現串聯諧振式超聲信號源的輸出功率和換能器阻抗的匹配，完成功率自動跟蹤，并能將輸出功率控制在一定的范圍內。但是，該系統存在以下不足之處當系統工作在固定恒流源狀態時，輸出功率由恒流源和換能器阻抗決定；由于電流為一常數，因此輸出功率只取決于換能器阻抗，阻抗不變，則輸出功率不變。調整恒壓源只能改變系統的最大輸出功率，卻無法改變整個自動功率跟蹤范圍內的輸出功率，而且自動功率跟蹤范圍小，并且隨著最大輸出功率的降低而減小。上述方法在一定程度上限制了該系統的靈活性，給使用帶來不便；且由于固定恒流源和恒壓源是由分立元件實現的，因此該系統難以獲得較高的性能指標，而且調試復雜。
本實用新型提出一種輸出功率在整個自動功率跟蹤范圍內都可隨意調整的串聯諧振式超聲信號源，以解決現有技術的上述問題。
附
圖1為本實用新型串聯諧振式超聲信號源的原理框圖。
這種串聯諧振式超聲信號源，由整流濾波器4、限壓恒流源3、振蕩器2和超聲換能器1組成，其特征在于所述限壓恒流源為限壓可變恒流源；所述整流濾波器的輸出端接限壓可變恒流源的輸入端，限壓可變恒流源的輸出端接振蕩器的電源端，振蕩器的輸出端接超聲換能器，整流濾波器的輸入端接交流電源。
所述限壓可變恒流源可采用電壓調整器加外圍電路來實現，也可直接用可變恒流源代替限壓可變恒流源來實現。
由于本實用新型串聯諧振式超聲信號源中采用限壓可變恒流源來代替現有技術中的限壓恒流源，因此恒流源的電流值可根據需要隨意調整，從而獲得系統輸出功率和換能器阻抗的最佳匹配，使得換能器的輸出功率在很寬的自動功率跟蹤范圍內都可隨意調整。當換能器阻抗小于門限值時，電源工作在恒流源方式，輸出功率將隨著換能器阻抗的增加而增加，從而實現功率的自動跟蹤，只要調整恒流源的電流值，即可改變系統的輸出功率；當阻抗大于門限值時，電源工作在恒壓源方式，即限壓方式，輸出功率將隨著換能器阻抗的增加而減小，從而限制了換能器的輸出功率不會因換能器阻抗過大而產生過大的輸出功率，只要調整恒壓源的電壓值，即可調整限壓值，從而可改變系統輸出功率的限制范圍，使整個系統工作在設定的安全范圍內。本實用新型克服了現有技術因其采用固定恒流源而無法改變整個自動功率跟蹤范圍內的輸出功率和自動功率跟蹤范圍小的缺點。
將本實用新型串聯諧振式超聲信號源的超聲換能器1采用超聲潔牙換能器，則構成超聲潔牙機；采用超聲清洗換能器，則構成超聲清洗機。
采用本實用新型串聯諧振式超聲信號源構成的超聲潔牙機，不僅能有效地完成功率的自動跟蹤，控制換能器的輸出功率在一定的安全范圍內，且自動功率跟蹤范圍寬，不受最大輸出功率的限制，輸出功率可根據需要隨意調整，從而使得超聲潔牙機能快速有效地清除牙結石，而不傷及牙齒。
本實用新型串聯諧振式超聲信號源也可用于其它超聲設備。
若限壓可變恒流源采用集成電路來實現，則系統的實現更加簡單，調試更加方便，并能獲得較高的性能指標。
以下是本實用新型的實施例。
實施例1本實施例為用電壓調整器加外圍電路構成限壓可變恒流源的串聯諧振式超聲信號源的一種實施方式。所述電壓調整器采用帶限流的電壓調整器集成電路LM723。
附圖2給出了采用電壓調整器LM723加外圍電路構成串聯諧振式超聲信號源的實施方式電路圖。具體元件及其連接方式如下整流濾波器4由電源變壓器28、全波整流電橋29、濾波電容30、開關5和電磁閥6組成。電源變壓器28的初級接交流電源、次級接全波整流電橋29的輸入端；在全波整流電橋29的輸出端并聯濾波電容30；開關5和電磁閥6串聯后和濾波電容30并聯連接，其中濾波電容30的正端接開關5、負端接電磁閥6；開關5和電磁閥6的連接點為整流濾波器4的輸出端B，濾波電容30的負端為整流濾波器4的輸出端D。
限壓可變恒流源3由標號為7的電壓調整器LM723、三極管9、可變電阻10、電容8、可變電阻11、電阻12和電容13組成。LM723的11腳和12腳相連，5腳和6腳相連，7腳接地，可變電阻10的兩端分別連接LM723的2腳和3腳，可變電阻11的兩端分別連接LM723的3腳和4腳，電阻12的兩端分別連接LM723的4腳和地，電容8的兩端分別連接LM723的4腳和13腳，三極管9的基極、集電極、發射極分別連接LM723的10腳、11腳和2腳，電容13連接到LM723的3腳和地之間。其中可變電阻10用來調整恒流源的電流值，可變電阻11和電阻12用來確定恒壓源的電壓值。LM723的11腳為限壓可變恒流源3的輸入端，LM723的3腳為限壓可變恒流源3的輸出端。
振蕩器2由三極管20、電阻15、輸出變壓器18、電感16、電容14、電容17和電阻19組成。C端為振蕩器2的電源端，C端和地之間接電容14，C端和三極管20的基極間接電阻15，C端和三極管20的集電極之間接輸出變壓器18的初級，三極管20的發射極接地，輸出變壓器18的次級的一端分別接電阻19和串聯的電感16和電容17，串聯的電感16和電容17的另一端接三極管20的基極，電阻19的另一端接地；輸出變壓器18的次級的另一端為振蕩器2的輸出端。
整流濾波器4、限壓可變恒流源3、振蕩器2和超聲換能器1按如下連接整流濾波器4的輸出端B接限壓可變恒流源3的輸入端，整流濾波器4的輸出端D接地，限壓可變恒流源3的輸出端接振蕩器2的電源端，振蕩器2的輸出端和地之間接超聲換能器1。振蕩器2工作在超聲換能器1的串聯諧振頻率上。
將本實用新型串聯諧振式超聲信號源的超聲換能器1采用超聲潔牙換能器，則構成超聲潔牙機；超聲換能器1采用超聲清洗換能器，則構成超聲清洗機。
采用本實用新型串聯諧振式超聲信號源構成的超聲潔牙機，使用時可通過調可變電阻10來調整恒流源的電流值，從而調整系統的輸出功率，以滿足清洗不同硬度牙結石的需要。設V為限壓可變恒流源的限壓值，I為限壓可變恒流源的電流值，其最小值和最大值分別為Imin和Imax，Z為超聲換能器的等效阻抗，則本實用新型串聯諧振式超聲信號源的輸出功率可在最小值Imin2·Zmin和最大值V·Imax之間連續可調，自動功率跟蹤的阻抗范圍為Zmin≤Z≤V/I，因此自動功率跟蹤的最小阻抗范圍為Zmin≤Z≤V/Imax，最大阻抗范圍為Zmin≤Z≤V/Imin。而現有技術的最大自動功率跟蹤阻抗范圍只能達到本實用新型自動功率跟蹤阻抗范圍的最小值。
若限壓可變恒流源中的元件選用如下參數電容8為500pF，電容13為0.1uF，可變電阻10為1Ω～2.4Ω，可變電阻11調至13.2KΩ，電阻12為5.6KΩ，則限壓可變恒流源的限壓值為24伏，可變恒流源的電流在0.25安培至0.6安培之間連續可調，系統的輸出功率在2瓦至14.4瓦之間連續可調。
從而使本實用新型串聯諧振式超聲信號源構成的儀器工作安全可靠，使用靈活方便。
實施例2本實施例為用電壓調整器加外圍電路構成限壓可變恒流源的串聯諧振式超聲信號源另一種實施方式。電壓調整器采用帶限流的電壓調整器集成電路L200。
附圖3只給出了限壓可變恒流源3采用電壓調整器L200加外圍電路的實施方式電路圖，其余部分與附圖2完全相同。
本實施例限壓可變恒流源3由標號為23的電壓調整器L200、三極管22、可變電阻24、電容27、電阻21、可變電阻25、電阻26和電容13組成。L200的3腳接地，三極管22的基極和發射極之間接電阻21，三極管22的基極和地之間接電容27，三極管22的集電極接L200的5腳，L200的5腳和2腳之間接可變電阻24，2腳和4腳之間接可變電阻25，4腳和地之間接電阻26，電容13連接到2腳和地之間。其中可變電阻24用來調整恒流源的電流值，可變電阻25和電阻26用來確定恒壓源的電壓值。三極管22的發射極為限壓可變恒流源3的輸入端，L200的2腳為限壓可變恒流源3的輸出端。
本實施例的限壓可變恒流源3與整流濾波器4、振蕩器2和超聲換能器1的連接方法和實施例1相同。
采用本實用新型串聯諧振式超聲信號源構成的超聲潔牙機，若限壓可變恒流源3中的元件選用如下參數電容13為0.1uF，電容27為10uF，可變電阻24為0.75Ω～1.8Ω，電阻21為2.5Ω，可變電阻25調至6.3KΩ，電阻26為820Ω，則限壓可變恒流源的限壓值為24伏，可變恒流源的電流在0.25安培至0.6安培之間連續可調，系統的輸出功率在2瓦至14.4瓦之間連續可調。
實施例3本實施例為用電壓調整器加外圍電路構成限壓可變恒流源的串聯諧振式超聲信號源又一種實施方式。電壓調整器采用集成電路LM317。
附圖4只給出了限壓可變恒流源3采用電壓調整器LM317加外圍電路的實施方式電路圖。其余部分與附圖2完全相同。
本實施例中限壓可變恒流源3由標號為38的電壓調整器LM317，可變電阻31，電阻32，可變電阻33，電阻34，三極管35和電容13組成。LM317的ADJ和Vout之間接可變電阻31，LM317的ADJ接三極管35的集電極，三極管35的集電極和發射極之間串聯接上電阻32和可變電阻33，電阻32和可變電阻33的連接點和三極管35的基極之間接電阻34，電阻32和可變電阻33的連接點接地，LM317的Vout和地之間接電容13。LM317的Vin端為限壓可變恒流源3的輸入端，LM317的Vout端為限壓可變恒流源3的輸出端。
本實施例限壓可變恒流源3與整流濾波器4、振蕩器2和超聲換能器1的連接方法如下整流濾波器4的輸出端B接限壓可變恒流源3的輸入端，整流濾波器4的輸出端D接限壓可變恒流源3中的三極管35的發射極，限壓可變恒流源3的輸出端接振蕩器2的電源端，振蕩器2的輸出端和地之間接超聲換能器1。
實施例4本實施例為一種用可變恒流源代替限壓可變恒流源的串聯諧振式超聲信號源實施方式。可變恒流源用電壓調整器集成電路LM317加外圍電路構成。
附圖5只給出了采用可變恒流源代替限壓可變恒流源部分的實施方式電路圖。其余部分與附圖2完全相同。
該可變恒流源由標號為39的電壓調整器LM317，可變電阻36和電容37組成。LM317的Vin和地之間接電容37，LM317的ADJ和Vout之間接可變電阻36。改變可變電阻36的電阻值可調整恒流源的電流值。LM317的Vin腳為可變恒流源的輸入端，LM317的ADJ腳為可變恒流源的輸出端。
本實施例用可變恒流源代替限壓可變恒流源后，此可變恒流源與整流濾波器、振蕩器和超聲換能器的連接方法和實施例1相同。
雖然在此實施方式中，用沒有限壓功能的可變恒流源代替限壓可變恒流源，但由于可變恒流源的輸出電壓受接至可變恒流源輸入端的輸入電壓限制，因此可變恒流源仍然具有限壓功能。
權利要求1.一種串聯諧振式超聲信號源，由整流濾波器、限壓恒流源、振蕩器和超聲換能器組成，其特征在于所述限壓恒流源為限壓可變恒流源；所述整流濾波器的輸出端接限壓可變恒流源的輸入端，限壓可變恒流源的輸出端接振蕩器的電源端，振蕩器的輸出端接超聲換能器，整流濾波器的輸入端接交流電源。
2.如權利要求1所述串聯諧振式超聲信號源，特征在于所述限壓可變恒流源采用電壓調整器LM723加外圍電路來實現；即LM723的腳(11)和腳(12)相連，腳(5)和腳(6)相連，腳(7)接地，可變電阻(10)的兩端分別連接LM723的腳(2)和腳(3)，可變電阻(11)的兩端分別連接LM723的腳(3)和腳(4)，電阻(12)的兩端分別連接LM723的腳(4)和地，電容(8)的兩端分別連接LM723的腳(4)和腳(13)，三極管(9)的基極、集電極、發射極分別連接LM723的腳(10)、腳(11)和腳(2)，電容(13)連接到LM723的腳(3)和地之間；LM723的腳(11)為限壓可變恒流源的輸入端，LM723的腳(3)為限壓可變恒流源的輸出端。
3.如權利要求1所述串聯諧振式超聲信號源，特征在于所述限壓可變恒流源采用電壓調整器L200加外圍電路來實現；即L200的腳(3)接地，三極管(22)的基極和發射極之間接電阻(21)，三極管(22)的基極和地之間接電容(27)，三極管(22)的集電極接L200的腳(5)，L200的腳(5)和腳(2)之間接可變電阻(24)，腳(2)和腳(4)之間接可變電阻(25)，腳(4)和地之間接電阻(26)，電容(13)連接到腳(2)和地之間；三極管(22)的發射極為限壓可變恒流源的輸入端，L200的腳(2)為限壓可變恒流源的輸出端。
4.如權利要求1所述串聯諧振式超聲信號源，特征在于所述限壓可變恒流源采用電壓調整器LM317加外圍電路來實現；即LM317的ADJ和Vout之間接可變電阻(31)，LM317的ADJ接三極管(35)的集電極，三極管(35)的集電極和發射極之間串聯接上電阻(32)和可變電阻(33)，電阻(32)和可變電阻(33)的連接點和三極管(35)的基極之間接電阻(34)，電阻(32)和可變電阻(33)的連接點接地，LM317的Vout和地之間接電容(13)；LM317的Vin端為限壓可變恒流源的輸入端，LM317的Vout端為限壓可變恒流源的輸出端。
5.如權利要求1所述串聯諧振式超聲信號源，特征在于所述限壓可變恒流源采用可變恒流源來代替；即LM317的Vin和地之間接電容(37)，LM317的ADJ和Vout之間接可變電阻(36)；LM317的Vin腳為可變恒流源的輸入端，LM317的ADJ腳為可變恒流源的輸出端。
專利摘要本實用新型串聯諧振式超聲信號源,由整流濾波器4、限壓恒流源3、振蕩器2和超聲換能器1組成,特征在于所述限壓恒流源為限壓可變恒流源,采用電壓調整器加外圍電路來實現或采用可變恒流源來代替;本實用新型可用于超聲潔牙機或其它超聲清洗設備,不僅能有效地完成功率的自動跟蹤,控制換能器的輸出功率在一定的安全范圍內,且自動功率跟蹤范圍寬,不受最大輸出功率的限制,輸出功率可根據需要隨意調整。
文檔編號B06B1/02GK2364981SQ99202979
公開日2000年2月23日 申請日期1999年3月15日 優先權日1999年3月15日
發明者李智群 申請人:李智群