超聲波發生器系統的製作方法
2023-10-10 01:14:34
專利名稱：超聲波發生器系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種超聲波發生器系統。更特別地，但並非專用地，本發明涉及一種發生器系統，該系統能夠獲得並維持提供給波導管的諧振扭轉頻率。
背景技術：
扭轉波導管具有很多固有頻率，但這些固有頻率中只有少數是有用的。共振條件中多數都處於撓曲型，這是不希望有的。
理想地，傳統的驅動電路可以給細長的扭轉振動波導管提供電力。但是，在希望利用唯一的扭轉模式諧振方面是很困難的，因為這樣就需要與用於傳統電路的任意一種可選擇的諧振模式間隔開至少1.0kHz的頻率差，以滿足需要。實際上，這種波導管在所希望有的模式的幾百Hz內顯示出可供選擇的幾種諧振模式。
公知的是，在歐洲專利申請No.1025806A中提供了一種超聲波手術裝置，在該裝置中，電路存儲了滿足共振條件的頻率，並在檢測到非共振條件的時候恢復該信號到該共振條件。
這種設置很不靈活，並且很不適合於扭轉振動模式。
發明內容
因此，本發明的目的是提供一種系統，該系統包括智能頻率產生控制電路。
根據本發明的第一個方面，提供了一種產生超聲波信號的方法，該方法包括以下步驟在所產生信號的預定部分執行對所產生信號的第一次掃描；確定預定部分內諧振模式的數量以及其頻率；並從所述的諧振模式中選擇處於中心頻率處的諧振模式或頻率與其最接近的諧振模式。
優選地，該方法進一步包括在所選擇的諧振模式的每一側設定掃描界限。
有利地是，所述掃描界限覆蓋了基本上小於信號的所述預定部分的頻率範圍，可選地是不到其十分之一。
每次激勵發生器，系統都可以在所述掃描界限範圍內執行第二次掃描，以選擇在該範圍內的最佳頻率。
在系統的使用過程中，可以在閉合(close)界限內跟蹤所選擇的諧振模式。
這種跟蹤說明了由於熱效應或所提供負載的改變而產生的頻率漂移。
該方法可以包括響應差錯情況停止產生信號的步驟。
所述差錯情況可以包括所選擇諧振模式的頻率的不連續變化。
根據本發明的第二個方面，提供了一種超聲波發生器系統，包括產生超聲波振動的裝置，以及適合於執行如上面所述的方法的控制電路裝置。
優選地，該系統包括可操作地連接到所述產生裝置的用於所述超聲波振動的波導管裝置。
有利地是，該系統包括警告裝置，以發出信號通知使用者在系統的操作中有差錯。
可選擇地，警告裝置可以包括顯示裝置，如液晶顯示裝置。
可選擇地或另外，警告裝置可以包括音響警告裝置。
優選地，所述超聲波振動是在扭轉模式中的振動。
現在將參考附圖更詳細地描述本發明的一個實施例，其中圖1示意性地示出了體現本發明的控制結構的結構方框系統；圖2示意性地示出了該系統的流程圖；圖3示意性地示出了用於該系統的跟蹤圖；和圖4是體現了本發明的系統的示意性結構方框圖。
具體實施例方式
該系統使用微處理器(未示出)，該微處理器具有各種接口A到D埠以監控電流波形，利用這些電流波形可以檢測機械系統中任意的共振條件。波導管和由該系統驅動的緊密耦合換能器(transducer)組件都是完全可以再生產的，並且其每一個都在目標扭轉模式諧振的任意一側顯示出200-400Hz內所不希望有的諧振模式。幾乎在所有情況下，目標模式在各系統之間在100-200Hz內都是可再現的，並且在任意一側通常都具有可拒收的模式。
為了設置系統，處理器掃描預設的頻率範圍，註明在目標頻率附近的三個諧振模式的位置。
然後選擇中心模式，或者如果只找到兩種模式，則選擇最接近目標頻率的模式。然後系統在設定的目標頻率的任意一側設定掃描界限，以使得能夠控制已選擇的諧振模式。由這些掃描界限所限定的範圍通常覆蓋了比用來設置系統的掃描所限定的範圍更小的頻率範圍。
在本實施例中，以短猝發(burst)的方式間歇使用波導管。通常利用腳踏開關操作發生器，但也可以使用其它的方法。
這樣，在每次操作腳踏開關並從而激勵發生器時，系統將執行第二次掃描，在由事先設定的掃描範圍所確定出的範圍內僅檢查是否僅存在一諧振模式。稍微移動一下該頻率，就將設定新的最佳頻率。
然後系統進入跟蹤階段，該跟蹤階段將持續與壓下腳踏開關的時間一樣長的時間，或者一直持續下去直到發現出現不可挽回的差錯。這樣能夠使系統注意到由於熱效應或所提供的負載的改變而產生的頻率漂移。
系統包括LCD(液晶顯示器)，在該LCD上顯示系統的狀態和差錯信息。例如，如果可以作為手術器械的聽筒(handset)的波導管在啟動時沒有被正確地連接到系統，則顯示信息「NO HANDSET(沒有聽筒)」。
在某些情況下，如果手術器械的聽筒接觸到骨骼而不是軟組織，則它們可受到表面損傷，可能改變波導管的諧振模式。如果這種改變影響很大，則這種改變應該作為差錯被第二次掃描或跟蹤階段檢測到。在這種情況下，將暫停發生器，並在LCD上顯示信息「REPLACEHANDSET(更換聽筒)」。該系統還具有音響報警信號，如蜂鳴器，以對應這些LCD信息。
現在參考附圖中的圖1，其示出了控制結構，從階段1開始，在階段1，設置這些口、LCD和UART的連接。在LCD上顯示一條信息以指示系統已準備好。為了診斷目的，通過UART發送系統已準備好的信息和硬體設置結果。如果檢測到很嚴重的硬體故障，則階段2終止整個程序，在LCD上顯示差錯信息，並通過UART發送診斷數據。
如果沒有檢測到嚴重的硬體故障，則階段3啟動掃描以在工作範圍內檢測每一次傾斜(dip)，測量它的幅度。如果找到滿足最小幅度要求的傾斜，則階段3的掃描返回成功。在階段3掃描的整個持續時間內必須壓下腳踏開關，階段3的掃描設定了最佳工作頻率周圍的一範圍。
在階段3的掃描失敗的情況下，警告階段5進行動作以在LCD上顯示差錯信息，並發出蜂鳴聲以警告使用者。
當在階段4再一次壓下腳踏開關時，顯微掃描階段6檢查到在由階段3的掃描確定的範圍內僅有一次傾斜。在這種情況下，設定最佳頻率，在該最佳頻率處將開始跟蹤(參看下面)。如果沒有，則另一個警告階段7在LCD上顯示另一個差錯信息，並發出蜂鳴聲以警告使用者。
如果顯微掃描階段6指示成功，則接下來進行到跟蹤階段8，在階段8緊隨有最佳頻率，同時使用換能器。當釋放腳踏開關(以終止換能器的操作)或者如果檢測到差錯時跟蹤階段8終止。如在階段9所確定的如果有差錯，則系統返回到階段4，並等候重新壓下腳踏開關。如果沒有差錯，則在階段10檢查停機時間，並且如果停機時間比預定時間如兩秒鐘短，則系統返回到跟蹤階段8。如果停機時間比預定時間長，則暫停系統，等候重新壓下腳踏開關。
現在參考圖2，示出從階段11開始掃描系統的流程圖，其中較低頻率的標記被設定為Fo。
在階段12延遲了約5ms使硬體啟動後，在階段13利用微控制器ADC施加採樣載荷電流，並且在採樣緩衝器內存儲它的值。
如果採樣緩衝器沒有存儲滿，則系統返回到階段13。如果滿了，則在階段14，對除中心值Y(n-8)以外的採樣值Y(n)到Y(n-16)取平均值。結果存儲在平均值緩衝器15內。
如果平均值緩衝器15沒有存儲滿，則系統再次返回到階段13。但是，如果平均值緩衝器滿了，則在階段16，將Av(n-8)和Av(n-16)與Y(n-8)進行比較。如果兩個平均值Av(n-8)和Av(n-16)都高於Y(n-8)，則得出結論已經檢測到傾斜。
然後，在階段17，如果中心採樣值Y(n-8)低於事先記錄的值，則刪除事先記錄的值，並將Y(n-8)和它的頻率記錄在傾斜記錄中。
如果當前的傾斜記錄條目是非空的，則表示已經檢測到傾斜。在階段18，如果先於傾斜在100Hz以內沒有傾斜的記錄，則確認該條目是在記錄中。如果在100Hz內有一個條目，則選擇產生最小電流的條目，刪除其它的條目。這被證實是有效的傾斜，並且增加傾斜記錄緩衝器。
如果在階段19沒有達到更高的頻率標記，則在階段20系統增加F0，並在階段21經過一延遲後，系統返回到階段13。當在階段19達到更高的頻率標記時，顯微掃描結束，並在階段22分析結果。
在這一點上，如果在階段23檢測到有三次傾斜，則得出結論，中間的頻率是最佳的。
如果不是，且在階段24僅檢測到兩次傾斜，則在階段25計算這兩個頻率的平均值。如果平均值高於中心頻率標記，則得出結論，最佳頻率是檢測到的兩次傾斜中較低的那個。如果平均值低於中心頻率標記，則得出結論，最佳頻率是檢測到的兩次傾斜中較高的那個。
如果在階段26檢測到僅有一次傾斜，則可以得出結論，這個就是最佳頻率。
如果沒有檢測到傾斜，則掃描一定已經失敗了。
現在參考圖3，圖3示出了系統的跟蹤圖，從階段27開始跟蹤，其中將VCO設定為如由上述的顯微掃描所選擇的最佳頻率。在階段28經過如5ms的延遲以使負載達到穩定後，系統在階段29進入循環，該循環30一直持續到變量i變為大於或等於調製陣列的長度l為止，其中該變量i從零開始，並在循環30的每個周期內加1。
在循環30中，當i＜l時，根據下面的等式設定VCO頻率F0＝Fc+Ma(i)等候大約1ms時間使硬體穩定後，採樣負載電流，並與頻率(F0)一起將採樣值存儲在採樣緩衝器中。然後系統再循環到階段29，使i加1，並再次比較i和l。
當i增加到≥l時，在階段31得出的結論就是，產生最小負載電流的頻率就是最佳的(從對採樣緩衝器中的數據進行分析得到)。然後將Fc設定為這個頻率。
在階段32，如果工作的腳踏開關仍保持壓下狀態，則系統再循環到階段29。如果不是，則結束跟蹤。
現在參考圖4，圖4示出了控制電路的各元件。
交流反饋電流輸入到第一級低通濾波器和衰減器40，然後輸入到精密整流器41和第二級低通濾波器42。然後得到的信號通過微控制器43的AN/IP1端傳到微控制器43。
微控制器43的第一組輸出端46發出信號，該信號形成用於DAC(數模轉換器)47的數字輸入。DAC47的輸出電壓Vout形成連接到其上的VCO48的輸入電壓Vin。VCO48的輸出信號Fou與來自於微控制器43的第二輸出端49的頻率計數信號相組合，並且組合後的信號被傳到控制門51的第一輸入端50。控制門51具有連接到微控制器43第三(EN)輸出端56的第二輸入端52、連接到放大器過熱溫度監控器的第三輸入端53、和連接到工作的腳踏開關的第四輸入端54。門51的輸出端55響應提供的信號，並連接到D類放大器57，來自於門51的輸出信號變為用於放大器57的輸入信號Fin。通過HT穩壓器58給放大器57供電。放大器57的輸出信號被傳到匹配網絡59，該匹配網絡59具有+ve和-ve負載輸出端60，並且還發出電流反饋(AC)61。
微控制器43具有用於顯示差錯信息的LCD44，並優選地具有蜂鳴器45，以在出現差錯的情況下警告使用者。微控制器43經由它的第四(UART)輸出端62連接到CMOS到RS332的轉換器63，63具有用於診斷信號的RS232埠64。
權利要求
1.一種產生超聲波信號的方法，該方法包括以下步驟在所產生信號的預定部分執行對所產生信號的第一次掃描；確定預定部分內諧振模式的數量以及其頻率，並從所述的諧振模式中選擇處於中心頻率處的諧振模式或頻率與其最接近的諧振模式。
2.如權利要求1所述的方法，進一步包括在所選擇的諧振模式的每一側設定掃描界限。
3.如權利要求2所述的方法，其中所述掃描界限覆蓋了基本上小於信號的所述預定部分的頻率範圍。
4.如權利要求2或權利要求3所述的方法，其中所述掃描界限覆蓋了小於所述預定部分的頻率範圍的十分之一的範圍。
5.如權利要求2到4中任一個所述的方法，其中每次激勵發生器，系統都在所述掃描界限內執行第二次掃描，以選擇在該界限內的最佳頻率。
6.如前述權利要求中任一個所述的方法，其中在系統的使用過程中在閉合界限範圍內跟蹤所選擇的諧振模式。
7.如權利要求6所述的方法，其中這種跟蹤說明了由於熱效應而產生的頻率漂移。
8.如權利要求6所述的方法，其中這種跟蹤說明了由於所提供負載的改變而產生的頻率漂移。
9.如前述權利要求中任一個所述的方法，包括以下步驟響應差錯情況停止產生信號。
10.如權利要求9所述的方法，其中差錯情況包括所選擇諧振模式的頻率的不連續變化。
11.一種用於產生超聲波信號的系統，包括產生超聲波振動的裝置，以及適合於執行如前述權利要求中任一個所述的方法的控制電路裝置。
12.如權利要求11所述的系統，進一步包括可操作地連接到所述產生裝置的用於所述超聲波振動的波導管裝置。
13.如權利要求11或權利要求12所述的系統，包括警告裝置，以發出信號通知使用者在系統的操作中有差錯。
14.如權利要求11到13中任一個所述的系統，其中超聲波振動是在扭轉模式中的振動。
全文摘要
該系統控制提供給波導管的超聲波信號的頻率，使得頻率響應波導管優選的諧振模式，而不接近不希望的諧振模式。該系統通過執行對所產生信號的預定部分的第一次掃描，確定這個部分內波導管的諧振模式的數量，並從這些諧振模式中選擇處於中心頻率的諧振模式或最接近該頻率的諧振模式，來進行工作。該系統也可以在所選擇的諧振模式的每一側設定界限，並在每次激勵發生器時在這些界限範圍內執行第二次掃描，以檢查所選擇的諧振模式是否發生了漂移。
文檔編號B06B1/02GK1617773SQ02827849
公開日2005年5月18日 申請日期2002年12月5日 優先權日2001年12月5日
發明者麥可·約翰·拉德利·揚, 史蒂芬·麥可·拉德利·揚, 尼爾·克里斯多福·皮爾斯 申請人:Sra發展公司