波形發生器的製作方法

2023-12-08 01:26:51 2

專利名稱：波形發生器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及波形發生器，特別是產生供肌肉力量訓練用的低頻雙向方波的波形發生器。
肌電刺激(ESM)是指以電流波形使肌肉產生收縮。功能肌電刺激(ESMF)是對健全的肌肉進行有目的性的刺激，它能極大地提高肌肉的再生效力和力量，是現代肌肉力量訓練的一種優越和有效的手段。考慮到安全，可將ESMF波形轉換成振動力後再作用於肌肉，其效果也不錯。
第一代ESMF波形是用低頻交流電調製中頻正弦電流，而肌生理學研究表明對運動神經的刺激，其效果取決於電流上升或下降的速度，以陡直脈衝為好。由於正弦波的上升速度較慢，在刺激運動神經的同時，對皮膚感覺神經也產生刺激，因此有很大的疼痛感。第二代ESMF電流為幾十HZ的低頻單向方波，效果好於第一代，但由於單向方波有直流分量和方向性，因此會造成對皮膚的燒灼感。目前國內這方面的儀器如中低頻治療儀、可攜式電子理療儀等多採用第一代和第二代ESMF電流，從機理上即存在缺陷，此外中低頻電子治療儀結構複雜成本高，可攜式電子理療儀輸出波形種類少，且大多以電池為電源，不能提供充足的刺激強度。
肌生理學研究還表明人體肌肉分為白肌纖維(快肌)、紅肌纖維(慢肌)和中間肌三類，其中快肌屬力量型肌肉，其收縮放鬆的頻率約33HZ；紅肌屬耐力型肌肉，其收縮放鬆的頻率較慢，約為10HZ；而中間肌則兼具快肌和慢肌的特性。
本實用新型的目的是提供可以輸出針對上述三種肌纖維特性的第三代ESMF電流，即低頻雙向方波脈衝電流，且構成簡單的波形發生器。第三代ESMF中包括T1～T4四個參數，其中方波寬度T1為幾百us～幾ms，它是刺激強度的參量；雙向方波的周期T2為幾十ms可調，它對應不同肌纖維的收縮放鬆頻率；雙向方波序列持續時間T3為幾秒～十幾秒；間歇時間T4為幾秒～幾十秒。
本實用新型的目的是這樣實現的一種波形發生器由外殼、直流電源、功放電路、波形產生電路和接在功放電路後面的輸出變壓器組成。波形產生電路包括頻率控制、單脈衝發生、程序轉換、調製頻率及調製器五個單元。其中頻率控制單元為頻率可調的振蕩器，它產生與肌肉收縮放鬆頻率相符的單向脈衝T2去觸發單脈衝發生單元；單脈衝發生單元將所收的單向脈衝轉變成雙向方波送給調製器單元，每個方波的寬度為T1；調製頻率單元為可產生脈寬為T3、周期為T3＋T4的調製波的振蕩器；程序轉換單元分別為頻率控制、單脈衝發生和調製頻率單元提供用於調節脈寬和頻率的可選擇的定時電阻；調製器單元用調製頻率單元輸出的調製波將單脈衝發生單元輸出的雙向方波調製成邊沿緩變的輸出波，然後送至功放電路。
本實用新型通過程序轉換單元可選擇四種不同的T1～T4值，經功放電路和輸出變壓器產生對止痛及對快肌、慢肌、中間肌刺激的低頻雙向方波脈衝。用一個電控振動裝置將此脈衝轉換成振動力後，再通過探針傳遞至肌肉，即可進行肌肉力量訓練。
以下結合附圖和實施例對本實用新型作詳細說明。


圖1是本實用新型組成框圖；圖2是本實用新型中的波形產生電路的原理圖3是本實用新型的外殼。
圖中1－頻率控制2－單脈衝發生3－程序轉換9－輸出調節器4－調製頻率5－調製器6－功放電路7－直流電源8－輸出變壓器10～13、20、21、26、27－CD4098單穩態觸發器33－輸出顯示屏14～16、22－CD4066雙向模擬開關18、19－CD4052多路模擬開關24－CD4051多路模擬開關17、25－CD40193四位二進位計數器23－CD4095JK觸發器28－10HZ振蕩器29～32－CD4023與非門
圖1所示的波形發生器由外殼(圖中未畫出)、直流電源7、依次串聯的波形產生電路、功放電路6、輸出變壓器8及輸出調節器9組成。所說波形產生電路包括頻率控制1、單脈衝發生2、程序轉換3、調製頻率4及調製器5五個單元。其中頻率控制1為頻率可調的振蕩器，它產生與肌肉收縮放鬆頻率相符的單向脈衝T2去觸發單脈衝發生2；單脈衝發生2將所收的單向脈衝轉變成雙向方波送給調製器5，每個方波的寬度為T1；調製頻率4為可產生脈寬為T3、周期為T3＋T4的調製波的振蕩器；程序轉換3分別為頻率控制1、單脈衝發生2和調製頻率4提供用於調節脈寬和頻率的可選擇的定時電阻；調製器5用調製頻率4輸出的調製波將單脈衝發生2輸出的雙向方波調製成邊沿緩變的輸出波後送至功放電路6。
在圖2中頻率控制1－－由第一單穩10和第二單穩11組成，兩者的輸入輸出交叉連接成多諧振蕩器，為典型應用。第一單穩的定時電阻固定，第二單穩的定時電阻由第五多路模擬開關19的一路提供。第一單穩產生T21，第二單穩產生T22，這裡T22T21，T21＋T22＝T2，可認為T2≈T22，改變它的定時電阻即可改變T22(T2)。第二單穩的輸出接第三單穩12和第四單穩13的TR＋腳。
單脈衝發生2－－由第三單穩12、第四單穩13、第一至第三單路模擬開關14～16組成，第一至第三單路模擬開關成星形連接，第一模擬開關14的另一端接電源正端，第二模擬開關15的另一端接地，第三模擬開關16的另一端作為單脈衝發生2的輸出點與並在電源和地之間的電阻串聯支路的串聯點B相接，平時B點的電位為Vc／2。第三單穩和第四單穩的定時電阻由第四多路模擬開關18的兩路輸出分別提供，第三單穩12的兩路輸出分別接第一模擬開關14和第二模擬開關15的控制端，第四單穩13的輸出接第三模擬開關16的控制端。當A點即第三單穩12和第四單穩13的TR＋腳有一上升沿觸發時，單穩12從其Q和
端分別輸出寬度為T1的正負脈衝，使第一模擬開關14通，第二模擬開關15斷，同時單穩13輸出一個寬度為2T1的正脈衝，使第三模擬開關16通，於是B點接Vc產生上半脈衝；經T1時間後，模擬開關14斷，模擬開關15通，而此時模擬開關16仍通，於是B點接地產生下半脈衝。經2T1時間後，單穩13工作結束，模擬開關16斷，使B點的電位維持為Vc／2，單脈衝產生過程結束，等待下次A點的上升沿觸發。
程序轉換3－－由第一計數器17、第四和第五多路模擬開關18、19及裝在外殼上的程序選擇鍵K1組成。第四和第五多路模擬開關的各輸入腳分別經定時電阻與電源正端相接，第四多路模擬開關18的兩路輸出分別接第三單穩12和第四單穩13的定時電阻輸入腳，第五多路模擬開關19的兩路輸出分別接第二單穩11和第六單穩21的定時電阻輸入腳，第四和第五多路模擬開關18、19的控制端接第一計數器17的輸出。當K1不斷按下，便觸發計數器17，使其輸出端QBQA按00－01－10－11－00循環變化，更使多路模擬開關18、19的COM1和COM2端分別接通自己的0－1－2－3－0端，即相當於第二單穩11的定時電阻分別選擇R21、R22、R23、R24，第三單穩12的定時電阻分別選擇R11、R12、R13、R14，第四單穩13的定時電阻分別選擇R15(＝2R11)、R16(＝2R12)、R17(＝2R13)、R18＝2R14)，第六單穩21的定時電阻分別選擇R25、R26、R27、R28。這樣通過不同的T1T2T3的選擇便實現了不同程序的轉換。
調製頻率4－－由第五和第六單穩20～21、第六單路模擬開關22、觸發器23和裝在外殼上的通斷控制鍵K2組成。第五單穩20和第六單穩21的輸入輸出交叉連接成多諧振蕩器，第六單路模擬開關22串接在單穩20和21的輸入輸出交叉迴路中，觸發器23的輸出接第六單路模擬開關22的控制端，第六單穩21的輸出接第七單穩26和第八單穩27的輸入端。按下K2，觸發器23的Q輸出端將由0變為1或反之，受其控制的第六模擬開關22將通或斷，從而控制該多諧振蕩器的起振或停振，產生T3脈衝作為調製波。
調製器5－－由第七模擬開關24、第二計數器25、第七單穩26、第八單穩27、用非門和阻容元件構成的10HZ振蕩器28和與非門29～32組成。第七多路模擬開關24的輸入、輸出和控制端分別接單脈衝發生2的輸出、第二計數器25的輸出和功放電路6的輸入；與非門29和30的第一個輸入端接10HZ振蕩器28的輸出，第二個輸入端接第二計數器25輸出的門控信號，第三個輸入端分別接第七單穩26和第八單穩27的輸出，與非門29和30的輸出分別接計數器25的遞增計數端和遞減計數端；調製頻率4的輸出點即C點分別接第七單穩26的TR＋腳和第八單穩27的TR－腳。當T3上升沿作用C點後，單穩26的Q端產生一個1S的脈衝輸出，將與非門29打開，於是10HZ振蕩器28輸出的脈衝作用於計數器25的遞增計數端，使計數器25的輸出端QCQBQA從000每隔0.1秒變化一次遞增到111，使模擬開關24的COM腳輸出在0.7秒內從零上升至滿幅度。由於此時QCQBQA＝111，使與非門31翻轉，封住了與非門29，故計數器25因無計數脈衝輸入而處保持狀態。這樣模擬開關24輸出的便是上升沿緩變的治療波形。當T3下降沿作用C點後，單穩27輸出一個1S的脈衝，將與非門30打開，使10HZ脈衝作用於計數器25的遞減計數端，使其QCQBQA從111逐漸下降到000，於是模擬開關24的COM腳輸出從滿幅度均勻下降至零的下降沿緩變的治療波形。此後QCQBQA＝000，使與非門32翻轉，封住與非門30，使計數器25保持，等待下次C點上升沿脈衝觸發。
圖3所示外殼的面板上裝有輸出調節器9的調節健、輸出顯屏33、程序選擇鍵K1、通斷控制鍵K2及各指示燈。
本實用新型可輸出低頻雙向方波脈衝電流，輸出的波形其上升沿和下降沿均經緩變處理，用於肌電刺激時無燒灼感和疼痛感，且具有四種程序可供用戶選擇，針對性強、使用方便；本實用新型採用全CMOS電路，並採用輸出變壓器將波形升壓和隔離，具有電路構成簡單、調節方便和使用安全的優點。
權利要求1.波形發生器有外殼、直流電源(7)、功放電路(6)和波形產生電路，其特徵在於它還包括接在功放電路(6)後面的輸出變壓器(8)，所說波形產生電路由頻率控制(1)、單脈衝發生(2)、程序轉換(3)、調製頻率(4)及調製器(5)組成，其中頻率控制(1)為頻率可調的振蕩器，它產生與肌肉收縮放鬆頻率相符的單向脈衝去觸發單脈衝發生(2)；單脈衝發生(2)將所收的單向脈衝轉變成雙向方波送給調製器(5)；調製頻率(4)為可產生調製波的振蕩器；程序轉換(3)分別為頻率控制(1)、單脈衝發生(2)和調製頻率(4)提供可選擇的定時電阻；調製器(5)用調製頻率(4)輸出的調製波將單脈衝發生(2)輸出的雙向方波調製成邊沿緩變的輸出波後送至功放電路(6)。
2.根據權利要求1所述的波形發生器，其特徵在於所說頻率控制(1)由第一單穩(10)和第二單穩(11)組成；所說單脈衝發生(2)由第三單穩(12)、第四單穩(13)、第一至第三單路模擬開關(14)～(16)組成；所說程序轉換(3)由第一計數器(17)、第四和第五多路模擬開關(18)～(19)組成；所說調製頻率(4)由第五和第六單穩(20)～(21)、第六單路模擬開關(22)、觸發器(23)組成；所說調製器(5)由第七模擬開關(24)、第二計數器(25)、第七單穩(26)、第八單穩(27)、10HZ振蕩器(28)和與非門(29)～(32)組成；其中在頻率控制(1)中－－第一單穩(10)和第二單穩(11)的輸入輸出交叉連接成多諧振蕩器，第一單穩的定時電阻固定，第二單穩的定時電阻由第五多路模擬開關(19)的一路提供，第二單穩的輸出接第三單穩(12)和第四單穩(13)輸入；在單脈衝發生(2)中－－第一至第三單路模擬開關(14)～(16)成星形連接，第一模擬開關(14)的另一端接電源正端，第二模擬開關(15)的另一端接地，第三模擬開關(16)的另一端作為單脈衝發生(2)的輸出點與並在電源和地之間的電阻串聯支路的串聯點相接，第三單穩(12)和第四單穩(13)的定時電阻由第四多路模擬開關(18)的兩路輸出分別提供，第三單穩(12)的兩路輸出分別接第一模擬開關(14)和第二模擬開關(15)的控制端，第四單穩(13)的輸出接第三模擬開關(16)的控制端；在程序轉換(3)中－－第四和第五多路模擬開關(18)～(19)的各輸入腳分別經定時電阻與電源正端相接，第四多路模擬開關(18)的兩路輸出分別接第三單穩(12)和第四單穩(13)的定時電阻輸入腳，第五多路模擬開關(19)的兩路輸出分別接第二單穩(11)和第六單穩(21)的定時電阻輸入腳，第四和第五多路模擬開關(18)～(19)的控制端接第一計數器(17)輸出；在調製頻率(4)中－－第五單穩(20)和第六單穩(21)的輸入輸出交叉連接成多諧振蕩器，第六單路模擬開關(22)串接在第五單穩(20)和第六單穩(21)的輸入輸出交叉迴路中，觸發器(23)的輸出接第六單路模擬開關(22)的控制端，第六單穩(21)的輸出接第七單穩(26)和第八單穩(27)的輸入端；在調製器(5)中－－第七多路模擬開關(24)的輸入、輸出和控制端分別接單脈衝發生(2)的輸出、第二計數器(25)的輸出和功放電路(6)的輸入，與非門(29)和(30)的第一個輸入端接10HZ振蕩器(28)的輸出，第二個輸入端接第二計數器(25)輸出的門控信號，第三個輸入端分別接第七單穩(26)和第八單穩(27)的輸出，與非門(29)和(30)的輸出分別接第二計數器(25)的遞增計數端和遞減計數端。
專利摘要波形發生器有外殼、直流電源7、依次串聯的波形產生電路、功放電路6和輸出變壓器8。由頻率控制1、單脈衝發生2、程序轉換3、調製頻率4及調製器5組成的波形產生電路，經功放電路和輸出變壓器產生低頻雙向方波脈衝。將該脈衝經電控振動裝置轉換成振動力，再由探針傳遞至肌肉，即可進行肌肉力量訓練。本實用新型採用全CMOS電路，有四種程序可供選擇，並採用輸出變壓器將波形升壓和隔離，電路簡單、調節方便、使用安全。
文檔編號A61N1/36GK2163658SQ9322026
公開日1994年5月4日 申請日期1993年7月31日 優先權日1993年7月31日
發明者王斐力 申請人:王斐力