JPH02290281A - Apparatus for driving ultrasonic converter - Google Patents

Apparatus for driving ultrasonic converter

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JPH02290281A
JPH02290281A JP10778889A JP10778889A JPH02290281A JP H02290281 A JPH02290281 A JP H02290281A JP 10778889 A JP10778889 A JP 10778889A JP 10778889 A JP10778889 A JP 10778889A JP H02290281 A JPH02290281 A JP H02290281A
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Abstract

PURPOSE:To efficiently drive an ultrasonic converter by mounting a means controlling a matching means on the basis of the output of an impedance detection means to change the output impedance of a drive circuit. CONSTITUTION:A switch 51 is turned ON not only to drive a vibrator 21 by the low constant current set on the basis of the reference voltage V0 of a current value setting circuit 44 but also to start a generator 49 to subject the vibrator 21 to frequency scanning on the basis of the reference sweep signal due to a VCO 50. The vibrator 21 is driven by the constant current even during scanning by the current value setting circuit 44, a differential amplifier 42 and a VCA 24. When a current value is preset to ¦I0¦, impedance ¦Z¦ can be detected. When the vibrator 21 is subjected to frequency scanning, the impedance ¦Z¦ becomes min. at a resonance point fr and voltage ¦V¦ also becomes min. and it can be detected whether an ultrasonic converter is connected.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野] この発明は超音波変換器駆動装置に関する。[Detailed description of the invention] [Industrial application field] The present invention relates to an ultrasonic transducer driving device.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

超音波変換器を用いる装置は、従来種々のものが提案さ
れており、例えば外科用超音波メス、超音波加工装置等
が知られている。このような、超音波装置においては、
超音波変換器を駆動する際に、その駆動回路と超音波変
換器とのインピーダンス整合をとることが、駆動効率上
望ましい。
Various devices using ultrasonic transducers have been proposed in the past, such as surgical ultrasonic scalpels, ultrasonic processing devices, and the like. In such an ultrasonic device,
When driving an ultrasonic transducer, it is desirable in terms of drive efficiency to match the impedance between the drive circuit and the ultrasonic transducer.

例えば、第9図AおよびBに示すように、超音波変換器
1として先端に長さの異なる発振棒2および3を締結し
て用いる場合、本発明者の実験によれば、第9図Bのイ
ンピーダンスは第9図Aのインピーダンスの約175と
なる。したがって、これらを同一の駆動回路で駆動する
にあたって、その駆動回路の出力インピーダンスを一方
の発振捧2または3に対してマッチングさせてしまうと
、他方の発振棒3または2を締結して用いる場合にイン
ピーダンスのマッチングがとれず、駆動効率が著しく悪
くなってしまう。
For example, as shown in FIGS. 9A and 9B, when using the ultrasonic transducer 1 with oscillating rods 2 and 3 having different lengths fastened to their tips, according to the inventor's experiments, FIG. The impedance of is approximately 175 of the impedance of FIG. 9A. Therefore, when driving these with the same drive circuit, if the output impedance of the drive circuit is matched to one of the oscillation rods 2 or 3, when the other oscillation rod 3 or 2 is connected and used. Impedance matching cannot be achieved, and drive efficiency deteriorates significantly.

このような問題を解決するものとして、例えば特開昭6
3− 162086号公報において、超音波振動子の振
動振幅に基づいて振動子と駆動回路とを電気的に結合す
る結合トランスの2次側タップ(振動子回路側)を切り
換えることにより、インビーダンスの変化に対応するよ
うにしたものが提案されている。
As a solution to such problems, for example, Japanese Patent Application Laid-open No. 6
3-162086, impedance is reduced by switching the secondary side tap (on the transducer circuit side) of a coupling transformer that electrically couples the transducer and the drive circuit based on the vibration amplitude of the ultrasonic transducer. A system has been proposed that is adapted to respond to changes in

C発明が解決しようとする課題〕 しかしながら、上記の特開昭63−162086号公報
に開示された超音波装置にあっては、マッチングを切り
換えるための判断基準を超音波振動子の振幅に依存して
いるため、インピーダンス整合がくずれてしまうという
問題がある。すなわち、振動子の振幅はこれに流れ込む
電流に比例するので、振動子回路のインピーダンスが2
倍になった場合、この従来例では電流値を等しくするた
めに、結合トランスの2次側タップを切り換えて昇圧比
を2倍として、超音波振動子に2倍の電圧を印加するこ
とになる。しかし、この場合、結合トランスの1次側か
らみた振動子回路のインピーダンスは、結合トランスの
巻線比が1:2であるから174倍となり、結局、振動
子回路のインピーダンスが2倍になっても、駆動回路側
としては負荷のインピーダンスが172となる。このた
め、インピーダンス整合がくずれ、超音波振動子を効率
良く駆動することができなくなる。
Problem to be solved by the invention C] However, in the ultrasonic device disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-162086, the criterion for switching the matching depends on the amplitude of the ultrasonic transducer. Therefore, there is a problem that impedance matching is broken. In other words, since the amplitude of the vibrator is proportional to the current flowing into it, the impedance of the vibrator circuit is 2.
If the current value is doubled, in this conventional example, in order to equalize the current value, the secondary side tap of the coupling transformer is switched to double the step-up ratio, and twice the voltage is applied to the ultrasonic transducer. . However, in this case, the impedance of the resonator circuit as seen from the primary side of the coupling transformer is 174 times higher because the winding ratio of the coupling transformer is 1:2, so the impedance of the resonator circuit is doubled. Also, the impedance of the load on the drive circuit side is 172. As a result, impedance matching is disrupted, making it impossible to drive the ultrasonic transducer efficiently.

また、上記の従来例においては、結合トランスの2次側
すなわち振動子回路側でタップの切り換えを行うように
しているため、例えば超音波メス等の医療用超音波装置
に適用する場合には、いわゆる患者回路内に切り換え回
路や制御回路を挿入することとなって、耐電圧や漏れ電
流等の電気安全上、絶縁を考慮する必要が生じるという
問題がある。
In addition, in the above conventional example, the taps are switched on the secondary side of the coupling transformer, that is, on the transducer circuit side, so when applied to a medical ultrasonic device such as an ultrasonic scalpel, for example, When a switching circuit or a control circuit is inserted into a so-called patient circuit, there is a problem in that it is necessary to consider insulation in terms of electrical safety such as withstand voltage and leakage current.

なお、他の方法として、駆動すべき超音波変換器のイン
ピーダンスを予め測定しておき、駆動の際にマニュアル
操作にてインピーダンス整合を取ることも考えられるが
、この場合には誤操作により整合が正常に取れず、駆動
回路にとって過負荷状態となって駆動回路が故障する恐
れがあるという問題がある。
Another method is to measure the impedance of the ultrasonic transducer to be driven in advance, and manually perform impedance matching when driving, but in this case, the matching may be incorrect due to incorrect operation. There is a problem in that the drive circuit may be overloaded and the drive circuit may fail.

この発明は、このような従来の問題点に着目してなされ
たもので、超音波変換器とその駆動回路とのインピーダ
ンス整合を自動的に適正化することができ、超音波変換
器を常に効率良く駆動できるよう適切に構成した超音波
変換器駆動装置を提供することを目的とする。
This invention was made by focusing on these conventional problems, and it is possible to automatically optimize the impedance matching between the ultrasonic transducer and its drive circuit, thereby ensuring that the ultrasonic transducer is always efficient. It is an object of the present invention to provide an ultrasonic transducer drive device suitably configured to drive well.

〔問題点を解決するための手段および作用、〕上記目的
を達成するため、この発明では、駆動回路とその負荷と
なる超音波変換器とのマッチングを適正化するために、
前記駆動回路の出力インピーダンスを変化させるマッチ
ング手段と、前記超音波変換器のインピーダンスを検出
する手段と、このインピーダンス検出手段の出力に基づ
いて前記超音波変換器に最適な駆動条件となるように前
記マッチング手段を制御して前記駆動回路の出力インピ
ーダンスを変化させる手段とを設ける。
[Means and operations for solving the problem] In order to achieve the above object, the present invention provides the following steps to optimize the matching between the drive circuit and the ultrasonic transducer serving as its load.
a matching means for changing the output impedance of the drive circuit; a means for detecting the impedance of the ultrasonic transducer; and a matching means for detecting the impedance of the ultrasonic transducer; and means for controlling the matching means to change the output impedance of the drive circuit.

すなわち、この発明では第1図に基本構成を示すように
、駆動回路l1の出力を可変のマッチング手段としての
整合トランス12を介して超音波変換器13に供給する
。整合トランス12には、その1次側に1次巻線の巻数
を切り換えるためのタップ14−1.14−2を設ける
と共に、超音波変換器13のインピーダンスを検出する
ためのインピーダンス検出レ路15を接続し、このイン
ピーダンス検出回路15で検出した超音波変換器13の
インピーダンスに基づいて、制御手段を構成する設定回
路16およびリレー17を介して超音波変換器13に最
適な駆動条件となるようにタップ14−1.14−2を
切り換えて駆動回路11の出力インピーダンスを変化さ
せ、これにより超音波変換器13とのマッチングをとる
ようにする。
That is, in this invention, as the basic configuration is shown in FIG. 1, the output of the drive circuit 11 is supplied to the ultrasonic transducer 13 via the matching transformer 12 as variable matching means. The matching transformer 12 is provided with taps 14-1 and 14-2 on its primary side for switching the number of turns of the primary winding, and an impedance detection rail 15 for detecting the impedance of the ultrasonic transducer 13. is connected, and based on the impedance of the ultrasonic transducer 13 detected by this impedance detection circuit 15, the optimum driving conditions for the ultrasonic transducer 13 are set via a setting circuit 16 and a relay 17 that constitute a control means. The output impedance of the drive circuit 11 is changed by switching the taps 14-1 and 14-2 to match the ultrasonic transducer 13.

このように構成することにより、超音波変換器13とそ
の駆動回路11とのインピーダンス整合を自動的に適正
化することができ、超音波変換器13を常に効率良く駆
動することが可能となる。
With this configuration, impedance matching between the ultrasonic transducer 13 and its drive circuit 11 can be automatically optimized, and the ultrasonic transducer 13 can be driven efficiently at all times.

〔実施例] 第2図はこの発明の一実施例を示すブロック図である。〔Example] FIG. 2 is a block diagram showing an embodiment of the present invention.

この実施例では、超音波振動子21を有する超音波変換
器の駆動信号の電圧位相および電流位相を検出し、これ
ら電圧位相および電流位相に基づいて共振点追尾回路2
2によりその駆動信号周波数が共振周波数となるように
追尾制御(PLL制御)するようにしたものである。
In this embodiment, the voltage phase and current phase of the drive signal of the ultrasonic transducer having the ultrasonic transducer 21 are detected, and the resonance point tracking circuit 2
2, tracking control (PLL control) is performed so that the drive signal frequency becomes the resonance frequency.

共振点追尾回路22の出力は、正弦波化フィルタ23に
供給して正弦波の駆動信号に変換したのら、増幅率が変
更可能な電圧制御増幅回路(VCA)24および電力増
幅器25を経て整合トランス26の一次側に供給する。
The output of the resonance point tracking circuit 22 is supplied to a sine wave filter 23 and converted into a sine wave drive signal, and then passed through a voltage control amplifier (VCA) 24 whose amplification factor can be changed and a power amplifier 25 for matching. It is supplied to the primary side of the transformer 26.

整合トランス26は、直列および並列に接続可能な2個
の1次巻線27−1および27−2と、1個の2次巻線
28とをもって構成し、1次巻線27−1および27−
2をリレー29により直列および並列に切り換え接続す
るようにすると共に、2次巻線28に超音波振動子21
およびこれと並列に振動子21の制動容量を打ち消すた
めの補正インダクタ30を接続する。なお、この実施例
では、巻線27−1.272.28の巻線比をi:t:
2として、■次側および2次側の巻線比を1=1および
1:2で切り換えるようにする。
The matching transformer 26 includes two primary windings 27-1 and 27-2 that can be connected in series and parallel, and one secondary winding 28. −
2 are connected in series and parallel by a relay 29, and an ultrasonic transducer 21 is connected to the secondary winding 28.
A correction inductor 30 for canceling the braking capacity of the vibrator 21 is connected in parallel thereto. In this embodiment, the winding ratio of the winding 27-1.272.28 is i:t:
2, the winding ratios of the secondary side and the secondary side are switched between 1=1 and 1:2.

電力増幅器25を経て振動子21に加わる電圧は、整合
トランス26の一次側に並列に接続した抵抗群31の分
圧によって検出し、その出力を差動増幅器32に供給し
て同相ノイズを除去するようにする。
The voltage applied to the vibrator 21 via the power amplifier 25 is detected by a voltage divider of a resistor group 31 connected in parallel to the primary side of the matching transformer 26, and its output is supplied to a differential amplifier 32 to remove common mode noise. do it like this.

また、振動子21に流れる電流は、整合トランス26の
一次側に直列に接続したカレントセンサ33で検出し、
その出力を差動増幅器34に供給して同相ノイズを除去
するようにする。
Furthermore, the current flowing through the vibrator 21 is detected by a current sensor 33 connected in series to the primary side of the matching transformer 26.
The output is supplied to a differential amplifier 34 to remove common mode noise.

差動増幅器32から得られる電圧検出信号は、コンバレ
ータ35および絶対値検出回路36にそれぞれ供給し、
コンパレータ35において電圧位相信号θ9を、絶対値
検出回路36において電圧検出信号の絶対値IVIを検
出するようにする。同様に、差動増幅器34から得られ
る電流検出信号は、コンバレータ37および絶対値検出
回路38にそれぞれ供給し、コンパレータ37において
電流位相信号θ1を、絶対値検出回路38において電流
検出信号の絶対値I1を検出するようにする。
The voltage detection signal obtained from the differential amplifier 32 is supplied to a comparator 35 and an absolute value detection circuit 36, respectively,
The comparator 35 detects the voltage phase signal θ9, and the absolute value detection circuit 36 detects the absolute value IVI of the voltage detection signal. Similarly, the current detection signal obtained from the differential amplifier 34 is supplied to a comparator 37 and an absolute value detection circuit 38, respectively. to be detected.

コンバレータ35から得られる電圧位相信号θ,は、共
振点追尾回路22に供給すると共に、後述するように振
動子21の駆動信号周波数をスイーブさせて共振点を検
出するために共振点検出回路39に供給し、コンバレー
タ37から得られる電流位相信号θ1は共振点検出回路
39に供給すると共に、スイッチ40を介して共振点追
尾回路22に供給する。
The voltage phase signal θ obtained from the converter 35 is supplied to the resonance point tracking circuit 22, and is also sent to the resonance point detection circuit 39 in order to sweep the drive signal frequency of the vibrator 21 and detect the resonance point, as will be described later. The current phase signal θ1 obtained from the converter 37 is supplied to the resonance point detection circuit 39 and also to the resonance point tracking circuit 22 via the switch 40.

また、一対値検出回路36から得られる電圧検出信号の
絶対値IVIは電圧比較器41の一方の入力端に供給し
、絶対値検出回路3日から得られる電流検出信号の絶対
値IIIは差動増幅器42の一方の入力端に供給する。
Further, the absolute value IVI of the voltage detection signal obtained from the paired value detection circuit 36 is supplied to one input terminal of the voltage comparator 41, and the absolute value III of the current detection signal obtained from the absolute value detection circuit 3 is a differential It is supplied to one input terminal of amplifier 42.

電圧比較器41の他方の人力端には、所定の設定電圧■
2を供給して電圧検出信号の絶対値IVIと比較し、そ
の出力をリレー制御回路43でラッチしてリレー29を
制御するようにする。また、差動増幅器42の他方の入
力端には、電流値設定回路44からの設定信号を供給し
て電流検出信号の絶対値Mlとの差を検出し、その出力
に基づいてその差が零となるようにVCA24の増幅率
を制御することにより、振動子21を常に設定信号に対
応する一定電流で駆動するようにする。なお、共振点検
出回路39の出力はコントロール回路45に供給する。
A predetermined set voltage ■ is applied to the other manual terminal of the voltage comparator 41.
2 is supplied and compared with the absolute value IVI of the voltage detection signal, and the output is latched by the relay control circuit 43 to control the relay 29. Further, a setting signal from a current value setting circuit 44 is supplied to the other input terminal of the differential amplifier 42, and the difference between the current detection signal and the absolute value Ml is detected, and based on the output, the difference is zero. By controlling the amplification factor of the VCA 24 so that the oscillator 21 is always driven with a constant current corresponding to the setting signal. Note that the output of the resonance point detection circuit 39 is supplied to the control circuit 45.

電流値設定回路44には、起動時において低定電流を設
定するための基準電圧■。と、共振点追尾動作において
振動子21を所定の振幅で駆動する定電流を設定するた
めの可変抵抗器46と、この可変抵抗.器46を選沢す
るためのスイッチ47と、VCA 24の制御電圧を零
にして振動子21の振動を停止させるためのスイッチ4
8とを設ける。
The current value setting circuit 44 includes a reference voltage ■ for setting a low constant current at startup. , a variable resistor 46 for setting a constant current that drives the vibrator 21 with a predetermined amplitude in the resonance point tracking operation, and the variable resistor 46. a switch 47 for selecting the voltage of the oscillator 46; and a switch 4 for zeroing the control voltage of the VCA 24 to stop the vibration of the vibrator 21.
8.

一方、振動子21の駆動信号周波数をスイーブさせるた
゛め、鋸歯波状の電圧信号を発生するジエネレータ49
を設け、その出力を電圧制御発振器(VCO) 50に
供給して周波数が変化する基準スイープ信号を発生させ
るようにし、これをスイッチ40を介して共振点追尾回
路22に供給するようにする。
On the other hand, in order to sweep the drive signal frequency of the vibrator 21, a generator 49 generates a sawtooth voltage signal.
is provided, and its output is supplied to a voltage controlled oscillator (VCO) 50 to generate a reference sweep signal whose frequency changes, which is then supplied to the resonance point tracking circuit 22 via the switch 40.

なお、スイッチ40、リレー制御回路43、スイッチ4
7.4B 、ジエネレータ49およびその他の各部の動
作は、コントロール回路45により制御するようにする
と共に、このコントロール回路45には装置の起動およ
び停止を行うためのスイッチ51を設ける。
In addition, switch 40, relay control circuit 43, switch 4
7.4B, the operation of the generator 49 and other parts is controlled by a control circuit 45, and the control circuit 45 is provided with a switch 51 for starting and stopping the apparatus.

以下、この実施例の動作を、第3図に示すフローチャー
トを参照しながら説明する。
The operation of this embodiment will be explained below with reference to the flowchart shown in FIG.

スイッチ51のOFF状態では、スイッチ40はvC0
50に接続され、スイッチ47はON、スイッチ48は
OFFとなっていると共に、整合トランス26はリレー
29によりその1次側と2次側との巻線比が、l:lと
なっている。
When the switch 51 is in the OFF state, the switch 40 is at vC0.
50, the switch 47 is ON and the switch 48 is OFF, and the matching transformer 26 has a relay 29 so that the winding ratio between the primary side and the secondary side thereof is 1:1.

この状態でスイッチ51をONにして、まず電流値設定
回路44の基準電圧v0で設定される低定電流で振動子
21を駆動すると共に、ジエネレータ49を起動してV
CO 50による基準スイープ信号に基づき振動子2l
を周波数スキャンさせる。すなわち、共振点追尾回路2
2をVCO 50の出力にロックさせて、vco so
の出力周波数をジェネレータ49の出力によりスキャン
することにより、PLL発振周波数をスキャンする。
In this state, the switch 51 is turned ON, and first the vibrator 21 is driven with a low constant current set by the reference voltage v0 of the current value setting circuit 44, and the generator 49 is started to
Transducer 2l based on reference sweep signal by CO 50
to perform a frequency scan. In other words, the resonance point tracking circuit 2
2 to the output of VCO 50, vco so
By scanning the output frequency of the generator 49 using the output of the generator 49, the PLL oscillation frequency is scanned.

ここで、振動子21は、電流値設定回路44、差動増幅
器42、VCA 24によってスキャン中も定電流駆動
されるので、その電流値をII0]と決めておくことが
できる。このインピーダンス+21は、振動子21を周
波数スキャンすると共振点f,で最小となるので、IV
Iも第4図AおよびBに第9図AおよびBに示した超音
波変換器における1■特性を対応して示すように、共振
点f,で最小となる。したがって、コンパレーク41で
IVIと設定電圧V2とを比較すれば、スキャン中にコ
ンバレータ4lが動作したときは+Zlの小さい超音波
変換器が接続され、またコンパレータ4lが動作しなか
ったときはIZIの大きい超音波変換器が接続されてい
ることが検出される。
Here, since the vibrator 21 is driven with a constant current by the current value setting circuit 44, the differential amplifier 42, and the VCA 24 even during scanning, the current value can be determined as II0]. This impedance +21 becomes the minimum at the resonance point f when the vibrator 21 is frequency scanned, so IV
I also reaches its minimum at the resonance point f, as shown in FIGS. 4A and 4B correspondingly to the 1-characteristics in the ultrasonic transducer shown in FIGS. 9A and 9B. Therefore, if IVI is compared with the set voltage V2 in the comparator 41, when the comparator 4l operates during scanning, an ultrasonic transducer with a small +Zl is connected, and when the comparator 4l does not operate, an ultrasonic transducer with a large IZI is connected. It is detected that an ultrasound transducer is connected.

インピーダンスIZ1の小さい超音波変換器が接続され
ていることが検出されたときは、次にスイッチ48をO
NにしてVCA 24の制御電圧を零にして電力増幅器
25の出力を停止し、その状態でリレー制御回路43に
ラッチされた上記のインピーダンス検出結果をもとにリ
レー29を動作させ、これにより整合トランス26の巻
線比を1=2に切り換えて駆動回路側の出力インピーダ
ンスを、接続されている超音波変換器のインピーダンス
と整合するように変化させる。その後、スイッチ48を
OFFにし、ジエネレータ49を再起動してVCO 5
0による基準スイーブ信号に基づき振動子2工を周波数
スキャンさせながら、共振点検出回路39において電圧
位相信号θ,と電流位相信号θ1とに基づいてそれらの
位相差が零となる共振点を検出する。
When it is detected that an ultrasonic transducer with a small impedance IZ1 is connected, next turn the switch 48 to OFF.
N, the control voltage of the VCA 24 is set to zero, the output of the power amplifier 25 is stopped, and in this state, the relay 29 is operated based on the above impedance detection result latched in the relay control circuit 43, thereby achieving matching. By switching the winding ratio of the transformer 26 to 1=2, the output impedance on the drive circuit side is changed to match the impedance of the connected ultrasonic transducer. After that, switch 48 is turned OFF, generator 49 is restarted, and VCO 5
While frequency scanning the vibrator 2 based on the reference sweep signal of 0, the resonance point detection circuit 39 detects the resonance point where the phase difference between them is zero based on the voltage phase signal θ and the current phase signal θ1. .

共振点が検出された後は、その検出時点でスイノチ40
をコンパレータ37に接続して共振点追尾動作のロック
に入り、ロックインした時点でスイッチ47をOFFと
して可変抵抗器46で設定された電流値すなわち設定振
幅で振動子21を駆動するようにする。
After the resonance point is detected, the Suinochi 40
is connected to the comparator 37 to lock the resonance point tracking operation, and when locked in, the switch 47 is turned off to drive the vibrator 21 with the current value set by the variable resistor 46, that is, with the set amplitude.

なお、インピーダンスIZ1の大きい超音波変換器が接
続されていることが検出され、整合トランス26の巻線
比が1:lのままで良いときは、そのスキャン中に共振
点検出回路39において共振点が検出されるので、再ス
キャンせずに共振点が検出された後スイッチ40をコン
パレータ37に接続してロックイン動作に入る。
Note that if it is detected that an ultrasonic transducer with a large impedance IZ1 is connected and the winding ratio of the matching transformer 26 can remain at 1:1, the resonance point detection circuit 39 detects the resonance point during the scan. is detected, so after the resonance point is detected without rescanning, the switch 40 is connected to the comparator 37 and a lock-in operation is started.

以上のように、この実施例によれば、振動子2lの動イ
ンピーダンスの大きさを検出し、自動的にマッチングを
適正化して駆動を開始できるようにしたので、マニュア
ル切り換えにおけるような誤操作を有効に防止できると
共に、超音波メスや超音波加工機等で振動子21は同一
で、先端に結合させるプローブの形状が異なり、インピ
ーダンスが大幅に変更になる場合でも、マッチングを自
動的に適正化することができ、超音波変換器を常に効率
良ク駆動することができる。また、マッチングの適正化
を、整合トランス26の2次側のタップ切り換えで行う
ようにしたので、超音波メス等の医療用超音波装置に適
用する場合に、いわゆる患者回路内に切り換え回路や制
御回路を挿入する必要がなく、したがって耐電圧や漏れ
電流等の電気安全上極めて有効である。
As described above, according to this embodiment, the magnitude of the dynamic impedance of the vibrator 2l is detected, the matching is automatically optimized, and driving can be started. In addition, even if the transducer 21 is the same in an ultrasonic scalpel or an ultrasonic processing machine, but the shape of the probe connected to the tip is different, and the impedance changes significantly, matching is automatically optimized. This allows the ultrasonic transducer to be driven efficiently at all times. In addition, matching is optimized by switching the taps on the secondary side of the matching transformer 26, so when applied to medical ultrasound equipment such as ultrasound scalpels, a switching circuit or control circuit is installed in the so-called patient circuit. There is no need to insert a circuit, and therefore it is extremely effective in terms of electrical safety such as withstand voltage and leakage current.

第5図はこの発明に係る超音波変換器駆動装置を具える
超音波メス装置の一例の構成を示すブロック図である。
FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of an example of an ultrasonic scalpel device equipped with an ultrasonic transducer driving device according to the present invention.

この実施例では、ハンドビース55として、同一のラン
ジエバン型振動子56に対して長さの異なる、すなわち
インピーダンスの異なるショートプローブ57およびロ
ングブローブ58を選択的に結合するようにしたものを
用いる。振動子56は、マンチング用トランス59の2
次側に接続し、PLL 60の出力に基づいて駆動する
ようにする。
In this embodiment, a hand bead 55 is used in which a short probe 57 and a long probe 58 having different lengths, that is, different impedances, are selectively coupled to the same Lange-Evan type vibrator 56. The oscillator 56 is the 2nd part of the munching transformer 59.
It is connected to the next side and driven based on the output of the PLL 60.

マッチング用トランス59は、2個の1次巻線61−1
および6l−2と、1個の2次巻線62とをもって構成
し、その1次側および2次側の巻線比を第2図に示した
と同様なリレーおよびその制御回路等を有するセレクト
回路63で切り換えるようにする。なお、振動子56に
はこれと並列に振動子56の制動容量を打ち消すための
補正インダクタ64を接続する。
The matching transformer 59 has two primary windings 61-1.
and 6l-2, and one secondary winding 62, and has a relay and its control circuit, etc. whose primary and secondary winding ratios are similar to those shown in FIG. 63 to switch. Note that a correction inductor 64 for canceling the braking capacity of the vibrator 56 is connected in parallel with the vibrator 56.

PLL 60は、位相比較器CPC”) 65と、その
デジタル出力をアナログ信号に変換するチャージポンプ
66と、ループフィルタ67と、電圧制御発振器(VC
O)68とをもって構成し、チャージポンブ66の出力
をループフィルタ67を介してVCO 68に制御電圧
として供給するようにする。VC0 68の出力は、フ
ィルタ69に供給すると共に、分周回路70で分周して
フィルタ69に供福し、これによりVCO 69から出
力される矩形波の駆動信号を振動子56の共振周波数成
分のみの正弦波の駆動信号に変換して、振動子56内で
の無駄な発熱を引き起こさないようにする。
The PLL 60 includes a phase comparator (CPC) 65, a charge pump 66 that converts its digital output into an analog signal, a loop filter 67, and a voltage controlled oscillator (VC
O) 68, and the output of the charge pump 66 is supplied to the VCO 68 as a control voltage via a loop filter 67. The output of the VC0 68 is supplied to a filter 69, and is also frequency-divided by a frequency dividing circuit 70 and sent to the filter 69, thereby converting the rectangular wave drive signal output from the VCO 69 into the resonant frequency component of the vibrator 56. The drive signal is converted into a sine wave drive signal to prevent wasteful heat generation within the vibrator 56.

この例では、フィルタ69としてカットオフ周波数が外
部クロック入力によって変更可能なスイッチト・キャパ
シタ・フィルタ(SCF)を用いる。このように、フィ
ルタ69としてSCFを用いれば、vCO68の発振周
波数が変化しても、フィルタ出力波形の大きさや位相回
転の変動が無くなり、その結果後述する定電流制御やP
LL動作に与える影響が減少し、理想的な矩形波一正弦
波変換を行うことが可能になると共に、振動子56の駆
動信号周波数をスキャンしてそのインピーダンスを検出
する際も、基本波成分のみを使うことになるのでそれを
正確に判別することができる。
In this example, a switched capacitor filter (SCF) whose cutoff frequency can be changed by inputting an external clock is used as the filter 69. In this way, if an SCF is used as the filter 69, even if the oscillation frequency of the vCO 68 changes, the magnitude and phase rotation of the filter output waveform will not fluctuate, and as a result, constant current control and P
The influence on the LL operation is reduced, making it possible to perform ideal rectangular wave to sine wave conversion, and when scanning the drive signal frequency of the vibrator 56 and detecting its impedance, only the fundamental wave component is used. can be used to accurately determine it.

フィルタ69の出力は、増幅率が変更可能な電圧制御増
幅回路(VCA)71 、バッファアンプ72、スイッ
チ回路73および電力増幅器74を経てマッチング用ト
ランス59の一次側に供給する。このようにして、マッ
チング用トランス59により、振動子56の回路系とそ
の駆動回路系とを分離して電気的絶縁を図ると共に、後
述するように電力増幅器74と負荷となる振動子56と
のマッチングをとるようにする。
The output of the filter 69 is supplied to the primary side of the matching transformer 59 via a voltage control amplifier circuit (VCA) 71 whose amplification factor can be changed, a buffer amplifier 72, a switch circuit 73, and a power amplifier 74. In this way, the matching transformer 59 separates the circuit system of the vibrator 56 and its drive circuit system for electrical isolation, and also provides electrical insulation between the power amplifier 74 and the vibrator 56 serving as a load, as will be described later. Try to match.

電力増幅器74を経て振動子56に加わる電圧および振
動子56に流れる電流は、マッチング用トランス59の
一次側において第2図に示したと同様な電圧検出用抵抗
群およびカレントセンサを有する電圧・電流検出回路7
5で検出し、これら電圧検出信号および電流検出信号を
それぞれ差動増幅器76および77に供給する。このよ
うに、電圧・電流検出回路75で検出した電圧.電流を
それぞれ差動増幅器76.77に供給して電圧検出信号
,電流検出信号を得るようにすることにより、高電圧、
大電流を低電圧にて検出する場合の同相ノイズの問題を
有効に解消できると共に、電力増幅器74の出力の正負
の接続を逆にしても、また出力の一方が接地された出力
形式でないものであっても、電圧,電流の各信号を安定
して検出することができる。
The voltage applied to the vibrator 56 via the power amplifier 74 and the current flowing to the vibrator 56 are detected by voltage/current detection having a voltage detection resistor group and a current sensor similar to those shown in FIG. 2 on the primary side of the matching transformer 59. circuit 7
5 and supplies these voltage detection signals and current detection signals to differential amplifiers 76 and 77, respectively. In this way, the voltage detected by the voltage/current detection circuit 75. By supplying current to differential amplifiers 76 and 77 to obtain voltage detection signals and current detection signals, high voltage and
It can effectively solve the problem of common mode noise when detecting a large current at a low voltage, and even if the positive and negative connections of the output of the power amplifier 74 are reversed, it is not an output type in which one of the outputs is grounded. Even if the voltage and current signals are present, each voltage and current signal can be detected stably.

差動増幅器76から得られる電圧検出信号は、比較器7
8および絶対値検出回路79にそれぞれ供給し、比較器
78において電圧位相信号θ,を、絶対値検出回路79
において電圧検出信号の絶対値IVIを検出するように
する。同様に、差動増幅器77から得られる電流検出信
号は、比較器80および絶対値検出回路81にそれぞれ
供給し、比較器80において電流位相信号θ1を、絶対
値検出回路81において電流検出信号の絶対値INを検
出するようにする。
The voltage detection signal obtained from the differential amplifier 76 is sent to the comparator 7
8 and the absolute value detection circuit 79, and the voltage phase signal θ, is supplied to the comparator 78 and the absolute value detection circuit 79.
The absolute value IVI of the voltage detection signal is detected at . Similarly, the current detection signal obtained from the differential amplifier 77 is supplied to a comparator 80 and an absolute value detection circuit 81, respectively. The value IN is detected.

比較器78から得られる電圧位相信号θ,は位相検出器
82に供給すると共に、PLL 60を構成するPC6
5のバリアブル入力端子■に供給し、比較器80から得
られる電流位相信号θ1は位相検出器82に供給すると
共に、スイッチ回路83を介してPC65のリファレン
ス入力端子Rに供給する。また、絶対値検出回路79か
ら得られる電圧検出信号の絶対値■1は、電圧比較器8
4に供給して所定の設定値と比較し、その出力を位相検
出器82に供給する。
The voltage phase signal θ, obtained from the comparator 78 is supplied to the phase detector 82 and also to the PC 6 configuring the PLL 60.
The current phase signal θ1 obtained from the comparator 80 is supplied to the phase detector 82 and is also supplied to the reference input terminal R of the PC 65 via the switch circuit 83. Further, the absolute value ■1 of the voltage detection signal obtained from the absolute value detection circuit 79 is determined by the voltage comparator 8.
4 and compares it with a predetermined set value, and its output is supplied to a phase detector 82.

このようにして、位相検出器82において電圧比較器8
4の出力、比較器78からの電圧位相信号θ9および比
較器80からの電流位相信号θ,に基づいて、振動子5
6に加わっている駆動信号の周波数が該振動子56の共
振周波数とほぼ等しいか否かを検出し、その出力に基づ
いてスイッチ回路83における電流位相信号θ1と、後
述する発振器からの基準信号θ...fとの切り換え動
作を制御すると共に、発光ダイオード85の点灯を制御
してPLL 60が共振点追尾動作に移行したか否かを
表示させるようにする。
In this way, in the phase detector 82, the voltage comparator 8
4, the voltage phase signal θ9 from the comparator 78, and the current phase signal θ from the comparator 80.
6 is approximately equal to the resonant frequency of the vibrator 56, and based on the output, a current phase signal θ1 in the switch circuit 83 and a reference signal θ from an oscillator to be described later are detected. .. .. .. In addition to controlling the switching operation with f, the lighting of the light emitting diode 85 is controlled to display whether or not the PLL 60 has shifted to the resonance point tracking operation.

また、絶対値検出回路79から得られる電圧検出信号の
絶対値IVIは、インピーダンスI71を検出するため
の電圧比較器86にも供給して所定の設定値と比較し、
その出力に基づいてショートプローブおよびロングプロ
ーブ用の発光ダイオード87.88の点灯を制御すると
共に、セレクト回路63におけるマッチングの切り換え
動作を制御するようにする。ここで、電圧比較器86に
おける所定の設定値は、ショートブローブ57とロング
プローブ58とが判別できる境界値に設定しておく。
Further, the absolute value IVI of the voltage detection signal obtained from the absolute value detection circuit 79 is also supplied to a voltage comparator 86 for detecting the impedance I71 and compared with a predetermined set value,
Based on the output, lighting of the light emitting diodes 87 and 88 for short probes and long probes is controlled, and matching switching operation in the select circuit 63 is controlled. Here, a predetermined setting value in the voltage comparator 86 is set to a boundary value that allows the short probe 57 and the long probe 58 to be distinguished.

位相検出器82は、例えば第6図に示すように3つのD
−フリップフロップ(D−FF) 89. 90および
9lと、ORゲート92とをもって構成し、比較器78
から得られる電圧位相信号θ9をD−FF89のD人力
端子に供給し、比較器80から得られる電流位相信号θ
1をD−FF89のクロック入力端子に供給する。この
DFF89のQ出力およびQ出力は、D−FF90のク
ロック入力端子およびD−FF91のクロック入力端子
にそれぞれ供給し、これらD− FF90および9lの
Q出力をORゲート92に供給してスイッチ回路83お
よび発光ダイオード85の制御信号を得るようにする。
The phase detector 82 includes, for example, three D as shown in FIG.
-Flip-flop (D-FF) 89. 90 and 9l, and an OR gate 92, and a comparator 78
The voltage phase signal θ9 obtained from the comparator 80 is supplied to the D terminal of the D-FF 89,
1 is supplied to the clock input terminal of the D-FF89. The Q output and Q output of this DFF89 are respectively supplied to the clock input terminal of D-FF90 and the clock input terminal of D-FF91, and the Q outputs of these D-FF90 and 9l are supplied to the OR gate 92 and the switch circuit and a control signal for the light emitting diode 85.

なお、D−FF90および9lのD入力端子には、VC
Cを印加する。また、電圧比較器84はopアンプをも
って構成し、その反転入力端子に絶対値検出回路79か
ら得られる電圧検出信号の絶対値IVIを供給し、非反
転入力端子に設定電圧vseアを印加して、その出力を
D−FF90および9lのクリア端子に供給する。
Note that the D input terminals of D-FF90 and 9l are connected to VC.
Apply C. Further, the voltage comparator 84 is configured with an op-amp, and supplies the absolute value IVI of the voltage detection signal obtained from the absolute value detection circuit 79 to its inverting input terminal, and applies a set voltage vse to its non-inverting input terminal. , and supplies its output to the clear terminals of D-FF 90 and 9l.

なお、ORゲート92の出力はコントロール回路93に
供給すると共に、コントロール回路93からはDI’F
89のクリア端子にリセット信号を供給するようにする
Note that the output of the OR gate 92 is supplied to the control circuit 93, and the output from the control circuit 93 is DI'F.
A reset signal is supplied to the clear terminal of 89.

第5図において、絶対値検出回路81から得られる電流
検出信号の絶対値IIIは、差動増幅回路94の反転入
力端子に供給する。この差動増幅回路94の非反転入力
端子には、電流値設定回路95からの設定信号を供給し
、その出力に基づいて振動子56が常に設定信号に対応
する一定電流で駆動されるように、リミッタ回路96を
介してVCA 71の増幅率を制御するようにする。電
流値設定回路95には、出力振幅設定用可変抵抗器97
と低定電流駆動設定用可変抵抗器98とを設け、これら
をコントロール回路93からの信号に基づいて選択して
、起動時においては低定電流駆動設定用可変抵抗器98
の出力を、共振点追尾動作においては出力振幅設定用可
変抵抗器97の出力を差動増幅回路94に供給するよう
にする。このように、絶対値検出回路81から得られる
電流検出信号の絶対値[1と、電流値設定回路95から
の設定信号とを差動増幅回路94で比較し、その出力に
基づいてVCA 71の増幅率を制11してバッファア
ンプ72および電力増幅器74に入力する信号電圧を制
御することにより、ハンドピース55の負荷変動等によ
るインピーダンス変化に対しても、振動子56を常に電
流値設定回路95からの設定信号に対応する一定電流で
駆動することができ、ハンドピース55の振幅を一定に
することができる。
In FIG. 5, the absolute value III of the current detection signal obtained from the absolute value detection circuit 81 is supplied to the inverting input terminal of the differential amplifier circuit 94. A setting signal from a current value setting circuit 95 is supplied to the non-inverting input terminal of the differential amplifier circuit 94, and based on the output thereof, the vibrator 56 is always driven with a constant current corresponding to the setting signal. , the amplification factor of the VCA 71 is controlled via the limiter circuit 96. The current value setting circuit 95 includes a variable resistor 97 for setting the output amplitude.
and a variable resistor 98 for setting low constant current drive, which are selected based on a signal from the control circuit 93, and the variable resistor 98 for setting low constant current drive is selected at the time of startup.
In the resonance point tracking operation, the output of the output amplitude setting variable resistor 97 is supplied to the differential amplifier circuit 94. In this way, the absolute value [1 of the current detection signal obtained from the absolute value detection circuit 81 and the setting signal from the current value setting circuit 95 are compared in the differential amplifier circuit 94, and the output of the VCA 71 is determined based on the output thereof. By controlling the signal voltage input to the buffer amplifier 72 and the power amplifier 74 by controlling the amplification factor 11, the vibrator 56 is always controlled by the current value setting circuit 95 even when the impedance changes due to load fluctuations of the hand piece 55. The handpiece 55 can be driven with a constant current corresponding to a setting signal from the handpiece 55, and the amplitude of the handpiece 55 can be made constant.

コントロール回路93には、トリガ出力回路99を接続
して、コントロール回路93の制御の下にトリガ信号を
発生させるようにする。このトリガ信号は、ジェネレー
タ100に供給してノコギリ波を発生させ、これを発振
器101に供給して該発振器101から周波数が変化す
る基準信号θ7.,を発生させるようにする。この基準
信号θrsrは、上述したように位相検出器82の制御
の下にスイッチ回路83を介してPLL 60を構成す
るPC65のR入力端子に供給する。また、トリガ出力
回路99からのトリガ信号はカウンタ102に供給して
カウントし、そのカウント値が設定値以上となったとき
に、スイッチ回路73をOFFすると共に、ハンドピー
ス55の異常としてブローブチェック用の発光ダイオー
ド103を点灯させるようにする。なお、このカウンタ
102はコントロール回路93からのリセット信号によ
りリセットするようにする。
A trigger output circuit 99 is connected to the control circuit 93 so that a trigger signal is generated under the control of the control circuit 93. This trigger signal is supplied to a generator 100 to generate a sawtooth wave, which is supplied to an oscillator 101, which outputs a reference signal θ7. , to occur. This reference signal θrsr is supplied to the R input terminal of the PC 65 constituting the PLL 60 via the switch circuit 83 under the control of the phase detector 82 as described above. Further, the trigger signal from the trigger output circuit 99 is supplied to the counter 102 for counting, and when the count value exceeds a set value, the switch circuit 73 is turned OFF and the hand piece 55 is detected to be abnormal and is used for probe checking. The light emitting diode 103 is turned on. Note that this counter 102 is reset by a reset signal from the control circuit 93.

一方、PLL 60を構成するループフィルタ67の出
力は、ローパスフィルタ(LPF) 104にも供給し
、ここでVC0 68の制御電圧中に含まれるスパイク
状のノイズを除去するようにする。このLPFl04の
出力は、ウインドコンバレータ105に供給し、ここで
VCO 68の出力周波数範囲を監視してそれが所定の
範囲を外れたときにコントロール回路93にリセソト信
号を出力するようにする。すなわち、ν0068はルー
プフィルタ67からの制御電圧によって発振周波数が変
化するが、PLL 60が振動子56の共振点追尾制御
から外れると、ν0068の発振周波数はその最高また
は最低発振周波数に飽和してしまう。
On the other hand, the output of the loop filter 67 constituting the PLL 60 is also supplied to a low pass filter (LPF) 104 to remove spike-like noise contained in the control voltage of the VC0 68. The output of the LPF104 is supplied to the window converter 105, which monitors the output frequency range of the VCO 68 and outputs a reset signal to the control circuit 93 when it is out of a predetermined range. That is, the oscillation frequency of ν0068 changes depending on the control voltage from the loop filter 67, but when the PLL 60 is removed from the resonance point tracking control of the vibrator 56, the oscillation frequency of ν0068 is saturated at its highest or lowest oscillation frequency. .

そこで、このロック外れ状態を検出するために、VC0
 68の制御電圧をウインドコンパレータ105で監視
する。ここで、VC0 68に供給される制御電庄は、
ループフィルタ67によってある程度平滑化された信号
となるが、例えばPLL 60のPC65にエツジトリ
ガ式のものを使用して、ループの特性をループフィルタ
67の設計によってある程度高速のものにすると、VC
O 68に供給される制御電圧にはPC65の2つの入
力信号のエッジの比較部分でスパイク状のノイズが漏れ
てくる。このスパイク状のノイズは、ウインドコンバレ
ータ105の動作に悪影響を与えるので、この例では上
述したようにLPF104を挿入して、スパイク状のノ
イズを除去するようにしている。
Therefore, in order to detect this unlock state, VC0
The control voltage of 68 is monitored by the window comparator 105. Here, the control voltage supplied to VC0 68 is:
The signal is smoothed to some extent by the loop filter 67, but if, for example, an edge trigger type PC 65 is used in the PLL 60 and the loop characteristics are made to be high-speed to some extent by designing the loop filter 67, the VC
Spiked noise leaks into the control voltage supplied to the O68 at the edge comparison portion of the two input signals of the PC65. Since this spike-like noise adversely affects the operation of the window converter 105, in this example, the LPF 104 is inserted as described above to remove the spike-like noise.

また、コントロール回路93には、振動子56のON/
OFFを制御するフットスインチ106を接続し、この
フントスイッチ106からの信号、上述した位相検出器
82からの信号およびウインドコンバレータ105から
のりセント信号に基づいて上記の各部の動作を制御する
ようにすると共に、超音波メスにより切除した組織を除
去する吸引ユニットl07、ハンドピース55のブロー
プを冷却したり、切除部位を洗い流すための送水ユニッ
ト108の動作を制御するようにする。
The control circuit 93 also includes an ON/OFF state for the vibrator 56.
A footswitch 106 for controlling OFF is connected, and the operation of each of the above parts is controlled based on the signal from this footswitch 106, the signal from the phase detector 82 mentioned above, and the slope signal from the window converter 105. At the same time, the operation of the suction unit 107 for removing the tissue excised by the ultrasonic scalpel, cooling the probe of the hand piece 55, and the water supply unit 108 for washing away the excised site is controlled.

以下、この超音波メス装置の動作を説明する。The operation of this ultrasonic scalpel device will be explained below.

フットスイッチ106のOFF状態では、スイッチ回路
73はOFF 、スイッチ回路83は発振器101の出
力をPLL 60のPC65のR入力端子に供給するよ
うに接続されている。
When the foot switch 106 is in the OFF state, the switch circuit 73 is OFF, and the switch circuit 83 is connected to supply the output of the oscillator 101 to the R input terminal of the PC 65 of the PLL 60.

フットスインチ106をONにすると、これによりコン
トロール回路93は始動信号を得、位相検出器82およ
びカウンタ102をリセットすると共に、電流値設定回
路95の低定電流駆動設定用可変抵抗器98を選択して
その出力を差動増幅回路94に供給するようにする。さ
らに、スイッチ回路73をONにすると共に、トリガ出
力回路99を作動して該トリガ出力回路99からトリガ
信号を発生させる。これにより、PLL 60には発振
器lotからスイッチ回路83を介して、ジェネレータ
100の出力に応じて周波数が変化する基準信号θra
rが供給され、その結果PLL 60は振動子56の駆
動信号周波数を基準信号θ...fにロックするように
スキャンさせる。
When the foot switch 106 is turned on, the control circuit 93 obtains a start signal, resets the phase detector 82 and the counter 102, and selects the low constant current drive setting variable resistor 98 of the current value setting circuit 95. and its output is supplied to the differential amplifier circuit 94. Further, the switch circuit 73 is turned on, and the trigger output circuit 99 is activated to generate a trigger signal from the trigger output circuit 99. As a result, the reference signal θra whose frequency changes according to the output of the generator 100 is transmitted from the oscillator lot to the PLL 60 via the switch circuit 83.
r is supplied, so that the PLL 60 changes the drive signal frequency of the vibrator 56 to a reference signal θ.r. .. .. Scan to lock on f.

ここで、振動子56は、電流値設定回路95の可変抵抗
器98で設定された低い定電流で駆動制御されるので、
振動子56に加わる電圧とそのインピーダンスの大きさ
とは比例し、したがって振動子56に加わる電圧はその
インピーダンスの大きさの周波数特性に相似した形でス
キャンによって変化する。
Here, since the vibrator 56 is driven and controlled with a low constant current set by the variable resistor 98 of the current value setting circuit 95,
The voltage applied to the vibrator 56 is proportional to its impedance, and therefore the voltage applied to the vibrator 56 changes by scanning in a manner similar to the frequency characteristic of its impedance.

この駆動電圧の変化は、電圧・電流検出回路75、差動
増幅器76、絶対値検出回路79を介して電圧比較器8
4および86で監視され、一回目のスキャンにおいて、
電圧比較器86での所定の設定値との比較結果に基づい
て、セレクト回路63によりマンナング用トランス59
の1次側の巻線の接続が切り換えられ、これにより駆動
回路側の出力インピーダンスがハンドピース55に結合
されているブローブに対応する値に変更されてハンドピ
ース55とのマンチングが取られると共に、該ブローブ
に対応する発光ダイオード87または88が点灯する。
This change in drive voltage is detected by the voltage comparator 8 via the voltage/current detection circuit 75, differential amplifier 76, and absolute value detection circuit 79.
4 and 86, and in the first scan,
Based on the comparison result with a predetermined setting value in the voltage comparator 86, the selection circuit 63 selects the Manning transformer 59.
The connection of the primary winding is switched, thereby changing the output impedance on the drive circuit side to a value corresponding to the probe coupled to the handpiece 55, and eliminating munching with the handpiece 55. The light emitting diode 87 or 88 corresponding to the probe lights up.

また、二回目のスキャンにおいては、電圧比較器84か
ら電圧検出信号IVIが設定電圧V SET(第6図参
照)以下、すなわち基準信号θrarの周波数がハンド
ビース55の共振周波数近傍となってインピーダンスが
設定値以下となった時点で、位相検出器82にイネーブ
ル信号が出力される。位相検出器82においては、電圧
比較器84からイネーブル信号が出力され、かつ比較器
78からの電圧位相信号θVおよび比較器80からの電
流位相信号θ1の位相差が零となった時点で、その出力
がHレベルとなってホールドされ、これによりスイッチ
回路83が切り換わって比較器80からの電流位相信号
θ,がPC65のR入力端子に供給されると共に、発光
ダイオード85が点灯して共振点追尾動作に移行したこ
とが表示される。同時に、位相検出器82の出力に基づ
いてコントロール回路93を介して電流値設定回路95
の出力振幅設定用可変抵抗器97が選択され、その出力
が差動増幅回路94に供給される。したがって、ハンド
ビース55は、以後は電圧位相信号θ9と電流位相信号
θ,との位相が常に一致するように、可変抵抗器97で
設定された所定の電流で駆動制御されることになる。ま
た、共振点追尾動作に移行することにより、コントロー
ル回路93から吸引ユニッl−107、送水ユニット1
08に駆動信号が供給されて、各動作が行われる。以上
の動作は、フットスイッチ106をOFF とすること
により解除される。なお、この共振点追尾への移行動作
は、一回目のスキャンにおいてセレクト回路63により
出力インピーダンスの切り換えを行わない場合にも行わ
れる。
In addition, in the second scan, the voltage detection signal IVI from the voltage comparator 84 is lower than the set voltage V SET (see FIG. 6), that is, the frequency of the reference signal θrar is near the resonance frequency of the hand bead 55, and the impedance is set. An enable signal is output to the phase detector 82 when the value becomes equal to or less than the value. In the phase detector 82, when the enable signal is output from the voltage comparator 84 and the phase difference between the voltage phase signal θV from the comparator 78 and the current phase signal θ1 from the comparator 80 becomes zero, The output becomes H level and is held, thereby switching the switch circuit 83 and supplying the current phase signal θ from the comparator 80 to the R input terminal of the PC 65, and the light emitting diode 85 lights up to reach the resonance point. A message indicating that the tracking operation has started is displayed. At the same time, a current value setting circuit 95 is passed through a control circuit 93 based on the output of the phase detector 82.
The output amplitude setting variable resistor 97 is selected, and its output is supplied to the differential amplifier circuit 94. Therefore, from now on, the hand bead 55 will be driven and controlled with a predetermined current set by the variable resistor 97 so that the phases of the voltage phase signal θ9 and the current phase signal θ always match. In addition, by shifting to the resonance point tracking operation, the control circuit 93 connects the suction unit l-107 and the water supply unit 1.
A drive signal is supplied to 08 to perform each operation. The above operation is canceled by turning off the foot switch 106. Note that this operation of shifting to resonance point tracking is performed even when the output impedance is not switched by the select circuit 63 in the first scan.

ここで、二回目のスキャンによって共振点が検出されな
いときは、VC0 6Bの発振周波数は発振器101か
らの基準信号θratにロックされて上昇または下降し
、ウインドコンバレータ105において所定の周波数範
囲から外れたことが検出された時点で、コントロール回
路93にリセント信号が出力される。これにより、コン
トロール回路93からトリガ出力回路99に再トリガを
出力するように信号が送出され、上記の共振点検出動作
が繰り返される。このトリガ出力回路99からのトリガ
信号の出力回数すなわち駆動信号周波数のスキャン回数
は、カウンタ102でカウントされ、それが所定の値に
達したとき、例えば一回のフ7}スイッチ106のON
操作で駆動信号周波数を10回スキャンしても共振周波
数にロツクインできないときは、所定の周波数範囲内に
ハンドビース55の共振点が存在しないものとして、そ
の時点でカウンタ102の出力によりスイッチ回路73
がOFFとなって振動子56の駆動が停止すると共に、
発光ダイオード103が点灯してハンドビース55の異
常が表示される。これにより、ハンドピース55が異常
の状態で駆動を続けることによる危険を有効に防止する
ことができる。
Here, when the resonance point is not detected by the second scan, the oscillation frequency of VC0 6B is locked to the reference signal θrat from the oscillator 101 and rises or falls, and the oscillation frequency of the VC0 6B rises or falls, and the oscillation frequency of the VC0 6B rises or falls outside the predetermined frequency range in the window converter 105. When this is detected, a recent signal is output to the control circuit 93. As a result, a signal is sent from the control circuit 93 to the trigger output circuit 99 to output a trigger again, and the above resonance point detection operation is repeated. The number of times the trigger signal is output from the trigger output circuit 99, that is, the number of times the drive signal frequency is scanned, is counted by a counter 102, and when it reaches a predetermined value, the switch 106 is turned on, for example, once.
If the drive signal frequency cannot be locked into the resonance frequency even after scanning the drive signal frequency 10 times, it is assumed that the resonance point of the hand bead 55 does not exist within the predetermined frequency range, and at that point the switch circuit 73 is activated by the output of the counter 102.
is turned off and the drive of the vibrator 56 is stopped, and
The light emitting diode 103 lights up to indicate an abnormality in the hand bead 55. Thereby, it is possible to effectively prevent the danger caused by the handpiece 55 continuing to be driven in an abnormal state.

上述した超音波メス装置によれば、接続されているプロ
ーブの判別およびそれに対応するマッチングの適正化が
自動的に行われるので、ハンドビース55を常に効率良
く駆動することができる。
According to the above-mentioned ultrasonic scalpel device, since the connected probe is automatically determined and the corresponding matching is made appropriate, the hand bead 55 can be driven efficiently at all times.

また、確実に共振点追尾動作に移行することができると
共に、追尾動作のロックが外れても再起動ができ、しか
もハンドピース55の異常も検出することができる。更
に、一般的な定電流駆動回路を組み合わせることで、定
振幅動作を行うことができると共に、簡単な方法でイン
ピーダンスの周波数特性を検出することができ、これに
より共振点を正確かつ確実に検出することができる。ま
た、振動子56に加わっている電圧および振動子56に
流れる電流を差動方式で検出するようにしたので、同相
ノイズを有効に除去できると共に、電力増幅器74の出
力形式にこだわらず所望の電圧および電流を有効に検出
でき、これにより高電圧を発生している電力増幅器周辺
の回路部分を接地から浮かせることが可能となり、振動
子回路すなわち患者回路の対接地漏れ電流を大幅に減少
させることができる。
In addition, it is possible to reliably shift to the resonance point tracking operation, and even if the tracking operation is unlocked, it can be restarted, and it is also possible to detect abnormalities in the handpiece 55. Furthermore, by combining a general constant current drive circuit, constant amplitude operation can be performed and the frequency characteristics of impedance can be detected in a simple manner, allowing accurate and reliable detection of resonance points. be able to. Furthermore, since the voltage applied to the vibrator 56 and the current flowing through the vibrator 56 are detected differentially, common mode noise can be effectively removed, and the desired voltage can be detected regardless of the output format of the power amplifier 74. This allows the circuitry around the power amplifier that generates high voltage to be lifted from ground, and the leakage current to ground in the transducer circuit, that is, the patient circuit, can be significantly reduced. can.

な.お、上記の超音波メス装置においては、振動子56
に加わっている電圧および振動子に流れる電流をマッチ
ング用トランス59の1次側において検出するようにし
たが、これらはマッチング用トランス59の2次側で検
出するようにすることもできる。また、電流値設定回路
95の出力振幅設定用可変抵抗器97で設定する振幅は
、例えば第7図に示すようにショートブローブ57の振
幅の最大値および最小値をそれぞれ設定する最大値設定
回路110および最小値設定回路111 と、ロングプ
ローブ5Bの振幅の最大値および最小値をそれぞれ設定
する最大値設定回路112および最小値設定回路113
とを設け、これらをインピーダンスを倹出する電圧比較
器86の出力に基づいてリレー114により切り換えて
可変抵抗器97に接続することにより設定するようにす
ることもできる。このようにすれば、ブローブ57 .
 58の耐性が異なっても容易に対応することができる
What? In the above ultrasonic scalpel device, the vibrator 56
Although the voltage applied to the oscillator and the current flowing through the vibrator are detected on the primary side of the matching transformer 59, they can also be detected on the secondary side of the matching transformer 59. Further, the amplitude set by the output amplitude setting variable resistor 97 of the current value setting circuit 95 is determined by a maximum value setting circuit 110 that sets the maximum value and minimum value of the amplitude of the short probe 57, respectively, as shown in FIG. and a minimum value setting circuit 111, and a maximum value setting circuit 112 and a minimum value setting circuit 113 that respectively set the maximum value and minimum value of the amplitude of the long probe 5B.
It is also possible to set these by connecting them to the variable resistor 97 and switching them by the relay 114 based on the output of the voltage comparator 86 that calculates the impedance. In this way, the probe 57.
Even if the resistance of 58 is different, it can be easily accommodated.

更に、上記の超音波メス装置においては、2種類のブロ
ーブ57.58に対してそのインピーダンスを判別して
駆動回路側の出力インピーダンスを変化させるようにし
たが、3種類以上のブローブに対してそれを判別し、そ
れに応じて駆動回路の出力インピーダンスを変化させて
マッチングの適正化を行うようにすることもできる。こ
の場合には、例えば第8図に示すように、マッチング用
トランス59の1次側に3個以上のタップを設け、これ
らをインピーダンス検出回路115で検出した超音波変
換器116のインピーダンスに応じて2個以上のリレー
117−1 . 117−2を用いてそのリレー接点1
181.118−2により選択的に切り換えるようにす
ればよい。
Furthermore, in the above ultrasonic scalpel device, the impedance of two types of probes 57 and 58 is determined and the output impedance on the drive circuit side is changed, but it is not possible to change the output impedance of the drive circuit side for three or more types of probes. It is also possible to optimize the matching by determining the output impedance of the drive circuit and changing the output impedance of the drive circuit accordingly. In this case, for example, as shown in FIG. Two or more relays 117-1. 117-2 to its relay contact 1
181.118-2 may be selectively switched.

また、マッチング用トランス59の1次巻線を切り換え
るリレー接点の保護のため、第2図において説明したよ
うに切り換え時に振動子56に対する出力を零にする他
に、駆動周波数では影響のない定数のCI?回路等より
成るスパークキラーを接点間に挿入してもよい。更にま
た、プロープを判別してインピーダンス整合を取る他に
、当該プローブに応じて駆動周波数を変更したり、送水
量等の設定を行うこともできる。
In addition, in order to protect the relay contact that switches the primary winding of the matching transformer 59, in addition to reducing the output to the vibrator 56 to zero at the time of switching as explained in FIG. CI? A spark killer consisting of a circuit or the like may be inserted between the contacts. Furthermore, in addition to determining the probe and matching the impedance, it is also possible to change the driving frequency and set the water supply amount, etc., depending on the probe.

更に、この発明は超音波メス装置に限らず、超音波加工
装置やその他の超音波装置に用いられる超音波変換器の
駆動回路に有効に適用することができる。
Furthermore, the present invention is not limited to ultrasonic scalpel devices, but can be effectively applied to drive circuits for ultrasonic transducers used in ultrasonic processing devices and other ultrasonic devices.

[発明の効果] 以上のように、この発明によれば駆動回路の出力インピ
ーダンスを変化させてその負荷となる超音波変換器との
マッチングを通正化するマッチング手段と、超音波変換
器のインピーダンスを検出する手段とを設け、このイン
ピーダンス検出手段の出力に基づいて駆動回路の出力イ
ンピーダンスが超音波変換器に最適な駆動条件となるよ
うにマッチング手段を制御するようにしたので、超音波
変換器とその駆動回路とのインピーダンス整合を自動的
に適正化することができ、超音波変換器を常に効率良く
駆動することができる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, there is provided a matching means for changing the output impedance of a drive circuit to normalize matching with an ultrasonic transducer serving as a load, and an impedance of the ultrasonic transducer. and the matching means is controlled so that the output impedance of the drive circuit becomes the optimum driving condition for the ultrasonic transducer based on the output of the impedance detection means. Impedance matching between the ultrasonic transducer and its drive circuit can be automatically optimized, and the ultrasonic transducer can be driven efficiently at all times.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はこの発明の基本構成を示す図、第2図はこの発
明の一実施例を示すブロック図、第3図および第4図A
,Bはその動作を説明するだめのフローチャートおよび
駆動電圧の周波数特性を示す図、 第5図はこの発明に係る超音波変換器駆動装置を具える
超音波メス装置の一例の構成を示すブロック図、 第6図は第5図に示す位相検出器の一例の構成を示す図
、 第7図は同じく電流値設定回路の変形例を示す図、 第8図は同じくマッチング用トランスおよびその切り換
え手段の変形例を示す図、 第9図AおよびBは従来の技術を説明するための図であ
る。 第1図 1l一駆動回路    l2−・・整合トランス13一
超音波変換器  14−1.14−2・一タツプ15−
−インピーダンス検出回路 16−・設定回路    17・−リレー一一一一一−
τ−一一」 第8図 第9図
FIG. 1 is a diagram showing the basic configuration of this invention, FIG. 2 is a block diagram showing an embodiment of this invention, and FIGS. 3 and 4A.
, B is a flowchart explaining its operation and a diagram showing the frequency characteristics of the driving voltage, and FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of an example of an ultrasonic scalpel device equipped with an ultrasonic transducer driving device according to the present invention. , FIG. 6 is a diagram showing the configuration of an example of the phase detector shown in FIG. 5, FIG. 7 is a diagram showing a modification of the current value setting circuit, and FIG. 8 is a diagram showing a matching transformer and its switching means. FIGS. 9A and 9B are diagrams illustrating a conventional technique. Fig. 1 1l - Drive circuit l2 - Matching transformer 13 - Ultrasonic transducer 14-1.14-2 - Tap 15-
-Impedance detection circuit 16-・Setting circuit 17・-Relay 1111-
τ-11” Figure 8 Figure 9

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1、駆動回路とその負荷となる超音波変換器とのマッチ
ングを適正化するために、前記駆動回路の出力インピー
ダンスを変化させるマッチング手段と、前記超音波変換
器のインピーダンスを検出する手段と、このインピーダ
ンス検出手段の出力に基づいて前記超音波変換器に最適
な駆動条件となるように前記マッチング手段を制御して
前記駆動回路の出力インピーダンスを変化させる手段と
を具えることを特徴とする超音波変換器駆動装置。
1. In order to optimize the matching between the drive circuit and the ultrasonic transducer serving as its load, a matching means for changing the output impedance of the drive circuit, a means for detecting the impedance of the ultrasonic transducer; and means for controlling the matching means to change the output impedance of the driving circuit so as to provide optimum driving conditions for the ultrasonic transducer based on the output of the impedance detecting means. Transducer drive device.
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