CN1035229C - 超声波洁牙机 - Google Patents

Abstract

本发明属于牙科医疗设备，用于清除牙结石、烟垢、菌斑以及根管预备等牙科医术。

它是一种全自动型新型机器。全机由自动频率跟踪、自动功率跟踪、自动负载开、短路保护电路与超声波换能器(又称手机)等部件组成。

本发明的优点为：(1)换能器性能稳定，寿命较现有技术长一倍；(2)换能器和电路具有良好的互换性；(3)洁牙效果好；(4)具有开、短路保护功能，使用要求低，机器不易换坏；(4)使用本发明的根管刀具后，洁治效果良好。

Description

本发明属于超声波洁牙机的改进。

本发明提出以前，国外已有多种超声波洁牙机，国内也有上海超声波仪器厂生产的超声波洁牙机，第四军医大学发明的超声波洁牙机(专利号为88204838.4)，这些洁牙机的工作原理基本相同，都是以超声波功率信号源驱动超声波换能器，使超声波换能器上的刀具产生高速振动，去清除牙齿表面或根管中的污垢，实现对牙病的基础治疗。

但上述国内或国外的洁牙机，都存在如下共同缺点：(1)换能器寿命短，国外某些产品的保修期为3个月，国内也如此，被列入易损耗部件；(2)换能器与电路没有互换性，因此，换能器损坏后，整机就报废，影响整机寿命；(3)没有功率跟踪功能，对坚硬滑韧的结石，洁治效果差；(4)无开、短路保护功能，致使机器经常损坏；(5)现有的洁治根管的专用工具使用效果不好。

本发明的目的是对上述缺点作出改进。

本发明的目的是这样实现的：设计一种新型结构的换能器，从根本上解决换能器易损耗的问题；设计一个“超声波功率振荡器”，使机器具有良好的自动频率跟踪性能，解决换能器与电路不能互换的问题；设计一个“跟踪恒流源”，以保证功率自动跟踪和解决开、短路自我保护问题；设计两种新型刀具，以解决根管和其它牙病的洁治问题。

本发明的优点为：(1)换能器性能稳定，寿命较现有技术长一倍；(2)换能器与电路具有良好的互换性；(3)洁牙效果好；(4)具有开短路保护功能，使用要求低，机器不易损坏；(4)使用本发明的根管刀具后，洁治效果良好。

下面结合附图详细介绍本发明的实施例：

图1为工作手柄结构图；

图2为整机原理图；

图3为超声波功率振荡器、自动功率跟踪和负载开短路保护电路图；

图4为多用途刀具结构图；

图5为根管预备刀具结构图；

图5为工作手柄支架结构图；

参看图1，变幅杆(14)是一中空的圆管，其右端制有螺纹，用于安装各种治疗用的工作头。变幅杆左端依次装有一个圆形悬梁(15)和四个极片(4)，压接螺帽(2)紧贴圆形悬梁，套在变幅杆左端，手机端头(3)套在压接螺帽和变幅杆外面，圆形悬梁(15)和四个极片(4)之间插入四个陶瓷片(6)将它们分开。然后，用螺纹连接将变幅套(13)连到变幅杆上，拧紧螺纹，将上述各零件压紧在变幅杆的凸台和变幅套的端面之间，圆形悬梁(15)与陶瓷片(6)之间，以及陶瓷片(6)与极片(4)之间，用绝缘胶粘结，构成λ/2换能器，亦称超薄悬梁结构换能器。四个极片(4)分成两组，每组两片，均并联后分别与极片(9)的两个引线相连。变幅杆(13)的左端制有一个锥形凸面，用于连接塑料水管(12)，塑料水管(12)的尾部装有尾套管(7)和橡胶管(16)，以保护塑料水管(12)。2个大气压的压力水(或来自置于高处的水桶内的水)由塑料水管(12)内进入，流至中空的变幅套(13)和变幅杆(14)，再流至工作头，起冷却作用，工作手柄外壳(1)与圆形悬梁(15)之间装有一个胶圈(11)，起密封作用，防止冷却水回流到换能器的电气元件上。

整流电路参见图2：±18V组由1D_1-4和1C₁、IC₂组成，输出端受J_1-1、J_1-2控制，给跟踪恒流源供电。+24V组由1D₅和IC₃组成，输出受脚踏开关1K₂控制，给J₁继电器、指示、照明、电磁阀电路供电。

超声波功率振荡器电路如图3中的2，该电路由高速运放IC₃、异极性功率对管T₁、T₂、阻抗匹配器B₂和选通网络3等组成。运算放大器(IC₃)的反相输入端通过电阻2R₁₅接地，同相输入端依次通过电阻2R₇、2R₈接地，输出端通过电阻2R₁₃与两个异极性功率三极管(T₁、T₂)的集电极和匹配变压器初级线圈相接；三极管(T₁、T₂)的发射极分别与自动功率跟踪、自动负载开、短路保护电路的两个输出端相接；选通网络跨接在电阻2R₇与2R₈的接点和匹配变压器的次级线圈之间；匹配变压器次级线圈与选通网络连接的一端通过电阻2R₁₄接地，另一端与换能器相接；

当跟踪恒流源1从+V₀、-V₀加电时，振荡器2受到一个冲激，冲激信号由B₂的初级来耦合到B₂的次级，次级回路产生自由振荡，回路中电流最大的频率是与换能器串联谐振的频率。这时，取样电阻2R₁₄上的电压振幅最大，这个电压经选通网络3反馈到IC₃的同相(+)输入端，产生自激振荡。选通网络3的作用是滤除手机X_L1.2一阶共振频率以外的谐波和杂散频率分量。选通网络3由2L₁～2L₂和2C₈～2C₁₀组成一个窗口函数滤波器，其3db带宽约为2000Hz时，有效地保证了手机XL在频率变化达2000Hz时，机器仍具有良好的自动频率跟踪性能。弥补了已有机器(包括国外高级型，如法国pu2000_s)手机与主机电路不能互换或手机负载过重时不能自动跟踪的重要缺陷。

自动功率跟踪和负载开短路保护功能由图3中的跟踪恒流源保证。它由IC₁三端可调稳压器LM317、基准恒流源T₄、运算放大器IC₂、大功率晶体管T₃等组成，三极管(T₃)的集电极为保护电路的一个输入端(-V₁)，发射极为保护电路的一个输出端(-V₀)，基极与运算放大器(IC₂)的输出端相连；三端稳压器(IC₁)的一端为保护电路的另一输入端(+V₁)，一端经过电阻2R₁到保护电路的另一输出端(+V₀)，稳压器的另一端接到功率设置电位器(W)的中间抽头；功率设置电位器(W)的另两端分别接到保护电路的输出端(+V₀)和基准恒流源(T₄)基准恒流源(T₄)的另一端经过电阻2R₄到保护电路的输入端(-V_j)；电阻2R₂、2R₃串联，电容2C₁、2C₂串联，分别跨接于保护电路两个输出端之间，2R₂与2R₃的接点与运算放大器(IC₂)的反相输入端相接，2C₁与2C₂的接点处和运算放大器的同相输入端均接地。IC1三端可调稳压器(或三端固定稳压器)担负电子调节器，由2R₁、W、2D₂、T4场效应基准恒流源和2D₃、2R₄、2C₃组成取样网络。由上述两大部分组成正极性可调恒流源。由IC₂运放、T3大功率三极管等组成调节单源。由2R₂、2R₃组成取样网络，这两大部分组成负极性自动跟踪恒流源。

洁牙时手机X_L负载加重、内阻增大，振荡器的电压振幅如要不增大；则手机功率必然下降，具数学表达式为

↓p(u)＝(USinωt)²/R_XL↑

跟踪恒流源则保证在手机内阻R_XL增大时，电源电压亦跟着增大，即恒流供电，使振荡器的输出电压USinωt随之上升。从而，保证了手机功率不下降。另外，当振荡电路的负载出现开路、短路时，有可能造成辐射反馈性的高频振荡，工作电源骤烈上升而烧坏振荡电路。这时，由于采用了跟踪恒流源供电，所以，起到了自动保护作用。

本机器由于具备良好的频率跟踪和功率跟踪性能，只要将手机上的洁治刀具换成根管刀具后，便可作根管预备手术。弥补了已有机器的第五条缺陷。

本机的电磁阀电路设计成冲激起动式。参见图2以1号阀F₁为例：冲激起动电路由1C₄和1R，组成。当脚踏开关1K₂接通时，初始为变化电压从小到大。这时，1C₄的充电电流和1R₄的电流并联流经1号阀F₁，电流较大、电磁力很强，保证了电磁可靠启动。进入稳态后1C₄相当于开路，流经电磁阀F₁的电流较小，处于小电流维持状态。这样，使电磁阀既能可靠起动又降低了功耗而不会发热(在国内机器中，电磁阀的故障占总故障率的30％左右)。

机器的手机架设计新颖，为可旋转式，使用灵活方便。结构如图4。螺帽(45)通过承接架(41)上的螺检将其转动连接在机壳侧板(47)上，螺帽与机壳侧板之间垫有垫片(44)，机壳侧板与承接架之间夹有定位板(42)，在承接架与定位板接触的内面上打一小孔，然后将弹簧(43)、钢珠(46)反铆于内，作为碰珠；在定位板上按需要打若干圆孔，作定位之用，承接架转动时碰珠与定位孔能相对应。使用时，根据需要将承接架转到适当位置。

本机除具备已有机器所配的龈上、龈下刀具外，还设计了尖四刀的多用途刀具。见图5。针杆(52)中间有喷水的空腔(53)，针头(51)在针杆的前端为一四棱锥形，与针杆成100°到160°的夹角，它适用于牙齿内、外侧、龈上、下任何位置和形状的洁治。

根管预备的刀具见图6，针杆(61)的顶端装有螺钉(62)，紧靠螺钉的针杆上开有一小孔，用于安装针锉(63)，针杆与针锉的夹角为100°到160°，更改针锉时，只要拧松螺钉，换上针锉即可。

整机电原理图如图2。220V/50Hz单相交流电经变压器B₁降压后整流滤波，一路经继电器J_1-1，J_1-2两触点加至超声波洁牙机电路。其输出经K_3-3功能选择开关加到手机X_L1或X_L2。另一路供给继电器J和功能选择指示灯。

机器的主要性能如下：

1、工作频率：29kc

2、频率跟踪： 2000Hz/3db

3、输出功率：Pma≮10W 2W-10W连续可调。

4、功率跟踪：滞后量＜20％。

5、电动保护：等于预置恒流值。

6、电源：220V/50Hz-60Hz，110V/20Hz-50Hz，功率≤40W。

Claims (3)

1.一种超声波洁牙机，由一个超声波发生器，一个超声波换能器和一个工作头及电源电路等组成，其特征是：

a.所述的换能器有一个中空管形结构的变幅杆(14)，其前端刻有用于连接工作头的螺纹，后端刻有连接螺纹，变幅杆的前端向中间逐渐变粗，在变幅杆中间形成一个凸台，三个圆形悬梁(15)紧靠凸台套于变幅杆(14)上，四个极片(4)和插在其间的四个陶瓷片(6)紧靠圆形悬梁亦套于变幅杆上，圆形悬梁(15)和极片(4)之间用绝缘胶粘结，一个变幅套(13)紧靠陶瓷片套于变幅杆上；

b.还增加了自动功率跟踪、自动负载断、短路保护电路，上述电路包括一个三极管(T3)，三极管(T3)的集电极为保护电路的一个输入端(-Vi)，发射极为保护电路的一个输出端(-V0)，基极与一个运算放大器(IC2)的输出端相连，三端稳压器(IC1)的一端为保护电路的另一输入端(+vi)，一端经过电阻2R1到保护电路的一个输出端(V0)，稳压器的另一端接到功率设置电位器(W)的中间抽头，功率设置电位器(W)的另两端分别接接到保护电路的输出端(+V0)和基准恒流源(T4)，基准恒流源(T4)的另一端经过电阻2R4到保护电路的输入端(-vi)，电阻2R2、2R3串联，2C1、2R2串联，分别跨接于保护电路两个输出端之间，2R2与2R3的接点与运算放大器(IC2)的反相输入端相接，2C1和2C2的接点处和运算放大器的同相输入端均接地；

c.还增加了自动频率跟踪振荡器，所述的振荡器包括一个运算放大器(IC3)，IC3的反相输入端依次通过电阻2R15接地，同相输入端通过电阻2R7、2R8接地，输出端依次通过电阻2R13与两个异极性功率三极管(T1、T2)的集电极和匹配变压器的初级线圈相接，三极管(T1、T2)的发射分别与自动功率跟踪、自动负载开、短路保护电路的两个输出端相接，选通网络跨接在电阻2R7与2R8的接点和匹配变压器的次级线圈之间，匹配变压器次级线圈与选通网络连接的一端通过电阻2R1接地，另一端与换能器相接。

2.根据权利要求1所述的超声波洁牙机，其特征是：所述的工作头包括一个针杆(52)，针杆的前端为一与针杆成100。-160。夹角的四棱锥形针头，针杆的中间为一喷水空腔。

3.根据权利要求1所述的超声波洁牙机，其特征是：所述的工作头包括一个针杆(61)，针杆为一中空的圆管，其顶端有一固定针锉的螺钉(62)，紧千靠螺钉有一安装针锉的小孔，针杆与锉成100°-160°夹角。

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