CN1057201A - 具有稳定功率输出的微波治疗机 - Google Patents

Abstract

本发明属于医用微波技术。

本发明解决了微波治疗机输出功率稳定的技术 问题。该微波治疗机是在磁控管供电回路中串接取 样电阻或采样变压器；或者由微波检波器采集微波变 化信息，经负反馈放大及控制电路对磁控管供电回路 阳极电流进行控制和稳定。

该微波治疗机配备了多项检测指示和保护电路， 确保该机正常工作。并以声、光双重方式显示微波治 疗机的工作状态。该机配备多种类型的体表和体腔 辐射器用于治疗各种疾病。

Description

本发明属医用微波技术。

本发明的微波治疗机适用于各种急慢性炎症，软组织损伤，伤口愈合的治疗，解决了临床接触式治疗提出的微波输出功率稳定的技术问题。

近年来临床医学采用微波理疗技术越来越被人们广泛重视，许多微波理疗仪器在各个医疗门诊和病房为患者解除疾患痛苦，医治各种常见多发病，成为临床医学不可缺少的手段之一。

文件CN87103663微波内镜治疗仪，叙述了由磁控管振荡器提供微波功率，用调压器调整磁控管高压变压器的初级电压方法来控制磁控管的微波功率输出的大小，当磁控管阳极电流超过额定值时串接在磁控管阳极电路的过荷继电器切断高压电源，因此输出的微波功率是不稳定的。

文件DE030528微波辐射理疗的功率控制（POWER  CONTROL  FOR  THERPEUTIC  MICROWAVE  IRRDDIATOR）中微波功率的控制是由微波衰减器，匹配器，耦合器组成，通过微波功率仪检测出输出功率的变化，用以调节衰减器使微波功率的输出达到所要求的指标，该功率调整方案对于临床医学使用的大功率微波，衰减器制作技术难度大造价成本高，功率传输效率低稳定性差。

本发明目的在于临床接触式治疗时，特别体腔微波辐射治疗，要求微波输出功率稳定，而磁控管外特性的非线性，即微波输出功率随阳极电压按指数规律变化，各种外界因素，导致磁控管阳极电压变化都会引起微波输出功率的波动，造成体腔治疗时体腔内粘膜的烧伤，该发明的微波治疗机恰在输出功率稳定技术上解决了医学临床急需的技术问题。

本发明的原理和结构：

微波治疗机的方框图1由三大部分组成;磁控管振荡器〔1〕，高低压电源、控制及保护电路〔2〕，辐射器〔3〕。

一.磁控管振荡器〔1〕由微波磁控管产生微波振荡，经同轴电缆线把微波输送到辐射器进行微波辐射。

二.高低压电源、控制及保护电路〔2〕由五部分组成，它采用集成、数字化电路来保证仪器的可靠性。这五部分的内容为：

1.磁控管强制风冷及电源供电欠压过压保护电路。磁控管风冷及供电电压状况对磁控管正常工作以及寿命影响极大，保护电路是根据风扇正常转动扇叶遮光的频率转换成电压值去控制相应的控制电路。在电源供电电压超过220V±10%和强制风冷工作不正常，治疗机自动切断磁控管阳极供电电源并给出显示。

2.磁控管高低压电源及灯丝预热延时电路。它供给磁控管阴极直流高压和灯丝加热的低电压，为了保证磁控管的正常工作，其灯丝必须预热一分钟后再施加高压，我们采用数字式电子计时减计数显示的电子延时电路，当达到预热时间后继电器吸合。

3.微波功率控制及稳定电路。由微波功率控制电压V1通过控制电路来改变双向可控硅T4的导通角，从而调节磁控管阳极电压的大小，达到控制微波功率输出的目的，微波功率输出的稳定措施在下面我们将详细地论述。

4.时间控制电路。根据临床需要我们预先设定治疗时间，当治疗到时后，将自动切断微波电源，为了使用方便我们采用了减计数时间显示。

5.音响和显示电路。用于提供显示微波治疗机的工作状态。这些电路的设计无疑为用户提供了方便。

微波输出功率的稳定是由图2电路实现的。这里的V4为全波整流后的直流脉动电压，经D1、D2稳压管削波为梯形波电压，这一电压在220V电源电压过零点时也降到零点，将此电压施加到晶体管T1和单结晶体管T2上，由T1.电容器C1、T2、电阻器R2构成与电源同步振荡触发电路。V1为微波功率控制电压。调节V1，V3电压相应变化，可改变T1集电极电流，从而改变电容器C1的充电时间，由于C1是在电源电压过零点时开始充电，达到T2峰点电压时放电，在电阻器R2上产生脉冲电压，经晶体管T3和变压器B2，使双向可控硅T4导通，所以C1的充电时间决定T4导通角的大小。当T4导通角增大，磁控管阳极电压就升高，微波功率则增大，反之，功率则减小。由于外界因素会引起了磁控管输出功率的变化，我们设计了具有电流负反馈性质的稳定电路，它是在磁控管阳极回路上串联电阻器R1，将磁控管回路电流的变化在R1上产生的压降V5，经IC1反相放大后得到反馈电压V2，V1和V2叠加后，经IC2比例积分输出电压V3，如前所述，V3电压的变化可改变T1集电极对C1的充电时间，则可控制T4导通角的大小。例如，当外界因素微波功率上升，流经取样电阻器R1电流增大，则R1两端电压V5升高，经IC1反相放大后的V2和V1叠加后输入给IC2的电压下降，IC2输出端电压V3上升，T1集电极电流减小，对C1充电时间增长，则T4导通角减小，变压器B1输出端电压下降，故微波功率下降，显然把微波功率稳定住了。

综上所述，该稳定电路是在磁控管阳极回路上串接了取样电阻器R1，R1上的电压V5经反相放大后与控制功率电压V1叠加来调节T1集电极电流大小，从而控制电容器C1的充电时间，实现对双向可控硅T4导通角的调整，来稳定磁控管的功率输出。从磁控管供电回路电流的变化情况看上述电路具有电流负反馈的特点。

利用上述电路的原理，根据法拉第电磁感应定律，可以把磁控管供电回路的电流变化时所激发的磁场去激励一线圈，则在线圈内产生感应电动势，把该电动势经负反馈放大及控制电路后，来控制磁控管阳极电流稳定，从而使微波功率稳定输出。

例如，图3就是用变压器〔4〕作为采样器件，把变压器〔4〕的初级线圈串接在磁控管的阳极或阴极回路中，则次级线圈内产生感应电动势作为取样电压经负反馈放大及控制电路后，来控制磁控管阳极电流的稳定，从而使微波功率稳定输出。同理，用一螺绕环线圈〔5〕作为采样器件。如图4，让磁控管供电回路〔6〕从线圈〔5〕中心穿过，同样在线圈〔5〕内感应出电动势实现图3的电路原理。

上述的方法均从磁控管供电回路上提取电流的变化，经处理后耒稳定微波功率的输出。同样在微波传输中提取微波变化的信息也可稳定微波功率的输出。其方法是：由磁控管输出的功率经定向耦合器〔7〕的正向主传输端口〔10〕传输到隔离器〔8〕由隔离器〔8〕输送到辐射器，同时在定向耦合输出端口〔11〕取出与微波入射波成正比的微波信号，经检波器〔9〕得到的微波功率变化信息，它与前述的由取样电阻或采样变压器耦合得到的信息相同，故将检波器〔9〕输出的信息输入到IC1进行放大，如图5电路原理可稳定微波功率的输出。图5中检波器〔9〕采集的微波变化信息的处理过程与图2相同。图5中的定向耦合器〔7〕、隔离器〔8〕、检波器〔9〕均为微波器件。这里隔离器〔8〕是防止由于辐射器负载变化对定向耦合器正常工作的干扰。

本发明的微波功率稳定输出采用了电流负反馈的方法，解决了文件CN87  103663和DE030528中没有涉及的有关微波功率稳定输出的技术问题，文件DE030528是在微波传输中进行功率调整的，而我们的微波治疗机是采用微波功率控制及稳定电路控制微波振荡的稳定，这种控制和稳定微波功率的方法优于前者，这对于病灶区域进行微波定量辐射治疗，提高临床疗效起重要的作用。我们制作的微波治疗机除上述的发明外还考虑了医务人员操作时使用方便，配制了专用车。微波治疗机以声光双重显示方式告诉操作人员该机的工作状态，尤其减计数显示装置可使操作人员一目了然得知距离治疗结束的时间。另外该机还设计了许多保护电路确保微波机正常运行。还配备了各种类型的体表和体腔辐射器。

图1.微波治疗机的方框图。

图2.微波输出功率稳定电路原理图。

T1  晶体三极管。

T2  单结晶体管。

T3  晶体三极管。

T4  双向可控硅。

D1  稳压二极管。

D2  稳压二极管。

D  晶体二极管。

IC1  集成电路放大器。

IC2  集成电路放大器。

M  磁控管。

U  磁控管灯丝电压。

Br  桥式整流器。

B1  高压变压器。

B2  变压器。

VC  +15V直流电压。

V1  微波功率控制电压。

V2  反馈电压。

V3  V1与V2叠加后经IC2比例积分后的电压。

V4  全波整流后的直流脉动电压。

V5  取样电阻器R1上的电压。

R1  取样电阻。

R2  电阻器

R  电阻器。

C1  电容器。

C  电容器。

220V  市电电压。

图3用采样变压器去稳定微波功率输出的电路原理图。

〔4〕 采样变压器。

图中的其它标记与图2相同。

图4  用螺绕环线圈采样示意图。

〔5〕  螺绕环线圈。

〔6〕  磁控管供电回路上某一段导线。

图5用检波器采样去稳定微波功率输出的电路原理图

〔7〕  定向耦合器。

〔8〕  隔离器。

〔9〕  检波器。

〔10〕  定向耦合器主传输线正向输出端口。

〔11〕  定向耦合器定向耦合输出端口。

图中其它标记与图2相同。

我们按照图2微波输出功率稳定电路原理研制的微波治疗机，功率稳定性能明显地提高。

Claims (6)

1、一种微波治疗机由磁控管振荡器[1]，高低压电源、控制及保护电路[2]，辐射器[3]组成，本发明的特征是在磁控管阳极电流回路上串接取样电阻R1，将取样电阻R1上的电压经负反馈放大及控制电路去控制磁控管阳极电流稳定。

2、一种微波治疗机由磁控管振荡器〔1〕，高低压电源、控制及保护电路〔2〕，幅射器〔3〕组成，本发明的特征是把磁控管供电回路的电流变化时所激发的磁场去激励一线圈，则在线圈内产生感应电动势，把该电动势经负反馈放大及控制电路去控制磁控管阳极电流稳定。

3、一种微波治疗机由磁控管振荡器〔1〕，高低压电源，控制及保护。电路〔2〕，辐射器〔3〕组成。本发明的特征是在磁控管的微波输出端连接定向耦合器〔7〕，定向耦合器〔7〕的正向主传输端口〔10〕连接隔离器〔8〕，隔离器〔8〕连接辐射器，定向耦合器〔7〕的定向耦合输出端口〔11〕连接检波器〔9〕，由检波器〔9〕输出微波变化的信息经负反馈放大及控制电路后来稳定微波功率的输出。

4、根据权利要求2所述的磁控管供电回路的电流变化时所激发的磁场去激励一线圈，其特征是采样变压器〔4〕的初级串接在磁控管供电回路上。

5、根据权利要求2所述的磁控管供电回路的电流变化时所激发的磁场去激励一线圈，其特征是磁控管供电回路从螺绕环线圈〔5〕中心穿过。

6、根据权利要求1，2，3所说的负反馈放大及控制电路，其特征是取样电阻R1或采样变压器〔4〕或螺绕环线圈〔5〕所得到磁控管供电回路电流变化信息;或者由检波器〔9〕输出的微波变化信息，经反相放大后与微波功率控制电压V1叠加，再经比例积分后所得的电压去控制电源同步振荡触发电路，在电源电压过零后发出第一个脉冲，该脉冲把T3导通，经B2耦合，使T4导通，实现对T4导通角的控制来改变B1高压输出的大小。

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