CN106383293B - 一种具有输出电极开短路检测功能的电疗仪及检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有输出电极开短路检测功能的电疗仪及检测方法。该电疗仪包括依次连接的控制模块、信号调制模块、强度调节模块、输出模块及输出电极，还包括开路检测单元和短路检测单元，通过对输出模块驱动前级和后级电压比较以识别输出电极开路和短路状态。本发明具有检测电疗仪开短路功能，能在检测到开短路时，自动终止电疗仪输出，以避免对治疗用户和电疗仪本身带来的损害。

Description

一种具有输出电极开短路检测功能的电疗仪及检测方法
技术领域
本发明涉及医疗技术领域，具体涉及一种具有输出电极开短路检测功能的电疗仪及检测方法。
背景技术
常规上，电疗仪一般具有一路或多路输出通道，每个输出通道由正负两个电极组成，治疗时将电极附着于用户的期望部分，并将设定的脉冲波施加到电极从而向用户传递治疗脉冲。施加脉冲波时，为避免较高电压或较强能量的脉冲波阶跃跳变式作用于用户，使用户与电极接触部分产生电击感，电疗仪一般具有输出闭锁功能，即在使用时，其输出强度必须置于零位才能启动脉冲输出，以保证启动脉冲输出后输出强度可由零位逐步调节至期望值，使用户作用处肌肉组织能逐步适应变化的脉冲波强度。
以上所述的输出闭锁功能，在启动治疗时有效避免了用户与电极接触部分因脉冲波能量阶跃跳变导致的电击感，而经临床调查可知，用户在接收电疗仪治疗过程中其输出电极时常会出现脱落的情况，此时，一般采取的方法是将脱落的输出电极直接附着至原位置，但是在输出电极脱落治疗部位而导致输出通道正负极断开后，其输出通道仍保持原设定的电压或能量，一般而言此时的电压或能量是较强的，将处于该状态的输出电极直接复原至原位置，显然会导致用户与电极接触部位出现电击感。
其次，电疗仪在工作过程中其输出电极常会出现短接情况，目前市场上产品并未对输出电极短接采取预防或保护措施，众所周知，短路会导致输出部分电路电流增大，以致温度升高甚至对电路元件造成损坏或出现不可预期的元件性能降低，进而影响产品的安全性、稳定性和可靠性，最终在使用过程中可能对用户造成不可预期的伤害。
由此可以看出，目前现有市场的电疗仪还未设计具有输出电极开短路检测功能，以防导致用户产生电击感及不可预期的伤害。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种具有输出电极开短路检测功能的电疗仪及检测方法，以解现有技术还没有专用于电疗仪输出电极开短路的方法，以防导致用户产生电击感或不可预期的伤害。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种具有输出电极开短路检测功能的电疗仪，包括依次连接的控制模块、信号调制模块、强度调节模块、输出模块及输出电极，其特征在于，还包括开路检测单元和短路检测单元，所述开路检测单元包括依次连接的采样模块、峰值检波模块2及开路比较模块，以及与所述开路比较模块连接的峰值检波模块3；所述短路检测单元包括依次连接的采样模块、峰值检波模块1及短路比较模块，以及与所述短路比较模块连接的峰值检波模块3；所述峰值检波模块3连接至所述强度调节模块的输出端，所述开路比较模块和短路比较模块均连接至所述控制模块。
本发明的有益效果是通过在传统电疗仪基础上增加开路检测单元和短路检测单元，当输出电极发生开短路异常时，其对应的开短路检测单元输出反相信号至控制模块，进而对输出脉冲进行控制，避免对用户产生电击感或不可预期的伤害。
上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述峰值检波模块1、峰值检波模块2及峰值检波模块3均采用有源包络解调电路，包括运算放大器，所述运算放大器的同相输入端连接一分压电阻，反相输入端分别连接一电阻的一端和一二极管的阳极，所述二极管的阴极连接所述运算放大器的输出端，同时所述运算放大器的输出端连接另一二极管的阳极，所述另一二极管的阴极与所述电阻的另一端连接，所述另一二极管的阴极连接RC滤波电路与地。
采用上述进一步方案的有益效果是在本方案中涉及的3个峰值检波模块均采用有源包络解调电路，实现的核心电子元件采用运算放大器，具有输入阻抗趋近于无穷大、输出阻抗趋近于无穷小的特点，在电路中对微弱信号具有很好的阻抗匹配效果，降低信号传输的衰减度和失真度。
进一步，所述采样模块包括与所述输出电极的正极和负极分别相连接的分压电阻；所述输出电极的正极的分压电阻连接至峰值检波模块1的同相输入端的分压电阻，所述峰值检波模块1的输出端连接至所述短路比较模块的反相输入端，所述输出电极的负极的分压电阻连接至峰值检波模块2的同相输入端的分压电阻，所述峰值检波模块2的输出端连接至所述开路比较模块的同相输入端；所述峰值检波模块3的输出端分别连接至所述短路比较模块的同相输入端和开路比较模块的反向输入端；所述开路比较模块和短路比较模块的反相输入端与输出端均通过一电阻连接。
采用上述进一步方案的有益效果是通过对采样模块分压电阻的取值进行调整，使开路检测单元和短路检测单元在正常运行时，输出电平一致，并在发生开短路异常情况时，向相同反相状态跳变。
进一步，还包括显示模块，所述显示模块与控制模块连接。
采用上述进一步方案的有益效果是在发生开路或短路时，可通过显示模块提示用户和患者设备当前的状态及所需相应的操作，比如检测到输出开路后，控制模块对输出通道进行了闭锁，此时需提示用户将强度调至零位后，才可解除闭锁，并重新进行参数设定。
另一方面，本发明还提供了一种电疗仪的开短路检测方法，包括以下步骤：
(1)获取强度调节模块输出的源信号，并将所述源信号传输给峰值检波模块3；通过采样模块从输出电极的正极取短路采样信号，并将所述短路采样信号传输给峰值检波模块1的同相输入端；同时，通过采样模块从输出电极的负极取开路采样信号，并将所述开路采样信号传输给峰值检波模块2的同相输入端；
(2)将所述源信号经过峰值检波模块3进行检波，并将经过检波后的信号VO3分别传输给短路比较模块的同相输入端和开路比较模块的反相输入端；将短路采样信号经过峰值检波模块1进行检波，并将经过检波后的信号VO2传输给短路比较模块的反向输入端；将开路采样信号经过峰值检波模块2进行检波，并将检波后的信号VO1输出至开路比较模块的同向输入端；
(3)短路比较模块判断是否短路，若短路，则输出高电平至控制模块，若不短路，则输出低电平至控制模块；开路比较模块判断是否开路，若开路，则输出高电平至控制模块，若不开路，则输出低电平至控制模块。
采用上述进一步方案的有益效果是将强度调节模块输出的源信号与从采样模块取得的开短路信号进行比较从而获得设备的开短路状态，该检测方法实现的基本原理是当设备在正常运行时，其输出脉冲幅值与经过强度调节模块输出的源信号比值应为固定的倍数值，而当开短路异常情况出现时该固定的倍数值关系不成立，该检测方法通过对前后级信号进行检波和比较具有可靠性高、易于实施的优点。
进一步，所述步骤(3)中开短路判断方法为：
当VO2<VO3<VO1，输出电极正常工作；
当VO1>VO3，输出电极发生开路；
当VO2<VO3，输出电极发生短路。
附图说明
图1为本发明原理框图；
图2为本发明开短路功能模块电路图；
图3为本发明开短路检测方法流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
为了解决目前现有市场的电疗仪还未设计具有输出电极开短路检测功能，以防导致用户产生电击感及不可预期的伤害的问题，本发明采用的方案是通过对输出模块前级和后级电压比较以识别输出电极开路和短路状态。
如图1所示，目前市场常见的电疗仪一般由控制模块、指示模块、操作模块、信号调制模块、强度调节模块、输出模块及输出电极组成，其一般运行流程是用户通过操作模块对电疗仪的输出参数进行设置，控制模块根据操作模块的输入信息通过指示模块输出，设置好的参数信息最终由控制模块输出至信号调制模块，将参数信息还原为模拟脉冲信号，并经过强度调节模块将模拟脉冲信号调节到适当的强度后，由输出模块输出到输出电极将该模拟脉冲信号作用于病灶待治疗处。
本发明主要在现有电疗仪实现方案上增加短路比较模块、开路比较模块、峰值检波模块1、峰值检波模块2、峰值检波模块3及采样模块用于对输入和输出信号进行采样、检波和比较操作以实现开短路检测，其具体实现原理是通过采样模块从输出模块后级(等同输出电极)取得两个信号、从强度调节模块取得输出模块前级的信号，分别经过峰值检波模块1、峰值检波模块2及峰值检波模块3进行解调操作后输入至短路比较模块与开路比较模块，将最终的比较输出值输出至控制模块，触发相应的报警和指示模块，完成开路和短路的采样功能。
首先通过输出模块后级的采样模块(具体是输出电极并联多个串联的电阻器)的串联电阻器上获取两个电压信号，其中一个电压信号经过峰值检波模块2的峰值整流后标记为VO1作为开路比较模块的比较输入值并接入电压比较器的一(﹢)极，一个电压信号经过峰值检波模块1的峰值整流后标记为VO2作为短路比较模块的比较输入值并接入电压比较器的另一(-)极；然后将经过强度调节模块调节后的脉冲信号，经过峰值检波模块3的峰值整流后标记为VO3并接入开路比较模块电压比较器的另一(-)极和短路比较模块电压比较器的另一(﹢)极，由此当输出电极出现开路或短路时，对应的开路比较模块或短路比较模块连接至控制模块的信号电平就会出现跳变。其中该开短路原理实现的前提是：采样模块需调整采样电路元件标称值，使两个采集的信号满足在正常工作时VO1<VO3<VO2,如此，当输出电极发生开路时，VO1>VO3开路比较模块电压比较器输出高电平或低电平，若存在多路的输出电极应通过“或”或“与”关系并联，以保证当任意一个输出电极发生开路时，即输出高电平或低电平实现检测功能；当发生短路时与开路同理。
如图2所示为开短路检测功能的各部分电路模块详细电路原理图，其中峰值检波模块1、峰值检波模块2、峰值检波模块3采用有源包络解调电路，利用运算放大器输入高阻抗的优点降低对各采样电路的原信号的影响，采样电路通过R2、R5、R6、R7分压取样，以保证从短路采样点和开路采样点采集的信号分别经过峰值检波模块1和峰值检波模块2后形成的包络电压值V02和VO1满足要求。
如图3所示为电疗仪的开短路检测方法，其具体步骤为：
(1)获取强度调节模块输出的源信号，并将所述源信号传输给峰值检波模块3；通过采样模块从输出电极的正极取短路采样信号，并将所述短路采样信号传输给峰值检波模块1的同相输入端；同时，通过采样模块从输出电极的负极取开路采样信号，并将所述开路采样信号传输给峰值检波模块2的同相输入端；
(2)将所述源信号经过峰值检波模块3进行检波，并将经过检波后的信号VO3分别传输给短路比较模块的同相输入端和开路比较模块的反相输入端；将短路采样信号经过峰值检波模块1进行检波，并将经过检波后的信号VO2传输给短路比较模块的反向输入端；将开路采样信号经过峰值检波模块2进行检波，并将检波后的信号VO1输出至开路比较模块的同向输入端；
(3)短路比较模块判断是否短路，若短路，则输出高电平至控制模块，若不短路，则输出低电平至控制模块；开路比较模块判断是否开路，若开路，则输出高电平至控制模块，若不开路，则输出低电平至控制模块，其中，开短路判断规则为：
当VO2<VO3<VO1，输出电极正常工作；
当VO1>VO3，输出电极发生开路；
当VO2<VO3，输出电极发生短路。
通过以上分析，可知当电疗仪正常工作时，短路比较模块和开路比较模块向控制模块输出固定的低电平或高电平，当输出电极发生短路或开路时，对应的短路比较模块和开路比较模块将反转其输出电平，控制模块根据检测的电平翻转对电疗仪执行闭锁操作，即终止电疗仪输出，以避免对治疗用户和电疗仪本身带来的损害。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种具有输出电极开短路检测功能的电疗仪的检测方法，其特征在于，所述电疗仪包括依次连接的控制模块、信号调制模块、强度调节模块、输出模块及输出电极，还包括：
开路检测单元和短路检测单元，所述开路检测单元包括依次连接的采样模块、峰值检波模块2及开路比较模块，以及与所述开路比较模块连接的峰值检波模块3；
所述短路检测单元包括依次连接的采样模块、峰值检波模块1及短路比较模块，以及与所述短路比较模块连接的峰值检波模块3；所述峰值检波模块3连接至所述强度调节模块的输出端，所述开路比较模块和短路比较模块均连接至所述控制模块；
所述峰值检波模块1、峰值检波模块2及峰值检波模块3均采用有源包络解调电路，包括运算放大器，所述运算放大器的同相输入端连接一分压电阻，反相输入端分别连接一电阻的一端和一二极管的阳极，所述二极管的阴极连接所述运算放大器的输出端，同时所述运算放大器的输出端连接另一二极管的阳极，所述另一二极管的阴极与所述电阻的另一端连接，所述另一二极管的阴极连接RC滤波电路与地；
所述采样模块包括与所述输出电极的正极和负极分别相连接的分压电阻；
所述输出电极的正极的分压电阻连接至峰值检波模块1的同相输入端的分压电阻，所述峰值检波模块1的输出端连接至所述短路比较模块的反相输入端，所述输出电极的负极的分压电阻连接至峰值检波模块2的同相输入端的分压电阻，所述峰值检波模块2的输出端连接至所述开路比较模块的同相输入端；
所述峰值检波模块3的输出端分别连接至所述短路比较模块的同相输入端和开路比较模块的反相输入端；所述开路比较模块和短路比较模块的反相输入端与输出端均通过一电阻连接；
所述电疗仪还包括显示模块，所述显示模块与控制模块连接；
所述检测方法包括以下步骤：
(1)获取强度调节模块输出的源信号，并将所述源信号传输给峰值检波模块3；通过采样模块从输出电极的正极取短路采样信号，并将所述短路采样信号传输给峰值检波模块1的同相输入端；同时，通过采样模块从输出电极的负极取开路采样信号，并将所述开路采样信号传输给峰值检波模块2的同相输入端；
(2)将所述源信号经过峰值检波模块3进行检波，并将经过检波后的信号VO3分别传输给短路比较模块的同相输入端和开路比较模块的反相输入端；将短路采样信号经过峰值检波模块1进行检波，并将经过检波后的信号VO2传输给短路比较模块的反相输入端；将开路采样信号经过峰值检波模块2进行检波，并将检波后的信号VO1输出至开路比较模块的同相输入端；
(3)短路比较模块判断是否短路，若短路，则输出高电平至控制模块，若不短路，则输出低电平至控制模块；开路比较模块判断是否开路，若开路，则输出高电平至控制模块，若不开路，则输出低电平至控制模块。
2.根据权利要求1所述的电疗仪的检测方法，其特征在于，所述步骤(3)中开短路判断方法为：
当VO2<VO3<VO1，输出电极正常工作；
当VO1>VO3，输出电极发生开路；
当VO2<VO3，输出电极发生短路。
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