CN108421160B - 专用于电针治疗仪专用多参数信号检测电路及方法 - Google Patents

专用于电针治疗仪专用多参数信号检测电路及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种专用于电针治疗仪专用多参数信号检测电路及方法。本发明包括电源模块、信号处理模块、波形显示模块。电源模块供电给信号处理模块和波形显示模块，电针信号经过信号处理模块得到各时刻电针治疗仪关键参数检测值，波形显示模块将电针治疗仪输出的波形实时显示。同时，本发明根据电针治疗仪校准所需要关键参数，设计出信号处理模块中的无源衰减电路、阻抗匹配电路、压控放大电路和电平移位电路。本发明专用于电针治疗仪多关键参数的校准，具有价格低廉、校准方便等优点。

Description

专用于电针治疗仪专用多参数信号检测电路及方法
技术领域
本发明涉及一种专用多参数信号检测电路与方法，特别是一种专用于电针治疗仪专用多参数信号检测电路及方法。
背景技术
电针治疗仪是能产生各种类型脉冲、利用这种仪器所产生的脉冲通过扎针输入人体各部分的经络，产生刺激作用，以代替用手不断运针所产生的人工机械震荡刺激作用，起到疏通经络、调和阴阳、扶正祛邪、镇痛止痉、消炎消肿、增强抗病能力的功效。
从保护医护人员利益和患者安全健康出发，精准控制电针的最大输出电压、电流量值及其它安全电气指标，极需对其关键计量参数进行检测。目前国内电针治疗仪临床诊疗安全体系检测技术缺乏统一的评价标准，电针治疗仪的质量良莠不齐，令人担忧，对临床的可靠治疗带来了忧患和危害，这类问题日益显现。
技术实现上，现有的电针治疗仪输出三种类型脉冲波，分别是连续波、疏密波、断续波。现有的多参数信号检测电路在检测这三种类型波形时精度和稳定性很难保证；按照国家行业标准，测量时还必须外接负载阻抗，过程繁琐且精度不高。
发明内容
针对背景技术的不足，本发明的目的在于提供一种能够解决前述问题的专用于电针治疗仪专用多参数信号检测电路及设计方法。
专用于电针治疗仪专用多参数信号检测电路，包括电源模块、信号处理模块、波形显示模块，所述的电源模块给信号处理模块和波形显示模块供电，电针信号经过信号处理模块得到各时刻电压值，波形显示模块将输出脉冲信号实时显示波形。
所述的电源模块包括电源、电源稳压模块、电源滤波模块、电源转换模块，电源通过电源稳压模块和电源滤波模块，输出稳定的12V电压，之后通过电源转换模块，输出稳定的3.3V和±5V电压；信号处理模块包括负载阻抗、无源衰减电路、阻抗匹配电路、压控放大电路和电平移位电路，电针信号经过负载阻抗后先进行无源衰减通过阻抗匹配隔离干扰后进行压控放大和电平移位得到输出脉冲电压幅值和电流有效值；波形显示模块包括一个单片机以及LCD液晶显示屏，单片机通过DAC控制之前所述的压控放大电路，并采用单片机内部晶振通过下位机软件程序设计测到时间常数，LCD液晶显示屏实时显示波形。
所述的无源衰减电路包括一个继电器K1和5个电阻，AC/DC端接电针信号，继电器K1的型号为HK4100F-DC5V，继电器K1供电电压为+5V，继电器K1的2脚接+5V电源，继电器K1的3脚接两个电阻R1和R2、R2与R3相连，继电器K1的4脚接两个电阻R3和R4、R4接地，继电器K1的5脚接单片机的引脚PA5，继电器K1的1脚和6脚短接一个电阻R5，DECAY OUT端接运算放大器U1的3脚。
所述的阻抗匹配电路中运算放大器U1的型号是OPA656，运算放大器U1外接两个电容，运算放大器U1供电电压为±5V，运算放大器U1的7脚接+5V电源和一个电容C1，运算放大器U1的4脚接地和一个电容C2，运算放大器U1的3脚接两个二极管BAT54S，运算放大器U1的6脚接压控可变增益放大器U3的3脚。
所述的压控放大电路包括压控可变增益放大器U3、集成运算放大器U4、参考电压基准芯片U5、运算放大器U6及8个电容和7个电阻。压控可变增益放大器U3的型号为VCA822，压控可变增益放大器U3的供电电压为±5V，压控可变增益放大器U3的1脚和14脚同时接+5V电源和两个电容C3、C4，压控可变增益放大器U3的7脚和8脚同时接-5V电源和两个电容C5、C6，压控可变增益放大器U3的2脚接集成运算放大器U4的1脚，压控可变增益放大器U3的10脚与12脚通过电阻R6相接、10脚接集成运算放大器U4的1脚，压控可变增益放大器U3的4脚和5脚通过R7相接，压控可变增益放大器U3的6脚接地，压控可变增益放大器U3的13脚空接，压控可变增益放大器U3的9脚和11脚通过R8相接、11脚接地。集成运算放大器U4的型号为AD8065，集成运算放大器U4的供电电压为±5V，集成运算放大器U4的5脚接+5V电源和一个电容C7，集成运算放大器U4的2脚接-5V电源和一个电容C8，集成运算放大器U4的1脚和4脚通过R9相接、4脚接R10、R10接参考电压基准芯片U5的2脚，集成运算放大器U4的3脚接两个电阻R11和R12、R11接运算放大器U6的6脚。参考电压基准芯片U5的型号为REF3012，参考电压基准芯片U5的供电电压为+5V，参考电压基准芯片U5的1脚接+5V电源，参考电压基准芯片U5的3脚接地。运算放大器U6的型号是OPA656，运算放大器U6的4脚接地和一个电容C9，运算放大器U6的7脚接+5V电源和一个电容C10，运算放大器U6的3脚接单片机引脚PA4，运算放大器U6的6脚接R11。
所述的电平移位电路包括一个集成运算放大器U7、一个参考电压基准芯片U8、4个电阻和2个电容，集成运算放大器U7的型号为AD8065，集成运算放大器U7的供电电压为±5V，集成运算放大器U7的5脚接+5V电源和一个电容C11，集成运算放大器U7的2脚接-5V电源和一个电容C12，集成运算放大器U7的1脚和4脚通过R13相接、4脚接R14、R14接单片机引脚PA6，集成运算放大器U7的3脚接两个电阻R15和R16、R15接参考电压基准芯片U8的2脚。参考电压基准芯片U8的型号为REF3012，参考电压基准芯片U8的供电电压为+5V，参考电压基准芯片U5的1脚接+5V电源，参考电压基准芯片U8的3脚接地。
上述多参数信号检测电路的电路设计方法，所述的无源衰减模块中R1为负载阻抗用于模拟人体阻抗，通过电阻网络R2、R3、R4分压实现信号的衰减，衰减倍数有1和1/50两种，通过单片机控制继电器K1，实现对两种衰减倍数的切换。
所述的阻抗电路起电压跟随作用作为隔离级，减小后级电路对前级电路的影响，运算放大器U1的3脚前接两个二极管U2(型号为BAT54S)，使输入信号幅值范围控制在-5～+5V之间保护电路。
所述的压控放大电路中压控可变增益放大器U3的2脚在控制电压的作用下，压控可变增益放大器U3可提供精确增益，且按线性变化，对无源衰减后的微弱信号进行可控放大，压控可变增益放大器U3的增益由外围电阻Rf(4脚)、RG(5脚)和控制电压VG共同决定，通过单片机的DAC(PA4口)模块输出控制电压VG，其位数为12位，即可通过更改控制电压VG为±1V，以获得0～10V/V的增益。集成运算放大器U4将单片机PA4输出0.25～2.25V下移至-1～+1V，参考电压基准芯片U5为集成运算放大器U4生成稳定的1.25V电压。所述的电平移位电路将压控放大电路的输出-1～+1V上移至0.25～2.25V，达到单片机AD模块的输入范围。
本发明的有益效果：
本发明专用于电针治疗仪参数的校准，方便了电针治疗仪参数的校准。
本发明将多参数信号检测电路与负载阻抗相结合，提高了系统的性能，同时对电路进行设计，提高了特定频率和幅值波形测量的精度。
本发明建立了电针治疗仪参数的量值传递与溯源体系，使得电针治疗仪参数溯源至国家计量基准，保证了电针治疗仪分析系统的准确性。
附图说明
图1是本发明的简易框图；
图2是本发明的详细框图；
图3是本发明的无源衰减电路图；
图4是本发明的阻抗匹配电路电路图；
图5是本发明的压控放大电路电路图；
图6是本发明的电平移位电路图；
图中1.电源模块，2.信号处理模块，3.波形显示模块。
具体实施方式
如图1所示为专用于电针治疗仪专用多参数信号检测电路简易框图，包括电源模块1、信号处理模块2及波形显示模块3。所述的电源模块1给信号处理模块2和波形显示模块3供电，电针信号经过信号处理模块2得到各时刻电针治疗仪关键参数检测值，波形显示模块3将电针治疗仪输出的波形实时显示，下表给出了电针治疗仪校准关键参数。
如图2所示为专用于电针治疗仪专用多参数信号检测电路详细框图，所述的电源模块1包括电源、电源稳压模块、电源滤波模块和电源转换模块，电源经过电源稳压模块和电源滤波模块，输出稳定的12V电压，电源转换模块把12V电压分别转换成+3.3V和±5V电压，其中+3.3V电压给单片机、LCD液晶显示屏供电，±5V电压给信号处理模块供电；信号处理模块2包括负载阻抗、无源衰减电路、阻抗匹配电路、压控放大电路和电平位移电路，电针信号经过负载阻抗后先进行无源衰减通过阻抗匹配隔离干扰后进行压控放大和电平移位得到输出脉冲电压幅值和电流有效值。波形显示模块3包括单片机以及LCD显示模块，单片机采用内部晶振经过下位机软件程序设定测得电针治疗仪的工作时间，单片机通过ADC模块采集电针信号，经过LCD实时显示电针治疗仪输出的波形。
如图3所示为无源衰减电路图，所述的无源衰减模块中R1为负载阻抗用于模拟人体阻抗，通过电阻网络R2、R3、R4分压实现信号的衰减，衰减倍数有1和1/50两种，通过单片机控制继电器K1，实现对两种衰减倍数的切换，继电器K1的型号为HK4100F-DC5V，继电器K1供电电压为+5V，继电器K1外接元件包括5个电阻，继电器K1的1脚和6脚短接，作为常开与常闭点的公共点，公共点与电阻R5连接输出检测信号，检测信号与阻抗匹配电路的运算放大器U1的3脚连接，继电器K1的2脚和5脚分别接+5V、PA5，继电器K1的4脚通过R4与AGND连接、4脚公共点构成常闭触点，继电器K1的3脚通过R1与AGND连接、3脚公共点构成常开触点，AD/DC信号与继电器K1的3脚相连，继电器K1的4脚与3脚通过R2和R3连接。
如图4所示的阻抗匹配电路图，所述的阻抗电路包括运算放大器U1、两个二极管U2及两个电容，运算放大器U1的型号为OPA656，运算放大器U1的7脚接+5V电源和一个电容C1，运算放大器U1的4脚接地和一个电容C2，电压跟随作为隔离级，减小后级电路对前级电路的影响，运算放大器U1的3脚前接两个二极管U2(型号为BAT54S)，使输入信号幅值范围控制在-5～+5V之间保护电路，运算放大器U1的6脚接压控可变增益放大器U3的3脚。
如图5所示为压控放大电路图，所述的压控放大电路包括压控可变增益放大器U3、集成运算放大器U4、参考电压基准芯片U5、运算放大器U6、8个电容和7个电阻。压控可变增益放大器U3的型号为VCA822，压控可变增益放大器U3的供电电压为±5V，压控可变增益放大器U3的1脚和14脚同时接+5V电源和两个电容C3、C4，压控可变增益放大器U3的7脚和8脚同时接-5V电源和两个电容C5、C6，压控可变增益放大器U3的2脚接集成运算放大器U4的1脚，压控可变增益放大器U3的2脚在控制电压的作用下，压控可变增益放大器U3可提供精确增益，且按线性变化，压控可变增益放大器U3的10脚与12脚通过R6相接、10脚接集成运算放大器U4的1脚，压控可变增益放大器U3的4脚和5脚通过R7相接，压控可变增益放大器U3的增益由外围电阻Rf、RG和控制电压VG共同决定，通过单片机的DAC(PA4口)模块输出控制电压VG，其位数为12位，即可通过更改控制电压VG为±1V，以获得0～10V/V的增益，压控可变增益放大器U3的6脚接地，压控可变增益放大器U3的13脚空接，压控可变增益放大器U3的9脚和11脚通过R8相接、11脚接地。集成运算放大器U4的型号为AD8065，集成运算放大器U4的供电电压为±5V，集成运算放大器U4的5脚接+5V电源和一个电容C7，集成运算放大器U4的2脚接-5V电源和一个电容C8，集成运算放大器U4的1脚和4脚通过R9相接、4脚接R10、R10接参考电压基准芯片U5的2脚，集成运算放大器U4的3脚接两个电阻R11和R12、R11接运算放大器U6的6脚，将单片机PA4输出0.25～2.25V下移至-1～+1V，参考电压基准芯片U5的型号为REF3012，参考电压基准芯片U5的供电电压为+5V，参考电压基准芯片U5的1脚接+5V电源，参考电压基准芯片U5的3脚接地，参考电压基准芯片U5生成稳定的1.25V电压。
如图6所示为电平移位电路图，所述的电平移位电路包括一个集成运算放大器U7、一个参考电压基准芯片U8、4个电阻和2个电容，集成运算放大器U7的型号为AD8065，集成运算放大器U7的供电电压为±5V，集成运算放大器U7的5脚接+5V电源和一个电容C11，集成运算放大器U7的2脚接-5V电源和一个电容C12，集成运算放大器U7的1脚和4脚通过R13相接、4脚接R14、R14接单片机引脚PA6，集成运算放大器U7的3脚接两个电阻R15和R16、R15接参考电压基准芯片U8的2脚，将压控放大电路的输出-1～+1V上移至0.25～2.25V。参考电压基准芯片U8的型号为REF3012，参考电压基准芯片U8的供电电压为+5V，参考电压基准芯片U5的1脚接+5V电源，参考电压基准芯片U8的3脚接地，参考电压基准芯片U8生成稳定的1.25V电压。
在对电针治疗仪的参数进行校准时，将电针治疗仪的电针导线接到本发明的输入接口，按校准规范要求，按照波形及指标要求对电针治疗仪的关键参数逐个进行检测。过程中，单片机通过输出不同的数字量，来控制压控放大电路的放大倍数，对输出脉冲信号进行可控放大；单片机采用下位机软件设计检测电针治疗仪的脉冲频率，LCD液晶显示屏实时显示波形。
综上，本发明依据电针治疗仪频率和幅值的范围，对多参数信号检测电路进行电路设计，包括信号处理模块中电压信号的转换和幅值计算，波形显示模块中频率和时间的测量，保证了微弱信号和低频脉冲的稳定测量，能够方便地专用于电针治疗仪参数的校准。
本发明建立了电针治疗仪关键参数的量值传递与溯源体系，使得电针治疗仪参数溯源至国家计量基准，保证了参数的准确性，为患者提供安全保障，避免不良事件的发生。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (2)

1.专用于电针治疗仪专用多参数信号检测电路，包括电源模块、信号处理模块和波形显示模块；所述的电源模块供电给信号处理模块和波形显示模块，电针信号经过信号处理模块得到各时刻电针治疗仪关键参数检测值，波形显示模块将电针治疗仪输出的波形实时显示；
其特征在于：
所述的电源模块包括电源、电源稳压模块、电源滤波模块和电源转换模块，电源经过电源稳压模块和电源滤波模块，输出稳定的12V电压，电源转换模块把12V电压分别转换成+3.3V和±5V电源，±5V电源给信号处理模块供电，+3.3V电源给波形显示模块供电；
信号处理模块包括负载阻抗、无源衰减电路、阻抗匹配电路、压控放大电路和电平位移电路，电针信号经过负载阻抗后先进行无源衰减，通过阻抗匹配隔离干扰后进行压控放大和电平移位得到输出脉冲电压幅值和电流有效值；
波形显示模块包括单片机以及LCD显示模块，单片机采用内部晶振经过下位机软件程序设定测得电针治疗仪的工作时间，单片机通过ADC模块采集电针信号，经过LCD显示模块实时显示电针治疗仪输出的波形；
所述的信号处理模块中电阻R1为负载阻抗，所述的无源衰减电路通过电阻网络R2、R3、R4分压实现信号的衰减，衰减倍数有1和1/50两种，通过单片机控制继电器K1，实现对两种衰减倍数的切换利用，继电器K1的型号为HK4100F-DC5V，继电器K1供电电压为+5V，继电器K1外接元件包括5个电阻，继电器K1的1脚和6脚短接，作为常开与常闭点的公共点，公共点与电阻R5连接输出检测信号，检测信号与阻抗匹配电路的运算放大器U1的3脚连接，继电器K1的2脚和5脚分别接+5V、PA5，继电器K1的4脚通过电阻R4与AGND连接，与公共点构成常开触点，继电器K1的3脚通过电阻R1与AGND连接，与公共点构成常闭触点，AD/DC信号与继电器K1的3脚相连，继电器K1的4脚与3脚通过电阻R2和R3连接；
所述的阻抗匹配电路包括运算放大器U1、双二极管U2和两只电容，运算放大器U1的型号为OPA656，运算放大器U1的7脚接+5V电源和一个电容C1，运算放大器U1的4脚接地和一个电容C2，电压跟随作为隔离级，减小后级电路对前级电路的影响，运算放大器U1的3脚前接两个二极管BAT54S，使输入信号幅值范围控制在-5～+5V之间保护电路，运算放大器U1的6脚接压控可变增益放大器U2的3脚；
所述的压控放大电路包括压控可变增益放大器U3、集成运算放大器U4、参考电压基准芯片U5、运算放大器U6、8个电容和7个电阻；压控可变增益放大器U3的型号为VCA822，压控可变增益放大器U3的供电电压为±5V，压控可变增益放大器U3的1脚和14脚同时接+5V电源和两个电容C3、C4，压控可变增益放大器U3的7脚和8脚同时接-5V电源和两个电容C5、C6，压控可变增益放大器U3的2脚接集成运算放大器U4的1脚，压控可变增益放大器U3的10脚与12脚用电阻R6相连、10脚接集成运算放大器U4的1脚，压控可变增益放大器U3的4脚和5脚用电阻R7连接，压控可变增益放大器U3的6脚接地，压控可变增益放大器U3的13脚空接，压控可变增益放大器U3的9脚和11脚用电阻R8相连、11脚接地；集成运算放大器U4的型号为AD8065，集成运算放大器U4的供电电压为±5V，集成运算放大器U4的5脚接+5V电源和一个电容C7，集成运算放大器U4的2脚接-5V电源和一个电容C8，集成运算放大器U4的1脚和4脚用电阻R9相连、4脚接电阻R10、电阻R10接参考电压基准芯片U5的2脚，集成运算放大器U4的3脚接两个电阻R11和R12、电阻R11接运算放大器U6的6脚，将单片机PA4输出0.25～2.25V下移至-1～+1V，参考电压基准芯片U5的型号为REF3012，参考电压基准芯片U5的供电电压为+5V，参考电压基准芯片U5的1脚接+5V电源，参考电压基准芯片U5的3脚接地，参考电压基准芯片U5生成稳定的1.25V电压；
所述的压控放大电路中压控可变增益放大器U3的2脚在控制电压的作用下，压控可变增益放大器U3可提供精确增益，且按线性变化，对无源衰减后的微弱信号进行可控放大，压控可变增益放大器U3的增益由外围电阻Rf、Rg和控制电压Vg共同决定，通过单片机的DAC模块输出控制电压VG，其位数为12位，即可通过更改控制电压VG为±1V，以获得0～10V/V的增益；
所述的电平移位电路包括一个集成运算放大器U7、一个参考电压基准芯片U8、4个电阻和2个电容，集成运算放大器U7的型号为AD8065，集成运算放大器U7的供电电压为±5V，集成运算放大器U7的5脚接+5V电源和一个电容C11，集成运算放大器U7的2脚接-5V电源和一个电容C12，集成运算放大器U7的1脚和4脚用电阻R13相连、4脚接电阻R14，电阻R14接单片机引脚PA6，集成运算放大器U7的3脚接两个电阻R15和R16、电阻R15接参考电压基准芯片U8的2脚，将压控放大电路的输出-1～+1V上移至0.25～2.25V；参考电压基准芯片U8的型号为REF3012，参考电压基准芯片U8的供电电压为+5V，参考电压基准芯片U5的1脚接+5V电源，参考电压基准芯片U8的3脚接地，参考电压基准芯片U5生成稳定的1.25V电压。
2.如权利要求1所述信号检测电路的设计方法，其特征在于：所述的无源衰减模块中R1为负载阻抗用于模拟人体阻抗，通过电阻网络R2、R3、R4分压实现信号的衰减，衰减倍数有1和1/50两种，通过单片机控制继电器K1，实现对两种衰减倍数的切换；
所述的阻抗电路起电压跟随作用作为隔离级，减小后级电路对前级电路的影响，运算放大器U1的3脚前接两个二极管U2，使输入信号幅值范围控制在-5～+5V之间保护电路；
所述的压控放大电路中压控可变增益放大器U3的2脚在控制电压的作用下，压控可变增益放大器U3可提供精确增益，且按线性变化，对无源衰减后的微弱信号进行可控放大，压控可变增益放大器U3的增益由外围电阻Rf、Rg和控制电压Vg共同决定，通过单片机的DAC模块输出控制电压VG，其位数为12位，即可通过更改控制电压VG为±1V，以获得0～10V/V的增益；集成运算放大器U4将单片机PA4输出0.25～2.25V下移至-1～+1V，参考电压基准芯片U5为集成运算放大器U4生成稳定的1.25V电压；所述的电平移位电路将压控放大电路的输出-1～+1V上移至0.25～2.25V，达到单片机AD模块的输入范围。
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