CN108969898A - 半导体激光疼痛治疗仪的阻抗匹配式光功率控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了半导体激光疼痛治疗仪的阻抗匹配式光功率控制电路，包括光功率信号采集电路、触发阻抗变换电路、放大隔离电路，光功率信号采集电路采集的激光器发出的激光功率信号，由运算放大器减法运算，输出电压差信息，触发阻抗变换电路中晶闸管的触发信号，钳位稳压后的电压差信号高于3.5V可使电感L2、L3和电容C3、C4组成的阻抗变换电路阻值增大，之后与电阻RA并联后串联到电感L4、电容C5、电阻R11、二极管D3组成的谐振电路进一步阻抗匹配获得确定的阻值后输出，为放大隔离电路中运算放大器AR2的反相输入端的输入电阻，比例放大后\缓冲隔离后，为激光器提供稳定的升高后的供电电压VCC，确保激光器LD1发出的光功率恒定，达到治疗效果。

Description

半导体激光疼痛治疗仪的阻抗匹配式光功率控制电路

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，特别是涉及半导体激光疼痛治疗仪的阻抗匹配式光功率控制电路。

背景技术

激光能够产生生物剌激效应 ，促进细胞再生 ，改善血液循环 ，消炎止痛 ，减轻水肿 ，调节机体免疫功能 ，半导体激光疼痛治疗仪，采用650/808nm人体光学窗口的波长区间，双波长复合光，组织穿透加深达175px，产生多重光效应，无创伤、无痛苦、安全可靠，输出功率高，治疗时间短，例如在骨性疼痛 、肌肉疼痛、软组织痛、神经 痛 、刀口及创面疼痛等骨科 、创伤外科及疼痛科疾病的物理治疗中得到广泛应用，在实际使用中，由于供电电压不稳定及激光器自身的特性（工作温度会不断的上升，转换为热能）会导致激光器的功率不稳定及加到激光器的功率衰减，达不到治疗效果。

所以本发明提供一种新的方案来解决此问题。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的在于提供半导体激光疼痛治疗仪的阻抗匹配式光功率控制电路，具有构思巧妙、人性化设计的特性，能根据采集的激光器光功率，通过调整阻抗变换变换电路的输出阻值改变放大隔离电路的放大倍数，为激光器提供稳定的升高后电压，以此实现对半导体激光疼痛治疗仪的光功率自动控制。

其解决的技术方案是，半导体激光疼痛治疗仪的阻抗匹配式光功率控制电路，包括光功率信号采集电路、触发阻抗变换电路、放大隔离电路，其特征在于，光功率信号采集电路通过激光探测器输出正比于激光器光功率的电流信号，经电流/电压转换电路转换为电压信号，此后电压信号经过减法器获取电压差并比例放大、二极管钳位在+3.2V~+5V，钳位稳压后的电压差信号为触发阻抗变换电路中晶闸管的触发信号，钳位稳压后的电压差信号高于3.5V可使电感L2、L3和电容C3、C4组成的阻抗变换电路阻值增大，具体的高于3.5V后电压差信号每增加0.5V，阻抗后阻值增加5欧姆，之后与电阻RA并联后串联到电感L4、电容C5、电阻R11、二极管D3组成的谐振电路进一步阻抗匹配获得确定的阻值后输出，触发阻抗变换电路输出的电阻值作为放大隔离电路中运算放大器AR2的反相输入端的输入电阻，比例放大后经运算放大器AR3缓冲隔离后，通过二极管为激光器提供稳定的电压，以此通过改变激光器的供电电压实现对半导体激光疼痛治疗仪的光功率自动控制；

所述触发阻抗变换电路包括晶闸管VTL1，晶闸管VTL1的控制极通过电阻R9连接光功率信号采集电路的输出信号， 晶闸管VTL1的控制极还连接电位器RP2的下端和电容C2的上端，晶闸管VTL1的阴极和电容C2的下端连接地，晶闸管VTL1的阳极分别连接电位器RP2的上端和可调端、电阻R10的一端，电阻R10的另一端分别连接二极管D3的正极、继电器K1线圈的一端，二极管D3的负极和继电器K1线圈的另一端均连接电源+12V，继电器K1的公共端连接激光器供电电压VCC，继电器K1的常开触点分别连接接地电容C3的一端、电阻RA的一端、电感L2的一端，电感L2的另一端分别连接接地电容C4的一端、电感L3的一端，电感L3的另一端分别连接电阻RA的另一端、电感L4的一端、电阻R11的一端、二极管D3的正极，电阻R11的另一端和二极管D3的负极连接电容C5的一端，电容C5的另一端和电感L4的另一端连接在一起，为触发阻抗变换电路输出信号。

由于以上技术方案的采用，本发明与现有技术相比具有如下优点；

1， 触发阻抗变换电路接收光功率信号采集电路输出的电压差信号，电压差信号作为晶闸管VTL1的触发信号，钳位稳压后的电压差信号高于3.5V可使晶闸管VTL1、电阻R9、电容C2、电位器RP2组成的触发电路导通，继电器K1得电，常开触点闭合，常闭触点断开，激光器LD1供电电压VCC经电感L2、L3和电容C3、C4组成的阻抗变换电路，其中电感L2、电容C3和电感L3电容C4为两节串联的LC网络，其阻值会持续增大（增大的幅值由触发电路导通时间决定），具体的高于3.5V后电压差信号每增加0.5V，阻抗变换后阻值增加5欧姆，之后与电阻RA并联后串联到电感L4、电容C5、电阻R11、二极管D3组成的谐振电路进一步阻抗匹配获得确定的阻值后输出，提高了阻抗变化的精度；

2，阻抗变换后阻值与电阻RA并联后串联到电感L4、电容C5、电阻R11、二极管D3组成的谐振电路进一步阻抗匹配获得确定的阻值后输出，以便准确的控制放大隔离电路对激光器供电电压VCC放大的比例，为激光器提供稳定的升高后的供电电压VCC ，确保激光器LD1发出的光功率恒定，达到治疗效果。

附图说明

图1为本发明的模块图。

图2为本发明的原理图。

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图1至附图2对实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的结构内容，均是以说明书附图为参考。

实施例一，半导体激光疼痛治疗仪的阻抗匹配式光功率控制电路，光功率信号采集电路通过型号为NP-3180PS的激光探测器接收半导体激光疼痛治疗仪激光器LD1发出的激光功率信号，输出正比于激光器光功率的4-20mA电流信号，经电阻R1、稳压管Z1、电阻R2组成的电流/电压转换电路转换为电压信号，此后电压信号经过运算放大器AR1为核心的减法器获取电压差并比例放大、二极管D1和二极管D2组成的钳位电路钳位+3.2V~+5V，稳压管稳压后输出，钳位稳压后的电压差信号为触发阻抗变换电路中晶闸管VTL1的触发信号，钳位稳压后的电压差信号高于3.5V可使晶闸管VTL1为核心的触发电路导通，继电器K1得电，常开触点闭合，激光器LD1供电电压VCC经电感L2、L3和电容C3、C4组成的阻抗变换电路阻值增大，具体的高于3.5V后电压差信号每增加0.5V，阻抗后阻值增加5欧姆，之后与电阻RA并联后串联到电感L4、电容C5、电阻R11、二极管D3组成的谐振电路进一步阻抗匹配获得确定的阻值后输出，触发阻抗变换电路输出的电阻值作为放大隔离电路中运算放大器AR2的反相输入端的输入电阻，输入电阻的阻值发生增大/减小导致运算放大器AR2、电阻R12、电阻R13组成的比例放大电路的放大倍数减小/增大，放大隔离电路输出信号减小/增大，最后经两个二极管D3、D4反向并联限幅和运算放大器AR3缓冲隔离后，通过二极管D6为激光器LD1提供稳定的电压，通过改变激光器的供电电压实现对半导体激光疼痛治疗仪的光功率自动控制，确保激光器LD1发出的光功率恒定，达到治疗效果；

所述触发阻抗变换电路接收光功率信号采集电路输出的电压差信号，电压差信号作为晶闸管VTL1的触发信号，钳位稳压后的电压差信号高于3.5V可使晶闸管VTL1、电阻R9、电容C2、电位器RP2组成的触发电路导通（晶闸管VTL1的导通角可通过电位器RP2调整，即调整晶闸管VTL1导通的时间），继电器K1得电，常开触点闭合，常闭触点断开，激光器LD1供电电压VCC经电感L2、L3和电容C3、C4组成的阻抗变换电路，其中电感L2、电容C3和电感L3电容C4为两节串联的LC网络，其阻值会持续增大，具体的高于3.5V后电压差信号每增加0.5V，阻抗变换后阻值增加5欧姆，之后与电阻RA并联后串联到电感L4、电容C5、电阻R11、二极管D3组成的谐振电路进一步阻抗匹配获得确定的阻值后输出，包括晶闸管VTL1，晶闸管VTL1的控制极通过电阻R9连接光功率信号采集电路的输出信号， 晶闸管VTL1的控制极还连接电位器RP2的下端和电容C2的上端，晶闸管VTL1的阴极和电容C2的下端连接地，晶闸管VTL1的阳极分别连接电位器RP2的上端和可调端、电阻R10的一端，电阻R10的另一端分别连接二极管D3的正极、继电器K1线圈的一端，二极管D3的负极和继电器K1线圈的另一端均连接电源+12V，继电器K1的公共端连接激光器供电电压VCC，继电器K1的常开触点分别连接接地电容C3的一端、电阻RA的一端、电感L2的一端，电感L2的另一端分别连接接地电容C4的一端、电感L3的一端，电感L3的另一端分别连接电阻RA的另一端、电感L4的一端、电阻R11的一端、二极管D3的正极，电阻R11的另一端和二极管D3的负极连接电容C5的一端，电容C5的另一端和电感L4的另一端连接在一起，为触发阻抗变换电路输出信号。

实施例二，在实施例一的基础上，所述放大隔离电路通过运算放大器AR2、电阻R12、电阻R13组成的比例放大电路，将输入的电源电压VCC比例放大，其中比例放大的倍数由运算放大器AR2的反相输入端的输入电阻决定，输入电阻的阻值发生增大/减小导致运算放大器AR2的放大倍数减小/增大，放大隔离电路输出信号减小/增大，最后经两个二极管D3、D4反向并联限幅和运算放大器AR3缓冲隔离后，通过二极管D6为激光器LD1提供稳定的电压，包括运算放大器AR2，运算放大器AR2的反相输入端连接触发阻抗变换电路输出的电阻值和电阻R12的一端，运算放大器AR2的同相输入端通过电阻R13连接地，电阻R12的另一端分别连接运算放大器AR2的输出端、二极管D4的正极、二极管D5的负极，二极管D4的负极连接电阻R14的一端，二极管D5的正极连接电阻R15的一端，电阻R14的另一端和电阻R15的另一端均连接运算放大器AR2的同相输入端，运算放大器AR2的反相输入端连接运算放大器AR2的输出端，运算放大器AR3的输出端为放大隔离电路的输出信号，最后通过二极管D6为激光器LD1提供稳定的电压。

实施三，在实施例一的基础上，所述光功率信号采集电路通过型号为NP-3180PS的激光探测器接收半导体激光疼痛治疗仪激光器LD1发出的激光功率信号，输出正比于激光器光功率的4-20mA电流信号，经电阻R1、稳压管Z1、电阻R2组成的电流/电压转换电路转换为电压信号，此后电压信号经电阻R3限流、电感L1和电容C1滤波后传送到运算放大器AR1的同相输入端，与运算放大器AR1的反相输入端阈值电压（激光器正常光功率对应的电压信号）进行减法运算，并比例放大（放大倍数由反馈电阻R7通过调节决定），最后经二极管D1和二极管D2组成的钳位电路钳位在+3.2V~+5V、稳压管Z2稳压后输出，包括激光探测器H1，激光探测器H1的引脚1输出正比于激光器光功率的电流信号，电流信号通过电阻R1分别连接稳压管Z1的负极、电阻R2的一端、电阻R3的一端，电阻R3的另一端分别连接电感L1的一端、电容C1的一端，稳压管Z1的正极、电容C1的另一端以及电阻R2的另一端连接地，电感L1的另一端分别连接运算放大器AR1的同相输入端、接地电阻R4的一端，运算放大器AR1的反相输入端分别连接电阻R6的一端、电阻R7的一端，电阻R6的另一端连接电位器RP1的可调端，电位器RP1的右端连接地，电位器RP1的左端通过电阻R5连接电源+5V，电阻R7的另一端分别连接运算放大器AR1的输出端、电阻R8的一端，电阻R8的另一端分别连接二极管D1的负极、二极管D2的负极 、稳压管Z2的负极，二极管D1的正极连接电源+5V，二极管D2的正极连接电源+3.2V，稳压管Z2的正极为光功率信号采集电路的输出信号。

本发明具体使用时，光功率信号采集电路通过型号为NP-3180PS的激光探测器接收半导体激光疼痛治疗仪激光器LD1发出的激光功率信号，输出正比于激光器光功率的4-20mA电流信号，经电阻R1、稳压管Z1、电阻R2组成的电流/电压转换电路转换为电压信号，此后电压信号经电阻R3限流、电感L1和电容C1滤波后传送到运算放大器AR1的同相输入端，与运算放大器AR1的反相输入端阈值电压（激光器正常光功率对应的电压信号）进行减法运算，并比例放大（放大倍数由反馈电阻R7通过调节决定），最后经二极管D1和二极管D2组成的钳位电路钳位在+3.2V~+5V、稳压管Z2稳压后输出，钳位稳压后的电压差信号为触发阻抗变换电路中晶闸管VTL1的触发信号，钳位稳压后的电压差信号高于3.5V可使晶闸管VTL1、电阻R9、电容C2、电位器RP2组成的触发电路导通（晶闸管VTL1的导通角可通过电位器RP2调整，即调整晶闸管VTL1导通的时间），继电器K1得电，常开触点闭合，常闭触点断开，激光器LD1供电电压VCC经电感L2、L3和电容C3、C4组成的阻抗变换电路，其中电感L2、电容C3和电感L3电容C4为两节串联的LC网络，其阻值会持续增大，具体的高于3.5V后电压差信号每增加0.5V，阻抗变换后阻值增加5欧姆，之后与电阻RA并联后串联到电感L4、电容C5、电阻R11、二极管D3组成的谐振电路进一步阻抗匹配获得确定的阻值后输出，触发阻抗变换电路输出的电阻值连接到放大隔离电路，放大隔离电路通过运算放大器AR2、电阻R12、电阻R13组成的比例放大电路，将输入的电源电压VCC比例放大，其中比例放大的倍数由运算放大器AR2的反相输入端的输入电阻决定，输入电阻的阻值发生增大/减小导致运算放大器AR2的放大倍数减小/增大，放大隔离电路输出信号减小/增大，最后经两个二极管D3、D4反向并联限幅和运算放大器AR3缓冲隔离后，通过二极管D6为激光器LD1提供稳定的电压，通过改变激光器的供电电压实现对半导体激光疼痛治疗仪的光功率自动控制，确保激光器LD1发出的光功率恒定，达到治疗效果。

以上所述是结合具体实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明具体实施仅局限于此；对于本发明所属及相关技术领域的技术人员来说，在基于本发明技术方案思路前提下，所作的拓展以及操作方法、数据的替换，都应当落在本发明保护范围之内。

Claims (3)

1.半导体激光疼痛治疗仪的阻抗匹配式光功率控制电路，包括光功率信号采集电路、触发阻抗变换电路、放大隔离电路，其特征在于，光功率信号采集电路通过激光探测器输出正比于激光器光功率的电流信号，经电流/电压转换电路转换为电压信号，此后电压信号经过减法器获取电压差并比例放大、二极管钳位在+3.2V~+5V，钳位后的电压差信号为触发阻抗变换电路中晶闸管的触发信号，钳位后的电压差信号高于3.5V可使电感L2、L3和电容C3、C4组成的阻抗变换电路阻值增大，具体的高于3.5V后电压差信号每增加0.5V，阻抗后阻值增加5欧姆，之后与电阻RA并联后串联到电感L4、电容C5、电阻R11、二极管D3组成的谐振电路进一步阻抗匹配获得确定的阻值后输出，触发阻抗变换电路输出的电阻值作为放大隔离电路中运算放大器AR2的反相输入端的输入电阻，比例放大后经运算放大器AR3缓冲隔离后，通过二极管为激光器提供稳定的电压，以此通过改变激光器的供电电压实现对半导体激光疼痛治疗仪的光功率自动控制；

所述触发阻抗变换电路包括晶闸管VTL1，晶闸管VTL1的控制极通过电阻R9连接光功率信号采集电路的输出信号， 晶闸管VTL1的控制极还连接电位器RP2的下端和电容C2的上端，晶闸管VTL1的阴极和电容C2的下端连接地，晶闸管VTL1的阳极分别连接电位器RP2的上端和可调端、电阻R10的一端，电阻R10的另一端分别连接二极管D3的正极、继电器K1线圈的一端，二极管D3的负极和继电器K1线圈的另一端均连接电源+12V，继电器K1的公共端连接激光器供电电压VCC，继电器K1的常开触点分别连接接地电容C3的一端、电阻RA的一端、电感L2的一端，电感L2的另一端分别连接接地电容C4的一端、电感L3的一端，电感L3的另一端分别连接电阻RA的另一端、电感L4的一端、电阻R11的一端、二极管D3的正极，电阻R11的另一端和二极管D3的负极连接电容C5的一端，电容C5的另一端和电感L4的另一端连接在一起，为触发阻抗变换电路输出信号。

2.如权利要求1所述半导体激光疼痛治疗仪的阻抗匹配式光功率控制电路，其特征在于，所述放大隔离电路包括运算放大器AR2，运算放大器AR2的反相输入端连接触发阻抗变换电路输出的电阻值和电阻R12的一端，运算放大器AR2的同相输入端通过电阻R13连接地，电阻R12的另一端分别连接运算放大器AR2的输出端、二极管D4的正极、二极管D5的负极，二极管D4的负极连接电阻R14的一端，二极管D5的正极连接电阻R15的一端，电阻R14的另一端和电阻R15的另一端均连接运算放大器AR2的同相输入端，运算放大器AR2的反相输入端连接运算放大器AR2的输出端，运算放大器AR3的输出端为放大隔离电路的输出信号，最后通过二极管D6为激光器LD1提供稳定的电压。

3.如权利要求1所述半导体激光疼痛治疗仪的阻抗匹配式光功率控制电路，其特征在于，所述光功率信号采集电路包括激光探测器H1，激光探测器H1的引脚1输出正比于激光器光功率的电流信号，电流信号通过电阻R1分别连接稳压管Z1的负极、电阻R2的一端、电阻R3的一端，电阻R3的另一端分别连接电感L1的一端、电容C1的一端，稳压管Z1的正极、电容C1的另一端以及电阻R2的另一端连接地，电感L1的另一端分别连接运算放大器AR1的同相输入端、接地电阻R4的一端，运算放大器AR1的反相输入端分别连接电阻R6的一端、电阻R7的一端，电阻R6的另一端连接电位器RP1的可调端，电位器RP1的右端连接地，电位器RP1的左端通过电阻R5连接电源+5V，电阻R7的另一端分别连接运算放大器AR1的输出端、电阻R8的一端，电阻R8的另一端分别连接二极管D1的负极、二极管D2的负极、稳压管Z2的负极，二极管D1的正极连接电源+5V，二极管D2的正极连接电源+3.2V，稳压管Z2的正极为光功率信号采集电路的输出信号。