CN111358550A - 一种微波治疗仪精准微波功率控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种微波治疗仪精准微波功率控制系统,属于医疗器械技术领域。本发明的一种微波治疗仪精准微波功率控制系统,包括微波源控制系统、驻波检测电路、微波辐射器;所述微波源控制系统包括LED显示屛、微处理器控制单元、微波变频电源、磁控管、散热风扇,控制系统会根据期望输入和实际输出的功率差异,形成一个反馈系统,自动调节功率,使输入和输出功率值相等;所述驻波检测电路包括定向耦合器、信号耦合单元、驻波检测单元、信号处理单元、A/D转换器,利用定向耦合器采样检波和相应电路处理实现实时驻波检测,简化了实际电路的设计过程;本发明实现了微波功率输出的闭环控制,当负载得不到足够功率时,控制系统可进行自动反馈调节,以达到稳定精准的功率输出。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域,具体涉及一种微波治疗仪精准微波功率控制系统。
背景技术
微波治疗仪在国内国外的多年临床应用,它的医用疗效已经获得了医学界的认可。微波治疗仪主要有两部分组成:微波源控制系统和微波辐射器,微波源控制系统是微波治疗仪的核心,目前市面上大部分的微波治疗仪大都采用磁控管为系统提供微波源,该磁控管采用的是2450MHz频率的医疗专用磁控管,工作效率一般在60%-80%之间,其自身损耗的功率以热能的形式散发掉了,而磁控管的输出功率随其磁性材料的温度变化而产生较大范围的功率波动,难以控制和保持稳定的功率输出状态,严重影响到肿瘤临床的治疗效果。其次由于人体负载变化多端,当负载发生变化时,应用于人体端的微波辐射器反射可能会很大,从而导致负载吸收到的功率小于标称功率,影响治疗效果,反射增大还可能通过负载牵引原理导致磁控管输出不稳,并可能导致漏波增大,对人体其他正常部位和在场的医护人员产生辐射危害。另一方面,由于传统的微波源控制系统中大都采用漏磁变压器供电,器件控制磁控管输出功率稳定性较差,效率低、笨重且成本高,在器件组合使用过程中的一致性差异,以及微波在传输过程中的损耗不同,也容易导致输出微波功率一致性较差,因此为避免治疗过程中输出功率不稳定、实际功率不达标、匹配不好引起的伤害,需要提出一种微波治疗仪精准微波功率控制系统,解决以上在实际使用过程中的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足,提供一种微波治疗仪精准微波功率控制系统,形成微波功率输出的闭环控制,当负载得不到足够功率时,控制系统可进行自动反馈调节,以达到稳定精准的功率输出。
为实现上述目的,按照本发明提供的技术方案,所述一种微波治疗仪精准微波功率控制系统,包括微波源控制系统、驻波检测电路、微波辐射器。
所述微波源控制系统通过LED显示屛设置微波辐射器期望输出的功率,当驻波检测电路检测微波辐射器得不到足够的功率时,控制系统会根据期望输入和实际输出的功率差异,形成一个反馈系统,自动调节功率,使输入和输出功率值相等;
所述驻波检测电路通过定向耦合器,将微波电流采样耦合到检波电路,检波电路输出结果是一个与输入功率成一定关系的直流电压值输入至信号处理单元,信号处理单元通过计算得到输入和输出功率信号及驻波比信号后,由A/D转换器转换为输入和输出功率值及驻波比值,最后由微处理器控制单元进行调节控制。
所述微波辐射器通过同轴电缆连接至微波源控制系统的磁控管上,将磁控管的微波能量传输到微波辐射器上,微波辐射器将微波能量辐照到被治疗组织上。
进一步地,所述微波源控制系统包括LED显示屛、微处理器控制单元、微波变频电源、磁控管、散热风扇;
所述LED显示屛主要完成人机交互的工作,用于在屏幕上设定的需求输出的功率大小;
所述微处理器控制单元识别LED显示屛设定的功率大小后,通过微波控制变频电源控制磁控管的输出功率,同时接收驻波检测电路反馈的输出功率信号,形成闭环控制,来使磁控管的功率精准稳定的输出;
所述微波变频电源采用智能控制方式,该电源能够通过谐振的方式实现零电压开关(ZVS),从而减小开关损耗,通过控制开关频率来调节每个工频周期中磁控管工作在振荡区的时间,从而达到变频调功的目的;
所述磁控管采用的是2450MHz频率的医疗专用磁控管,是自身能够发射高功率微波的自激振荡器,能够将直流高压形式的电能转换为微波能,为系统提供微波源;
所述的散热风扇用于微波变频电源和磁控管进行冷却散热,减小大功率器件长时间运行对系统造成运行压力,提高系统工作的稳定性。
进一步地,所述驻波检测电路包括定向耦合器、信号耦合单元、驻波检测单元、信号处理单元、A/D转换器;
所述定向耦合器对磁控管输出端传输线上的功率信号进行精确的分离取样,耦合出一小部分微波信号,通过一定的耦合机制,将输出功率传向检波电路;
所述信号耦合单元包括前向功率采样模块和反向功率采样模块,用来分离并提取前向功率和反向功率,保证前向功率和反向功率的隔离度,用于后级的信号处理和计算,然后取样信号进入检波电路进行功率检测;
所述信号处理单元包括前向功率检波电路和反向功率检测电路,用来将耦合单元分离输出的前向功率和反向功率进行检测,该单元在50Hz-2.7GHz工作频段内对不同的输入信号均具有良好的输出线性和稳定性,一致性误差小于0.5dB,可精确地测量具有高峰均比的波形,检测不受波形和调制方式的约束;
所述信号处理单元包括前向功率处理电路和反向功率处理电路,该单元在检测的基础上,计算出输出与输入功率的同时获取入射波与反射波的驻波比值,为了提高驻波检测计算的精确度,采用多次采样求平均的方式,以消除误差;
所述A/D转换器将信号处理单元的模拟微波信号进行采样转换成具体电压值的数字信号后,输入至微处理器控制单元进行控制处理。
相较与现有技术,本发明具有如下有益效果:
1、本发明提供一种微波治疗仪精准微波功率控制系统,采用驻波检测电路,利用定向耦合器采样检波和相应电路处理实现实时驻波检测,简化了实际电路的设计过程,提高了磁控管输出功率和驻波比检测的准确度,及时、有效地对微波辐射器作用于人体负载发生变化时作出反应,极大地提高了磁控管输出功率的可靠性,对微波治疗仪的可靠工作提供了很好的保证。
2、本发明提供一种微波治疗仪精准微波功率控制系统使用微波变频电源可以实现调幅调频、系统动态响应好的控制特性,可提供各种波形电压,控制方式灵活多样,提高磁控管在不同运行温度使用环境下的适应性;通过供电方式的调整,改变了传统使用变压器的成本高、体积大、效率低的缺陷,减少对磁控管的供电功率,可以显著降低磁控管自身的电能消耗,提高磁控管的工作效率。
3、本发明提供一种微波治疗仪精准微波功率控制系统是在电路工作中实时测得的功率信号,可信度较高,实时性较好,对微波辐射器所接收的信号质量进行实时的检测,这样可以动态调节微波辐射器的性能,从而满足不同的应用需求。
附图说明
图1为本发明的整体结构框图。
图2为本发明的微波源控制系统框图。
图3为本发明的驻波检测电路框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细说明。
如图1所示,所述一种微波治疗仪精准微波功率控制系统,包括微波源控制系统、驻波检测电路、微波辐射器。
所述微波源控制系统通过LED显示屛设置微波辐射器期望输出的功率,当驻波检测电路检测微波辐射器得不到足够的功率时,控制系统会根据期望输入和实际输出的功率差异,形成一个反馈系统,自动调节功率,使输入和输出功率值相等;
所述驻波检测电路通过定向耦合器,将微波电流采样耦合到检波电路,检波电路输出结果是一个与输入功率成一定关系的直流电压值输入至信号处理单元,信号处理单元通过计算就可得到输入和输出功率信号及驻波比信号后,由A/D转换器转换为输入和输出功率值及驻波比值,最后由微处理器控制单元进行调节控制。
所述微波辐射器通过同轴电缆连接至微波源控制系统的磁控管上,将磁控管的微波能量传输到微波辐射器上,微波辐射器将微波能量辐照到被治疗组织上。
如图2所示,所述微波源控制系统包括LED显示屛、微处理器控制单元、微波变频电源、磁控管、散热风扇。
所述LED显示屛主要完成人机交互的工作,用于在屏幕上设定的需求输出的功率大小;
所述微处理器控制单元识别LED显示屛设定的功率大小后,通过微波控制变频电源控制磁控管的输出功率,同时接收驻波检测电路反馈的输出功率信号,形成闭环控制,来使磁控管的功率精准稳定的输出;
所述微波变频电源采用智能控制方式,该电源能够通过谐振的方式实现零电压开关(ZVS),从而减小开关损耗,通过控制开关频率来调节每个工频周期中磁控管工作在振荡区的时间,从而达到变频调功的目的;
所述磁控管采用的是2450MHz频率的医疗专用磁控管,是自身能够发射高功率微波的自激振荡器,能够将直流高压形式的电能转换为微波能,为系统提供微波源;
所述的散热风扇用于微波变频电源和磁控管进行冷却散热,减小大功率器件长时间运行对系统造成运行压力,提高系统工作的稳定性。
如图3所示,所述驻波检测电路包括定向耦合器、信号耦合单元、驻波检测单元、信号处理单元、A/D转换器;
所述定向耦合器对磁控管输出端传输线上的功率信号进行精确的分离取样,耦合出一小部分微波信号,通过一定的耦合机制,将输出功率传向检波电路;
所述信号耦合单元包括前向功率采样模块和反向功率采样模块,用来分离并提取前向功率和反向功率,保证前向功率和反向功率的隔离度,用于后级的信号处理和计算,然后取样信号进入检波电路进行功率检测;
所述信号处理单元包括前向功率检波电路和反向功率检测电路,用来将耦合单元分离输出的前向功率和反向功率进行检测,该单元在50Hz-2.7GHz工作频段内对不同的输入信号均具有良好的输出线性和稳定性,一致性误差小于0.5dB,可精确地测量具有高峰均比的波形,检测不受波形和调制方式的约束;
所述信号处理单元包括前向功率处理电路和反向功率处理电路,该单元在检测的基础上,计算出输出与输入功率的同时获取入射波与反射波的驻波比值,为了提高驻波检测计算的精确度,采用多次采样求平均的方式,以消除误差;
所述A/D转换器将信号处理单元的模拟微波信号进行采样转换成具体电压值的数字信号后,输入至微处理器控制单元进行控制处理。
以上所述仅为本发明的优选实施例,并不用于限制本发明。对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。本发明专利的保护范围以所附权利要求为准。
Claims (3)
1.一种微波治疗仪精准微波功率控制系统,包括微波源控制系统、驻波检测电路、微波辐射器;微波源控制系统通过LED显示屛设置微波辐射器期望输出的功率,当驻波检测电路检测微波辐射器得不到足够的功率时,控制系统会根据期望输入和实际输出的功率差异,形成一个反馈系统,自动调节功率,使输入和输出功率值相等;驻波检测电路通过定向耦合器,将微波电流采样耦合到检波电路,检波电路输出结果是一个与输入功率成一定关系的直流电压值输入至信号处理单元,信号处理单元通过计算就可得到输入和输出功率信号及驻波比信号后,由A/D转换器转换为输入和输出功率值及驻波比值,最后由微处理器控制单元进行调节控制;微波辐射器通过同轴电缆连接至微波源控制系统的磁控管上,将磁控管的微波能量传输到微波辐射器上,微波辐射器将微波能量辐照到被治疗组织上。
2.根据权利要求1所述的一种微波治疗仪精准微波功率控制系统,其特征在于,所述微波源控制系统包括LED显示屛、微处理器控制单元、微波变频电源、磁控管、散热风扇;
所述LED显示屛主要完成人机交互的工作,用于在屏幕上设定的需求输出的功率大小;
所述微处理器控制单元识别LED显示屛设定的功率大小后,通过微波控制变频电源控制磁控管的输出功率,同时接收驻波检测电路反馈的输出功率信号,形成闭环控制,来使磁控管的功率精准稳定的输出;
所述微波变频电源采用智能控制方式,该电源能够通过谐振的方式实现零电压开关(ZVS),从而减小开关损耗,通过控制开关频率来调节每个工频周期中磁控管工作在振荡区的时间,从而达到变频调功的目的;
所述磁控管采用的是2450MHz频率的医疗专用磁控管,是自身能够发射高功率微波的自激振荡器,能够将直流高压形式的电能转换为微波能,为系统提供微波源;
所述的散热风扇用于微波变频电源和磁控管进行冷却散热,减小大功率器件长时间运行对系统造成运行压力,提高系统工作的稳定性。
3.根据权利要求1所述的一种微波治疗仪精准微波功率控制系统,其特征在于,所述驻波检测电路包括定向耦合器、信号耦合单元、驻波检测单元、信号处理单元、A/D转换器;
所述定向耦合器对磁控管输出端传输线上的功率信号进行精确的分离取样,耦合出一小部分微波信号,通过一定的耦合机制,将输出功率传向检波电路;
所述信号耦合单元包括前向功率采样模块和反向功率采样模块,用来分离并提取前向功率和反向功率,保证前向功率和反向功率的隔离度,用于后级的信号处理和计算,然后取样信号进入检波电路进行功率检测;
所述信号处理单元包括前向功率检波电路和反向功率检测电路,用来将耦合单元分离输出的前向功率和反向功率进行检测,该单元在50Hz-2.7GHz工作频段内对不同的输入信号均具有良好的输出线性和稳定性,一致性误差小于0.5dB,可精确地测量具有高峰均比的波形,检测不受波形和调制方式的约束;
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Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20200703 |