CN112986544B - 实验室超声波生物处理系统 - Google Patents

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Abstract

一种一体可视化实验室超声波生物处理系统，它是以系统的信号处理、控制部作为核心环节、超声波处理执行部作为执行环节的全闭环控制系统。超声波生物处理系统的电源部将220V交流电变换为三个等级恒定直流电压；并通过系统的母线电源正极接线端EV、系统驱动电路工作电源正极接线端E1和控制电路工作电源正极接线端E输出。系统的PWM驱动部在正弦占空比PW控制信号控制下输出PWM驱动控制信号。系统的超声波处理执行部在所产生超声波作用下处理生成目标物，并通过所配传感器产生处理槽目标物浓度反馈信号输出。系统的人机交互部从系统的信号处理、控制部接收各显示数据数据予以显示，通过屏幕操作向系统的信号处理、控制部输出有关数据。

Description

实验室超声波生物处理系统
技术领域
本发明涉及一种实验室用超声波生物处理系统及工艺、方法。
背景技术
超声波生物处理的实验室装置及工艺、方法目前仍然是单频处理、分组对照、归纳效果的模式。目前超声波生物处理的实验室方法是：通过事先设定或选择超声波发生设备的某一工作频率，然后以该频率的超声波作用于处理对象。但超声波对对象的处理速率与超声波频率高度相关，超声波频率不同，处理效率大不相同；而且，处理对象的生物细胞种类更与超声波频率高度相关，不同的生物细胞，对不同频率超声波的敏感性大不相同。这就造成了现有超声波生物处理方法的初次超声波频率确定的盲目性，进而，对额外进行超声波频率分析、确定形成依赖性。实际工作过程是：利用某生物细胞在不同频率下的处理情况，进行分频带对照、分析确定，得到有关数据；在以后的工作中，沿用该特定对象的数据，经验地确定适合的超声波频率。这已是习惯做法。本质上，这样的方法并不能保证所工作的超声波频率就是对对象高效的最佳频率，也不能对不同的对象进行精确的精细频率调整，积累的经验也就不是最佳工艺的；加之，该方法不仅在初期大量耗费人力、财力、物力，而且在沿用期也经常地要求观察、调整和维护。鉴于此，有必要研发一种新的高效策略，使超声波生物处理工作不再沿用先经分频带对照、分析确定超声波频率，再经验地确定所需频率的低效做法，而是将确定所需频率的过程最大限度地高效、自动化进行。解决该类问题的方案可分为多体集成联网可视化结构实验装置、工艺和方法，或多频率一体可视化结构实验装置、工艺和方法。
发明内容
为使超声波生物处理过程的可测、可控，实现生物-机-电一体可视化处理系统中的宽频带搜索、控制，本发明提出一种一体可视化实验室超声波生物处理系统，它是以系统的信号处理、控制部作为核心环节、超声波处理执行部作为执行环节的全闭环控制系统。超声波生物处理系统的电源部将220V交流电变换为三个等级恒定直流电压；并通过系统的母线电源正极接线端EV、系统驱动电路工作电源正极接线端E1和控制电路工作电源正极接线端E输出。系统的PWM驱动部在正弦占空比PW控制信号控制下输出PWM驱动控制信号。系统的超声波处理执行部在所产生超声波作用下处理生成目标物，并通过所配传感器产生处理槽目标物浓度反馈信号输出。系统的人机交互部从系统的信号处理、控制部接收各显示数据数据予以显示，通过屏幕操作向系统的信号处理、控制部输出有关数据。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
装置的超声波生物处理系统为以系统的信号处理、控制部作为核心环节、超声波处理执行部h作为执行环节的全闭环控制系统。超声波生物处理系统的电源部a将220V交流电变换为三个等级恒定直流电压；并通过系统的母线电源正极接线端EV、系统驱动电路工作电源正极接线端E1和控制电路工作电源正极接线端E输出。超声波生物处理系统的调功部b在系统的调功、模式控制信号PC控制下输出所需母线电压及其连续时长。系统的PWM驱动部c在正弦占空比PW控制信号Dsin控制下输出PWM驱动控制信号Dr。系统的PWM逆变部d在PWM驱动控制信号Dr控制下截切母线电压时长，形成母线电压正弦波PW序列。超声波生物处理系统的功率匹配部e、系统的频带切换部f和超声波生物处理系统的频带匹配部g在频带匹配控制信号FC控制下切换、匹配输出功率、电感值段和换能器；同时，从超声波生物处理系统的功率匹配部e产生功率匹配电压反馈信号v输出，从超声波生物处理系统的频带匹配部g产生频带匹配电流反馈信号i输出。系统的超声波处理执行部h在所产生超声波作用下处理生成目标物，并通过所配传感器产生处理槽目标物浓度反馈信号De输出。系统的信号处理、控制部i分别从超声波生物处理系统的功率匹配部e、超声波生物处理系统的频带匹配部g和系统的超声波处理执行部h接收功率匹配电压反馈信号v、频带匹配电流反馈信号i和处理槽目标物浓度反馈信号De反馈，分别向超声波生物处理系统的调功部b、系统的PWM驱动部c和系统的频带切换部f输出系统的调功、模式控制信号PC、正弦占空比PW控制信号Dsin和频带匹配控制信号FC。系统的人机交互部j从系统的信号处理、控制部i接收频率显示数据fS、功率显示数据PS和效率显示数据Ef予以显示，通过屏幕操作向系统的信号处理、控制部i输出处理工作脉振次数数据KR、处理工作模式选择数据MR、频率设置数据FR和功率设置数据PR。
本发明的有益效果是：由于一体化，使系统结构和运行操作大大简化，便于通过程序软件的改变，方便地调整控制方案和实现多种新型控制策略，可以实现运行数据的自动储存，使得超声波生物处理过程的可测、可控，实现生物-机-电一体化，有助于实现超声波生物处理的智能化；可连续监控、调节换能器的频率以提供最佳的超声输出；其利用触摸屏显示器的过程监控、参数图示功能不仅可对所有处理运行参数进行专门编程，用图形表达超声频率、功率、处理速度和处理过程理化参数的变化；通过其操控终端的人机对话方式，可对处理程序进行调整，操作人员可按提示输入有关数据，操作直观明了；免去了分频带对照、分析确定最佳频率的漫长时间消耗，容易找到各种生物细胞处理的合适频率，快速建立其最佳工艺条件。采用谐振电感器增设副边绕制电流检测线圈方式，提高了电感线圈的效用/体积比，进而解决了电感线圈进行一点、电流检测的难题，进而减少了机体空间占用，大大提高了检测点利用率。电路是一种高性价比的超声波驱动电源电路，可有力驱动处理槽换能器，使得实验室超声波生物处理装置成为便携式、易操作、适用于各种场合的广泛适用型生物处理的超声波实验、试验装置，且工作过程无噪音，现场空间占用少，适合随时随地地应需求使用。便于实现、调整，结构简单，易于批量生产；系统的软、硬件构成使得维护、维修简便易行。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是处理槽声强检测反馈电路结构图。
图2是处理槽光强检测反馈电路结构图。
图3是超声波功率源输出电流、电压检测反馈电路结构图。
图4是超声波功率源输出周期检测反馈电路结构图。
图5是装置的超声波生物处理系统结构框图。
图6是超声波生物处理系统的工作电源电路结构图。
图7是系统的调功和模式设置电路结构图。
图8是系统的PWM驱动和逆变电路结构图。
图9是系统的功率匹配和频带切换电路结构图。
图10是系统的主控和人机交互电路结构图
图11是系统的超声波频率控制系统框图。
在图1～11中：Rs1为声强信号偏流电阻，s为声强信号，Ss为声强传感器，Rs2为声强信号耦合电阻，As为声强信号运放，Rsf为声强放大反馈电阻，Fs为声强信号输出端子，E为控制电路工作电源正极接线端，UC.PA0为控制器芯片模拟输入引脚0。
在图2～11中：LED为投光LED，RLED为投光LED限流电阻，SD为紫外线传感器，y为紫外线强度信号，RD为紫外线强度信号耦合电阻，AD为紫外线强度信号运放，RDf为紫外线强度信号放大反馈电阻，FD为处理槽效率信号输出端子，UC.PA1为控制器芯片模拟输入引脚1。
在图3～11中：e为超声波生物处理系统的功率匹配部，Tv为功率匹配输出电压上端子，Dv为输出电压半周平衡二极管，Tv0为功率匹配输出电压下端子，Rv0为输出电压检测分压电阻，LCv为输出电压信号整流-隔离光耦，Rv2为输出电压信号反馈分压电阻，Rv1为输出电压信号分压电阻，Rv3为输出电压信号放大接地电阻，AV为输出电压信号运放，Rvf为输出电压信号反馈电阻，FV为电压信号输出端子，UC.PA2为控制器芯片模拟输入引脚2；g为超声波生物处理系统的频带匹配部，Ti为频带匹配输出电流检测同名端，Wi为输出电流检测绕组，Ti0为频带匹配输出电流检测异名端，Di为输出电流检测信号整流二极管，Ri为输出电流信号放大接地电阻，AI为输出电流信号运放，Rif为输出电流信号反馈电阻，FI为电流信号输出端子，UC.PA3为控制器芯片模拟输入引脚3。
在图4～11中：Dv1为输出电压检测正半周整流二极管，Dv2为输出电压检测负半周整流二极管，Di1为输出电流检测正半周整流二极管，Di2为输出电流检测负半周整流二极管；Rvi为电压信号分压电阻，Rii为电流信号分压电阻；Cvi为电压信号滤波电容，Dvi为电压信号削波二极管，Dii为电流信号削波二极管；IC1为鉴相处理芯片；IC2为双D触发器芯片；FF为频率反馈输出端子，UC.PA4为控制器芯片模拟输入引脚4。
在图5～11中：a为超声波生物处理系统的电源部，b为超声波生物处理系统的调功部，c为系统的PWM驱动部，d为系统的PWM逆变部，f为系统的频带切换部，h为系统的超声波处理执行部，i为系统的信号处理、控制部，j为系统的人机交互部；EV为系统的母线电源正极接线端，E1为系统驱动电路工作电源正极接线端；PC为系统的调功、模式控制信号，Dr为PWM驱动控制信号，Dsin为正弦占空比PW控制信号，v为功率匹配电压反馈信号，FC为频带匹配控制信号，v为频带匹配电流反馈信号，De为处理槽目标物浓度反馈信号；KR为处理工作脉振次数数据，MR为处理工作模式选择数据，FR为频率设置数据，PR为功率设置数据，fS为频率显示数据，PS为功率显示数据，Ef为效率显示数据。
在图6～10中：Kp为电源开关，Br为整流桥，CP1为第一滤波电容，CP2为吸收电容，RP1为吸收电阻，DP1为吸收二极管，UP为电源电路PWM控制器芯片，CP3为第二滤波电容，CP4为缓冲电容，RP2为分压电阻；TrP为输出变压器，W1为输出变压器原绕组，W2为输出变压器检测绕组，W3为输出变压器第一副绕组，W4为输出变压器第二副绕组；RP3为限流电阻，DP2为整流二极管，LCP为反馈光耦器件；DP3为控制电路工作电源整流二极管，CP5为控制电路工作电源第一滤波电容，LP1为控制电路工作电源滤波电感，CP6为控制电路工作电源第二滤波电容；DP4为系统驱动电路工作电源整流二极管，CP7为系统驱动电路工作电源第一滤波电容，LP2为系统驱动电路工作理电源滤波电感，CP8为系统驱动电路工作电源第二滤波电容；RP4为反馈限流电阻，RP5为反馈分压第一电阻，CP9为自激吸收电容，U6为基准电压源器件，RP6为反馈分压第二电阻。
在图7～10中：CPM1为调功第一滤波电容；LCPw为调功信号隔离光耦，LCMd为模式信号隔离光耦，DPW为调功信号或门二极管，DMd为模式信号或门二极管，DPM为分压二极管，RPb为或门上拉电阻；QPM为MOSFET调功开关，RPg为门级电压分压电阻，RPc为门级触发电阻，TP为触发信号放大三极管；DwP为调功续流二极管，LPM为调功滤波电感，CPM1为调功第二滤波电容；EP为PWM逆变母线电源正极接线端。
在图8～10中：LCLA为逆变桥左臂驱动逻辑低端输入信号隔离光耦，LCHA为逆变桥左臂驱动逻辑高端输入信号隔离光耦，LCLB为逆变桥右臂驱动逻辑低端输入信号隔离光耦，LCHB为逆变桥右臂驱动逻辑高端输入信号隔离光耦；THA为逆变桥左臂驱动逻辑高端输入信号端，TLA为逆变桥左臂驱动逻辑低端输入信号端，TCO为逆变桥驱动芯片公共端；THB为逆变桥右臂驱动逻辑高端输入信号端，TLB为逆变桥右臂驱动逻辑低端输入信号端；DrA为逆变桥左臂驱动芯片，DrB为逆变桥右臂驱动芯片；DVbA为逆变桥左臂驱动自举二极管，CVA1为逆变桥左臂驱动自举平波电容，CVA2为逆变桥左臂驱动自举电容，RHA为逆变桥左臂驱动高端耦合电阻，RLA为逆变桥左臂驱动低端耦合电阻；DrB为逆变桥右臂驱动自举二极管，CVB1为逆变桥右臂驱动自举电容，CVB2为逆变桥右臂驱动自举平波电容，RHB为逆变桥右臂驱动高端耦合电阻，RLB为逆变桥右臂驱动低端耦合电阻；QHA为逆变桥左臂驱动高端MOSFET开关，QLA为逆变桥左臂驱动低端MOSFET开关；CPWM为逆变桥母线滤波电容；QHB为逆变桥右臂驱动高端MOSFET开关，QLB为逆变桥右臂驱动低端MOSFET开关。
在图9～10中：LCJ1为第一频带继电器驱动信号隔离光耦，LCJ2为第二频带继电器驱动信号隔离光耦，LCJ2为第三频带继电器驱动信号隔离光耦；TmJ1为第一频带继电器驱动信号端，TmJ2为第二频带继电器驱动信号端，TmJ3为第三频带继电器驱动信号端；RJ1为第一频带继电器驱动信号耦合电阻，RJ2为第二频带继电器驱动信号耦合电阻，RJ3为第三频带继电器驱动信号耦合电阻；TJ1为第一频带继电器驱动三极管，TJ2为第二频带继电器驱动三极管，TJ3为第三频带继电器驱动三极管；J1为第一频带投切继电器，J2为第二频带投切继电器，J3为第三频带投切继电器。J1-1为第一频带投切继电器常开接点，J2-1为第二频带投切继电器常开接点，J3-1为第三频带投切继电器常开接点；TZ1为第一频带换能器驱动投切接线端，TZ2为第二频带换能器驱动投切接线端，TZ3为第三频带换能器驱动投切接线端；Z1为第一频带换能器，Z2为第二频带换能器，Z3为第三频带换能器；TL0为频带匹配电感线圈始端，TL1为第一频带换能器匹配接线端，TL2为第二频带换能器匹配接线端，TL3为第三频带换能器匹配接线端；WL为频带匹配电感线圈。
在图10、11中：UD为触摸屏显示模块，KM为控制系统启动键，RKM为启动信号缓冲电阻，CKM为启动信号缓冲电容；Cp1为第一自激电容，Cp2为第二自激电容，Cf为晶振；UC为控制器芯片；RPC5为光耦LCPw分压电阻，RPC4为光耦LCMd分压电阻，RPC3为光耦LCHA分压电阻，RPC2为光耦LCLA分压电阻，RPC1为光耦LCHB分压电阻，RPC0为光耦LCLB分压电阻，RPB2为光耦LCJ1分压电阻，RPB1为光耦LCJ2分压电阻，RPB0为光耦LCJ3分压电阻；RR1为重置信号上拉电阻，RR2为重置信号缓冲电阻，CR为重置信号缓冲电容，KR为控制器重置按键。
在图11中：fR为超声波处理给定频率，Δf为偏差频率，Cf为频率控制环节，Δ(τ/Tτ)为偏差PWM脉宽占空比，Tr(c)为转换处理环节，τ/Tτ为PWM脉宽占空比，τ为PWM脉冲宽度，Tτ为PWM脉冲周期，>(d，e)为放大环节，v为换能驱动电压，Ex(f，g)为换能执行环节，i为换能驱动电流，Fd为频率转换反馈环节，fF为超声波处理反馈频率。
具体实施方式
在图1所示的处理槽声强检测反馈电路结构图中：处理槽声强检测反馈电路为以声强传感器Ss为核心器件的声强检测反馈电路。声强信号偏流电阻Rs1的一端连接到控制电路工作电源正极接线端E，另一端连接到测声部14.8的声强传感器Ss的声强信号s输出端；声强传感器Ss的接地端接地。声强传感器Ss的声强信号s输出端通过声强信号耦合电阻Rs2连接到的声强信号运放As反相输入端；声强信号运放As同相输入端接地。声强放大反馈电阻Rsf跨界在声强信号运放As反相输入端与输出端之间。声强信号运放As的电源正极端连接到控制电路工作电源正极接线端E，负极端接地。声强信号运放As的输出端作为声强信号输出端子FS，连接到控制器芯片模拟输入引脚1，即UC.PA1。
在图1所示的处理槽声强检测反馈电路结构图和图2所示的处理槽光强检测反馈电路结构图中：处理槽光强检测反馈电路为以UVM-30型紫外线传感器SD为核心器件的声强检测反馈电路。投光部14.6中的投光LED LED的负极端通过其中的投光LED限流电阻RLED接地；投光LED LED的正极端连接到控制电路工作电源正极接线端E。测光部14.7的紫外线传感器SD的电源正极端连接到控制电路工作电源正极接线端E，接地端接地；紫外线传感器SD的信号输出端作为紫外线强度信号y接线端，连接到紫外线强度信号运放AD的反向输入端；紫外线强度信号运放AD的同向输入端接地。紫外线强度信号耦合电阻RD跨接在控制电路工作电源正极接线端E与紫外线强度信号运放AD的反向输入端之间。紫外线强度信号放大反馈电阻RDf跨接在紫外线强度信号运放AD的反向输入端与紫外线强度信号运放AD的信号输出端之间；紫外线强度信号运放AD的同向输入端接地。紫外线强度信号运放AD的电源正极端连接到控制电路工作电源正极接线端E，负极端接地。紫外线强度信号运放AD的信号输出端作为处理槽效率信号输出端子FD，连接到控制器芯片模拟输入引脚2，即UC.PA2。
在图1～图2所示的电路结构图和图3所示的超声波功率源输出电流、电压检测反馈电路结构图中：超声波功率源输出电流、电压检测反馈电路为以输出电压信号运放AV和输出电流信号运放AI为核心器件的电流、电压检测反馈电路。超声波生物处理系统的功率匹配部e通过功率匹配输出电压上端子Tv与超声波生物处理系统的频带匹配部g连接。输出电压半周平衡二极管Dv与输出电压信号整流-隔离光耦LCv的输入端反向并联；输出电压信号整流-隔离光耦LCv的正极输入端通过输出电压检测分压电阻Rv0连接到功率匹配输出电压上端子Tv；输出电压信号整流-隔离光耦LCv的正极输入端连接到功率匹配输出电压下端子Tv0。输出电压信号整流-隔离光耦LCv的正极输出端通过输出电压信号分压电阻Rv1连接到控制电路工作电源正极接线端E；输出电压信号整流-隔离光耦LCv的负极输出端通过输出电压信号反馈分压电阻Rv2。输出电压信号整流-隔离光耦LCv的负极输出端连接到输出电压信号运放AV的反相输入端；输出电压信号运放AV的同相输入端通过输出电压信号放大接地电阻Rv3接地。输出电压信号运放AV的电源正极端连接到控制电路工作电源正极接线端E，输出电压信号运放AV的电源负极端接地；输出电压信号运放AV的信号输出端作为电压信号输出端子FV，连接到控制器芯片模拟输入引脚3，即UC.PA3。输出电压信号反馈电阻Rvf跨接在到输出电压信号运放AV的反相输入端与输出电压信号运放AV的信号输出端之间。超声波生物处理系统的频带匹配部g中的输出电流检测绕组Wi引出频带匹配输出电流检测同名端Ti和频带匹配输出电流检测异名端Ti0。频带匹配输出电流检测同名端Ti连接到输出电流检测信号整流二极管Di的正极，频带匹配输出电流检测异名端Ti0接地。输出电流检测信号整流二极管Di的负极与输出电流信号运放AI的反相输入端连接；输出电流信号运放AI的同相输入端通过输出电流信号放大接地电阻Ri接地。输出电流信号运放AI的电源正极端连接到控制电路工作电源正极接线端E，输出电流信号运放AI的电源负极端接地；输出电流信号运放AI的信号输出端作为电流信号输出端子FI，连接到控制器芯片模拟输入引脚4，即UC.PA4。输出电压信号反馈电阻Rif跨接在到输出电流信号运放AI的反相输入端与输出电流信号运放AI的信号输出端之间。
在图3所示的超声波功率源输出电流、电压检测反馈电路结构图中和图4所示的超声波功率源输出周期检测反馈电路结构中：超声波功率源输出周期检测反馈电路为以MAX9382型鉴相处理芯片IC1为核心器件的鉴相、信号处理电路。输出电压检测正半周整流二极管Dv1的正极和输出电压检测负半周整流二极管Dv2的正极分别连接到功率匹配输出电压上端子Tv和功率匹配输出电压下端子Tv0，输出电压检测正半周整流二极管Dv1的负正极和输出电压检测负半周整流二极管Dv2的负极同时通过电压信号分压电阻Rvi连接到鉴相处理芯片IC1的引脚7。输出电流检测正半周整流二极管Di1的正极和输出电流检测负半周整流二极管Di2的正极分别连接到频带匹配输出电流检测同名端Ti和频带匹配输出电流检测异名端Ti0，输出电流检测正半周整流二极管Di1的负极和输出电流检测负半周整流二极管Di2的负极通过电流信号分压电阻Rii连接到连接到鉴相处理芯片IC1的引脚6。电压信号滤波电容Cvi与电压信号削波二极管Dvi并联；电压信号削波二极管Dvi的正极连接到鉴相处理芯片IC1的引脚7；电压信号削波二极管Dvi的正极接地。电流信号削波二极管Dii正极连接到鉴相处理芯片IC1的引脚6；电流信号削波二极管Dii负极接地。鉴相处理芯片IC1的引脚8连接到控制电路工作电源正极接线端E，鉴相处理芯片IC1的引脚5接地。鉴相处理芯片IC1的引脚1连接到双D触发器芯片IC2的引脚11。双D触发器芯片IC2的引脚13与其引脚3连接，其引脚12与引脚9连接，其引脚10、引脚8、引脚6和引脚4均接地，其引脚5与引脚2连接，其引脚1通过频率反馈输出端子FF连接到控制器芯片模拟输入引脚5，即UC.PA5。
在图1～图4所示的电路结构图和图5所示的装置的超声波生物处理系统结构框图中：装置的超声波生物处理系统为以系统的信号处理、控制部作为核心环节、超声波处理执行部h作为执行环节的全闭环控制系统。超声波生物处理系统的电源部a将220V交流电变换为三个等级恒定直流电压；并通过系统的母线电源正极接线端EV、系统驱动电路工作电源正极接线端E1和控制电路工作电源正极接线端E输出。超声波生物处理系统的调功部b在系统的调功、模式控制信号PC控制下输出所需母线电压及其连续时长。系统的PWM驱动部c在正弦占空比PW控制信号Dsin控制下输出PWM驱动控制信号Dr。系统的PWM逆变部d在PWM驱动控制信号Dr控制下截切母线电压时长，形成母线电压正弦波PW序列。超声波生物处理系统的功率匹配部e、系统的频带切换部f和超声波生物处理系统的频带匹配部g在频带匹配控制信号FC控制下切换、匹配输出功率、电感值段和换能器；同时，从超声波生物处理系统的功率匹配部e产生功率匹配电压反馈信号v输出，从超声波生物处理系统的频带匹配部g产生频带匹配电流反馈信号i输出。系统的超声波处理执行部h在所产生超声波作用下处理生成目标物，并通过所配传感器产生处理槽目标物浓度反馈信号De输出。系统的信号处理、控制部i分别从超声波生物处理系统的功率匹配部e、超声波生物处理系统的频带匹配部g和系统的超声波处理执行部h接收功率匹配电压反馈信号v、频带匹配电流反馈信号i和处理槽目标物浓度反馈信号De反馈，分别向超声波生物处理系统的调功部b、系统的PWM驱动部c和系统的频带切换部f输出系统的调功、模式控制信号PC、正弦占空比PW控制信号Dsin和频带匹配控制信号FC。系统的人机交互部j从系统的信号处理、控制部i接收频率显示数据fS、功率显示数据PS和效率显示数据Ef予以显示，通过屏幕操作向系统的信号处理、控制部i输出处理工作脉振次数数据KR、处理工作模式选择数据MR、频率设置数据FR和功率设置数据PR。
在图5所示的装置的超声波生物处理系统结构框图和图6所示的超声波生物处理系统的工作电源电路结构图中：
超声波生物处理系统的工作电源电路为以SD4842型PWM控制器芯片UP作为核心器件的三路AC-DC电路。
220V市电通过电源开关Kp引入整流桥Br的两交流输入端。整流桥Br的正极输出端连接到系统的母线电源正极接线端EV，同时与第一滤波电容CP1的正极连接；整流桥Br的负极输出端接执行电路地。第一滤波电容CP1的负极接执行电路地；吸收电容CP2与吸收电阻RP1并联，该并联支路的一端与第一滤波电容CP1的正极连接，另一端与吸收二极管DP1的负极连接；吸收二极管DP1的正极与电源电路PWM控制器芯片UP的6、7、8脚连接。电源电路PWM控制器芯片UP的1、2脚接执行电路地；电源电路PWM控制器芯片UP的3脚与第二滤波电容CP3的正极连接，第二滤波电容CP3的负极接执行电路地；电源电路PWM控制器芯片UP的4脚通过缓冲电容CP4接执行电路地；电源电路PWM控制器芯片UP的5脚悬空。分压电阻RP2跨接在第一滤波电容CP1的正极与电源电路PWM控制器芯片UP的3脚之间。
输出变压器TrP的输出变压器原绕组W1同名端连接到第一滤波电容CP1的正极，其异名端连接到电源电路PWM控制器芯片UP的6、7、8脚；输出变压器TrP的输出变压器检测绕组W2同名端通过限流电阻RP3与整流二极管DP2的正极连接，整流二极管DP2的负极连接到电源电路PWM控制器芯片UP的3脚；输出变压器TrP的输出变压器检测绕组W2异名端接执行电路地；输出变压器TrP的输出变压器第一副绕组W3异名端和输出变压器第二副绕组W4异名端均接地；输出变压器TrP的输出变压器第一副绕组W3同名端和输出变压器第二副绕组W4同名端分别与控制电路工作电源整流二极管DP3的正极和系统驱动电路工作电源整流二极管DP4的正极连接。控制电路工作电源整流二极管DP3的负极同时与控制电路工作电源第一滤波电容CP5的正极及控制电路工作电源滤波电感LP1的一端连接；控制电路工作电源第一滤波电容CP5的负极接地；控制电路工作电源滤波电感LP1的另一端与控制电路工作电源第二滤波电容CP6的正极连接，该连接点连接到工作电源正极接线端E。控制电路工作电源第二滤波电容CP6的负极接地。系统驱动电路工作电源整流二极管DP4的负极同时与系统驱动电路工作电源第一滤波电容CP7的正极及系统驱动电路工作理电源滤波电感LP2的一端连接；系统驱动电路工作电源第一滤波电容CP7的负极接地；系统驱动电路工作理电源滤波电感LP2的另一端与系统驱动电路工作电源第二滤波电容CP8的正极连接，该连接点连接到信号处理电源正极接线端E1。系统驱动电路工作电源第二滤波电容CP8的负极接地。
反馈限流电阻RP4的一端连接到信号处理电源正极接线端E1，另一端与(TLP521-1型)反馈光耦器件LCP的1脚连接。反馈分压第一电阻RP5的一端连接到信号处理电源正极接线端E1，另一端与反馈分压第二电阻RP6的一端连接；反馈分压第二电阻RP6的另一端接地。(TL431型)基准电压源器件U6的负极与反馈光耦器件LCP的2脚连接，基准电压源器件U6的正极接地，基准电压源器件U6的控制极连接到与反馈分压第一电阻RP5与反馈分压第二电阻RP6的连接点。自激吸收电容CP9跨接在基准电压源器件U6的负极与控制极之间。反馈光耦器件LCP的3脚接执行电路地，反馈光耦器件LCP的4脚与电源电路PWM控制器芯片UP的4脚连接。
在图6所示的超声波生物处理系统的工作电源电路结构图和图7所示的系统的调功和模式设置电路结构图中：系统的调功和模式设置电路为以MOSFET调功开关QPM为核心器件的PW控制电路。调功第一滤波电容CPM1的正极连接到系统的母线电源正极接线端EV，同时与MOSFET调功开关QPM的漏极连接。调功信号隔离光耦LCPw的正极输出端连接到调功信号或门二极管DPw的负极。模式信号隔离光耦LCMd的正极输出端连接到模式信号或门二极管DMd的负极。调功信号或门二极管DPw的正极和模式信号或门二极管DMd的正极同时与分压二极管DPM的正极连接，并通过或门上拉电阻RPb与连接到系统的母线电源正极接线端EV。与分压二极管DPM的正极连接；门级电压分压电阻RPg跨接在MOSFET调功开关QPM的漏极与栅极之间。门级触发电阻RPc跨接在MOSFET调功开关QPM的栅极与触发信号放大三极管TP的集电极之间；触发信号放大三极管TP的基极与分压二极管DPM的负极连接；分压二极管DPM的发射极接地。MOSFET调功开关QPM的源极同时连接到调功续流二极管DwP的负极和调功滤波电感LPM的一端；调功续流二极管DwP的正极接地。调功滤波电感LPM的另一端与调功第二滤波电容CPM1的正极连接，同时连接到PWM逆变母线电源正极接线端EP。调功第二滤波电容CPM1的负极接地。
在图5所示的装置的超声波生物处理系统结构框图、图6～图7所示的电路结构图和图8所示的系统的PWM驱动和逆变电路结构图中：
系统的PWM驱动和逆变电路分别为以IR2110型逆变桥左臂驱动芯片DrA、逆变桥右臂驱动芯片DrB为核心的PWM驱动电路和以增强型MOSFET逆变桥左臂驱动高端MOSFET开关QHA、逆变桥左臂驱动低端MOSFET开关QLA、、逆变桥右臂驱动高端MOSFET开关QHB和逆变桥右臂驱动低端MOSFET开关QLB为核心的逆变电路。
逆变桥左臂驱动逻辑低端输入信号隔离光耦LCLA的正极输出端A、逆变桥左臂驱动逻辑高端输入信号隔离光耦LCHA的正极输出端、逆变桥右臂驱动逻辑低端输入信号隔离光耦LCLB的正极输出端和逆变桥右臂驱动逻辑高端输入信号隔离光耦LCHB的正极输出端均连接到信号处理电源正极接线端E1。逆变桥左臂驱动逻辑低端输入信号隔离光耦LCLA的负极输出端通过逆变桥左臂驱动逻辑低端输入信号端TLA连接到逆变桥左臂驱动芯片DrA的LIN引脚；逆变桥左臂驱动逻辑高端输入信号隔离光耦LCHA的负极输出端通过逆变桥左臂驱动逻辑高端输入信号端THA连接到逆变桥左臂驱动芯片DrA的HIN引脚；逆变桥右臂驱动逻辑低端输入信号隔离光耦LCLB的负极输出端通过逆变桥右臂驱动逻辑低端输入信号端TLB连接到逆变桥右臂驱动芯片DrB的LIN引脚；逆变桥右臂驱动逻辑高端输入信号隔离光耦LCHB的负极输出端通过逆变桥右臂驱动逻辑高端输入信号端THB连接到逆变桥右臂驱动芯片DrB的HIN引脚。
逆变桥左臂驱动芯片DrA的VCC引脚和逆变桥右臂驱动芯片DrB的VCC引脚均连接到信号处理电源正极接线端E1。逆变桥左臂驱动芯片DrA的Com引脚和逆变桥右臂驱动芯片DrB的Com引脚均通过逆变桥驱动芯片公共端TCO接地。逆变桥左臂驱动芯片DrA的Vb引脚和逆变桥右臂驱动芯片DrB的Vb引脚分别与逆变桥左臂驱动自举二极管DVbA的负极和逆变桥右臂驱动自举二极管DrB的负极连接；逆变桥左臂驱动自举二极管DVbA的正极和逆变桥右臂驱动自举二极管DrB的在极均连接到信号处理电源正极接线端E1。逆变桥左臂驱动芯片DrA的VS引脚通过逆变桥左臂驱动自举平波电容CVA1和逆变桥左臂驱动自举电容CVA2的并联支路与逆变桥左臂驱动芯片DrA的Vb引脚连接；逆变桥左臂驱动自举电容CVA2的正极与逆变桥左臂驱动芯片DrA的Vb引脚连接，负极与逆变桥左臂驱动芯片DrA的VS引脚连接。逆变桥右臂驱动芯片DrB的VS引脚通过逆变桥右臂驱动自举平波电容CVB1和逆变桥左臂驱动自举电容CVB2的并联支路与逆变桥右臂驱动芯片DrB的Vb引脚连接；逆变桥右臂驱动自举电容CVB1的正极与逆变桥右臂驱动芯片DrB的Vb引脚连接，负极与逆变桥右臂驱动芯片DrB的VS引脚连接。
逆变桥左臂驱动芯片DrA的HO引脚通过逆变桥左臂驱动高端耦合电阻RHA连接到逆变桥左臂驱动高端MOSFET开关QHA的栅极。逆变桥左臂驱动芯片DrA的LO引脚通过逆变桥左臂驱动低端耦合电阻RLA连接到逆变桥左臂驱动低端MOSFET开关QLA的栅极。逆变桥右臂驱动芯片DrB的HO引脚通过逆变桥右臂驱动高端耦合电阻RHB连接到逆变桥右臂驱动高端MOSFET开关QHB的栅极。逆变桥右臂驱动芯片DrB的LO引脚通过逆变桥右臂驱动低端耦合电阻RLB连接到逆变桥右臂驱动低端MOSFET开关QLB的栅极。
逆变桥左臂驱动高端MOSFET开关QHA的漏极和逆变桥左臂驱动低端MOSFET开关QLA的漏极均连接到PWM逆变母线电源正极接线端EP；逆变桥左臂驱动高端MOSFET开关QHA的源极和逆变桥右臂驱动高端MOSFET开关QHB的源极分别与逆变桥左臂驱动低端MOSFET开关QLA的漏极和逆变桥右臂驱动低端MOSFET开关QLB的漏极连接；逆变桥左臂驱动低端MOSFET开关QLB的源极和逆变桥右臂驱动低端MOSFET开关QLB的源极通过逆变桥驱动芯片公共端TCO接地。逆变桥母线滤波电容CPWM的正极连接到PWM逆变母线电源正极接线端EP，负极通过逆变桥驱动芯片公共端TCO接地。逆变桥左臂驱动高端MOSFET开关QHA的源极与逆变桥左臂驱动低端MOSFET开关QLA的连接点连接到功率匹配输出电压上端子Tv；逆变桥右臂驱动高端MOSFET开关QHB的源极与逆变桥右臂驱动低端MOSFET开关QLB的连接点连接到功率匹配输出电压下端子Tv0。
在图5所示的装置的超声波生物处理系统结构框图、图6～图8所示的电路结构图和图9所示的系统的功率匹配和频带切换电路结构中：
系统的功率匹配和频带切换电路为以频带匹配电感线圈WL为核心器件的匹配电路和以第一频带投切继电器J1、第二频带投切继电器J2和第三频带投切继电器J3为核心器件的切换电路。
第一频带继电器驱动信号隔离光耦LCJ1的正极输出端连接到第一频带继电器驱动信号端TmJ1，负极输出端接地。第二频带继电器驱动信号隔离光耦LCJ2的正极输出端连接到第二频带继电器驱动信号端TmJ2，负极输出端接地。第三频带继电器驱动信号隔离光耦LCJ3的正极输出端连接到第三频带继电器驱动信号端TmJ3，负极输出端接地。
第一频带继电器驱动三极管TJ1的基极通过第一频带继电器驱动信号耦合电阻RJ1连接到第一频带继电器驱动信号端TmJ1；第一频带继电器驱动三极管TJ1的发射极串联第一频带投切继电器J1接地。第二频带继电器驱动三极管TJ2的基极通过第二频带继电器驱动信号耦合电阻RJ2连接到第二频带继电器驱动信号端TmJ2；第二频带继电器驱动三极管TJ2的发射极串联第二频带投切继电器J2接地。第三频带继电器驱动三极管TJ3的基极通过第三频带继电器驱动信号耦合电阻RJ3连接到第三频带继电器驱动信号端TmJ3；第三频带继电器驱动三极管TJ3的发射极串联第三频带投切继电器J3接地。第一频带继电器驱动三极管TJ1的集电极、第二频带继电器驱动三极管TJ2的集电极和第三频带继电器驱动三极管TJ3的集电极均连接到信号处理电源正极接线端E1。
频带匹配电感线圈WL的频带匹配电感线圈始端TL0连接到功率匹配输出电压上端子Tv。第一频带投切继电器常开接点J1-1通过第一频带换能器驱动投切接线端TZ1与第一频带换能器Z1串联，该串联支路跨接在功率匹配输出电压下端子Tv0与频带匹配电感线圈WL的第一频带换能器匹配接线端TL1之间。第二频带投切继电器常开接点J2-1通过第二频带换能器驱动投切接线端TZ2与第二频带换能器Z2串联，该串联支路跨接在功率匹配输出电压下端子Tv0与频带匹配电感线圈WL的第二频带换能器匹配接线端TL2之间。第三频带投切继电器常开接点J3-1通过第三频带换能器驱动投切接线端TZ3与第三频带换能器Z3串联，该串联支路跨接在功率匹配输出电压下端子Tv0与频带匹配电感线圈WL的第三频带换能器匹配接线端TL3之间。
在图9所示的电路结构图和图10所示的系统的主控和人机交互电路结构图中：
系统的主控和人机交互电路为以Mega16型单片机控制器芯片UC为核心的控制、操作电路。
触摸屏显示模块UD的VCC引脚连接到控制电路工作电源正极接线端E，其GND引脚接地；触摸屏显示模块UD的WR引脚连接到控制器芯片UC的PD0引脚，其RD引脚连接到控制器芯片UC的PD1引脚。
控制系统启动键KM与启动信号缓冲电阻RKM串联，控制器芯片UC的PA0引脚通过该串联支路接地；启动信号缓冲电容CKM跨接在控制器芯片UC的PA0引脚与地之间。控制器芯片UC的PA1引脚、PA2引脚、PA3引脚、PA4引脚和PA5引脚分别连接到声强信号输出端子FS、处理槽效率信号输出端子FD、电压信号输出端子FV、电流信号输出端子FI和频率反馈输出端子FF。控制器芯片UC的XTAL1引脚通过第一自激电容Cp1接地，其XTAL2引脚通过第二自激电容Cp2接地；晶振Cf跨接在控制器芯片UC的XTAL1引脚与XTAL2引脚之间。
控制器芯片UC的VCC引脚连接到控制电路工作电源正极接线端E。控制器芯片UC的PC5引脚、PC4引脚、PC3引脚、PC2引脚、PC1引脚和PC0引脚分别通过光耦LCPw分压电阻RPC5、光耦LCMd分压电阻RPC4、光耦LCHA分压电阻RPC3、光耦LCLA分压电阻RPC2、光耦LCHB分压电阻RPC1和光耦LCLB分压电阻RPC0连接到光耦LCPw的输入端正极、光耦LCMd的输入端正极、光耦LCHA的输入端正极、光耦LCLA的输入端正极、光耦LCHB的输入端正极和光耦LCLB的输入端正极；光耦LCPw的输入端负极、光耦LCMd的输入端负极、光耦LCHA的输入端负极、光耦LCLA的输入端负极、光耦LCHB的输入端负极和光耦LCLB的输入端负极均接地。控制器芯片UC的PB2引脚、PB1引脚和PB0引脚分别通过光耦LCJ1分压电阻RPB2、光耦LCJ2分压电阻RPB1和光耦LCJ3分压电阻RPB0连接到光耦LCJ1的输入端正极、光耦LCJ2的输入端正极和光耦LCJ3的输入端正极；光耦LCJ1的输入端负极、光耦LCJ2的输入端负极和光耦LCJ3的输入端负极均接地。控制器芯片UC的RESET非引脚通过重置信号上拉电阻RR1连接到控制电路工作电源正极接线端E。控制器芯片UC的RESET非引脚通过重置信号缓冲电阻RR2与控制器重置按键KR的串联支路接地；控制器芯片UC的RESET非引脚通过重置信号缓冲电容CR接地。控制器芯片UC的GND引脚接地。
在图5所示的装置的超声波生物处理系统结构框图、图10所示的系统的主控和人机交互电路结构图和图11所示的系统的超声波频率控制系统框图中：
系统的超声波频率控制系统由比较环节
Figure GDA0002362008710000091
频率控制环节Cf、转换处理环节Tr(c)、放大环节>(d，e)、换能执行环节Ex(f，g)和频率转换反馈环节Fd构成。
所设置的超声波处理给定频率fR与超声波处理反馈频率fF为在存储于控制器芯片UC的比较环节
Figure GDA0002362008710000092
中比较，产生偏差频率Δf；经存储于控制器芯片UC的频率控制环节Cf计算处理，偏差频率Δf转换成为偏差PWM脉宽占空比Δ(τ/Tτ)；偏差PWM脉宽占空比Δ(τ/Tτ)经转换处理环节Tr(c)转换为PWM脉宽占空比τ/Tτ；在放大环节>(d，e)中，PWM脉宽占空比τ/Tτ控制该环节的换能驱动电压v；换能驱动电压v经换能执行环节Ex(f，g)的匹配、谐振，产生换能驱动电流i；经频率转换反馈环节Fd计算处理，换能驱动电压v和换能驱动电流i转换为超声波处理反馈频率fF引入比较环节
Figure GDA0002362008710000093

Claims (6)

1.一种实验室超声波生物处理系统，为以系统的信号处理、控制部作为核心环节、超声波处理执行部h作为执行环节的全闭环控制系统；其特征是：
超声波生物处理系统的电源部a将220V交流电变换为三个等级恒定直流电压；并通过系统的母线电源正极接线端EV、系统驱动电路工作电源正极接线端E1和控制电路工作电源正极接线端E输出；超声波生物处理系统的调功部b在系统的调功、模式控制信号PC控制下输出所需母线电压及其连续时长；系统的PWM驱动部c在正弦占空比PW控制信号Dsin控制下输出PWM驱动控制信号Dr；系统的PWM逆变部d在PWM驱动控制信号Dr控制下截切母线电压时长，形成母线电压正弦波PW序列；超声波生物处理系统的功率匹配部e、系统的频带切换部f和超声波生物处理系统的频带匹配部g在频带匹配控制信号FC控制下切换、匹配输出功率、电感值段和换能器；同时，从超声波生物处理系统的功率匹配部e产生功率匹配电压反馈信号v输出，从超声波生物处理系统的频带匹配部g产生频带匹配电流反馈信号i输出；系统的超声波处理执行部h在所产生超声波作用下处理生成目标物，并通过所配传感器产生处理槽目标物浓度反馈信号De输出；系统的信号处理、控制部i分别从超声波生物处理系统的功率匹配部e、超声波生物处理系统的频带匹配部g和系统的超声波处理执行部h接收功率匹配电压反馈信号v、频带匹配电流反馈信号i和处理槽目标物浓度反馈信号De反馈，分别向超声波生物处理系统的调功部b、系统的PWM驱动部c和系统的频带切换部f输出系统的调功、模式控制信号PC、正弦占空比PW控制信号Dsin和频带匹配控制信号FC；系统的人机交互部j从系统的信号处理、控制部i接收频率显示数据fS、功率显示数据PS和效率显示数据Ef予以显示，通过屏幕操作向系统的信号处理、控制部i输出处理工作脉振次数数据KR、处理工作模式选择数据MR、频率设置数据FR和功率设置数据PR。
2.根据权利要求1所述的实验室超声波生物处理系统，其特征是：
超声波生物处理系统的工作电源电路为以SD4842型PWM控制器芯片UP作为核心器件的三路AC-DC电路；
220V市电通过电源开关Kp引入整流桥Br的两交流输入端；整流桥Br的正极输出端连接到系统的母线电源正极接线端EV，同时与第一滤波电容CP1的正极连接；整流桥Br的负极输出端接执行电路地；第一滤波电容CP1的负极接执行电路地；吸收电容CP2与吸收电阻RP1并联，该吸收电容CP2与吸收电阻RP1的并联支路的一端与第一滤波电容CP1的正极连接，另一端与吸收二极管DP1的负极连接；吸收二极管DP1的正极与电源电路PWM控制器芯片UP的6、7、8脚连接；电源电路PWM控制器芯片UP的1、2脚接执行电路地；电源电路PWM控制器芯片UP的3脚与第二滤波电容CP3的正极连接，第二滤波电容CP3的负极接执行电路地；电源电路PWM控制器芯片UP的4脚通过缓冲电容CP4接执行电路地；电源电路PWM控制器芯片UP的5脚悬空；分压电阻RP2跨接在第一滤波电容CP1的正极与电源电路PWM控制器芯片UP的3脚之间；
输出变压器TrP的输出变压器原绕组W1同名端连接到第一滤波电容CP1的正极，其异名端连接到电源电路PWM控制器芯片UP的6、7、8脚；输出变压器TrP的输出变压器检测绕组W2同名端通过限流电阻RP3与整流二极管DP2的正极连接，整流二极管DP2的负极连接到电源电路PWM控制器芯片UP的3脚；输出变压器TrP的输出变压器检测绕组W2异名端接执行电路地；输出变压器TrP的输出变压器第一副绕组W3异名端和输出变压器第二副绕组W4异名端均接地；输出变压器TrP的输出变压器第一副绕组W3同名端和输出变压器第二副绕组W4同名端分别与控制电路工作电源整流二极管DP3的正极和系统驱动电路工作电源整流二极管DP4的正极连接；控制电路工作电源整流二极管DP3的负极同时与控制电路工作电源第一滤波电容CP5的正极及控制电路工作电源滤波电感LP1的一端连接；控制电路工作电源第一滤波电容CP5的负极接地；控制电路工作电源滤波电感LP1的另一端与控制电路工作电源第二滤波电容CP6的正极连接，该控制电路工作电源滤波电感LP1另一端与控制电路工作电源第二滤波电容CP6正极的连接点连接到工作电源正极接线端E；控制电路工作电源第二滤波电容CP6的负极接地；系统驱动电路工作电源整流二极管DP4的负极同时与系统驱动电路工作电源第一滤波电容CP7的正极及系统驱动电路工作理电源滤波电感LP2的一端连接；系统驱动电路工作电源第一滤波电容CP7的负极接地；系统驱动电路工作理电源滤波电感LP2的另一端与系统驱动电路工作电源第二滤波电容CP8的正极连接，该系统驱动电路工作理电源滤波电感LP2另一端与系统驱动电路工作电源第二滤波电容CP8正极的连接点连接到信号处理电源正极接线端E1；系统驱动电路工作电源第二滤波电容CP8的负极接地；
反馈限流电阻RP4的一端连接到信号处理电源正极接线端E1，另一端与TLP521-1型反馈光耦器件LCP的1脚连接；反馈分压第一电阻RP5的一端连接到信号处理电源正极接线端E1，另一端与反馈分压第二电阻RP6的一端连接；反馈分压第二电阻RP6的另一端接地；TL431型基准电压源器件U6的负极与反馈光耦器件LCP的2脚连接，基准电压源器件U6的正极接地，基准电压源器件U6的控制极连接到与反馈分压第一电阻RP5与反馈分压第二电阻RP6的连接点；自激吸收电容CP9跨接在基准电压源器件U6的负极与控制极之间；反馈光耦器件LCP的3脚接执行电路地，反馈光耦器件LCP的4脚与电源电路PWM控制器芯片UP的4脚连接。
3.根据权利要求1所述的实验室超声波生物处理系统，其特征是：
系统的调功和模式设置电路为以MOSFET调功开关QPM为核心器件的PW控制电路；调功第一滤波电容CPM1的正极连接到系统的母线电源正极接线端EV，同时与MOSFET调功开关QPM的漏极连接；调功信号隔离光耦LCPw的正极输出端连接到调功信号或门二极管DPw的负极；模式信号隔离光耦LCMd的正极输出端连接到模式信号或门二极管DMd的负极；调功信号或门二极管DPw的正极和模式信号或门二极管DMd的正极同时与分压二极管DPM的正极连接，并通过或门上拉电阻RPb与连接到系统的母线电源正极接线端EV；与分压二极管DPM的正极连接；门级电压分压电阻RPg跨接在MOSFET调功开关QPM的漏极与栅极之间；门级触发电阻RPc跨接在MOSFET调功开关QPM的栅极与触发信号放大三极管TP的集电极之间；触发信号放大三极管TP的基极与分压二极管DPM的负极连接；分压二极管DPM的发射极接地；MOSFET调功开关QPM的源极同时连接到调功续流二极管DwP的负极和调功滤波电感LPM的一端；调功续流二极管DwP的正极接地；调功滤波电感LPM的另一端与调功第二滤波电容CPM1的正极连接，同时连接到PWM逆变母线电源正极接线端EP；调功第二滤波电容CPM1的负极接地。
4.根据权利要求1所述的实验室超声波生物处理系统，其特征是：
系统的PWM驱动和逆变电路分别为以IR2110型逆变桥左臂驱动芯片DrA、逆变桥右臂驱动芯片DrB为核心的PWM驱动电路和以增强型MOSFET逆变桥左臂驱动高端MOSFET开关QHA、逆变桥左臂驱动低端MOSFET开关QLA、、逆变桥右臂驱动高端MOSFET开关QHB和逆变桥右臂驱动低端MOSFET开关QLB为核心的逆变电路；
逆变桥左臂驱动逻辑低端输入信号隔离光耦LCLA的正极输出端A、逆变桥左臂驱动逻辑高端输入信号隔离光耦LCHA的正极输出端、逆变桥右臂驱动逻辑低端输入信号隔离光耦LCLB的正极输出端和逆变桥右臂驱动逻辑高端输入信号隔离光耦LCHB的正极输出端均连接到信号处理电源正极接线端E1；逆变桥左臂驱动逻辑低端输入信号隔离光耦LCLA的负极输出端通过逆变桥左臂驱动逻辑低端输入信号端TLA连接到逆变桥左臂驱动芯片DrA的LIN引脚；逆变桥左臂驱动逻辑高端输入信号隔离光耦LCHA的负极输出端通过逆变桥左臂驱动逻辑高端输入信号端THA连接到逆变桥左臂驱动芯片DrA的HIN引脚；逆变桥右臂驱动逻辑低端输入信号隔离光耦LCLB的负极输出端通过逆变桥右臂驱动逻辑低端输入信号端TLB连接到逆变桥右臂驱动芯片DrB的LIN引脚；逆变桥右臂驱动逻辑高端输入信号隔离光耦LCHB的负极输出端通过逆变桥右臂驱动逻辑高端输入信号端THB连接到逆变桥右臂驱动芯片DrB的HIN引脚；
逆变桥左臂驱动芯片DrA的VCC引脚和逆变桥右臂驱动芯片DrB的VCC引脚均连接到信号处理电源正极接线端E1；逆变桥左臂驱动芯片DrA的Com引脚和逆变桥右臂驱动芯片DrB的Com引脚均通过逆变桥驱动芯片公共端TCO接地；逆变桥左臂驱动芯片DrA的Vb引脚和逆变桥右臂驱动芯片DrB的Vb引脚分别与逆变桥左臂驱动自举二极管DVbA的负极和逆变桥右臂驱动自举二极管DrB的负极连接；逆变桥左臂驱动自举二极管DVbA的正极和逆变桥右臂驱动自举二极管DrB的在极均连接到信号处理电源正极接线端E1；逆变桥左臂驱动芯片DrA的VS引脚通过逆变桥左臂驱动自举平波电容CVA1和逆变桥左臂驱动自举电容CVA2的并联支路与逆变桥左臂驱动芯片DrA的Vb引脚连接；逆变桥左臂驱动自举电容CVA2的正极与逆变桥左臂驱动芯片DrA的Vb引脚连接，负极与逆变桥左臂驱动芯片DrA的VS引脚连接；逆变桥右臂驱动芯片DrB的VS引脚通过逆变桥右臂驱动自举平波电容CVB1和逆变桥左臂驱动自举电容CVB2的并联支路与逆变桥右臂驱动芯片DrB的Vb引脚连接；逆变桥右臂驱动自举电容CVB1的正极与逆变桥右臂驱动芯片DrB的Vb引脚连接，负极与逆变桥右臂驱动芯片DrB的VS引脚连接；
逆变桥左臂驱动芯片DrA的HO引脚通过逆变桥左臂驱动高端耦合电阻RHA连接到逆变桥左臂驱动高端MOSFET开关QHA的栅极；逆变桥左臂驱动芯片DrA的LO引脚通过逆变桥左臂驱动低端耦合电阻RLA连接到逆变桥左臂驱动低端MOSFET开关QLA的栅极；逆变桥右臂驱动芯片DrB的HO引脚通过逆变桥右臂驱动高端耦合电阻RHB连接到逆变桥右臂驱动高端MOSFET开关QHB的栅极；逆变桥右臂驱动芯片DrB的LO引脚通过逆变桥右臂驱动低端耦合电阻RLB连接到逆变桥右臂驱动低端MOSFET开关QLB的栅极；
逆变桥左臂驱动高端MOSFET开关QHA的漏极和逆变桥左臂驱动低端MOSFET开关QLA的漏极均连接到PWM逆变母线电源正极接线端EP；逆变桥左臂驱动高端MOSFET开关QHA的源极和逆变桥右臂驱动高端MOSFET开关QHB的源极分别与逆变桥左臂驱动低端MOSFET开关QLA的漏极和逆变桥右臂驱动低端MOSFET开关QLB的漏极连接；逆变桥左臂驱动低端MOSFET开关QLB的源极和逆变桥右臂驱动低端MOSFET开关QLB的源极通过逆变桥驱动芯片公共端TCO接地；逆变桥母线滤波电容CPWM的正极连接到PWM逆变母线电源正极接线端EP，负极通过逆变桥驱动芯片公共端TCO接地；逆变桥左臂驱动高端MOSFET开关QHA的源极与逆变桥左臂驱动低端MOSFET开关QLA的连接点连接到功率匹配输出电压上端子Tv；逆变桥右臂驱动高端MOSFET开关QHB的源极与逆变桥右臂驱动低端MOSFET开关QLB的连接点连接到功率匹配输出电压下端子Tv0。
5.根据权利要求1所述的实验室超声波生物处理系统，其特征是：
系统的功率匹配和频带切换电路为以频带匹配电感线圈WL为核心器件的匹配电路和以第一频带投切继电器J1、第二频带投切继电器J2和第三频带投切继电器J3为核心器件的切换电路；
第一频带继电器驱动信号隔离光耦LCJ1的正极输出端连接到第一频带继电器驱动信号端TmJ1，负极输出端接地；第二频带继电器驱动信号隔离光耦LCJ2的正极输出端连接到第二频带继电器驱动信号端TmJ2，负极输出端接地；第三频带继电器驱动信号隔离光耦LCJ3的正极输出端连接到第三频带继电器驱动信号端TmJ3，负极输出端接地；
第一频带继电器驱动三极管TJ1的基极通过第一频带继电器驱动信号耦合电阻RJ1连接到第一频带继电器驱动信号端TmJ1；第一频带继电器驱动三极管TJ1的发射极串联第一频带投切继电器J1接地；第二频带继电器驱动三极管TJ2的基极通过第二频带继电器驱动信号耦合电阻RJ2连接到第二频带继电器驱动信号端TmJ2；第二频带继电器驱动三极管TJ2的发射极串联第二频带投切继电器J2接地；第三频带继电器驱动三极管TJ3的基极通过第三频带继电器驱动信号耦合电阻RJ3连接到第三频带继电器驱动信号端TmJ3；第三频带继电器驱动三极管TJ3的发射极串联第三频带投切继电器J3接地；第一频带继电器驱动三极管TJ1的集电极、第二频带继电器驱动三极管TJ2的集电极和第三频带继电器驱动三极管TJ3的集电极均连接到信号处理电源正极接线端E1；
频带匹配电感线圈WL的频带匹配电感线圈始端TL0连接到功率匹配输出电压上端子Tv；第一频带投切继电器常开接点J1-1通过第一频带换能器驱动投切接线端TZ1与第一频带换能器Z1串联，该第一频带投切继电器常开接点J1-1通过第一频带换能器驱动投切接线端TZ1与第一频带换能器Z1的串联支路跨接在功率匹配输出电压下端子Tv0与频带匹配电感线圈WL的第一频带换能器匹配接线端TL1之间；第二频带投切继电器常开接点J2-1通过第二频带换能器驱动投切接线端TZ2与第二频带换能器Z2串联，该第二频带投切继电器常开接点J2-1通过第二频带换能器驱动投切接线端TZ2与第二频带换能器Z2的串联支路跨接在功率匹配输出电压下端子Tv0与频带匹配电感线圈WL的第二频带换能器匹配接线端TL2之间；第三频带投切继电器常开接点J3-1通过第三频带换能器驱动投切接线端TZ3与第三频带换能器Z3串联，该第三频带投切继电器常开接点J3-1通过第三频带换能器驱动投切接线端TZ3与第三频带换能器Z3的串联支路跨接在功率匹配输出电压下端子Tv0与频带匹配电感线圈WL的第三频带换能器匹配接线端TL3之间。
6.根据权利要求1所述的实验室超声波生物处理系统，其特征是：：
系统的主控和人机交互电路为以Mega16型单片机控制器芯片UC为核心的控制、操作电路；
触摸屏显示模块UD的VCC引脚连接到控制电路工作电源正极接线端E，其GND引脚接地；触摸屏显示模块UD的WR引脚连接到控制器芯片UC的PD0引脚，其RD引脚连接到控制器芯片UC的PD1引脚；
控制系统启动键KM与启动信号缓冲电阻RKM串联，控制器芯片UC的PA0引脚通过该控制系统启动键KM与启动信号缓冲电阻RKM的串联支路接地；启动信号缓冲电容CKM跨接在控制器芯片UC的PA0引脚与地之间；控制器芯片UC的PA1引脚、PA2引脚、PA3引脚、PA4引脚和PA5引脚分别连接到声强信号输出端子FS、处理槽效率信号输出端子FD、电压信号输出端子FV、电流信号输出端子FI和频率反馈输出端子FF；控制器芯片UC的XTAL1引脚通过第一自激电容Cp1接地，其XTAL2引脚通过第二自激电容Cp2接地；晶振Cf跨接在控制器芯片UC的XTAL1引脚与XTAL2引脚之间；
控制器芯片UC的VCC引脚连接到控制电路工作电源正极接线端E；控制器芯片UC的PC5引脚、PC4引脚、PC3引脚、PC2引脚、PC1引脚和PC0引脚分别通过光耦LCPw分压电阻RPC5、光耦LCMd分压电阻RPC4、光耦LCHA分压电阻RPC3、光耦LCLA分压电阻RPC2、光耦LCHB分压电阻RPC1和光耦LCLB分压电阻RPC0连接到光耦LCPw的输入端正极、光耦LCMd的输入端正极、光耦LCHA的输入端正极、光耦LCLA的输入端正极、光耦LCHB的输入端正极和光耦LCLB的输入端正极；光耦LCPw的输入端负极、光耦LCMd的输入端负极、光耦LCHA的输入端负极、光耦LCLA的输入端负极、光耦LCHB的输入端负极和光耦LCLB的输入端负极均接地；控制器芯片UC的PB2引脚、PB1引脚和PB0引脚分别通过光耦LCJ1分压电阻RPB2、光耦LCJ2分压电阻RPB1和光耦LCJ3分压电阻RPB0连接到光耦LCJ1的输入端正极、光耦LCJ2的输入端正极和光耦LCJ3的输入端正极；光耦LCJ1的输入端负极、光耦LCJ2的输入端负极和光耦LCJ3的输入端负极均接地；控制器芯片UC的RESET非引脚通过重置信号上拉电阻RR1连接到控制电路工作电源正极接线端E；控制器芯片UC的RESET非引脚通过重置信号缓冲电阻RR2与控制器重置按键KR的串联支路接地；控制器芯片UC的RESET非引脚通过重置信号缓冲电容CR接地；控制器芯片UC的GND引脚接地。
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