CN113532627A - 一种多路驱动信号的功率监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多路驱动信号的功率监测装置，该装置包括依次连接的：控制模块：用以生成控制信号，确定当前进行功率检测的驱动信号通道；通道切换模块：用以接收控制信号并进行功率检测的驱动信号通道的切换；功率检测模块：耦合、计算并显示当前通道驱动信号的入射功率和反射功率。与现有技术相比，本发明具有多路不同类型驱动信号的功率监测、可拓展、非侵入功率监测等优点。
Description
技术领域
本发明涉及多阵元超声系统，尤其是涉及一种多路驱动信号的功率监测装置。
背景技术
多阵元超声系统常应用于高强度聚焦超声(high-intensity focusedultrasound,HIFU)治疗中，HIFU消融肿瘤的原理是将超声能量聚焦在靶区使该区域附近组织细胞发生蛋白质凝固性坏死，进而完成治疗，HIFU声功率由驱动信号的功率决定，因此监测多阵元超声系统中每路驱动信号的功率，有利于保证治疗的安全性与有效性。
中国专利(申请号：201720089620.6，申请日期：2017年1月19日，申请人：深圳国人通信股份有限公司)“用于多路射频信号检测的功率检测装置”中公开了一种用于多路射频信号功率检测的装置，包括输入接口、射频开关部分、功率检测部分、微处理器和温度检测部分，但其存在一些不足：
(1)该装置仅用于输入信号的功率检测，不存在输出，只能接入电路末端，无法连接后续电路；
(2)该装置应用于多系统合路平台，而非多阵元超声系统。
中国专利(申请号：200710077551.8，申请日期：2007年11月29日，申请人：广东省深圳市南山区高新技术产业园科技南路中兴通讯大厦法务部)“一种功率放大器的批量检测方法和装置”中公开了一种用于批量检测功率放大器输出功率的装置，包括功率分路模块、大功率衰减模块、功率检测模块和控制电路模块，可以在不增加仪器的条件下增加功率放大器生产时的检测速度和效率，但其也存在一些不足之处：
(1)该装置只针对于功率放大器的输出功率进行检测，并不能用于功率放大器和负载工作状态下的在线检测；
(2)难以应用于多阵元超声系统。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种多路驱动信号的功率监测装置。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种多路驱动信号的功率监测装置，该装置包括依次连接的：
控制模块：用以生成控制信号，确定当前进行功率检测的驱动信号通道；
通道切换模块：用以接收控制信号并进行功率检测的驱动信号通道的切换；
功率检测模块：耦合、计算并显示当前通道驱动信号的入射功率和反射功率。
所述的控制模块和多路驱动信号连接，用以根据多路驱动信号的工作通道数量、信号类型和占空比确定每路通道功率检测所需时间，并生成相应的控制信号。
所述的驱动信号的类型包括连续波和脉冲波。
其特征在于，所述的控制模块根据驱动信号类型选择在多路驱动信号的关或开状态下进行切换。
所述的通道切换模块为继电器阵列，其内加设屏蔽材料，用以实现驱动信号之间的电气隔离以及每路信号通道的高压电磁屏蔽。
所述的通道切换模块切换功率检测的驱动信号通道的切换时间不长于10ms。
所述的功率检测模块包括依次连接的功率耦合单元和功率计算单元，所述的功率耦合单元分别连接多路驱动信号和超声换能器阵列，用以实现对当前通道驱动信号的入射功率和反射功率进行耦合。
所述的功率检测模块通过通道切换模块接入当前检测功率的驱动信号通路，其响应时间不超过1μs，插入损耗不高于0.04dB。
所述的功率耦合单元的端口阻抗为50Ω，工作频带为0.5～5MHz，耦合系数不小于20dB。
所述的功率计算单元接收功率耦合单元的输出，通过双定向耦合器耦合出入射功率和反射功率输入功率检波板，并根据功率检波板的输出曲线获得入射功率和反射功率，具体为：
P＝kU+U0
其中，P为功率检波板的输入功率，U为功率检波板对应功率信号的输出电压，k为功率检波板输出曲线的斜率，U0为功率检波板对应曲线截距。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明针对多阵元超声系统，通过开关切换实现对多路换能器的功率监测。
一、本发明可拓展至多路驱动信号的功率监测：采用继电器阵列实现单个功率检测模块的时分复用，进而可监测多阵元超声系统中各换能器的驱动信号。
二、本发明能够实现多路不同类型驱动信号的功率监测：根据通道数量，信号的频率、类型和占空比等确定控制信号，可实现多通道连续波或者脉冲波的功率监测。
三、实现非侵入的功率监测：功率检测模块既不会破坏驱动信号和换能器的现有连接，也不会影响驱动信号的功率。
附图说明
图1为本发明的多路驱动信号的功率监测装置的结构框图。
图2为实施例中四路驱动信号的功率监测装置示意图。
图中标记说明：
1、控制模块，2、通道切换模块，3、功率检测模块，4、多路驱动信号，5、多阵元超声换能器阵列，31、功率耦合模块，32、功率计算单元。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，本发明提供一种用于多阵元超声系统多路驱动信号的功率监测装置，该装置包括控制模块1、通道切换模块2和功率检测模块3，控制模块1、通道切换模块2和功率检测模块3依次连接。
控制模块1：根据每路驱动信号的频率和类型(连续波或脉冲波)，生成合适的控制信号用于多路驱动信号的入射功率和反射功率的检测；
通道切换模块2：切换用于功率检测的驱动信号通道，并实现每路信号通道的高压电磁屏蔽；
功率检测模块3：耦合、计算并显示当前通道驱动信号的入射功率和反射功率。
实施例
下面以四路驱动信号的功率监测装置为例进行进一步说明。
如图2所示，四路驱动信号从上至下命名为驱动信号#1、驱动信号#2、驱动信号#3和驱动信号#4，信号波形为正弦波，频率为1MHz，有效值40～80mV，经过功率放大器后输入进入通道切换模块，四阵元超声换能器阵列从上至下对应的命名为换能器#1、换能器#2、换能器#3和换能器#4。
在本实施例中，控制模块1，包含具有计算和输出功能的芯片或设备，向通道切换模块2发出指令控制切换功率检测模块连接的驱动信号通道，控制模块1采用微控制器，带有系统时钟完成计时功能和数字输出管脚，可输出3.3V或0的高低电平，从而控制通道切换模块2即继电器阵列(继电器#1、#2、#3和#4)的连接状态。
在本实施例中，实现通道切换模块为继电器#1、#2、#3和#4，该继电器吸合时间与释放时间均小于或等于10ms，切换速度快，且可由微控制器发出的高低电平信号控制其连接状态，图中虚线表示微控制器输出控制信号控制继电器开闭状态。此外，该继电器采用的是双刀四掷开关，保证驱动信号之间不存在电气连接；同时为防止电磁干扰影响后续数字电路的正常工作，每个继电器都使用高压隔离手段。
在本实施例中，功率检测模块3通过通道切换模块2接入四路驱动信号，在插入损耗不超过0.04dB条件下传输驱动信号，功率检测模块3通过通道切换模块1连入当前通道的驱动信号，以驱动信号#1和换能器#1组成的通道为例，当继电器#1与下端连接，而其他继电器上端连接时，驱动信号#1会经过通道切换模块2至功率检测模块3，再经由通道切换模块最终到达换能器#1，而信号#2至信号#4则直接通过通道切换模块接入换能器#2至换能器#4，此状态下即检测驱动信号#1的功率。
在本实施例中，功率检测模块3输出可读的功率信息，包括入射功率和反射功率，功率检测模块可返回可读的驱动功率信息，在以上实施例中，使用双定向耦合器和功率检波板，可返回当前驱动信号#1和换能器#1组成通道的入射功率和反射功率。
在本实施例中，通道切换模块2包括功率检测模块两端的实现切换的继电器及各电气元件间的连接通路。如上，可检测驱动信号#1和换能器#1组成通道的功率，切换检测通道时，需利用继电器及各电气元件间的连接通路，当要切换检测驱动信号#2和换能器#2组成通道的功率时，将继电器#1与上端连接，继电器#2与下端连接，其余保持不变，这样功率检测模块经由通道切换模块连入驱动信号#2和换能器#2中间，此时可以检测驱动信号#2的功率。
在本实施例中，通道切换模块2可同时连接多路驱动信号和多阵元超声换能器阵列，由微控制器控制，依次将单路驱动信号和单个换能器负载经由功率检测模块连接，完成多路驱动信号的功率检测。本实施例中，四路驱动信号连接至通道切换模块，四阵元超声换能器阵列连接至通道切换模块对应的接口；微控制器通过高低电平切换继电器的连接状态，从而切换功率检测模块连接的通道，如上例从驱动信号#1和换能器#1通道到驱动信号#2和换能器#2通道，并以此类推，检测完所有通道。
在本实施例中，多路驱动信号的功率监测装置，可用于检测连续波的功率，也可用于检测脉冲波的功率。当检测脉冲波时，使用微控制器控制通道切换模块将功率检测模块连入某通道后，应保证检测到的功率为该通道有脉冲波时的功率数值。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (10)
1.一种多路驱动信号的功率监测装置，其特征在于，该装置包括依次连接的：
控制模块(1)：用以生成控制信号，确定当前进行功率检测的驱动信号通道；
通道切换模块(2)：用以接收控制信号并进行功率检测的驱动信号通道的切换；
功率检测模块(3)：耦合、计算并显示当前通道驱动信号的入射功率和反射功率。
2.根据权利要求1所述的一种多路驱动信号的功率监测装置，其特征在于，所述的控制模块(1)和多路驱动信号(4)连接，用以根据多路驱动信号(4)的工作通道数量、信号类型和占空比确定每路通道功率检测所需时间，并生成相应的控制信号。
3.根据权利要求2所述的一种多路驱动信号的功率监测装置，其特征在于，所述的驱动信号的类型包括连续波和脉冲波。
4.根据权利要求1、2或3任一项所述的一种多路驱动信号的功率监测装置，其特征在于，所述的控制模块(1)根据驱动信号类型选择在多路驱动信号(4)的关或开状态下进行切换。
5.根据权利要求1所述的一种多路驱动信号的功率监测装置，其特征在于，所述的通道切换模块(2)为继电器阵列，其内加设屏蔽材料，用以实现驱动信号之间的电气隔离以及每路信号通道的高压电磁屏蔽。
6.根据权利要求5所述的一种多路驱动信号的功率监测装置，其特征在于，所述的通道切换模块(2)切换功率检测的驱动信号通道的切换时间不长于10ms。
7.根据权利要求1所述的一种多路驱动信号的功率监测装置，其特征在于，所述的功率检测模块(3)包括依次连接的功率耦合单元(31)和功率计算单元(32)，所述的功率耦合单元(31)分别连接多路驱动信号(4)和超声换能器阵列(5)，用以实现对当前通道驱动信号的入射功率和反射功率进行耦合。
8.根据权利要求7所述的一种多路驱动信号的功率监测装置，其特征在于，所述的功率检测模块(3)通过通道切换模块(2)接入当前检测功率的驱动信号通路，其响应时间不超过1μs，插入损耗不高于0.04dB。
9.根据权利要求7所述的一种多路驱动信号的功率监测装置，其特征在于，所述的功率耦合单元(31)的端口阻抗为50Ω，工作频带为0.5～5MHz，耦合系数不小于20dB。
10.根据权利要求7所述的一种多路驱动信号的功率监测装置，其特征在于，所述的功率计算单元(32)接收功率耦合单元(31)的输出，通过双定向耦合器耦合出入射功率和反射功率输入功率检波板，并根据功率检波板的输出曲线获得入射功率和反射功率，具体为：
P＝kU+U0
其中，P为功率检波板的输入功率，U为功率检波板对应功率信号的输出电压，k为功率检波板输出曲线的斜率，U0为功率检波板对应曲线截距。
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