CN114247053B - 一种用于射频美容仪的自适应变频系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于射频美容仪的自适应变频系统，射频美容仪包括射频电极，所述射频电极工作时与目标皮肤接触，并向目标皮肤发射射频信号，自适应变频系统包括：超声波发射器，用于向目标皮肤发射超声波信号；超声波接收器，用于接收目标皮肤反射的超声波回波信号；微处理器，分别与射频电极、超声波发射器及超声波接收器连接，用于根据超声波信号的信号幅度及超声波回波信号，确定目标皮肤的厚度，根据目标皮肤的厚度生成调整射频信号的射频频率的控制信号，并将控制信号发送至射频电极；提高了射频频率调节的精准度，且根据目标皮肤的不同厚度自适应调节视频频率，提高了加热的均匀性。

Description

一种用于射频美容仪的自适应变频系统

技术领域

本发明涉及美容仪控制领域，特别是涉及一种用于射频美容仪的自适应变频系统。

背景技术

射频是一种高频交流变化的电磁波，频率在300KHz～300GHz之间，可以穿透表皮层，加热真皮层胶原蛋白，刺激胶原蛋白的增长。射频美容仪器发出的无线电波射入真皮层结缔组织，引发组织的自然电阻运动产生热能。由于胶原纤维在五十五摄氏度至七十摄氏度时会立即产生收缩的特性，射频会造成皮肤即时的紧致感。与此同时，射频电波还会刺激真皮层再生新的胶原纤维。

射频技术的划分是产生射频信号的电极头的划分，以及射频信号的划分；电极头目前可以划分为单极、双极以及多极。而不论使用单极、双极或者多极，其释放的射频频率均分为两种：

1、频率固定的射频能量，设备监测到皮肤达到指定温度后射频停止释放，设备监测到皮肤温度下降后射频再开机加热，即设备所发射出的射频能量聚焦深度恒定，不可调节，在皮肤表皮层较厚的位置加热效率低，浪费时间，在皮肤表皮层较薄的位置加热效率高，但皮肤升温更快，即存在加热不均匀，且加热效率低、浪费时间的问题。

2、频率根据预设的方式编程好以对应不同的档位，不同的档位分别对应快速加热，中速加热以及慢速加热，运行原理和频率固定射频类似。虽然设备所发射出的射频能量可以手动调节档位，但不会随皮肤表皮层厚度的变化而变化，同样会导致加热不均匀，浪费时间的问题。

因此，传统家用射频美容仪射频信号频率恒定或遵循预先设定的变化规律，其工作频率一般设置在1MHz至4MHz之间不变。然而对不同位置的靶点，如眼皮，额头，脸颊等，皮肤表皮层至真皮层厚度不同，但由于传统射频美容仪频率恒定，聚焦加热位置深度不变，导致能量聚集加热区域可能作用不到准确的真皮层。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于射频美容仪的自适应变频系统，可自适应调节射频的频率，并提高频率调节的精准度及目标皮肤加热的均匀性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种用于射频美容仪的自适应变频系统，所述射频美容仪包括射频电极，所述射频电极工作时与目标皮肤接触，并向目标皮肤发射射频信号，所述用于射频美容仪的自适应变频系统包括：

超声波发射器，工作时与目标皮肤接触，用于向所述目标皮肤发射超声波信号；

超声波接收器，工作时与目标皮肤接触，用于接收所述目标皮肤反射的超声波回波信号；

微处理器，分别与所述射频电极、所述超声波发射器及所述超声波接收器连接，用于根据所述超声波信号的信号幅度及所述超声波回波信号，确定目标皮肤的厚度，根据所述目标皮肤的厚度生成调整射频信号的射频频率的控制信号，并将所述控制信号发送至所述射频电极。

可选地，所述微处理器还用于控制所述超声波发射器向所述目标皮肤发射4.5个周期的超声波。

可选地，所述超声波信号为：

其中，f(t)为超声波信号，A₀为超声波信号的信号幅度，w为超声波信号的角频率，

为超声波信号的初相，t为当前时刻，sin()为求正弦函数。

可选地，所述微处理器包括：

补偿单元，与所述超声波接收器连接，用于对所述超声波回波信号进行幅度补偿，得到增益回波信号；

检测单元，与所述补偿单元连接，用于检测所述增益回波信号的信号变化趋势曲线；

厚度确定单元，与所述检测单元连接，用于根据所述信号变化趋势曲线的第一波峰位置和第五波峰位置，确定目标皮肤的厚度；所述第一波峰位置表示超声波信号穿过目标皮肤的表皮层的采样时刻，所述第五波峰位置表示超声波信号到达目标皮肤的真皮层上表面的采样时刻；

射频频率确定单元，与所述厚度确定单元连接，用于根据所述目标皮肤的厚度，确定射频频率；

控制单元，分别与所述射频频率确定单元及所述射频电极连接，用于根据所述射频频率生成调整射频信号的射频频率的控制信号。

可选地，根据以下公式，确定增益回波信号：

f′_c(t)＝f′(t)×A₀R(t)e^-αγ；

R(t)＝(Z₁-Z₂)/(Z₁+Z₂)；

其中，f′_c(t)为增益回波信号，f′(t)为超声波回波信号，A₀为超声波信号的信号幅度，R(t)为t时刻超声波信号在目标皮肤位置上的反射率，α为目标皮肤对超声波信号的平均幅度衰减系数，γ为超声波信号在目标皮肤中的传输深度，Z₁为超声波信号在t时刻前途经的组织声阻抗，Z₂为超声波信号在t时刻后途经的组织声阻抗。

可选地，根据以下公式，确定目标皮肤的厚度：

h＝c(K₅-K₁)/2f_s；

其中，h为目标皮肤的厚度，c为超声波在皮肤中的传播速度，K₅为第五波峰位置，K₁为第一波峰位置，f_s为回波采样频率。

可选地，根据以下公式，确定射频频率：

其中，δ为射频频率，δ₀为初始射频频率，∈为频率修正系数，h₀为默认皮肤厚度，h为目标皮肤的厚度。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：通过超声波发射器向目标皮肤发射超声波信号，超声波接收器接收目标皮肤反射的超声波回波信号，基于超声回波信号检测目标皮肤的厚度，再根据目标皮肤的厚度自适应动态调节美容仪射频电极的射频频率大小，提高了射频频率调节的精准度，且根据目标皮肤的不同厚度自适应调节射频频率，提高了对目标皮肤加热的均匀性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明用于射频美容仪的自适应变频系统的模块结构示意图；

图2为本发明用于射频美容仪的自适应变频系统的使用流程图；

图3为目标皮肤靶点位置(真皮层)较浅时的射频频率示意图；

图4为目标皮肤靶点位置(真皮层)居中时的射频频率示意图；

图5为目标皮肤靶点位置(真皮层)较深时的射频频率示意图；

图6为目标皮肤的厚度h与射频频率δ之间关系的示意图。

符号说明：

目标皮肤-1，超声波发射器-2，超声波接收器-3，微处理器-4，补偿单元-41，检测单元-42，厚度确定单元-43，射频频率确定单元-44，控制单元-45，射频电极-5。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种用于射频美容仪的自适应变频系统，通过超声波发射器向目标皮肤发射超声波信号，超声波接收器接收目标皮肤反射的超声波回波信号，基于超声回波信号检测目标皮肤的厚度，再根据目标皮肤的厚度自适应动态调节美容仪射频电极的射频频率大小，提高了射频频率调节的精准度，且根据目标皮肤的不同厚度自适应调节视频频率，提高了加热的均匀性。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明用于射频美容仪的自适应变频系统包括：超声波发射器2、超声波接收器3及微处理器4。射频美容仪包括射频电极5，所述射频电极5工作时与目标皮肤1接触，并向目标皮肤1发射射频信号。

其中，所述超声波发射器2工作时与目标皮肤1接触，所述超声波发射器2用于向所述目标皮肤1发射超声波信号。优选地，所述目标皮肤1为面部皮肤。在本实施例中，通过微处理器4控制所述超声波发射器2向所述目标皮肤1发射4.5个周期的超声波。

具体地，所述超声波信号为：

其中，f(t)为超声波信号，A₀为超声波信号的信号幅度，w为超声波信号的角频率，

为超声波信号的初相，t为当前时刻，sin()为求正弦函数。

所述超声波接收器3工作时与目标皮肤1接触，所述超声波接收器3用于接收所述目标皮肤1反射的超声波回波信号。

所述微处理器4分别与所述射频电极5、所述超声波发射器2及所述超声波接收器3连接，所述微处理器4用于根据所述超声波信号的信号幅度及所述超声波回波信号，确定目标皮肤1的厚度，根据所述目标皮肤1的厚度生成调整射频信号的射频频率的控制信号，并将所述控制信号发送至所述射频电极5。

本发明通过超声波回波信号确定当前皮肤靶点位置的皮肤厚度，自动适配至最佳射频频率，既能有最好的抗皱紧致提拉美容效果，又能完全规避使用风险，不被烫伤，同时节约成本，可以在家用小型射频美容仪上使用。

进一步地，所述微处理器4包括：补偿单元41、检测单元42、厚度确定单元43、射频频率确定单元44及控制单元45。

其中，所述补偿单元41与所述超声波接收器3连接，所述补偿单元41用于对所述超声波回波信号进行幅度补偿，得到增益回波信号。具体地，根据以下公式，确定增益回波信号：

f′_c(t)＝f′(t)×A₀R(t)e^-αγ；

R(t)＝(Z₁-Z₂)/(Z₁+Z₂)；

其中，f′_c(t)为增益回波信号，f′(t)为超声波回波信号，A₀为超声波信号的信号幅度，R(t)为t时刻超声波信号在目标皮肤1位置上的反射率，α为目标皮肤1对超声波信号的平均幅度衰减系数，α≈0.78dB/(cm·MHz)，γ为超声波信号在目标皮肤1中的传输深度，Z₁为超声波信号在t时刻前途经的组织声阻抗，Z₂为超声波信号在t时刻后途经的组织声阻抗。

通过对超声波回波信号进行增益，根据增益回波信号计算皮肤厚度，能精确区分毫米级的皮肤介质。

所述检测单元42与所述补偿单元41连接，所述检测单元42用于检测所述增益回波信号的信号变化趋势曲线。

所述厚度确定单元43与所述检测单元42连接，所述厚度确定单元43用于根据所述信号变化趋势曲线的第一波峰位置和第五波峰位置，确定目标皮肤1的厚度。所述第一波峰位置表示超声波信号穿过目标皮肤1的表皮层的采样时刻，所述第五波峰位置表示超声波信号到达目标皮肤1的真皮层上表面的采样时刻。

具体地，根据以下公式，确定目标皮肤1的厚度：

h＝c(K₅-K₁)/2f_s；

其中，h为目标皮肤的厚度，c为超声波在皮肤中的传播速度，K₅为第五波峰位置，K₁为第一波峰位置，f_s为回波采样频率。

所述射频频率确定单元44与所述厚度确定单元43连接，所述射频频率确定单元44用于根据所述目标皮肤1的厚度，确定射频频率。

具体地，根据以下公式，确定射频频率：

其中，δ为射频频率，δ₀为初始射频频率，∈为频率修正系数，h₀为默认皮肤厚度，h为目标皮肤的厚度。

所述控制单元45分别与所述射频频率确定单元44及所述射频电极5连接，所述控制单元45用于根据所述射频频率生成调整射频信号的射频频率的控制信号。

超声波自身具备探测，检测属性，实现了探测分析的能力，皮肤介质在射频的热效应下又会产生介质的细微变化，由超声波回波可以准确获取靶点位置温度与介质的变化关系，本发明采用超声波发射器以及超声波接收器，可以获得射频美容仪作用的靶点位置(真皮层)的介质厚度。由于面部皮肤各个部位所需要的射频频率都不相同，所以本发明结合超声波的探测属性，以及家用射频美容仪的使用位置(如额头处皮肤表皮层较薄，脸颊处皮肤表皮层较厚)，实现了自适应变频，使消费者获得更精确，更安全的美容使用体验。

为了更好的理解本发明的方案，如图2所示，下面结合用于射频美容仪的自适应变频系统的使用流程进一步进行说明：

第1步：将射频美容仪的探头充分接触目标皮肤。其中，美容仪探头包含射频电极与超声波发射器和超声波接收器。

第2步：超声波发射和超声波接收器与目标皮肤接触良好后，微处理器控制超声波发射器启动发射机制，发射4.5个周期的超声波信号f(t)。

第3步：微处理器控制超声波接收器启动接收机制，超声波接收器的接收时长为T_wait。接收超声波回波信号f′(t)，接收时长为T_wait：T_wait＝2S/c；其中，S≤4mm为皮肤整体厚度，c≈1540m/s为超声波在皮肤中的传播速度。

第4步：微处理器对超声波回波信号进行幅度补偿，得到增益回波信号f′_c(t)。

第5步：检测增益回波信号f′_c(t)的信号变化趋势曲线，将信号变化趋势曲线的第一波峰位置定义为K₁，K₁表示超声波穿越皮肤表面的采样时刻，将信号变化趋势曲线的第五波峰位置定义为K₅，K₅表示超声波到达真皮层上表面的采样时刻。

第7步：根据K₁、K₅计算皮肤厚度h。

第8步：微处理器根据分析出的皮肤厚度h，计算所需射频频率δ。如图6所示目标皮肤的厚度h与射频频率δ之间关系。

第9步：控制射频模组激活射频电极，发射对应射频信号RF，其频率δ。

第10步：每经过一个时间周期，射频美容仪重复第2步至第9步。

第11步：达到预设美容仪使用时间，射频美容仪发出提示并且关机。

如图3所示采用本发明针对目标皮肤靶点位置(真皮层)较浅时的确定的射频频率，图4所示采用本发明针对目标皮肤靶点位置(真皮层)居中时的确定的射频频率，图5所示采用本发明针对目标皮肤靶点位置(真皮层)较深时确定的射频频率。

相较于频率固定射频，本发明从根本上解决了射频美容仪射频频率恒定，不能动态调整射频频率的问题，使用户可以在皮肤较薄位置使用较高的射频频率，提高对皮肤加热的均匀性，能达到美容效果又能保护皮肤不受烫伤风险；在皮肤较厚位置使用较低的射频频率，节约了时间又能有充分的美容效果。

相较于预编程频率射频，本发明通过超声波回波强度实时检测目前射频美容仪作用位置的靶点厚度，自动调整最适宜的射频频率大小，解决了需要手动调节档位的弊端，并提高了射频频率调节的准确性，使零皮肤知识人士，没有美容仪使用经验的人士也能在保证安全的前提下发挥本家用美容仪百分之百的使用功效。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种用于射频美容仪的自适应变频系统，所述射频美容仪包括射频电极，所述射频电极工作时与目标皮肤接触，并向目标皮肤发射射频信号，其特征在于，所述用于射频美容仪的自适应变频系统包括：

超声波发射器，工作时与目标皮肤接触，用于向所述目标皮肤发射超声波信号；

超声波接收器，工作时与目标皮肤接触，用于接收所述目标皮肤反射的超声波回波信号；

微处理器，分别与所述射频电极、所述超声波发射器及所述超声波接收器连接，用于根据所述超声波信号的信号幅度及所述超声波回波信号，确定目标皮肤的厚度，根据所述目标皮肤的厚度生成调整射频信号的射频频率的控制信号，并将所述控制信号发送至所述射频电极；

所述微处理器包括：

补偿单元，与所述超声波接收器连接，用于对所述超声波回波信号进行幅度补偿，得到增益回波信号；

检测单元，与所述补偿单元连接，用于检测所述增益回波信号的信号变化趋势曲线；

厚度确定单元，与所述检测单元连接，用于根据所述信号变化趋势曲线的第一波峰位置和第五波峰位置，确定目标皮肤的厚度；所述第一波峰位置表示超声波信号穿过目标皮肤的表皮层的采样时刻，所述第五波峰位置表示超声波信号到达目标皮肤的真皮层上表面的采样时刻；

射频频率确定单元，与所述厚度确定单元连接，用于根据所述目标皮肤的厚度及以下公式，确定射频频率：

其中，δ为射频频率，δ₀为初始射频频率，∈为频率修正系数，h₀为默认皮肤厚度，h为目标皮肤的厚度；

控制单元，分别与所述射频频率确定单元及所述射频电极连接，用于根据所述射频频率生成调整射频信号的射频频率的控制信号，并发送至所述射频电极。

2.根据权利要求1所述的用于射频美容仪的自适应变频系统，其特征在于，所述微处理器还用于控制所述超声波发射器向所述目标皮肤发射4.5个周期的超声波。

3.根据权利要求1所述的用于射频美容仪的自适应变频系统，其特征在于，所述超声波信号为：

其中，f(t)为超声波信号，A₀为超声波信号的信号幅度，w为超声波信号的角频率，

为超声波信号的初相，t为当前时刻。

4.根据权利要求1所述的用于射频美容仪的自适应变频系统，其特征在于，根据以下公式，确定增益回波信号：

f′_c(t)＝f′(t)×A₀R(t)e^-αγ；

R(t)＝(Z₁-Z₂)/(Z₁+Z₂)；

其中，f′_c(t)为增益回波信号，f′(t)为超声波回波信号，A₀为超声波信号的信号幅度，R(t)为t时刻超声波信号在目标皮肤位置上的反射率，α为目标皮肤对超声波信号的平均幅度衰减系数，γ为超声波信号在目标皮肤中的传输深度，Z₁为超声波信号在t时刻前途经的组织声阻抗，Z₂为超声波信号在t时刻后途经的组织声阻抗。

5.根据权利要求1所述的用于射频美容仪的自适应变频系统，其特征在于，根据以下公式，确定目标皮肤的厚度：

h＝c(K₅-K₁)/2f_s：

其中，h为目标皮肤的厚度，c为超声波在皮肤中的传播速度，K₅为第五波峰位置，K₁为第一波峰位置，f_s为回波采样频率。

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