CN115568931A - 一种生物组织焊接系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生物组织焊接系统，涉及生物焊接技术领域。本发明包括可调电源模块、功率放大电路模块、数据采集模块和用户界面，且可调电源模块、功率放大电路模块、数据采集模块和用户界面均与主控芯片电性连接，所述可调电源模块包括上位机，所述上位机电性连接有通信接口模块、电源监控模块、安全模块和波形输出模块，所述功率放大电路模块包括功放电路、远端滤波器、功放电源模块、温度保护电路和抗干扰模块，在使用中实现了便于针对不同生物组织特性对焊接参数进行调节的效果，并且能够在焊接过程中对参数信息进行监控，使得对于生物组织焊接能量把控更加精准，从而保证生物组织焊接效果。
Description
技术领域
本发明涉及生物焊接技术领域，具体涉及一种生物组织焊接系统。
背景技术
生物组织快速焊接缝合的原理是通过热能的作用促使蛋白质分子发生凝变。手术时使用两极焊接钳，用高频高压电流破坏细胞膜，使其分解出凝结液体，然后对伤口处的组织进行压合，从而完成“焊接”过程。一般经过一个月左右，生物组织的形态结构就会完全恢复如初，手术处几乎难以发现。基于生物组织快速焊接缝合技术原理进行相关设备的研究及开发，必将为未来手术医师提供极大便利，大大减少手术患者的痛楚，提高全民医疗环境。
生物组织高频焊接由于其使用在临床医学手术中，对于实际的焊接过程控制要求相当严格，由于其焊接过程是一个短暂的过程，这将使得控制过程也变的相对很短暂，一个在工业控制中较小干扰、细微扰动都会被认作大干扰、频繁的扰动，并且焊接过程中负载不断变化，即被控对象是相对的大滞后、大惯性以及无法准确建立焊接过程的数学模型。然而，传统控制策略在对被控对象进行调控时需要不断进行参数的整定，而且对于不同被控对象之间，其整定的参数是大不相同的，这需要操作人员有较为丰富的经验。因而传统焊接系统难以适应生物组织高频焊接控制时的精确性，对输出能量控制不够精确，难以根据不同待焊组织特性对输出能量特性进行精准调节，对焊接精度造成不利影响。
为此提出一种生物组织焊接系统。
发明内容
本发明的目的在于：为解决上述背景技术中提到的问题，本发明提供了一种生物组织焊接系统。
本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：
一种生物组织焊接系统，包括可调电源模块、功率放大电路模块、数据采集模块和用户界面，且可调电源模块、功率放大电路模块、数据采集模块和用户界面均与主控芯片电性连接。
进一步地，所述可调电源模块包括上位机，所述上位机电性连接有通信接口模块、电源监控模块、安全模块和波形输出模块。
进一步地，所述功率放大电路模块包括功放电路、远端滤波器、功放电源模块、温度保护电路和抗干扰模块。
进一步地，所述数据采集模块包括电压测量模块和电流测量模块。
进一步地，所述远端滤波器为五价的切比雪夫滤波器。
进一步地，所述可编程电源模块在物理层采用的是RS-232串行通信接口标准。
进一步地，所述用户通过上位机Windows窗口获取用户的操作请求，通过数据通讯程序将用户的操作请求传输至可调电源模块，数据通讯程序接收对应的用户操作请求，根据请求，执行对应的电源操作。
本发明的有益效果如下：
用户通过在用户界面确认进行生物组织焊接工作，通信接口模块完成初始化工作，用户通过在上位机进行参数输入，针对生物组织特性设置电压、电流参数，从而完成可调电源模块参数调节，进而控制功率放大电路模块运行，即可通过生物组织焊接钳进行焊接工作，同时数据采集模块运行，实时监控电压和电流信息，并通过用户界面进行显示，方便进行调节，在使用中实现了便于针对不同生物组织特性对焊接参数进行调节的效果，并且能够在焊接过程中对参数信息进行监控，使得对于生物组织焊接能量把控更加精准，从而保证生物组织焊接效果。
附图说明
图1是本发明系统结构示意图；
图2是本发明可调电源模块结构示意图；
图3是本发明功率放大电路模块结构示意图；
图4是本发明数据采集模块结构示意图；
图5是本发明功放电路供电结构框图；
图6是本发明功放电路仿真框图；
图7是本发明系统工作流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
该文中出现的电器元件均与外界的主控器及220V市电电连接，并且主控器可为计算机等起到控制的常规已知设备。
在本发明实施方式的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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，一种生物组织焊接系统，包括可调电源模块、功率放大电路模块、数据采集模块和用户界面，且可调电源模块、功率放大电路模块、数据采集模块和用户界面均与主控芯片电性连接，更具体的为，通过可调电源模块可按用户需求定义特定的波形输出，通过功率放大电路模块来实现让我们输入任意脉宽(还是小于45％)440kHz的PWM波能够达到100W-200W的输出功率，通过数据采集模块对焊接钳输入的电压，以及输入的电流进行测量，通过计算来反馈出组织处的阻抗特性，然后再根据阻抗-温度曲线和程控模糊自适应PID控制器来实时调节功率。
如图2所示，可调电源模块包括上位机，上位机电性连接有通信接口模块、电源监控模块、安全模块和波形输出模块，更具体的为，通信接口模块根据电源所使用的通信协议，将报文信息按照特定结构编码，发送编码后的数据帧，实现主控芯片对电源的控制，完成对应的目标功能，电源监控模块能直接查询和设置电源的输出数值，将预设电压电流数据发送到电源，使电源根据输出命令，准确输出预设电压电流，返回当前输出电压电流数据，将其显示在上位机的界面上，安全模块在需要保持电源的恒压恒流模式输出时，进行按键锁定操作，保证电源在按键解锁之前都能保持恒压恒流输出，防止误操作等因素影响输出，此外在当焊接系统发生异常情况时，能够通过指定按键进行输出急停控制，在短时间内使输出电压电流回零，避免焊接钳发生故障，也避免对焊接位置造成损伤，波形输出模块通过上位机显示一段时间内的电源输出电压值，反应电压的变化趋势，使电源根据输出命令，准确输出预设电压电流，返回当前输出电压电流数据，将其显示在软件人机交互的界面上，实现计算机对电源的控制，完成对应的目标功能，此外能够按照用户的需求定义特定的波形输出是可编程电源的核心功能。简单的方波和正弦波可以直接设置参数，复杂的自定义波形或随机波形可以通过导入数据的方式进行输出控制。
如图3、图4和图5所示，功率放大电路模块包括功放电路、远端滤波器、功放电源模块、温度保护电路和抗干扰模块，通过功率放大电路模块来实现让我们输入任意脉宽(还是小于45％)440kHz的PWM波能够达到100W-200W的输出功率，通过远端滤波器对谐波和杂散进行处理，通过功放电源模块对功放电路进行驱动，同时对电源进行滤波设计，防止射频信号倒灌进电源，从而对电源造成干扰，进一步会影响其他设备的正常工作，当温度过高时会影响功放的稳定性，通过温度保护电路，可以有效地控制功放在高温下工作，较好的起到保护作用，同时避免功放在高温工作，也有效地增加了功放的寿命，温度过高保护后，同时也会对外发出温度告警指示信号，这也考虑到了安全性的设计，避兔使在用中温度过高而烫伤，长时间大功率发射时候，功放结构会发热，由于功放功耗较大，需要采用风冷散热，同时功放还要做好绝缘保护，功放末级会存在较大的电磁泄漏，采取屏蔽措施，结构外壳做全封闭设计，避免对人造成伤害。
如图4所示，数据采集模块包括电压测量模块和电流测量模块，电压测量模块，是通过变压器并联输出端口，来隔离测量出输出电压，然后通过滤除高频载波，按比例缩小到核心控制电路能够测量的电压，电流测量则是将变压器串联进输出网络，测试输出电流，然后将电流转换
为电压值反馈给核心控制电路。需要注意的是，由于人体组织阻抗一般较小，最小是只有几十欧姆，所以串联的电流测量模块的阻值应尽量小才是。
如图3所示，远端滤波器为五价的切比雪夫滤波器，主要作用是进一步的抑制远端的谐波和杂散，同时起到和天线匹配的作用，要求输出电压驻波比2:1，且回波损耗在-10dB以下。
如图2所示，可编程电源模块在物理层采用的是RS-232串行通信接口标准。
如图2所示，用户通过上位机Windows窗口获取用户的操作请求，通过数据通讯程序将用户的操作请求传输至可调电源模块，数据通讯程序接收对应的用户操作请求，根据请求，执行对应的电源操作。
综上所述：用户通过在用户界面确认进行生物组织焊接工作，通信接口模块完成初始化工作，用户通过在上位机进行参数输入，针对生物组织特性设置电压、电流参数，从而完成可调电源模块参数调节，进而控制功率放大电路模块运行，即可通过生物组织焊接钳进行焊接工作，同时数据采集模块运行，实时监控电压和电流信息，并通过用户界面进行显示，方便进行调节，在使用中实现了便于针对不同生物组织特性对焊接参数进行调节的效果，并且能够在焊接过程中对参数信息进行监控，使得对于生物组织焊接能量把控更加精准，从而保证生物组织焊接效果。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (7)
1.一种生物组织焊接系统，其特征在于，包括可调电源模块、功率放大电路模块、数据采集模块和用户界面，且可调电源模块、功率放大电路模块、数据采集模块和用户界面均与主控芯片电性连接。
2.根据权利要求1所述的一种生物组织焊接系统，其特征在于，所述可调电源模块包括上位机，所述上位机电性连接有通信接口模块、电源监控模块、安全模块和波形输出模块。
3.根据权利要求1所述的一种生物组织焊接系统，其特征在于，所述功率放大电路模块包括功放电路、远端滤波器、功放电源模块、温度保护电路和抗干扰模块。
4.根据权利要求1所述的一种生物组织焊接系统，其特征在于，所述数据采集模块包括电压测量模块和电流测量模块。
5.根据权利要求3所述的一种生物组织焊接系统，其特征在于，所述远端滤波器为五价的切比雪夫滤波器。
6.根据权利要求1所述的一种生物组织焊接系统，其特征在于，所述可编程电源模块在物理层采用的是RS-232串行通信接口标准。
7.根据权利要求2所述的一种生物组织焊接系统，其特征在于，所述用户通过上位机Windows窗口获取用户的操作请求，通过数据通讯程序将用户的操作请求传输至可调电源模块，数据通讯程序接收对应的用户操作请求，根据请求，执行对应的电源操作。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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