CN1368867A - 用于超声振荡牙科手机的功率辅助装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于超声牙科手机(5)的功率辅助装置。所述装置包括工作电路及控制电路,工作电路包括输出端子(S1,S2)之间并联的阻抗(L_s),控制电路由电流变换器(T₂)组成,以此其初级绕组(7)串联配置在工作电路中,而次级绕组(11)与电容器(13)及电阻器(15)一同形成一RLC电路,从而所述电路在电阻器(15)端子处的电压被传送到上述电源(1)的输入端。控制电路包括能使电容器(13)的值和/或变换器(T₂)次级绕组(11)的自感线圈的值变化的装置。

Description

用于超声振荡牙科手机的功率辅助装置

本发明涉及用于牙科手机的电子伺服控制装置，手机类型是借助于压电换能器获得工具的振荡。

已经知道，产生超声振荡的压电换能器在可能的情形下以共振的方式使用，以获得最大的振幅和振荡功率。当有工具与之机械连接的这种换能器在工作状态与不同性质的组织，即有液体或无液体的硬组织、软组织接触时，其共振电路在工作期间有变化。已经知道，在这种手机中，换能器的振荡速度是在其中流动的电流的直接函数，以及这一振荡所必须的作用力是在所述换能器的两端提供电压的直接函数。应当理解到，如果希望手机以最佳的出力工作，则换能器的振荡必须对应于这一手机的串联共振，并在工作期间，操作条件必须变化，以保持共振状态。

根据本发明，通过观察所提供的电压和电流之间存在的相移，并通过对换能器的固有容量进行电补偿而跟踪频率。这种电路以低阻抗和零相移在串联共振中转变。

这样，本发明的目的是要提出用于牙科手机的振荡产生器压电换能器的伺服控制装置，这种装置适于以串联共振频率持续工作，而不论这种手机装备的工具在什么性质的组织上操作。

这样，本发明涉及用于由超声产生器激励的牙科手机的伺服控制的装置，该装置包括给定频率的电源装置，其特征在于：

-它包括两个电路，即超声产生器与其端子连接的工作电路，以及控制电路，

-工作电路包括并联在其输出端之间的电感，

-电源适于在输出端提供与在输入端向其提供的电压同相位的电压，

-控制电路由一强度变换器组成，其初级与工作电路串联配置，而其次级与其相关的电容器和电阻器形成一RLC电路，该电路在电阻器端的电压馈送到所述电源的输入端，

-控制电路包括用于改变电容器的值和/或强度变换器次级的自感线圈的值的装置。

强度变换器的次级最好包括一可在其绕组内移动而适于改变其电感的铁芯。

在一优选实施例中，电源装置将通过电压变换器连接到工作电路，该变换器的初级和次级电感将很高。

在本发明实施例的一个有意义的形式中，配置在工作电路输出端之间的电感将使得，以手机的固有电容及其内部电阻形成接近共振的RLC电路。

以下将通过非限制性例子的方式，参照附图描述本发明的一种实施例形式，其中：

图1简略示出根据本发明的频率跟踪装置。

图2简略示出图1所示类型的电路中电流和电压之间的相移。

图3是作为多频率函数表示根据本发明的电路中电流与电压之间的相移变化的曲线。

图4是表示作为频率、提供给特定手机的功率以及电流与电压之间对应的相移的函数的各种变化的曲线。

图1所示的频率跟踪振荡器主要由电源1组成，该电源能够在其两个输出端A和B之间产生提供给电压变换器T₁初级3的电压V_P。这一变换器的次级4的端子之一连接到手机5的输入E₁所连接的电路的输出端S₁。这同一次级4的另一端连接到该电路插入电流变换器T₂的初级7的另一输出端S2。手机5的第二输入端E2连接到端子S2。值为L_S的电感并联配置在手机5的输入端E₁与E₂之间。

如图1中所示，强度变换器T₂的次级11与值为C₂的电容器13及值为R₂的电阻器15串联配置，后者表示这样形成的RLC电路的寄生电阻器。

电阻器15的端子G和H连接到电源1的输入端IJ。

于是有两个电路，即控制手机5的工作电路及由RLC组成的控制电路。

电源1的组成使得在其输出端A，B产生的电压V_p与其输入端I和J之间存在的电压V_r同相位。

在这些条件下，如图2简略示出，为了使由自感线圈11、电容器13和电阻器15组成的振荡器进入振荡状态，在电阻器R₂的端子处收集到的电压V_r的信号必须与V_s同相位，如果2＝-1，则该条件被满足。实际上，2和1表示分别在振荡控制RLC电路中与控制手机5振荡的工作电路中的电压和强度之间的相移。

如果电源1的输入端I和J之间存在的电压V_r表示为变换器T2的初级7中流动的电流I₁的函数，则注意到电流I₁对于电压V_s(或对于电压V_p)滞后1，且电压V_r与电流I₂同相位。

如果考虑变换器的方程式，则使用复数数学表示法将获得以下表达式：

V₁＝Z₁I₁+jmωI₂ with Z₁＝jL₁ω               (1)

O＝Z₂I₂+jmωI₁ with Z₂＝R₂+j(L₂ω-1/C₂ω)    (2)m表示变换器的绕组之一对另一绕组的互感系数。

变换器T₂是强度变换器，按已知的方式忽略次级绕组对初级绕组的影响，于是表达式jmωI₂＝0，并从方程式(1)得出I₁的值，即：

I₁＝V₁/jL₁ω＝-jV₁/L₁ω

将此值移入方程式(2)，则获得作为RLC电路中工作电路中电流I₂的函数的电流I₁的表达式，即：

I₁＝1/mω(1/C_1ω-L_2ω+jR₂)I₂

在这些条件下，电流I₂相对于电流I₁的相移将是：

tg₂＝R₂/ω/(1/C₂ω-L₂ω)＝R₂C₂ω/1-L₂C₂ω²      (3)

在这些条件下，如上所述，如果₂＝-₁，或t_g₂＝-t_g₁，则有振荡，即从方程式(3)：

R₂C₂ω/1-L₂C₂ω²＝-t_g₁                      (4)

图3示出在2π(ω＝2πN)值之内，作为表示振荡频率的ω的值的函数t_g₁的值的变化。

应注意到，没有手机时，工作电路中振荡器的负载降低到电路的输出端S₁和S₂之间并联配置的电感L_s的值。此外，如果R_S表示振荡器内部电阻，则电流I₁相对于V_S的相移由以下表达式表示：

t_g＝L_s/R_s

这时振荡条件tg₂＝-tg₁变为：

R₂C₂ω/(1-L₂C₂ω²)＝-L_Sω_S/R_S或ω²＝(L_s+R_sR₂C₂)/(L_sL₂C₂)                 (5)

通过改变变换器T₂的次级11绕组的L₂的值和/或电容器13的值C₂，可卸载调节振荡器的频率，从而修改图3所示的共振曲线。

实际上，R₂表示电路的寄生电阻，而C₂将保持不变。

对于给定的序列的每一设备，这时只要改变变换器T₂次级11的值L₂直到电压T₁与电路中流动的电流I₁同相位即可。

这时将对设备进行校准，且振荡器将“锁定”在电感滞后负载L_S上。

此外，如图4所示，可得到表示手机5的端子E1和E2处功率变化的及其端子处电流和强度之间相移值的曲线。这样装有确定的工具的每一类型手机5将具有一个这一类型的曲线。

在图4的例子中，可观察到对于30kHz左右的频率，功率为最大且相移为零。图3的图示中在点X处画出的这一值表示RLC电路的调节是正确的，因为对于这一频率的tg₁值接近0。

当然，在手机操作中知道，达到具有零相移的最大振荡的频率值，一方面，是作为手机物理特性的函数而变化，但是也作为被处理的材料表面状态的函数而变化。从而对于手机和给定的工具，将获得对应于工具工作在软组织或较硬的部件的两个极端的频率N₁和N₂，如图3中所示，ω的值X₁和X₂将对应于这两个频率。

已经观察到，一般来说，频率N位于大约30kHz。在这些条件下，所产生的每一电路的卸载调节将这样进行(例如通过调节L₂的值)，使得在工作期间，如图3所示，点X₁和X₂确实位于tg₁接近零的区域内。

通过移动在自感线圈11中心的铁芯位置，可具体获得电感L₂的变化。

Claims (4)

1.用于由超声产生器激励的牙科手机(5)的伺服控制装置，该装置包括电源装置(1)，其特征在于：

-它包括两个电路，即超声产生器与其端子(S1，S2)连接的工作电路，以及控制电路，

-工作电路包括并联在其输出端(S1，S2)的电感(L_s)，

-电源(1)适于在输出端(A，B)提供与在输入端(I，J)向其提供的电压同相位的电压(V_s)，

-控制电路由一强度变换器(T₂)组成，其初级(7)与工作电路串联配置，而其次级(11)与其相关的电容器(13)和电阻器(15)形成一RLC电路，该电路在电阻器(15)端的电压馈送到所述电源(1)的输入端，

-控制电路包括用于改电容器(13)的值和/或变换器(T₂)次级(11)的自感线圈的值的装置。

2.根据权利要求1的装置，其特征在于，强度变换器(T₂)的次级(11)包括一可在其绕组内移动而适于改变其电感(L₂)的铁芯。

3.根据权利要求1或2之一的装置，其特征在于，电源装置(1)通过电压变换器(T₁)连接到工作电路。

4.根据以上权利要求之一的装置，其特征在于，配置在工作电路输出端(S₁，S₂)之间的电感(L_s)将使得，以手机(5)的固有电容及其内部电阻，形成接近共振的RLC电路。