CN210892998U - 中性电极粘贴质量检测电路、装置以及手术设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种中性电极粘贴质量检测电路、装置、以及包含该电路的手术设备。检测电路包括正弦波输入端子、分压电阻、以及并联的变压器和整流滤波单元；正弦波输入端子与分压电阻的第一端连接，分压电阻的第二端分别与整流滤波单元的输入端和变压器初级线圈的第一端连接；变压器初级线圈的第二端与地连接，变压器次级线圈的两端分别与两个中性电极片连接；整流滤波单元的输出端作为中性电极粘贴质量检测电路的输出端。该检测电路中激励变压器工作的高频信号为正弦波信号，相较于方波信号，其携带的谐波分量很少，减少了高频谐波分量带来的EMC问题，具有较低的峰值因数，可提高能量转换效率，有利于提高中性电极粘贴质量的检测精度。

Description

中性电极粘贴质量检测电路、装置以及手术设备

技术领域

本实用新型涉及高频手术设备领域，具体涉及一种中性电极粘贴质量检测电路、装置、以及包含该电路的手术设备。

背景技术

在医疗器械的国家标准(GB9706.4)中规定，高频手术设备在输出功率大于50W时就必须采用中性电极作为设备的返回电极。中性电极在使用中将与术者进行粘贴接触，与单极电路输出通道一起实现高频手术设备悬浮功能的电气回路。中性电极的粘贴质量对电路中的电流密度有决定性的意义，粘贴质量差，有烫伤术者的风险。因此，高频手术设备在使用中必需进行中性电极粘贴质量的实时监控，以防止中性电极灼伤术者的风险。

现有高频手术设备的中性电极主要有单片式和双片式。单片式中性电极由于不能知道与患者接触是否良好，一旦出现中性极板与患者接触不良，就会造成患者的皮肤电灼伤，为此现在很多厂家改成采用双片式中性电极。发明人发现双片式中性电极粘贴在术者表面时，类似于一个平板电容器，当两个电极的垂直距离和术者皮肤的介电常数一定时，平板电容器的电容值取决于中性电极的在术者表面的粘贴面积的大小，粘贴面积越大电容越大，反之越小。

实用新型内容

为了克服上述现有技术中存在的缺陷，本实用新型的目的是提供一种中性电极粘贴质量检测电路、装置、以及包含该电路的手术设备。

为了实现本实用新型的上述目的，根据本实用新型的第一个方面，本实用新型提供了一种中性电极粘贴质量检测电路，包括正弦波输入端子、分压电阻、以及相互并联的变压器和整流滤波单元；

所述正弦波输入端子与分压电阻的第一端连接，分压电阻的第二端分别与整流滤波单元的输入端和变压器初级线圈的第一端连接；

变压器初级线圈的第二端与地连接，变压器次级线圈的两端分别与两个中性电极片连接；

所述整流滤波单元的输出端作为所述中性电极粘贴质量检测电路的输出端。

上述技术方案的有益效果为：两个中性电极片形成了一个平板电容，平板电容的容值在两个电极的垂直距离和术者皮肤的介电常数一定时取决于粘贴质量，即粘贴面积的大小，粘贴面积越大容值越大，反之越小，而平板电容的阻抗值与容值成反比，通过变压器实现阻抗转换，初级线圈的阻抗值与平板电容的阻抗值正相关，通过分压电阻分压后，初级线圈端的电压幅值与中性电极的粘贴面积成反比，通过整流滤波单元处理后输出与初级线圈端的电压幅值对应的直流电压，当两片式中性电极在术者表面粘贴面积过大或者两片中性电极短路时，该直流电压较小，当两片式中性电极未在贴术者表面(即开路)或者粘贴的面积较小时，该直流电压较大，进而实现了两片式中性电极粘贴质量的检测。该检测电路中激励变压器工作的高频信号为正弦波信号，相较于方波信号，其携带的谐波分量很少，减少了高频谐波分量通过整流滤波单元输出以及高频谐波分量带来的EMC问题，正弦波具有较低的峰值因数，可以提高能量转换效率，有利于提高该检测电路对中性电极粘贴质量的检测精度。

在本实新型的一种优选实施方式中，还包括方波输入端子和推挽电路，所述方波输入端子与推挽电路的输入端连接，推挽电路的输出端与正弦波输入端子连接。

上述技术方案的有益效果为：方波信号利用简单电路结构转换成正弦波信号，节约成本。

在本实新型的一种优选实施方式中，还包括设置于推挽电路的输出端与正弦波输入端子之间的隔直电路。

上述技术方案的有益效果为：能够滤除正弦波信号中的直流交底分量，减少交底及其漂移对整流滤波单元输出电压的影响，提高检测精度。

在本实新型的一种优选实施方式中，所述隔直电路包括一个或多个相互串联的隔直电容，隔直电容或隔直电容串联网络的第一端与推挽电路的输出端连接，隔直电容或隔直电容串联网络的第二端与正弦波输入端子连接。

上述技术方案的有益效果为：电路结构简单，成本低。

在本实新型的一种优选实施方式中，所述推挽电路包括第一三极管和第二三极管；

所述第一三极管的发射极与正电源端连接，第一三极管的基极分别与方波输入端子和第二三极管的基极连接，第一三极管的集电极分别与正弦波输入端子和第二三极管的集电极连接；第二三极管的发射极与负电源端连接。

上述技术方案的有益效果为：电路结构简单，成本低，易实施。

在本实新型的一种优选实施方式中，所述整流滤波单元包括第一二极管和第二电容；

所述第一二极管的阳极分别与分压电阻的第二端和变压器初级线圈的第一端连接，第一二极管的阴极与第二电容的第一端连接，第二电容的第二端与地连接；

所述第二电容的第一端作为所述中性电极粘贴质量检测电路的输出端。

上述技术方案的有益效果为：通过第一二极管实现整流，通过第二电容实现滤波，该整流滤波单元电路结构简单，成本低。

为了实现本实用新型的上述目的，根据本实用新型的第二个方面，本实用新型提供了一种中性电极粘贴质量检测装置，包括本实用新型所述的中性电极粘贴质量检测电路、方波发生器或正弦波发生器、处理模块；

所述方波发生器的输出端与方波输入端子连接，所述正弦波发生器的输出端与正弦波输入端子连接；

中性电极粘贴质量检测电路的输出端与处理模块的输入端连接。

上述技术方案的有益效果为：该装置检测精度高，能够对两片式中性电极的粘贴质量进行实时检测。

在本实新型的一种优选实施方式中，所述处理模块包括判断模块和警示单元；

所述判断模块的输入端与中性电极粘贴质量检测电路的输出端连接，判断模块的输出端与警示单元的启动端连接。

上述技术方案的有益效果为：能够对检测电路输出的电压值进行实时判断，并根据判断结果实现对应的警示，提高人机交互性能。

在本实新型的一种优选实施方式中，所述处理模块包括A/D采集模块，A/D 采集模块的输入端与中性电极粘贴质量检测电路的输出端连接。

上述技术方案的有益效果为：对检测电路输出的电压值进行实时采集，便于后续处理。

为了实现本实用新型的上述目的，根据本实用新型的第三个方面，本实用新型提供了一种手术设备，包括控制器、以及本实用新型所述的中性电极粘贴质量检测装置；

所述中性电极粘贴质量检测装置的处理模块的输出端与控制器的输入端连接，手术电极分别通过一个电容与两片中性电极连接。

上述技术方案的有益效果为：该手术设备能够实时准确地获得检测电路输出的电压值，并根据电压值得到两片式中性电极粘贴质量，能够有效预防因中性电极粘贴质量较差导致的烧伤术者的问题，提高了该手术设备的安全性。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本实用新型一种优选实施方式中的检测电路的电路结构图；

图2是本实用新型一种优选实施方式中两片式中性电极粘贴示意图；

图3是本实用新型一种优选实施方式中处理模块结构框图；

图4是本实用新型一种优选实施方式中处理模块硬件结构图；

图5是本实用新型一种优选实施方式中手术设备的系统框图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

本实用新型公开了一种中性电极粘贴质量检测电路，在一种优选实施方式中，如图1所示，该检测电路包括正弦波输入端子、分压电阻R1、以及相互并联的变压器T1和整流滤波单元；

正弦波输入端子与分压电阻R1的第一端连接，分压电阻R1的第二端分别与整流滤波单元的输入端和变压器T1初级线圈的第一端(管脚1)连接；

变压器T1初级线圈的第二端(管脚2)与地连接，变压器T1次级线圈的两端(管脚4和管脚3)分别与两个中性电极片连接；

整流滤波单元的输出端作为中性电极粘贴质量检测电路的输出端。

在本实施方式中，正弦波输入端子外接正弦波发生单元，正弦波信号频率可为10kHz至100kHz，正弦波信号的幅度范围为±VCC，VCC的取值可为3V 至12V之间，在安全电压范围内，正弦波信号电流仅在中性电极的两片电极之间进行，不会对术者有任何不良影响，也不会影响高频手术设备的功率输出。

在本实施方式中，优选的，整流滤波单元包括整流电路和低通滤波电路，整流电路的输入端与分压电阻的第二端连接，整流电路的输出端与低通滤波电路的输入端连接，低通滤波电路的输出端作为中性电极粘贴质量检测电路的输出端。整流电路优选但不限于为现有的全桥整流电路或半桥整流电路，低通滤波电路优选但不限于为现有的RC低通滤波电路。

在本实施方式中，T1为隔离变压器，实现高频手术设备输出电压与控制系统的电压隔离，也实现阻抗转换作用，T1次级线圈的两极与中性电极的两个片端相连，同时与高频手术设备的输出的负极并联。

在一种优选实施方式中，还包括方波输入端子和推挽电路，方波输入端子与推挽电路的输入端连接，推挽电路的输出端与正弦波输入端子连接。

在本实施方式中，方波输入端子外接方波发生单元，方波发生单元优选但不限于TL494。

在一种优选实施方式中，如图1所示，还包括设置于推挽电路的输出端与正弦波输入端子之间的隔直电路。

在本实施方式中，如图1所示，优选的，隔直电路包括一个或多个相互串联的隔直电容，隔直电容C1或隔直电容串联网络的第一端与推挽电路的输出端连接，隔直电容C1或隔直电容串联网络的第二端与正弦波输入端子连接。

在一种优选实施方式中，推挽电路包括第一三极管Q1和第二三极管Q2；

第一三极管Q1的发射极与正电源端连接，第一三极管Q1的基极分别与方波输入端子和第二三极管Q2的基极连接，第一三极管Q1的集电极分别与正弦波输入端子和第二三极管Q2的集电极连接；第二三极管Q2的发射极与负电源端连接。

在一种优选实施方式中，整流滤波单元包括第一二极管VD1和第二电容 C2；

第一二极管VD1的阳极分别与分压电阻R1的第二端和变压器T1初级线圈的第一端连接，第一二极管VD1的阴极与第二电容的C2第一端连接，第二电容C2的第二端与地连接；

第二电容C2的第一端作为中性电极粘贴质量检测电路的输出端。

在本实施方式中，第一二极管VD1起到整流的作用，第二电容C2起到低通滤波器的作用。

在本实施方式中，两片中性电极的粘贴示意图如图2所示。两片式中性电极结构类似于一个平板电容器，两个电极的垂直距离保持一定，术者皮肤的介电常数也是一定的，这样平板电容器的容值将取决中性电极的在术者表面的粘贴面积多少，粘贴面积越大电容越大，反之越小，为便于理解，具体的原理解释如下：

平板电容器的容值计算公式：

C＝εS/d；

其中：ε：介质介电电常数(相对介电常数)；S：两极板正对面积；d：两极板间垂直距离；平板电容器的阻抗计算公式如下：

Xc＝1/(2πfC)；

其中：Xc为平板电容器容抗值(即阻抗)，单位欧姆；f为正弦波信号的频率，如这里可为10kHz到100kHz；C为平板电容器容值。

通过变压器T1隔离，同时实现阻抗转换，得到初级阻抗Z1，阻抗转换公式如下：

Z1/Z2＝(N1/N2)²，其中：Z1为初级阻抗；Z2为次级阻抗；N1为初级匝数；

N2为次级匝数；初级阻抗Z1与电阻R1进行分压，通过VD1整流与C2滤波形成直流电压输出作为检测电路的输出值。当两片式中性电极未贴在术者表面或者贴的面积较小时，形成的电容较小，通过阻抗转换后初级阻抗较大，经与电阻R1分压，得到一个较大的电压，在高频手术设备的控制系统中反映出两片式中性电极未贴术者表面或者贴的面积较小的情况。

当两片式中性电极贴在术者表面过大或者短路，形成的电容较大，通过阻抗转换后初级阻抗较小，经与电阻R1分压，得到一个较小的电压，在高频手术设备的控制系统中反映出两片式中性电极贴在术者表面过大(术者电介质常数过大)或者短路的情况。

本实用新型还公开了一种中性电极粘贴质量检测装置，在一种优选实施方式中，该装置包括上述中性电极粘贴质量检测电路、方波发生器或正弦波发生器、处理模块；

方波发生器的输出端与方波输入端子连接，正弦波发生器的输出端与正弦波输入端子连接；

中性电极粘贴质量检测电路的输出端与处理模块的输入端连接。

在一种优选实施方式中，如图3所示，处理模块包括判断模块和警示单元；

判断模块的输入端与中性电极粘贴质量检测电路的输出端连接，判断模块的输出端与警示单元的启动端连接。

在本实施方式中，警示单元优选但不限于为指示灯，蜂鸣器等。

在本实施方式中，如图4所示，优选的，判断模块包括第一参考电源、第二参考电源、第一比较器A1、第二比较器A2、第一非门、第二非门和与门；第一参考电源的输出电压值小于第二参考电源的输出电压值。优选的，警示单元包括发出的光线颜色各不相同的第一指示灯、第二指示灯和第三指示灯。

在本实施方式中，第一参考电源的输出端与第一比较器A1的正向输入端连接，中性电极粘贴质量检测电路的输出端分别与第一比较器A1的负向输入端和第二比较器A2的正向输入端连接，第二参考电源的输出端与第二比较器 A2的负向输入端连接；第一比较器A1的输出端分别与第一指示灯的启动端和第一非门的输入端连接，第一非门的输出端与与门的第一输入端连接；第二比较器A2的输出端分别与第三指示灯的启动端和第二非门的输入端连接，第二非门的输出端与与门的第二输入端连接；与门的输出端与第二指示灯的启动端连接。

在本实施方式中，预设有最小粘贴面积和最大粘贴面积；第一参考电源的输出电压值为当两片式中性电极与术者皮肤接触面积为最大粘贴面积时该检测电路输出的电压值，优选的，可选择现有的电压基准芯片，该芯片输出电压为上述电压值，或者其输出电压可通过分压电阻网络获得上述电压值；第二参考电源的输出电压值为当两片式中性电极与术者皮肤接触面积为最小粘贴面积时该检测电路输出的电压值，优选的，可选择现有的电压基准芯片，该芯片输出电压为上述电压值，或者其输出电压可通过分压电阻网络获得上述电压值。

在本实施方式中，当两片式中性电极与术者皮肤接触面积小于最小粘贴面积或者两片式中性电极未贴在术者表面，第二比较器A2输出高电平，第一比较器A1输出低电平，与门输出低电平，第一指示灯和第二指示灯熄灭，第三指示灯点亮。当两片式中性电极与术者皮肤接触面积大于最大粘贴面积或者两片式中性电极短路，第二比较器A2输出低电平，第一比较器A1输出高电平，与门输出低电平，第三指示灯和第二指示灯熄灭，第一指示灯点亮。当两片式中性电极与术者皮肤接触面积在最小粘贴面积至最大粘贴面积之间时，第二比较器A2输出低电平，第一比较器A1输出低电平，与门输出高电平，第三指示灯和第一指示灯熄灭，第二指示灯点亮。实现了两片式中性电极的开路、短路和粘贴有效面积控制，从而实现对中性电极粘贴质量的实时检测。

在本实施方式中，第一非门和第二非门优选但不限于选择CD4069；与门优选但不限于选择74LS08；第一比较器A1和第二比较器A2优选但不限于选择LM324。

在本实施方式中，第一指示灯、第二指示灯和第三指示灯优选但不限于分别为红色LED灯、绿色LED灯和红色LED灯。

在一种优选实施方式中，处理模块包括A/D采集模块，A/D采集模块的输入端与中性电极粘贴质量检测电路的输出端连接。

本实用新型还公开了一种手术设备，在一种优选实施方式中，如图5所示，包括控制器、以及上述中性电极粘贴质量检测装置；

中性电极粘贴质量检测装置的处理模块的输出端与控制器的输入端连接，手术电极分别通过一个电容与两片中性电极连接。

在本实施方式中，手术电极优选但不限于为电刀电极。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种中性电极粘贴质量检测电路，其特征在于，包括正弦波输入端子、分压电阻、以及相互并联的变压器和整流滤波单元；

所述正弦波输入端子与分压电阻的第一端连接，分压电阻的第二端分别与整流滤波单元的输入端和变压器初级线圈的第一端连接；

变压器初级线圈的第二端与地连接，变压器次级线圈的两端分别与两个中性电极片连接；

所述整流滤波单元的输出端作为所述中性电极粘贴质量检测电路的输出端。

2.如权利要求1所述的中性电极粘贴质量检测电路，其特征在于，还包括方波输入端子和推挽电路，所述方波输入端子与推挽电路的输入端连接，推挽电路的输出端与正弦波输入端子连接。

3.如权利要求2所述的中性电极粘贴质量检测电路，其特征在于，还包括设置于推挽电路的输出端与正弦波输入端子之间的隔直电路。

4.如权利要求3所述的中性电极粘贴质量检测电路，其特征在于，所述隔直电路包括一个或多个相互串联的隔直电容，隔直电容或隔直电容串联网络的第一端与推挽电路的输出端连接，隔直电容或隔直电容串联网络的第二端与正弦波输入端子连接。

5.如权利要求2所述的中性电极粘贴质量检测电路，其特征在于，所述推挽电路包括第一三极管和第二三极管；

所述第一三极管的发射极与正电源端连接，第一三极管的基极分别与方波输入端子和第二三极管的基极连接，第一三极管的集电极分别与正弦波输入端子和第二三极管的集电极连接；第二三极管的发射极与负电源端连接。

6.如权利要求1所述的中性电极粘贴质量检测电路，其特征在于，所述整流滤波单元包括第一二极管和第二电容；

所述第一二极管的阳极分别与分压电阻的第二端和变压器初级线圈的第一端连接，第一二极管的阴极与第二电容的第一端连接，第二电容的第二端与地连接；

所述第二电容的第一端作为所述中性电极粘贴质量检测电路的输出端。

7.一种中性电极粘贴质量检测装置，其特征在于，包括权利要求1-6之一所述的中性电极粘贴质量检测电路、方波发生器或正弦波发生器、处理模块；

所述方波发生器的输出端与方波输入端子连接，所述正弦波发生器的输出端与正弦波输入端子连接；

中性电极粘贴质量检测电路的输出端与处理模块的输入端连接。

8.如权利要求7所述的中性电极粘贴质量检测装置，其特征在于，所述处理模块包括判断模块和警示单元；

所述判断模块的输入端与中性电极粘贴质量检测电路的输出端连接，判断模块的输出端与警示单元的启动端连接。

9.如权利要求7所述的中性电极粘贴质量检测装置，其特征在于，所述处理模块包括A/D采集模块，A/D采集模块的输入端与中性电极粘贴质量检测电路的输出端连接。

10.一种手术设备，其特征在于，包括控制器、以及权利要求7-9之一所述的中性电极粘贴质量检测装置；

所述中性电极粘贴质量检测装置的处理模块的输出端与控制器的输入端连接，手术电极分别通过一个电容与两片中性电极连接。

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