CN211327844U - 一种超声治疗仪的阻抗匹配装置及超声治疗仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种超声治疗仪的阻抗匹配装置，包括信号发生模块、与所述信号发生模块电性连接的功率放大模块、与所述功率放大模块电性连接的阻抗匹配模块以及与所述阻抗匹配模块电性连接的换能模块，其中，所述阻抗匹配模块包括：预变换单元和补偿变换单元两部分，其中所述预变换单元输出端与所述换能模块的正端电性连接，所述预变换单元包括至少一变压器；所述补偿变换单元输出端与所述预变换单元输入端电性连接，所述补偿变换单元包括电感或/和电容；所述换能模块的负端接地；本实用新型的超声治疗仪的阻抗匹配方法提高了匹配的方便性，提高电声转换效率，降低电磁干扰。

Description

一种超声治疗仪的阻抗匹配装置及超声治疗仪

技术领域

本实用新型涉及超声治疗领域，特别是涉及一种超声治疗仪的阻抗匹配装置。

背景技术

大功率超声治疗仪的换能模块即换能器的阻抗通常较低诸如0.3Ω～4Ω，而市面上大功率高频信号发生器和高频信号功率放大器的额度负载通常为50Ω，因此，必须将大功率超声治疗仪的换能器的阻抗匹配到50Ω左右才能与大功率高频信号发生器或高频信号功率放大器所要求的额定负载阻抗值相适应，否则大功率高频信号发生器或高频信号功率放大器所输出功率达不到额定值，并且容易损坏大功率高频信号发生器和高频信号功率放大器，而通常的阻抗匹配网络即电感电容阻抗匹配网络中的电感难以满足小空间、大功率、大电流、电感值稳定以及高频等多方面的同时要求。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种超声治疗仪的阻抗匹配装置，用于解决现有技术中超声治疗仪的阻抗匹配模块中电感的瓶颈问题。

本实用新型提供一种超声治疗仪的阻抗匹配装置，包括信号发生模块、与所述信号发生模块电性连接的功率放大模块、与所述功率放大模块电性连接的阻抗匹配模块以及与所述阻抗匹配模块电性连接的换能模块，其中，所述阻抗匹配模块包括：

预变换单元，所述预变换单元一端与所述换能模块的正端电性连接，所述预变换单元包括至少一变压器；

补偿变换单元，所述补偿变换单元包括电感或/和电容，所述补偿变换单元的一端与所述预变换单元另一端电性连接，所述补偿变换单元的另一端与所述功率放大模块电性连接；其中当所述补偿变换单元仅包括电感时，电感元件的一端与所述预变换单元另一端电性连接，电感元件的另一端与所述功率放大模块电性连接；当所述补偿变换单元仅包括电容时，电容元件的一端与所述预变换单元另一端电性连接，电容元件的另一端与所述功率放大模块电性连接；当所述补偿变换单元包括电感和电容时，电感元件的一端与所述预变换单元另一端电性连接并与所述功率放大模块电性连接，电感元件的另一端与所述补偿变换单元中的电容元件的一端电性连接，电容元件的另一端接地；

所述换能模块的负端接地。

可选的，所述变压器为传输线变压器。

可选的，所述传输线变压器的数量为多个，各个所述传输线变压器分别包括初级与次级，每个所述传输线变压器的所述初级包括初级输入端与初级输出端，每个所述传输线变压器的所述次级包括次级同相端与次级反相端，其中：第一个所述传输线变压器的所述初级输入端与所述补偿变换单元的输出端电性连接，第一个所述传输线变压器的所述初级输出端与第二个所述传输线变压器的所述初级输入端电性连接，第二个所述传输线变压器的所述初级输出端与所述第三个所述传输线变压器的所述初级输入端电性连接，以此类推，第n-1个所述传输线变压器的所述初级输出端与第n个所述传输线变压器的所述初级输入端电性连接，第n 个所述传输线变压器的所述初级输出端与所述换能模块的正端电性连接；第一个所述传输线变压器至第n个所述传输线变压器的所述次级同相端与所述换能模块的正端电性连接，第一个所述传输线变压器至第n个所述传输线变压器的所述次级反向端与所述换能模块的负端电性连接。

可选的，所述传输线变压器包括绕线以及磁芯，多个所述传输线变压器共用一个磁芯，所述磁芯包括多个中空的圆形或/和方形的磁环，所述补偿变换单元的电感元件包括一有预留长度的绕线以及至少一所述磁环。

可选的，所述传输线变压器的所述绕线为同轴电缆。

可选的，所述同轴电缆包括同轴电缆芯以及屏蔽层，其中，所述同轴电缆芯为所述传输线变压器的初级，所述屏蔽层为所述传输线变压器的次级。

可选的，所述传输线变压器的所述绕线为双绞线，所述双绞线的其中一股线形成的绕组为所述传输线变压器的初级，另一股线形成的绕组为所述变压器的次级。

可选的，所述传输线变压器的所述双绞线的每一股线由多根小直径漆包线组成。

可选的，多个所述磁环间留有间隙，所述间隙不小于所述电感元件的所述预留长度的绕线的线径。

可选的，传输线变压器的电性连接方式，各变压器初级串行电性连接，次级同性端并联，初级串联后的输出端和所有变压器次级的同相端电性连接到换能模块正端，所有变压器次级的反相端都电性连接到所述换能模块负端。

本实用新型还提供一种超声治疗仪，包括：上述的超声治疗仪的阻抗匹配装置；以及壳体，所述超声治疗仪的阻抗匹配装置的所述阻抗匹配模块以及所述换能模块设置在所述壳体中，所述阻抗匹配模块与所述换能模块电性连接。

如上所述，本实用新型的超声治疗仪的阻抗匹配装置，通过所述阻抗匹配模块的多个变压器组成的预变换单元进行初步的阻抗匹配以及通过补偿变换单元即电感和/或电容阻抗匹配网络来完成对所述超声治疗仪的阻抗匹配，克服了在大功率、大电流以及高频条件下仅用单一的阻抗匹配网络方式存在电感值不稳定、功率不够等等问题。

附图说明

图1显示为本实用新型的一种超声治疗仪的阻抗匹配装置的框图。

图2显示为本实用新型的一种超声治疗仪的阻抗匹配装置的框图。

图3显示为本实用新型的一种超声治疗仪的阻抗匹配装置的部分结构图。

图4显示为本实用新型的一种超声治疗仪的阻抗匹配装置的阻抗匹配模块的结构图。

图5显示为本实用新型的一种超声治疗仪的治疗头的结构图。

元件标号说明

10 信号发生模块

20 功率放大模块

30 阻抗匹配模块

31 预变换单元

33 补偿变换单元

300 磁芯

301-307 磁环

40 换能模块

100 阻抗匹配模块与换能模块连接线

101 阻抗匹配模块的输入端

102 壳体

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

请参阅图1至图3，本实用新型提供一种超声治疗仪的阻抗匹配装置，包括信号发生模块、与所述信号发生模块电性连接的功率放大模块20、与所述功率放大模块20电性连接的阻抗匹配模块30以及与所述阻抗匹配模块30电性连接的换能模块40，其中，所述阻抗匹配模块30包括：

预变换单元31，所述预变换单元一端与所述换能模块40正端电性连接，所述预变换单元包括至少一变压器；

补偿变换单元33，所述补偿变换单元33一端与所述预变换单元31另一端电性连接，所述补偿变换单元包括电感或/和电容；

所述换能模块40负端接地。

在某些实施方式中，所述补偿变换单元33的一端与所述预变换单元31另一端电性连接，所述补偿变换单元33的另一端与所述功率放大模块20电性连接；其中，当所述补偿变换单元33仅包括电感时，电感元件的一端与所述预变换单元31另一端电性连接，电感元件的另一端与所述功率放大模块20电性连接；当所述补偿变换单元33仅包括电容时，电容元件的一端与所述预变换单元31另一端电性连接，电容元件的另一端与所述功率放大模块20电性连接；当所述补偿变换单元33包括电感和电容时，所述补偿变换单元33中的电感元件的一端与所述预变换单元31另一端电性连接，电感元件的另一端与所述补偿变换单元31中的电容元件的一端电性连接并与所述功率放大模块20的输出端电性连接，电容元件的另一端接地。

可以理解的，补偿变换单元33的输入端与所述功率放大模块20的输出端电性连接，补偿变换单元33的输出端与所述预变换单元31的输入端电性连接。本实用新型所表述的一端与另一端指代输出端或输入端。

请参阅图3，在某些实施方式中，当所述阻抗匹配模块30的预变换单元31的阻抗值的实部值与期望阻抗值的实部值不同时，所述阻抗匹配模块30的补偿变换单元33的电感、电容元件对所述预变换单元31的阻抗值进行补偿；其中，所述期望阻抗值为阻抗匹配模块30 对所述换能模块40的阻抗值的变换结果。

在某些实施方式中，所述补偿变换单元33的电感元件的电感值满足以下公式：

其中，L为所述补偿变换单元33的电感元件的电感值；Re1为所述阻抗匹配模块30的预变换单元31对换能模块40的阻抗值变换后的实部值；X1为所述阻抗匹配模块30的预变换单元31对换能模块40的阻抗值变换后的虚部值，正值为感抗，负值为容抗；Re为期望阻抗值的实部值；f为所述换能模块40的谐振频率。可以理解的，上述公式只是获得电感值的一种方式，电感元件的电感值的计算不限于采用上述公式。

所述补偿变换单元33的电容元件的电容值满足以下公式：

其中，C为所述补偿变换单元33的电容元件的电容值；Re1为所述阻抗匹配模块30的预变换单元31对换能模块40的阻抗值变换后的实部值；Re为期望阻抗值的实部值；f为所述换能模块40的谐振频率。可以理解的，上述公式只是获得电容值的一种方式，电容元件的电容值的计算不限于采用上述公式。

请参阅图3，在某些实施方式中，所述变压器为传输线变压器，所述变压器的个数满足以下公式：

其中，n为自然数，n取满足不等式的最大值，R_L表示所述换能模块40的阻抗的实部值， Re表示阻抗匹配模块30对所述换能模块40的阻抗进行变换后的期望值。

请参阅图2与图3，在某些实施方式中，所述传输线变压器包括绕线以及磁芯300，多个所述传输线变压器共用一个磁芯300，所述磁芯300包括多个中空的圆形或/和方形的磁环，所述补偿变换单元的电感元件包括一有预留长度的绕线以及至少一所述磁环。

在某些实施方式中，所述传输线变压器的所述绕线为同轴电缆。

可以理解的，在某些实施方式中，所述同轴电缆包括同轴电缆芯以及屏蔽层，其中，所述同轴电缆芯为所述传输线变压器的初级，所述屏蔽层为所述传输线变压器的次级。

在某些实施方式中，所述传输线变压器的所述绕线为双绞线，所述双绞线的其中一股线形成的绕组为所述传输线变压器的初级，另一股线形成的绕组为所述变压器的次级，每一股线都由多根小直径漆包线组成。

在某些实施方式中，所述传输线变压器的数量为多个，各个所述传输线变压器分别包括初级与次级，每个所述传输线变压器的所述初级包括初级输入端与初级输出端，每个所述传输线变压器的所述次级包括次级同相端与次级反相端，其中：第一个所述传输线变压器T1 的所述初级输入端与所述补偿变换单元33的输出端电性连接，第一个所述传输线变压器T1 的所述初级输出端与第二个所述传输线变压器T2的所述初级输入端电性连接，第二个所述传输线变压器T2的所述初级输出端与所述第三个所述传输线变压器T3的所述初级输入端电性连接，以此类推，第n-1个所述传输线变压器的所述初级输出端与第n个所述传输线变压器 Tn的所述初级输入端电性连接，第n个Tn所述传输线变压器的所述初级输出端与所述换能模块40的正端电性连接；第一个所述传输线变压器T1至第n个所述传输线变压器Tn的所述次级同相端与所述换能模块40的正端电性连接，第一个所述传输线变压器T1至第n个所述传输线变压器Tn的所述次级反向端与所述换能模块40的负端电性连接。可以理解的，所述预变换单元中的各个传输线变压器的初级顺次电性连接，最后一个传输线变压器的初级输出端与所述换能模块40的正端电性连接，各个传输线变压器的次级的同相端与所述换能模块 40的正端电性连接，各个传输线变压器的次级的反向端与所述换能模块40的负端电性连接，即各个传输线变压器的次级的反向端与所述换能模块40的负端都接地，在某些实施方式中，各个传输线变压器的次级的反向端与所述换能模块40的负端可以皆为等电势连接，在此不做限定。

请参阅图4，多个所述磁环间留有间隙，磁环301、磁环302、303、磁环304、磁环305、磁环306以及磁环307所述间隙不小于所述电感元件的所述预留长度的绕线的线径，可以理解的，在某些实施方式中至少要保证磁环301与磁环302或者磁环306与磁环307之间的间隙要不小于电感元件的绕线线径。

如此，采用传输线变压器，传输线变压的磁芯包括多个磁环，电感元件共享传输线变压器部分磁芯，无需再单独设置独立的电感元件，操作简单，节约成本。

在某些实施方式中，也可选用与传输线变压器独立的电感元件，关于电感元件的设置，在此不做限制。

请参阅图3与图4，在某些实施方式中，所述预变换单元31包括多个传输线变压器，传输线变压器的绕线方向从“1”端向“2”端方向绕；可以理解，“1”端为所述预变换单元31的输入端，“2”端为所述预变换单元31的输出端；当所述预变换单元31的阻抗值的实部值小于所述期望阻抗值的实部值时，所述预留长度的绕线顺着传输线变压器的绕组方向的磁环绕，即“1”端的绕线有预留长度，“1”端的绕线沿着磁环301、磁环302绕，形成补偿变换单元33的电感元件；当所述预变换单元31的阻抗值的实部值大于所述期望阻抗值的实部值时，所述预留长度的绕线逆着传输线变压器的绕组方向的磁环绕。

如此，磁芯300由多个磁环组成，阻抗匹配模块30可以设置成圆形或者多边形，用户可以根据超声治疗仪的治疗头的形状进行匹配设置，操作更加灵活。

本实用新型还提供一种超声治疗仪，包括：上述的超声治疗仪的阻抗匹配装置；以及壳体，所述超声治疗仪的阻抗匹配装置的所述阻抗匹配模块30以及所述换能模块40设置在所述壳体中。可以理解的上述超声治疗仪还可以包括电源、显示模块、按键模块、用于驱动控制的处理器以及存储器，其中，存储器可能包含随机存取存储器(Random AccessMemory，简称RAM)，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器；上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central ProcessingUnit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processing，简称DSP)、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件

请参阅图5，图5是本实用新型提供的一种超声治疗仪的超声治疗头，包括阻抗匹配模块 30与换能模块40电性连接线100，阻抗匹配模块30的输入端101，壳体102，阻抗匹配模块 30与换能模块40集成在一个壳体102中，减小了阻抗匹配模块30与功率放大模块20间连线的截面积，降低了信号传输时的干扰。

如上所述，本实用新型的超声治疗仪的阻抗匹配装置，通过获得功率放大模块20的额定负载阻抗值；获得换能模块40的阻抗值；根据所述额定负载阻抗值获得通过阻抗匹配模块 30对所述换能模块40的阻抗变换后的期望阻抗值；获得所述阻抗匹配模块30的元件参数；通过所述阻抗匹配模块30的预变换单元31以及补偿变换单元33完成所述超声治疗仪的阻抗匹配。本实用新型的超声治疗仪的阻抗匹配装置，通过所述阻抗匹配模块的多个变压器组成的预变换单元进行初步的阻抗匹配以及通过补偿变换单元即电感电容阻抗匹配网络来完成对所述超声治疗仪的阻抗匹配，克服了在大功率、大电流以及高频条件下仅用单一的阻抗匹配网络方式存在电感不能满足要求的问题。

本实用新型提供的超声治疗仪的阻抗匹配装置可以提高电声转换效率；鉴于本实用新型的阻抗匹配模块30包括多个变压器，本实用新型采用传输线变压器，且磁芯300包括多个磁环，如此，阻抗匹配模块30的体积更小，且其形状的设置更加灵活，因此，可以直接与换能模块40集合设置在一个壳体中，减小了阻抗匹配模块与功率放大模块间连线的截面积，降低了信号传输时的干扰。本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种超声治疗仪的阻抗匹配装置，其特征在于，包括信号发生模块、与所述信号发生模块电性连接的功率放大模块、与所述功率放大模块电性连接的阻抗匹配模块以及与所述阻抗匹配模块电性连接的换能模块，其中，所述阻抗匹配模块包括：

预变换单元，所述预变换单元一端与所述换能模块的正端电性连接，所述预变换单元包括至少一变压器；

补偿变换单元，所述补偿变换单元包括电感或/和电容，所述补偿变换单元的一端与所述预变换单元另一端电性连接，所述补偿变换单元的另一端与所述功率放大模块电性连接；其中

当所述补偿变换单元仅包括电感时，电感元件的一端与所述预变换单元另一端电性连接，电感元件的另一端与所述功率放大模块电性连接；

当所述补偿变换单元仅包括电容时，电容元件的一端与所述预变换单元另一端电性连接，电容元件的另一端与所述功率放大模块电性连接；

当所述补偿变换单元包括电感和电容时，所述补偿变换单元中的电感元件的一端与所述预变换单元另一端电性连接，电感元件的另一端与所述补偿变换单元中的电容元件的一端电性连接并与所述功率放大模块电性连接，电容元件的另一端接地；补偿变换单元

所述换能模块的负端接地。

2.根据权利要求1所述的超声治疗仪的阻抗匹配装置，其特征在于，所述变压器为传输线变压器。

3.根据权利要求2所述的超声治疗仪的阻抗匹配装置，其特征在于，所述传输线变压器的数量为多个，各个所述传输线变压器分别包括初级与次级，每个所述传输线变压器的所述初级包括初级输入端与初级输出端，每个所述传输线变压器的所述次级包括次级同相端与次级反相端，其中：

第一个所述传输线变压器的所述初级输入端与所述补偿变换单元的输出端电性连接，第一个所述传输线变压器的所述初级输出端与第二个所述传输线变压器的所述初级输入端电性连接，第二个所述传输线变压器的所述初级输出端与第三个所述传输线变压器的所述初级输入端电性连接，以此类推，第n-1个所述传输线变压器的所述初级输出端与第n个所述传输线变压器的所述初级输入端电性连接，第n个所述传输线变压器的所述初级输出端与所述换能模块的正端电性连接；

第一个所述传输线变压器至第n个所述传输线变压器的所述次级同相端与所述换能模块的正端电性连接，第一个所述传输线变压器至第n个所述传输线变压器的所述次级反向端与所述换能模块的负端电性连接。

4.根据权利要求2所述的超声治疗仪的阻抗匹配装置，其特征在于，所述传输线变压器包括绕线以及磁芯，多个所述传输线变压器共用一个磁芯，所述磁芯包括多个中空的圆形或/和方形的磁环，所述补偿变换单元的电感元件包括一有预留长度的绕线以及至少一所述磁环。

5.根据权利要求4所述的超声治疗仪的阻抗匹配装置，其特征在于，所述传输线变压器的所述绕线为同轴电缆。

6.根据权利要求5所述的超声治疗仪的阻抗匹配装置，其特征在于，所述同轴电缆包括同轴电缆芯以及屏蔽层，其中，所述同轴电缆芯为所述传输线变压器的初级，所述屏蔽层为所述传输线变压器的次级。

7.根据权利要求4所述的超声治疗仪的阻抗匹配装置，其特征在于，所述传输线变压器的所述绕线为双绞线，所述双绞线的其中一股线形成的绕组为所述传输线变压器的初级，另一股线形成的绕组为所述变压器的次级。

8.根据权利要求4所述的超声治疗仪的阻抗匹配装置，其特征在于，多个所述磁环间留有间隙，所述间隙不小于所述电感元件的所述预留长度的绕线的线径。

9.一种超声治疗仪，其特征在于，包括：

如权利要求1-8任一项所述的超声治疗仪的阻抗匹配装置；以及壳体，所述超声治疗仪的阻抗匹配装置的所述阻抗匹配模块以及所述换能模块设置在所述壳体中，所述阻抗匹配模块与所述换能模块电性连接。

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