CN211579942U - 多频窄带滤波电路及具备该电路的牙根尖定位仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供可实现同步测量、且可保证各单一频率响应的一致性的一种多频窄带滤波电路及具备该电路的牙根尖定位仪。该多频窄带滤波电路，包括依次串联的低通滤波电路、高通滤波电路、以及多个带阻滤波电路，其包括第一带阻滤波电路、……第N‑1带阻滤波电路；对含有N个频率成分f1、f2、…、fN的混频信号，对应的特征参数如下：低通滤波电路的特征频率fl=fN；高通滤波电路的特征频率fh=f1；第一带阻滤波电路的特征频率fo1=(f1+f2)/2、通带带宽BWp1=(f2‑f1)/2；第N‑1带阻滤波电路的特征频率foN‑1=(fN‑1+fN)/2、通带带宽BWpN‑1=(fN‑fN‑1)/2。
Description
技术领域
本实用新型涉及牙科医疗器械领域，具体涉及一种用于牙根尖定位仪的窄带滤波电路及具备该电路的根管定位仪。
背景技术
牙根尖定位仪是一种用于辅助牙科医生进行牙根管长度测量的精密电子设备，其基本原理是根尖孔处牙周膜组织与口腔黏膜之间的电阻值为6.5千欧姆。现代理论认为，牙根管可等效为电阻、电容组合而成的阻抗电路模型。实际测量中，单一频率交流信号测得的牙根管阻抗值随根管锉与根尖孔距离的不同而变化；根管锉与根尖孔距离相同时多个不同频率交流信号测得的阻抗值也不相同。目前，先进的根管定位仪均采用多频测量技术，即以根尖部位阻抗对多个不同频率交流信号的响应规律为基本原理，如日本森田制作所的ROOT-ZX根管长度测量仪。
在多频测量技术中，将含有多个频率成分的混频信号作为激励信号输入到牙根管内，交流响应反馈信号被采集、处理得到根管锉与根尖孔的距离。实际使用中，牙根管环境中存在唾液、血液、生理盐水等测量干扰源，以及测量电路本身的噪声，反馈信号中夹杂了大量的噪声，低信噪比的反馈信号会直接导致测量结果不稳定。
在多频测量技术中，一般采用多频率激励信号时分复用测量电路来获得单一频率对应的阻抗（例如，中国专利公开CN108992197A，申请号201810946012.1）；或者多频率激励信号同时输出，再通过选频电路分别测量单一频率对应的阻抗（中国专利CN100376221C）。第一种方法分步测量阻抗，无法消除多次测量过程中条件变化对结果的影响。第二种方法需设计多个选频电路，各个选频电路的一致性难以保证。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种用于牙根尖定位仪的多频窄带滤波电路及具备该电路的牙根尖定位仪。该多频窄带滤波电路可实现同步测量、且可保证各单一频率响应的一致性；放大特定频率的有用信号并衰减不相关的噪声，提高测量信号的信噪比。
解决问题的手段：
为实现如上实用新型目的，本实用新型一方面提供一种用于根管定位仪的多频窄带滤波电路，包括依次串联的滤除最高频率信号以上的高频噪声的低通滤波电路、滤除最高低频率信号以下的低频噪声的高通滤波电路、以及滤除两相邻频率的信号之间的噪声的多个带阻滤波电路，其包括第一带阻滤波电路、第二带阻滤波电路、……第N-1带阻滤波电路；
对含有N（N≥2）个频率成分f1、f2、f3、…、fN的混频信号，其中f1<f2<f3<…< fN，对应的特征参数如下：
所述低通滤波电路的特征频率fl= fN；
所述高通滤波电路的特征频率fh=f1；
所述第一带阻滤波电路的特征频率fo1=(f1+f2)/2、通带带宽BWp1=( f2-f1)/2；
所述第N-1带阻滤波电路的特征频率foN-1=(fN-1+fN)/2、通带带宽BWpN-1=(fN-fN-1)/2。
根据本实用新型的多频窄带滤波电路，由低通滤波电路、高通滤波电路和多个带阻滤波电路依次串联构成，可同步测量混频反馈信号并保证各个频率分量响应的一致性；还可提高信噪比。
另一方面，本实用新型还提供一种具备上述多频窄带滤波电路的牙根尖定位仪，包括控制电路、测量电路、薄膜按键、显示屏、喇叭、患者引导线、锉夹和唇钩；所述控制电路的输入端接所述薄膜按键的输出端，所述控制电路的输出端分别接所述显示屏和喇叭的输入端，并与所述测量电路相连接；所述测量电路通过所述患者引导线分别连接所述锉夹和唇钩；所述唇钩挂在患者的口腔粘膜上；所述锉夹与待测牙根管内的根管锉相连；所述测量电路产生的激励信号通过所述锉夹输出到待测牙根管内，待测牙根管的交流响应信号再通过所述唇钩反馈到所述测量电路，所述测量电路根据反馈信号的阻抗变化规律计算出根管锉与牙根尖的距离，并将结果通过所述控制电路输出到所述显示屏上；所述薄膜按键用于接收用户的指令输入；所述喇叭用于提供设备的操作音和报警声。
较佳地，所述测量电路包括依次相连的微控制器、数字模拟转换器、第一信号放大电路、所述多频窄带滤波电路、第二信号放大电路和模拟数字转换器；所述微控制器将保存在其内部存储器中的包含多个频率成分的混频正弦波信号数字量送到所述数字模拟转换器，由所述数字信号转换成模拟混频信号并被所述第一信号放大电路 放大后生成所述激励信号，所述激励信号经所述患者引导线、锉夹以及与之相连的根管锉输入到待测牙根管，含有多个频率成分的激励信号随着根管锉在待测牙根管内移动产生幅度衰减不同的交流响应信号，该信号通过与口腔黏膜相接触的所述唇钩输入到所述多频窄带滤波电路，所述多频窄带滤波电路放大有用信号并滤除噪声，被滤除了噪声的反馈信号经所述第二信号放大电路5放大后再被所述模拟数字转换器转换为数字信号，该数字信号在所述微控制器中先经过傅里叶变换得到各个单一频率对应的阻抗，再根据阻抗的变化规律计算根管锉与根尖孔的距离。
附图说明
图1为本实用新型一实施形态牙根尖定位仪的测量电路的示意图；
图2是本实用新型一实施形态用于牙根尖定位仪的多频窄带滤波电路的示意图；
图3是本实用新型多频窄带滤波电路的幅频响应曲线；
图4是本实用新型多频窄带滤波电路的一个具体实施例的原理图；
图5是本实用新型多频窄带滤波电路具体实施例的仿真效果图；
图6是本实用新型具备多频窄带滤波电路的牙根尖定位仪的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和下述实施方式进一步说明本实用新型，应理解，附图及下述实施方式仅用于说明本实用新型，而非限制本实用新型。
为了实现同步测量、保证频率响应一致性，并克服设备测量信号的信噪比低的问题，本实用新型提供一种用于牙根尖定位仪的多频窄带滤波电路及具备该电路的牙根尖定位仪。以下，结合图示的实施形态进一步详细说明本实用新型一种用于牙根尖定位仪的多频窄带滤波电路及具备该电路的牙根尖定位仪。
图6是本实用新型具备多频窄带滤波电路的牙根尖定位仪的结构示意图。如图6所示，本实用新型的牙根尖定位仪主要包括控制电路1、测量电路2、薄膜按键3、显示屏4、喇叭5、患者引导线6、锉夹7和唇钩8。控制电路1的输入端接薄膜按键3的输出端，控制电路1的输出端分别连接显示屏4和喇叭5的输入端，控制电路1与测量电路2相连接；测量电路2通过患者引导线6分别连接锉夹7和唇钩8。工作时，唇钩8挂在患者的口腔粘膜上，锉夹7与待测牙根管内的根管锉相连，测量电路2产生的激励信号通过锉夹7 输出到待测牙根管内，待测牙根管的交流响应信号再通过唇钩8反馈到测量电路2，测量电路2根据反馈信号的阻抗变化规律计算出根管锉与牙根尖的距离，并将结果通过控制电路1输出到显示屏4上。所述的薄膜按键3用于接收用户的指令输入。所述的喇叭5用于提供设备的操作音和报警声。
图1为本实用新型一实施形态牙根尖定位仪的测量电路2的原理图，其主要由依次相连的微控制器21、数字模拟转换器22、第一信号放大电路23、多频窄带滤波电路24、第二信号放大电路 25和模拟数字转换器26组成。所述的微控制器21将保存在其内部存储器中的包含多个频率成分的混频正弦波信号数字量送到数字模拟转换器22，数字信号转换成模拟混频信号并被第一信号放大电路 23放大后生成激励信号，激励信号经患者引导线6、锉夹7以及与之相连的根管锉输入到待测牙根管，含有多个频率成分的激励信号随着根管锉在待测牙根管内移动产生幅度衰减不同的交流响应信号，该信号通过与口腔黏膜相接触的唇钩8输入到多频窄带滤波电路24，多频窄带滤波电路24放大有用信号并滤除噪声，被滤除了噪声的反馈信号经第二信号放大电路 25放大后再被模拟数字转换器26转换为数字信号，该多频数字信号在微控制器21中先经过傅里叶变换得到各个单一频率对应的阻抗，再根据阻抗的变化规律计算根管锉与根尖孔的距离。
图2是本实用新型一实施形态的用于根管定位仪的多频窄带滤波电路24的示意框图。图2所示的多频窄带滤波电路24用于滤除含有N个（N≥2）频率成分的混频反馈信号中的噪声。上述的窄带滤波电路24，包括低通滤波电路241、高通滤波电路242、第一带阻滤波电路243、第二带阻滤波电路244、……第N-1带阻滤波电路245。所述电路依次串联。
对含有N个频率成分f1、f2、f3、…、fN（f1<f2<f3<…< fN）的混频反馈信号，对应的多频窄带滤波电路的特征参数如下：
低通滤波电路滤除最高频率信号以上的高频噪声，其特征频率fl= fN；
高通滤波电路滤除最高低频率信号以下的低频噪声，其特征频率fh=f1；
带阻滤波电路滤除两相邻频率的信号之间的噪声，其中，
第1带阻滤波电路的特征频率fo1=(f1+f2)/2、通带带宽BWp1=( f2-f1)/2；
=第N-1带阻滤波电路的特征频率foN-1=(fN-1+fN)/2、通带带宽BWpN-1=(fN-fN-1)/2。
该多频窄带滤波电路由低通滤波电路、高通滤波电路和多个带阻滤波电路依次串联构成，可同步测量混频反馈信号并保证各个频率分量响应的一致性。
图3是本实用新型窄带滤波电路的幅频响应曲线。图3中纵轴|A|代表信号的归一化幅度，横轴f代表信号频率。所述的窄带滤波电路使混频反馈信号中频率为f1、f2、f3、…、fN的有用信号分量通过，并衰减通带范围外的噪声信号，从而提高测量信号的信噪比。
图4是本实用新型用于牙根尖定位仪的多频窄带滤波电路的一个具体实施例，电路具体参数为：
低通滤波电路的特征频率fl= 4kHz；
高通滤波电路的特征频率fh=500Hz；
带阻滤波电路的特征频率fo=2.25kHz，通带带宽BWp=1.75kHz。
可采用LTspice仿真软件产生500Hz和4kHz的正弦波混频信号，其峰峰值为1.0V，包含的高斯噪声的峰峰值为0.1V，信号的直流偏置为1.5V。多频窄带滤波电路输入、输出信号的仿真波形如图5所示（粗曲线为输入信号，细曲线为输出信号），由图可见500Hz和4kHz的信号被保留、噪声被滤除，测量信号的信噪比得到了提高。
在不脱离本实用新型的基本特征的宗旨下，本实用新型可体现为多种形式，因此本实用新型中的实施形态是用于说明而非限制，由于本实用新型的范围由权利要求限定而非由说明书限定，而且落在权利要求界定的范围，或其界定的范围的等价范围内的所有变化都应理解为包括在权利要求书中。
Claims (3)
1.一种多频窄带滤波电路，其特征在于，
包括依次串联的滤除最高频率信号以上的高频噪声的低通滤波电路、滤除最高低频率信号以下的低频噪声的高通滤波电路、以及滤除两相邻频率的信号之间的噪声的多个带阻滤波电路，其包括第一带阻滤波电路、第二带阻滤波电路、……第N-1带阻滤波电路；
对含有N个频率成分f1、f2、f3、…、fN的混频信号，其中f1<f2<f3<…< fN，对应的特征参数如下，其中N≥2：
所述低通滤波电路的特征频率fl= fN；
所述高通滤波电路的特征频率fh=f1；
所述第一带阻滤波电路的特征频率fo1=(f1+f2)/2、通带带宽BWp1=( f2-f1)/2；
所述第N-1带阻滤波电路的特征频率foN-1=(fN-1+fN)/2、通带带宽BWpN-1=(fN-fN-1)/2。
2.一种具备权利要求1所述的多频窄带滤波电路的牙根尖定位仪，其特征在于，
包括控制电路、测量电路、薄膜按键、显示屏、喇叭、患者引导线、锉夹和唇钩；
所述控制电路的输入端接所述薄膜按键的输出端，所述控制电路的输出端分别接所述显示屏和喇叭的输入端，并与所述测量电路相连接；
所述测量电路通过所述患者引导线分别连接所述锉夹和唇钩；
所述唇钩挂在患者的口腔粘膜上；
所述锉夹与待测牙根管内的根管锉相连；
所述测量电路产生的激励信号通过所述锉夹输出到待测牙根管内，待测牙根管的交流响应信号再通过所述唇钩反馈到所述测量电路，所述测量电路根据反馈信号的阻抗变化规律计算出根管锉与牙根尖的距离，并将结果通过所述控制电路输出到所述显示屏上；
所述薄膜按键用于接收用户的指令输入；
所述喇叭用于提供设备的操作音和报警声。
3.根据权利要求2所述的牙根尖定位仪，其特征在于，
所述测量电路包括依次相连的微控制器、数字模拟转换器、第一信号放大电路、权利要求1所述的多频窄带滤波电路、第二信号放大电路和模拟数字转换器；
所述微控制器将保存在其内部存储器中的包含多个频率成分的混频正弦波信号数字量送到所述数字模拟转换器，由数字信号转换成模拟混频信号并被所述第一信号放大电路放大后生成所述激励信号，所述激励信号经所述患者引导线、锉夹以及与之相连的根管锉输入到待测牙根管，含有多个频率成分的激励信号随着根管锉在待测牙根管内移动产生幅度衰减不同的交流响应信号，该信号通过与口腔黏膜相接触的所述唇钩输入到所述多频窄带滤波电路，所述多频窄带滤波电路放大有用信号并滤除噪声，被滤除了噪声的反馈信号经所述第二信号放大电路放大后再被所述模拟数字转换器转换为数字信号，该数字信号在所述微控制器中先经过傅里叶变换得到各个单一频率对应的阻抗，再根据阻抗的变化规律计算根管锉与根尖孔的距离。
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|---|---|---|---|---|
| CN114508995A (zh) * | 2022-01-20 | 2022-05-17 | 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 | 一种电阻应变测量仪的阶跃响应特性校准装置及方法 |
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