CN2163658Y - 波形发生器 - Google Patents

Abstract

波形发生器有外壳、直流电源7、依次串联的波 形产生电路、功放电路6和输出变压器8。由频率控 制1、单脉冲发生2、程序转换3、调制频率4及调制 器5组成的波形产生电路，经功放电路和输出变压器 产生低频双向方波脉冲。将该脉冲经电控振动装置 转换成振动力，再由探针传递至肌肉，即可进行肌肉 力量训练。本实用新型采用全CMOS电路，有四种 程序可供选择，并采用输出变压器将波形升压和隔 离，电路简单、调节方便、使用安全。

Description

本实用新型涉及波形发生器，特别是产生供肌肉力量训练用的低频双向方波的波形发生器。

肌电刺激（ESM）是指以电流波形使肌肉产生收缩。功能肌电刺激（ESMF）是对健全的肌肉进行有目的性的刺激，它能极大地提高肌肉的再生效力和力量，是现代肌肉力量训练的一种优越和有效的手段。考虑到安全，可将ESMF波形转换成振动力后再作用于肌肉，其效果也不错。

第一代ESMF波形是用低频交流电调制中频正弦电流，而肌生理学研究表明：对运动神经的刺激，其效果取决于电流上升或下降的速度，以陡直脉冲为好。由于正弦波的上升速度较慢，在刺激运动神经的同时，对皮肤感觉神经也产生刺激，因此有很大的疼痛感。第二代ESMF电流为几十HZ的低频单向方波，效果好于第一代，但由于单向方波有直流分量和方向性，因此会造成对皮肤的烧灼感。目前国内这方面的仪器如中低频治疗仪、便携式电子理疗仪等多采用第一代和第二代ESMF电流，从机理上即存在缺陷，此外中低频电子治疗仪结构复杂成本高，便携式电子理疗仪输出波形种类少，且大多以电池为电源，不能提供充足的刺激强度。

肌生理学研究还表明：人体肌肉分为白肌纤维（快肌）、红肌纤维（慢肌）和中间肌三类，其中快肌属力量型肌肉，其收缩放松的频率约33HZ；红肌属耐力型肌肉，其收缩放松的频率较慢，约为10HZ；而中间肌则兼具快肌和慢肌的特性。

本实用新型的目的是提供可以输出针对上述三种肌纤维特性的第三代ESMF电流，即低频双向方波脉冲电流，且构成简单的波形发生器。第三代ESMF中包括T1～T4四个参数，其中：方波宽度T1为几百us～几ms，它是刺激强度的参量；双向方波的周期T2为几十ms可调，它对应不同肌纤维的收缩放松频率；双向方波序列持续时间T3为几秒～十几秒；间歇时间T4为几秒～几十秒。

本实用新型的目的是这样实现的：一种波形发生器由外壳、直流电源、功放电路、波形产生电路和接在功放电路后面的输出变压器组成。波形产生电路包括频率控制、单脉冲发生、程序转换、调制频率及调制器五个单元。其中：频率控制单元为频率可调的振荡器，它产生与肌肉收缩放松频率相符的单向脉冲T2去触发单脉冲发生单元；单脉冲发生单元将所收的单向脉冲转变成双向方波送给调制器单元，每个方波的宽度为T1；调制频率单元为可产生脉宽为T3、周期为T3＋T4的调制波的振荡器；程序转换单元分别为频率控制、单脉冲发生和调制频率单元提供用于调节脉宽和频率的可选择的定时电阻；调制器单元用调制频率单元输出的调制波将单脉冲发生单元输出的双向方波调制成边沿缓变的输出波，然后送至功放电路。

本实用新型通过程序转换单元可选择四种不同的T1～T4值，经功放电路和输出变压器产生对止痛及对快肌、慢肌、中间肌刺激的低频双向方波脉冲。用一个电控振动装置将此脉冲转换成振动力后，再通过探针传递至肌肉，即可进行肌肉力量训练。

下面结合附图和实施例对本实用新型作详细说明。

图1是本实用新型组成框图；

图2是本实用新型中的波形产生电路的原理图；

图3是本实用新型的外壳。

图中：1－频率控制        2－单脉冲发生        3－程序转换        9－输出调节器        4－调制频率        5－调制器        6－功放电路        7－直流电源        8－输出变压器        10～13、20、21、26、27－CD4098单稳态触发器        33－输出显示屏        14～16、22－CD4066双向模拟开关        18、19－CD4052多路模拟开关        24－CD4051多路模拟开关        17、25－CD40193四位二进制计数器        23－CD4095JK触发器        28－10HZ振荡器        29～32－CD4023与非门

图1所示的波形发生器由外壳（图中未画出）、直流电源7、依次串联的波形产生电路、功放电路6、输出变压器8及输出调节器9组成。所说波形产生电路包括频率控制1、单脉冲发生2、程序转换3、调制频率4及调制器5五个单元。其中：频率控制1为频率可调的振荡器，它产生与肌肉收缩放松频率相符的单向脉冲T2去触发单脉冲发生2；单脉冲发生2将所收的单向脉冲转变成双向方波送给调制器5，每个方波的宽度为T1；调制频率4为可产生脉宽为T3、周期为T3＋T4的调制波的振荡器；程序转换3分别为频率控制1、单脉冲发生2和调制频率4提供用于调节脉宽和频率的可选择的定时电阻；调制器5用调制频率4输出的调制波将单脉冲发生2输出的双向方波调制成边沿缓变的输出波后送至功放电路6。

在图2中：

频率控制1－－由第一单稳10和第二单稳11组成，两者的输入输出交叉连接成多谐振荡器，为典型应用。第一单稳的定时电阻固定，第二单稳的定时电阻由第五多路模拟开关19的一路提供。第一单稳产生T21，第二单稳产生T22，这里T22>>T21，T21＋T22＝T2，可认为T2≈T22，改变它的定时电阻即可改变T22（T2）。第二单稳的输出接第三单稳12和第四单稳13的TR＋脚。

单脉冲发生2－－由第三单稳12、第四单稳13、第一至第三单路模拟开关14～16组成，第一至第三单路模拟开关成星形连接，第一模拟开关14的另一端接电源正端，第二模拟开关15的另一端接地，第三模拟开关16的另一端作为单脉冲发生2的输出点与并在电源和地之间的电阻串联支路的串联点B相接，平时B点的电位为Vc／2。第三单稳和第四单稳的定时电阻由第四多路模拟开关18的两路输出分别提供，第三单稳12的两路输出分别接第一模拟开关14和第二模拟开关15的控制端，第四单稳13的输出接第三模拟开关16的控制端。当A点即第三单稳12和第四单稳13的TR＋脚有一上升沿触发时，单稳12从其Q和

端分别输出宽度为T1的正负脉冲，使第一模拟开关14通，第二模拟开关15断，同时单稳13输出一个宽度为2T1的正脉冲，使第三模拟开关16通，于是B点接Vc产生上半脉冲；经T1时间后，模拟开关14断，模拟开关15通，而此时模拟开关16仍通，于是B点接地产生下半脉冲。经2T1时间后，单稳13工作结束，模拟开关16断，使B点的电位维持为Vc／2，单脉冲产生过程结束，等待下次A点的上升沿触发。

程序转换3－－由第一计数器17、第四和第五多路模拟开关18、19及装在外壳上的程序选择键K1组成。第四和第五多路模拟开关的各输入脚分别经定时电阻与电源正端相接，第四多路模拟开关18的两路输出分别接第三单稳12和第四单稳13的定时电阻输入脚，第五多路模拟开关19的两路输出分别接第二单稳11和第六单稳21的定时电阻输入脚，第四和第五多路模拟开关18、19的控制端接第一计数器17的输出。当K1不断按下，便触发计数器17，使其输出端Q    BQ    A按00－01－10－11－00循环变化，更使多路模拟开关18、19的COM1和COM2端分别接通自己的0－1－2－3－0端，即相当于第二单稳11的定时电阻分别选择R21、R22、R23、R24，第三单稳12的定时电阻分别选择R11、R12、R13、R14，第四单稳13的定时电阻分别选择R15（＝2R11）、R16（＝2R12）、R17（＝2R13）、R18＝2R14），第六单稳21的定时电阻分别选择R25、R26、R27、R28。这样通过不同的T1T2T3的选择便实现了不同程序的转换。

调制频率4－－由第五和第六单稳20～21、第六单路模拟开关22、触发器23和装在外壳上的通断控制键K2组成。第五单稳20和第六单稳21的输入输出交叉连接成多谐振荡器，第六单路模拟开关22串接在单稳20和21的输入输出交叉回路中，触发器23的输出接第六单路模拟开关22的控制端，第六单稳21的输出接第七单稳26和第八单稳27的输入端。按下K2，触发器23的Q输出端将由0变为1或反之，受其控制的第六模拟开关22将通或断，从而控制该多谐振荡器的起振或停振，产生T3脉冲作为调制波。

调制器5－－由第七模拟开关24、第二计数器25、第七单稳26、第八单稳27、用非门和阻容元件构成的10HZ振荡器28和与非门29～32组成。第七多路模拟开关24的输入、输出和控制端分别接单脉冲发生2的输出、第二计数器25的输出和功放电路6的输入；与非门29和30的第一个输入端接10HZ振荡器28的输出，第二个输入端接第二计数器25输出的门控信号，第三个输入端分别接第七单稳26和第八单稳27的输出，与非门29和30的输出分别接计数器25的递增计数端和递减计数端；调制频率4的输出点即C点分别接第七单稳26的TR＋脚和第八单稳27的TR－脚。当T3上升沿作用C点后，单稳26的Q端产生一个1S的脉冲输出，将与非门29打开，于是10HZ振荡器28输出的脉冲作用于计数器25的递增计数端，使计数器25的输出端Q    CQ    BQ    A从000每隔0.1秒变化一次递增到111，使模拟开关24的COM脚输出在0.7秒内从零上升至满幅度。由于此时Q    CQ    BQ    A＝111，使与非门31翻转，封住了与非门29，故计数器25因无计数脉冲输入而处保持状态。这样模拟开关24输出的便是上升沿缓变的治疗波形。当T3下降沿作用C点后，单稳27输出一个1S的脉冲，将与非门30打开，使10HZ脉冲作用于计数器25的递减计数端，使其Q    CQ    BQ    A从111逐渐下降到000，于是模拟开关24的COM脚输出从满幅度均匀下降至零的下降沿缓变的治疗波形。此后Q    CQ    BQ    A＝000，使与非门32翻转，封住与非门30，使计数器25保持，等待下次C点上升沿脉冲触发。

图3所示外壳的面板上装有输出调节器9的调节健、输出显屏33、程序选择键K1、通断控制键K2及各指示灯。

本实用新型可输出低频双向方波脉冲电流，输出的波形其上升沿和下降沿均经缓变处理，用于肌电刺激时无烧灼感和疼痛感，且具有四种程序可供用户选择，针对性强、使用方便；

本实用新型采用全CMOS电路，并采用输出变压器将波形升压和隔离，具有电路构成简单、调节方便和使用安全的优点。

Claims (2)

1、波形发生器有外壳、直流电源(7)、功放电路(6)和波形产生电路，其特征在于它还包括接在功放电路(6)后面的输出变压器(8)，所说波形产生电路由频率控制(1)、单脉冲发生(2)、程序转换(3)、调制频率(4)及调制器(5)组成，其中：频率控制(1)为频率可调的振荡器，它产生与肌肉收缩放松频率相符的单向脉冲去触发单脉冲发生(2)；单脉冲发生(2)将所收的单向脉冲转变成双向方波送给调制器(5)；调制频率(4)为可产生调制波的振荡器；程序转换(3)分别为频率控制(1)、单脉冲发生(2)和调制频率(4)提供可选择的定时电阻；调制器(5)用调制频率(4)输出的调制波将单脉冲发生(2)输出的双向方波调制成边沿缓变的输出波后送至功放电路(6)。

2、根据权利要求1所述的波形发生器，其特征在于所说频率控制（1）由第一单稳（10）和第二单稳（11）组成；所说单脉冲发生（2）由第三单稳（12）、第四单稳（13）、第一至第三单路模拟开关（14）～（16）组成；所说程序转换（3）由第一计数器（17）、第四和第五多路模拟开关（18）～（19）组成；所说调制频率（4）由第五和第六单稳（20）～（21）、第六单路模拟开关（22）、触发器（23）组成；所说调制器（5）由第七模拟开关（24）、第二计数器（25）、第七单稳（26）、第八单稳（27）、10HZ振荡器（28）和与非门（29）～（32）组成；其中：在频率控制（1）中－－第一单稳（10）和第二单稳（11）的输入输出交叉连接成多谐振荡器，第一单稳的定时电阻固定，第二单稳的定时电阻由第五多路模拟开关（19）的一路提供，第二单稳的输出接第三单稳（12）和第四单稳（13）输入；在单脉冲发生（2）中－－第一至第三单路模拟开关（14）～（16）成星形连接，第一模拟开关（14）的另一端接电源正端，第二模拟开关（15）的另一端接地，第三模拟开关（16）的另一端作为单脉冲发生（2）的输出点与并在电源和地之间的电阻串联支路的串联点相接，第三单稳（12）和第四单稳（13）的定时电阻由第四多路模拟开关（18）的两路输出分别提供，第三单稳（12）的两路输出分别接第一模拟开关（14）和第二模拟开关（15）的控制端，第四单稳（13）的输出接第三模拟开关（16）的控制端；    在程序转换（3）中－－第四和第五多路模拟开关（18）～（19）的各输入脚分别经定时电阻与电源正端相接，第四多路模拟开关（18）的两路输出分别接第三单稳（12）和第四单稳（13）的定时电阻输入脚，第五多路模拟开关（19）的两路输出分别接第二单稳（11）和第六单稳（21）的定时电阻输入脚，第四和第五多路模拟开关（18）～（19）的控制端接第一计数器（17）输出；    在调制频率（4）中－－第五单稳（20）和第六单稳（21）的输入输出交叉连接成多谐振荡器，第六单路模拟开关（22）串接在第五单稳（20）和第六单稳（21）的输入输出交叉回路中，触发器（23）的输出接第六单路模拟开关（22）的控制端，第六单稳（21）的输出接第七单稳（26）和第八单稳（27）的输入端；    在调制器（5）中－－第七多路模拟开关（24）的输入、输出和控制端分别接单脉冲发生（2）的输出、第二计数器（25）的输出和功放电路（6）的输入，与非门（29）和（30）的第一个输入端接10HZ振荡器（28）的输出，第二个输入端接第二计数器（25）输出的门控信号，第三个输入端分别接第七单稳（26）和第八单稳（27）的输出，与非门（29）和（30）的输出分别接第二计数器（25）的递增计数端和递减计数端。

Images