CN216900884U - 一种极板脱落检测装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种极板脱落检测装置，其中，直流恒压源1与数字开关2连接，数字开关2分别连接处理器5、交流激励电路3和数据采集电路4，数据采集电路4与处理器5连接，交流激励电路3与处理器5连接；交流激励电路3中的电流互感器的初级与极板连接，电流互感器的次级接收初级反馈的两极板之间的交流电信号；数据采集电路4采集交流电信号，并发送至处理器5；处理器5依据交流电信号控制数字开关2开关。本申请主动输出激励电流，实现主动检测，且处理器5能够根据反馈电压信号准确判断极板的多种状态，精准度更高，并采用直流恒压源1，能够避免因极板与人体接触面积减小导致的电压升高，造成人体灼烧感，提高了安全性。

Description

一种极板脱落检测装置

技术领域

本实用新型涉及电力电子技术领域，特别涉及一种极板脱落检测装置。

背景技术

贴片产品对人体实施治疗的过程中，因涉及到采用施加电流与电压的方式刺激肌肉与神经以期物理治疗的疗效，肌肉与神经在收到刺激以后会动作，所以人体处于一个局部被动牵引与抖动的状态，贴附于人体表面的极板在该状态下会增加接触不良或者脱落的可能性。如果遇到极板接触不良与脱落的状态，最好的方式是将该状态告知中控系统，即本系统的处理器5，由处理器5终止正在进行的治疗，直至同时在人机交互界面出现告警信息，告诉操作人员，当极板恢复接触良好的状态以后，系统可以继续被中断的治疗操作。

对人体实施治疗于皮肤，施加相应的电流与电压的强度，我们通常称作治疗的“剂量”。“剂量”通过贴附于皮肤的电极片施加于人体，单位面积上剂量的多少被称为“剂量密度”。皮肤能感应“剂量密度”的大小，通俗地来说，“剂量密度”越大，皮肤感到的刺激越强，“剂量密度”超过一定程度，皮肤会有痛的感觉。

如果系统中缺乏极板脱落检测机制或者极板脱落检测的效果不灵敏，会出现：当极板接触不良时，因极板与人体的贴合面变小，“剂量密度”变大，从而出现刺痛感；当极板完全脱落时，治疗施加的电流与电压无法作用人体，而减少了治疗时间从而影响疗效。

众所周知，人体皮肤有阻抗，当两极板贴上皮肤，就将皮肤上的电阻接到了仪器和设备上。虽因人体含水差异以及皮肤角质厚度的不同，皮肤阻抗存在个体的差异，但是皮肤的阻抗比较小，范围在几十欧姆到几百欧姆之间。当极板接触不良或者已经脱落皮肤，则两极板之间的阻抗会超过1k甚至接近无穷大。

现有技术中，采用被动检测的方式，原理即利用刺激变压器感应电流的原理，在刺激变压器的初级放置一个小电阻，采集小电阻上的电压，输送到电压比较器：当极板接触良好的时候，刺激变压器的次级是有刺激电流存在的，刺激变压器的初级就存在感应电流；而在极板脱落后，刺激变压器的次级刺激电流消失，初级的感应电流消失，此时小电阻上的电压为0，将触发比较器输出信号告知上层CPU中控系统，参见图一所示。

但被动检测方案有如下所述的缺点：1.取样数据依赖于刺激变压器。作用于人体的变压器通常是初级匝数少，次级匝数多，从而在治疗应用中，当初级提供10V左右的电压时，在次级可以获得几百伏的刺激电压。根据变压器能量转换的原理，变压器初级感应电流与次级的刺激电流之比等于初级与次级线圈的匝数之比，因为初级的匝数少于次级，所以初级的感应电流小于次级，所以注定这种方式检测不灵敏；2.刺激变压器为模拟器件，工艺误差较大，个体参数差异比较大，不同的刺激变压器初级感应到的电流不一样，通过电阻感应的电压也会存在差异，过比较器取得报警的方式会因元件和采集个体的差异存在不同。

为此，需要一种检测更为灵敏，精准度更高的极板脱落检测装置。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种极板脱落检测装置，检测更为灵敏，精准度更高。其具体方案如下：

一种极板脱落检测装置，包括：直流恒压源1、数字开关2、交流激励电路3、数据采集电路4和处理器5；

所述直流恒压源1与所述数字开关2连接，所述数字开关2分别连接所述处理器5、所述交流激励电路3和所述数据采集电路4，所述数据采集电路4与所述处理器5连接，所述交流激励电路3与所述处理器5连接；

所述交流激励电路3中的电流互感器的初级与极板连接，所述电流互感器的次级接收初级反馈的两极板之间的交流电信号；

所述数据采集电路4采集所述交流电信号，并发送至所述处理器5；

所述处理器5依据所述交流电信号控制所述数字开关2开关。

可选的，所述数据采集电路4，包括依次相连的一级放大电路41和二级放大电路42；

所述一级放大电路41的输入端与所述数字开关2和所述交流激励电路3相连；

所述二级放大电路42的输出端与所述处理器5相连。

可选的，所述二级放大电路42中的基准电压端串联可变电阻。

可选的，所述电流互感器的初级两侧分别通过两个电容与极板连接。

可选的，所述处理器5输出脉冲信号至所述数字开关2，以使所述数字开关2间断开通。

可选的，所述处理器5输出控制信号至交流激励电路3中的DC-AC变换器时间与所述脉冲信号时序相同。

本实用新型中，极板脱落检测装置，包括：直流恒压源1、数字开关2、交流激励电路3、数据采集电路4和处理器5；直流恒压源1与数字开关2连接，数字开关2分别连接处理器5、交流激励电路3和数据采集电路4，数据采集电路4与处理器5连接，交流激励电路3与处理器5连接；交流激励电路3中的电流互感器的初级与极板连接，电流互感器的次级接收初级反馈的两极板之间的交流电信号；数据采集电路4采集交流电信号，并发送至处理器5；处理器5依据交流电信号控制数字开关2开关。

本实用新型主动输出激励电流，实现主动检测，并且处理器5能够根据反馈电压信号准确判断极板的多种状态，精准度更高，此外采用直流恒压源1，能够避免因极板与人体接触面积减小导致的电压升高，造成人体灼烧感，提高了安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有被动检测电路示意图；

图2为本实用新型实施例公开的一种极板脱落检测装置结构示意图；

图3为本实用新型实施例公开的一种直流恒压源1拓扑示意图；

图4为本实用新型实施例公开的一种数字开关2、数据采集电路4以及交流激励电路3拓扑示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例公开了一种极板脱落检测装置，参见图2所示，该装置包括：直流恒压源1、数字开关2、交流激励电路3、数据采集电路4和处理器5；

直流恒压源1与数字开关2连接，数字开关2分别连接处理器5、交流激励电路3和数据采集电路4，数据采集电路4与处理器5连接，交流激励电路 3与处理器5连接；

交流激励电路3中的电流互感器的初级与极板连接，电流互感器的次级接收初级反馈的两极板之间的交流电信号；

数据采集电路4采集交流电信号，并发送至处理器5；

处理器5依据交流电信号控制数字开关2开关。

具体的，直流恒压源1通过数字开关2，向交流激励电路3、数据采集电路4和处理器5提供稳定电力输出，数字开关2接受处理器5控制，交流激励电路3中的变换器电路会将直流恒压源1的直流电变为交流电，并通过相连的电流互感器的次级将交流电输出至电流互感器的初级，电流互感器的初级两端分别连接一个极板，两个极板用于与人体皮肤接触，向人体施加微弱交流电，交流电压通过两级板施加于人体上，人体有阻抗，这样就产生了源级交流电流，电流互感器的初级会将流经人体的交流电电流信号反馈至次级，次级通过DC-AC变换器输出初级反馈的交流电电流信号，至此电流互感器将人体感应的电流耦合至电路中引起采集点交流电压的改变，并被数据采集电路4采集，数据采集电路4采集到交流电电流信号后，可以将交流电电流信号转换为电压信号，并将电压信号发送至处理器5，处理器5便可以根据电压信号产生相应的判断结果，确定当前极板与人体的连接状态，以此来决定是否开关数字开关2。

具体的，预先设置极板与人体解除不同状态对应的电压值，依次来判断接触情况，具体设置情况如下：

情况一：接触人体的两极板如果接触良好，则极板之间的阻抗在500欧姆以下，依照欧姆定律此时源级交流电流有效值大致为VCC/500，耦合交流电流为VCC/500的正比例关系倍数。

情况二：接触人体的两极板如果接触不良，则极板之间的阻抗在1k欧姆至2k欧姆，依照欧姆定律此时源级交流电流有效值大致为VCC/1500，耦合交流电流为VCC/1500的正比例关系倍数。此时处理器5捕获到的数据采集电路4输出的电压信号的数值会相较于情况一的数值会变小。

情况三：接触人体的两极板如果脱落，则极板之间的阻抗在5k欧姆以上，依照欧姆定律此时源级交流电流有效值大致为VCC/5000，耦合交流电流为 VCC/5000的正比例关系倍数。此时处理器5捕获到的数据采集电路4输出的电压信号的电压数值会比接触良好与接触不良的情况这两种情况捕获到的电压数值低许多。

情况四：接触人体的两极板如果处于短路状态，则极板之间的阻抗在 1---10欧姆左右，依照欧姆定律此时源级交流电流有效值大致为VCC/10，耦合交流电流为VCC/10的正比例关系倍数。此时处理器5捕获到的数据采集电路4输出的电压信号的电压数值会相较于前述情况一至三比较大。

需要说明的是，上述不同接触情况极板之间的阻抗是通过大量实验优选的通用数值，例如，接触人体的两极板如果接触良好，则极板之间的阻抗在 500欧姆以下等，此类数值可以根据实际应用需求进行调整，相应的源级交流电流有效值以及耦合交流电流，都可以进行相应的变化，在此不做限定。

具体的，以上这四种情况下的极板接触情况，处理器5能够在短时间内捕获到，例如，处理器5为单片机，其AD口采集速率可以为20us一次，可以相当于及时采集，系统可以快速做出声光报警以及暂停治疗，极板的任何状态可以由系统精确判断，从而避免在上述情况下继续治疗程序，引起极板发热，粘性消失等不良后果给后续造成麻烦。

另外，采用直流恒压源1，施加于皮肤的治疗“剂量”就不会因为极板与人体接触面过小而造成“剂量密度”变大而引起皮肤刺痛或者灼伤的可能了。

可见，本实用新型主动输出激励电流，实现主动检测，并且处理器5能够根据反馈电压信号准确判断极板的多种状态，精准度更高，此外采用直流恒压源1，能够避免因极板与人体接触面积减小导致的电压升高，造成人体灼烧感，提高了安全性。

进一步的，本实用新型实施例还公开了一种极板脱落检测装置，相对于上一实施例，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化。参见图3和图4 所示，具体的：

具体的，数据采集电路4，包括依次相连的一级放大电路41和二级放大电路42；

一级放大电路41的输入端与数字开关2和交流激励电路3相连；

二级放大电路42的输出端与处理器5相连。

具体的，一级放大电路41为幅度跟随放大器，二级放大电路42同时放大采集到的动态交流电压(第一放大器U16A的正极输入端)以及直流偏置电压 (第二放大器的U16B的正极输入端)一级放大电路41配合串联的电阻R53将电流信号转换为电压信号，输出电压信号至二级放大电路42，二级放大电路 42对电压信号进行放大，确保处理器5对电压信号的识别精准度，放大的电压信号RFA1_1为交变的模拟信号，送至处理器5的AD口，处理器5的AD口会定期捕获该电压数值。

进一步的，二级放大电路42中的基准电压端串联可变电阻W2，由于电流互感器误差较大，而处理器5的判断基准样本固定不变，例如，在对电路进行测试时，由固定电阻代替人体，例如，采用500Ω电阻代替人体作为基准样本，因此，为了弥补电流互感器误差带来的影响，设置可变电阻W2，通过调节可变电阻W2的阻值，使二级放大电路42输出的电压信号在预设的范围之内，避免电流互感器误差的影响。

其中，可变电阻W2可以具体为多圈电位器。

具体的，电流互感器的初级两侧分别通过两个电容与极板连接，通过设置电容减少尖锐脉冲信号传输至人体，避免给人体带来刺激感。

具体的，处理器5输出脉冲信号至数字开关2，以使数字开关2间断开通，为了节省电力，无需持续供电对极板状态进行检测，可以间断检测级板状态，同时，处理器5输出控制信号至交流激励电路3中的DC-AC变换器时间与脉冲信号时序相同，在数字开关2关断时，控制器也没必要驱动交流激励电路3 中的DC-AC变换器。

具体的，直流恒压源1为由直流变换器搭建的直流稳压电路，为各个电路提供直流稳压电源VCC，参见图3所示，直流恒压源1的主芯片为TPS54336ADDARZH。数字开关2由晶体管与MOS管搭建而成，起到由处理器 5的GPIO口控制电源通路的作用。交流激励电路3的DC-AC变换器31由处理器 5提供PWM信号进行控制。

具体的，参见图4所示，JB1_POW为处理器5控制数字开关2中NMOS管Q6 的开关信号，周期为2Hz。当JB1_POW为低电平的时候，开关管Q7和开关管 Q6导通，VCC为交流激励电路3和数据采集电路4提供稳定电压。

具体的，处理器5可以具体为单片机。

具体的，参见图3所示，直流恒压源1包括电阻R314、电阻R316、电阻R317、电阻R319、电阻R320、电容C314、电容C342、电容C340、电容C351、电容 C352、电容C354、电容C348、电容C349、电容C343、电容C353、电感L.309 和主芯片U1，直流恒压源1的具体器件连接关系与拓扑结构参加图3所示，在此不做赘述，同时图3中还列举了一种各器件具体型号选择实例，各器件具体型号可以根据实际应用需求进行设定，在此也不做限定。

具体的，参见图4所示，数字开关2包括电阻R54、电阻R55、电阻R56、电阻R60、电容RC41、开关管Q6、开关管Q7；交流激励电路3包括电阻R51、电阻R52、电阻R65、电容C19、电容C37、电容C38、电容C39、电容C40、电容C36、MOS管U14B、MOS管U14A、MOS管U15B、MOS管U15A；数据采集电路4包括电阻R53、电阻、R57、电阻R58、电阻R59、可变电阻W2、电容 C42、电容C43、电容C44、电容C45、二极管Z3、放大器U16A和放大器U16B；数字开关2、交流激励电路3和数据采集电路4的具体器件连接关系与拓扑结构参加图4所示，在此不做赘述，同时图4中还列举了一种各器件具体型号选择实例，各器件具体型号可以根据实际应用需求进行设定，在此也不做限定。

其中，PWM1_JB_H和PWM1_JB_N为处理器5输出的激励信号，可以设置为27kHz，互为反向信号，按电路设计的思想，当MOS管Q6导通时， PWM1_JB_H＝0且PWM1_JB_N＝1时，电流通过MOS管U15A、电容C37和MOS 管U14B流向GND；PWM1_JB_H＝1且PWM1_JB_N＝0时，电流通过MOS管 U14A、电容C37和MOS管U15B流向GND。

其中，RF1_1和JB1_1连接到接触人体的极板。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种极板脱落检测装置，其特征在于，包括：直流恒压源（ 1） 、数字开关（ 2） 、交流激励电路（ 3） 、数据采集电路（ 4） 和处理器（ 5） ；

所述直流恒压源（ 1） 与所述数字开关（ 2） 连接，所述数字开关（ 2） 分别连接所述处理器（ 5） 、所述交流激励电路（ 3） 和所述数据采集电路（ 4） ，所述数据采集电路（ 4）与所述处理器（ 5） 连接，所述交流激励电路（ 3） 与所述处理器（ 5） 连接；

所述交流激励电路（ 3） 中的电流互感器的初级与极板连接，所述电流互感器的次级接收初级反馈的两极板之间的交流电信号；

所述数据采集电路（ 4） 采集所述交流电信号，并发送至所述处理器（ 5） ；

所述处理器( 5) 依据所述交流电信号控制所述数字开关( 2) 开关。

2.根据权利要求1所述的极板脱落检测装置，其特征在于，所述数据采集电路（ 4） ，包括依次相连的一级放大电路（ 41） 和二级放大电路（ 42） ；

所述一级放大电路（ 41） 的输入端与所述数字开关（ 2） 和所述交流激励电路（ 3）相连；

所述二级放大电路（ 42） 的输出端与所述处理器（ 5） 相连。

3.根据权利要求2所述的极板脱落检测装置，其特征在于，所述二级放大电路（ 42） 中的基准电压端串联可变电阻。

4.根据权利要求1至3任一项所述的极板脱落检测装置，其特征在于，所述电流互感器的初级两侧分别通过两个电容与极板连接。

5.根据权利要求1至3任一项所述的极板脱落检测装置，其特征在于，所述处理器（ 5）输出脉冲信号至所述数字开关( 2) ，以使所述数字开关( 2) 间断开通。

6.根据权利要求5所述的极板脱落检测装置，其特征在于，所述处理器( 5) 输出控制信号至交流激励电路( 3) 中的DC-AC变换器时间与所述脉冲信号时序相同。

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