CN218305038U

CN218305038U - 一种超声刀手柄按键识别电路

Info

Publication number: CN218305038U
Application number: CN202123113277.XU
Authority: CN
Inventors: 楼航迪; 方泽莉; 杨冕; 赵双双; 苏淼枝; 何炎彬
Original assignee: Zhejiang Wedu Medical Devices Co ltd
Current assignee: Zhejiang Wedu Medical Devices Co ltd
Priority date: 2021-12-13
Filing date: 2021-12-13
Publication date: 2023-01-17
Anticipated expiration: 2031-12-13

Abstract

本实用新型涉及一种超声手术刀，尤其是涉及一种使用于超声手术刀上的超声刀手柄按键识别电路。本实用新型公开了一种超声刀手柄按键识别电路，其特征在于：包括载波信号发生电路和信号幅值检测电路，载波信号发生电路包括用于产生脉冲波形的FPGA现场可编程门阵列和对脉冲信号进行信号放大的信号放大电路，载波信号发生电路与信号幅值检测电路之间串联第三电容，载波信号发生电路信号输出端与第三电容电连接，所述信号幅值检测电路包括两组运算放大器，每组运算放大器包含2个运算放大器，两组运算放大器分别对应超声刀手柄的一个按键开关。可降低电磁干扰，提高超声波手术刀的使用稳定可靠性。

Description

一种超声刀手柄按键识别电路

技术领域

本实用新型涉及一种超声手术刀，尤其是涉及一种使用于超声手术刀上的超声刀手柄按键识别电路。

背景技术

按键电路作为一种常见的人机交互电路，被广泛应用在各种工业和商业领域，一般都是通过按键开关来控制电路的通断，并使用处理器监控电路的电平状态来判断按键是否被按下或者断开，每个开关需要一个完整的控制回路，一般通过两个线缆即可监控一个按键，相应的按键越多所需要的线缆也随之越多，对安装的空间要求也就越高，同时线路结构也会越加复杂，所产生的电磁兼容问题也越突出，仅通过电平高低来判断按键的状态会导致误判率较高。

实用新型内容

本实用新型为解决现有超声刀手柄按键识别电路存在着需要使用较多线缆来控制识别对应按键状态，存在着线路结构也会越加复杂，所产生的电磁兼容问题也越突出，仅通过电平高低来判断按键的状态会导致误判率较高等现状而提供的一种采用线路结构简单就可以控制识别对应按键状态，可降低电磁干扰，提高超声波手术刀的使用稳定可靠性的超声刀手柄按键识别电路。

本实用新型为解决上述技术问题所采用的具体技术方案为：一种超声刀手柄按键识别电路，包括载波信号发生电路和信号幅值检测电路，载波信号发生电路包括用于产生脉冲波形的FPGA现场可编程门阵列和对脉冲信号进行信号放大的信号放大电路，载波信号发生电路与信号幅值检测电路之间串联第三电容，载波信号发生电路信号输出端与第三电容电连接，所述信号幅值检测电路包括两组运算放大器，每组运算放大器包含2个运算放大器，两组运算放大器分别对应超声刀手柄的一个按键开关，超声刀手柄上的两个按键开关分别是MAX键和MIN键，每组放大器中的其中一个放大器反相输入端与第三电容电连接，则对应同组另一个放大器同相输入端与多个串联电阻的对应串联节点电连接；反之，每组放大器中的其中一个放大器同相输入端与第三电容电连接，则对应同组另一个放大器反相输入端与多个串联电阻的对应串联节点电连接；所述载波信号发生电路信号输出端通过采样信号转换隔离结构与按键信号采样装置电连接，按键信号采样装置包括设于超声波手柄内的按键信号采样电路和与手柄按键识别电路相连接的电连接器。采用线路结构就可以控制识别对应按键(MAX键或MIN键)状态，可降低电磁干扰，提高超声波手术刀的使用稳定可靠性。用载波的方式判断手柄按键的状态，可有效降低误操作，提高设备的抗干扰能力，即使在电磁干扰非常强烈的地方，该工作电路也不受影响。同时采用该方案，使用同个电连接器可以识别两个按键的状态，减少超声刀手柄的内部走线空间。

作为优选，所述的信号幅值检测电路包括四个运算放大器，其中两个运算放大器的反相输入端均与第三电容电连接，另外两个运算放大器的反相输入端均与第三电容电连接；其中两个运算放大器的正相输入端分别与5个串联电阻中的前端两个电阻串联节点电连接，另外两个运算放大器的反向输入端分别与5个串联电阻中的剩余两个串联节点电连接，5个串联电阻前端与电源15VDC电连接，5个串联电阻尾端与电源地电连接。提高按键检测反馈可靠有效性。

作为优选，所述的电连接器采用2个电连接端结构。同时采用该方案，使用两根线缆可以识别MAX键和MIN键的状态，减少超声刀手柄的内部走线空间。

作为优选，所述的采样信号转换隔离结构包括采样变压器、第4电容、第11电阻和第12电阻，采样变压器输出端一端与载波信号发生电路输出端电连接，采样变压器输出端另一端与电路地极电连接，采样变压器输入端两端并联第4电容，采样变压器输入端两端分别串联第11电阻和第12电阻，第11电阻和第12电阻的另一端分别与电连接器的两个电连接端电连接。提高对按键输入信号电平的转换与隔离有效性。

作为优选，所述的5个串联电阻包括依次顺序串联连接的第5电阻、第6电阻、第7电阻、第8电阻和第9电阻，第9电阻另一端与电路地极电连接，第5电阻另一端与电源15VDC电连接。进一步的其中第5电阻阻值为20K，第6电阻阻值为7.5K，第7电阻阻值为4.99K，第8电阻阻值为7.5K，第9电阻阻值为20K，相当于4个触发开关，根据不通过的组合情况来判断哪个按键被按下，提高信号幅值检测电路的检测判断反馈有效性。提高4个运算放大器的正相输入端设置检测可靠有效性。

作为优选，所述的信号放大电路后级串联第1电容后再串联连接分压电路，分压电路后级电连接第三电容器和按键操作输入电路，分压电路包括串联的第1电阻和第2电阻，第1电阻和第2电阻的串联节点串联第2电容后与电路地极电连接，第1电阻另一端与第1电容串联连接，第2电阻另一端与第3电容串联连接。提高对脉冲信号的分压与锐化处理有效性。

作为优选，所述的按键信号采样电路包括多路并联的单路按键采样电路，每一单路按键采样电路采用1个开关二极管和一个按键开关串联连接在一起，其中每个开关二极管的阳极均与电连接器中的1个电连接端电连接，每个按键开关的另一开关接触端与电连接器中的另1个电连接端电连接；在采用2路并联的单路按键采样电路时，第一单路按键采样电路采用第1开关二极管和第1按键开关串联连接在一起，第二单路按键采样电路采用第2开关二极管和第2按键开关串联连接在一起，第1开关二极管和第2开关二极管的阳极均与电连接器中的1个电连接端电连接。

作为优选，所述的电连接器采用第一插接连接器。只需两根线芯电连接即可识别手柄上的按键状态，同时根据载波状态类识别按键的状态可有效降低干扰，排除误操作，提高超声手术刀的稳定性。

作为优选，所述的四个运算放大器包括第1运算放大器、第2运算放大器、第3运算放大器和第4运算放大器，每个运算放大器对应输出4个检测信号反馈至FPGA现场可编程门阵列进行判断。相当于4个触发开关，根据不通过的组合情况来判断哪个按键被按下，提高信号幅值检测电路的检测判断反馈有效性。

作为优选，所述的按键信号采样电路采用柔性电路板结构设置于超声刀手柄内部。提高按键信号采样电路在超声刀手柄内部有限空间的安装使用灵活可靠有效性。

本实用新型的有益效果是：采用线路结构就可以控制识别对应按键状态，可降低电磁干扰，提高超声波手术刀的使用稳定可靠性。用载波的方式判断手柄按键的状态，可有效降低误操作，提高设备的抗干扰能力，即使在电磁干扰非常强烈的地方，该工作电路也不受影响。同时采用该方案，使用两根线缆可以识别两个按键的状态，减少超声刀手柄的内部走线空间。

附图说明：

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步的详细说明。

图1是本实用新型一种超声刀手柄按键识别电路的电路结构示意图。

图2是本实用新型中FPGA产生2KHZ的脉冲波形图示意图。

图3是本实用新型在按键K1和按键K2都不按下的条件下，第3电容C3上端对应的脉冲波形图示意图。

图4是本实用新型中第3电器C3下端为第3电容器C3提供7.5V上浮电压时的电压波形示意图。

图5是本实用新型在对应K2按键被按下时，第3电容C3下端对应的电压波形示意图。

图6是本实用新型在对应K1按键被按下时，第3电容C下端对应的电压波形示意图。

具体实施方式

图1、图2、图3、图4、图5、图6所示的实施例中，一种超声刀手柄按键识别电路01，包括载波信号发生电路10和信号幅值检测电路20，载波信号发生10电路包括用于产生脉冲波形的FPGA11现场可编程门阵列和对脉冲信号进行信号放大的信号放大电路12，载波信号发生电路10与信号幅值检测电路20之间串联第三电容C3，载波信号发生电路10信号输出端与第三电容C3电连接，所述信号幅值检测电路20包括四个运算放大器，其中两个运算放大器的反相输入端均与第三电容C3电连接，另外两个运算放大器的反相输入端均与第三电容电连接；其中两个运算放大器的正相输入端分别与5个串联电阻中的前端两个电阻串联节点电连接，另外两个运算放大器的反向输入端分别与5个串联电阻中的剩余两个串联节点电连接，5个串联电阻前端与电源15VDC电连接，5个串联电阻尾端与电源地电连接。当然还可以采用的是所述信号幅值检测电路包括多组运算放大器，每组运算放大器包含2个运算放大器，每组运算放大器对应超声刀手柄上一个按键开关，两个按键开关分别是MAX键和MIN键，每组放大器中的其中一个放大器反相输入端与第三电容电连接，则对应同组另一个放大器同相输入端与多个串联电阻的对应串联节点电连接；反之，每组放大器中的其中一个放大器同相输入端与第三电容电连接，则对应同组另一个放大器反相输入端与多个串联电阻的对应串联节点电连接；载波信号发生电路10信号输出端通过采样信号转换隔离结构与按键信号采样装置电连接，按键信号采样装置包括设于超声波手柄内的按键信号采样电路40和与手柄按键识别电路相连接的电连接器J1，电连接器J1采用2个电连接端结构。采样信号转换隔离结构包括采样变压器T1、第4电容C4、第11电阻R11和第12电阻R12，采样变压器T1输出端一端与载波信号发生电路10输出端电连接，采样变压器输出端T1另一端与电路地极电连接，采样变压器T1输入端两端并联第4电容C4，采样变压器T1输入端两端分别串联第11电阻R11和第12电阻R12，第11电阻和第12电阻的另一端分别与电连接器的两个电连接端电连接。5个串联电阻包括依次顺序串联连接的第5电阻R5、第6电阻R6、第7电阻R7、第8电阻R8和第9电阻R9，其中第5电阻R5阻值为20K，第6电阻R6阻值为7.5K，第7电阻R7阻值为4.99K，第8电阻R8阻值为7.5K，第9电阻R9阻值为20K，第9电阻另一端与电路地极电连接，第5电阻另一端与电源15VDC电连接。每个运算放大器的反相输入端均与第3电阻R3和第4电阻R4的串联节点电连接，第3电阻另一端与电源15VDC电连接，第4电阻另一端与电路地极电连接。信号放大电路后级串联第1电容C1后再串联连接分压电路30，分压电路30后级电连接第三电容器C3和按键操作输入电路，按键操作输入电路包括采样信号转换隔离结构和按键信号采样装置，分压电路包括串联的第1电阻R1和第2电阻R2，第1电阻R1和第2电阻R2的串联节点串联第2电容C2后与电路地极电连接，第1电阻R1另一端与第1电容C1串联连接，第2电阻R2另一端与第3电容C3串联连接。按键信号采样电路40包括多路并联的单路按键采样电路，每一单路按键采样电路采用1个开关二极管和一个按键开关串联连接在一起，其中每个开关二极管的阳极均与电连接器中的1个电连接端电连接，每个按键开关的另一开关接触端与电连接器中的另1个电连接端电连接；在采用2路并联的单路按键采样电路时，第一单路按键采样电路采用第1开关二极管D1和第1按键开关K1串联连接在一起，第二单路按键采样电路采用第2开关二极管D2和第2按键开关K2串联连接在一起，第1开关二极管和第2开关二极管的阳极均与电连接器中的1个电连接端电连接。电连接器采用第一插接连接器J1。第一插接连接器J1为具有2个插装连接端子的插接连接器。四个运算放大器包括第1运算放大器Q1、第2运算放大器Q2、第3运算放大器Q3和第4运算放大器Q4，每个运算放大器对应输出4个检测信号反馈至FPGA现场可编程门阵列进行判断(见图1中所示输出端HP_SW_DETECT_LEVEL1、HP_SW_DETECT_LEVEL2、HP_SW_DETECT_LEVEL3、HP_SW_DETECT_LEVEL4)。按键信号采样电路40采用柔性电路板结构设置于超声刀手柄内部。第1运算放大器Q1和第2运算放大器Q2的反相输入端均与第3电阻和第4电阻的串联节点电连接，第3运算放大器Q3和第4运算放大器Q4的同相输入端均与第3电阻和第4电阻的串联节点电连接，第3电阻另一端与电源15VDC电连接，第4电阻另一端与电路地极电连接。

图3所示中，FPGA产生的脉冲信号经过信号放大器，将脉冲信号的幅值从3.3V放大为15V。经放大后的脉冲信号经过第1电容C1锐化处理，经第1电阻R1和第2电阻R2分压处理后再由第3电容C3进一步锐化后的脉冲波形。在第1按键开关K1和第2按键开关K2都不按下的条件下，第3电容C3上端对应的脉冲波形应如图3所示。

第3电容C3的下端连接在第3电阻R3和第4电阻R4之间，为第3电容C3提供7.5V的上浮电压，第3电容C3下端的电压波形如图4所示。

按下超声刀手柄上设置的MIN键，对应图1中第2开关按键K2按键被按下，驱动回路、D2、K2形成工作回路，只有反向电压能通过C3电容，C3下端对应的电压波形如图5所示。

按下超声刀手柄上设置的MAX键，对应图1中第1开关按键K1按键被按下，驱动回路、D1、K1形成工作回路，只有正向电压能通过C3电容，C3下端赌赢的电压波形如图6所示。

图1所示驱动回路属于系统其它部分的电路，相当于按键电路的一个公共端。

在第1运算放大器的同相输入端电压设置为10V，在第2运算放大器的同相输入端电压设置为8.125V，在第3运算放大器的反相输入端电压设置为6.875V，在第4运算放大器的反相输入端电压设置为5V；

当超声波手柄MAX键按下时，第1运算放大器Q1保持输出高电平，当超声波手柄MIN键按下时，第4运算放大器Q4保持输出高电平；

当第1运算放大器Q1保持输出低电平，第2运算放大器Q2保持输出低电平，第3运算放大器Q3保持输出高电平，第4运算放大器Q4保持输出高电平，表示超声波手柄上设置的MIN键按下；

当第1运算放大器Q1保持输出高电平，第2运算放大器Q2保持输出高电平，第3运算放大器Q3保持输出低电平，第4运算放大器Q4保持输出低电平，表示超声波手柄上设置的MAX键按下；

其他情况表示超声波手柄无按键按下，FPGA通过判断运算放大器的输出电平即可知道按键的状态；

上述超声波手柄上的MIN键对应第2按键开关，的MAX键对应第1按键开关。

Claims

1.一种超声刀手柄按键识别电路，其特征在于：包括载波信号发生电路和信号幅值检测电路，载波信号发生电路包括用于产生脉冲波形的FPGA现场可编程门阵列和对脉冲信号进行信号放大的信号放大电路，载波信号发生电路与信号幅值检测电路之间串联第三电容，载波信号发生电路信号输出端与第三电容电连接，所述信号幅值检测电路包括两组运算放大器，每组运算放大器包含2个运算放大器，两组运算放大器分别对应超声刀手柄的一个按键开关，超声刀手柄上的两个按键开关分别是MAX键和MIN键，每组放大器中的其中一个放大器反相输入端与第三电容电连接，则对应同组另一个放大器同相输入端与多个串联电阻的对应串联节点电连接；反之，每组放大器中的其中一个放大器同相输入端与第三电容电连接，则对应同组另一个放大器反相输入端与多个串联电阻的对应串联节点电连接；所述载波信号发生电路信号输出端通过采样信号转换隔离结构与按键信号采样装置电连接，按键信号采样装置包括设于超声波手柄内的按键信号采样电路和与手柄按键识别电路相连接的电连接器。

2.按照权利要求1所述的超声刀手柄按键识别电路，其特征在于：所述的信号幅值检测电路包括四个运算放大器，其中两个运算放大器的反相输入端均与第三电容电连接，另外两个运算放大器的反相输入端均与第三电容电连接；其中两个运算放大器的正相输入端分别与5个串联电阻中的前端两个电阻串联节点电连接，另外两个运算放大器的反向输入端分别与5个串联电阻中的剩余两个串联节点电连接，5个串联电阻前端与电源15VDC电连接，5个串联电阻尾端与电源地电连接。

3.按照权利要求1所述的超声刀手柄按键识别电路，其特征在于：所述的电连接器采用2个电连接端结构。

4.按照权利要求1所述的超声刀手柄按键识别电路，其特征在于：所述的采样信号转换隔离结构包括采样变压器、第4电容、第11电阻和第12电阻，采样变压器输出端一端与载波信号发生电路输出端电连接，采样变压器输出端另一端与电路地极电连接，采样变压器输入端两端并联第4电容，采样变压器输入端两端分别串联第11电阻和第12电阻，第11电阻和第12电阻的另一端分别与电连接器的两个电连接端电连接。

5.按照权利要求2所述的超声刀手柄按键识别电路，其特征在于：所述的5个串联电阻包括依次顺序串联连接的第5电阻、第6电阻、第7电阻、第8电阻和第9电阻，第9电阻另一端与电路地极电连接，第5电阻另一端与电源15VDC电连接。

6.按照权利要求1所述的超声刀手柄按键识别电路，其特征在于：所述的信号放大电路后级串联第1电容后再串联连接分压电路，分压电路后级电连接第三电容器和按键操作输入电路，按键操作输入电路包括采样信号转换隔离结构和按键信号采样装置，分压电路包括串联的第1电阻和第2电阻，第1电阻和第2电阻的串联节点串联第2电容后与电路地极电连接，第1电阻另一端与第1电容串联连接，第2电阻另一端与第3电容串联连接。

7.按照权利要求1所述的超声刀手柄按键识别电路，其特征在于：所述的按键信号采样电路包括多路并联的单路按键采样电路，每一单路按键采样电路采用1个开关二极管和一个按键开关串联连接在一起，其中每个开关二极管的阳极均与电连接器中的1个电连接端电连接，每个按键开关的另一开关接触端与电连接器中的另1个电连接端电连接；在采用2路并联的单路按键采样电路时，第一单路按键采样电路采用第1开关二极管和第1按键开关串联连接在一起，第二单路按键采样电路采用第2开关二极管和第2按键开关串联连接在一起，第1开关二极管和第2开关二极管的阳极均与电连接器中的1个电连接端电连接。

8.按照权利要求2所述的超声刀手柄按键识别电路，其特征在于：所述的四个运算放大器包括第1运算放大器、第2运算放大器、第3运算放大器和第4运算放大器，每个运算放大器对应输出4个检测信号反馈至FPGA现场可编程门阵列进行判断。

9.按照权利要求1或6所述的超声刀手柄按键识别电路，其特征在于：所述的按键信号采样电路采用柔性电路板结构设置于超声刀手柄内部。