CN219184245U - 一种洁牙设备控制系统 - Google Patents

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周海林
张立宇
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Abstract

本实用新型提供了一种洁牙设备控制系统，包括：主控单元、超声信号发生单元、功率设置单元、功率放大单元、升压单元、反馈单元和超声换能器；超声信号发生单元分别与主控单元和功率设置单元相连，功率放大单元与所述功率设置单元相连；所述升压单元的原边与所述功率放大单元相连，所述升压单元的副边分别与所述超声换能器和所述反馈单元的输入端相连；所述反馈单元的输出端与所述主控单元相连，实现了获取副边的输出信号，该输出信号直接向超声换能器输入，因此该方式测定的输出信号与超声换能器接收到的输出信号一致，避免了传统的传统系统中忽略高频变压器升压效率和误差偏移的问题，可以确保工作尖与换能器保持谐振状态和输出功率稳定。

Description

一种洁牙设备控制系统
技术领域
本实用新型涉及超声波技术领域，尤其是一种洁牙设备控制系统。
背景技术
超声洁牙设备在医疗领域已广泛应用。在电场的作用下，石英或某些陶瓷等晶体结构会发生尺寸改变，在具有换能器的超声洁牙设备中，采用交变电流通过换能器作用于陶瓷和石英盘。当电流改变时，晶体结构交替进行扩大收缩，产生振动，振动传导至工作尖从而产生工作尖的高频振荡。工作尖进行高频振动，通过机械作用对牙面沉积物进行破坏。
当工作尖对牙面沉积物进行破坏时，其谐振频率和输出功率是随着正向应力发生变化的，为了使工作尖保持稳定的输出功率，进而工作在最佳状态。换能器需要保持恒定的输出电压。
然而，目前的洁牙设备控制电路都是通过输入电流判断换能器的输出功率和谐振频率，这种方法忽略了高频变压器升压效率和误差偏移。因此这种方法并不能确保工作尖与换能器保持谐振状态和输出功率稳定。
实用新型内容
针对现有技术的上述问题，本文的目的在于，提供一种洁牙设备控制系统，以解决现有技术中不能确保工作尖与换能器保持谐振状态和输出功率稳定的问题。
为了解决上述技术问题，本文的具体技术方案如下：
一方面，本文提供一种洁牙设备控制系统，包括：主控单元、超声信号发生单元、功率设置单元、功率放大单元、升压单元、反馈单元和超声换能器；
所述超声信号发生单元分别与所述主控单元和所述功率设置单元相连，所述功率放大单元与所述功率设置单元相连；
所述升压单元的原边与所述功率放大单元相连，所述升压单元的副边分别与所述超声换能器和所述反馈单元的输入端相连；
所述反馈单元的输出端与所述主控单元相连。
作为本文的一个实施例，所述超声信号发生单元包括第一运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一电容和第二电容；
所述第一电阻的一端与所述主控单元相连，所述第一电阻的另一端分别与所述第二电阻的一端和所述第一电容的一端相连；
所述第二电阻的另一端分别与所述第一运算放大器的正向输入端、所述第三电阻的一端和第四电阻的一端相连；
所述第一电容的另一端接地，所述第三电阻的另一端接地；
所述第四电阻的另一端与所述第一运算放大器的输出端相连；
所述第一运算放大器的反向输入端分别与所述第二电容的一端和所述第五电阻的一端相连；
所述第二电容的另一端接地，所述第五电阻的另一端与所述第一运算放大器的输出端相连。
作为本文的一个实施例，所述功率放大单元包括第三电容、第六电阻和三极管；
所述第三电容的一端与所述功率设置单元相连，另一端分别与所述第六电阻的一端和所述三极管的基极相连；
所述第六电阻的另一端与所述升压单元的原边的一端相连，基准电压与所述第六电阻的另一端相连；
所述三极管的集电极与所述升压单元的原边的另一端相连，所述三极管的发射极接地。
作为本文的一个实施例，所述反馈单元包括第二运算放大器、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻和第四电容；
所述第七电阻的一端与所述升压单元的副边的一端相连，所述第七电阻的另一端分别与所述第四电容的一端以及所述第二运算放大器的正向输入端相连；
所述第八电阻的一端与所述第七电阻的一端相连，另一端接地；
所述第四电容的另一端接地；
所述第九电阻的一端分别与所述第二运算放大器的反向输入端和第十电阻的一端相连，所述第九电阻的另一端与所述第二运算放大器的输出端相连；
所述第十电阻的另一端接地；
所述第二运算放大器的输出端与所述主控单元相连。
作为本文的一个实施例，所述升压单元包括原边和副边；
所述原边与所述功率放大单元相连，所述副边与所述超声换能器相连；
所述原边的匝数小于副边的匝数。
作为本文的一个实施例，所述主控单元包括MCU、CPLD和FPGA；
所述主控单元用于接收反馈信号，并通过反馈信号发送控制信号。
作为本文的一个实施例，所述超声信号发生单元接收所述控制信号，用于根据控制信号生成驱动信号。
作为本文的一个实施例，功率设置单元包括电位计和数字电位器；
所述功率设置单元，用于调整所述驱动信号的幅值。
作为本文的一个实施例，所述驱动信号包括正弦波或方波。
作为本文的一个实施例，所述反馈单元用于对所述升压单元的输出电压进行监测并发送至所述控制单元。
采用上述技术方案，通过所述超声信号发生单元分别与所述主控单元和所述功率设置单元相连，所述功率放大单元与所述功率设置单元相连，实现了生成功率放大的超声信号；通过所述升压单元的原边与所述功率放大单元相连，所述升压单元的副边分别与所述超声换能器和所述反馈单元的输入端相连，实现了获取副边的输出信号，该输出信号直接向超声换能器输入，因此该方式测定的输出信号与超声换能器接收到的输出信号一致，避免了传统的传统系统中忽略高频变压器升压效率和误差偏移的问题，可以确保工作尖与换能器保持谐振状态和输出功率稳定。
为让本文的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本文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文的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本文实施例一种洁牙设备控制系统的示意图；
图2示出了本文实施例一种洁牙设备控制系统的电路图。
附图符号说明：
1、主控单元；
2、超声信号发生单元；
211、第一电阻；
212、第二电阻；
213、第三电阻；
214、第四电阻；
215、第五电阻；
221、第一电容；
222、第二电容；
231、第一运算放大器；
3、功率设置单元；
4、功率放大单元；
416、第六电阻；
423、第三电容；
441、三极管；
5、升压单元；
6、反馈单元；
617、第七电阻；
618、第八电阻；
619、第九电阻；
6110、第十电阻；
624、第四电容；
632、第二运算放大器；
7、超声换能器。
具体实施方式
下面将结合本文实施例中的附图，对本文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文一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本文中的实施例，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，都属于本文保护的范围。
需要说明的是，本文的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本文的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
现有技术中，为了实现谐振匹配需要两路反馈回路，包括一路电压反馈和一路电流反馈，通过电子开关切换可变电感的电感值来达到谐振的目的。
如图1所示一种洁牙设备控制系统的示意图，包括：主控单元1、超声信号发生单元2、功率设置单元3、功率放大单元4、升压单元5、反馈单元6和超声换能器；
所述超声信号发生单元2分别与所述主控单元1和所述功率设置单元3相连，所述功率放大单元4与所述功率设置单元3相连；
所述升压单元5的原边与所述功率放大单元4相连，所述升压单元5的副边分别与所述超声换能器和所述反馈单元6的输入端相连；
所述反馈单元6的输出端与所述主控单元1相连。
采用上述技术方案，通过所述超声信号发生单元2分别与所述主控单元1和所述功率设置单元3相连，所述功率放大单元4与所述功率设置单元3相连，实现了生成功率放大的超声信号；通过所述升压单元5的原边与所述功率放大单元4相连，所述升压单元5的副边分别与所述超声换能器和所述反馈单元6的输入端相连，实现了获取副边的输出信号，该输出信号直接向超声换能器输入，因此该方式测定的输出信号与超声换能器接收到的输出信号一致，避免了传统的传统系统中忽略高频变压器升压效率和误差偏移的问题，因此本文的系统确保工作尖与换能器保持谐振状态和输出功率稳定。
通过上述内容，可见本文仅需一路反馈回路即可完成谐振匹配，通过升压单元5的副边反馈回到主控单元1，无需要通过调整电感值来实现谐振匹配，因此本文的系统反馈运算速率都得到大大地提升，对谐振点的检测更加精确，从而能够使得超声换能器真正达到谐振状态，实现最佳的工作状态。
作为本文的一个实施例，所述主控单元1包括MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)、CPLD(Complex Programmable Logic Device，复杂可编辑逻辑器件)和FPGA(FieldProgrammable Gate Array，现场可编程逻辑门阵列)；
所述主控单元1用于接收反馈信号，并通过反馈信号发送控制信号。
具体的，主控单元1内部可以配置有调整程序，当接收到反馈电路反馈的电压和电流时，会进行当前状态下，整个系统的容抗XC与感抗XL的计算，当容抗XC与感抗XL不相同时，可以对自身的输出信号进行调整至整个系统的容抗XC与感抗XL相等，此时整个系统的电压与电流的相位相同。
具体的，主控单元1为了令整个系统实现谐振状态，可以调整容抗XC与感抗XL，令XC＝XL，即
Figure BDA0003863416410000061
根据谐振公式，得到固有的谐振条件/>
Figure BDA0003863416410000062
即调整系统的电压与电流令电路的频率为f0即可达到谐振状态，此时超声换能器即可达到最佳状态，实现高速振动。
作为本文的一个实施例，所述超声信号发生单元2接收所述控制信号，用于根据控制信号生成驱动信号，在本文中超声信号发生器可以为波形发生器，可以产生超声换能器所需要的驱动信号，该驱动信号可以为方波或者正弦波。通过方波或者正弦波的占空比，可以控制驱动信号对于超声换能器的驱动能力，令超声换能器达到最佳工作状态。
作为本文的一个实施例，功率设置单元3包括电位计和数字电位器；
所述功率设置单元3，用于对驱动信号进行斩波，这样就可以实现对超声换能器输出功率的设置。在本文中，功率设置单元3可以为一个数字电位器，该数字电位器可以通过主控单元1进行控制，也可以是一个独立控制的电位器元件，本文对此不做限定。
作为本文的一个实施例，功率放大单元4，对超声信号发生器产生的超声信号进行功率放大，具体的，可以通过具有周期导通功能的驱动信号获取基准电压的电能，在本文中，基准电压可以为24V。
作为本文的一个实施例，升压单元5，对经过功率放大后的驱动信号进行升压到超声换能器所需的驱动电压范围，同时对超声换能器的驱动电压进行反馈到反馈单元6的输入端。该升压单元5可以为升压变压器。
作为本文的一个实施例，反馈单元6，用于对所述升压单元5的输出电压进行监测并发送至所述控制单元，实现系统的闭环控制。
为了使本领域技术人员更加了解本文的内容，本文给出了具体的电路连接方式，如图2所示一种洁牙设备控制系统的电路图，包括；
主控单元1、超声信号发生单元2、功率设置单元3、功率放大单元4、升压单元5、反馈单元6和超声换能器；
所述超声信号发生单元2包括第一运算放大器231、第一电阻211、第二电阻212、第三电阻213、第四电阻214、第五电阻215、第一电容221和第二电容222；
所述第一电阻211的一端与所述主控单元1相连，所述第一电阻211的另一端分别与所述第二电阻212的一端和所述第一电容221的一端相连；
所述第二电阻212的另一端分别与所述第一运算放大器231的正向输入端、所述第三电阻213的一端和第四电阻214的一端相连；
所述第一电容221的另一端接地，所述第三电阻213的另一端接地；
所述第四电阻214的另一端与所述第一运算放大器231的输出端相连；
所述第一运算放大器231的反向输入端分别与所述第二电容222的一端和所述第五电阻215的一端相连；
所述第二电容222的另一端接地，所述第五电阻215的另一端与所述第一运算放大器231的输出端相连。
功率设置单元3为八引脚的电位计芯片，该电位计芯片的第八引脚为输入引脚，第七引脚为输出引脚。
所述第一运算放大器231的输出端与所述第七引脚相连。
所述功率放大单元4与所述功率设置单元3相连；
所述升压单元5的原边与所述功率放大单元4相连，所述升压单元5的副边分别与所述超声换能器和所述反馈单元6的输入端相连；
所述反馈单元6的输出端与所述主控单元1相连。
所述功率放大单元4包括第三电容423、第六电阻416和三极管441；
所述第三电容423的一端与所述功率设置单元3的第七引脚相连，另一端分别与所述第六电阻416的一端和所述三极管441的基极相连；
所述第六电阻416的另一端与所述升压单元5的原边的一端相连，基准电压与所述第六电阻416的另一端相连；
所述三极管441的集电极与所述升压单元5的原边的另一端相连，所述三极管441的发射极接地。
驱动信号通过升压单元5的原边耦合至副边升压后传输至超声换能器，此时，超声换能器可以将电磁能转化为机械能，通过该方式可以带动超声洁牙设备的工作尖进行振动，超声换能器通常由压电陶瓷或其它磁致伸缩材料制成。
变压单元的副边与反馈单元6直接连接，可以将当前系统的电压与电流直接反馈至反馈单元6。
所述反馈单元6包括第二运算放大器632、第七电阻617、第八电阻618、第九电阻619、第十电阻6110和第四电容624；
所述第七电阻617的一端与所述升压单元5的副边的一端相连，所述第七电阻617的另一端分别与所述第四电容624的一端以及所述第二运算放大器632的正向输入端相连；
所述第八电阻618的一端与所述第七电阻617的一端相连，另一端接地；
所述第四电容624的另一端接地；
所述第九电阻619的一端分别与所述第二运算放大器632的反向输入端和第十电阻6110的一端相连，所述第九电阻619的另一端与所述第二运算放大器632的输出端相连；
所述第十电阻6110的另一端接地；
所述第二运算放大器632的输出端与所述主控单元1相连。
通过这种方式，实现了整个系统的闭环控制。
应理解，在本文的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本文实施例的实施过程构成任何限定。
还应理解，在本文实施例中，术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系。例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本文的范围。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本文所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口、装置或单元的间接耦合或通信连接，也可以是电的，机械的或其它的形式连接。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本文实施例方案的目的。
另外，在本文各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本文的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本文各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本文中应用了具体实施例对本文的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本文的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本文的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本文的限制。

Claims (10)

1.一种洁牙设备控制系统，其特征在于，包括：主控单元、超声信号发生单元、功率设置单元、功率放大单元、升压单元、反馈单元和超声换能器；
所述超声信号发生单元分别与所述主控单元和所述功率设置单元相连，所述功率放大单元与所述功率设置单元相连；
所述升压单元的原边与所述功率放大单元相连，所述升压单元的副边分别与所述超声换能器和所述反馈单元的输入端相连；
所述反馈单元的输出端与所述主控单元相连。
2.根据权利要求1所述的洁牙设备控制系统，其特征在于，所述超声信号发生单元包括第一运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一电容和第二电容；
所述第一电阻的一端与所述主控单元相连，所述第一电阻的另一端分别与所述第二电阻的一端和所述第一电容的一端相连；
所述第二电阻的另一端分别与所述第一运算放大器的正向输入端、所述第三电阻的一端和第四电阻的一端相连；
所述第一电容的另一端接地，所述第三电阻的另一端接地；
所述第四电阻的另一端与所述第一运算放大器的输出端相连；
所述第一运算放大器的反向输入端分别与所述第二电容的一端和所述第五电阻的一端相连；
所述第二电容的另一端接地，所述第五电阻的另一端与所述第一运算放大器的输出端相连。
3.根据权利要求1所述的洁牙设备控制系统，其特征在于，所述功率放大单元包括第三电容、第六电阻和三极管；
所述第三电容的一端与所述功率设置单元相连，另一端分别与所述第六电阻的一端和所述三极管的基极相连；
所述第六电阻的另一端与所述升压单元的原边的一端相连，基准电压与所述第六电阻的另一端相连；
所述三极管的集电极与所述升压单元的原边的另一端相连，所述三极管的发射极接地。
4.根据权利要求1所述的洁牙设备控制系统，其特征在于，所述反馈单元包括第二运算放大器、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻和第四电容；
所述第七电阻的一端与所述升压单元的副边的一端相连，所述第七电阻的另一端分别与所述第四电容的一端以及所述第二运算放大器的正向输入端相连；
所述第八电阻的一端与所述第七电阻的一端相连，另一端接地；
所述第四电容的另一端接地；
所述第九电阻的一端分别与所述第二运算放大器的反向输入端和第十电阻的一端相连，所述第九电阻的另一端与所述第二运算放大器的输出端相连；
所述第十电阻的另一端接地；
所述第二运算放大器的输出端与所述主控单元相连。
5.根据权利要求1所述的洁牙设备控制系统，其特征在于，所述升压单元包括原边和副边；
所述原边与所述功率放大单元相连，所述副边与所述超声换能器相连；
所述原边的匝数小于副边的匝数。
6.根据权利要求1所述的洁牙设备控制系统，其特征在于，所述主控单元包括MCU、CPLD和FPGA；
所述主控单元用于接收反馈信号，并通过反馈信号发送控制信号。
7.根据权利要求6所述的洁牙设备控制系统，其特征在于，所述超声信号发生单元接收所述控制信号，用于根据控制信号生成驱动信号。
8.根据权利要求7所述的洁牙设备控制系统，其特征在于，功率设置单元包括电位计和数字电位器；
所述功率设置单元，用于调整所述驱动信号的幅值。
9.根据权利要求8所述的洁牙设备控制系统，其特征在于，所述驱动信号包括正弦波或方波。
10.根据权利要求9所述的洁牙设备控制系统，其特征在于，所述反馈单元用于对所述升压单元的输出电压进行监测并发送至所述主控单元。
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