KR101129129B1 - 초음파 치료기의 공진주파수 자동제어장치 및 그 제어방법 - Google Patents

초음파 치료기의 공진주파수 자동제어장치 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 초음파 진동자를 이용하는 초음파 치료기의 공진주파수 자동제어장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
본 발명의 초음파 진동자를 이용하는 초음파 치료기의 공진주파수 자동제어장치는 소정 주파수 범위 내에서 가변된 주파수를 발생시키는 발진부와; 상기 발진부에서 출력되는 주파수를 상기 초음파 진동자에 필요한 신호로 증폭하여 상기 초음파 진동자에 전달하고, 상기 초음파 진동자에서 발생된 공진주파수 신호를 제어부에 전달하는 신호 증폭 및 검출부와; 상기 신호 증폭 및 검출부에서 출력되는 신호를 입력받아 공진주파수를 발생시키고 초음파 진동하여 초음파를 출력하는 상기 초음파 진동자; 및 CPU를 포함하며, 상기 초음파 진동자가 변화하는 공진주파수와 상기 발진부의 발진주파수를 일치시켜 초음파 출력을 일정하게 유지하도록 상기 초음파 치료기의 공진주파수 제어장치 전체의 동작을 제어하는 상기 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

초음파 치료기의 공진주파수 자동제어장치 및 그 제어방법{APPARATUS AND METHOD FOR AUTO CONTROLLING RESONANCE FREQUENCY OF ULTRASONIC TREATMENT APPARATUS}
본 발명은 초음파 진동을 이용하는 초음파 치료기의 공진주파수 자동제어장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
초음파 치료기는 초음파 진동을 이용한 치료장치로서, 전기신호를 초음파 진동자에 전달하여 초음파로 변환하고, 초음파 진동자에 결합된 프로브의 시술기구에 초음파를 전달하여 환부에 초음파 진동을 부여함으로써 치료(예를 들면, 체내 지방제거)에 이용하는 장치이다.
도 1은 종래의 공진주파수 제어장치를 도시한 것으로, 위상동기루프(PLL) 회로를 이용하여 모터에 인가되는 전압과 전류의 위상을 비교함으로써 압전세라믹스의 공진주파수와 모터에 인가되는 전압의 주파수를 동기화하는 장치이다.
그러나, 상기 종래의 장치는 PLL 회로 또는 증폭부의 전원라인의 전류를 감지하는 회로를 구비함으로써 회로의 구성부품이 많아 장비 제조원가가 상승하고 오작동 우려가 증가하는 등의 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, PLL 회로, 증폭부의 전원라인의 전류를 감지하는 회로 등의 복잡한 회로구성을 구비하지 않고 간단하게 구현할 수 있는 초음파 치료기의 공진주파수 자동 제어장치 및 그 제어방법을 제공하고자 한다.
이를 위해 본 발명의 초음파 치료기의 공진주파수 자동제어장치는 소정 주파수 범위 내에서 가변된 주파수를 발생시키는 발진부와; 상기 발진부에서 출력되는 주파수를 상기 초음파 진동자에 필요한 신호로 증폭하여 상기 초음파 진동자에 전달하고, 상기 초음파 진동자에서 발생된 공진주파수 신호를 제어부에 전달하는 신호 증폭 및 검출부와; 상기 신호 증폭 및 검출부에서 출력되는 신호를 입력받아 공진주파수를 발생시키고 초음파 진동하여 초음파를 출력하는 상기 초음파 진동자; 및 CPU를 포함하며, 상기 초음파 진동자가 변화하는 공진주파수와 상기 발진부의 발진주파수를 일치시켜 초음파 출력을 일정하게 유지하도록 상기 초음파 치료기의 공진주파수 제어장치 전체의 동작을 제어하는 상기 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 초음파 출력 동작신호를 상기 제어부의 상기 CPU에 전달하는 풋 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 초음파 치료기 공진주파수 자동제어장치의 기능설정 및 동작상태를 표시하는 화면표시부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 발진부는 소정 범위의 주파수를 갖는 발진 신호를 발생시키는 주파수 발생기; 및 상기 주파수 발생기에서 발생된 신호의 파형 크기를 조절하는 파형 조절기를 포함하며, 상기 제어부는 상기 신호 증폭 및 검출부로부터 상기 초음파 진동자의 공진주파수를 입력받아 상기 발진부의 출력 주파수를 제어하는 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 신호 증폭 및 검출부는 상기 발진부에서 발생된 주파수를 스위칭하여 펄스전압을 출력하는 스위칭부와; 상기 스위칭부로부터 출력되는 펄스전압을 상기 초음파 진동자에 필요한 전압으로 증폭하여 상기 초음파 진동자에 전달하는 메인트랜스; 및 상기 초음파 진동자에서 공진된 펄스전압을 상기 제어부에 전달하는 튜닝검출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 제어부는 상기 발진부가 20kHz 내지 300kHz의 범위에서 가변된 주파수를 출력하도록, 튜닝 스캔 주파수를 1Hz 내지 1kHz 범위로, 설정된 동작 주파수를 ±2kHz 범위로, 가변 주파수 발생시간을 10초 이하의 범위로, 공진주파수 튜닝 주기를 10분 이하의 범위로 제어하는 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 제어부는 상기 발진부가 20kHz 내지 30kHz의 범위에서 가변된 주파수를 출력하도록, 튜닝 스캔 주파수를 1Hz 내지 100Hz 범위로, 설정된 동작 주파수를 ±1kHz 범위로, 가변 주파수 발생시간을 5초 이하의 범위로, 공진주파수 튜닝 주기를 5분 이하의 범위로 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 초음파 치료기의 공진주파수 자동제어방법은 소정 주파수 범위 내에서 가변된 주파수를 발생시키는 발진부와; 상기 발진부에서 출력되는 주파수를 상기 초음파 진동자에 필요한 신호로 증폭하여 상기 초음파 진동자에 전달하고, 상기 초음파 진동자에서 발생된 공진주파수 신호를 제어부에 전달하는 신호 증폭 및 검출부와; 상기 신호 증폭 및 검출부에서 출력되는 신호를 입력받아 공진주파수를 발생시키고 초음파 진동하여 초음파를 출력하는 상기 초음파 진동자; 및 상기 초음파 진동자가 변화하는 공진주파수와 상기 발진부의 발진주파수를 일치시켜 초음파 출력을 일정하게 유지하도록 상기 초음파 치료기의 공진주파수 제어장치 전체의 동작을 제어하는 상기 제어부를 포함하는 초음파 진동자를 이용하는 초음파 치료기의 공진주파수 자동제어방법에 있어서, 상기 발진부가 20kHz 내지 300kHz의 범위에서 가변된 주파수를 출력하도록, 튜닝 스캔 주파수를 1Hz 내지 1kHz 범위로, 설정된 동작 주파수를 ±2kHz 범위로, 가변 주파수 발생시간을 10초 이하의 범위로, 공진주파수 튜닝 주기를 10분 이하의 범위로 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, PLL 회로, 증폭부의 전원라인의 전류를 감지하는 회로 등의 복잡한 회로구성을 구비하지 않는 간단한 구성의 초음파 치료기의 공진주파수 자동제어 장치를 구현함으로써 치료기의 비용이 절감되는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 초음파 진동자가 변화하는 공진주파수와 발진주파수를 일치시켜 초음파 출력을 일정하게 유지함으로써 체내 지방 제거 기능을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 공진주파수 제어장치를 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 초음파 치료기의 공진주파수 자동제어 장치의 구성을 나타낸 블록도,
도 3은 도 2의 상세구성을 나타낸 도면.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 치료기의 공진주파수 자동제어 장치의 구성을 나타낸 블록도이고, 도 3은 도 2의 상세구성을 나타낸 것이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 초음파 치료기의 공진주파수 자동제어 장치는 전원부(100)와, 발진부(200)와, 신호 증폭 및 검출부(300)와, 초음파 진동자(400)와, 제어부(500)와, 풋 스위치(600)와, 화면표시부(700) 및 동작설정부(800)를 포함한다.
상기 전원부(100)는 사용자의 선택에 의해 일정전압을 발생시켜 공급한다. 예를 들면, 본 실시예에서 전원부(100)는 외부전원을 통해 입력된 교류 220V 60Hz의 전원을 직류 24V, 12V, 5V로 변환하여 상기 신호 증폭 및 검출부(300)에 공급한다.
상기 발진부(200)는 주파수 발생기(201)와 파형 조절기(202)를 구비하며, 상기 제어부의 제어에 따라 소정 주파수 범위 내에서 예를 들면, 초기 튜닝 주파수를 20kHz~300kHz의 범위에서 1Hz~1kHz 간격으로 가변된 주파수를 발생시킨다. 상기 주파수 발생기(201)는 예를 들면, 20kHz~30kHz 범위의 주파수를 갖는 발진신호를 발생시키면 상기 파형 조절기(202)는 상기 주파수 발생기(201)에서 발생된 신호의 파형 크기를 조절한다.
상기 신호 증폭 및 검출부(300)는 스위칭부(301)와, 메인트랜스(302)와, 튜닝검출부(303)를 구비한다. 상기 신호 증폭 및 검출부(300)는 상기 전원부(100)에서 출력되는 전압을 공급받아 상기 발진부(200)에서 출력되는 주파수를 초음파 진동자에 필요한 신호로 증폭하여 초음파 진동자(400)에 전달하고, 상기 초음파 진동자(400)에서 발생된 공진주파수 신호를 상기 제어부(500)에 전달한다. 상기 스위칭부(301)는 상기 발진부(200)에서 발진된 주파수를 스위칭하여 펄스전압을 상기 메인트랜스(302)에 전달하며, 상기 메인트랜스(302)는 상기 스위칭된 펄스전압을 상기 초음파 진동자(400)에 필요한 전압으로 증폭하여 상기 초음파 진동자(400)에 공급하고, 초음파 진동자(400)에서 공진된 파형을 튜닝검출부(303)로 전달한다. 상기 튜닝검출부(303)는 상기 초음파 진동자(400)에서 공진된 펄스전압을 상기 제어부(500)에 전달한다.
상기 초음파 진동자(400)는 상기 증폭 및 검출부(300)에서 공급되는 전압에 의해 20kHz~30kHz의 범위로 가변된 신호를 입력받아 공진주파수를 발생시킨다.
상기 제어부(500)는, CPU로 구성된 제어장치로 초음파 치료기의 공진주파수 제어장치 전체의 동작을 제어한다. 상기 제어부(500)는 전원부(100)에서 공급되는 DC 5V 전압을 레귤레이터를 이용하여 각각 2.5V, 3.3V 전압을 CPU에 공급하는 2.5V 전압 레귤레이터(501)와, 3.3V 전압 레귤레이터(502)와, CPU(503)와, 화면표시신호를 화면표시부에 공급하는 화면신호드라이브(504)와, 화면표시부(700)의 밝기를 조절하는 화면밝기조절부(505) 및 동작설정부(800)의 버튼동작신호를 CPU(503)에 전달하는 버튼인터페이스(506)을 포함한다.
상기 풋 스위치(600)는 초음파 출력 동작신호를 상기 제어부(500)의 CPU에 전달한다.
상기 화면표시부(700)는 LCD 화면으로 구현될 수 있으며, 공진주파수 제어장치의 기능설정 및 동작상태를 표시한다. 상기 화면표시부(700)는 예를 들면, 초음파 신호의 발생 여부, 초음파 신호의 주파수 크기 등을 표시할 수 있으며, 상기 신호 증폭 및 검출부에서 출력되는 펄스 신호의 레벨을 검출하고 검출된 펄스신호의 레벨이 설정치를 초과하는 경우, 이상 동작으로 판단하여, 상기 제어부(500)의 동작을 정지시킬 수도 있다.
상기 동작설정부(800)는 버튼으로 구현되며, 기능설정을 선택하도록 한다.
상기 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 치료기의 공진주파수 자동제어 장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 초음파 출력을 위해 사용자가 풋 스위치(600)를 작동시키면(누르면) 제어부(500)에서 발진부(200)의 출력 주파수를 20kHz~30kHz의 범위에서 20kHz를 시작으로 순차적으로 25Hz(튜닝 스캔 주파수) 간격으로 30kHz까지 가변된 주파수를 발생시킨다. 이때, 튜닝 스캔 주파수 범위는 25Hz에 국한되지 않으며 1Hz 내지 1kHz 범위에서 다양하게 선택 가능하며, 발진부의 출력주파수를 20kHz~300kHz 범위가 되도록 튜닝할 수 있다.
상기 발진부(200)에서 출력된 주파수는 신호 증폭 및 검출부(300)의 스위칭부(301)에서 스위칭 되면서 증폭되어 메인트랜스(302)에 전달되고, 메인트랜스(302)에서 초음파 진동자(400)에 필요한 전압으로 다시 증폭되어 초음파 진동자(400)에 전달된다. 초음파 진동자(400)에 전달된 신호는 튜닝주파수(예를 들면 25Hz)로 순차적으로 스캔되어 예를 들면, 35kHz에서 공진이 발생한다. 공진된 주파수의 파형은 메인트랜스(302)에 의해 튜닝검출부(303)에 전달되고 튜닝검출부(303)는 공진된 펄스전압을 제어부(500)의 CPU(503)에 전달하며, CPU(503)에서는 해당 주파수(35kHz)를 공진주파수로 인식한다.
삭제
상기 초음파 진동자(400)에서 발생된 공진주파수는 제어부(500)에서 동작주파수로 설정된다. 다시 풋 스위치(600)를 동작시키면 발진부(200)의 출력주파수를 설정된 동작주파수에 ±500Hz 범위에서 25Hz 간격으로 1~10초 동안 가변된 주파수를 발생하여 초음파 진동자에서 발생된 공진주파수를 감지하고 설정된 공진주파수를 출력한다.
상기 동작 상태에서 1분 후 자동으로 제어부에서 발진부의 출력주파수를 설정된 동작주파수에 ±700Hz 범위에서 25Hz 간격으로 1초~10초 동안 가변된 주파수를 발생하여 초음파 진동자에서 발생된 공진주파수를 감지하고 감지된 동작주파수의 출력신호를 출력하며, 매 1분마다 초음파 진동자의 공진주파수를 확인하여 공진주파수 신호를 출력한다. 본 실시예에서는 매 1분마다 공진주파수를 튜닝하였으나, 공진주파수의 튜닝은 10분 이하의 범위 내에서 적절히 조절할 수 있다.
상기 동작상태에서 풋 스위치를 다시 동작시키면 이전의 동작주파수에 ±700Hz 범위에서 25Hz 간격으로 1초 동안 가변된 주파수를 발생하여 초음파 진동자에서 발생된 공진주파수를 감지하고 감지된 공진 주파수 신호를 출력한다.
상기 공진주파수에 의하여 초음파 진동자에서 초음파를 발생시킨다. 이와 같이, 본 발명은 초음파 진동자가 변화하는 공진주파수와 발진부의 발진주파수를 일치시켜 초음파 출력을 일정하게 유지하도록 함으로써 초음파 치료기의 기능 예를 들면, 지방 제거 기능을 향상시킬 수 있다.
비록 첨부도면 및 상세설명에서는 본 발명의 실시예에 대해 개시하였지만, 본 발명은 개시된 실시예에 한정되지 않는다. 예를 들면, 튜닝 주파수 범위를 설정된 동작주파수에 ±700Hz 범위로, 튜닝 스캔시간을 1초로, 튜닝 주기를 1분으로, 튜닝 스캔주파수 범위를 25Hz로 설정한 실시예에 대해 개시하였지만, 이들 상세 값을 변경하여 수행할 수 있다. 따라서, 후술하는 청구범위에 개시 및 인용된 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형, 개선, 수정, 대체 및 치환할 수 있음은 물론이다.
100: 전원부 200: 발진부
201: 주파수 발생기 202: 파형조절기
300: 신호 증폭 및 검출부 301: 스위칭부
302: 메인트랜스 303: 튜닝검출부
400: 발진부 500: 제어부
600: 풋 스위치 700: 화면표시부

Claims (7)

  1. 초음파 진동자를 이용하는 초음파 치료기의 공진주파수 자동제어장치에 있어서,
    소정 주파수 범위 내에서 가변된 주파수를 발생시키는 발진부와;
    상기 발진부에서 출력되는 주파수를 상기 초음파 진동자에 필요한 신호로 증폭하여 상기 초음파 진동자에 전달하고, 상기 초음파 진동자에서 발생된 공진주파수 신호를 제어부에 전달하는 신호 증폭 및 검출부와;
    상기 신호 증폭 및 검출부에서 출력되는 신호를 입력받아 공진주파수를 발생시키고 초음파 진동하여 초음파를 출력하는 상기 초음파 진동자; 및
    CPU를 포함하며, 상기 초음파 진동자가 변화하는 공진주파수와 상기 발진부의 발진주파수를 일치시켜 초음파 출력을 일정하게 유지하도록 상기 초음파 치료기의 공진주파수 제어장치 전체의 동작을 제어하는 상기 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 치료기의 공진주파수 자동제어장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 초음파 출력 동작신호를 상기 제어부의 상기 CPU에 전달하는 풋 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 치료기 공진주파수 자동제어장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 발진부는
    소정 범위의 주파수를 갖는 발진 신호를 발생시키는 주파수 발생기; 및
    상기 주파수 발생기에서 발생된 신호의 파형 크기를 조절하는 파형 조절기를 포함하며,
    상기 제어부는 상기 신호 증폭 및 검출부로부터 상기 초음파 진동자의 공진주파수를 입력받아 상기 발진부의 출력 주파수를 제어하는 것을 특징으로 하는 초음파 치료기의 공진주파수 자동제어장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 신호 증폭 및 검출부는
    상기 발진부에서 발생된 주파수를 스위칭하여 펄스전압을 출력하는 스위칭부와;
    상기 스위칭부로부터 출력되는 펄스전압을 상기 초음파 진동자에 필요한 전압으로 증폭하여 상기 초음파 진동자에 전달하고, 상기 초음파 진동자에 의해 공진된 파형을 튜닝검출부로 전달하는 메인트랜스; 및
    상기 메인트랜스로부터 전달되는 상기 공진된 파형에서 펄스전압을 검출하여 상기 제어부에 전달하는 튜닝검출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 치료기의 공진주파수 자동제어장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 발진부가 20kHz 내지 300kHz의 범위에서 가변된 주파수를 출력하도록, 튜닝 스캔 주파수를 1Hz 내지 1kHz 범위로, 설정된 동작 주파수를 ±2kHz 범위로, 가변 주파수 발생시간을 10초 이하의 범위로, 공진주파수 튜닝 주기를 10분 이하의 범위로 제어하는 것을 특징으로 하는 초음파 치료기의 공진주파수 자동제어장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 발진부가 20kHz 내지 30kHz의 범위에서 가변된 주파수를 출력하도록, 튜닝 스캔 주파수를 1Hz 내지 100Hz 범위로, 설정된 동작 주파수를 ±1kHz 범위로, 가변 주파수 발생시간을 5초 이하의 범위로, 공진주파수 튜닝 주기를 5분 이하의 범위로 제어하는 것을 특징으로 하는 초음파 치료기의 공진주파수 자동제어장치.
  7. 소정 주파수 범위 내에서 가변된 주파수를 발생시키는 발진부와; 상기 발진부에서 출력되는 주파수를 초음파 진동자에 필요한 신호로 증폭하여 상기 초음파 진동자에 전달하고, 상기 초음파 진동자에서 발생된 공진주파수 신호를 제어부에 전달하는 신호 증폭 및 검출부와; 상기 신호 증폭 및 검출부에서 출력되는 신호를 입력받아 공진주파수를 발생시키고 초음파 진동하여 초음파를 출력하는 상기 초음파 진동자; 및 상기 초음파 진동자가 변화하는 공진주파수와 상기 발진부의 발진주파수를 일치시켜 초음파 출력을 일정하게 유지하도록 초음파 치료기의 공진주파수 제어장치 전체의 동작을 제어하는 상기 제어부를 포함하는 초음파 치료기의 공진주파수 자동제어장치를 이용하여 체내 지방을 분해하는 방법에 있어서,
    상기 발진부가 20kHz 내지 300kHz의 범위에서 가변된 주파수를 출력하도록, 튜닝 스캔 주파수를 1Hz 내지 1kHz 범위로, 설정된 동작 주파수를 ±2kHz 범위로, 가변 주파수 발생시간을 10초 이하의 범위로, 공진주파수 튜닝 주기를 10분 이하의 범위로 제어하는 것을 특징으로 하는 초음파 치료기의 공진주파수 자동제어방법.
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