TWI805397B

TWI805397B - 可程式化超音波控制器

Info

Publication number: TWI805397B
Application number: TW111120938A
Authority: TW
Inventors: 林豪俊; 陳昱銓
Original assignee: 原華電子股份有限公司
Priority date: 2022-06-06
Filing date: 2022-06-06
Publication date: 2023-06-11
Also published as: TW202348208A

Abstract

本發明提供一種可程式化超音波控制器係包含一輸入單元、一輸出單元、一回授單元與一處理單元。輸入單元接收一輸入訊號。輸出單元輸出一驅動訊號。回授單元接受來自於相關於超音波設備的一工作電氣特性的一回授訊號。處理單元係接收輸入訊號以根據輸入訊號執行複數模式之至少一者而產生驅動訊號。其中，該等模式為一掃描模式、一定頻模式與一間歇觸發模式。其中，處理單元根據回授訊號調整驅動訊號的工作頻率與操作功率之至少一者。

Description

可程式化超音波控制器

本發明為一種頻率與功率控制的技術領域，特別是提供一種模組化可程式化超音波控制器。

隨著科技之進步，工業與醫療等應用領域之操作工具日新月異，導致工具之驅動器需求日益增加，對於驅動器之驅動能力也日漸重視，例如低功率超音波驅動搭配超音波手機可以作為牙科洗牙手機之驅動；以及，高功率超音波驅動搭配高功率超音波手機可作為骨刀使用，而能夠在牙科手術中切割與止血縫合。

傳統的控制器都是應用在單一個設備與領域，無法藉由單一的控制器彈性地調整以適用於不同的應用場域與設備；再者，由於涉及到醫療行為或是工業製作，傳統的控制器也需要穩定的操作參數(例如驅動頻率、操作功率等)。

有鑑於此，本發明提出一種可程式化超音波控制器，以解決傳統連接器所無法解決的問題。

本發明之目的係提供一種可程式化超音波控制器，係能夠掃描超音波設備的工作頻率、設定工作頻率(及/或操作功率)與維持超音波設備的工作頻率(及/或操作功率)。

本發明之目的係根據上述的可程式化超音波控制器，提供掃描模式(包含固定或是自訂)、定頻模式與間歇觸發模式，以滿足不同超音波設備的需求。

本發明之目的係根據上述的可程式化超音波控制器，係提供模組化的設計，用於獨立運作與嵌入超音波設備協同運作。

為達到上述目的與其他目的，本發明提供一種可程式化超音波控制器，係應用具有工作頻率與操作功率的超音波設備，又該工作頻率為單一頻率或是頻段，該可程式化超音波控制器包含一輸入單元、一輸出單元、一回授單元與一處理單元。輸入單元係接收一輸入訊號。輸出單元係輸出一驅動訊號，且驅動訊號能夠輸出至超音波設備。回授單元係能夠接受來自於相關於超音波設備的一工作電氣特性的一回授訊號。其中，工作電氣特性為一工作電壓與一工作電流之至少一者。處理單元係連接輸入單元、輸出單元與回授單元。處理單元接收輸入訊號以根據輸入訊號執行複數模式之至少一者而產生驅動訊號。其中，該等模式為一掃描模式、一定頻模式與一間歇觸發模式。掃描模式係能夠搜尋工作頻率、定頻模式係能夠將工作頻率維持在一特定頻率與一間歇觸發模式係能夠在預定時間觸發工作頻率與輸出的脈波數量。其中，處理單元根據回授訊號調整驅動訊號的工作頻率與操作功率之至少一者。

於另一實施例中，更包含一通訊單元連接處理單元。通訊單元能夠與一外部電子裝置進行通訊，且通訊單元接收外部電子裝置的一外部控制訊號以控制處理單元。又於另一實施例中，該通訊單元係符合通用非同步收發傳輸器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，UART)的通訊協定。

於另一實施例中，在工作電氣特性為工作電流時，回授單元係為一電流電壓轉換器(current to voltage converter)，係將超音波設備之工作電流轉換為一電壓型態的回授訊號。

於另一實施例中，更包含一類比數位轉換器(Analog-To-Digital Converter，ADC)，係設置於處理單元與回授單元之間，類比數位轉換器係將回授訊號由一類比型態轉換為一數位型態。

於另一實施例中，在掃描模式之下，係設定有一最大頻率與一最小頻率以建立一掃描頻段，且進一步設定有一取樣頻率。藉由處理單元執行掃描模式，以在輸出單元輸出複數掃描頻率。每一該等掃描頻率係自最小頻率起始而持續地輸出公差為取樣頻率的一掃瞄頻率至超音波設備，直到掃描頻率到達最大頻率，又在每一該等掃描頻率輸出至超音波設備時，回授單元也同時地接收位於每一該等掃描頻率的回授訊號。

於另一實施例中，在掃頻模式執行後，處理單元確定工作頻率，且基於工作頻率作為中心頻率的位移而擴展工作頻段。處理單元根據工作頻段改變驅動訊號且透過回授單元，以維持在工作頻段之下，驅動訊號能夠驅動超音波設備維持在相同或是接近的該操作功率。

於另一實施例中，驅動訊號為採用脈衝寬度調變(Pulse-width modulation，PWM)技術進行調變。

於另一實施例中，更包含變壓器連接輸出單元。變壓器將一低電壓之驅動訊號轉換為一高電壓之驅動訊號以驅動超音波設備。

於另一實施例中，處理單元執行脈衝寬度調變以決定低電壓持續的時間和決定高電壓驅動的功率。

於另一實施例中，更包指示單元連接輸出單元，以指示驅動訊號的頻率狀態及/或功率狀態。

2:超音波設備

2’:外部電子裝置

10、10’:可程式化超音波控制器

12:輸入單元

14:輸出單元

16:回授單元

18:處理單元

20:通訊單元

22:類比數位轉換器

24:變壓器

26:指示單元

WF:工作頻率

OP:操作功率

IS:輸入訊號

DS:驅動訊號

FS:回授訊號

M:模式

CS:外部控制訊號

圖1係本發明一實施例之可程式化超音波控制器的方塊示意圖。

圖2係本發明另一實施例之可程式化超音波控制器的方塊示意圖。

為充分瞭解本發明之目的、特徵及功效，茲藉由下述具體之實施例，並配合所附之圖式，對本發明做一詳細說明，說明如後。

於本發明中，係使用「一」或「一個」來描述本文所述的單元、元件和組件。此舉只是為了方便說明，並且對本發明之範疇提供一般性的意義。因此，除非很明顯地另指他意，否則此種描述應理解為包括一個、至少一個，且單數也同時包括複數。

於本發明中，用語「包含」、「包括」、「具有」、「含有」或其他任何類似用語意欲涵蓋非排他性的包括物。舉例而言，含有複數要件的一元件、結構、製品或裝置不僅限於本文所列出的此等要件而已，而是可以包括未明確列出但卻是該元件、結構、製品或裝置通常固有的其他要件。除此之外，除非有相反的明確說明，用語「或」是指涵括性的「或」，而不是指排他性的「或」。

請參考圖1，係本發明一實施例之可程式化超音波控制器的方塊示意圖。在圖1中，可程式化超音波控制器10係應用具有工作頻率WF與操作功率OP的超音波設備2。又，工作頻率WF為單一頻率或是頻段(多個離散的頻率或是連續的頻率)。

可程式化超音波控制器10包含一輸入單元12、一輸出單元14、一回授單元16與一處理單元18。

輸入單元12係接收一輸入訊號IS。

輸出單元14係輸出一驅動訊號DS，且驅動訊號DS能夠輸出至超音波設備2。於本實施例中，驅動訊號DS可以採用脈衝寬度調變技術進行調變，以將驅動訊號DS的訊號強度調整給例如小功率的的洗牙手機或是調整為給例如大功率的骨刀、超音波刀等超音波手機。

回授單元16係能夠接受來自於相關於超音波設備2的一工作電氣特性的一回授訊號FS。其中，工作電氣特性為一工作電壓及/或一工作電流。於另一實施例中，在工作電氣特性為工作電流時，回授單元16係可為一電流電壓轉換器係能夠將超音波設備2之工作電流轉換為電壓型態的回授訊號FS。

處理單元18係連接輸入單元12、輸出單元14與回授單元16。處理單元18接收輸入訊號IS以根據輸入訊號IS執行複數模式M之至少一者而產生驅動訊號DS。處理單元18根據回授訊號FS調整驅動訊號DS的工作頻率WF與操作功率OP之至少一者。又，該等模式M可為一掃描模式、一定頻模式與一間歇觸發模式，其分別地陳述如下：

(1)掃描模式

掃描模式係能夠搜尋工作頻率WF。舉例而言，在掃描模式之下係設定有最大頻率MAX與最小頻率MIN以建立掃描頻段，且進一步設定有取樣頻率SF，例如取樣頻率SF可是50~100Hz，藉由處理單元18執行掃描模式，以在輸出單元14輸出複數掃描頻率。每一該等掃描頻率係自該最小頻率MIN起始而持續地輸出公差為取樣頻率SF的掃瞄頻率至超音波設備2，直到掃描頻率到達最大頻率MAX；此外，又在每一該等掃描頻率輸出至超音波設備2時，回授單元16也同時地接收位於每一該等掃描頻率的回授訊號FS。藉由此，可以即時地從回授訊號FS的例如電流而判斷是否搜尋到工作頻率WF。

於另一實施例中，在掃描模式執行後，處理單元18確定工作頻率WF，且基於工作頻率作WF為中心頻率的位移(或稱偏移)而擴展工作頻段。又，處理單元18根據工作頻段改變驅動訊號DS且透過回授單元16，以維持在工作頻段下，驅動訊號DS驅動超音波設備2維持在相同或是接近的操作功率OP。此種方式也稱為追頻技術，可以在工作頻段內維持相同的功率輸出與穩定性，以避免輸出功率的損耗。

又，掃描模式更可以進一步包含標準掃描模式與自訂掃描模式，其差異在於頻率範圍的界定。在標準掃描模式是標準化的頻率範圍，例如20KHz~40KHz，而自訂掃描模式可以是藉由設定來界定掃描的範圍，例如20KHz~2MHz。

(2)定頻模式

定頻模式係能夠將工作頻率維持在一特定頻率。

(3)間歇觸發模式

間歇觸發模式係能夠在預定時間觸發工作頻率與輸出的脈波數量。

請參考圖2，係本發明另一實施例之可程式化超音波控制器的方塊示意圖。在圖2中，可程式化超音波控制器10’除包含第一實施例之輸入單元12、輸出單元14、回授單元16與處理單元18之外，更包含通訊單元20、類比數位轉換器22、變壓器24與指示單元26。

輸入單元12、輸出單元14、回授單元16與處理單元18的描述如前所述，於此不贅述。

通訊單元20連接處理單元18。通訊單元20能夠與外部電子裝置2’進行通訊，且通訊單元20接收外部電子裝置2’的外部控制訊號CS以控制處理單元18，例如通訊單元20係符合通用非同步收發傳輸器的通訊協定。舉例而言，通用非同步收發傳輸器採用9600bps且以8-N-1之資料格式進行通訊，外部電子裝置2’可藉由採用資料格式且通過通用非同步收發傳輸器設定可程式化超音波控制器10’的模式、頻率、功率等。於本實施例中，類比的強度可以透過例如可變電阻的控制而改變訊號的強度，以及數位的強度控制可以透過通用非同步收發傳輸器進行訊號強度的設定。

類比數位轉換器22係設置於處理單元18與回授單元16之間。類比數位轉換器22係回授訊號FS由類比型態轉換為數位型態。

變壓器24連接輸出單元14。變壓器24具有一次側與二次側。變壓器24將在一次側的低電壓之驅動訊號DS轉換為在二次側的高電壓之驅動訊號DS以驅動超音波設備2。於此，驅動訊號DS為採用脈衝寬度調變技術進行調變，藉由處理單元18執行脈衝寬度調變以決定低電壓持續的時間和決定高電壓驅動的功率。

指示單元26連接輸出單元12，以指示驅動訊號DS的頻率狀態及/或功率狀態，例如指示單元26為蜂鳴器、LED燈等。舉例而言，藉由蜂鳴器產生的音頻高低讓使用者可以藉由聽覺而知悉驅動訊號DS的頻率高低。

本發明在上文中已以較佳實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，實施例僅用於描繪本發明，而不應解讀為限制本發明之範圍。應注意的是，舉凡與實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本發明之範疇內。因此，本發明之保護範圍當以申請專利範圍所界定者為準。