CN110051938B - 超声换能器的阻抗匹配器、***和超声换能器治疗设备 - Google Patents

超声换能器的阻抗匹配器、***和超声换能器治疗设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超声换能器的阻抗匹配器、***和超声换能器治疗设备。该超声换能器的阻抗匹配器包括：可调电感和可调电容；所述可调电感的第一端连接至第一端点，所述可调电感的第二端连接至所述可调电容的第一端和第二端点；所述可调电容的第一端连接至第二端点，所述可调电容的第二端连接至第三端点和第四端点，所述第一端点和所述第三端点形成第一端口，所述第二端点和所述第四端点形成第二端口。本发明中，阻抗匹配器包括可调电感和可调电容，从而在阻抗匹配时实现了阻抗匹配的宽范围调节，且调节快速方便，大大提高了阻抗匹配的速度。

Description

超声换能器的阻抗匹配器、***和超声换能器治疗设备
技术领域
本发明涉及阻抗匹配技术领域，特别涉及一种超声换能器的阻抗匹配器、***和超声换能器治疗设备。
背景技术
目前在超声应用领域中，常用的超声换能器在使用时，由于本身的阻抗和驱动电源的输出阻抗相差比较大，因此会导致超声换能器输出效率降低，发热增加且故障增加等情况。为了尽可能的提高超声换能器输出效率、减少发热且减少故障等情况的发生，会对超声换能器进行阻抗匹配。由于超声换能器本身特性的复杂多变性，因此每当需要调节阻抗匹配时会遇到很多问题，比如速度慢、方法原始、元件体积限制等，严重的影响了应用效果。
综上所述，现有技术中的阻抗匹配器，阻抗匹配的调节范围较小，且阻抗匹配的速度慢。
发明内容
本发明提供一种超声换能器的阻抗匹配器、***和超声换能器治疗设备，用于实现阻抗匹配的宽范围调节，且提高阻抗匹配的速度。
为实现上述目的，本发明提供了一种超声换能器的阻抗匹配器，包括：可调电感和可调电容；
所述可调电感的第一端连接至第一端点，所述可调电感的第二端连接至所述可调电容的第一端和第二端点；
所述可调电容的第一端连接至第二端点，所述可调电容的第二端连接至第三端点和第四端点，所述第一端点和所述第三端点形成第一端口，所述第二端点和所述第四端点形成第二端口。
可选地，所述可调电感包括空心电感、磁芯、调节机构和多档位开关，所述多档位开关中的每个档位开关连接至所述空心电感上的对应位置；
所述调节机构用于调节所述磁芯进入所述空心电感中的深度。
可选地，所述可调电容包括多个并联设置的固定电容；
每个固定电容的第一端连接至可调电感的第二端和所述第二端点，每个固定电容的第二端与所述第三端点和所述第四端点之间设置有对应的开关。
可选地，所述可调电容还包括：可变电容，所述可变电容与多个所述固定电容并联设置；
所述可变电容的第一端连接至可调电感的第二端和所述第二端点，所述可变电容的第二端连接至所述第三端点和所述第四端点。
可选地，并联设置的多个固定电容依次排列；从第三个固定电容开始，每个固定电容的电容量为前多个固定电容的电容量之和。
可选地，还包括：电路板，所述电路板上设置有并联设置的多个固定电容。
可选地，还包括：第一旋钮和第一连接结构，所述第一旋钮通过所述第一连接结构与所述多档位开关连接。
可选地，还包括：第一旋钮和第二连接结构，所述第二旋钮通过所述第二连接结构与所述调节机构连接。
为实现上述目的，本发明提供了一种超声换能器的阻抗匹配***，包括：超声换能器、驱动电源和上述超声换能器的阻抗匹配器，所述驱动电源通过所述超声换能器的阻抗匹配器与所述超声换能器连接；
所述驱动电源连接至所述第一端口，所述超声换能器连接至所述第二端口；或者，
所述驱动电源连接至所述第二端口，所述超声换能器连接至所述第一端口。
为实现上述目的，本发明提供了一种超声换能器治疗设备，包括上述超声换能器的阻抗匹配***。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的超声换能器的阻抗匹配器、***和超声换能器治疗设备的技术方案中，阻抗匹配器包括可调电感和可调电容，从而在阻抗匹配时实现了阻抗匹配的宽范围调节，且调节快速方便，大大提高了阻抗匹配的速度。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的一种超声换能器的阻抗匹配器的电路图；
图2为图1中超声换能器的阻抗匹配器的结构示意图；
图3为图2中机箱的前面板示意图；
图4为本发明实施例二提供的一种超声换能器的阻抗匹配***的结构示意图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的超声换能器的阻抗匹配器、***和超声换能器治疗设备进行详细描述。
图1为本发明实施例一提供的一种超声换能器的阻抗匹配器的电路图，图2为图1中超声换能器的阻抗匹配器的结构示意图，如图1和图2所示，该超声换能器的阻抗匹配器包括：可调电感1和可调电容2。可调电感1的第一端连接至第一端点a，可调电感1的第二端连接至可调电容2的第一端和第二端点b。可调电容2的第一端连接至第二端点b，可调电容2的第二端连接至第三端点c和第四端点d，第一端点a和第三端点c形成第一端口N1，第二端点b和第四端点d形成第二端口N2。
本实施例中，阻抗匹配器采用了便于实施的电感电容(LC)型电路，采用LC型电路的优点为元器件数量少、故障率低且成本低。本实施例中，阻抗匹配器中的电感为可调电感1，且电容为可调电容2，阻抗匹配器为可调节的阻抗匹配器，从而在阻抗匹配时实现了阻抗匹配的宽范围调节。
如图1所示，本实施例中，优选地，第三端点c和第四端点d接地。
如图1和图2所示，可调电感1包括空心电感11、磁芯12、调节机构13和多档位开关14，多档位开关14中的每个档位开关连接至空心电感11上的对应位置。优选地，多档位开关14为大功率多档位开关。调节机构13用于调节磁芯12进入空心电感11中的深度。具体地，调节机构13为运动机构，调节机构13在运动时带动磁芯12运动以调节磁芯12进入空心电感11中的深度。磁芯12在对电感量的调节过程中可实现对电感量进行微调。进一步地，该阻抗匹配器还包括：支架18，支架18上安装有磁芯12，支架18用于固定磁芯12，支架18设置于调节机构13上，支架18可在调节机构13运动时带动磁芯12运动。
多档位开关14包括多个档位开关，该多个档位开关分别为档位开关L0、L1、L2、……、Ln。空心电感11上的线圈采用分段接线，不同位置的线圈连接至不同的档位开关上，从而使得每个档位开关可连接至空心电感11上的不同位置。如图2所示，该阻抗匹配器还包括第一旋钮15和第一连接结构21，第一旋钮15通过第一连接结构21与多档位开关14连接，操作人员可旋转第一旋钮15以使多档位开关14转动至不同的档位开关上。需要说明的是：图2中多档位开关14与空心电感11之间的连接并未具体画出，具体连接方式请参见图1。
空心电感11为内部中空结构，因此磁芯12可在调节机构13的控制下进入空心电感11中。空心电感11为空心线圈，优选地，空心电感11可采用铜管制作而成。根据所需调节的电感量，调节机构13可驱动磁芯12全部进入空心电感11、部分进入空心电感11或者全部退出空心电感11。如图2所示，该阻抗匹配器还包括第二旋钮16和第二连接结构22，第二旋钮16通过第二连接结构22与调节机构13连接，操作人员可旋转第二旋钮16使调节机构13沿第二连接结构22运动，以带动磁芯12运动，从而实现调节磁芯12进入空心电感11中的深度。
在实际调节可调电感1的电感量的过程中，首先将多档位开关14转到所需要的档位开关上，而后再通过调节机构13调节磁芯12进入空心电感11中的深度，再旋转第二旋钮16以通过调节机构13将可调电感1的电感量调节至所需要的电感量。如图1和图2所示，将多档位开关14调节至档位开关L0(最小档位)上，并通过调节机构13将磁芯12进入空心电感11的深度调节为0，即磁芯12完全位于空心电感11的外部，此时可调电感1的电感量为最小值；将多档位开关14调节至档位开关Ln(最大档位)上，并通过调节机构13将磁芯12进入空心电感11的深度调节为最大值，即磁芯12全部进入空心电感11的内部，此时可调电感1的电感量为最大值。本实施例中，通过多档位开关14的档位开关转换和磁芯12在空心电感11中深度的调节，从而实现了可调电感1的电感量的大范围调节。
如图1和图2所示，可调电容2包括多个并联设置的固定电容。优选地，固定电容为大功率电容。多个固定电容分别为固定电容C1、C2、C3、C4、……、Cn。每个固定电容的第一端连接至可调电感1的第二端和第二端点b，每个固定电容的第二端与第三端点c和第四端点d之间设置有对应的开关。优选地，开关为大功率开关。每个固定电容均对应于一个开关，则阻抗匹配器包括多个开关，该多个开关分别为k1、k2、k3、k4、……、kn，其中，固定电容C1与开关k1对应设置，固定电容C2与开关k2对应设置，以此类推，固定电容Cn与开关kn对应设置。则固定电容C1与第三端点c和第四端点d之间设置有对应的开关k1，固定电容C2与第三端点c和第四端点d之间设置有对应的开关k2，以此类推，固定电容Cn与第三端点c和第四端点d之间设置有对应的开关kn。当开关闭合时，对应的固定电容的第二端与第三端点c和第四端点d之间连接，即：对应的固定电容之间并联连接；当开关断开时，对应的固定电容的第二端与第三端点c和第四端点d之间不连接，即：对应的固定电容之间未并联连接。如图2所示，该阻抗匹配器还包括：电路板19。电路板19上设置有并联设置的多个固定电容C1、C2、C3、C4、……、Cn，该电路板19为电容板。
根据所需调节的电容量，将全部或者部分开关闭合，以将闭合开关对应的固定电容的第二端与第三端点c和第四端点d连接，例如将开关k1、开关k2和开关k3闭合，其余开关保持断开状态，以使固定电容C1、固定电容C2和固定电容C3的第二端与第三端点c和第四端点d连接，即：固定电容C1、固定电容C2和固定电容C3并联连接，此时可调电容2的电容量为并联设置的固定电容C1、固定电容C2和固定电容C3的电容量之和。
本实施例中，每个固定电容的电容量可根据产品设计需要进行设置。优选地，并联设置的多个固定电容依次排列；从第三个固定电容开始，每个固定电容的电容量为前多个固定电容的电容量之和。例如，固定电容C1、C2、C3、C4、……、Cn按顺序依次排列，第三个固定电容C3的电容量为固定电容C1、C2的电容量之和，第四个固定电容C4的电容量为固定电容C1、C2和C3的电容量之和，以此类推，第n个固定电容Cn的电容量为固定电容C1、C2、……、Cn-1的电容量之和。其中，固定电容C2的电容量可以与固定电容C1的电容量相同或者不同。采用此种方式设置固定电容的电容量，可实现对可调电容的电容量的连续调节。
本实施例中，可调电容2还可以包括：可变电容Cv，可变电容Cv与多个固定电容并联设置。可变电容Cv的第一端连接至可调电感1的第二端和第二端点b，可变电容Cv的第二端连接至第三端点c和第四端点d。如图2所示，该阻抗匹配器还包括第三旋钮17，操作人员可旋转第三旋钮17以调节可变电容Cv的电容量。优选地，可变电容Cv为大功率可变电容。
根据所需调节的电容量，在闭合部分或者全部开关的基础上，进一步调节可变电容Cv的电容量以调节可调电容2的电容量，从而实现了对可调电容2的电容量的精确调节，使可调电容2的电容量达到所需的正确值。
本实施例中，可调电容2的电容量的最小值为0，此时可将所有的开关均断开，且将可变电容Cv的电容量调节为0；可调电容2的电容量的最大值为可变电容的电容量的最大值和所有固定电容的电容量之和，此时可将所有的开关均闭合，且将可变电容Cv的电容量调节为最大值。本实施例中，可调电容2可根据所需电容量的大小选择需要并联连接的固定电容的个数，并调节可变电容Cv的电容量，实现了可调电容2的电容量的大范围调节。
本实施例中，第一端口N1为输入口，第二端口N2为输出口，从而使得阻抗匹配器起到提升阻抗的作用。或者，第二端口N2为输入口，第一端口N1为输出口，从而使得阻抗匹配器起到降低阻抗的作用。
如图2所示，第一端口N1为L型同轴连接器，第二端口N2为N型同轴连接器。
图3为图2中机箱的前面板示意图，如图2和图3所示，该阻抗匹配器还包括：机箱20，机箱20为阻抗匹配器的外壳。可调电感1和可调电容2中的各个结构均位于机箱20的内部，第一端口N1和第二端口N2位于机箱20的外部。其中，前面板位于机箱20的外侧，其中，第二端口N2位于前面板上，第一端口N1位于机箱20的与前面板对应的侧面。第一旋钮15、第二旋钮16、第三旋钮17和开关k1、k2、k3、k4、……、kn均位于机箱20的外部，具体地，第一旋钮15、第二旋钮16、第三旋钮17和开关k1、k2、k3、k4、……、kn均位于机箱20的前面板上。
在实际应用中，根据提升阻抗或者降低阻抗的需求，从第一端口N1和第二端口N2中确定出输入口和输出口，并采用同轴电缆连接的方式，将驱动电源连接至输入口，以及将负载装置连接至输出口；根据预先计算出的所需要的电感量，旋转第一旋钮15以将多档位开关14转动至所需的档位开关上，并旋转第二旋钮16以通过调节机构13将可调电感1的电感量调节至所需要的电感量；根据预先计算出的所需要的电容量，将所需要闭合的开关闭合，其余开关保持断开状态，以使闭合的开关对应的固定电容并联连接，并旋转第三旋钮17以调节可变电容Cv的电容量，从而使可调电容2的电容量达到所需的电容量。其中，所需的电感量和所需的电容量可根据目标阻抗和实际阻抗进行计算。
本实施例中，可调电感1通过多档位开关14的档位开关转换和磁芯12在空心电感11中深度的调节，实现了可调电感1的电感量的大范围调节；可调电容2可根据所需电容量的大小选择需要并联连接的固定电容的个数，并调节可变电容Cv的电容量，实现了可调电容2的电容量的大范围调节。综上所述，本实施例通过可调电感1的宽范围调节以及可调电容2的电容量的宽范围调节，从而在阻抗匹配时实现了阻抗匹配的宽范围调节，实际使用时可以灵活的制作出不同阻抗范围的阻抗匹配器。
本实施例中，从使用功率方面来讲，采用大功率的铜管制作空心电感，采用大功率电容均可以使得阻抗匹配器应用于大功率场合。且实际使用中可以灵活的制作出不同功率的阻抗匹配器，也可以使用一台大功率的阻抗匹配器同时达到较宽的使用范围。
本实施例提供的超声换能器的阻抗匹配器的技术方案中，阻抗匹配器包括可调电感和可调电容，从而在阻抗匹配时实现了阻抗匹配的宽范围调节，且调节快速方便，大大提高了阻抗匹配的速度。本实施例中，阻抗匹配器的匹配参数覆盖面广，调节范围很宽，从而大大提高了设备使用率。本实施例中，阻抗匹配器功率大、功能多，从而满足了大部分输出要求。
图4为本发明实施例二提供的一种超声换能器的阻抗匹配***的结构示意图，如图4所示，该超声换能器的阻抗匹配***包括：超声换能器3、驱动电源4和超声换能器的阻抗匹配器5。驱动电源4通过超声换能器的阻抗匹配器5与超声换能器3连接。
具体地，驱动电源4连接至第一端口N1，超声换能器3连接至第二端口N2；或者，驱动电源4连接至第二端口N2，超声换能器3连接至第一端口N1。
本实施例中，超声换能器的阻抗匹配器5可采用上述实施例一提供的超声换能器的阻抗匹配器，此处不再赘述。
本实施例提供的超声换能器的阻抗匹配***的技术方案中，阻抗匹配器包括可调电感和可调电容，从而在阻抗匹配时实现了阻抗匹配的宽范围调节，且调节快速方便，大大提高了阻抗匹配的速度。本实施例中，阻抗匹配器的匹配参数覆盖面广，调节范围很宽，从而大大提高了设备使用率。本实施例中，阻抗匹配器功率大、功能多，从而满足了大部分输出要求。
本发明实施例三提供了一种超声换能器治疗设备，该超声换能器治疗设备包括超声换能器的阻抗匹配***。其中，超声换能器的阻抗匹配***可采用上述实施例二提供的超声换能器的阻抗匹配***，此处不再赘述。
本实施例提供的超声换能器治疗设备的技术方案中，阻抗匹配器包括可调电感和可调电容，从而在阻抗匹配时实现了阻抗匹配的宽范围调节，且调节快速方便，大大提高了阻抗匹配的速度。本实施例中，阻抗匹配器的匹配参数覆盖面广，调节范围很宽，从而大大提高了设备使用率。本实施例中，阻抗匹配器功率大、功能多，从而满足了大部分输出要求。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种超声换能器的阻抗匹配器，其特征在于，包括：可调电感和可调电容、第一旋钮和第一连接结构；
所述可调电感的第一端连接至第一端点，所述可调电感的第二端连接至所述可调电容的第一端和第二端点；
所述可调电容的第一端连接至第二端点，所述可调电容的第二端连接至第三端点和第四端点，所述第一端点和所述第三端点形成第一端口，所述第二端点和所述第四端点形成第二端口；
所述可调电感包括空心电感、磁芯、调节机构和多档位开关；
所述第一旋钮通过所述第一连接结构与所述多档位开关连接；所述多档位开关包括多个档位开关；所述空心电感上的线圈采用分段接线，不同位置的所述线圈连接至不同的所述档位开关上，从而使得每个所述档位开关连接至所述空心电感上的不同位置；
所述调节机构用于调节所述磁芯进入所述空心电感中的深度。
2.根据权利要求1所述的超声换能器的阻抗匹配器，其特征在于，所述可调电容包括多个并联设置的固定电容；
每个固定电容的第一端连接至可调电感的第二端和所述第二端点，每个固定电容的第二端与所述第三端点和所述第四端点之间设置有对应的开关。
3.根据权利要求2所述的超声换能器的阻抗匹配器，其特征在于，所述可调电容还包括：可变电容，所述可变电容与多个所述固定电容并联设置；
所述可变电容的第一端连接至可调电感的第二端和所述第二端点，所述可变电容的第二端连接至所述第三端点和所述第四端点。
4.根据权利要求2所述的超声换能器的阻抗匹配器，其特征在于，并联设置的多个固定电容依次排列；从第三个固定电容开始，每个固定电容的电容量为前多个固定电容的电容量之和。
5.根据权利要求2所述的超声换能器的阻抗匹配器，其特征在于，还包括：电路板，所述电路板上设置有并联设置的多个固定电容。
6.根据权利要求1所述的超声换能器的阻抗匹配器，其特征在于，还包括：第二旋钮和第二连接结构，所述第二旋钮通过所述第二连接结构与所述调节机构连接。
7.一种超声换能器的阻抗匹配***，其特征在于，包括：超声换能器、驱动电源和权利要求1至6任一所述的超声换能器的阻抗匹配器，所述驱动电源通过所述超声换能器的阻抗匹配器与所述超声换能器连接；
所述驱动电源连接至所述第一端口，所述超声换能器连接至所述第二端口；或者，
所述驱动电源连接至所述第二端口，所述超声换能器连接至所述第一端口。
8.一种超声换能器治疗设备，其特征在于，包括权利要求7所述的超声换能器的阻抗匹配***。
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