CN113640610A - 能自检的能量输出检测***及自检方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种能自检的能量输出检测***及自检方法，包括超声刀/高频电刀内设置的两路采样电路、基准信号源和处理器，两路采样电路结构相同，均包括电流检测传感器、电压检测传感器、4选1模拟开关和信号调理模块，电流检测传感器与其中一个能量输出端连接，电压检测传感器的两端分别与两个能量输出端连接，电流、电压检测传感器和基准信号源分别与4选1模拟开关的输入端连接，4选1模拟开关通过信号调理模块将电流信号、电压信号和基准信号传输给处理器，处理器与4选1模拟开关的受控端连接；处理器将两个采样电路采集的同类信号进行对比或将初始设定的与处理器接收的同类信号进行对比。本发明可以降低成本，进行自检，确保检测可靠性。

Description

能自检的能量输出检测***及自检方法

技术领域

本发明涉及超声刀或高频电刀能量输出检测技术领域，更加具体来说，本发明涉及一种用于超声刀/高频电刀的能自检的能量输出检测***及自检方法。

背景技术

超声刀和高频电刀都是电外科手术常用的器械。超声刀的应用原理是通过特殊转换装置，将电能转化为机械能，经高频超声震荡，使所接触组织细胞内水汽化，蛋白氢键断裂，组织被凝固后切开。而且，超声刀可以在切割组织的同时进行凝血，其工作过程中没有电流通过人体，组织焦痂小，对患者的损伤小。高频电刀的应用原理是通过有效电极尖端产生的射频高压电流与肌体接触时对组织进行加热，实现对肌体组织的分离和凝固，从而起到切割和凝血的目的，在血管和组织的切割、凝结、止血及消融等方面效果显著。

但由于超声刀和高频电刀的输出高压和大电流特性，在使用过程中能量输出的可靠性至关重要。目前超声刀、高频电刀生产厂家均采用双备份采样电路的方法(如图1所示)，即采用完全一样的两路采样电路(每路采样电路均包括传感器、信号放大器、信号滤波器和A/D转换器)用于同一信号的采样。如果这两路采样电路采集的信号出现明显的差异，说明其中一路采样电路出现故障。一台主机至少需要检测一路电压信号和一路电流信号，为了确保检测可靠性，必须有至少四路采样电路。这样的方法有以下不足之处：1、成本高；2、占PCB面积大；3、功耗大。

发明内容

为解决现有超声刀/高频电刀的能量输出检测方法成本高、占PCB面积大、功耗大等问题，本发明创新地提供了一种能自检的能量输出检测***，增加了两个4选1模拟开关和一个基准信号源，节省了两路信号放大器、信号滤波器和A/D转换器，降低了成本，节省了PCB面积，降低了功耗。而且本发明的能量输出检测***能进行自检，判定自身故障甚至实现故障定位，保障能量输出检测的准确性和可靠性。本发明还可以在超声刀/高频电刀产品生产阶段通过基准信号源实现自校准信号调理模块，确保信号调理模块的检测精度和线性度。

为实现上述的技术目的，本发明第一方面公开了一种能自检的能量输出检测***，包括超声刀/高频电刀内设置的第一采样电路、第二采样电路、基准信号源和处理器；

所述第一采样电路包括第一电流检测传感器、第一电压检测传感器、第一4选1模拟开关和第一信号调理模块，所述第一电流检测传感器与所述超声刀/高频电刀的第一能量输出端连接，所述第一电压检测传感器的两端分别与超声刀/高频电刀的第一能量输出端和超声刀/高频电刀的第二能量输出端连接，所述第一电流检测传感器、所述第一电压检测传感器和所述基准信号源分别与所述第一4选1模拟开关的输入端连接，所述第一4选1模拟开关通过第一信号调理模块将电流信号、电压信号和基准信号传输给所述处理器，所述处理器与所述第一4选1模拟开关的受控端连接；

所述第二采样电路包括第二电流检测传感器、第二电压检测传感器、第二4选1模拟开关和第二信号调理模块，所述第二电流检测传感器与所述第二能量输出端连接，所述第二电压检测传感器的两端分别与所述第一能量输出端和所述第二能量输出端连接，所述第二电流检测传感器、所述第二电压检测传感器和所述基准信号源分别与所述第二4选1模拟开关的输入端连接，所述第二4选1模拟开关通过第二信号调理模块将电流信号、电压信号和基准信号传输给所述处理器，所述处理器与所述第二4选1模拟开关的受控端连接；

所述处理器用于将第一采样电路和第二采样电路采集的同类信号进行对比或将初始设定的与处理器接收的同类信号进行对比。

进一步地，所述第一信号调理模块包括依次连接的第一信号放大器、第一信号滤波器和第一A/D转换器，所述第一信号放大器与所述第一4选1模拟开关连接，所述第一A/D转换器与所述处理器连接。

进一步地，所述第二信号调理模块包括依次连接的第二信号放大器、第二信号滤波器和第二A/D转换器，所述第二信号放大器与所述第二4选1模拟开关连接，所述第二A/D转换器与所述处理器连接。

进一步地，所述处理器为CPU或FPGA。

进一步地，还包括报警器，所述报警器与所述处理器连接。

本发明第二方面公开了一种能量输出检测***的自检方法，具体包括：当出现以下任何一种情况时，则判定输出检测***存在故障：

a.设定基准信号为常量，处理器接收的两个基准信号中的至少一个与设定值不一致；

b.处理器接收的两个电流的差值超过第一电流检测传感器和第二电流检测传感器的精度允许差值的两倍；

c.处理器接收的两个电压的差值超过第一电压检测传感器和第二电压检测传感器的精度允许差值的两倍；

d.设定基准信号源发出的两个参考电压成倍数关系，处理器接收的两个电压之间的数值关系与初始设定的倍数关系不同。

本发明第三方面公开了一种能量输出检测***的自检方法，其具体包括以下步骤：

S1、设定基准信号源发出的两个参考电压成倍数关系，若处理器接收的两个电压之间的数值关系与初始设定的倍数关系不同，则判定第一4选1模拟开关、第一信号调理模块、第二4选1模拟开关和第二信号调理模块中的至少一个存在故障；否则，进入S2；

S2、设定基准信号为常量，若处理器接收的两个基准信号中的至少一个与设定值不一致，则判定基准信号源存在故障；否则，进入步骤S3和S4；

S3、处理器接收的两个电流的差值超过第一电流检测传感器和第二电流检测传感器的精度允许差值的两倍，则判定第一电流检测传感器和/或第二电流检测传感器存在故障；

S4、处理器接收的两个电压的差值超过第一电压检测传感器和第二电压检测传感器的精度允许差值的两倍，则判定第一电压检测传感器和/或第二电压检测传感器存在故障。

进一步地，第一信号调理模块的故障包括第一信号放大器故障、第一信号滤波器故障和第一A/D转换器故障中的至少一个。

进一步地，第二信号调理模块的故障包括第二信号放大器故障、第二信号滤波器故障和第二A/D转换器故障中的至少一个。

本发明的有益效果为：

本发明的用于超声刀/高频电刀的能自检的能量输出检测***与现有技术相比，增加了两个4选1模拟开关和一个基准信号源，节省了两路信号放大器、信号滤波器和A/D转换器，降低了成本，节省了PCB面积，降低了功耗。而且本发明的能量输出检测***能进行自检，判定自身故障甚至实现故障定位，保障能量输出检测的准确性和可靠性。本发明还可以在超声刀/高频电刀产品生产阶段通过基准信号源实现自校准信号调理模块，确保信号调理模块的检测精度和线性度。

附图说明

图1是现有技术的超声刀/高频电刀能量输出采样电路的结构示意图；

图2是本发明实施例的超声刀/高频电刀能量输出检测***的结构示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明提供的能自检的能量输出检测***及自检测方法进行详细的解释和说明。

本发明的能量输出检测***既适用于超声刀又适用于高频电刀，本发明中超声刀/高频电刀表示超声刀或高频电刀。能量输出检测***设置在超声刀或高频电刀内，作为超声刀或高频电刀的一部分，如果能量输出检测***本身存在故障，那么其所属的超声刀或高频电刀也存在故障，则在临床上不能使用。

如图2所示，本实施例具体公开了一种用于超声刀或高频电刀的能自检的能量输出检测***，包括超声刀/高频电刀内设置的第一采样电路、第二采样电路、基准信号源和处理器，第一采样电路和第二采样电路的结构相同。

第一采样电路包括第一电流检测传感器、第一电压检测传感器、第一4选1模拟开关和第一信号调理模块，第一电流检测传感器与超声刀/高频电刀的第一能量输出端连接，第一电流检测传感器用于检测超声刀或高频电刀的第一能量输出端的电流；第一电压检测传感器的两端分别与超声刀/高频电刀的第一能量输出端和超声刀/高频电刀的第二能量输出端连接，第一电压检测传感器用于检测超声刀或高频电刀的输出电压；第一电流检测传感器、第一电压检测传感器和基准信号源分别与第一4选1模拟开关的输入端连接，第一4选1模拟开关通过第一信号调理模块将电流信号、电压信号和基准信号传输给处理器，处理器与第一4选1模拟开关的受控端连接，处理器用于控制第一4选1模拟开关的切换，比如在检测电压、检测电流和基准信号源之间切换，选择连通电压检测电路、电流检测电路或基准信号电路。

第一信号调理模块包括依次连接的第一信号放大器、第一信号滤波器和第一A/D转换器，第一信号放大器与第一4选1模拟开关连接，第一A/D转换器与处理器连接。第一信号放大器接收第一电流检测传感器采集的电流信号、第一电压检测传感器采集的电压信号或基准信号源发出的基准信号，并将信号放大；第一信号滤波器接收放大后的信号并将信号滤波，第一A/D转换器接收滤波后的信号并将信号转换为数字信号传输给处理器。

第二采样电路包括第二电流检测传感器、第二电压检测传感器、第二4选1模拟开关和第二信号调理模块，第二电流检测传感器与第二能量输出端连接，第二电流检测传感器用于检测超声刀或高频电刀的第二能量输出端的电流；第二电压检测传感器的两端分别与第一能量输出端和第二能量输出端连接，第一电压检测传感器用于检测超声刀或高频电刀的输出电压；第二电流检测传感器、第二电压检测传感器和基准信号源分别与第二4选1模拟开关的输入端连接，第二4选1模拟开关通过第二信号调理模块将电流信号、电压信号和基准信号传输给处理器，处理器与第二4选1模拟开关的受控端连接；处理器用于控制第二4选1模拟开关的切换，比如在检测电压和检测电流之间切换，选择连通电压检测电路、电流检测电路或基准信号电路。

第二信号调理模块包括依次连接的第二信号放大器、第二信号滤波器和第二A/D转换器，第二信号放大器与第二4选1模拟开关连接，第二A/D转换器与处理器连接。第二信号放大器接收第二电流检测传感器采集的电流信号、第二电压检测传感器采集的电压信号或基准信号源发出的基准信号，并将信号放大；第二信号滤波器接收放大后的信号并将信号滤波，第二A/D转换器接收滤波后的信号并将信号转换为数字信号传输给处理器。

处理器用于将第一采样电路和第二采样电路采集的同类信号进行对比或将初始设定的与处理器接收的同类信号进行对比。

在进行超声刀或高频电刀的能量输出检测时，将第一采样电路和第二采样电路采集的同类信号进行对比，比如将两个采样电路采集的两个电流信号进行对比，或者将两个采样电路采集的两个电压信号进行对比，如果对比结果相同，则超声刀或高频电刀无故障，能量输出准确、稳定，可用于临床使用。如果经对比，两个电流信号或两个电压信号不一致，则表示超声刀或高频电刀存在故障，不能应用于临床。

本实施例的能量检测输出***相对于现有技术，增加了两个4:1模拟开关和一个基准信号源；节省了两路信号放大器、信号滤波器、A/D转换器，降低了成本，节省了PCB面积，降低了功耗。

在能量输出检测***自检时，将初始设定的信号与处理器接收到的同类信号进行对比，如果不一致，则表示能量输出检测***本身存在故障，该超声刀或导频电压也不能应用于临床。

本实施例的能量输出检测***能够进行自检、判定自身故障，有效保证能量输出检测可靠性，这是现有技术的采样电路不具备的功能。

处理器为CPU(Central ProCessing Unit，中央处理器)或FPGA(Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)等可以提供信号和数据处理能力的处理器。处理器进行数据处理的方法为本领域常用的方法，如计算差值、数据对比等，在此不再赘述。

基准信号源发出基准信号，处理器将基准信号源发出的基准信号与处理器接收到的基准信号进行对比，用于第一信号调理模块和第二信号调理模块的自校准以及能量输出检测***的自检。

本发明的能量输出检测***还包括报警器，报警器与处理器连接，报警器可以为声音报警器、光报警器或声光报警器，在能量检测***检测输出的能量存在故障或自检过程存在故障时，处理器控制报警器进行报警。

本发明还公开了一种能量输出检测***的自检方法，具体包括：当出现以下任何一种情况时，则判定输出检测***存在故障：

a.设定基准信号为常量，处理器接收的两个基准信号中的至少一个与设定值不一致；基准信号源发出的基准信号分别经过两路采样电路的4选1模拟开关、信号放大器、信号滤波器和A/D转换器，最终输送给处理器，因此处理器会接收到两个基准信号，处理器将接收到的基准信号与基准信号源发出的初始设定的基准信号进行对比。如果处理器接收的其中一个基准信号与设定值不一致，此种情况的故障源为传输该基准信号的采样电路中的4选1模拟开关、信号放大器、信号滤波器、A/D转换器其中之一或者任意组合；如果处理器接收的两个基准信号与设定值都不一致，此种情况的故障源为基准信号源、两个采样电路中传输基准信号的电路部分或基准信号源与两个采样电路中传输基准信号的电路部分的组合，采样电路中传输基准信号的4选1模拟开关、信号放大器、信号滤波器、A/D转换器其中之一或者任意组合故障都会导致采样电路的故障；

b.处理器接收的两个电流的差值超过第一电流检测传感器和第二电流检测传感器的精度允许差值的两倍；两个电流检测传感器的精度级别一致，比如均为0.5级，两个电流检测传感器检测的电流值之间存在允许的电流差值范围，如果处理器接收的两个电流的差值超过两个电流检测传感器的精度允许差值的两倍，则认定电流检测传感器本身或传输电流信号的电子器件存在故障，此种情况的故障源为两个采样电路的电流检测传感器、4选1模拟开关、信号放大器、信号滤波器、A/D转换器其中之一或任意组合；

c.处理器接收的两个电压的差值超过第一电压检测传感器和第二电压检测传感器的精度允许差值的两倍；与电流检测相同，两个电压检测传感器的精度级别一致，比如均为1级，因此两个电压检测传感器检测的电压值之间存在允许的电压差值范围，如果处理器接收的两个电压的差值超过两个电压检测传感器的精度允许差值的两倍，则认定电压检测传感器本身或传输电压信号的电子器件存在故障，此种情况的故障源为两个采样电路的电压检测传感器、4选1模拟开关、信号放大器、信号滤波器、A/D转换器其中之一或任意组合；

d.设定基准信号源发出的两个参考电压成倍数关系，处理器接收的两个电压之间的数值关系与初始设定的倍数关系不同；此种情况的故障源为两个采样电路的4选1模拟开关、信号放大器、信号滤波器、A/D转换器其中之一或者任意组合。如图2所示，在本实施例中，一路参考电压为Vref，另一路为Vref/2，如果处理器接收到的电压之间的数值关系不再是2倍，则判定存在故障。

能量输出检测***作为超声刀或高频电刀的一部分，其任何一个组成部分出现故障，都会导致超声刀或高频电刀不能在临床上使用，因此，只要检测出故障，便停止超声刀或高频电刀的使用，进行报废或者检修。上述a、b、c、d四种情况可以任选一个进行测试，只要出现故障，则超声刀或高频电刀并不能应用于临床。如果四种情况均检测完毕，没有故障，则说明能量检测输出***检测的能量输出是可靠的。

上述的c和d也可以用于在超声刀/高频电刀产品生产阶段进行信号调理模块的自校准，确保信号调理模块的检测精度和线性度。

本发明实施例还公开了一种能量输出检测***的自检方法，此为较优的实施例，能直接进行故障定位，将故障范围缩小，便于检修，其具体包括以下步骤：

S1、设定基准信号源发出的两个参考电压成倍数关系，若处理器接收的两个电压之间的数值关系与初始设定的倍数关系不同，则判定第一4选1模拟开关、第一信号调理模块、第二4选1模拟开关和第二信号调理模块中的至少一个存在故障；否则，进入S2；第一信号调理模块的故障包括第一信号放大器故障、第一信号滤波器故障和第一A/D转换器故障中的至少一个；第二信号调理模块的故障包括第二信号放大器故障、第二信号滤波器故障和第二A/D转换器故障中的至少一个；

S2、设定基准信号为常量，若处理器接收的两个基准信号中的至少一个与设定值不一致，则判定基准信号源存在故障；否则，进入步骤S3和S4；

S3、处理器接收的两个电流的差值超过第一电流检测传感器和第二电流检测传感器的精度允许差值的两倍，则判定第一电流检测传感器和/或第二电流检测传感器存在故障；

S4、处理器接收的两个电压的差值超过第一电压检测传感器和第二电压检测传感器的精度允许差值的两倍，则判定第一电压检测传感器和/或第二电压检测传感器存在故障。

该实施例的自检方法能进行故障定位，缩小故障源的范围，便于后期超声刀或高频电刀的检修。

超声刀或高频电刀在使用前首先进行能量输出检测***的自检，保证能量输出检测***无故障后，才能保证能量输出检测***检测的能量输出的可靠性。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“本实施例”、“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任至少一个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明实质内容上所作的任何修改、等同替换和简单改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种能自检的能量输出检测***，其特征在于，包括超声刀/高频电刀内设置的第一采样电路、第二采样电路、基准信号源和处理器，

所述第一采样电路包括第一电流检测传感器、第一电压检测传感器、第一4选1模拟开关和第一信号调理模块，所述第一电流检测传感器与所述超声刀/高频电刀的第一能量输出端连接，所述第一电压检测传感器的两端分别与超声刀/高频电刀的第一能量输出端和超声刀/高频电刀的第二能量输出端连接，所述第一电流检测传感器、所述第一电压检测传感器和所述基准信号源分别与所述第一4选1模拟开关的输入端连接，所述第一4选1模拟开关通过第一信号调理模块将电流信号、电压信号和基准信号传输给所述处理器，所述处理器与所述第一4选1模拟开关的受控端连接；

所述第二采样电路包括第二电流检测传感器、第二电压检测传感器、第二4选1模拟开关和第二信号调理模块，所述第二电流检测传感器与所述第二能量输出端连接，所述第二电压检测传感器的两端分别与所述第一能量输出端和所述第二能量输出端连接，所述第二电流检测传感器、所述第二电压检测传感器和所述基准信号源分别与所述第二4选1模拟开关的输入端连接，所述第二4选1模拟开关通过第二信号调理模块将电流信号、电压信号和基准信号传输给所述处理器，所述处理器与所述第二4选1模拟开关的受控端连接；

所述处理器用于将第一采样电路和第二采样电路采集的同类信号进行对比或将初始设定的与处理器接收的同类信号进行对比。

2.根据权利要求1所述的能自检的能量输出检测***，其特征在于，所述第一信号调理模块包括依次连接的第一信号放大器、第一信号滤波器和第一A/D转换器，所述第一信号放大器与所述第一4选1模拟开关连接，所述第一A/D转换器与所述处理器连接。

3.根据权利要求1或2所述的能自检的能量输出检测***，其特征在于，所述第二信号调理模块包括依次连接的第二信号放大器、第二信号滤波器和第二A/D转换器，所述第二信号放大器与所述第二4选1模拟开关连接，所述第二A/D转换器与所述处理器连接。

4.根据权利要求1所述的能自检的能量输出检测***，其特征在于，所述处理器为CPU或FPGA。

5.根据权利要求1所述的能自检的能量输出检测***，其特征在于，还包括报警器，所述报警器与所述处理器连接。

6.一种能量输出检测***的自检方法，其特征在于，具体包括：当出现以下任何一种情况时，则判定输出检测***存在故障：

a.设定基准信号为常量，处理器接收的两个基准信号中的至少一个与设定值不一致；

b.处理器接收的两个电流的差值超过第一电流检测传感器和第二电流检测传感器的精度允许差值的两倍；

c.处理器接收的两个电压的差值超过第一电压检测传感器和第二电压检测传感器的精度允许差值的两倍；

d.设定基准信号源发出的两个参考电压成倍数关系，处理器接收的两个电压之间的数值关系与初始设定的倍数关系不同。

7.一种能量输出检测***的自检方法，其特征在于，其具体包括以下步骤：

S1、设定基准信号源发出的两个参考电压成倍数关系，若处理器接收的两个电压之间的数值关系与初始设定的倍数关系不同，则判定第一4选1模拟开关、第一信号调理模块、第二4选1模拟开关和第二信号调理模块中的至少一个存在故障；否则，进入S2；

S2、设定基准信号为常量，若处理器接收的两个基准信号中的至少一个与设定值不一致，则判定基准信号源存在故障；否则，进入步骤S3和S4；

S3、处理器接收的两个电流的差值超过第一电流检测传感器和第二电流检测传感器的精度允许差值的两倍，则判定第一电流检测传感器和/或第二电流检测传感器存在故障；

S4、处理器接收的两个电压的差值超过第一电压检测传感器和第二电压检测传感器的精度允许差值的两倍，则判定第一电压检测传感器和/或第二电压检测传感器存在故障。

8.根据权利要求7所述的能量输出检测***的自检方法，其特征在于，第一信号调理模块的故障包括第一信号放大器故障、第一信号滤波器故障和第一A/D转换器故障中的至少一个。

9.根据权利要求7或8所述的能量输出检测***的自检方法，其特征在于，第二信号调理模块的故障包括第二信号放大器故障、第二信号滤波器故障和第二A/D转换器故障中的至少一个。

Images