專利名稱：一種體內(nèi)超聲碎石儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及用于微創(chuàng)治療泌尿系統(tǒng)結(jié)石的醫(yī)療儀器，特別涉及一種體內(nèi)超 聲碎石儀。
背景技術(shù)：
對(duì)于一般的腎結(jié)石、輸尿管結(jié)石和膀胱結(jié)石，可以采用體外沖擊波碎石法進(jìn)行 碎石，或采用醫(yī)用鈥激光、醫(yī)用釹激光、氣壓彈道碎石等方法碎石。體外沖擊波碎 石、超聲碎石只對(duì)約15%的易碎的小結(jié)石有效。醫(yī)用欽激光、醫(yī)用釹激光以及氣壓 彈道碎石可以解決約80%結(jié)石病人的治療難題。這些治療方法借助膀胱鏡、輸尿管 軟鏡進(jìn)行，激光光纖或設(shè)備的治療端通過尿道抵達(dá)結(jié)石部位，然后由激光能量或氣 壓彈道碎石能量，將結(jié)石擊碎。以上這幾種方法都無需開刀，對(duì)人體無損傷或損傷 極小，是絕大多數(shù)結(jié)石如腎結(jié)石、輸尿管結(jié)石和膀胱結(jié)石病人都愿意接受的治療方 法。缺點(diǎn)是上述治療方法對(duì)部分腎結(jié)石，尤其是頑固堅(jiān)硬的腎下盞結(jié)石和膀胱結(jié)石 常常無能為力，而且治療時(shí)只能碎石，不能當(dāng)場(chǎng)清石，留下結(jié)石復(fù)發(fā)和碎石堵塞尿 路的隱患。超聲波體內(nèi)碎石是一種較好的微創(chuàng)治療結(jié)石的技術(shù)， 一般采用中空的碎 石探針，配合真空負(fù)壓吸引設(shè)備，在用超聲波將結(jié)石擊碎的同時(shí)，利用負(fù)壓將結(jié)石 吸出體外，實(shí)現(xiàn)碎石清石的治療目的，這種方法的好處是去石徹底，治療后一般兩 天就可以康復(fù)，并且不容易復(fù)發(fā)。目前生產(chǎn)這種超聲碎石設(shè)備的公司不多，主要有 德國的R-Wolf公司和瑞士的EMS公司，這兩家公司的碎石設(shè)備又都存在有不足之 處。
其中，Wolf的設(shè)備的結(jié)構(gòu)大致如圖1所示，該體內(nèi)超聲碎石換能器，包括不 銹鋼針管l、連接頭2、連接頭0型密封環(huán)3、彈性管4、變幅桿5、變幅桿O型密 封環(huán)6、壓電陶瓷片7、配重9、壓緊螺栓IO、外殼ll、套筒0型密封環(huán)12、氣管 接頭O型密封環(huán)16、氣管接頭17、壓緊螺栓O型密封環(huán)19、吸石導(dǎo)管20、絕緣套 管21、電極片22、錐體帽23、導(dǎo)線24、導(dǎo)線接口帽25、導(dǎo)線接口座26。由于外殼 與配重、變幅桿等之間只是簡(jiǎn)單的O型環(huán)壓接，變幅桿也是性能一般的銅合金材質(zhì)， 所以其機(jī)械品質(zhì)因數(shù)較低，振幅放大倍數(shù)也較小，使超聲碎石能力顯著減弱；加上 沒有配備氣壓彈道和鈥激光、釹激光等碎石設(shè)備的接口，當(dāng)遇到體積較大、質(zhì)地較 硬的結(jié)石就顯得無能為力。
EMS的設(shè)備雖然經(jīng)過了幾代的改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了超聲和氣壓彈道的結(jié)合，但其術(shù)中
操作不是很方便，負(fù)壓強(qiáng)度只能在負(fù)壓吸引設(shè)備上調(diào)節(jié)，術(shù)者無法隨心所欲的控制 吸力的大小，而且當(dāng)探針不小心觸到軟組織的時(shí)候，不能及時(shí)卸壓，既會(huì)造成針管 堵塞、換能器發(fā)熱，又容易對(duì)身體組織造成傷害。
另一方面，超聲換能器的性能是決定超聲碎石儀碎石能力的關(guān)鍵因素，典型的
超聲換能器具有很高的品質(zhì)因數(shù)(Q值)，具有陡峭的諧振曲線，只有工作在其諧振 頻率點(diǎn)才具有大的機(jī)械振幅和高的電機(jī)轉(zhuǎn)換效率。因此，超聲換能器的驅(qū)動(dòng)電路應(yīng) 以其諧振頻率信號(hào)進(jìn)行激勵(lì)。
然而，實(shí)際換能器的諧振頻率往往是離散的和變化的。這是因?yàn)?1)換能器 在制造過程中壓電陶瓷材料、制造工藝的差異；(2)換能器所匹配的負(fù)載特性的變 化；(3)換能器在使用過程中自身參數(shù)隨時(shí)間、溫度等發(fā)生改變。所以，換能器的 驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)具有自動(dòng)跟蹤其諧振頻率變化并始終保持以即時(shí)諧振頻率信號(hào)進(jìn)行驅(qū)動(dòng) 的能力。
以往典型的自動(dòng)頻率跟蹤方案采用鎖相環(huán)電路實(shí)現(xiàn)， 一般包括相位比較器(模 擬或數(shù)字)和壓控振蕩器(模擬)或數(shù)控振蕩器(數(shù)字)組成。該傳統(tǒng)方案已經(jīng)從 早期的全模擬電路發(fā)展為模擬、數(shù)字混合電路，如今已經(jīng)有了全數(shù)字化的實(shí)現(xiàn)方式。 參考文獻(xiàn)有專利權(quán)人為宣浩、專利公告號(hào)為CN2248118Y的鎖相式頻率跟蹤超聲 波拋光機(jī)；和專利權(quán)人為溫有奎、專利公告號(hào)為CN2160473Y的帶自動(dòng)頻率跟蹤的 換能器。其中，專利CN2248118Y采用壓控振蕩器產(chǎn)生換能器的激勵(lì)信號(hào)，并對(duì)換 能器的電流反饋信號(hào)進(jìn)行采樣，與壓控振蕩器產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)作相位比較，檢測(cè)出兩 者的相位差，然后，通過控制電路反饋到壓控振蕩器以實(shí)現(xiàn)頻率跟蹤的目的。
該方案有四個(gè)顯著缺點(diǎn) 一是壓控振蕩器的壓頻曲線不是完全呈線性變化的， 而正弦信號(hào)的頻率則完全按線性關(guān)系計(jì)算的，這就導(dǎo)致壓控振蕩器輸出正弦信號(hào)頻 率與換能器的諧振頻率存在誤差；二是它的相位比較器采用的是異或門，這種相位 比較器對(duì)兩個(gè)輸入信號(hào)的占空比要求比較高，必須保證作為相位比較的電流反饋信 號(hào)和壓控振蕩器激勵(lì)信號(hào)的占空比嚴(yán)格相等才可實(shí)現(xiàn)精確的頻率跟蹤，而這通常很 難做到；三是由于鎖相環(huán)是模擬量控制的，不利于對(duì)相位差信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理以 利于自動(dòng)頻率跟蹤；四是當(dāng)換能器個(gè)體差異比較大時(shí)，很難用同一電參數(shù)的鎖相環(huán) 實(shí)現(xiàn)個(gè)體差異較大的不同換能器的自動(dòng)頻率跟蹤，這非常不利于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
另外，以往對(duì)DDS (直接數(shù)字合成器，Dirrect Digital Synthesizer)的控制主要
通過單片機(jī)串口實(shí)現(xiàn)，由于單片機(jī)串口速率比較低，用它控制DDS做自動(dòng)頻率跟蹤 存在通信瓶頸，效果很差。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于為克服單手同時(shí)操作調(diào)壓針閥和排氣閥的困難，已有 的體內(nèi)超聲碎石換能器的超聲碎石機(jī)碎石能力差，對(duì)不同大小的結(jié)石吸引擊碎不容 易操作，以及由于吸到軟組織造成的針管堵塞的問題，同時(shí)，為解決用采用鎖相環(huán) 電路實(shí)現(xiàn)自動(dòng)頻率跟蹤方案中存在的頻率跟蹤的精度不高造成的換能器無法充分釋 放功率和相位比較器對(duì)兩個(gè)輸入信號(hào)的占空比要求比較高的問題，從而提供一種體
內(nèi)超聲碎石儀。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供的一種體內(nèi)超聲碎石儀，包括超聲換能器和 超聲換能器的自動(dòng)頻率跟蹤系統(tǒng)，其特征在于，
所述的換能器，包括不銹鋼針管l、連接頭2、連接頭0型密封環(huán)3、彈性管
4、變幅桿5、變幅桿0型密封環(huán)6、壓電陶瓷片7、配重9、壓緊螺栓IO、外殼ll、 氣管接頭0型密封環(huán)16、氣管接頭17、壓緊螺栓0型密封環(huán)19、吸石導(dǎo)管20、絕 緣套管21、電極片22、錐體帽23、導(dǎo)線24、導(dǎo)線接口帽25、導(dǎo)線接口座26;其特 征在于，所述外殼11上部的導(dǎo)線接口座26及其上的導(dǎo)線接口帽25，設(shè)于偏離軸線 的位置處；所述外殼ll內(nèi)位于壓緊螺栓10的上方還包括有轉(zhuǎn)接器18，該轉(zhuǎn)換器18 為四通結(jié)構(gòu)，其軸向的中心通孔的前端連通吸石導(dǎo)管20，該中心通孔的后端固定連 接在外殼11的頂端；所述轉(zhuǎn)換器18對(duì)應(yīng)于導(dǎo)線接口座26及其上的導(dǎo)線接口帽25、 在偏離軸線的位置處沿軸向設(shè)有周邊通孔，其上端連通導(dǎo)線接口座26，用于容納導(dǎo) 線；所述轉(zhuǎn)換器18偏離周邊通孔沿徑向開設(shè)有兩個(gè)徑向通孔，分別用于連通調(diào)壓排 氣閥13和氣管接頭17，氣管接頭17和轉(zhuǎn)換器18的連接處壓有氣管接頭O型密封 環(huán)16;
所述的超聲換能器的自動(dòng)頻率跟蹤系統(tǒng)，以直接數(shù)字頻率合成器作為信號(hào)源，
采用掃頻一跟蹤策略，實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化的自動(dòng)頻率跟蹤，包括
一直接數(shù)字合成器，用于產(chǎn)生頻率可調(diào)的正弦波信號(hào)，并經(jīng)功率放大器放大后， 以匹配網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)超聲換能器；
一取樣回路，用于從超聲換能器的功率輸出端取得超聲換能器的一組電壓和電 流反饋信號(hào)，該組信號(hào)分別經(jīng)濾波整形電路送到相位比較電路、經(jīng)幅度調(diào)整電路送 到主控單片機(jī)；
一主控單片機(jī)，主控單片機(jī)根據(jù)預(yù)定的換能器本身的工作頻率范圍控制DDS控 制器的觸發(fā)信號(hào)和頻率字，并對(duì)DDS控制器發(fā)出連續(xù)頻率掃描指令，使DDS控制器輸出頻率連續(xù)變化的正弦波；同時(shí)，所述主控單片機(jī)還實(shí)時(shí)監(jiān)視換能器的取樣電
流反饋信號(hào)的幅值，當(dāng)電流反饋信號(hào)的幅值大于換能器諧振時(shí)的電流幅值的一半時(shí)，
表明主控制器的頻率字基本上在換能器的諧振頻率點(diǎn)附近時(shí)，主控制器就會(huì)讓DDS
控制器停止掃頻，發(fā)出自動(dòng)跟蹤指令；換能器不在諧振點(diǎn)工作時(shí)，沒有電流信號(hào)， 電流幅值為零，只有換能器工作在諧振點(diǎn)附近才有電流反饋信號(hào)，電流幅值不為零， 工作頻率距離諧振點(diǎn)越近，電流幅值越大；
一相位比較電路，用于對(duì)經(jīng)濾波整形電路處理后的電壓和電流反饋信號(hào)進(jìn)行相
位比較，并把相差信號(hào)輸入給相差累積電路以產(chǎn)生DDS芯片的頻率字，由DDS控 制器把該頻率字傳給DDS芯片以自動(dòng)改變其輸出信號(hào)的頻率，從而，使得超聲換能 器始終工作在諧振點(diǎn)附近，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)頻率跟蹤。
作為本實(shí)用新型的一種改進(jìn)，所述中心通孔的后端可以連接相應(yīng)的氣壓彈道或 激光碎石裝置；或螺紋連接有后蓋15，并在后端和后蓋之間壓有密封墊14。
作為本實(shí)用新型的另一種改進(jìn)，所述調(diào)壓排氣閥13包括同軸設(shè)置的針閥閥體、 針閥閥芯、排氣閥桿、排氣閥帽、壓縮彈簧和O型橡膠圈；所述針閥閥體呈圓管狀， 其外表面設(shè)有用于與外界的氣體管路上的三通管連接的螺紋；該針閥閥體的下端套 設(shè)有O型橡膠圈，通過壓緊該O型橡膠圈保證針閥閥體和三通管之間的密封；所述 針閥閥芯大致呈T形，由上至下套設(shè)于所述針閥閥體內(nèi)；所述針閥閥芯上部的外表 面和所述針閥閥體的上部?jī)?nèi)表面螺紋連接，所述針閥閥芯下部的外表面和所述針閥 閥體的下部?jī)?nèi)表面之間留有間隙，所述針閥閥芯和所述針閥閥體下端口配合處為圓 錐面；所述針閥閥芯是中空的，針閥閥芯下部的內(nèi)表面設(shè)有凸緣，用于和排氣閥桿 滑動(dòng)配合；所述針閥閥芯下部還開設(shè)有兩個(gè)徑向孔，該兩個(gè)徑向孔分別位于凸緣的 上側(cè)和下側(cè)；所述排氣閥桿呈倒T形，由下至上套設(shè)于所述針閥閥芯內(nèi)，在針閥閥 芯和排氣閥桿上部之間的間隙處套設(shè)有壓縮彈簧，該壓縮彈簧的下端抵于凸緣所形 成的階梯孔上；該排氣閥桿下端的凸緣和針閥閥芯的下端接觸的限位端面間設(shè)有O 型橡膠圈；所述排氣閥帽通過螺紋連接在排氣闊桿的頂端，該排氣閥帽的下端面的 中心部位開設(shè)有用于套置壓縮彈簧的圓形凹槽，且該排氣閥帽的下端面徑向設(shè)有凹 槽與圓形凹槽連通。
作為本實(shí)用新型的另一種改進(jìn)，所述針閥閥芯的上端部的縱切面呈H形，其上 端面用作排氣閥帽的臺(tái)階限位。所述排氣閥帽的下端面徑向的凹槽呈十字形。
作為本實(shí)用新型的另一種改進(jìn)，所述配重9的直徑比壓電陶瓷片的直徑大l~3mm。所述不銹鋼針管1的長度為380~440mm。
作為本實(shí)用新型的另一種改進(jìn)，所述的壓電陶瓷片7可以是兩片或兩片以上， 每相鄰兩片壓電陶瓷片之間夾有電極片22。
作為本實(shí)用新型的另一種改進(jìn)，所述外殼11和配重9之間還套設(shè)有套筒8，該 套筒為聚四氟乙烯樹脂材料，其兩端連接有O型密封環(huán)。
作為本實(shí)用新型的另一種改進(jìn)，所述變幅桿采用鈦合金材料；所述變幅桿的外 型為指數(shù)型曲線，y=a*ebx (0≤x≤20)。
作為本實(shí)用新型的又一種改進(jìn)，所述的直接數(shù)字合成器可以是獨(dú)立的集成芯片； 也可以把DDS的數(shù)字部分集成于現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯器件FPGA內(nèi)然后外加數(shù)模轉(zhuǎn)換器 實(shí)現(xiàn)。其中，DDS控制器的目的主要是可以很高的通信速率改變DDS輸出的信號(hào)頻 率，以往對(duì)DDS (直接數(shù)字合成器，Dirrect Digital Synthesizer)的控制主要通過單 片機(jī)串口實(shí)現(xiàn)，由于單片機(jī)串口速率比較低，用它控制DDS做自動(dòng)頻率跟蹤存在通 信瓶頸，效果很差。
作為本實(shí)用新型的又一種改進(jìn)，所述的相位比較器，利用觸發(fā)器對(duì)上升沿信號(hào) 的敏感特性給出L-ph和V-ph兩個(gè)輸入信號(hào)的上升沿信號(hào)到來的時(shí)間差，并由Dirrect 引腳給出I-ph和V-ph兩個(gè)輸入信號(hào)的上升沿到來的先后順序，如圖5所示。
作為本實(shí)用新型的又一種改進(jìn)，所述的DDS控制器的輸入信號(hào)為1位觸發(fā)啟動(dòng) 信號(hào)，32位的頻率字信號(hào)，和16位的控制字信號(hào)，串口通信的內(nèi)容主要是分三次發(fā) 送，第一個(gè)16位發(fā)送DDS的控制字，第二個(gè)16位和第三個(gè)16位發(fā)送DDS的頻率 字，把48位頻率字載入DDS以自動(dòng)改變其輸出頻率；所述的DDS控制器的輸出信 號(hào)采高速的三線式串口通信，其串口由數(shù)據(jù)線、時(shí)鐘線和同步線組成，空閑時(shí)，數(shù) 據(jù)線、同步線、時(shí)鐘線均為高電平；通信時(shí)，同步線置低電平，有效數(shù)據(jù)與時(shí)鐘線 的時(shí)鐘下降沿對(duì)齊，發(fā)送16位數(shù)據(jù)后同步線、數(shù)據(jù)線和時(shí)鐘線都置高電平。
所述的串口通信的啟動(dòng)方式為下降沿觸發(fā)但不可重觸發(fā)，當(dāng)系統(tǒng)空閑時(shí)，DDS 控制器的觸發(fā)輸入端每遇到脈沖的下降沿就啟動(dòng)串口通信，直到串口通信完成后系 統(tǒng)空閑時(shí)，再遇到脈沖下降沿才會(huì)再次重新啟動(dòng)串口通信，而在串口通信期間遇到 脈沖下降沿時(shí)不會(huì)重新啟動(dòng)串口通信。
所述的相位比較器輸出的相差信號(hào)，用于控制DDS控制器的觸發(fā)啟動(dòng)信號(hào)，所 述的相位比較器的誤差積分器(即圖3所示的相差累積模塊)用于輸出控制DDS控制器的頻率字信號(hào)。
本實(shí)用新型提供的超聲換能器，由于采用了高性能的壓電陶瓷材料，合理的裝配 工藝，有效的降低了換能器的阻抗，使換能器的發(fā)熱量顯著降低，內(nèi)部采用金屬的 吸石導(dǎo)管，可以更多的帶走壓電陶瓷產(chǎn)生的熱量，保證使用過程中換能器頻率阻抗 等參數(shù)的一致性。其中，
本實(shí)用新型的變幅桿采用鈦合金材料，其對(duì)超聲的傳導(dǎo)和對(duì)振幅的放大作用，遠(yuǎn) 高于如銅合金等其他金屬材料。本實(shí)用新型中的變幅桿是使用精密數(shù)控機(jī)床加工的 指數(shù)曲線外形的變幅桿，這種外形的變幅桿既有很好的抗機(jī)械疲勞性能，又能有效 的提高了振幅的放大倍數(shù)。
本實(shí)用新型在外殼和由配重、陶瓷、變幅桿組成的芯體之間，加了聚四氟材料的 套筒，套筒兩端壓有O型環(huán)，這種結(jié)構(gòu)可以有效減少超聲向外殼的傳導(dǎo)，并可以顯著 降低內(nèi)部震動(dòng)伴隨產(chǎn)生的低頻震動(dòng)。其余芯體與外科及連接部分的觸部位也都采用 硅橡膠材質(zhì)的O型環(huán)，使整個(gè)換能器具有較高的機(jī)械品質(zhì)因數(shù)，可以有效地?fù)羲檩^硬 的結(jié)石。
同時(shí)，該換能器也配備了彈道碎石接口，對(duì)超大超硬結(jié)石可以使用超聲和彈道相 結(jié)合的方式治療，并且該接口也適用于鈥激光和釹激光等激光碎石設(shè)備。
另外，本實(shí)用新型的另一個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)是換能器手柄后端安裝了調(diào)壓排氣閥，解決 術(shù)中吸附壓力的調(diào)節(jié)和容易吸到軟組織堵塞針管、傷害人體器官的問題，使碎石手 術(shù)操作更為方便容易，也更加安全可靠。
本實(shí)用新型提供的超聲換能器自動(dòng)頻率跟蹤系統(tǒng)，采用DDS和大規(guī)?？删幊唐?br> 件，其特征是超聲換能器的激勵(lì)信號(hào)由直接數(shù)字合成器產(chǎn)生；直接數(shù)字合成器可以
是獨(dú)立的集成芯片，也可以把DDS的數(shù)字部分集成與現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯器件FPGA內(nèi) 然后外加數(shù)模轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)。以大規(guī)?？删幊唐骷O(shè)計(jì)專用相位比較器，該相位比較 器只對(duì)信號(hào)的前沿敏感，而與信號(hào)的占空比無關(guān)，當(dāng)給相位比較器輸入兩個(gè)頻率相 同但前沿有延時(shí)的信號(hào)后，該相位比較器會(huì)產(chǎn)生輸出信號(hào)指示相應(yīng)的相位差及其方 向。
本實(shí)用新型采用先搜索后跟蹤的自動(dòng)頻率跟蹤的策略，先掃描搜索而后自動(dòng)跟 蹤。在換能器每次啟動(dòng)激勵(lì)之前，主控制器通過DDS控制器指令DDS在預(yù)定范圍 內(nèi)進(jìn)行掃頻，同時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)視換能器電流反饋的幅值，搜索諧振點(diǎn)。在搜索到諧振點(diǎn) 附近時(shí)，停止頻率搜索并轉(zhuǎn)入自動(dòng)跟蹤狀態(tài)，這時(shí)由DDS控制器根據(jù)相位比較器的輸出結(jié)果自動(dòng)調(diào)整DDS輸出信號(hào)的頻率以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)動(dòng)態(tài)跟蹤。
和現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的用于驅(qū)動(dòng)超聲換能器的新穎的全數(shù)字化自動(dòng)頻 率跟蹤方法及其系統(tǒng)有如下特點(diǎn)
1. 采用DDS和大規(guī)模可編程器件的自動(dòng)頻率跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
(1) 本實(shí)用新型中換能器的激勵(lì)信號(hào)由直接數(shù)字合成器產(chǎn)生，不同于以往設(shè)計(jì)中 采用傳統(tǒng)的鎖相環(huán)和壓控振蕩器的方案；本實(shí)用新型中直接數(shù)字合成器(DDS)可 以是獨(dú)立的芯片，也可以把DDS的數(shù)字部分集成在現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯器件FPGA內(nèi)， 然后外加數(shù)模轉(zhuǎn)換器構(gòu)成功能上的直接數(shù)字合成器(DDS)。這種實(shí)現(xiàn)方式可以參考 圖4。
(2) 以大規(guī)?？删幊唐骷O(shè)計(jì)專用相位比較器，并對(duì)相位差信號(hào)作數(shù)字化處理。 相位比較器特征在于只對(duì)信號(hào)的前沿敏感，而與信號(hào)的占空比無關(guān)，當(dāng)給相位比較 器輸入兩個(gè)頻率相同但前沿有延時(shí)的信號(hào)后，該相位比較器會(huì)產(chǎn)生輸出信號(hào)指示相 應(yīng)的相位差及其方向。
(3) 以大規(guī)?？删幊唐骷O(shè)計(jì)專用高速DDS控制器，該控制器隨時(shí)根據(jù)相位比 較器的輸出結(jié)果控制DDS的輸出頻率從而實(shí)現(xiàn)換能器諧振點(diǎn)的實(shí)時(shí)自動(dòng)跟蹤。
2. 先搜索后跟蹤的自動(dòng)頻率跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
由于制造工藝的差異和各種內(nèi)、外部因素的影響，換能器的起始諧振點(diǎn)具有一 定的離散性。為了保證啟動(dòng)過程中的可靠、快速跟蹤，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用先掃描搜索 而后自動(dòng)跟蹤的策略。
(1) 在換能器每次啟動(dòng)激勵(lì)之前，主控制器通過DDS控制器指令DDS在預(yù)定范 圍內(nèi)進(jìn)行掃頻，同時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)視換能器電流反饋的幅值，搜索諧振點(diǎn)；
(2) 在搜索到諧振點(diǎn)附近時(shí)，停止頻率搜索并轉(zhuǎn)入自動(dòng)跟蹤狀態(tài)，這時(shí)由DDS 控制器根據(jù)相位比較器的輸出結(jié)果自動(dòng)調(diào)整DDS輸出信號(hào)的頻率從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)動(dòng)態(tài)跟蹤。
本實(shí)用新型優(yōu)點(diǎn)在于
本實(shí)用新型提供的超聲換能器，由于采用了高性能的壓電陶瓷材料，合理的裝 配工藝，有效的降低了換能器的阻抗，使換能器的發(fā)熱量顯著降低，內(nèi)部采用金屬 的吸石導(dǎo)管，可以更多的帶走壓電陶瓷產(chǎn)生的熱量，保證使用過程中換能器頻率阻 抗等參數(shù)的一致性。同時(shí)，采用精密數(shù)控機(jī)床加工的指數(shù)曲線外形的變幅桿，有效 的提高了振幅的放大倍數(shù)，節(jié)點(diǎn)及接觸部位的連接都采用硅橡膠材質(zhì)的O型環(huán)，使 整個(gè)換能器具有較高的機(jī)械品質(zhì)因數(shù)，可以有效地?fù)羲檩^硬的結(jié)石。
同時(shí)，該換能器也配備了彈道碎石接口，對(duì)超大超硬結(jié)石可以使用超聲和彈道
相結(jié)合的方式治療，并且該接口也適用于鈥激光和釹激光等激光碎石設(shè)備。另外， 換能器手柄后端安裝了調(diào)壓排氣閥，解決了吸附不同大小的結(jié)石和容易吸到軟組織 堵塞針管的問題，使碎石手術(shù)操作更為方便容易，也更加安全可靠。
本實(shí)用新型提供的超聲換能器自動(dòng)頻率跟蹤系統(tǒng)，以直接數(shù)字頻率合成器作為 信號(hào)源，取代了通常模擬壓控振蕩器，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字控制。采用大規(guī)?？删幊唐骷O(shè) 計(jì)實(shí)現(xiàn)的專門相位比較器和DDS控制器，高度集成化，工作速度快，穩(wěn)定可靠。系 統(tǒng)控制精度高、跟蹤速度快，在DDS的分辨率和所采用的可編程器件的動(dòng)態(tài)特性一 定的情況下，可以通過編程調(diào)整改變系統(tǒng)的頻率分辨率和控制精度。跟蹤反應(yīng)速度 取決于系統(tǒng)工作時(shí)鐘，其上限取決于DDS和可編程器件的最高工作速度(時(shí)鐘)。 同時(shí)，由于采用了掃頻一跟蹤策略，可適應(yīng)換能器及其負(fù)載等條件差異較大的情況， 且一旦發(fā)現(xiàn)跟蹤失誤時(shí)可自動(dòng)恢復(fù)，使整個(gè)系統(tǒng)適應(yīng)性好、跟蹤可靠。
總之，本實(shí)用新型的全數(shù)字化的自動(dòng)頻率跟蹤解決方案，其輸出頻率與頻率字 嚴(yán)格呈線性變化關(guān)系，跟蹤精度完全可根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定，并設(shè)計(jì)了專用的高速DDS 控制器和全新的相位比較器。以往對(duì)DDS的控制主要通過單片機(jī)串口實(shí)現(xiàn)，由于單 片機(jī)串口速率比較低，用它控制DDS做自動(dòng)頻率跟蹤存在通信瓶頸，效果很差，而 我們?cè)O(shè)計(jì)的高速DDS控制器的串口通信速率最高可達(dá)40M，完全徹底地解決了通信 瓶頸問題，足以滿足自動(dòng)頻率跟蹤的要求。另外，我們?cè)O(shè)計(jì)的全新相位比較器只對(duì) 兩個(gè)輸入信號(hào)的上升沿敏感而與占空比無關(guān)。此外我們還對(duì)相位比較器輸出的相位 差信號(hào)做了數(shù)字化處理，這就從根本上大大提高了頻率跟蹤的精度，從而使換能器 的電機(jī)轉(zhuǎn)換效率大大提高。另外通過先搜索后跟蹤的處理策略使得個(gè)體差異較大的 不同換能器可以用同一電參數(shù)的控制電路實(shí)現(xiàn)自動(dòng)頻率跟蹤，這非常有利于大規(guī)模 工業(yè)化生產(chǎn)。


圖l是現(xiàn)有技術(shù)中R-Wolf公司的體內(nèi)超聲碎石換能器結(jié)構(gòu)示意圖2是本實(shí)用新型的超聲換能器結(jié)構(gòu)示意圖3是圖2沿B—B線的換能器電纜引線部分的剖示圖4是圖2沿A—A線的換能器徑向通孔的剖示圖5是本實(shí)用新型的調(diào)壓排氣閥的結(jié)構(gòu)剖示圖6是本實(shí)用新型的調(diào)壓排氣閥的結(jié)構(gòu)的立體分解圖7a d本實(shí)用新型的調(diào)壓排氣閥的針閥閥芯的結(jié)構(gòu)示意圖8a d本實(shí)用新型的調(diào)壓排氣閥的排氣閥帽的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖9是本實(shí)用新型的基于CPLD器件的解決方案；
圖IO是本實(shí)用新型的DDS控制器流程圖ll是本實(shí)用新型的相差累積模塊示意圖12是本實(shí)用新型的基于FPGA器件的解決方案；
圖13是本實(shí)用新型的相位比較器的邏輯圖。
附圖標(biāo)識(shí)
1、不銹鋼針管2、連接頭3、連接頭O型環(huán)
4、彈性管5、變幅桿6、變幅桿O型環(huán)
7、壓電陶瓷片8、套筒9、配重
10、壓緊螺栓11、外殼12、套筒O型環(huán)
13、調(diào)壓排氣閥14、密封墊15、后蓋
16、氣管接頭O型環(huán)17、氣管接頭18、轉(zhuǎn)接器
19、壓緊螺栓O型環(huán)20、吸石導(dǎo)管21、絕緣套管
22、電極片23、錐體帽
24、導(dǎo)線25、導(dǎo)線接口帽26、導(dǎo)線接口座
131、針閥閥芯132、針閥閥體133、三通管接頭
134、排氣閥帽135、壓縮彈簧136、排氣閥桿
137、排氣閥體138、密封O型圈
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的超聲換能器，如圖2 4所示，由不銹鋼針管l、連接頭2、連接 頭0型環(huán)3、彈性管4、變幅桿5、變幅桿0型環(huán)6、壓電陶瓷片7、套筒8、配重9、 壓緊螺栓IO、外殼ll、套筒0型環(huán)12、調(diào)壓排氣陶13、密封墊14、后蓋15、氣管 接頭0型環(huán)16、氣管接頭17、轉(zhuǎn)接器18、壓緊螺栓0型環(huán)19、吸石導(dǎo)管20、絕緣 套管21、電極片22、錐體帽23、導(dǎo)線24、導(dǎo)線接口帽25、導(dǎo)線接口座26構(gòu)成。
其中，所述的不銹鋼針管l為中空的細(xì)長不銹鋼管，連接頭2為一端是圓錐形、 另一端是圓柱形、柱面有螺紋、整體軸向有一圓形通孔的結(jié)構(gòu)，在圓錐端與不銹鋼 針管l同軸焊接在一起，通過圓柱端的外螺紋和變幅桿5錐端的內(nèi)螺紋連接，彈性 管4在變幅桿5的內(nèi)部，夾在連接頭2和吸石導(dǎo)管20之間，其中彈性管4為聚四氟 乙烯塑料管，吸石導(dǎo)管20為薄壁不銹鋼管；所述的壓電陶瓷片7可以是兩片或兩片
以上，每?jī)善g夾有電極片22，變幅桿5和配重9將壓電陶瓷片7夾在中間，壓 緊螺栓10穿過配重9、壓電陶瓷片7和電極片22，與變幅桿5連接，壓緊螺栓IO 軸向?yàn)橐煌祝瘜?dǎo)管20穿過其中，插入轉(zhuǎn)接器18軸向的通孔，壓緊螺栓10和 轉(zhuǎn)接器18之間壓有壓緊螺栓O型環(huán)19，壓緊螺栓10穿過壓電陶瓷片7和電極片22 的部分套有絕緣套管21;所述的轉(zhuǎn)接器18為四通結(jié)構(gòu)，徑向的兩個(gè)孔分別連接調(diào)壓 排氣閥13和氣管接頭17，其中和氣管接頭17的連接處壓有氣管接頭O型環(huán)16，軸 向前端連接吸石導(dǎo)管20，后端螺紋連接有后蓋15，兩者之間壓有密封墊14;外殼 11和錐體帽23為螺紋連接，錐體帽23錐端內(nèi)部和變幅桿5錐端外部之間墊有連接 頭0型環(huán)3，錐體帽23較大直徑端內(nèi)部和變幅桿5直徑較大端外部，也就是整個(gè)換 能器節(jié)點(diǎn)所在的位置，之間壓有變幅桿O型環(huán)6，套筒8套在外殼11和配重9之間， 與轉(zhuǎn)接器18之間壓有套筒O型環(huán)12，另一端與變幅桿O型環(huán)6壓力接觸。
在上述的技術(shù)方案中，所述的換能器的工作頻率為23 28kHz;所述的變幅桿的 放大倍數(shù)為10 16倍左右；所述的不銹鋼針管末端振幅為40 100um;外殼是耐高溫 樹脂材料，套筒為聚四氟乙烯樹脂材料，兩端的0型環(huán)為硅橡膠材料，三者保證其 內(nèi)部的壓電陶瓷和電極片與外部殼體的絕緣和密封；整個(gè)裝置即可以在125攝氏度 條件下熏蒸消毒，也可以在常壓下消毒液中浸泡消毒。
本例中，壓電陶瓷片7是兩片，兩片之間夾有電極片22，變幅桿5和配重9將壓電陶瓷片7和電極片22夾在中間，壓緊螺栓10穿過配重9、壓電陶瓷片7和電極 片22，與變幅桿5連接，并且變幅桿5、配重9、壓電陶瓷片7和電極片22等的接 觸面上，都涂有匹配膠，經(jīng)壓緊螺栓10壓緊后可以得到較低的阻抗和合適的頻率。 壓緊螺栓10軸向?yàn)橐煌祝瘜?dǎo)管20穿過其中，插入轉(zhuǎn)接器18軸向的通孔，壓 緊螺栓10穿過壓電陶瓷片7和電極片22的部分套有絕緣套管21 。轉(zhuǎn)接器18為四通 結(jié)構(gòu)，徑向的兩個(gè)孔分別連接調(diào)壓排氣閥13和氣管接頭17，其中和氣管接頭17的 連接處壓有氣管接頭0型環(huán)16，后端螺紋連接有后蓋15，兩者之間壓有密封墊14; 后蓋15和密封墊14取下后，轉(zhuǎn)接器18可以連接相應(yīng)的氣壓彈道或激光碎石裝置。 不銹鋼針管1和連接頭2同軸焊接在一起，通過連接頭2上的外螺紋和變幅桿5錐 端的內(nèi)螺紋連接，彈性管4在變幅桿5的內(nèi)部，夾在連接頭2和吸石導(dǎo)管20之間， 外殼11和錐體帽23為螺紋連接，錐體帽23錐端內(nèi)部和變幅桿5錐端外部之間墊有 連接頭0型環(huán)3，錐體帽23較大直徑端內(nèi)部和變幅桿5直徑較大端外部，也就是整 個(gè)換能器節(jié)點(diǎn)所在的位置，之間壓有變幅桿0型環(huán)6，套筒8套在外殼11和配重9 之間，與轉(zhuǎn)接器18之間壓有套筒0型環(huán)12，另一端與變幅桿0型環(huán)6壓力接觸。
本實(shí)用新型還提供了一種用于氣體管路上的氣壓調(diào)節(jié)裝置一調(diào)壓排氣閥，通過 一種調(diào)壓針閥和快速排氣閥的組合結(jié)構(gòu)，克服單手同時(shí)操作調(diào)壓針閥和排氣閥的困 難，用于負(fù)壓吸引管路的調(diào)壓和快速排氣。
如圖5 8所示，所述調(diào)壓排氣閥由O型橡膠圈138、排氣閥桿136、針閥閥芯 131、針閥閥體132、排氣閥帽134和壓縮彈簧135組成，排氣閥桿136和排氣閥帽 134通過螺紋連接，壓縮彈簧135套在排氣閥桿136上，穿過針閥閥芯131的內(nèi)孔， 排氣閥桿136和針閥閥芯131之間有O型橡膠圈，針閥閥芯131和針閥閥體132直 接通過螺紋連接，下端配合處為圓錐面，針閥閥體132外表面有用于與外界安裝的 螺紋，針閥閥體132的一端套有O型橡膠圈138。針閥閥芯131上有一個(gè)軸向的階 梯孔，兩個(gè)徑向孔。并具有下述特征1、排氣閥桿136和針閥閥芯131之間用O型 橡膠圈保持密封，針閥閥體132與外界管路通過螺紋連接，通過壓緊O型橡膠圈138 保證密封。針閥閥芯131與排氣閥桿136接觸的限位端面間通過O型橡膠圈138保 持密封。2、所有零件裝配在同一軸線上。3、針閥閥芯1軸向有一階梯孔，排氣閥 桿136通過這個(gè)階梯孔，在孔徑較小的地方兩者徑向滑動(dòng)配合，并在端面有臺(tái)階限 位。4、針閥閥芯I31有兩個(gè)徑向孔，系統(tǒng)正壓調(diào)節(jié)時(shí)氣體從針閥閥芯131與針閥閥 體132之間的間隙，經(jīng)針閥陶芯131上的徑向孔，再通過針閥閥芯131上軸向的階 梯孔流出，系統(tǒng)負(fù)壓調(diào)節(jié)時(shí)氣體流向與正壓時(shí)相反。
本實(shí)用新型的針閥闊體和針闊閥芯的上部是螺紋連接，使用的時(shí)候逆時(shí)針旋動(dòng) 針閥閥芯，兩者之間在軸向上會(huì)相對(duì)分開，下端的錐面處形成環(huán)形的間隙，間隙的 大小由兩者軸向分開的距離決定，這樣就實(shí)現(xiàn)的壓力的調(diào)節(jié)；針閥閥芯同時(shí)充當(dāng)快 速排氣闊體的作用。其優(yōu)點(diǎn)在于，氣壓調(diào)節(jié)裝置的整個(gè)結(jié)構(gòu)通過針閥閥體上的螺紋 安裝到負(fù)壓吸引管路上，用O型橡膠圈保證密封。當(dāng)需要調(diào)節(jié)管路氣壓時(shí)，旋動(dòng)針 閥閥芯，針閥打開，外界氣體經(jīng)由經(jīng)針閥閥芯上的兩個(gè)徑向孔進(jìn)入管路；當(dāng)需要快 速排氣時(shí)，按下排氣閥帽，帶動(dòng)排氣閥桿，使O型橡膠圈離開針閥閥芯的下端面，
實(shí)現(xiàn)快速排氣，松開排氣閥帽，在壓縮彈簧的作用下，排氣閥帽帶動(dòng)排氣閥桿復(fù)位；
且本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，易于加工，方便拆卸清洗，調(diào)壓排氣動(dòng)作單手就可 以實(shí)現(xiàn)。
本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)基于超聲換能器的激勵(lì)電壓和電流在其諧振頻率點(diǎn)具有相同
相位的原理，采用當(dāng)代最先進(jìn)的直接數(shù)字合成(DDS)和大規(guī)模可編程器件，實(shí)現(xiàn) 了一種新穎的全數(shù)字化自動(dòng)頻率跟蹤方案。
具體的全數(shù)字化特性主要表現(xiàn)在
①作為換能器激勵(lì)源的DDS采用全數(shù)字的串行通信方式控制。
相位比較器給出的相差信號(hào)作數(shù)字化運(yùn)算處理后反饋給了DDS以實(shí)現(xiàn)頻率跟蹤，如圖11所示。
本實(shí)用新型的核心技術(shù)主要是DDS控制器F和只對(duì)信號(hào)邊沿敏感的相位比較器E的設(shè)計(jì)。DDS控制器F的程序流程圖，如圖10所示。
1本實(shí)用新型的總體框圖，如圖9所示，具體工作過程如下:
(1) 直接數(shù)字合成器(DDS) A產(chǎn)生某一頻率的正弦波信號(hào)，功率放大器B將其放大后經(jīng)匹配網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)超聲換能器I;
(2) 取樣回路C從功率輸出端取得換能器I的一組電壓和電流反饋信號(hào)，該組信 號(hào)分別經(jīng)濾波整形電路D送到相位比較電路E和經(jīng)幅度調(diào)整電路H送到主控單片機(jī)G;
(3) 主控單片機(jī)G對(duì)DDS控制器F發(fā)出連續(xù)頻率掃描指令，令DDS A在預(yù)定的 頻率范圍內(nèi)輸出不同頻率的正弦波進(jìn)行掃描，同時(shí)主控單片機(jī)G對(duì)取樣電流反饋信 號(hào)進(jìn)行監(jiān)視，直到搜索接近到換能器的諧振頻率點(diǎn)；
(4) 當(dāng)搜索頻率接近到換能器的諧振點(diǎn)后，停止搜索，主控單片機(jī)G向DDS控 制器F發(fā)出自動(dòng)跟蹤指令，DDS控制器F從該頻率點(diǎn)開始自動(dòng)跟蹤換能器的諧振頻 率；
(5) 相位比較電路E對(duì)來自換能器I并經(jīng)濾波整形電路D處理后的電壓和電流反 饋信號(hào)進(jìn)行相位比較，然后把相差信號(hào)輸入給相差累積電路L以產(chǎn)生DDS的頻率字， DDS控制器F會(huì)把頻率字以40M的速率傳給DDS芯片A以改變直其輸出信號(hào)的頻 率，從而使得超聲換能器I始終工作在諧振點(diǎn)附近。
如圖12所示，本實(shí)用新型的一種變形形式，即采用FPGA器件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)頻率跟 蹤。它與前面所述方法的主要區(qū)別如下
(1) DDS的數(shù)字部分集成在FPGA芯片內(nèi)，而模擬部分通過一個(gè)外加的數(shù)模轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)。
(2) DDS控制邏輯F和前面所說的DDS控制器也是有區(qū)別的，這里的DDS 控制邏輯主要由編程者設(shè)計(jì)的DDS控制接口決定。
權(quán)利要求1、一種體內(nèi)超聲碎石儀，包括超聲換能器和超聲換能器的自動(dòng)頻率跟蹤系統(tǒng)，其特征在于，所述超聲換能器包括不銹鋼針管(1)、連接頭(2)、連接頭O型密封環(huán)(3)、彈性管(4)、變幅桿(5)、變幅桿O型密封環(huán)(6)、壓電陶瓷片(7)、配重(9)、壓緊螺栓(10)、外殼(11)、氣管接頭O型密封環(huán)(16)、氣管接頭(17)、壓緊螺栓O型密封環(huán)(19)、吸石導(dǎo)管(20)、絕緣套管(21)、電極片(22)、錐體帽(23)、導(dǎo)線(24)、導(dǎo)線接口帽(25)、導(dǎo)線接口座(26)；所述外殼(11)上部的導(dǎo)線接口座(26)及其上的導(dǎo)線接口帽(25)，設(shè)于偏離軸線的位置處；所述外殼(11)內(nèi)位于壓緊螺栓(10)的上方還包括有轉(zhuǎn)接器(18)，該轉(zhuǎn)換器(18)為四通結(jié)構(gòu)，其軸向的中心通孔的前端連通吸石導(dǎo)管(20)，該中心通孔的后端固定連接在外殼(11)的頂端；所述轉(zhuǎn)換器(18)對(duì)應(yīng)于導(dǎo)線接口座(26)及其上的導(dǎo)線接口帽(25)、在偏離軸線的位置處沿軸向設(shè)有周邊通孔，其上端連通導(dǎo)線接口座(26)，用于容納導(dǎo)線；所述轉(zhuǎn)換器(18)偏離周邊通孔沿徑向開設(shè)有兩個(gè)徑向通孔，分別用于連通調(diào)壓排氣閥(13)和氣管接頭(17)，氣管接頭(17)和轉(zhuǎn)換器(18)的連接處壓有氣管接頭O型密封環(huán)(16)；所述的超聲換能器的自動(dòng)頻率跟蹤系統(tǒng)，以直接數(shù)字頻率合成器作為信號(hào)源，采用掃頻-跟蹤策略，實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化的自動(dòng)頻率跟蹤，包括一直接數(shù)字合成器，用于產(chǎn)生頻率可調(diào)的正弦波信號(hào)，并經(jīng)功率放大器放大后，以匹配網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)超聲換能器；一取樣回路，用于從超聲換能器的功率輸出端取得超聲換能器的一組電壓和電流反饋信號(hào)，該組信號(hào)分別經(jīng)濾波整形電路送到相位比較電路、經(jīng)幅度調(diào)整電路送到主控單片機(jī)；一主控單片機(jī)，主控單片機(jī)根據(jù)預(yù)定的換能器本身的工作頻率范圍控制DDS控制器的觸發(fā)信號(hào)和頻率字，并對(duì)DDS控制器發(fā)出連續(xù)頻率掃描指令，使DDS控制器輸出頻率連續(xù)變化的正弦波；同時(shí)，所述主控單片機(jī)還實(shí)時(shí)監(jiān)視換能器的取樣電流反饋信號(hào)的幅值，當(dāng)電流反饋信號(hào)的幅值大于換能器諧振時(shí)的電流幅值的一半時(shí)，表明主控制器的頻率字基本上在換能器的諧振頻率點(diǎn)附近時(shí)，主控制器就會(huì)讓DDS控制器停止掃頻，發(fā)出自動(dòng)跟蹤指令；一相位比較電路，用于對(duì)經(jīng)濾波整形電路處理后的電壓和電流反饋信號(hào)進(jìn)行相位比較，并把相差信號(hào)輸入給相差累積電路以產(chǎn)生DDS芯片的頻率字，由DDS控制器把該頻率字傳給DDS芯片以自動(dòng)改變其輸出信號(hào)的頻率，從而使得超聲換能器始終工作在諧振點(diǎn)附近，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)頻率跟蹤。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的體內(nèi)超聲碎石儀，其特征在于，所述的中心通孔的后 端可以連接相應(yīng)的氣壓彈道或激光碎石裝置；或螺紋連接有后蓋(15)，并在后端和 后蓋之間壓有密封墊(14)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的體內(nèi)超聲碎石儀，其特征在于，所述的調(diào)壓排氣閥(13) 包括同軸設(shè)置的針閥閥體、針閥闊芯、排氣閥桿、排氣閥帽、壓縮彈簧和O型橡膠 圈；所述針閥閥體呈圓管狀，其外表面設(shè)有用于與外界的氣體管路上的三通管連接 的螺紋；該針閥閥體的下端套設(shè)有O型橡膠圈，通過壓緊該O型橡膠圈保證針閥閥 體和三通管之間的密封；所述針閥閥芯大致呈T形，由上至下套設(shè)于所述針閥閥體內(nèi)；所述的針閥閥芯 上部的外表面和所述針閥閥體的上部?jī)?nèi)表面螺紋連接，所述針閥閥芯下部的外表面 和所述針閥閥體的下部?jī)?nèi)表面之間留有間隙，所述針閥閥芯和所述針閥閥體下端口 配合處為圓錐面；所述針閥閥芯是中空的，針閥閥芯下部的內(nèi)表面設(shè)有凸緣，用于 和排氣閥桿滑動(dòng)配合；所述針閥閥芯下部還開設(shè)有兩個(gè)徑向孔，該兩個(gè)徑向孔分別 位于凸緣的上側(cè)和下側(cè)；所述排氣閥桿呈倒T形，由下至上套設(shè)于所述針閥閥芯內(nèi)，在針閥閥芯和排氣 閥桿上部之間的間隙處套設(shè)有壓縮彈簧，該壓縮彈簧的下端抵于凸緣所形成的階梯 孔上；該排氣閥桿下端的凸緣和針閥閥芯的下端接觸的限位端面間設(shè)有O型橡膠圈；所述排氣閥帽通過螺紋連接在排氣閥桿的頂端，該排氣閥帽的下端面的中心部 位開設(shè)有用于套置壓縮彈簧的圓形凹槽，且該排氣閥帽的下端面徑向設(shè)有凹槽與圓 形凹槽連通。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的體內(nèi)超聲碎石儀，其特征在于，所述的針閥閥芯的上 端部的縱切面呈H形，其上端面用作排氣閥帽的臺(tái)階限位。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的體內(nèi)超聲碎石儀，其特征在于，所述排氣閥帽的 下端面徑向的凹槽呈十字形。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的體內(nèi)超聲碎石儀，其特征在于，所述配重(9)的直 徑比壓電陶瓷片的直徑大l~3mm。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的體內(nèi)超聲碎石儀，其特征在于，所述不銹鋼針管(1) 的長度為380~440mm。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的體內(nèi)超聲碎石儀，其特征在于，所述的壓電陶瓷片(7) 可以是兩片或兩片以上，每相鄰兩片壓電陶瓷片之間夾有電極片(22)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的體內(nèi)超聲碎石儀，其特征在于，所述外殼(11)和配 重(9)之間還套設(shè)有套筒(8)，該套筒為聚四氟乙烯樹脂材料，其兩端連接有O型 密封環(huán)。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的體內(nèi)超聲碎石儀，其特征在于，所述變幅桿采用鈦 合金材料。
11、 根據(jù)權(quán)利要求I所述的體內(nèi)超聲碎石儀，其特征在于，所述變幅桿的外型 為指數(shù)型曲線，y=axebx (05x^20)。
12、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的體內(nèi)超聲碎石儀，其特征在于，所述的直接數(shù)字合 成器可以是獨(dú)立的集成芯片；也可以把DDS的數(shù)字部分集成于現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯器件 FPGA內(nèi)然后外加數(shù)模轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)。
13、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的體內(nèi)超聲碎石儀，其特征在于，所述的相位比較器， 利用觸發(fā)器對(duì)上升沿信號(hào)的敏感特性給出I_ph和V_ph兩個(gè)輸入信號(hào)的上升沿信號(hào) 到來的時(shí)間差，并由Dirrect引腳給出Ijh和V_ph兩個(gè)輸入信號(hào)的上升沿到來的先 后順序。
14、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的體內(nèi)超聲碎石儀，其特征在于，所述的DDS控制器 的輸入信號(hào)為l位觸發(fā)啟動(dòng)信號(hào)，32位的頻率字信號(hào)，和16位的控制字信號(hào)，串口 通信的內(nèi)容主要是分三次發(fā)送，第一個(gè)16位發(fā)送DDS的控制字，第二個(gè)16位和第 三個(gè)16位發(fā)送DDS的頻率字，把48位頻率字載入DDS以自動(dòng)改變其輸出頻率；所述的DDS控制器的輸出信號(hào)采高速的三線式串口通信，其串口由數(shù)據(jù)線、時(shí) 鐘線和同步線組成，空閑時(shí)，數(shù)據(jù)線、同步線、時(shí)鐘線均為高電平；通信時(shí)，同步 線置低電平，有效數(shù)據(jù)與時(shí)鐘線的時(shí)鐘下降沿對(duì)齊，發(fā)送16位數(shù)據(jù)后同步線、數(shù)據(jù) 線和時(shí)鐘線都置高電平。
15、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的體內(nèi)超聲碎石儀，其特征在于，所述的串口通信的 啟動(dòng)方式為下降沿觸發(fā)但不可重觸發(fā)，當(dāng)系統(tǒng)空閑時(shí)，DDS控制器的觸發(fā)輸入端每 遇到脈沖的下降沿就啟動(dòng)串口通信，直到串口通信完成后系統(tǒng)空閑時(shí)，再遇到脈沖 下降沿才會(huì)再次重新啟動(dòng)串口通信，而在串口通信期間遇到脈沖下降沿時(shí)不會(huì)重新 啟動(dòng)串口通信。
16、根據(jù)權(quán)利要求1所述的體內(nèi)超聲碎石儀，其特征在于，所述的相位比較器 輸出的相差信號(hào)，用于控制DDS控制器的觸發(fā)啟動(dòng)信號(hào)，所述的相位比較器的誤差 積分器用于輸出控制DDS控制器的頻率字信號(hào)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種體內(nèi)超聲碎石儀，由超聲換能器和自動(dòng)頻率跟蹤系統(tǒng)組成，所述超聲換能器包括不銹鋼針管(1)、連接頭(2)、連接頭O型密封環(huán)(3)、彈性管(4)、變幅桿(5)、變幅桿O型密封環(huán)(6)、壓電陶瓷片(7)、配重(9)、壓緊螺栓(10)、外殼(11)、氣管接頭O型密封環(huán)(16)、氣管接頭(17)、壓緊螺栓O型密封環(huán)(19)、吸石導(dǎo)管(20)、絕緣套管(21)、電極片(22)、錐體帽(23)、導(dǎo)線(24)、導(dǎo)線接口帽(25)、導(dǎo)線接口座(26)；所述外殼(11)內(nèi)位于壓緊螺栓(10)的上方還包括有轉(zhuǎn)接器(18)，自動(dòng)頻率跟蹤系統(tǒng)采用DDS和大規(guī)?？删幊唐骷?，采用直接數(shù)字合成器產(chǎn)生超聲換能器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，還采用了先掃描搜索而后自動(dòng)跟蹤的策略，適應(yīng)了換能器的離散性并克服了各種因素對(duì)諧振點(diǎn)的影響。
文檔編號(hào)A61B17/22GK201179093SQ20082010740
公開日2009年1月14日 申請(qǐng)日期2008年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月28日
發(fā)明者于晉生, 杰 崔, 平 李, 春 李, 李小雪, 梁希庭, 東 汪, 熊六林, 王君琳, 石長亮, 靈 肖, 費(fèi)興波, 雒自清 申請(qǐng)人:北京奧麥特科技有限公司