超声换能器的信号发生器和超声换能器治疗设备的制作方法

本发明涉及电子设备领域，特别涉及一种超声换能器的信号发生器和超声换能器治疗设备。

背景技术：

目前，在电子设备领域，高频功率信号发生器的应用广泛。市场上的高频功率信号发生器的额定功率和频率均是固定的，

功率大(5000w以上)和频率高(1mhz以上)的信号发生器价格太贵。而较廉价的信号发生器通常或是功率不够或是频率低，难以满足不同负载的需求。

综上所述，现有技术中的高频率且高功率的信号发生器，通常成本较高。

技术实现要素：

本发明提供一种超声换能器的信号发生器和超声换能器治疗设备，用于采用较低的成本实现高频率和高功率的信号发生器。

为实现上述目的，本发明提供了一种超声换能器的信号发生器，包括：信号发生模块、信号分配模块、放大器组和信号合成模块，所述信号发生模块与所述信号分配模块连接，所述信号分配模块与所述放大器组连接，所述放大器组与所述信号合成模块连接，所述放大器组包括多个放大器；

所述信号发生模块，用于向所述信号分配模块发送输入信号；

所述信号分配模块，用于根据所述输入信号生成至少一个待处理信号，并将每个所述待处理信号输出至对应的放大器；

所述放大器，用于对所述待处理信号进行放大处理生成放大信号，并将放大信号输出至信号合成模块；

所述信号合成模块，用于将接收到的放大信号进行信号合成处理，生成输出信号。

可选地，所述放大器组包括m行n列放大器，m为正整数，n为正整数。

可选地，所述m等于1且n大于1；

所述信号分配模块具体用于根据所述输入信号生成一个待处理信号，并将所述待处理信号发送至n个放大器中的每个放大器。

可选地，所述信号合成模块包括与每个所述放大器一一对应设置且连接的子变压器，每个所述子变压器包括初级绕组和次级绕组，全部所述初级绕组之间并联，全部所述次级绕组之间串联。

可选地，所述超声换能器的信号发生器的额定功率为每个所述放大器的额定功率的n倍。

可选地，所述m大于1且n等于1；

所述信号分配模块具体用于对所述输入信号进行分频处理生成m个待处理信号，并将每个待处理信号发送至对应的放大器，每个所述放大器的工作频率为所述信号发生模块的输出频率的1/m。

可选地，所述信号合成模块包括一个子变压器，所述子变压器与m个所述放大器一一对应设置且连接的m个初级绕组和一个次级绕组，所述m个初级绕组之间并联；

或者，所述信号合成模块包括一个子变压器，所述子变压器包括一个与m个所述放大器均连接的初级绕组和一个次级绕组。

可选地，所述超声换能器的信号发生器的额定频率为每个所述放大器的额定频率的m倍。

可选地，所述m大于1且n大于1；

所述信号分配模块具体用于对所述输入信号进行分频处理生成m个待处理信号，并将每个待处理信号发送至对应行中n个放大器中的每个放大器，每个所述放大器的工作频率为所述信号发生模块的输出频率的1/m。

可选地，所述信号合成模块包括n个子变压器，n个子变压器与n列所述放大器一一对应设置且每个子变压器与对应设置的一列所述放大器连接；

每个所述子变压器包括m个初级绕组和一个次级绕组，其中，与所述子变压器对应设置的一列m个所述放大器与m个初级绕组一一对应设置且连接；或者每个所述子变压器包括一个初级绕组和一个次级绕组，与所述子变压器对应设置的一列m个所述放大器与一个初级绕组连接；

全部所述初级绕组之间并联，全部所述次级绕组之间串联。

可选地，所述信号发生器的额定功率为每个所述放大器的额定功率的n倍，所述信号发生器的额定频率为每个所述放大器的额定频率的m倍。

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：超声换能器和上述超声换能器的信号发生器，所述超声换能器的信号发生器与所述超声换能器连接。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的超声换能器的信号发生器和超声换能器治疗设备的技术方案中，放大器组包括多个放大器，信号分配模块根据所述输入信号生成至少一个待处理信号并将每个所述待处理信号输出至对应的放大器，放大器对所述待处理信号进行放大处理生成放大信号并将放大信号输出至信号合成模块，信号合成模块将接收到的放大信号进行信号合成处理生成输出信号，本发明可采用较低的成本实现高频率和高功率的信号发生器。

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信号发生器的结构示意图；

图2为本发明中信号合成模块的一种结构示意图；

图3为本发明中信号合成模块的另一种结构示意图；

图4为本发明中信号合成模块的另一种结构示意图；

图5为本发明实施例二提供的一种超声换能器治疗设备的结构示意图。

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信号发生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信号发生器的结构示意图，如图1所示，该超声换能器的信号发生器包括：信号发生模块1、信号分配模块2、放大器组3和信号合成模块4，信号发生模块1与信号分配模块2连接，信号分配模块2与放大器组3连接，放大器组3与信号合成模块4连接，放大器组3包括多个放大器。

信号发生模块1用于向信号分配模块2发送输入信号。本实施例中，信号发生模块1可包括晶体振荡器和频率合成器，其中，频率合成器可以为ad9833频率合成器。具体地，信号发生模块1可在微处理器的控制下生成所需的各种频率的输入信号。

信号分配模块2用于根据输入信号生成至少一个待处理信号，并将每个待处理信号输出至对应的放大器。本实施例中，信号分配模块2可包括分配器、可预置计数器、单稳触发电路、d触发器和或非门等数字电路，其中，分配器为741s155分配器，可预置计数器为741s193可预置计数器，单稳触发电路为mc74hc4538ad单稳触发电路，d触发器为741s74d触发器，或非门为741s02或非门。信号分配模块2可在微处理器的控制下控制放大器的工作方式、工作顺序、工作时间等，信号分配模块2可对输入信号进行信号分配处理，以得出至少一个待处理信号。每个待处理信号可对应于一个或者多个放大器。

放大器用于对待处理信号进行放大处理生成放大信号，并将放大信号输出至信号合成模块4。放大器的类型可以包括反激式、正激式、推挽式、半桥式或全桥式。优选地，信号发生器中的所有放大器均相同，信号发生器中的放大器只能采用上述各种类型放大器中的一种，不能混用多种类型的放大器。本实施例中，放大器可用于对待处理信号的功率进行放大处理生成放大信号。

信号合成模块4用于将接收到的放大信号进行信号合成处理，生成输出信号。换言之，信号合成模块可将接收到的多路放大信号合成为一路信号，即：输出信号。

本实施例中，放大器组3可包括m行n列放大器，m为正整数，n为正整数。放大器组3中放大器的总数为m*n个。当m等于1且n大于1时，放大器组3包括1行放大器；当m大于1且n等于1时，放大器组3包括1列放大器；当m大于1且n大于1时，放大器组3包括多行多列放大器，放大器呈矩阵形式排列。图1中示出的为放大器组3包括多行多列放大器的情况，从行方向上看，第1行放大器分别为放大器11、放大器12、……、放大器1n，第2行放大器分别为放大器21、放大器22、……、放大器2n，以此类推，第m行放大器分别为放大器m1、放大器m2、……、放大器mn；从列方向上看，第1列放大器分别为放大器11、放大器21、……、放大器m1，第2列放大器分别为放大器12、放大器22、……、放大器m2，以此类推，第n列放大器分别为放大器1n、放大器2n、……、放大器mn。放大器组3包括1行放大器或者1列放大器的情况未具体画出，另外，当放大器组3包括2行放大器或者2列放大器的情况也未具体画出。

下面分三种情况对信号发生器的功能进行详细描述。

第一种情况：m等于1且n大于1。此时，放大器组3仅包括1行放大器，例如，放大器组3包括放大器11、放大器12、……、放大器1n。信号分配模块2与放大器11、放大器12、……、放大器1n均连接。

信号发生模块1向信号分配模块2发送输入信号。

信号分配模块2根据输入信号生成一个待处理信号，并将待处理信号发送至n个放大器中的每个放大器。此种情况下可认为信号分配模块2输出的待处理信号为一路信号。信号分配模块2未对输入信号进行分频处理，因此生成的待处理信号的频率与输入信号的频率相同。信号分配模块2将待处理信号发送至放大器11、放大器12、……、放大器1n。放大器11、放大器12、……、放大器1n中的每个放大器均对该待处理信号进行放大处理生成放大信号，并将放大信号发送至信号合成模块。所有放大器均对同一待处理信号进行功率放大处理，即保证每个放大器的功率放大过程步调一致。

图2为本发明中信号合成模块的一种结构示意图，如图2所示，信号合成模块4为变压器，信号合成模块4包括与每个放大器一一对应设置且连接的子变压器，每个子变压器包括初级绕组和次级绕组，全部初级绕组之间并联，全部次级绕组之间串联。其中，子变压器的数量与放大器的数量相同，且子变压器和放大器一一对应设置，每个子变压器与对应设置的放大器连接。信号合成模块4中的多个子变压器分别为子变压器401、子变压器402、……、子变压器40n，子变压器401与放大器11对应且连接，子变压器402与放大器12对应且连接，以此类推，子变压器40n与放大器1n对应设置且连接。具体地，每个放大器与对应的子变压器中的初级绕组连接。每个子变压器中均包括一个初级绕组和一个次级绕组。优选地，每个子变压器的变比相同，流过任意两个放大器的电流相等，通过变压器实现了强制均流，在一定程度上放宽了对放大器一致性的要求，有效地避免了器件直接并联带来的静态电流分配、动态电流和开关应力均分的问题，使各放大器输出均衡，最大限度地保证放大器的安全。

采用变压器的信号合成模块4可将接收到的所有放大器输出的放大信号进行合成处理生成输出信号，从而实现了功率合成。信号发生器的额定功率为每个放大器的额定功率的n倍，从而提高了信号发生器的额定功率。此种情况下，放大器组3中放大器的数量n不小于信号发生器所需的额定功率与每个放大器的额定功率的商，优选地，放大器组3中放大器的数量n等于信号发生器所需的额定功率与每个放大器的额定功率的商。在实际应用中，可根据信号发生器所需的额定功率确定出放大器组3中放大器的数量，例如，若需要提高信号发生器的额定功率时可增加放大器组3中的放大器的数量，即对放大器的数量进行扩展，理论上信号发生器的额定功率为每个放大器的额定功率的n倍，虽然信号发生器的实际的额定功率和最大可提高功率受到放大器性能的一致性和装配工艺的影响，但是理论上信号发生器的额定功率可通过增加放大器的数量而无限提升。

第二种情况：m大于1且n等于1。此时，放大器组3仅包括1列放大器，例如，放大器组3包括放大器11、放大器21、……、放大器m1。信号分配模块2与放大器11、放大器21、……、放大器m1连接。

信号发生模块1向信号分配模块2发送输入信号。

信号分配模块2具体用于对输入信号进行分频处理生成m个待处理信号，并将每个待处理信号发送至对应的放大器，每个放大器的工作频率为所述信号发生模块的输出频率的1/m。每个放大器的工作频率为所述信号放大器的额定频率的1/m。此种情况下信号分配模块2输出m路待处理信号，因此，m可以为信号分配模块2的分配路数。具体地，信号分配模块2向放大器11、放大器21、……、放大器m1发送待处理信号，例如，信号分配模块2将第一个待处理信号发送至放大器11，将第二个待处理信号发送至放大器21，以此类推，将第m个待处理信号发送至放大器m1。放大器11、放大器21、……、放大器m1均对待处理信号进行放大处理生成放大信号，并将放大信号发送至信号合成模块4。每个放大器对不同的待处理信号进行放大处理，即：位于不同行中的放大器分时工作，但可以顺序循环或者交叉循环工作。

图3为本发明中信号合成模块的另一种结构示意图，如图3所示，信号合成模块4为变压器，信号合成模块4包括一个子变压器401，该子变压器401包括与m个放大器一一对应设置且连接的m个初级绕组和一个次级绕组，m个初级绕组之间并联。其中，子变压器401中初级绕组的数量与放大器的数量相同，换言之，子变压器401中初级绕组的数量与信号分配模块2输出的待处理信号的路数相同或者与放大器组3中放大器的行数相同，且初级绕组与放大器一一对应设置，每个初级绕组与对应设置的放大器连接。具体地，放大器11与初级绕组4011连接，放大器21与初级绕组4012连接，以此类推，放大器m1与初级绕组401m连接。采用变压器的信号合成模块4可将接收到的所有放大器输出的放大信号进行合成处理生成输出信号，从而实现了频率合成。信号发生器的额定频率为每个放大器的额定频率的m倍，从而提高了信号发生器的额定频率。图3中虽然变压器的初级绕组数较多，但由于与不同放大器连接的初级绕组之间并联，因此解决了放大器之间的死区时间的问题。

图4为本发明中信号合成模块的另一种结构示意图，如图4所示，信号合成模块4为变压器，信号合成模块4包括一个子变压器401，该子变压器401包括一个与m个放大器均连接的初级绕组和一个次级绕组。此种情况下，子变压器401中的初级绕组和次级绕组的数量均为一个。具体地，放大器11、放大器21、……、放大器m1均连接至初级绕组。采用变压器的信号合成模块4可将接收到的所有放大器输出的放大信号进行合成处理生成输出信号，从而实现了频率合成。信号发生器的额定频率为每个放大器的额定频率的m倍，从而提高了信号发生器的额定频率。相比于图3，虽然图4中减少了变压器的初级绕组数，但需要通过控制信号的占空比以解决放大器之间的死区时间的问题。

此种情况下，放大器组3中放大器的数量m不小于信号发生器所需的额定频率与每个放大器的额定频率的商，优选地，放大器组3中放大器的数量m等于信号发生器所需的额定频率与每个放大器的额定频率的商。在实际应用中，可根据信号发生器所需的额定频率确定出放大器组3中放大器的数量，例如，若需要提高信号发生器的额定频率时可增加放大器组3中的放大器的数量，即对放大器的数量进行扩展，理论上信号发生器的额定频率为每个放大器的额定频率的m倍，虽然信号发生器的实际的频率和最大可提高频率受到放大器所用功率管和信号合成模块4的影响，所采用的功率管的频率越高且信号合成模块4的频带越宽，能提高的额定频率就越高。

第三种情况：m大于1且n大于1。此时，放大器组3包括m行n列放大器，即如图1所示，放大器组3包括呈矩阵排列的m*n个放大器。

信号发生模块1向信号分配模块2发送输入信号。

信号分配模块2具体用于对输入信号进行分频处理生成m个待处理信号，并将每个待处理信号发送至对应行中n个放大器中的每个放大器，每个放大器的工作频率为信号发生模块的输出频率的1/m。每个放大器的工作频率为所述信号放大器的额定频率的1/m。此种情况下信号分配模块2输出m路待处理信号。因此，m可以为信号分配模块2的分配路数。每个待处理信号对应于一行放大器，例如：第一个待处理信号对应于第1行放大器，第二个待处理信号对应于第2行放大器，以此类推，第m个待处理信号对应于第m行放大器，因此信号分配模块2可将第一个待处理信号发送至第1行放大器中的n个放大器，将第二个待处理信号发送至第2行放大器中的n个放大器，以此类推，将第m个待处理信号发送至第m行放大器中的n个放大器，至此，放大器组3中的每个放大器均接收到一个待处理信号。而后每个放大器均对待处理信号进行放大处理生成放大信号，并将放大信号发送至信号合成模块4。

本实施例中，如图1所示，信号合成模块4为变压器，信号合成模块4包括n个子变压器，n个子变压器与n列放大器一一对应设置且每个子变压器与对应设置的一列放大器连接。例如，子变压器401对应于第1列放大器且与第1列放大器连接，子变压器402对应于第2列放大器且与第2列放大器连接，以此类推，子变压器40n对应于第n列放大器且与第n列放大器连接。

可选地，每个子变压器包括m个初级绕组和一个次级绕组，其中，与子变压器对应设置的一列m个放大器与m个初级绕组一一对应设置且连接。此种情况下，每个子变压器的具体结构可参加图3中所示，则第1列放大器中放大器11与初级绕组4011连接，放大器21与初级绕组4012连接，以此类推，放大器m1与初级绕组401m连接；以此类推，第n列放大器中放大器1n与子变压器40n的初级绕组40n1连接，以此类推，放大器mn与子变压器40n的初级绕组40nm连接。图3中仅画出了子变压器401的具体结构，其余子变压器的结构未具体画出。全部初级绕组之间并联，全部次级绕组之间串联。

可选地，每个子变压器包括一个初级绕组和一个次级绕组，子变压器对应设置的一列m个放大器与一个初级绕组连接。此种情况下，每个子变压器的具体结构可参见图4所示，则第1列放大器中放大器11、放大器21、……、放大器m1均与该子变压器401中的初级绕组连接；以此类推，第n列放大器中放大器1n、放大器2n、……、放大器mn均与该子变压器40n中的初级绕组连接。图4中仅画出了子变压器401的具体结构，其余子变压器的结构未具体画出。全部初级绕组之间并联，全部次级绕组之间串联。

采用变压器的信号合成模块4可将接收到的所有放大器输出的放大信号进行合成处理生成输出信号，从而实现了功率合成和频率合成。信号发生器的额定功率为每个放大器的额定功率的n倍，信号发生器的额定频率为每个放大器的额定频率的m倍。此种情况下，优选地，放大器组3中放大器的数量为m*n，其中，n等于信号发生器所需的额定功率与每个放大器的额定功率的商，m等于信号发生器所需的额定频率与每个放大器的额定频率的商。

进一步地，该信号发生器还包括：微处理器5。信号发生模块1和信号分配模块2均与微处理器5连接。微处理器5可控制与其连接的各个模块的所有动作。微处理器5包括单片计算机。

进一步地，该信号发生器还包括：阻抗匹配器6和反馈信号处理模块7。阻抗匹配器6与反馈信号处理模块7连接，反馈信号处理模块7与微处理器5连接。信号合成模块4将输出信号发送至阻抗匹配器6。阻抗匹配器6用于滤除信号合成模块4的输出信号的谐波成分以将输出信号变成正弦波，确定出额定负载阻抗并将输出信号反馈至反馈信号处理模块7，反馈信号处理模块7将输出信号的电流、电压及相角发送至微处理器5。额定负载阻抗通常为50欧姆。阻抗匹配器6中的电子元件可包括高频功率电感、电容。电子元件的结构形式包括“l”型、“t”型和“π”型，每种类型的电子元件都可实现阻抗匹配器6，可制成不同功率等级的阻抗匹配器6。反馈信号处理模块7可包括运算放大器(如tl084)、比较器(如lm319am)和锁相环(如74hc4046)等元件组成，反馈信号处理模块7用于检测出输出信号的电流、电压及相角，并将输出信号的电流、电压及相角发送至微处理器5，微处理器5可根据输出信号的电流、电压及相角计算输出功率、信号频率，采取保护措施等。

进一步地，该信号发生器还包括：通讯接口8。通讯接口8包括单片计算机。通讯接口8用于接收用户指令，例如用户指令可包括信号分配模块的信号分配路数、放大器的工作频率、工作时间等。

本实施例中，信号发生器可包括：控制器9。信号发生模块1、信号分配模块2、微处理器5、反馈信号处理模块7和通讯接口8均设置于控制器9中。综上，控制器9可与计算机通讯，接受用户指令，产生信号，控制放大器的工作方式、工作顺序，工作时间和处理反馈信号等。控制器可由单片计算机、晶体振荡器、直接数字信号频率合成器、数字集成电路、应用软件和其他辅助元器件组成。

本实施例中，可通过调整放大器组中放大器的数量实现调整信号发生器的额定功率和/或额定频率。若需要提高信号发生器的额定功率和/或额定频率，则可增加放大器组中放大器的数量。因此本实施例中的信号发生器可以称为积木式信号发生器。由于放大器组中每个放大器的成本不高，因此，对于用户来说，在对额定功率和/或额定频率要求相对较低时可仅购买基本数量的放大器，当需要提高额定功率和/或额定频率时再增加相应数量的放大器即可；对于厂家来说，可采用价格低廉的功率管(放大器中所用)实现昂贵的功率管的功能，另外也可以减少信号发生器采用多种结构时的研发费用。综上所述，无论对用户还是厂家来说，本实施例可采用较低的成本实现高频率和高功率的信号发生器。

本实施例提供的超声换能器的信号发生器的技术方案中，放大器组包括多个放大器，信号分配模块根据所述输入信号生成至少一个待处理信号并将每个所述待处理信号输出至对应的放大器，放大器对所述待处理信号进行放大处理生成放大信号并将放大信号输出至信号合成模块，信号合成模块将接收到的放大信号进行信号合成处理生成输出信号，本实施例可采用较低的成本实现高频率和高功率的信号发生器。本实施例中的信号发生器中的放大器组和信号合成模块均具备可扩展性，从而可满足不同负载的需求。

图5为本发明实施例二提供的一种超声换能器治疗设备的结构示意图，如图5所示，该超声换能器治疗设备包括超声换能器100和超声换能器的信号发生器200，超声换能器的信号发生器200与超声换能器100连接。

本实施例中，超声换能器的信号发生器可采用实施例一提供的超声换能器的信号发生器，具体描述可参见上述实施例一的描述，此处不再赘述。

具体地，当超声换能器的信号发生器包括阻抗匹配器时，超声换能器与阻抗匹配器连接。

本实施例提供的超声换能器治疗设备的技术方案中，放大器组包括多个放大器，信号分配模块根据所述输入信号生成至少一个待处理信号并将每个所述待处理信号输出至对应的放大器，放大器对所述待处理信号进行放大处理生成放大信号并将放大信号输出至信号合成模块，信号合成模块将接收到的放大信号进行信号合成处理生成输出信号，本实施例可采用较低的成本实现高频率和高功率的信号发生器。本实施例中的信号发生器中的放大器组和信号合成模块均具备可扩展性，从而可满足不同负载的需求。

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。