专利名称：一种串联谐振式超声信号源的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及主要用于牙科及超声清洗的超声信号源。
超声信号源通常由超声换能器、振荡器和电源组成。超声换能器可分为压电陶瓷式和磁致伸缩式两种；它的两个谐振频率分别称为串联谐振频率和并联谐振频率。根据超声换能器的不同工作频率，可将超声信号源分为串联谐振式和并联谐振式两大类。
当超声换能器工作在并联谐振频率时，超声换能器的阻抗达到最大值，并随着机械负载的增加而减小。目前有些设备利用上述阻抗的变化特性，用恒压源来实现输出功率和阻抗的匹配，即功率的自动跟踪。此方法的不足之处是需要给超声换能器提供很高的激励电压，以产生足够的输出功率。由于并联谐振时系统的工作电压很高，因此该方法不太适合仪器和病人直接接触的医疗应用场合。
当超声换能器工作在串联谐振频率时，超声换能器的阻抗达到最小值，并随着机械负载的增加而增加。和并联谐振相比，在相同的输出功率下，串联谐振超声换能器所需的激励电压远小于并联谐振时的激励电压。当超声信号源的电源为恒压源时，系统的输出功率将随着换能器阻抗的增加而减小，即机械负载的增加将导致输出功率的减小。因此，在串联谐振方式下采用恒压源，不仅无法实现功率的自动跟踪，而且输出功率会不断偏离匹配功率，与操作者的意愿相违背。因此，如何合理地设计系统电源成为串联谐振式超声信号源设计的重要内容。
法国SATELEC公司专利号为7715247的发明专利提出，采用固定恒流源和可变恒压源的并联可实现串联谐振式超声信号源的输出功率和换能器阻抗的匹配，完成功率自动跟踪，并能将输出功率控制在一定的范围内。但是，该系统存在以下不足之处当系统工作在固定恒流源状态时，输出功率由恒流源和换能器阻抗决定；由于电流为一常数，因此输出功率只取决于换能器阻抗，阻抗不变，则输出功率不变。调整恒压源只能改变系统的最大输出功率，却无法改变整个自动功率跟踪范围内的输出功率，而且自动功率跟踪范围小，并且随着最大输出功率的降低而减小。上述方法在一定程度上限制了该系统的灵活性，给使用带来不便；且由于固定恒流源和恒压源是由分立元件实现的，因此该系统难以获得较高的性能指标，而且调试复杂。
本实用新型提出一种输出功率在整个自动功率跟踪范围内都可随意调整的串联谐振式超声信号源，以解决现有技术的上述问题。
附
图1为本实用新型串联谐振式超声信号源的原理框图。
这种串联谐振式超声信号源，由整流滤波器4、限压恒流源3、振荡器2和超声换能器1组成，其特征在于所述限压恒流源为限压可变恒流源；所述整流滤波器的输出端接限压可变恒流源的输入端，限压可变恒流源的输出端接振荡器的电源端，振荡器的输出端接超声换能器，整流滤波器的输入端接交流电源。
所述限压可变恒流源可采用电压调整器加外围电路来实现，也可直接用可变恒流源代替限压可变恒流源来实现。
由于本实用新型串联谐振式超声信号源中采用限压可变恒流源来代替现有技术中的限压恒流源，因此恒流源的电流值可根据需要随意调整，从而获得系统输出功率和换能器阻抗的最佳匹配，使得换能器的输出功率在很宽的自动功率跟踪范围内都可随意调整。当换能器阻抗小于门限值时，电源工作在恒流源方式，输出功率将随着换能器阻抗的增加而增加，从而实现功率的自动跟踪，只要调整恒流源的电流值，即可改变系统的输出功率；当阻抗大于门限值时，电源工作在恒压源方式，即限压方式，输出功率将随着换能器阻抗的增加而减小，从而限制了换能器的输出功率不会因换能器阻抗过大而产生过大的输出功率，只要调整恒压源的电压值，即可调整限压值，从而可改变系统输出功率的限制范围，使整个系统工作在设定的安全范围内。本实用新型克服了现有技术因其采用固定恒流源而无法改变整个自动功率跟踪范围内的输出功率和自动功率跟踪范围小的缺点。
将本实用新型串联谐振式超声信号源的超声换能器1采用超声洁牙换能器，则构成超声洁牙机；采用超声清洗换能器，则构成超声清洗机。
采用本实用新型串联谐振式超声信号源构成的超声洁牙机，不仅能有效地完成功率的自动跟踪，控制换能器的输出功率在一定的安全范围内，且自动功率跟踪范围宽，不受最大输出功率的限制，输出功率可根据需要随意调整，从而使得超声洁牙机能快速有效地清除牙结石，而不伤及牙齿。
本实用新型串联谐振式超声信号源也可用于其它超声设备。
若限压可变恒流源采用集成电路来实现，则系统的实现更加简单，调试更加方便，并能获得较高的性能指标。
以下是本实用新型的实施例。
实施例1本实施例为用电压调整器加外围电路构成限压可变恒流源的串联谐振式超声信号源的一种实施方式。所述电压调整器采用带限流的电压调整器集成电路LM723。
附图2给出了采用电压调整器LM723加外围电路构成串联谐振式超声信号源的实施方式电路图。具体元件及其连接方式如下整流滤波器4由电源变压器28、全波整流电桥29、滤波电容30、开关5和电磁阀6组成。电源变压器28的初级接交流电源、次级接全波整流电桥29的输入端；在全波整流电桥29的输出端并联滤波电容30；开关5和电磁阀6串联后和滤波电容30并联连接，其中滤波电容30的正端接开关5、负端接电磁阀6；开关5和电磁阀6的连接点为整流滤波器4的输出端B，滤波电容30的负端为整流滤波器4的输出端D。
限压可变恒流源3由标号为7的电压调整器LM723、三极管9、可变电阻10、电容8、可变电阻11、电阻12和电容13组成。LM723的11脚和12脚相连，5脚和6脚相连，7脚接地，可变电阻10的两端分别连接LM723的2脚和3脚，可变电阻11的两端分别连接LM723的3脚和4脚，电阻12的两端分别连接LM723的4脚和地，电容8的两端分别连接LM723的4脚和13脚，三极管9的基极、集电极、发射极分别连接LM723的10脚、11脚和2脚，电容13连接到LM723的3脚和地之间。其中可变电阻10用来调整恒流源的电流值，可变电阻11和电阻12用来确定恒压源的电压值。LM723的11脚为限压可变恒流源3的输入端，LM723的3脚为限压可变恒流源3的输出端。
振荡器2由三极管20、电阻15、输出变压器18、电感16、电容14、电容17和电阻19组成。C端为振荡器2的电源端，C端和地之间接电容14，C端和三极管20的基极间接电阻15，C端和三极管20的集电极之间接输出变压器18的初级，三极管20的发射极接地，输出变压器18的次级的一端分别接电阻19和串联的电感16和电容17，串联的电感16和电容17的另一端接三极管20的基极，电阻19的另一端接地；输出变压器18的次级的另一端为振荡器2的输出端。
整流滤波器4、限压可变恒流源3、振荡器2和超声换能器1按如下连接整流滤波器4的输出端B接限压可变恒流源3的输入端，整流滤波器4的输出端D接地，限压可变恒流源3的输出端接振荡器2的电源端，振荡器2的输出端和地之间接超声换能器1。振荡器2工作在超声换能器1的串联谐振频率上。
将本实用新型串联谐振式超声信号源的超声换能器1采用超声洁牙换能器，则构成超声洁牙机；超声换能器1采用超声清洗换能器，则构成超声清洗机。
采用本实用新型串联谐振式超声信号源构成的超声洁牙机，使用时可通过调可变电阻10来调整恒流源的电流值，从而调整系统的输出功率，以满足清洗不同硬度牙结石的需要。设V为限压可变恒流源的限压值，I为限压可变恒流源的电流值，其最小值和最大值分别为Imin和Imax，Z为超声换能器的等效阻抗，则本实用新型串联谐振式超声信号源的输出功率可在最小值Imin2·Zmin和最大值V·Imax之间连续可调，自动功率跟踪的阻抗范围为Zmin≤Z≤V/I，因此自动功率跟踪的最小阻抗范围为Zmin≤Z≤V/Imax，最大阻抗范围为Zmin≤Z≤V/Imin。而现有技术的最大自动功率跟踪阻抗范围只能达到本实用新型自动功率跟踪阻抗范围的最小值。
若限压可变恒流源中的元件选用如下参数电容8为500pF，电容13为0.1uF，可变电阻10为1Ω～2.4Ω，可变电阻11调至13.2KΩ，电阻12为5.6KΩ，则限压可变恒流源的限压值为24伏，可变恒流源的电流在0.25安培至0.6安培之间连续可调，系统的输出功率在2瓦至14.4瓦之间连续可调。
从而使本实用新型串联谐振式超声信号源构成的仪器工作安全可靠，使用灵活方便。
实施例2本实施例为用电压调整器加外围电路构成限压可变恒流源的串联谐振式超声信号源另一种实施方式。电压调整器采用带限流的电压调整器集成电路L200。
附图3只给出了限压可变恒流源3采用电压调整器L200加外围电路的实施方式电路图，其余部分与附图2完全相同。
本实施例限压可变恒流源3由标号为23的电压调整器L200、三极管22、可变电阻24、电容27、电阻21、可变电阻25、电阻26和电容13组成。L200的3脚接地，三极管22的基极和发射极之间接电阻21，三极管22的基极和地之间接电容27，三极管22的集电极接L200的5脚，L200的5脚和2脚之间接可变电阻24，2脚和4脚之间接可变电阻25，4脚和地之间接电阻26，电容13连接到2脚和地之间。其中可变电阻24用来调整恒流源的电流值，可变电阻25和电阻26用来确定恒压源的电压值。三极管22的发射极为限压可变恒流源3的输入端，L200的2脚为限压可变恒流源3的输出端。
本实施例的限压可变恒流源3与整流滤波器4、振荡器2和超声换能器1的连接方法和实施例1相同。
采用本实用新型串联谐振式超声信号源构成的超声洁牙机，若限压可变恒流源3中的元件选用如下参数电容13为0.1uF，电容27为10uF，可变电阻24为0.75Ω～1.8Ω，电阻21为2.5Ω，可变电阻25调至6.3KΩ，电阻26为820Ω，则限压可变恒流源的限压值为24伏，可变恒流源的电流在0.25安培至0.6安培之间连续可调，系统的输出功率在2瓦至14.4瓦之间连续可调。
实施例3本实施例为用电压调整器加外围电路构成限压可变恒流源的串联谐振式超声信号源又一种实施方式。电压调整器采用集成电路LM317。
附图4只给出了限压可变恒流源3采用电压调整器LM317加外围电路的实施方式电路图。其余部分与附图2完全相同。
本实施例中限压可变恒流源3由标号为38的电压调整器LM317，可变电阻31，电阻32，可变电阻33，电阻34，三极管35和电容13组成。LM317的ADJ和Vout之间接可变电阻31，LM317的ADJ接三极管35的集电极，三极管35的集电极和发射极之间串联接上电阻32和可变电阻33，电阻32和可变电阻33的连接点和三极管35的基极之间接电阻34，电阻32和可变电阻33的连接点接地，LM317的Vout和地之间接电容13。LM317的Vin端为限压可变恒流源3的输入端，LM317的Vout端为限压可变恒流源3的输出端。
本实施例限压可变恒流源3与整流滤波器4、振荡器2和超声换能器1的连接方法如下整流滤波器4的输出端B接限压可变恒流源3的输入端，整流滤波器4的输出端D接限压可变恒流源3中的三极管35的发射极，限压可变恒流源3的输出端接振荡器2的电源端，振荡器2的输出端和地之间接超声换能器1。
实施例4本实施例为一种用可变恒流源代替限压可变恒流源的串联谐振式超声信号源实施方式。可变恒流源用电压调整器集成电路LM317加外围电路构成。
附图5只给出了采用可变恒流源代替限压可变恒流源部分的实施方式电路图。其余部分与附图2完全相同。
该可变恒流源由标号为39的电压调整器LM317，可变电阻36和电容37组成。LM317的Vin和地之间接电容37，LM317的ADJ和Vout之间接可变电阻36。改变可变电阻36的电阻值可调整恒流源的电流值。LM317的Vin脚为可变恒流源的输入端，LM317的ADJ脚为可变恒流源的输出端。
本实施例用可变恒流源代替限压可变恒流源后，此可变恒流源与整流滤波器、振荡器和超声换能器的连接方法和实施例1相同。
虽然在此实施方式中，用没有限压功能的可变恒流源代替限压可变恒流源，但由于可变恒流源的输出电压受接至可变恒流源输入端的输入电压限制，因此可变恒流源仍然具有限压功能。
权利要求1.一种串联谐振式超声信号源，由整流滤波器、限压恒流源、振荡器和超声换能器组成，其特征在于所述限压恒流源为限压可变恒流源；所述整流滤波器的输出端接限压可变恒流源的输入端，限压可变恒流源的输出端接振荡器的电源端，振荡器的输出端接超声换能器，整流滤波器的输入端接交流电源。
2.如权利要求1所述串联谐振式超声信号源，特征在于所述限压可变恒流源采用电压调整器LM723加外围电路来实现；即LM723的脚(11)和脚(12)相连，脚(5)和脚(6)相连，脚(7)接地，可变电阻(10)的两端分别连接LM723的脚(2)和脚(3)，可变电阻(11)的两端分别连接LM723的脚(3)和脚(4)，电阻(12)的两端分别连接LM723的脚(4)和地，电容(8)的两端分别连接LM723的脚(4)和脚(13)，三极管(9)的基极、集电极、发射极分别连接LM723的脚(10)、脚(11)和脚(2)，电容(13)连接到LM723的脚(3)和地之间；LM723的脚(11)为限压可变恒流源的输入端，LM723的脚(3)为限压可变恒流源的输出端。
3.如权利要求1所述串联谐振式超声信号源，特征在于所述限压可变恒流源采用电压调整器L200加外围电路来实现；即L200的脚(3)接地，三极管(22)的基极和发射极之间接电阻(21)，三极管(22)的基极和地之间接电容(27)，三极管(22)的集电极接L200的脚(5)，L200的脚(5)和脚(2)之间接可变电阻(24)，脚(2)和脚(4)之间接可变电阻(25)，脚(4)和地之间接电阻(26)，电容(13)连接到脚(2)和地之间；三极管(22)的发射极为限压可变恒流源的输入端，L200的脚(2)为限压可变恒流源的输出端。
4.如权利要求1所述串联谐振式超声信号源，特征在于所述限压可变恒流源采用电压调整器LM317加外围电路来实现；即LM317的ADJ和Vout之间接可变电阻(31)，LM317的ADJ接三极管(35)的集电极，三极管(35)的集电极和发射极之间串联接上电阻(32)和可变电阻(33)，电阻(32)和可变电阻(33)的连接点和三极管(35)的基极之间接电阻(34)，电阻(32)和可变电阻(33)的连接点接地，LM317的Vout和地之间接电容(13)；LM317的Vin端为限压可变恒流源的输入端，LM317的Vout端为限压可变恒流源的输出端。
5.如权利要求1所述串联谐振式超声信号源，特征在于所述限压可变恒流源采用可变恒流源来代替；即LM317的Vin和地之间接电容(37)，LM317的ADJ和Vout之间接可变电阻(36)；LM317的Vin脚为可变恒流源的输入端，LM317的ADJ脚为可变恒流源的输出端。
专利摘要本实用新型串联谐振式超声信号源,由整流滤波器4、限压恒流源3、振荡器2和超声换能器1组成,特征在于所述限压恒流源为限压可变恒流源,采用电压调整器加外围电路来实现或采用可变恒流源来代替;本实用新型可用于超声洁牙机或其它超声清洗设备,不仅能有效地完成功率的自动跟踪,控制换能器的输出功率在一定的安全范围内,且自动功率跟踪范围宽,不受最大输出功率的限制,输出功率可根据需要随意调整。
文档编号B06B1/02GK2364981SQ99202979
公开日2000年2月23日 申请日期1999年3月15日 优先权日1999年3月15日
发明者李智群 申请人:李智群