非接触式超声裂解系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种非接触式超声裂解系统，其用于对细胞进行裂解破碎，其包括：逆变主电路、换能器负载、上位机通讯电路、功率PWM调节电路、DDS逆变驱动电路、按键输入显示电路、单片机、采样鉴相电路；逆变主电路连接换能器负载，换能器负载连接采样鉴相电路，采样鉴相电路连接单片机，单片机还分别与上位机通讯电路、功率PWM调节电路、DDS逆变驱动电路、按键输入显示电路相连接。本实用新型的非接触式超声裂解系统对输入电压进行逆变、变频后进行阻抗匹配，接入换能器负载组，超声波裂解电源驱动换能器负载组，换能器负载组可以以最佳转换效率作用于待破碎样品，控制电路工作稳定可靠。
【专利说明】非接触式超声裂解系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及超声细胞粉碎领域，尤其涉及一种非接触式超声裂解系统。
【背景技术】
[0002]超声细胞粉碎技术用途广泛，常用于细胞的破碎、裂解，细胞内颗粒的释放等，其除适合制备高效的重组腺病毒外，还可以制备病毒DNA及其终端蛋白化合物，在土壤样品制备方面也得到大量应用。
[0003]现有的超声细胞粉碎仪，大多采用超声电源驱动的探头与样品直接接触达到破碎的目的。这样不仅会产生金属离子污染，且对多个样品处理能力差，处理周期长，超声能量的分布也相应不均匀。
[0004]此外，超声电源一般为开环结构，对于外部负载变化的适应能力差，电源效率低。传统的超声电源中逆变电路输出谐波含量大，动态响应也较慢。同时，开关器件采用MOS管，其具有开关损耗大，通断速度慢，且工作频率低，功率小的缺点。而且，传统的超声电源多采用他激式电路，使用可调电阻来调节振荡频率，没有频率自动跟踪功能。从而，频率易漂移，实时性较差，易导致系统失谐，匹配电感瞬间产生高温，性能变坏，换能器功率损耗，效率降低，使设备不能大功率长期运行。
实用新型内容
[0005]有鉴于此，本实用新型提供一种非接触式超声裂解系统，以克服现有的超声细胞粉碎仪中存在的缺陷。
[0006]为了实现上述目的，本实用新型的非接触式超声裂解系统，其用于对细胞进行裂解破碎，其包括:逆变主电路、换能器负载、上位机通讯电路、功率PWM调节电路、DDS逆变驱动电路、按键输入显示电路、单片机、采样鉴相电路；
[0007]所述逆变主电路连接所述换能器负载，所述换能器负载连接所述采样鉴相电路，所述采样鉴相电路连接所述单片机，所述单片机还分别与上位机通讯电路、功率PWM调节电路、DDS逆变驱动电路、按键输入显示电路相连接。
[0008]作为本实用新型的非接触式超声裂解系统的改进，所述逆变主电路包括整流滤波电路、升压/降压斩波电路、全桥逆变电路以及阻抗匹配电路，所述整流滤波电路连接所述升压/降压斩波电路，所述升压/降压斩波电路连接所述全桥逆变电路，所述全桥逆变电路连接所述阻抗匹配电路。
[0009]作为本实用新型的非接触式超声裂解系统的改进，所述升压/降压斩波电路包括前级整流滤波输出端、BUCK/BOOST斩波电路、单片机PWM波信号输入端以及放大电路，所述单片机PWM波信号输入端连接所述放大电路，所述放大电路连接所述BUCK/BOOST斩波电路，所述BUCK/BOOST斩波电路连接所述前级整流滤波输出端。
[0010]作为本实用新型的非接触式超声裂解系统的改进，所述DDS逆变驱动电路包括单片机方波信号输入端、反向积分电路、低通滤波电路、DDS正弦信号输入端以及高速比较器，所述单片机方波信号输入端连接所述反向积分电路，所述反向积分电路的输出端连接所述低通滤波电路，所述低通滤波电路和DDS正弦信号输入端共同连接到所述高速比较器的两端。
[0011]作为本实用新型的非接触式超声裂解系统的改进，所述采样鉴相电路包括相位比较电路、差分放大电路、模数转换器，其中，所述相位比较电路包括换能器端电流信号输入端、换能器端电压信号输入端、模拟乘法器，所述换能器端电流信号输入端和换能器端电压信号输入端分别连接所述模拟乘法器的两端，所述模拟乘法器同时连接所述差分放大电路，所述差分放大电路连接所述模数转换器。
[0012]作为本实用新型的非接触式超声裂解系统的改进，所述换能器负载包括离心管组、能量释放槽、谐振底盘。
[0013]本实用新型的有益效果是:本实用新型的非接触式超声裂解系统对输入电压进行逆变、变频后进行阻抗匹配，接入换能器负载组，超声波裂解电源驱动换能器负载组，换能器负载组可以以最佳转换效率作用于待破碎样品，控制电路工作稳定可靠。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本实用新型的非接触式超声裂解系统的一【具体实施方式】的结构方框图；
[0015]图2为图1中升压/降压斩波电路的电路图；
[0016]图3为图1中换能器负载的部分结构示意图；
[0017]图4为图1中DDS逆变驱动电路的电路图；
[0018]图5为图1中采样鉴相电路的电路图。
【具体实施方式】
[0019]以下将结合附图所示的【具体实施方式】对本实用新型进行详细描述。但这些实施方式并不限制本实用新型，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本实用新型的保护范围内。
[0020]本实用新型的非接触式超声裂解系统适用于对细胞进行裂解破碎，其对输入电压进行逆变、变频后进行阻抗匹配，接入换能器负载组，超声波裂解电源驱动换能器负载组，换能器负载组可以以最佳转换效率作用于待破碎样品，控制电路工作稳定可靠。
[0021]如图1所示，本实用新型的非接触式超声裂解系统包括:逆变主电路10、换能器负载20、上位机通讯电路30、功率PWM调节电路40、DDS逆变驱动电路50、按键输入显示电路60、单片机70、采样鉴相电路80。
[0022]其中，所述逆变主电路10连接所述换能器负载20，所述换能器负载20连接所述采样鉴相电路80，所述采样鉴相电路80连接所述单片机70，所述单片机70还分别与上位机通讯电路30、功率PWM调节电路40、DDS逆变驱动电路50、按键输入显示电路60相连接。
[0023]具体地，所述逆变主电路10包括整流滤波电路11、升压/降压斩波电路12、全桥逆变电路13以及阻抗匹配电路14。其中，所述整流滤波电路11连接所述升压/降压斩波电路12，所述升压/降压斩波电路12连接所述全桥逆变电路13，所述全桥逆变电路13连接所述阻抗匹配电路14。所述阻抗匹配电路14进一步连接所述换能器负载20，其可驱动换能器负载按预设频率、功率进行工作。
[0024]如图2所示，所述升压/降压斩波电路12包括前级整流滤波输出端121、BUCK/BOOST斩波电路122、单片机PWM波信号输入端123以及放大电路124，所述单片机PWM波信号输入端123连接所述放大电路124，所述放大电路124连接所述BUCK/BOOST斩波电路122，所述BUCK/BOOST斩波电路122连接所述前级整流滤波输出端121。其中，放大电路124为由运算放大器构成的同相比例放大电路，从而，单片机70的PWM波形经放大电路的同相放大后，输送至BUCK/BOOST斩波电路122的开关MOS管的栅极。放大电路124中使用的运算放大器的型号为0P07D，BUCK/BOOST斩波电路中的MOS管的型号为IXGH60N60A。
[0025]进一步地，上述实施方式中，MOS管、输出二极管和电感的连结节点处，开关动作产生了一个脉冲序列。电感跟输出电容相连，只有在输出二极管导通时，一个有效的LC输出滤波器才形成，过滤脉冲序列，产生直流输出电压。从而实现直流端的功率控制。
[0026]如图3所示，所述换能器负载20连接采样鉴相电路80，所述采样鉴相电路80进一步连接所述单片机70。具体地，换能器负载20包括离心管组21、能量释放槽22、谐振底盘23。其中，离心管组的转速可调，谐振底盘由换能器组成。该换能器负载20按照如下方式进行工作:谐振底盘供电后，换能器使得谐振底盘谐振，并按照预设频率振动，产生空化泡，空化泡在能量释放槽中由于能量积聚空化核变大并破碎释放，释放的能量作用于离心管组，从而实现细胞、病毒等的颗粒释放。
[0027]如图4所示，所述DDS逆变驱动电路50包括单片机方波信号输入端51、反向积分电路52、低通滤波电路53、DDS正弦信号输入端54以及高速比较器55。其中，所述反向积分电路52和高速比较器55分别由各自的运算放大器构成。反向积分电路52中的运算放大器的型号为LM741，DDS正弦信号输入端54中使用的DDS的型号为AD9851。
[0028]所述单片机方波信号输入端51连接所述反向积分电路52，从而，前级方波信号经反向积分电路中的运算放大器积分为相同频率三角波。所述反向积分电路52的输出端连接所述低通滤波电路53，所述低通滤波电路53和DDS正弦信号输入端52共同连接到所述高速比较器55的两端，并使用自然采样法比较输出产生一路SPWM逆变所需的驱动波。
[0029]所述单片机70与上位机通讯电路30连接实现串行通讯控制，同时，所述单片机70与所述按键输入显示电路60连接，实现预设功率的输入和相关参数的显示。所述单片机70与DDS逆变驱动电路50连接，实现SPWM逆变驱动波的产生。功率PWM调节电路40实现对单片机70功率0-100%的控制。
[0030]此外，所述单片机70通过DB100温度传感器连接于换能器负载20，上位机通过上位机通讯电路30实时监测能量释放槽22的温度以及局部功能的二次开发和相关参数的调试。
[0031]如图5所示，所述采样鉴相电路80包括相位比较电路81、差分放大电路82、模数转换器83。其中，差分放大电路82中的差分放大器的型号为AD8138，模数转换器83的型号为ADC0832。所述相位比较电路81包括换能器端电流信号输入端811、换能器端电压信号输入端812、模拟乘法器813。其中，模拟乘法器的型号为AD633,
[0032]所述换能器端电流信号输入端811和换能器端电压信号输入端812分别连接宽范围工作电压的模拟乘法器813的两端，所述模拟乘法器813连接具有宽带宽、高输入阻抗的差分放大电路82，得到相位比较后的模拟信号，所述差分放大电路82连接所述模数转换器83，实现数字化输出。
[0033]所述单片机通过自带的AD采样器采集电流信号，所述采样鉴相电路获取相位信息实时调整输出频率，使得所述外部换能器负载在谐振频率处工作，当前设定功率、实际采样回来的电压电流以及所处谐振频率实时同步于所述按键输入显示电路。
[0034]综上所述，本实用新型的非接触式超声裂解系统对输入电压进行逆变、变频后进行阻抗匹配，接入换能器负载组，超声波裂解电源驱动换能器负载组，换能器负载组可以以最佳转换效率作用于待破碎样品，控制电路工作稳定可靠。
[0035]对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
[0036]此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
【权利要求】
1.一种非接触式超声裂解系统，其用于对细胞进行裂解破碎，其特征在于，所述非接触式超声裂解系统包括:逆变主电路、换能器负载、上位机通讯电路、功率PWM调节电路、DDS逆变驱动电路、按键输入显示电路、单片机、采样鉴相电路； 所述逆变主电路连接所述换能器负载，所述换能器负载连接所述采样鉴相电路，所述采样鉴相电路连接所述单片机，所述单片机还分别与上位机通讯电路、功率PWM调节电路、DDS逆变驱动电路、按键输入显示电路相连接。
2.根据权利要求1所述非接触式超声裂解系统，其特征在于，所述逆变主电路包括整流滤波电路、升压/降压斩波电路、全桥逆变电路以及阻抗匹配电路，所述整流滤波电路连接所述升压/降压斩波电路，所述升压/降压斩波电路连接所述全桥逆变电路，所述全桥逆变电路连接所述阻抗匹配电路。
3.根据权利要求2所述的非接触式超声裂解系统，其特征在于，所述升压/降压斩波电路包括前级整流滤波输出端、BUCK/BOOST斩波电路、单片机PWM波信号输入端以及放大电路，所述单片机PWM波信号输入端连接所述放大电路，所述放大电路连接所述BUCK/BOOST斩波电路，所述BUCK/BOOST斩波电路连接所述前级整流滤波输出端。
4.根据权利要求1所述非接触式超声裂解系统，其特征在于，所述DDS逆变驱动电路包括单片机方波信号输入端、反向积分电路、低通滤波电路、DDS正弦信号输入端以及高速比较器，所述单片机方波信号输入端连接所述反向积分电路，所述反向积分电路的输出端连接所述低通滤波电路，所述低通滤波电路和DDS正弦信号输入端共同连接到所述高速比较器的两端。
5.根据权利要求1所述非接触式超声裂解系统，其特征在于，所述采样鉴相电路包括相位比较电路、差分放大电路、模数转换器，其中，所述相位比较电路包括换能器端电流信号输入端、换能器端电压信号输入端、模拟乘法器，所述换能器端电流信号输入端和换能器端电压信号输入端分别连接所述模拟乘法器的两端，所述模拟乘法器同时连接所述差分放大电路，所述差分放大电路连接所述模数转换器。
6.根据权利要求1所述非接触式超声裂解系统，其特征在于，所述换能器负载包括离心管组、能量释放槽、谐振底盘。
【文档编号】B02C19/18GK204134714SQ201420478800
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年8月22日 优先权日:2014年8月22日
【发明者】许宜申, 施恩, 胡超, 顾济华, 陶智 申请人:苏州大学