一种可变相阵电极装置的制作方法

1.本发明属于电极式电灼仪技术领域。


背景技术：

2.高频电灼仪在目前的实际使用中绝大部分都是用于组织的消融和组织的坏死。目前市场上很多的射频美容技术都是从原始的高频电灼仪演变而来的产品。该技术是通过更改电极的结构和能量来实现的，将能量加载到人体皮肤上，当高频电流流过组织的时候，会产生焦耳热，利用胶原蛋白在45
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50度左右会使得三太链发生断裂。让胶原蛋白发生细胞的重组，提升细胞的弹性，促进胶原蛋白再生，同时还会还会刺激真皮层分泌更多的新的胶原纤维再生。但是目前市场上有很多采用高频电灼仪这种技术的美容设备，产品的可靠性都存在风险，如在工作过程中由于温度的升高导致阻抗降低，且瞬间能量较高，会使得患者感觉不适应，有针刺感，并会遇到灼伤皮肤等情况。
3.如申请号为cn109498996a的发明专利申请中，着重于多电极间的相位设计来控制均匀加热。当电级数目固定以后，就完全将相位角度固定，一方面这种方式虽然可以使得任意两个电极之间存在能量输出，但是相隔较远的两个电极之间虽然也有能量的输出，但相隔较远的两个电极在作用于人体的时候，两端的阻抗参数会比相隔较近的两个电极之间的参数大好多，所以这种情况下不能实现区域的均匀加热，仍然存在可靠性问题。另一方面该专利申请并没有没有考虑寄生参数的存在，并不能是效率达到最大化。所以只是控制角度的排列方式并不能够实现对作用区域内的均匀加热。


技术实现要素：

4.发明目的：针对以上缺点，本发明提供一种可变相阵电极装置，解决现有技术的电极式电灼仪中由于寄生参数导致谐振点发生偏移的技术问题，目的是能够使得电极作用区域内均匀的对负载进行加热。
5.技术方案：为解决上述问题，本发明可变相阵电极装置可采用以下技术方案：
6.一种可变相阵电极装置，包括电极模组、电压采样电路、电流采样电路、温度检测电路、主控制器、驱动电路、阻抗匹配电路；
7.所述电极模组包括中心的公共电极以及均匀围绕公共电极布置的若干外围电极；所述两个外围电极之间以及每个外围电极到公共电极之间用以接负载而形成负载端；
8.所述主控制器用以根据预设的参数产生一定频率的驱动信号、电压调幅指令，使得驱动电路产生一定幅值的驱动信号；驱动信号经过阻抗匹配电路加载到负载端；然后根据负载的反馈参数在进一步调节形成闭环调节；
9.所述阻抗匹配电路用以匹配电路中存在的寄生电感和/或寄生电容，使负载端的电抗z＝r0；其中r0为负载端的实际阻抗。
10.有益效果：与现有技术相比较，本发明提供的可变相阵电极装置能够通过电压采样电路、电流采样电路的实时采样，来获取在现有相位情况下的负载参数，然后同过控制阻
抗匹配电路来匹配电路中存在的寄生电感和/或寄生电容，以调整电路的效率；以降低或消除电极所在电路中寄生参数对效率的影响；避免出现某电极与其他电极的效率不同导致发热量不同的问题。同时，本发明中采用了公共电极以及均匀围绕公共电极布置若干外围电极的方式，即两个相邻外围电极与公共电极形成一个三角区域，该三角区域中的边长相同，在消除了寄生参数影响的情况下，发热量也相同，从而使的围绕公共电极的若干外围电极围城的区域中发热量均相同。
附图说明
11.图1是本发明可变相阵电极装置的电极模组的结构示意图。
12.图2是本发明可变相阵电极装置的电极模组中的电路示意图。
13.图3是本发明可变相阵电极装置的电极模组中的电路结构图。
14.图4是进行阻抗匹配的流程图。
具体实施方式
15.以下结合附图对本发明的具体实施方式进行说明。
16.请结合图1、图2所示，本发明提供的可变相阵电极装置包括上位机、电极模组(图2中电极输出口表示)、电压采样电路(图2中的电压互感器)、电流采样电路(图2中的电流互感器)、乘法器、温度检测电路、主控制器、驱动电路、阻抗匹配电路、电压调幅模块。
17.其中，如图1所示，所述电极模组包括中心的公共电极p0以及均匀围绕公共电极p0布置的若干外围电极p1～pn(n为外围电极数量，在本实施方式中n＝6)；所述两个外围电极之间以及每个外围电极到公共电极之间用以接负载而形成负载端。
18.上位机用以设置电极间输出相位差和输出的能量等级。
19.所述主控制器用以根据预设的参数产生一定频率的驱动信号、电压调幅指令，使得驱动电路产生一定幅值的驱动信号；并根据计算乘法器、电压电流采样值来控制阻抗匹配电路，以完成阻抗匹配电路；驱动信号经过阻抗匹配电路加载到负载端；然后根据负载的反馈参数在进一步调节形成闭环调节。主控制器通过电压调幅模块产生电压调幅指令。
20.所述阻抗匹配电路用以匹配电路中存在的寄生电感和/或寄生电容，使负载端的电抗z＝r0；其中r0为负载端的实际阻抗。
21.请再结合图1所示，每个外围电极到公共电极的距离相等，相邻两外围电极之间的距离也相等。p1的电极与公共点p0的电压初始的相位角度为0，然后一次相位角递增360
°
/n；另外需要注意的电极的半径为r，外围两个电极之间的距离为l1，p0与pn之间的距离为l2，p0与p1之间的电流为i，有一点值得注意的是要想在在治疗区域达到实际的治疗效果必要保证，电极之间的距离要小于等于电极的半径，具体原理见文献：美容皮肤科学会杂志，2015，第2卷，第1
‑
22页记载的基础射频:物理学、安全性及美学应用(diane irvine duncan,michael kreindel.basic radiofrequency:physics and safety and application to aesthetic.本专利所引用的是该文献的双极射频系统(bipolar radiofrequency systems)。该文章阐述了组织对双极射频的响应可以通过使用猪组织进行体外研究的热实验来证明。对于该文献中所示的双极系统，大部分热量集中在电极之间。双极器件的射频穿透深度是电极尺寸和它们之间的距离相关。通过增加电极之间的距离，
电流可以更深，但散度也会增加。当电极间距远大于电极尺寸时，加热曲线近似于两个单极电极。所以对于双极特点的电极装置，电极之间的距离约为电极大小或更小，穿透深度约为电极之间距离的一半，分布的能量均匀。随着电极间距离的增加，射频能量分布变得不均匀，大部分热量集中在电极表面附近。该文献中给出的双极几何结构，其中两个电极的大小相同，为10毫米，它们之间的距离为10毫米。该热区位于电极之间，并具有均匀分布至深度5毫米。对于双极几何，电极之间的距离约为电极大小或更小，穿透深度约为电极之间距离的一半。随着电极间距离的增加，射频能量分布变得不均匀，大部分热量集中在电极表面附近。因此要使得两电极间均匀受热，必须控制电极间的距离和电极的大小关系。
22.故，间隔电极之间的能量基本对电极之间的在组织起不到治疗的效果，这部分热均衡中占比很小。所以只要考虑p0与pn之间的电参数与外围相邻电极之间的电参数就能达到均匀加热的效果。在本实施方式种，采用的方式是，所述外围电极均为尺寸相同的圆形电极且半径为r；两个外围电极之间的距离l1≤2r；外围电极到公共电极的距离l2≤2r。
23.下面再以外围6电极与中心电极p0组成的一个阵列结构为实例，p0是公共电极，电位为0，pn输出的有效值为u的高频正弦波，假设p1的相位角为0
°
，那么外围电极与中心p0电极的电压可以表示为：ψ＝360
°
/n，a为电压的幅值。
24.假设组织的电导率为ρ，电阻r＝l*ρ,所以当外围电级与p0之间的压有效值u相同时，对于p0与外围电级之间的电流i＝u/r,所以在不考虑其他参数的影响的情况下，p0与外围电极之间产生的热量是相同的，另外由于外围电极是等角度分布排列的，所以任何相邻外围电极之间的电压值为
[0025][0026]
当n＝6的时候，那么依次的角度为360
°
/6＝60
°
递增，这样能够保证p1—>p2、p2—>p3、p3—>p4、p5—>p6电极作用在负载端产生的能量在相同的周期内是相同的。
[0027]
以上的结论是在理想的情况下实现的，但是在实际的情况下，并不是这么理想，任何两个电极之间都会由于线束上的电感l、线与线之间的寄生电容c，都会导致到达负载端的电压值有所差异，这样也会导致区域类受热不均匀，为了解决这一缺点，在本实施方式中加入了阻抗匹配电路，来可以克服寄生参数的影响。如图3所示，所述阻抗匹配电路包括第一模块及与第一模块并联的第二模块；所述第一模块包括n条相互并联的第一线路，每条第一线路包括一个第一匹配电阻及一个匹配电容；第一线路上的两端均设有开关，两个相邻的第一匹配电阻的相同一端也设有开关，两个相邻匹配电容的一端也设有开关；所述第二模块包括n条相互并联的第二线路，每条第二线路包括一个第二匹配电阻，每条第二线路上均设有开关；其中n为外围电极的数量。
[0028]
由于驱动端到负载端会存在寄生的串联电感l
串
，电极与电极之间会出存在寄生的并联电容c
并
，假设当负载一定时，在不考虑任何寄生参数的情况下，负载端的电压为其中a为电压的幅值；ω为角频率；t为自变量；ψ0为初始的相位角；当电路中存在寄生电感l
串
的时候，调节阻抗匹配电路中的l
n
与c
m
，使得其中l
n
为第n条第一线路上的第一匹配电阻的电感值，c
m
为第m条第一线路上的匹配电容的电容
值；m和n可以不等。
[0029]
当存在寄生电容c
并
的时候，调节l
ln
使得来匹配寄生电容；其中l
ln
为第n条第二线路上的第二匹配电阻的电感值。
[0030]
结合图4所示，所述主控制器用以控制乘法器及阻抗匹配电路，以完成阻抗匹配。
[0031]
所述电压采样电路、电流采样电路均与乘法器连接；电压采样电路用以对负载端电压的测量；电流采样电路用以对负载端电流的测量；乘法器用以测量电路中的有功功率。
[0032]
而再结合图4所示，判断阻抗匹配是否完成的流程是，当电压采样电路采集到的电压波形与电流采样电路的电压波形存在相位差的时候，判定电路中存在寄生参数。其中，分别通过调节匹配值来判断是电路中是存在寄生电容还是寄生电感。如果调节第二线路的参数相位角变小则可以判断存在寄生电容，否则是存在寄生电感。当电压采样电路采集到的电压波形与电流采样电路的电压波形之间的相位角为零时，判定阻抗匹配已经完成。故上述实施方式能够通过电极间的阵相排布与阻抗匹配相结合以实现对负载所在区域的均匀加热。
[0033]
本发明具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。