高强度聚焦超声信号校准电路的制作方法

本发明涉及信号处理技术领域，特别是涉及高强度聚焦超声信号校准电路。

背景技术：

高强度聚焦超声技术应用于医学领域无创治疗肿瘤，原理为：将高强度聚焦超声能量汇聚到病变组织区域，使该区域温度瞬间升高到70℃以上，致使焦域内的组织细胞产生凝固性坏死，失去增殖、浸润和转移能力。

目前高强聚焦超声肿瘤治疗系统包括球冠体、超声功率装置和超声压电换能器，超声功率装置包括超声发射控制器和超声功率源，超声发射控制器用于控制超声功率源的脉冲发送，超声功率源和超声压电换能器连接，超声功率源激励超声压电换能器发射一定剂量的超声波，通过球冠体的内壁聚焦在球冠体前端的某些点上，形成焦斑，作用以人体达到治疗的目的。

剂量的大小主要取决于超声功率源输出的超声频率信号，而超声频率信号具体是由超声功率源中震荡电路、功率放大电路、换能器匹配电路把市电转换过来的，受市电供电电源、电路元器件参数及传输衰减影响，产生的超声频率信号的频率、幅度会发生偏差，因此提高超声功率源输出超声频率信号精度是保证治疗效果的重要技术问题之一。

所以本发明提供一种新的方案来解决此问题。

技术实现要素：

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的在于提供高强度聚焦超声信号校准电路，有效的解决了超声功率源产生的超声频率信号的频率、幅度会发生偏差，无法保证精度的问题。

其解决的技术方案是，包括频率调制电路、幅度分离电路、幅度调节电路，其特征在于，所述频率调制电路接收超声功率源输出的超声脉冲频率信号，经电阻r1-电阻r3、电容c1-电容c3组成的选频电路选频，滤除超声脉冲频率信号以外的信号，进入运算放大器ar1的反相输入端与同相输入端的基准超声频率信号减法运算，输出频偏信号，频偏信号经电容cr、电感lr、电感l2、电阻r4组成的频率电压转换电路输出电压信号，引起变容二极管vd1极间电容的变化，进而调节三极管q1为核心的震荡电路产生的超声频率信号，所述幅度分离电路接收频率调制电路输出的超声频率信号，经三极管q2和三极管q3为核心的同步分离电路，将超声频率信号分离为两路频率相同幅度衰减1/2的信号，通过反向串联的光电耦合器u1、u2检测分离是否同步，输出高低电平驱动三极管q4导通或截止，三极管q2和三极管q3为核心的同步分离电路复位，再次对超声频率信号分离，所述幅度调节电路通过运算放大器ar2、运算放大器ar3分别对两路分离后信号进行放大，其中放大后信号经由运算放大器ar6/运算放大器ar4与1/2标准幅度信号计算出幅度差，改变mos管t1/mos管t2漏源间阻值，进而调节运算放大器ar2/ar3反馈深度，改变放大倍数，最后经运算放大器ar5耦合叠加后输出，以此解决调节大幅度信号精度低的问题。

由于以上技术方案的采用，本发明与现有技术相比具有如下优点；

1，超声功率源输出的超声脉冲频率信号，经选频电路选频，滤除超声脉冲频率信号4mhz以外的信号，进入三极管q1、电阻r6-电阻r9、电容c4、电容c5、电感l3组成的震荡电路进一步调制后输出，调制后信号还经运算放大器ar1计算出频偏信号、频率电压转换电路转换为电压信号，此电压引起变容二极管vd1极间电容的变化，进而调节经震荡电路再次调制的超声脉冲信号的频率，以解决频偏的问题；

2，经再次调制后的超声脉冲频率信号经三极管q2和三极管q3为核心的同步分离电路，分离为两路频率相同幅度衰减1/2的信号，并通过反向串联的光电耦合器u1、u2检测分离是否同步，不同步时驱动同步分离电路复位，再次对超声频率信号分离；

分离后信号分别进入同相比例放大器和反相比例放大器进行比例放大，放大后信号还经由运算放大器ar6/运算放大器ar4与1/2标准幅度信号计算出幅度差，经电解电容e1/e2反相后，改变mos管t1/mos管t2漏源间阻值，进而调节运算放大器ar2/ar3反馈深度，改变运算放大器ar2/运算放大器ar3的放大倍数，最后经运算放大器ar5耦合叠加后输出，以此解决超声脉冲频率信号幅度大直接调节精度低的问题。

附图说明

图1为本发明的电路模块图。

图2为本发明的电路原理图。

图3为本发明的幅度分离电路分离前后对比图。

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图1至附图3对实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的结构内容，均是以说明书附图为参考。

下面将参照附图描述本发明的各示例性的实施例。

实施例一，高强度聚焦超声信号校准电路，所述频率调制电路接收超声功率源输出的超声脉冲频率信号，经电阻r1-电阻r3、电容c1-电容c3组成的选频电路选频，滤除超声脉冲频率信号4mhz以外的信号，进入三极管q1、电阻r6-电阻r9、电容c4、电容c5、电感l3组成的震荡电路进一步调制后输出，调制后信号进入运算放大器ar1的反相输入端与同相输入端的基准超声频率信号减法运算，输出频偏信号，频偏信号经电容cr、电感lr、电感l2、电阻r4组成的频率电压转换电路输出电压信号，具体的频偏信号经电容cr、电感lr、电感l2等效为一个电阻值，与电阻r4串联后产生一个电压，此电压引起变容二极管vd1极间电容的变化，进而调节经震荡电路再次调制的超声脉冲信号的频率，以符合频率精度要求，解决频偏的问题，之后进入幅度分离电路，经三极管q2和三极管q3为核心的同步分离电路，将超声频率信号分离为两路频率相同幅度衰减1/2的信号，具体的：如型号为hy2900聚焦超声治疗系统超声功率源输出的4mhz、100v、550w/cm2的超声频率信号（由于幅度大，通过常见的放大器、三极管直接调节难以达到精度要求，设计同步分离电路，对幅度衰减1/2的信号，放大调节后再耦合，以此达到调节的精度）经串联的电阻r10和电阻r11限流后加到三极管q3的基极，当高于三极管q3的发射极电压+50v时，三极管q3处于放大状态，+50v-+100v幅度的超声频率信号分离出来，同理超声频率信号经二极管d1单向导电、电容c6耦合后加到三极管q2的基极，当低于三极管q2的发射极电压+50v时（由电阻r12、r13、r14、电阻r15及电阻r17组成的分压电路提供），三极管q2处于放大状态，+0v-+50v幅度的超声频率信号分离出来，即将一路+0v-+100v超声频率信号分离成两路频率相同、幅度差值为50v的超声频率信号，也即为衰减1/2的信号，为了保证分离后两路频率相同幅度衰减1/2的信号同步，通过反向串联的光电耦合器u1、u2进行检测，输出高低电平驱动三极管q4导通或截止，三极管q2和三极管q3为核心的同步分离电路复位，再次对超声频率信号分离，所述幅度调节电路接收幅度分离电路输出的两路频率相同幅度衰减1/2的信号，分别进入电阻r19、电阻r21、运算放大器ar2组成的同相比例放大器和电阻r20、电阻r22、运算放大器ar3组成的反相比例放大器进行比例放大，放大后信号还经由运算放大器ar6/运算放大器ar4与1/2标准幅度信号（具体的与+50v-+100v，+0v-+50v信号）进行减法运算，计算出幅度差，经电解电容e1/e2反相后，改变mos管t1/mos管t2漏源间阻值，进而调节运算放大器ar2/ar3反馈深度，改变运算放大器ar2/运算放大器ar3的放大倍数，运算放大器ar2/运算放大器ar3放大后信号分别进入运算放大器ar5的同相输入端和反相输入端，运算放大器ar5减法比例运算，设置电阻r27、电阻r26、电阻r24阻值相同，最后输出一路调幅后的+0v-+100v超声频率信号，以此保证大幅度调节的精度。

实施例二，在实施例一的基础上，所述幅度分离电路接收频率调制电路输出的超声频率信号，经三极管q2和三极管q3为核心的同步分离电路，将超声频率信号分离为两路频率相同幅度衰减1/2的信号，具体的：如型号为hy2900聚焦超声治疗系统超声功率源输出的4mhz、100v、550w/cm2的超声频率信号经串联的电阻r10和电阻r11限流后加到三极管q3的基极，当高于三极管q3的发射极电压+50v时（由电阻r12、r13、r14、电阻r15及电阻r17组成的分压电路提供），三极管q3处于放大状态，+50v-+100v幅度的超声频率信号分离出来，同理超声频率信号经二极管d1单向导电、电容c6耦合后加到三极管q2的基极，当低于三极管q2的发射极电压+50v时（由电阻r12、r13、r14、电阻r15及电阻r17组成的分压电路提供），三极管q2处于放大状态，+0v-+50v幅度的超声频率信号分离出来，即将一路+0v-+100v超声频率信号分离成两路频率相同、幅度差值为50v的超声频率信号，也即为衰减1/2的信号，为了保证分离后两路频率相同幅度衰减1/2的信号同步，通过反向串联的光电耦合器u1、u2进行检测，具体的当两路信号均为上升沿时，光电耦合器u1、u2均不导通，光电耦合器u1、u2的引脚4为高电平，三极管q4导通，超声频率信号传输到三极管q2和三极管q3为核心的同步分离电路正常分离，当两路信号一个上升沿一个下降沿时，光电耦合器u1或u2导通，光电耦合器u1、u2的引脚4为低电平，三极管q4截止，三极管q2和三极管q3为核心的同步分离电路复位，随着电容c10充电，三极管q4导通，同步分离电路再次对超声频率信号分离，包括三极管q4，三极管q4的集电极连接三极管q1的集电极，三极管q4的发射极分别连接二极管d1的负极、电阻r10的一端，二极管d1的正极连接电容c6的一端，电容c6的另一端分别连接电阻r12的一端、接地电阻r13的一端、三极管q2的基极，三极管q2的发射极分别连接电阻r15的一端、三极管q3的发射极、接地电阻r17的一端、电阻r12的另一端，电阻r10的另一端分别连接电阻r11的一端、电阻r15的另一端、电阻r14的一端、电容c8的一端，电阻r14的另一端连接电源+100v，电阻r11的另一端连接三极管q3的基极，电容c8的另一端连接三极管q3的集电极、光电耦合器u1的引脚1、光电耦合器u2的引脚2，三极管q2的集电极分别连接接地电阻r16的一端、电容c7的一端，电容c7的另一端分别连接光电耦合器u1的引脚2、光电耦合器u2的引脚1，光电耦合器u1的引脚3和光电耦合器u2的引脚3均连接地，光电耦合器u1的引脚4分别连接光电耦合器u2的引脚4、电阻r18的一端、接地电容c10的一端、三极管q4的基极，电阻r18的另一端连接电源+6v；

所述幅度调节电路接收幅度分离电路输出的两路频率相同幅度衰减1/2的信号，分别进入电阻r19、电阻r21、运算放大器ar2组成的同相比例放大器和电阻r20、电阻r22、运算放大器ar3组成的反相比例放大器进行比例放大，其中调节反馈电阻r21、r22的阻值可调节比例放大的倍数，电容c9接在运算放大器ar2的同相输入端和运算放大器ar3的反相输入端之间，为避免两路信号之间串扰，放大后信号还经由运算放大器ar6/运算放大器ar4与1/2标准幅度信号（具体的与+50v-+100v，+0v-+50v信号）进行减法运算，计算出幅度差，经电解电容e1/e2反相后，改变mos管t1/mos管t2漏源间阻值，进而调节运算放大器ar2/ar3反馈深度，改变运算放大器ar2/运算放大器ar3的放大倍数，运算放大器ar2/运算放大器ar3放大后信号分别进入运算放大器ar5的同相输入端和反相输入端，运算放大器ar5减法比例运算，设置电阻r27、电阻r26、电阻r24阻值相同，最后输出一路调幅后的+0v-+100v超声频率信号，以此解决调节大幅度信号精度低的问题，包括电阻r19、电阻r20，电阻r19的一端连接三极管q3的集电极，电阻r19的另一端分别连接电容c9的一端、运算放大器ar2的同相输入端，运算放大器ar2的反相输入端连接电阻r21的一端，电阻r21的另一端分别连接运算放大器ar2的输出端、运算放大器ar6的同相输入端、电阻r26的一端，运算放大器ar6的反相输入端分别连接电阻r28的一端、电阻r29的一端，电阻r29的另一端和运算放大器ar4的同相输入端连接1/2标准幅度信号，运算放大器ar6的输出端分别连接电阻r28的另一端、电解电容e1的负极、mos管t1的栅极，电解电容e1的正极、mos管t1的源极连接地，mos管t1的漏极连接运算放大器ar2的同相输入端，电阻r26的另一端分别连接运算放大器ar5的同相输入端、电阻r27的一端，电阻r20的另一端分别连接电容c9的另一端、运算放大器ar3的反相输入端，运算放大器ar3的同相输入端连接电阻r22的一端、电阻r22的另一端分别连接运算放大器ar3的输出端、电阻r24的一端、电阻r23的一端、运算放大器ar4的反相输入端，运算放大器ar4的输出端分别连接电阻r23的另一端、电解电容e2的负极、mos管t2的栅极，电解电容e2的正极、mos管t2的源极连接地，mos管t2的漏极连接运算放大器ar3的反相输入端，电阻r24的另一端分别连接接地电阻r25的一端、运算放大器ar5的反相输入端，运算放大器ar5的输出端分别连接电阻r27的另一端、电阻r30的一端，电阻r30的另一端为幅度调节电路的输出信号。

实施例三，在实施例二的基础上，所述频率调制电路接收超声功率源（如型号为hy2900聚焦超声治疗系统超声功率源输出的4mhz、100v、550w/cm2的超声频率信号）输出的超声脉冲频率信号，经电阻r1-电阻r3、电容c1-电容c3组成的选频电路选频，滤除超声脉冲频率信号4mhz以外的信号，进入三极管q1、电阻r6-电阻r9、电容c4、电容c5、电感l3组成的震荡电路进一步调制后输出，调制后信号进入运算放大器ar1的反相输入端与同相输入端的基准超声频率信号（可由示波器提供）减法运算，输出频偏信号，频偏信号经电容cr、电感lr、电感l2、电阻r4组成的频率电压转换电路输出电压信号，具体的频偏信号经电容cr、电感lr、电感l2等效为一个电阻值，与电阻r4串联后产生一个电压，此电压引起变容二极管vd1极间电容的变化，进而调节经震荡电路再次调制的超声脉冲信号的频率，以符合频率精度要求，解决频偏的问题，包括电阻r1、电容c1，电阻r1的一端、电容c1的一端均连接超声功率源输出信号，电阻r1的另一端分别连接电阻r3的一端、接地电容c2的一端，电容c1的另一端分别连接电容c3的一端、接地电阻r2的一端，电阻r3的另一端和电容c3的另一端均连接电感lr的另一端、电阻r4的一端、电阻r6的一端、三极管q1的基极、电感l2的一端、变容二极管dc1的正极、可变电容c4的一端，电阻r4的另一端连接电源+5v，电感l2的另一端、变容二极管dc1的负极、可变电容c4的另一端均连接地，三极管q1的发射极通过电阻r8连接地，三极管q1的集电极分别连接电阻r6的另一端、电阻r7的一端、电感l1的一端、电容c5的一端、接地电阻r9的一端、稳压管z1的负极、运算放大器ar1的反相输入端，稳压管z1的正极连接地，电阻r7的另一端分别连接电感l3的另一端、电阻r31的一端、电容c5的另一端，电阻r31的另一端连接电源+5v，运算放大器ar1的同相输入端连接基准超生频率信号，运算放大器ar1的输出端连接电容cr的一端，电容cr的另一端连接电感lr的一端。

本发明具体使用时，所述频率调制电路接收超声功率源输出的超声脉冲频率信号，经电阻r1-电阻r3、电容c1-电容c3组成的选频电路选频，滤除超声脉冲频率信号4mhz以外的信号，进入三极管q1、电阻r6-电阻r9、电容c4、电容c5、电感l3组成的震荡电路进一步调制后输出，调制后信号进入运算放大器ar1的反相输入端与同相输入端的基准超声频率信号（可由示波器提供）减法运算，输出频偏信号，频偏信号经电容cr、电感lr、电感l2、电阻r4组成的频率电压转换电路输出电压信号，具体的频偏信号经电容cr、电感lr、电感l2等效为一个电阻值，与电阻r4串联后产生一个电压，此电压引起变容二极管vd1极间电容的变化，进而调节经震荡电路再次调制的超声脉冲信号的频率，以符合频率精度要求，解决频偏的问题，之后进入幅度分离电路，经三极管q2和三极管q3为核心的同步分离电路，将超声频率信号分离为两路频率相同幅度衰减1/2的信号，具体的：如型号为hy2900聚焦超声治疗系统超声功率源输出的4mhz、100v、550w/cm2的超声频率信号经串联的电阻r10和电阻r11限流后加到三极管q3的基极，当高于三极管q3的发射极电压+50v时，三极管q3处于放大状态，+50v-+100v幅度的超声频率信号分离出来，同理超声频率信号经二极管d1单向导电、电容c6耦合后加到三极管q2的基极，当低于三极管q2的发射极电压+50v时（由电阻r12、r13、r14、电阻r15及电阻r17组成的分压电路提供），三极管q2处于放大状态，+0v-+50v幅度的超声频率信号分离出来，即将一路+0v-+100v超声频率信号分离成两路频率相同、幅度差值为50v的超声频率信号，也即为衰减1/2的信号，为了保证分离后两路频率相同幅度衰减1/2的信号同步，通过反向串联的光电耦合器u1、u2进行检测，具体的当两路信号均为上升沿时，光电耦合器u1、u2均不导通，光电耦合器u1、u2的引脚4为高电平，三极管q4导通，超声频率信号传输到三极管q2和三极管q3为核心的同步分离电路正常分离，当两路信号一个上升沿一个下降沿时，光电耦合器u1或u2导通，光电耦合器u1、u2的引脚4为低电平，三极管q4截止，三极管q2和三极管q3为核心的同步分离电路复位，随着电容c10充电，三极管q4导通，同步分离电路再次对超声频率信号分离，以此避免三极管q2和三极管q3响应不一致造成的分离不同步的问题，所述幅度调节电路接收幅度分离电路输出的两路频率相同幅度衰减1/2的信号，分别进入电阻r19、电阻r21、运算放大器ar2组成的同相比例放大器和电阻r20、电阻r22、运算放大器ar3组成的反相比例放大器进行比例放大，其中调节反馈电阻r21、r22的阻值可调节比例放大的倍数，电容c9接在运算放大器ar2的同相输入端和运算放大器ar3的反相输入端之间，为避免两路信号之间串扰，放大后信号还经由运算放大器ar6/运算放大器ar4与1/2标准幅度信号（具体的与+50v-+100v，+0v-+50v信号）进行减法运算，计算出幅度差，经电解电容e1/e2反相后，改变mos管t1/mos管t2漏源间阻值，进而调节运算放大器ar2/ar3反馈深度，改变运算放大器ar2/运算放大器ar3的放大倍数，运算放大器ar2/运算放大器ar3放大后信号分别进入运算放大器ar5的同相输入端和反相输入端，运算放大器ar5减法比例运算，设置电阻r27、电阻r26、电阻r24阻值相同，最后输出一路调幅后的+0v-+100v、4mhz的超声脉冲频率信号，以此解决调节大幅度信号精度低的问题。