Питание и управление ультразвуковым устройством, что это такое
Обновлено: 07.07.2024
Акустические каналы для имплантируемых медицинских устройств (имплантатов) привлекли внимание, прежде всего, потому, что они обеспечивают маршрут к беспроводным системам глубокого проникновения в ткани. Миниатюризация имплантатов является ключевой целью этих исследований, номинально потому, что имплантаты меньшего размера приводят к менее острому повреждению тканей. Размер имплантата в большинстве акустических систем ограничен объемным пьезокристаллом, используемым для сбора энергии и передачи данных. Дальнейшая миниатюризация пьезокристалла может снизить эффективность передачи энергии системы и надежность передачи данных. Здесь мы представляем новый метод упаковки пьезокристалла имплантата; метод максимизирует эффективность передачи мощности (η) от акустической мощности на пьезоповерхности к мощности, подаваемой на электрическую нагрузку и передачу информации по акустической линии связи. Наш метод основан на размещении якорей пьезо-подложки в пьезо-областях, где колебательное смещение интересующей моды равно нулю. Чтобы оценить наш метод, мы исследовали упакованные пьезокристаллы размером 1×1×1 мм 3 , собранные с якорями разного размера. Наши результаты показывают, что уменьшение размера анкера снижает потери в анкере и, таким образом, улучшает коэффициент качества пьезоэлемента (Q). Мы также показываем, что этот метод улучшает электромеханическую связь системы. Продемонстрировано, что сильно связанный высокодобротный пьезоэлемент с правильно подобранными и расположенными якорями обеспечивает значительно более высокое значение η и превосходную способность передачи данных при резонансе. В целом, эта работа представляет собой анализ и общий метод упаковки пьезокристалла имплантата, который позволяет спроектировать эффективную акустическую мощность и каналы передачи данных, что открывает путь к дальнейшей миниатюризации ультразвуковых имплантатов до субмиллиметровых масштабов.
Похожие статьи
Chang TC, Weber MJ, Charthad J, Baltsavias S, Arbabian A. Chang TC, et al. IEEE Trans Biomed Circuits Syst. 2018 Окт;12(5):1100-1111. doi: 10.1109/TBCAS.2018.2871470. Epub 2018, 20 сентября. IEEE Trans Biomed Circuits Syst. 2018. PMID: 30235147 Бесплатная статья PMC.
Озери С., Шмиловиц Д. Озери С. и др. Ультразвук. 2014 сен; 54 (7): 1929-37. doi: 10.1016/j.ultras.2014.04.019. Epub 2014 2 мая. Ультразвук. 2014. PMID: 24861424
Chang TC, Weber MJ, Wang ML, Charthad J, Khuri-Yakub BP, Arbabian A. Chang TC, et al. IEEE Trans Ultrason Ferrolectr Freq Control. 2016 Октябрь; 63 (10): 1554-1562. doi: 10.1109/TUFFC.2016.2606655. Epub 2016 Sep 7. IEEE Trans Ultrason Ferrolectr Freq Control. 2016. PMID: 27623580
Ганбари М.М., Мюллер Р. Ганбари М.М. и др. IEEE Trans Biomed Circuits Syst. 2020 дек;14(6):1381-1392. doi: 10.1109/TBCAS.2020.3033488. Epub 2020, 31 декабря. IEEE Trans Biomed Circuits Syst. 2020. PMID: 33095711
Шен К., Махарбиз М.М. Шен К. и др. IEEE Trans Biomed Eng. 2020 авг;67(8):2230-2240. doi: 10.1109/TBME.2019.2957732. Epub 2019, 6 декабря. IEEE Trans Biomed Eng. 2020. PMID: 31825858
Ультразвуковой генератор, также известный как ультразвуковой источник питания, ультразвуковой электронный блок, ультразвуковые контроллеры, который является важным компонентом мощной ультразвуковой системы.
Роль ультразвукового генератора заключается в преобразовании электропитания в высокочастотный сигнал переменного тока, соответствующий ультразвуковому преобразователю, а затем в работу ультразвукового преобразователя. Учитывая эффективность преобразования, в высокомощных ультразвуковых преобразователях обычно используется схема питания с импульсным режимом. Ультразвуковой источник питания делится на самовозбуждение и мощность внешнего силового возбуждения, в то время как мощность самовозбуждения называется ультразвуковой аналоговой мощностью, мощность внешнего силового возбуждения называется ультразвуковым генератором.
< /p>
Описание ультразвукового генератора:
Ультразвуковой генератор, использующий ведущую в мире структуру цепи колебаний мощности внешнего возбуждения, представляющую собой структуру цепи колебаний с самовозбуждением, его выходная мощность увеличилась на 10%.
Ультразвуковая усилительная схема представляет собой линейный усилитель и импульсную схему источника питания.
Преимущества схемы питания модели переключения: высокая эффективность преобразования, поэтому источник питания высокой мощности ультразвуковой с использованием этой формы.
Преимущества линейной схемы питания: нет строгих требований к согласованию схемы, допускается непрерывное быстрое изменение рабочей частоты.
Принцип ультразвукового генератора:
Ультразвуковой генератор для генерации определенной частоты, этот сигнал может быть синусоидальным сигналом или может быть импульсным сигналом, эта конкретная частота является частотой преобразователя для работы. Ультразвуковые частотные устройства обычно используются на частотах 20 кГц, 25 кГц, 28 кГц, 33 кГц, 40 кГц, 60 кГц, 80 кГц, но не получили широкого распространения для частот 100 кГц и выше.
Сигналы обратной связи ультразвукового генератора:
Безупречный ультразвуковой генератор имеет узел обратной связи, который предлагает следующие два аспекта сигнала обратной связи.
Выходная мощность:
При изменении напряжения питания ультразвукового генератора изменяется и выходная мощность генератора. Сделайте механическую вибрацию ультразвукового преобразователя нестабильной, что приведет к плохим результатам работы. Следовательно, требуется стабильная выходная мощность через сигнал обратной связи по мощности для регулировки усилителя, чтобы сделать усилитель мощности стабильным.
Отслеживание частоты:
Преобразователи, работающие с максимальной эффективностью, на резонансной частоте работают наиболее стабильно. При этом резонансная частота преобразователя изменится из-за сборки или старения. Если частота просто дрейфует, изменяется незначительно, сигнал отслеживания частоты может управлять генератором сигналов, делая частоту генератора сигналов в пределах определенного диапазона резонансной частоты преобразователя, чтобы генератор работал в наилучшем состоянии.
Преимущества ультразвукового генератора:
Ультразвуковой генератор может контролировать рабочую частоту системы, мощность.
В соответствии с различными требованиями пользователей, регулировка различных параметров в режиме реального времени: таких как мощность, амплитуда и время работы.
Настройка частоты: регулировка частоты ультразвукового преобразователя всегда работает в наилучших условиях, для максимальной эффективности, диапазон регулировки 2%.
Автоматический с частотой: после того, как ваше устройство завершит первоначальную настройку, генератор может работать в непрерывном режиме без необходимости регулировки.
Управление амплитудой: нагрузка преобразователя изменяется во время работы, можно автоматически регулировать характеристики вождения, чтобы обеспечить стабильную амплитуду головки инструмента.
Защита системы: когда система работает в неблагоприятных условиях, генератор перестает работать и выводит сигнал тревоги, чтобы защитить оборудование от повреждений.
Регулировка амплитуды: амплитуда может мгновенно увеличиваться или уменьшаться в процессе работы, диапазон настройки амплитуды: от 0% до 100%.
Автоматический поиск частоты: автоматическое определение рабочей частоты инструментальной головки и ее сохранение.
Посмотрите, можно ли использовать ультразвуковую кавитацию для фиксации атмосферного азота с меньшими затратами, чем процесс Габера.
Питер Уолш • 26.04.2015 в 22:10 • 6 комментариев
Обзор
1) Платы питания ультразвуковых преобразователей, найденные на eBay,... не подходит для использования хакерами.
2) Несмотря на осторожность, мне удалось сжечь один.
3) Судя по всему, никто больше не смог заставить их работать.
4) Я полный трус, когда дело касается высоковольтных измерений.
Неудача на хакаде
Для проекта я изначально планировал построить и описать два типа ультразвуковых экспериментальных наборов: «простой» блок на базе платы питания eBay с реле времени, который было бы легко купить и собрать, и «разработанный» блок питания с регулируемой мощностью и микропроцессорным управлением.
С тех пор я поэкспериментировал с ультразвуковой платой питания, поставляемой с моим датчиком, и пришел к выводу, что она совершенно бесполезна для хакерских целей. Кроме того, мне удалось сжечь один, несмотря на осторожность.
Мое объяснение того, почему эти платы так легко перегорают, приведено ниже после некоторой вводной информации о настроенных схемах.
(NB: Приносим извинения за большие изображения - система http://hackaday.io не сохраняет размер изображения должным образом. При редактировании оно выглядит хорошо, но после публикации изображения возвращаются к «полноразмерному».)
Питание резонансного контура
Как упоминалось в предыдущем посте, ультразвуковой преобразователь фактически представляет собой последовательный резонансный LC-контур: электроды пьезопластины образуют конденсатор, а резонирующая масса действует как индуктивность.
![]() < /td> | ![]() |