【CN109793656A】一种基于模糊控制算法的便携式超声理疗仪【专利】
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( 19 )中华人民 共和国国家知识产权局
( 12 )发明专利申请
(21)申请号 201910044494 .6
(22)申请日 2019 .01 .17
(71)申请人 重庆邮电大学 地址 400065 重庆市南岸区南山街道崇文 路2号
(72)发明人 庞宇 张诚 勾俊全 袁鹏飞
(74)专利代理机构 重庆市恒信知识产权代理有 限公司 50102
保 护模块为报警电 路 和声功率监控电 路 ，当超声强度超过安全值时 ，整个电 路将停止 运行，并发出报警；
无线传输模块 ，用于实现 智能终端设备 与超声理疗装置之间的 通 信 ，通过手机终端控 制超声理疗仪，超声理疗仪的各项参数能够在智能终端设备显示，实现人机交互。
2 .根据权利要求1所述的一种基于模糊控制算法的便携式超声理疗仪，其特征在于，所 述升压模块将电 池电 压进行一级升压是指 ：将5V电 压经一级Boost电 路使得电 压快速的 上 升。
2
CN 109793656 A
权 利 要 求 书
的一种基于模糊控制算法的便携式超声理疗仪，其特征 在于 ，所述通过获取换能器两端的电 压 和电 流信号 ，输入模 糊控 制器 ，实时 调节PWM波的 频 率 ，使换能器频率 和超声驱 动电 路输出频率保持一致 ，具体包括 ：S1:将超声换能器两端的 电流和电压的相位差作为反馈信号，反馈信号与参考信号的差值和相对频率的变化率作为 模糊控制器的输入量，进行模糊化；
利 用电 压电 流检 测电 路获得超声换能 器两端电 压电 流 信号 ，经滤波整形 后 ，再 利 用鉴 相器得到电 压电 流的 相位差 ，之 后输入模 糊控 制器 ，实时 调节PWM波的 频率 ，使超声换能器 始终工作在谐振点上；
超声换能器，用于匹配阻抗的设计，使超声换能器处于谐振状态，消除换能器静态电容 的 影响 ，利 用电 压检 测和电 流检测电 路可获取换能器两端的电 压和电 流信号 ，经滤波整形 后，利用鉴相器得到电压电流的相位差，之后输入模糊控制器，实时调节PWM波的频率，使超 声换能器始终工作在谐振点上；
代理人 刘小红 陈栋梁
(51)Int .Cl . A61H 23/02(2006 .01) A61N 7/02(2006 .01)
(10)申请公布号 CN 109793656 A (43)申请公布日 2019.05.24
( 54 )发明 名称 一种基于模糊控制算法的便携式超声理疗
仪 ( 57 )摘要
升压模块 ，用于将电 池电 压经过Boost电 路进行一级升压后 ，再 利 用振荡器控 制Boost 电路的MOS管进行二次升压；
驱 动电 路 ，用于超声换能器的 驱 动电 源 ，采 用两级Boost电 路对电 源进行升压 ，再通过 超声换能器将电功率转化为机械功率传递出去；
主控模块主要 用于接收 频率跟踪电 路反馈回 来的 数 据 ，得到换能 器频率的改 变量 ，再 使 用主控芯片调节PWM波的频率 ，使该频率和换能器的固有频率相同 产生谐振 ；同时 ，主控 芯片控制调节PWM波的占空比 ，通过boost电路改变输出的激励电压，发出声功率不同的超 声波；
本发明请求保护一种基于模糊控制算法的 便携式超声理疗仪。主要采用模糊控制算法对理 疗装置的功能模块进行控制，同时带有超声换能 器的阻 抗匹配设计 ，使声功率能 够稳定的 输出 ， 实现反馈式治疗。主要包含驱动模块、系统控制 模块、电 路保护模块、无线传输模块、超声换能 器 、振荡器以 及频率跟踪电 路 。本发明目的 在于 能高效稳定的输出超声波，对人体病灶进行更有 效的 治疗 ，更 利于超声效果的 展现 ，同时获得换 能器两端电压和电流的相位差信号，将其输入到 模糊控制器，实时调节PWM波形频率，使超声换能 器始终工作在谐振频率上 ，达到频率跟踪的目 的 。最 后 ，装置通过无 线传输模块 将有关数 据发 送到手机终端，进行相应的控制。
权利要求书2页 说明书5页 附图1页
CN 109793656 A
CN 109793656 A
权 利 要 求 书
1/2 页
1 .一种基于模糊控制算法的便携式超声理疗仪，其特征在于，包括：电源模块、升压模 块、驱动电路、频率跟踪电路、主控模块、保护模块、振荡器、无线传输模块及超声换能器，电 源模块分别与升压模块、主控模块、无线传输模块相连接，所述主控模块还分别与频率跟踪 电 路 、保 护模块 、驱 动电 路 相连接 ，所述保 护模块与驱 动电 路 相连接 ，所述频率跟踪电 路还 与超声换能器 相连接 ，所述超声换能器还与驱 动电 路 相连接 ，所述驱 动电 路还与振荡器 相 连接，其中，电源模块，为整个系统中不同的模块提供不同需求的电压；
频率 跟踪电 路获得超声换能 器两端电 压 和电 流的 相位差 信号 ，将其输入到模 糊控 制 器，实时调节PWM波形频率，使其工作在谐振频率上；
振荡器用于产生频率为1MHz、占空比为50％的方波信号，该方波信号控制二级boost电 路开关管的导通与截止 ，开关管导通时 ，电 感储能 ，开关管截止时 ，电 感释放能量 ，电 感的能 量和电 源电 压的叠加，使其输出电 压升高 ，达到升压的目的 ；
S2:根据相位差的变化确定偏差的物理论域，模糊化后得到偏差的模糊论域，模糊控制 器的输出量经模糊化后可得模糊集；
S3:建立模糊规则，以阶跃响应为基础，经过测试系统的输入输出数据可得到人工的控 制经验；
S4:清晰 化 ，根据模 糊控 制的 规 则 ，得到输出模 糊子集 ，根据输出量的 模 糊子集 和隶 属 函数 ，通过最大隶 属函数方法得到频率改变值 ，从而实时 调整PWM波 ，使超声换能器始终工 作在谐振频率上，达到频率自动跟踪。
3 .根据权利要求1所述的一种基于模糊控制算法的便携式超声理疗仪，其特征在于，所 述无线传输模块采 用的 是无线蓝牙技术 ，将处理好的 信号通过蓝牙发送到超声理疗仪 ，超 声理疗仪接收信号之后，超声理疗仪的各项参数在智能终端设备显示，实现人机交互。
4 .根据权利要求1所述的一种基于模糊控制算法的便携式超声理疗仪，其特征在于，电 压经两级boost电 路升压之后，输出正弦波信号激励超声换能器 ，超声发生声强控制在 100mW/cm2-200mW/cm2。
( 12 )发明专利申请
(21)申请号 201910044494 .6
(22)申请日 2019 .01 .17
(71)申请人 重庆邮电大学 地址 400065 重庆市南岸区南山街道崇文 路2号
(72)发明人 庞宇 张诚 勾俊全 袁鹏飞
(74)专利代理机构 重庆市恒信知识产权代理有 限公司 50102
保 护模块为报警电 路 和声功率监控电 路 ，当超声强度超过安全值时 ，整个电 路将停止 运行，并发出报警；
无线传输模块 ，用于实现 智能终端设备 与超声理疗装置之间的 通 信 ，通过手机终端控 制超声理疗仪，超声理疗仪的各项参数能够在智能终端设备显示，实现人机交互。
2 .根据权利要求1所述的一种基于模糊控制算法的便携式超声理疗仪，其特征在于，所 述升压模块将电 池电 压进行一级升压是指 ：将5V电 压经一级Boost电 路使得电 压快速的 上 升。
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CN 109793656 A
权 利 要 求 书
的一种基于模糊控制算法的便携式超声理疗仪，其特征 在于 ，所述通过获取换能器两端的电 压 和电 流信号 ，输入模 糊控 制器 ，实时 调节PWM波的 频 率 ，使换能器频率 和超声驱 动电 路输出频率保持一致 ，具体包括 ：S1:将超声换能器两端的 电流和电压的相位差作为反馈信号，反馈信号与参考信号的差值和相对频率的变化率作为 模糊控制器的输入量，进行模糊化；
利 用电 压电 流检 测电 路获得超声换能 器两端电 压电 流 信号 ，经滤波整形 后 ，再 利 用鉴 相器得到电 压电 流的 相位差 ，之 后输入模 糊控 制器 ，实时 调节PWM波的 频率 ，使超声换能器 始终工作在谐振点上；
超声换能器，用于匹配阻抗的设计，使超声换能器处于谐振状态，消除换能器静态电容 的 影响 ，利 用电 压检 测和电 流检测电 路可获取换能器两端的电 压和电 流信号 ，经滤波整形 后，利用鉴相器得到电压电流的相位差，之后输入模糊控制器，实时调节PWM波的频率，使超 声换能器始终工作在谐振点上；
代理人 刘小红 陈栋梁
(51)Int .Cl . A61H 23/02(2006 .01) A61N 7/02(2006 .01)
(10)申请公布号 CN 109793656 A (43)申请公布日 2019.05.24
( 54 )发明 名称 一种基于模糊控制算法的便携式超声理疗
仪 ( 57 )摘要
升压模块 ，用于将电 池电 压经过Boost电 路进行一级升压后 ，再 利 用振荡器控 制Boost 电路的MOS管进行二次升压；
驱 动电 路 ，用于超声换能器的 驱 动电 源 ，采 用两级Boost电 路对电 源进行升压 ，再通过 超声换能器将电功率转化为机械功率传递出去；
主控模块主要 用于接收 频率跟踪电 路反馈回 来的 数 据 ，得到换能 器频率的改 变量 ，再 使 用主控芯片调节PWM波的频率 ，使该频率和换能器的固有频率相同 产生谐振 ；同时 ，主控 芯片控制调节PWM波的占空比 ，通过boost电路改变输出的激励电压，发出声功率不同的超 声波；
本发明请求保护一种基于模糊控制算法的 便携式超声理疗仪。主要采用模糊控制算法对理 疗装置的功能模块进行控制，同时带有超声换能 器的阻 抗匹配设计 ，使声功率能 够稳定的 输出 ， 实现反馈式治疗。主要包含驱动模块、系统控制 模块、电 路保护模块、无线传输模块、超声换能 器 、振荡器以 及频率跟踪电 路 。本发明目的 在于 能高效稳定的输出超声波，对人体病灶进行更有 效的 治疗 ，更 利于超声效果的 展现 ，同时获得换 能器两端电压和电流的相位差信号，将其输入到 模糊控制器，实时调节PWM波形频率，使超声换能 器始终工作在谐振频率上 ，达到频率跟踪的目 的 。最 后 ，装置通过无 线传输模块 将有关数 据发 送到手机终端，进行相应的控制。
权利要求书2页 说明书5页 附图1页
CN 109793656 A
CN 109793656 A
权 利 要 求 书
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1 .一种基于模糊控制算法的便携式超声理疗仪，其特征在于，包括：电源模块、升压模 块、驱动电路、频率跟踪电路、主控模块、保护模块、振荡器、无线传输模块及超声换能器，电 源模块分别与升压模块、主控模块、无线传输模块相连接，所述主控模块还分别与频率跟踪 电 路 、保 护模块 、驱 动电 路 相连接 ，所述保 护模块与驱 动电 路 相连接 ，所述频率跟踪电 路还 与超声换能器 相连接 ，所述超声换能器还与驱 动电 路 相连接 ，所述驱 动电 路还与振荡器 相 连接，其中，电源模块，为整个系统中不同的模块提供不同需求的电压；
频率 跟踪电 路获得超声换能 器两端电 压 和电 流的 相位差 信号 ，将其输入到模 糊控 制 器，实时调节PWM波形频率，使其工作在谐振频率上；
振荡器用于产生频率为1MHz、占空比为50％的方波信号，该方波信号控制二级boost电 路开关管的导通与截止 ，开关管导通时 ，电 感储能 ，开关管截止时 ，电 感释放能量 ，电 感的能 量和电 源电 压的叠加，使其输出电 压升高 ，达到升压的目的 ；
S2:根据相位差的变化确定偏差的物理论域，模糊化后得到偏差的模糊论域，模糊控制 器的输出量经模糊化后可得模糊集；
S3:建立模糊规则，以阶跃响应为基础，经过测试系统的输入输出数据可得到人工的控 制经验；
S4:清晰 化 ，根据模 糊控 制的 规 则 ，得到输出模 糊子集 ，根据输出量的 模 糊子集 和隶 属 函数 ，通过最大隶 属函数方法得到频率改变值 ，从而实时 调整PWM波 ，使超声换能器始终工 作在谐振频率上，达到频率自动跟踪。
3 .根据权利要求1所述的一种基于模糊控制算法的便携式超声理疗仪，其特征在于，所 述无线传输模块采 用的 是无线蓝牙技术 ，将处理好的 信号通过蓝牙发送到超声理疗仪 ，超 声理疗仪接收信号之后，超声理疗仪的各项参数在智能终端设备显示，实现人机交互。
4 .根据权利要求1所述的一种基于模糊控制算法的便携式超声理疗仪，其特征在于，电 压经两级boost电 路升压之后，输出正弦波信号激励超声换能器 ，超声发生声强控制在 100mW/cm2-200mW/cm2。