本文關鍵詞：高強度聚焦超聲功率源的電磁兼容性與優(yōu)化設計研究

  更多相關文章： HIFU功率源 E類功率放大器 超聲換能器 負載阻抗變化 電磁兼容

【摘要】：高強度聚焦超聲（HIFU）治療技術是一種備受關注的無創(chuàng)治療新技術，具有無創(chuàng)性、靶向性、和無電離輻射等優(yōu)點，被列為重要科技前沿問題之一。我國在HIFU治療設備的研發(fā)與臨床應用處于世界領先水平，國內生產的具有自主知識產權的HIFU治療設備已出口至世界上多個國家，，取得了很好的臨床療效。HIFU治療設備的電磁兼容性是關系到患者生命安全的重要安全性能指標，國際上一般采取強制性標準的方式來規(guī)定HIFU治療設備的電磁兼容性能，我國的YY0505標準也于2014年開始逐步實施。提高HIFU治療系統(tǒng)的電磁兼容性對于保障HIFU治療的安全性、推動HIFU治療技術的健康發(fā)展具有十分重要的意義。 本文圍繞HIFU功率源的電磁兼容性問題，重點研究了HIFU功率源的電路設計與優(yōu)化、負載阻抗變化對功率源工作性能的影響分析和HIFU功率源的電磁兼容設計與測試等三個方面的問題。首先設計研制了基于E類功率放大器的HIFU功率源，并對電路參數(shù)進行了優(yōu)化，以保證功率源工作在最優(yōu)工作狀態(tài)。此外，針對HIFU功率源在變負載條件下的工作性能進行了數(shù)學分析，確定負載在一定范圍內變化時輸出功率、工作效率、開關管應力的范圍。最后對HIFU功率源進行了電磁兼容設計，并通過實際電磁兼容測試對設計樣機進行了驗證。 本文取得的主要研究成果有： （1）設計了基于E類功率放大器的HIFU功率源，其工作頻率為1.05MHz，輸出功率為10W，使用Saber軟件對電路參數(shù)進行了仿真優(yōu)化，優(yōu)化了輸出波形質量，提高了電路的工作效率。 （2）分析了負載阻抗變化對E類超聲功率放大器工作特性的影響，建立負載阻抗與輸出功率、輸出效率的數(shù)學模型，并對變負載條件下開關器件的應力進行了分析，最后確定了E類功率放大器的負載阻抗變化容許范圍。 （3）針對HIFU功率源的電磁干擾問題設計了高頻電流探頭用于測量電源干擾電流與輸出電流，設計了電磁屏蔽機箱，有效減小了功率源的輻射干擾；對電路進行優(yōu)化以減小輸出諧波干擾，并在標準電磁兼容實驗室對HIFU功率源樣機進行了傳導和輻射發(fā)射測試驗證。
【關鍵詞】：HIFU功率源 E類功率放大器 超聲換能器 負載阻抗變化 電磁兼容
【學位授予單位】：重慶醫(yī)科大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：R318.6
【目錄】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-11
• 前言11-16
• 1.1 課題背景及意義11-14
• 1.1.1 高強度聚焦超聲治療技術的現(xiàn)狀、進展及前景11-12
• 1.1.2 高強度聚焦超聲治療系統(tǒng)的電磁兼容性12-14
• 1.2 E 類功率源電磁兼容性的國內外研究現(xiàn)狀14-15
• 1.3 本文研究內容15-16
• 2 基于 E 類功率放大器的超聲功率源研究16-32
• 2.1 E 類功率放大器的理論分析16-22
• 2.1.1 E 類功率放大器的原理17-19
• 2.1.2 E 類功率放大器電路分析19-22
• 2.2 E 類超聲功率放大器電路設計與仿真22-31
• 2.2.1 E 類超聲功率放大器電路設計22-23
• 2.2.2 E 類超聲功率放大器電路仿真與優(yōu)化23-31
• 2.2.2.1 電路仿真23-25
• 2.2.2.2 參數(shù)優(yōu)化25-28
• 2.2.2.3 實際電路驗證28-31
• 2.3 小結31-32
• 3 壓電超聲換能器及壓電超聲換能器電學匹配32-42
• 3.1 HIFU 換能器的負載特性32-36
• 3.1.1 等效電路和阻抗特性32-34
• 3.1.2 導納特性34-35
• 3.1.3 動態(tài)特性35-36
• 3.2 HIFU 換能器電阻抗的單頻阻抗匹配36-41
• 3.2.1 單頻匹配的品質因數(shù)設計法36-39
• 3.2.1.1 L 型匹配網(wǎng)絡36-39
• 3.2.1.2 T 型匹配網(wǎng)絡39
• 3.2.2 負載阻抗變化對單頻阻抗匹配的影響39-41
• 3.3 小結41-42
• 4 負載阻抗變化對 E 類超聲功率放大器工作特性的影響分析42-53
• 4.1 負載變化對輸出功率影響的理論分析42-46
• 4.1.1 理論分析42-45
• 4.1.2 實例驗證45-46
• 4.2 負載變化對開關損耗的影響分析46-48
• 4.2.1 理論分析46-48
• 4.2.2 實例驗證48
• 4.3 負載變化對開關器件應力的影響分析48-50
• 4.4 設計實例與實驗驗證50-51
• 4.5 小結51-53
• 5 HIFU 功率源的電磁兼容性測試與設計53-71
• 5.1 基于高頻電流探頭的傳導干擾測試53-63
• 5.1.1 高頻電流探頭的設計與研制54-59
• 5.1.1.1 Rogowski 線圈的工作原理54-55
• 5.1.1.2 高頻電流探頭的設計55-59
• 5.1.2 HIFU 功率源的傳導干擾測試實驗59-63
• 5.1.2.1 傳導干擾測試布置59-60
• 5.1.2.2 傳導干擾測試標準60-61
• 5.1.2.3 電流探頭法測量傳導干擾61-62
• 5.1.2.4 HIFU 功率源電源線傳導干擾測試結果62-63
• 5.2 HIFU 功率源的屏蔽設計與輻射發(fā)射測試63-70
• 5.2.1 HIFU 功率源的電磁屏蔽設計64-67
• 5.2.1.1 電磁屏蔽基本原理64
• 5.2.1.2 導體平板屏蔽效能的計算64-66
• 5.2.1.3 HIFU 功率源電磁屏蔽設計66-67
• 5.2.2 HIFU 功率源的輻射發(fā)射測試實驗67-70
• 5.2.2.1 輻射干擾測試布置68
• 5.2.2.2 輻射干擾測試標準68-69
• 5.2.2.3 輻射干擾測試結果69-70
• 5.3 小結70-71
• 結論與展望71-73
• 參考文獻73-79
• 文獻綜述79-84
• 致謝84-85
• 在校期間發(fā)表的論文85-86

【參考文獻】

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本文編號：1048798