發(fā)布時(shí)間：2017-07-31 12:39

  本文關(guān)鍵詞：電容式射頻熱療的加熱機(jī)制及自穩(wěn)幅射頻功率電源的研究

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【摘要】：關(guān)于電容式射頻熱療中的加熱機(jī)制和人體不同組織的升溫規(guī)律還存在一些認(rèn)識(shí)上的誤區(qū)。本文從電磁場(chǎng)的基本原理出發(fā),闡述了電容式射頻加熱人體組織的理論機(jī)制,指出了不能用電磁波的傳輸理論來分析射頻在人體組織中的透入深度、以及射頻加熱時(shí)利用的不是射頻電流流經(jīng)人體組織產(chǎn)生的歐姆熱,而是人體組織在高頻電磁場(chǎng)中的極化損耗。在忽略射頻極板邊緣效應(yīng)、且極板之間充有多層不同電介質(zhì)的理想情況下,分別推導(dǎo)了極板間任意兩介質(zhì)中單位體積耗散的功率比、比吸收率(SAR)比、以及升溫速率比的表達(dá)式。得出了采用電容式射頻熱療時(shí),電導(dǎo)率越大的人體組織升溫速率越小的一般規(guī)律。將已知人體肌肉、脂肪、皮質(zhì)骨的電參數(shù)和物理參數(shù)代入表達(dá)式進(jìn)行計(jì)算,結(jié)果表明,當(dāng)采用27.12 MHz射頻加熱時(shí),脂肪和皮質(zhì)骨的升溫速率比肌肉的升溫速率分別高出18.9倍和20.2倍,而采用40.68MHz射頻時(shí),則是高出19.8倍和19.1倍。各組織的升溫速率極不均勻。目前大功率電容式射頻熱療機(jī)在使用過程中經(jīng)常需要根據(jù)患者的體質(zhì)結(jié)構(gòu)、環(huán)境溫度變化等,通過調(diào)節(jié)電抗元件的參數(shù)去實(shí)現(xiàn)輸出回路阻抗的匹配,從而獲得最佳的加熱效率。但這種調(diào)節(jié)既不靈便,又容易導(dǎo)致設(shè)備的可靠性下降。為此,本文設(shè)計(jì)了一種新的基于單片機(jī)和直接數(shù)字頻率合成(DDS)技術(shù)的射頻功率電源。本設(shè)計(jì)中,射頻信號(hào)來自DDS芯片,輸出回路工作在諧振放大狀態(tài),單片機(jī)控制系統(tǒng)不斷監(jiān)測(cè)輸出射頻電壓的幅度,當(dāng)回路阻抗變化導(dǎo)致諧振電路失諧(或輸出阻抗失配)時(shí),射頻輸出電壓幅度會(huì)大幅下降。此時(shí),單片機(jī)可控制DDS通過掃頻的方式改變放大電路輸入信號(hào)的頻率,使電路在新的頻率點(diǎn)上重新建立諧振,從而控制輸出射頻電壓幅度的穩(wěn)定。文中通過理論計(jì)算和電路仿真相結(jié)合的方式對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行了驗(yàn)證。以初始諧振參數(shù)為參考值,當(dāng)外電路電容參數(shù)變化在±5p F內(nèi)時(shí),引起的輸出電壓幅度變化約為20%,而單獨(dú)調(diào)節(jié)DDS輸出信號(hào)的頻率變化在-1.33MHz~1.17 MHz內(nèi),輸出電壓幅度變化也可以達(dá)到18%。這樣,通過實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)DDS輸出信號(hào)的頻率能夠修正由于外電路參數(shù)變化引起的輸出電壓波動(dòng),使熱療過程中輸出電壓的幅度變化不超過設(shè)定值的2%。結(jié)果表明,在負(fù)載和電路參數(shù)變化時(shí),可以通過自動(dòng)調(diào)節(jié)輸入信號(hào)頻率維持輸出射頻電壓幅度的穩(wěn)定。
【關(guān)鍵詞】：射頻熱療 加熱速率 射頻功率電源 DDS技術(shù)
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：R454;TN86
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 第1章 緒論14-24
• 1.1 射頻熱療14-18
• 1.1.1 電熱療簡(jiǎn)史14-15
• 1.1.2 射頻熱療原理15-17
• 1.1.3 射頻熱療的應(yīng)用前景17-18
• 1.2 射頻功率電源介紹18-21
• 1.2.1 射頻功率電源的發(fā)展歷程18-20
• 1.2.2 現(xiàn)今射頻功率電源的特點(diǎn)及應(yīng)用前景20-21
• 1.3 論文研究的意義及內(nèi)容安排21-24
• 1.3.1 論文研究的意義21-22
• 1.3.2 本文研究的主要內(nèi)容及安排22-24
• 第2章 電容式射頻熱療的加熱機(jī)制24-33
• 2.1 射頻加熱人體組織的作用機(jī)制24-26
• 2.1.1 射頻電磁波透入加熱與射頻電場(chǎng)加熱24
• 2.1.2 射頻電流與極化電流24-25
• 2.1.3 位移電流與極化電流25-26
• 2.2 射頻加熱單一組織電介質(zhì)26
• 2.3 射頻加熱多層不同的組織電介質(zhì)26-32
• 2.3.1 人體不同組織單位體積耗散的功率28-29
• 2.3.2 不同組織比吸收率SAR29
• 2.3.3 不同組織的升溫速率29-32
• 2.4 本章小結(jié)32-33
• 第3章 自穩(wěn)幅射頻功率電源硬件設(shè)計(jì)33-54
• 3.1 自穩(wěn)幅射頻功率電源33-34
• 3.1.1 硬件結(jié)構(gòu)組成33
• 3.1.2 掃頻方式實(shí)現(xiàn)功率的自穩(wěn)幅33-34
• 3.2 單片機(jī)ADuC832控制系統(tǒng)34-38
• 3.2.1 ADuC832介紹34-35
• 3.2.2 ADuC832外圍電路設(shè)計(jì)35-38
• 3.3 DDS技術(shù)38-41
• 3.3.1 DDS的基本結(jié)構(gòu)39
• 3.3.2 DDS技術(shù)的工作原理39-40
• 3.3.3 AD9851芯片介紹40-41
• 3.4 射頻信號(hào)源及低通濾波電路41-46
• 3.4.1 基于單片機(jī)和DDS技術(shù)的射頻信號(hào)源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)42-43
• 3.4.2 低通濾波電路43-46
• 3.5 射頻功率放大模塊與阻抗匹配及諧振放大46-52
• 3.5.1 射頻功率放大電路46-47
• 3.5.2 阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)與諧振放大47-52
• 3.6 閉環(huán)控制反饋電路52-53
• 3.7 PCB板的制作53-54
• 第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)54-60
• 4.1 軟件開發(fā)環(huán)境54-55
• 4.2 鍵盤掃描與液晶顯示程序設(shè)計(jì)55-57
• 4.2.1 鍵盤掃描程序設(shè)計(jì)55-57
• 4.2.2 液晶顯示程序設(shè)計(jì)57
• 4.3 射頻功率信號(hào)輸出及自穩(wěn)幅程序模塊設(shè)計(jì)57-60
• 4.3.1 射頻功率信號(hào)輸出程序57-58
• 4.3.2 自穩(wěn)幅程序設(shè)計(jì)58-60
• 第5章 射頻功率電源輸出特性的仿真60-63
• 5.1 仿真方法60
• 5.2 仿真結(jié)果60-62
• 5.2.1 選頻和負(fù)載兩級(jí)網(wǎng)絡(luò)的幅頻特性60-61
• 5.2.2 輸出電壓與射頻電容參數(shù)的變化關(guān)系61
• 5.2.3 調(diào)頻使電路諧振仿真結(jié)果61-62
• 5.3 本章小結(jié)62-63
• 結(jié)論與展望63-65
• 參考文獻(xiàn)65-69
• 致謝69-70
• 附錄A 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文70

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：599239