高强度聚焦超声溶脂设备的电源设计

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1、高强度聚焦超声溶脂设备的电源设计第一章绪论1.1课题的背景和研究意义肥胖发病率在世界范围内正在逐年增加，并且已被I）：体重（kg）和身高（m）的平方的比值。在欧美，BMI大于25kg/m2为超重，BMI大于30kg/m2为肥胖。而在亚太地区：BMI为18.5~22.9kg/m2是健康范围、BMI为23~24.9kg/m2是超重范围、BMI为25~29.9kg/m2是一度肥胖、BMI为30~34.9kg/m2是二度肥胖、BMI为大于35kg/m2是三度肥胖。肥胖不仅给人们带来了形体上的缺陷，而且给正常生活带来诸多不便。最新科研成果表明，肥胖会影响消化系统和内分泌系

2、统的功能，带来心血管疾病的危险，并且会增长癌症发生的危险性。此外肥胖还会带来生殖能力下降，影响关节软组织损伤后的愈合、以及会给患者带来水肿、痛风、动脉粥样硬化、脂肪肝、心脏病、糖尿病、胆结石、心理障碍等疾病。根据世界卫生组织的数据，自从1980年以来世界肥胖人群的数量已经超过5亿人，其中我国18岁及以上公民的超重率达到29.9%，肥胖率高达12%。肥胖已经被称为全球引起死亡的第五大风险，并且和艾滋病、毒药麻痹和饮酒成瘾并列为世界四大医学社会问题。全球每年死于超重或者肥胖的人数至少有280万人。针对目前严峻的全民肥胖忧患，减肥已经刻不容缓。..1.2国内外研究现状

3、随着科学和技术的发展越来越广泛。在医学领域，A超和B超可以检测人眼看不到的体内病变，并且不会引起其它射线检查所带来的辐射危害；中成药生产可以利用超声对中、草药进行处理，这样会极大地提高生产效率；广泛应用的智能超声探伤系统可以准确的定位和检测金属及材料内部的空洞和缺陷，提高了机械生产的产品质量[2]。压电超声马达的研究使机械加工进入了纳米量级的工艺水平。超声技术的普遍应用，显示了超声强大的应用前景和强大的生命力。超声的应用领域很广，如表1.1所示，超声一般分为检测超声和功率超声。功率超声的特点是功率强度大，如超声切割、超声清洗、超声粉碎等都属于功率超声的范畴。而检

4、测超声的特点是功率小，但是频率较高，如B超，雷达测距，管道流速测量等都是检测超声的范畴。超声在医学领域也有诊断超声和治疗超声之分。超声在人体中传播时会产生的反射或透射现象，这是诊断超声原理基础。超声在通过不相同声阻抗的两种媒质时，会在其分界面上将产生反射和透射，利用其反射或透射构成不同的声像诊断超声成像系统来检查病变。不同于诊断超声，治疗超声频率低，功率较大，可以改变或破坏病变组织，从而达到治疗的目的。治疗超声对人体的病变组织的治疗作用主要是因为超声作用于人体会产生机械效应、空化效应和热效应。机械效应：超声在传播过程中，介质的作用点压缩和伸张交替作用，形成压力变

5、化，可促成液体乳化、凝胶液化和固体分散。当超声流体介质中形成驻波时，因受机械力的作用悬浮在流体中的微小颗粒会凝聚在波节处，形成周期性的堆积。这对促进血液循环、增强组织渗透、刺激神经系统及细胞的功能、提高代谢等均有重要意义。..第二章超声溶脂设备的主电路拓扑结构及分析2.1主电路拓扑结构超声溶脂技术需要瞬间达到额定的功率，因此需要适合的匹配电路和反馈电路协调工作，时刻保持超声换能器工作于最大谐振频率。如图2.1所示，电路结构上由控制电路部分控制输出信号和反馈信号的运算，输出即时超声换能器频率的P（Pulseodulation脉冲宽度调节）信号，经过进一步放大匹配后

6、，作用于超声换能器。HIFU溶脂设备和其他的超声电源设备主体结构上类似，主要由超声电源和HIFU换能器组成。其主要原理是由超声电源发出和超声换能器相同谐振频率的超声频交流电，经过进一步放大匹配即可作用于HIFU换能器。.2.2超声换能器及匹配电路分析超声换能器是超声设备的关键器件，其作用将输入的电功率转化为机械功率（即超声波），而其自身只有小于10%的功率损耗。目前本文采用的HIFU换能器是采用电致伸缩效应（即压电效应）的超声换能器，其特点是加工方便，成本低，外形小等[3]。超声换能器的等效电路和频率特性如图2.2a和图2.2b所示。由图2.2可知，超声换能器可

7、以同时工作于串联状态和并联状态。ω1、ω2分别为串联谐振和并联谐振角频率。只有当超声换能器工作于谐振频率时，其输出功率可以达到最大。因此为保持压电超声换能器的最大输出功率，匹配电路起着很重要的作用。匹配电路的作用主要有两方面。其一是阻抗匹配，目的是保证换能器获得最大的电功率，原理是改变换能器电路的阻抗使之与电源达到阻抗匹配。其二是调谐匹配，目的是减少无功分量，原理是通过匹配电路调节换能器阻抗使换能器尽量接近纯阻状态[21]。匹配电路是超声电源的重要部分，如果匹配不好将导致换能器不能正常工作，甚至还可能导致换能器损坏[22]。..第三章HI

8、FU溶脂设备样机设计..