电流可控的音圈电机无针注射系统

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1、电流可控的音圈电机无针注射系统摘要：针对普通音圈电机驱动的无针喷射系统，不能调节音圈电机驱动电流的大小，构建了一种基于H桥驱动，可以改变音圈电机通过电流大小的无针喷射系统。介绍了电流可控无针喷射系统的工作原理、系统硬件组成、软件功能的介绍。搭建了喷射压强采集系统，对不同电流对喷射压强的影响进行了实验研宄。实验表明相同剂量的无针注射，初始电流越大，得到的平均压强越高，当初始电流为10A时喷射压强足以穿透皮肤。关键词：电流可调；H桥驱动；喷射压强DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.22.1240引言无针注射就是进行药物喷射时

2、不使用针头，使用高压射流喷射，对药液加压，并通过小孔加速产生高速流体射流穿透皮肤组织。目前市场上的无针注射产品的动力源为多为弹簧和压缩气体，然而这些动力源普遍存在着注射剂量小和驱动力难以控制。驱动力难以控制，因为动力（如压缩弹簧的回复力或气体的压力）是无针注射器系统自身给定的、难以进行调节［1］。本文针对电容作为音圈电机驱动力控制输出电流设计的复杂等缺点。设计了用功率放大器作为音圈电机驱动力，搭建了基于H桥驱动的音圈电机控制系统，通过PWM调节输出电压的占空比，来调节给音圈电机输入的电流，搭建了测量音圈电机喷射压强的实验平台，对喷射中电流大小对喷射压强影

3、响进行研究。1系统的工作原理电流可控音圈电机无针注射的简图和压强采集系统如图i所示，滑块可以在滑轨上自由移动，滑块连接平台用来固定音圈电机。调节螺栓可以调节滑块位置，使安瓿喷孔和压力传感器保持合适的距离。首先给STM32的控制电路有三个按键控制音圈电机运动，KEY1，急停按钮KEY2，音圈电机通反向低电压，音圈电机向上吸合。KEY3通过改变PWM占空比来调节电压，给音圈电机通正向大电流进行无针喷射。当音圈电机进行喷射时，从安瓿喷射出来的液体喷射到压力传感器上，压力传感器检测点受到喷射压力由触力传感器转化为电压信号通过放大滤波电路输出给数据采集卡，采集卡把

4、采集到的数据存储在电脑的上位机程序里。把采集出来的数据导入到上位机里进行计算分析，得到喷射压强随时间和电流大小变化的压力曲线图。2系统的硬件和软件设计系统的硬件设计分为3个组成部分:STM32控制模块、传感器放大模块、H桥驱动模块。系统上电初始化，系统监测判断位移传感器是否在初始位置，若不在初始位置，H桥驱动电路为音圈电机反向供电，PWM占空比为10%，音圈电机提供低电压线圈收到电磁力拉动活塞后退，安瓿内的压强减少进行吸药，线圈回复到初始位置，吸药完毕。判断喷射按钮是否按下，若按下，H桥驱动电路为音圈电机正向供电，PWM占空比设定为100%,音圈电机推动

5、活塞进彳丁喷射，系统控制通电时间为0.1s，喷射完成。3不同电流下的音圈电机喷射实验喷射压力的实验设备由霍尼韦尔FSG15N1A触力传感器，OP07CP放大器，放大器具有极低的输入失调电压，能使采集出来的数据更为精确。首先对传感器进行标定，用0-500g不同质量的砝码进行标定。使用功率放大器对音圈电机进行供电，安瓶活塞的直径是5mm、喷孔直径是0.21mm、安瓿内液体的剂量为0.3ml的水进行喷射实验，喷孔距离传感器距离为1mm。对程序进行设定，使H桥驱动电路的PWM占空比分别为40%、60%、80%,分别对应40V、60V、80V,由于音电机电阻为4Q

6、，供给音圈电机喷射的初始电流分别对应，10A、15A、20A。实验表明前10ms的注射平均压强曲线图，可以得到初始电流为10A时，初始的最大平均压强为18MPa。初始压强超过15MPa就可以穿透人体皮肤［2］。当初始电流增大，注射初始的平均压强就越高。当电流达到20A时注射压强可以达到28MPa。注射的平均压强从10ms以后开始衰减，当到达100ms时，注射压强基本降到。本文搭建的电流可变音圈电机无针注射系统，在初始电流为10A时足以穿透人体皮肤。因为不同年龄的人体皮肤有差异。所以可以改变音圈电机的初始电流，来针对不同年龄段的人群。实验表明不同电流下，最

7、高平均压强随电流变化的关系。可以得出最高平均压强的大小随着初始电流的增大而增加。两者用matlab拟合可得到初始电流和最大平均压强成二次线性相关。证明了所设计的电流可控音圈电机系统，可以随着初始电流的变化，来调剂音圈电机喷射中的最大注射压强。4结论本文设计了电流可控的音圈电机无针注射系统，搭建的电流可控无针注射系统，当电流为10A时，初始喷射压强达到18MPa，足够穿透人体皮肤。电流最大为20A,初始注射压强达到最28MPa该装置模块集成度高，稳定可靠，可以根据不同年龄段人体皮肤，进行喷射压力的调节，克服了普通音圈电机注射不能改变注射电流的缺点。参考文献

8、：[1]陈凯，杨锋雷.基于音圈直线驱动的无针注射技术[j].机械工程学报，201