专利名称：一种低频磁场定位照射仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种磁场定位照射仪，尤其是一种应用于生物医学工程中的超低频磁场定位照射仪器设备。
背景技术：
目前，国内外应用于低频磁场实验的磁场发生仪基本上为产生单一磁场设备，均为针对生物体照射的磁场，尚未见在细胞水平的磁场照射系统的报道。文峻，席晓莉等从1994年开始研制的一些脉冲磁场发生器，原理简单、操作方便。但都是利用分立元件设计，波形单一，调节精度低，难于产生稳定的磁场。成波，黄曦等引入了单片机的数控，实现多波形磁场且波形稳定，但是调节的精度需要通过增加数字电位器来实现，提高了成本且调节不连续。在国外,Garci a, E. J, Cardiel, E等利用单片机控制Helmholtz线圈上电压的大小得到最高85Gs的磁场，精度高，也实现了数字孔子。而频率和强度的调节需要重新编程来实现，调节非常麻烦。而且Helmholtz线圈体积大，也很难得到大范围的均匀磁场。此外，国外很多的磁场发生都是由实验用的信号源或者电脑来代替系统的信号发生部分，加上自己的线圈构成一个简单的分散的仪器，调节不方便且磁场误差比较大。低频磁场生物学效应的研究最大的问题的磁场照射系统的缺乏，目前，国内相关的研究均为研究者自己搭建的系统，国外公司的生产专用的磁场生物学效应照射系统，但价钱非常昂贵，而且现有的国内外相关的仪器设备都不能应用于实时检测磁场的生物学效应研究。根据实验的需要，我们研制了一台用于磁场照射细胞、能同步检测其生物学作用的多功能低频多磁场发生系统，并成功地应用于研究磁场对胞内钙的影响的研究。

实用新型内容本实用新型的目的是提供一种可在生物组织，甚至细胞水平照射，实时监测其磁生物学效应的变化的低频磁场定位照射仪。本实用新型的技术方案如下一种低频磁场定位照射仪，其特征是包括单片机模块、信号发生模块、功率放大模块、PC串口通信模块和磁场发生模块，单片机模块包括键盘数码管部分、串口部分、温度传感、蜂鸣部分，所述单片机采用STC公司的STC89C52RC，键盘数码管部分作为用户交互界面，由4X4矩阵薄膜键盘、四位共阳数码管、5个指示灯组成，所述串口部分主要用于与上位PC机的通信，完成PC机对仪器的程控，温度传感部分由DALLAS公司的DS18B20来完成温度的检测，把当前的温度送到单片机处理并显示，蜂鸣部分用于报警，用于检测磁场线圈的温度，防止线圈长时间工作发热而引起线圈故障，当磁场线圈的表面温度超过45度时就蜂鸣报警，并切断输出。所述信号发生模块采用单片集成的MAX038作为函数信号发生器，所述单片机的PO 口与信号发生模块相连，其中，P06、P07连接AO、A14，通过对Al和AO端的不同设置来选择不同的波形，MAX038输出波形的频率由输入引脚I IN的电流、引脚COSC接入的电容量Cf以及引脚FADJ的电压决定，其中输出波形的基频由电流IIN和Cf决定。当FADJ脚接地时，输出信号的频率H)为Fq = IIN + Cf通过DAC芯片TLC5616与模拟开关⑶4051完成频率的调节与频段的选择。由P03、P04、P05通过模拟开关⑶4051对COSC的对地电容进行选择，从而完成频段的选择，而经过D/A转换的电流再由TLC5616的输出进MAX038的IIN引脚就可以对输出波形的频率进行调节，TLC5616输出电压VIN通过50的R18来实现电流IIN对频率的调节，取VIN范围O. 5-5V，选择不同的电容即确定了不同的频段。所述功率放大模块采用了一款音频大功率放大芯片TDA7294。所述磁场发生模块包括螺线管与探头。本实用新型原理简单、操作方便、性能可靠稳定，可升级更新。经过实际的测试和评估结果表明，测量结果可靠，工作稳定。特点如下1、本照射系统可对生物组织，甚至细胞水平实现照射，并实验监测其磁生物学效应；2、实现单片机的数控，即由数字按键调节波形、频率、强度与占空比；3、频率、强度、温度采用数码显示，波形由不同颜色的指示灯指示；
4、实现PC机对仪器的实时程控，通过串口连接PC与仪器，可进行PC程序对波形、频率、强度、占空比的调节及开关的控制；5、实行温度实时检测并显示，同时温度超过50°C时自动报警，超过70°C时自动关闭输出；6、不同线圈与探头的组合能够产生不同精度不同大小的磁场，从而进行不同需求的实验，可实时更新，对扩展口进行功能更新，也能够不断更新线圈与探头以满足不同实验。
以下结合附图对本实用新型作进一步详述。

图1为本实用新型系统原理方框图。图2为本实用新型单片机模块电路图。图3为本实用新型信号发生模块电路图。图4为本实用新型功放模块电路图。图5为本实用新型螺线管示意图。图6a_l为本实用新型部分螺线管结构示意图之一。图6a_2为本实用新型部分螺线管结构示意图之二。图6b_l为本实用新型部分螺线管结构示意图之三。图6b_2为本实用新型部分螺线管结构示意图之四。图6c_l为本实用新型部分螺线管结构示意图之五。图6c_2为本实用新型部分螺线管结构示意图之六。图6d-l为本实用新型部分螺线管结构示意图之七。图6d-2为本实用新型部分螺线管结构示意图之八。图6e_l为本实用新型部分探头结构示意图之一。图6e_2为本实用新型部分探头结构示意图之二。图6e_3为本实用新型部分探头结构示意图之三。图6e_4为本实用新型部分探头结构示意图之四。图6f_l为本实用新型部分探头结构示意图之五。[0031]图6f_2为本实用新型部分探头结构示意图之六。图6f_3为本实用新型部分探头结构示意图之七。图6f_4为本实用新型部分探头结构示意图之八。图7为本实用新型系统电路原理图。
具体实施方式
如图1所示，为系统的总体设计。系统主要包括五个模块单片机模块、PC串口通信模块、信号发生模块、功率放大模块和磁场发生模块。其中，供电电源部分主要包括单片机的9V直流稳压源和功放的双组交流24V输出的变压器。单片机模块单片机模块主要包括键盘数码管部分、串口部分、温度传感、蜂鸣部分，如图2所示。单片机采用STC公司的STC89C52RC。键盘数码管部分作为用户交互界面，由4X4矩阵薄膜键盘、四位共阳数码管、5个指示灯组成。用户可以通过键盘设置系统的参数，指示灯则指示当前的工作状态与波形，数码管显示温度(其它两个数码管作为独立的表头接到输出，显示强度与频率)。串口部分主要用于与上位PC机的通信，完成PC机对仪器的程控。温度传感部分由DALLAS公司的DS18B20来完成温度的检测，把当前的温度送到单片机处理并显示。蜂鸣部分用于报警，用于检测磁场线圈的温度，防止线圈长时间工作发热而引起线圈故障，当磁场线圈的表面温度超过45度时就蜂鸣报警，并切断输出。信号发生模块为了确保系统的稳定性与精确度，我们选用单片集成的MAX038作为函数信号发生器。MAX038是美国MAXM公司生产的高频、高精度、低输出电阻的函数发生器，可以产生多种波形，具有可调范围大、精度高、信号稳定等特点。如图3所示，单片机的PO 口与信号发生模块相连。其中，P06、P07连接AO、A14，通过对Al和AO端的不同设置来选择不同的波形。MAX038输出波形的频率由输入引脚IIN的电流、引脚COSC接入的电容量Cf以及引脚FADJ的电压决定，其中输出波形的基频由电流Iin和Cf决定。当FADJ脚接地时，输出信号的频率Ftl为F。= Iin+ Cf在本设计中，通过DAC芯片TLC5616与模拟开关⑶4051完成频率的调节与频段的选择。由P03、P04、P05通过模拟开关⑶4051对COSC的对地电容进行选择，从而完成频段的选择。而经过D/A转换的电流再由TLC5616的输出进MAX038的IIN引脚就可以对输出波形的频率进行调节。如图所示，TLC5616输出电压Vin通过50的R18来实现电流Iin对频率的调节。取Vin范围O. 5-5V，选择不同的电容即确定了不同的频段。频段与对应电容的关系如下表所示。本系统目前只用到第一频段，其他频段便于后期系统更新升级。下表为频段范围及其对应的电容表格。
mm5醇电容电.容値■； 410-0 Hz--1 OMiz I OkHsr-1OOkHz 震 C1.o GKI CIMiz IOOOkHz-1 OMHzCl 3 C14 CI5 C16O I MF 0 01 pF IOOO pT IOO pF功率放大模块功放模块采用了一款音频大功率放大芯片TDA7294，如图4所示，此芯片是ST意法微电子公司推出的DMOS大功率集成功放，兼有双极信号处理电路和功率MOS的优点，具有耐压高、低噪声、低失真度等特点。该芯片能够输出满足要求的大电流，电流峰值达到5A。同时，可根据输入的电压值，产生一个与输入电压成比例关系的电流值的输出信号。其输出电流大小受外在负载影响很小，这一点非常适用于磁场发生器的感性负载的特点。串口通信模块在微软VC++环境下，我们开发的一个串口通信程序，安装于WINDOW操作系统。上位机通过串口线连接与仪器，程序即可以对频率、强度、占空比、波形等一系列参数进行设置。通过串行通信接口电路将参数传送至单片机，从而进行参数设置与控制。设置选项包括波形的选择，频率、强度、占空比的设置，还有磁场输出的控制等。如此，系统就可以方便地结合其他带PC机的仪器进行实时同步 实验。[0029]磁场发生模块如图6a_l至图6f_4所示，其磁场的大小可表示为(其中，为磁介质常数)。
权利要求1.一种低频磁场定位照射仪，其特征是包括单片机模块、信号发生模块、功率放大模块、PC串口通信模块和磁场发生模块，单片机模块包括键盘数码管部分、串口部分、温度传感、蜂鸣部分，所述单片机采用STC公司的STC89C52RC，键盘数码管部分作为用户交互界面，由4X4矩阵薄膜键盘、四位共阳数码管、5个指示灯组成，所述串口部分主要用于与上位PC机的通信，完成PC机对仪器的程控，温度传感部分由DALLAS公司的DS18B20来完成温度的检测，把当前的温度送到单片机处理并显示，蜂鸣部分用于报警，用于检测磁场线圈的温度，防止线圈长时间工作发热而引起线圈故障，当磁场线圈的表面温度超过45度时就蜂鸣报警，并切断输出。
2.如权利要求1所述的低频磁场定位照射仪，其特征是所述信号发生模块采用单片集成的MAX038作为函数信号发生器，所述单片机的PO 口与信号发生模块相连，其中，P06、P07连接AO、A14，通过对Al和AO端的不同设置来选择不同的波形，MAX038输出波形的频率由输入引脚IIN的电流、引脚COSC接入的电容量Cf以及引脚FADJ的电压决定，其中输出波形的基频由电流IIN和Cf决定；当FADJ脚接地时，输出信号的频率H)为 通过DAC芯片TLC5616与模拟开关⑶4051完成频率的调节与频段的选择；由P03、P04、P05通过模拟开关⑶4051对⑶SC的对地电容进行选择，从而完成频段的选择，而经过D/A转换的电流再由TLC5616的输出进MAX038的IIN引脚就可以对输出波形的频率进行调节，TLC5616输出电压VIN通过50的R18来实现电流IIN对频率的调节，取VIN范围O. 5-5V,选择不同的电容即确定了不同的频段。
3.如权利要求1所述的低频磁场定位照射仪，其特征是所述功率放大模块采用了一款音频大功率放大芯片TDA7294。
4.如权利要求1所述的低频磁场定位照射仪，其特征是所述磁场发生模块包括螺线管与探头。
专利摘要本实用新型涉及一种应用于生物医学工程中的超低频磁场定位照射仪器设备，其目的是提供一种可在生物组织，甚至细胞水平照射，实时监测其磁生物学效应的变化的低频磁场定位照射仪，包括单片机模块、信号发生模块、功率放大模块、PC串口通信模块和磁场发生模块。具有对生物组织，甚至细胞水平实现照射，并实验监测其磁生物学效应；实现单片机的数控，即由数字按键调节波形、频率、强度与占空比；频率、强度、温度采用数码显示，波形由不同颜色的指示灯指示；实现PC机对仪器的实时程控，通过串口连接PC与仪器，可进行PC程序对波形、频率、强度、占空比的调节及开关的控制；实行温度实时检测并显示，同时温度超过50℃时自动报警，超过70℃时自动关闭输出；不同线圈与探头的组合能够产生不同精度不同大小的磁场，从而进行不同需求的实验，可实时更新，对扩展口进行功能更新，也能够不断更新线圈与探头以满足不同实验等有益效果。
文档编号G01N27/72GK202837236SQ20112052837
公开日2013年3月27日 申请日期2011年12月16日 优先权日2011年12月16日
发明者陈耀文, 罗为明, 林启明, 林艺文, 林涛, 吴仁华, 邱庆春 申请人:汕头大学, 汕头市互感器厂