非接觸式超聲裂解系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種非接觸式超聲裂解系統(tǒng)，其用于對細(xì)胞進(jìn)行裂解破碎，其包括：逆變主電路、換能器負(fù)載、上位機(jī)通訊電路、功率PWM調(diào)節(jié)電路、DDS逆變驅(qū)動(dòng)電路、按鍵輸入顯示電路、單片機(jī)、采樣鑒相電路；逆變主電路連接換能器負(fù)載，換能器負(fù)載連接采樣鑒相電路，采樣鑒相電路連接單片機(jī)，單片機(jī)還分別與上位機(jī)通訊電路、功率PWM調(diào)節(jié)電路、DDS逆變驅(qū)動(dòng)電路、按鍵輸入顯示電路相連接。本實(shí)用新型的非接觸式超聲裂解系統(tǒng)對輸入電壓進(jìn)行逆變、變頻后進(jìn)行阻抗匹配，接入換能器負(fù)載組，超聲波裂解電源驅(qū)動(dòng)換能器負(fù)載組，換能器負(fù)載組可以以最佳轉(zhuǎn)換效率作用于待破碎樣品，控制電路工作穩(wěn)定可靠。
【專利說明】非接觸式超聲裂解系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及超聲細(xì)胞粉碎領(lǐng)域，尤其涉及一種非接觸式超聲裂解系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]超聲細(xì)胞粉碎技術(shù)用途廣泛，常用于細(xì)胞的破碎、裂解，細(xì)胞內(nèi)顆粒的釋放等，其除適合制備高效的重組腺病毒外，還可以制備病毒DNA及其終端蛋白化合物，在土壤樣品制備方面也得到大量應(yīng)用。
[0003]現(xiàn)有的超聲細(xì)胞粉碎儀，大多采用超聲電源驅(qū)動(dòng)的探頭與樣品直接接觸達(dá)到破碎的目的。這樣不僅會(huì)產(chǎn)生金屬離子污染，且對多個(gè)樣品處理能力差，處理周期長，超聲能量的分布也相應(yīng)不均勻。
[0004]此外，超聲電源一般為開環(huán)結(jié)構(gòu)，對于外部負(fù)載變化的適應(yīng)能力差，電源效率低。傳統(tǒng)的超聲電源中逆變電路輸出諧波含量大，動(dòng)態(tài)響應(yīng)也較慢。同時(shí)，開關(guān)器件采用MOS管，其具有開關(guān)損耗大，通斷速度慢，且工作頻率低，功率小的缺點(diǎn)。而且，傳統(tǒng)的超聲電源多采用他激式電路，使用可調(diào)電阻來調(diào)節(jié)振蕩頻率，沒有頻率自動(dòng)跟蹤功能。從而，頻率易漂移，實(shí)時(shí)性較差，易導(dǎo)致系統(tǒng)失諧，匹配電感瞬間產(chǎn)生高溫，性能變壞，換能器功率損耗，效率降低，使設(shè)備不能大功率長期運(yùn)行。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]有鑒于此，本實(shí)用新型提供一種非接觸式超聲裂解系統(tǒng)，以克服現(xiàn)有的超聲細(xì)胞粉碎儀中存在的缺陷。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的非接觸式超聲裂解系統(tǒng)，其用于對細(xì)胞進(jìn)行裂解破碎，其包括:逆變主電路、換能器負(fù)載、上位機(jī)通訊電路、功率PWM調(diào)節(jié)電路、DDS逆變驅(qū)動(dòng)電路、按鍵輸入顯示電路、單片機(jī)、采樣鑒相電路；
[0007]所述逆變主電路連接所述換能器負(fù)載，所述換能器負(fù)載連接所述采樣鑒相電路，所述采樣鑒相電路連接所述單片機(jī)，所述單片機(jī)還分別與上位機(jī)通訊電路、功率PWM調(diào)節(jié)電路、DDS逆變驅(qū)動(dòng)電路、按鍵輸入顯示電路相連接。
[0008]作為本實(shí)用新型的非接觸式超聲裂解系統(tǒng)的改進(jìn)，所述逆變主電路包括整流濾波電路、升壓/降壓斬波電路、全橋逆變電路以及阻抗匹配電路，所述整流濾波電路連接所述升壓/降壓斬波電路，所述升壓/降壓斬波電路連接所述全橋逆變電路，所述全橋逆變電路連接所述阻抗匹配電路。
[0009]作為本實(shí)用新型的非接觸式超聲裂解系統(tǒng)的改進(jìn)，所述升壓/降壓斬波電路包括前級整流濾波輸出端、BUCK/BOOST斬波電路、單片機(jī)PWM波信號輸入端以及放大電路，所述單片機(jī)PWM波信號輸入端連接所述放大電路，所述放大電路連接所述BUCK/BOOST斬波電路，所述BUCK/BOOST斬波電路連接所述前級整流濾波輸出端。
[0010]作為本實(shí)用新型的非接觸式超聲裂解系統(tǒng)的改進(jìn)，所述DDS逆變驅(qū)動(dòng)電路包括單片機(jī)方波信號輸入端、反向積分電路、低通濾波電路、DDS正弦信號輸入端以及高速比較器，所述單片機(jī)方波信號輸入端連接所述反向積分電路，所述反向積分電路的輸出端連接所述低通濾波電路，所述低通濾波電路和DDS正弦信號輸入端共同連接到所述高速比較器的兩端。
[0011]作為本實(shí)用新型的非接觸式超聲裂解系統(tǒng)的改進(jìn)，所述采樣鑒相電路包括相位比較電路、差分放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中，所述相位比較電路包括換能器端電流信號輸入端、換能器端電壓信號輸入端、模擬乘法器，所述換能器端電流信號輸入端和換能器端電壓信號輸入端分別連接所述模擬乘法器的兩端，所述模擬乘法器同時(shí)連接所述差分放大電路，所述差分放大電路連接所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
[0012]作為本實(shí)用新型的非接觸式超聲裂解系統(tǒng)的改進(jìn)，所述換能器負(fù)載包括離心管組、能量釋放槽、諧振底盤。
[0013]本實(shí)用新型的有益效果是:本實(shí)用新型的非接觸式超聲裂解系統(tǒng)對輸入電壓進(jìn)行逆變、變頻后進(jìn)行阻抗匹配，接入換能器負(fù)載組，超聲波裂解電源驅(qū)動(dòng)換能器負(fù)載組，換能器負(fù)載組可以以最佳轉(zhuǎn)換效率作用于待破碎樣品，控制電路工作穩(wěn)定可靠。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本實(shí)用新型的非接觸式超聲裂解系統(tǒng)的一【具體實(shí)施方式】的結(jié)構(gòu)方框圖；
[0015]圖2為圖1中升壓/降壓斬波電路的電路圖；
[0016]圖3為圖1中換能器負(fù)載的部分結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖4為圖1中DDS逆變驅(qū)動(dòng)電路的電路圖；
[0018]圖5為圖1中采樣鑒相電路的電路圖。

【具體實(shí)施方式】
[0019]以下將結(jié)合附圖所示的【具體實(shí)施方式】對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)描述。但這些實(shí)施方式并不限制本實(shí)用新型，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)這些實(shí)施方式所做出的結(jié)構(gòu)、方法、或功能上的變換均包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0020]本實(shí)用新型的非接觸式超聲裂解系統(tǒng)適用于對細(xì)胞進(jìn)行裂解破碎，其對輸入電壓進(jìn)行逆變、變頻后進(jìn)行阻抗匹配，接入換能器負(fù)載組，超聲波裂解電源驅(qū)動(dòng)換能器負(fù)載組，換能器負(fù)載組可以以最佳轉(zhuǎn)換效率作用于待破碎樣品，控制電路工作穩(wěn)定可靠。
[0021]如圖1所示，本實(shí)用新型的非接觸式超聲裂解系統(tǒng)包括:逆變主電路10、換能器負(fù)載20、上位機(jī)通訊電路30、功率PWM調(diào)節(jié)電路40、DDS逆變驅(qū)動(dòng)電路50、按鍵輸入顯示電路60、單片機(jī)70、采樣鑒相電路80。
[0022]其中，所述逆變主電路10連接所述換能器負(fù)載20，所述換能器負(fù)載20連接所述采樣鑒相電路80，所述采樣鑒相電路80連接所述單片機(jī)70，所述單片機(jī)70還分別與上位機(jī)通訊電路30、功率PWM調(diào)節(jié)電路40、DDS逆變驅(qū)動(dòng)電路50、按鍵輸入顯示電路60相連接。
[0023]具體地，所述逆變主電路10包括整流濾波電路11、升壓/降壓斬波電路12、全橋逆變電路13以及阻抗匹配電路14。其中，所述整流濾波電路11連接所述升壓/降壓斬波電路12，所述升壓/降壓斬波電路12連接所述全橋逆變電路13，所述全橋逆變電路13連接所述阻抗匹配電路14。所述阻抗匹配電路14進(jìn)一步連接所述換能器負(fù)載20，其可驅(qū)動(dòng)換能器負(fù)載按預(yù)設(shè)頻率、功率進(jìn)行工作。
[0024]如圖2所示，所述升壓/降壓斬波電路12包括前級整流濾波輸出端121、BUCK/BOOST斬波電路122、單片機(jī)PWM波信號輸入端123以及放大電路124，所述單片機(jī)PWM波信號輸入端123連接所述放大電路124，所述放大電路124連接所述BUCK/BOOST斬波電路122，所述BUCK/BOOST斬波電路122連接所述前級整流濾波輸出端121。其中，放大電路124為由運(yùn)算放大器構(gòu)成的同相比例放大電路，從而，單片機(jī)70的PWM波形經(jīng)放大電路的同相放大后，輸送至BUCK/BOOST斬波電路122的開關(guān)MOS管的柵極。放大電路124中使用的運(yùn)算放大器的型號為0P07D，BUCK/BOOST斬波電路中的MOS管的型號為IXGH60N60A。
[0025]進(jìn)一步地，上述實(shí)施方式中，MOS管、輸出二極管和電感的連結(jié)節(jié)點(diǎn)處，開關(guān)動(dòng)作產(chǎn)生了一個(gè)脈沖序列。電感跟輸出電容相連，只有在輸出二極管導(dǎo)通時(shí)，一個(gè)有效的LC輸出濾波器才形成，過濾脈沖序列，產(chǎn)生直流輸出電壓。從而實(shí)現(xiàn)直流端的功率控制。
[0026]如圖3所示，所述換能器負(fù)載20連接采樣鑒相電路80，所述采樣鑒相電路80進(jìn)一步連接所述單片機(jī)70。具體地，換能器負(fù)載20包括離心管組21、能量釋放槽22、諧振底盤23。其中，離心管組的轉(zhuǎn)速可調(diào)，諧振底盤由換能器組成。該換能器負(fù)載20按照如下方式進(jìn)行工作:諧振底盤供電后，換能器使得諧振底盤諧振，并按照預(yù)設(shè)頻率振動(dòng)，產(chǎn)生空化泡，空化泡在能量釋放槽中由于能量積聚空化核變大并破碎釋放，釋放的能量作用于離心管組，從而實(shí)現(xiàn)細(xì)胞、病毒等的顆粒釋放。
[0027]如圖4所示，所述DDS逆變驅(qū)動(dòng)電路50包括單片機(jī)方波信號輸入端51、反向積分電路52、低通濾波電路53、DDS正弦信號輸入端54以及高速比較器55。其中，所述反向積分電路52和高速比較器55分別由各自的運(yùn)算放大器構(gòu)成。反向積分電路52中的運(yùn)算放大器的型號為LM741，DDS正弦信號輸入端54中使用的DDS的型號為AD9851。
[0028]所述單片機(jī)方波信號輸入端51連接所述反向積分電路52，從而，前級方波信號經(jīng)反向積分電路中的運(yùn)算放大器積分為相同頻率三角波。所述反向積分電路52的輸出端連接所述低通濾波電路53，所述低通濾波電路53和DDS正弦信號輸入端52共同連接到所述高速比較器55的兩端，并使用自然采樣法比較輸出產(chǎn)生一路SPWM逆變所需的驅(qū)動(dòng)波。
[0029]所述單片機(jī)70與上位機(jī)通訊電路30連接實(shí)現(xiàn)串行通訊控制，同時(shí)，所述單片機(jī)70與所述按鍵輸入顯示電路60連接，實(shí)現(xiàn)預(yù)設(shè)功率的輸入和相關(guān)參數(shù)的顯示。所述單片機(jī)70與DDS逆變驅(qū)動(dòng)電路50連接，實(shí)現(xiàn)SPWM逆變驅(qū)動(dòng)波的產(chǎn)生。功率PWM調(diào)節(jié)電路40實(shí)現(xiàn)對單片機(jī)70功率0-100%的控制。
[0030]此外，所述單片機(jī)70通過DB100溫度傳感器連接于換能器負(fù)載20，上位機(jī)通過上位機(jī)通訊電路30實(shí)時(shí)監(jiān)測能量釋放槽22的溫度以及局部功能的二次開發(fā)和相關(guān)參數(shù)的調(diào)試。
[0031]如圖5所示，所述采樣鑒相電路80包括相位比較電路81、差分放大電路82、模數(shù)轉(zhuǎn)換器83。其中，差分放大電路82中的差分放大器的型號為AD8138，模數(shù)轉(zhuǎn)換器83的型號為ADC0832。所述相位比較電路81包括換能器端電流信號輸入端811、換能器端電壓信號輸入端812、模擬乘法器813。其中，模擬乘法器的型號為AD633,
[0032]所述換能器端電流信號輸入端811和換能器端電壓信號輸入端812分別連接寬范圍工作電壓的模擬乘法器813的兩端，所述模擬乘法器813連接具有寬帶寬、高輸入阻抗的差分放大電路82，得到相位比較后的模擬信號，所述差分放大電路82連接所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器83，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化輸出。
[0033]所述單片機(jī)通過自帶的AD采樣器采集電流信號，所述采樣鑒相電路獲取相位信息實(shí)時(shí)調(diào)整輸出頻率，使得所述外部換能器負(fù)載在諧振頻率處工作，當(dāng)前設(shè)定功率、實(shí)際采樣回來的電壓電流以及所處諧振頻率實(shí)時(shí)同步于所述按鍵輸入顯示電路。
[0034]綜上所述，本實(shí)用新型的非接觸式超聲裂解系統(tǒng)對輸入電壓進(jìn)行逆變、變頻后進(jìn)行阻抗匹配，接入換能器負(fù)載組，超聲波裂解電源驅(qū)動(dòng)換能器負(fù)載組，換能器負(fù)載組可以以最佳轉(zhuǎn)換效率作用于待破碎樣品，控制電路工作穩(wěn)定可靠。
[0035]對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本實(shí)用新型不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本實(shí)用新型的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型。因此，無論從哪一點(diǎn)來看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本實(shí)用新型的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本實(shí)用新型內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。
[0036]此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。
【權(quán)利要求】
1.一種非接觸式超聲裂解系統(tǒng)，其用于對細(xì)胞進(jìn)行裂解破碎，其特征在于，所述非接觸式超聲裂解系統(tǒng)包括:逆變主電路、換能器負(fù)載、上位機(jī)通訊電路、功率PWM調(diào)節(jié)電路、DDS逆變驅(qū)動(dòng)電路、按鍵輸入顯示電路、單片機(jī)、采樣鑒相電路； 所述逆變主電路連接所述換能器負(fù)載，所述換能器負(fù)載連接所述采樣鑒相電路，所述采樣鑒相電路連接所述單片機(jī)，所述單片機(jī)還分別與上位機(jī)通訊電路、功率PWM調(diào)節(jié)電路、DDS逆變驅(qū)動(dòng)電路、按鍵輸入顯示電路相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述非接觸式超聲裂解系統(tǒng)，其特征在于，所述逆變主電路包括整流濾波電路、升壓/降壓斬波電路、全橋逆變電路以及阻抗匹配電路，所述整流濾波電路連接所述升壓/降壓斬波電路，所述升壓/降壓斬波電路連接所述全橋逆變電路，所述全橋逆變電路連接所述阻抗匹配電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的非接觸式超聲裂解系統(tǒng)，其特征在于，所述升壓/降壓斬波電路包括前級整流濾波輸出端、BUCK/BOOST斬波電路、單片機(jī)PWM波信號輸入端以及放大電路，所述單片機(jī)PWM波信號輸入端連接所述放大電路，所述放大電路連接所述BUCK/BOOST斬波電路，所述BUCK/BOOST斬波電路連接所述前級整流濾波輸出端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述非接觸式超聲裂解系統(tǒng)，其特征在于，所述DDS逆變驅(qū)動(dòng)電路包括單片機(jī)方波信號輸入端、反向積分電路、低通濾波電路、DDS正弦信號輸入端以及高速比較器，所述單片機(jī)方波信號輸入端連接所述反向積分電路，所述反向積分電路的輸出端連接所述低通濾波電路，所述低通濾波電路和DDS正弦信號輸入端共同連接到所述高速比較器的兩端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述非接觸式超聲裂解系統(tǒng)，其特征在于，所述采樣鑒相電路包括相位比較電路、差分放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中，所述相位比較電路包括換能器端電流信號輸入端、換能器端電壓信號輸入端、模擬乘法器，所述換能器端電流信號輸入端和換能器端電壓信號輸入端分別連接所述模擬乘法器的兩端，所述模擬乘法器同時(shí)連接所述差分放大電路，所述差分放大電路連接所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述非接觸式超聲裂解系統(tǒng)，其特征在于，所述換能器負(fù)載包括離心管組、能量釋放槽、諧振底盤。
【文檔編號】B02C19/18GK204134714SQ201420478800
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年8月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月22日
【發(fā)明者】許宜申, 施恩, 胡超, 顧濟(jì)華, 陶智 申請人:蘇州大學(xué)