基于亥姆霍茲線圈和igbt模塊的均勻脈沖磁場發(fā)生器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于亥姆霍茲線圈和IGBT模塊的均勻脈沖磁場發(fā)生器，其包括電源系統(tǒng)、脈沖電流形成系統(tǒng)、亥姆霍茲線圈裝置、信號轉(zhuǎn)換系統(tǒng)及同步觸發(fā)模塊，電源系統(tǒng)的開關(guān)電源將交流電源降壓為直流后分別與脈沖電流形成系統(tǒng)、信號轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和同步觸發(fā)模塊連接并供電；所述亥姆霍茲線圈裝置與脈沖電流形成系統(tǒng)相連接；所述信號轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的電/光轉(zhuǎn)換器J2的輸出端與脈沖電流形成系統(tǒng)中的脈沖形成模塊M1的控制端連接；所述同步觸發(fā)模塊的輸出端分別與信號轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的電/光轉(zhuǎn)換器J1及電/光轉(zhuǎn)換器J2相連接；本發(fā)明集成度高、使用壽命更長、工作頻率更高、大大縮小了電路體積，并降低了整個電路的損耗。
【專利說明】基于亥姆霍茲線圈和IGBT模塊的均勻脈沖磁場發(fā)生器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于生物電磁【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及基于亥姆霍茲線圈和IGBT模塊的均勻脈沖磁場發(fā)生器。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前，脈沖磁場對細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的影響與對生物體的治療作用，逐漸成為生物電磁【技術(shù)領(lǐng)域】的研究熱點(diǎn)。大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，從生物醫(yī)學(xué)效應(yīng)角度來看，磁場作用能通過抑制微血管的形成并阻塞新生血管從而減少腫瘤的營養(yǎng)供應(yīng),使腫瘤細(xì)胞內(nèi)線粒體和粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)水腫而影響腫瘤細(xì)胞的代謝功能，使腫瘤細(xì)胞核質(zhì)比減小而降低其惡性程度和異形生長速度，調(diào)控p53、Bcl-2家族、Cytochrome C等基因以及激活DNA內(nèi)切酶而誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡，提高免疫細(xì)胞的溶癌能力和吞噬凋亡小體的能力而提高免疫功能，阻礙DNA復(fù)制并抑制腫瘤細(xì)胞有絲分裂，從而達(dá)到殺傷腫瘤細(xì)胞并抑制腫瘤體積增加的效果。從生物電效應(yīng)角度來看，磁場作用造成了細(xì)胞內(nèi)磁通的變化并導(dǎo)致細(xì)胞膜上產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流和外加強(qiáng)脈沖磁場之間產(chǎn)生電動力破壞細(xì)胞膜；細(xì)胞中的帶電粒子在磁場中受到洛倫茲力的影響，其運(yùn)動軌跡常被約束在拉摩半徑之內(nèi)，導(dǎo)致了細(xì)胞內(nèi)的電子和離子不能正常傳遞，從而影響細(xì)胞膜跨膜電位和細(xì)胞內(nèi)自由鈣離子濃度，從而影響細(xì)胞的正常生理功能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的之一是提供一種基于亥姆霍茲線圈和IGBT模塊的均勻脈沖磁場發(fā)生器，該裝置通過IGBT模塊電路產(chǎn)生幅值很高的脈沖電流，產(chǎn)生的脈沖電流通入亥姆霍茲線圈后，將在亥姆霍茲線圈的兩個線圈中間中空體積內(nèi)產(chǎn)生均勻脈沖磁場。于是可以將腫瘤組織置于前訴中空體積內(nèi)，觀察各種參數(shù)組合下的脈沖磁場對腫瘤組織的處理效果，由此得出處理不同腫瘤組織所需脈沖磁場幅值、陡度、作用時間等對應(yīng)參數(shù)，為后續(xù)脈沖磁場處理腫瘤組織積累實(shí)驗(yàn)參數(shù)`以及進(jìn)行相關(guān)有益探索。
[0004]為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的而采用的技術(shù)方案是這樣的:
[0005]—種基于亥姆霍茲線圈和IGBT模塊的均勻脈沖磁場發(fā)生器,包括電源系統(tǒng)、脈沖電流形成系統(tǒng)、亥姆霍茲線圈裝置、信號轉(zhuǎn)換系統(tǒng)及同步觸發(fā)模塊，其中
[0006]所述電源系統(tǒng)，包括電源、高壓直流模塊及開關(guān)電源，所述電源分別與高壓直流模塊的輸入端、開關(guān)電源的輸入端連接并供電；所述高壓直流模塊將所述電源提供的交流電源升壓并轉(zhuǎn)換為直流后，與脈沖電流形成系統(tǒng)中IGBT單管Kl的輸入端連接進(jìn)行供電；所述開關(guān)電源將所述電源提供的交流電源降壓為直流后分別與脈沖電流形成系統(tǒng)、信號轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和同步觸發(fā)模塊連接并供電。
[0007]所述脈沖電流形成系統(tǒng)包括IGBT單管K1、充電電阻R1、脈沖發(fā)生模塊Ml ;所述IGBT單管K1、充電電阻Rl和脈沖發(fā)生模塊Ml串聯(lián)連接。
[0008]所述亥姆霍茲線圈裝置包括安裝平面、至少三個固定在安裝平面上的支撐柱和平行于所述安裝平面的亥姆霍茲線圈，所述支撐柱等距地分布在同一個圓周上，其中每一個支撐柱上均具有環(huán)形槽1、環(huán)形槽II和環(huán)形凸臺；所述環(huán)形槽I到安裝平面的距離小于環(huán)形槽II到安裝平面的距離，所述環(huán)形凸臺位于環(huán)形槽I和環(huán)形槽II之間；所述亥姆霍茲線圈包括線圈I和線圈II ;所述線圈I卡在環(huán)形槽I內(nèi)，從而固定在支撐柱上；所述線圈II卡在環(huán)形槽II內(nèi)，從而固定在支撐柱上；所述線圈I到安裝平面的距離小于線圈II到安裝平面的距離；所述亥姆霍茲線圈裝置與脈沖電流形成系統(tǒng)相連接。
[0009]所述信號轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括電/光轉(zhuǎn)換器Jl及電/光轉(zhuǎn)換器J2 ;所述電/光轉(zhuǎn)換器Jl的輸出端與脈沖電流形成系統(tǒng)中的IGBT單管Kl的控制端連接，電/光轉(zhuǎn)換器J2的輸出端與脈沖電流形成系統(tǒng)中的脈沖形成模塊Ml的控制端連接，所述電/光轉(zhuǎn)換器J1、電/光轉(zhuǎn)換器J2中輸出控制信號的時序剛好相反。
[0010]所述同步觸發(fā)模塊的輸出端分別與信號轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的電/光轉(zhuǎn)換器Jl及電/光轉(zhuǎn)換器J2相連接。
[0011]進(jìn)一步的，所述其中IGBT單管Kl包括DC — DC模塊、光/電轉(zhuǎn)換器、開關(guān)驅(qū)動器、IGBT及柵極保護(hù)電路，所述DC — DC模塊接收電源系統(tǒng)中開關(guān)電源輸入的直流電，所述DC — DC模塊的輸出端分別與所述開關(guān)驅(qū)動器和光/電轉(zhuǎn)換器的電源端連接，所述光/電轉(zhuǎn)換器輸出控制信號到開關(guān)驅(qū)動器的控制端，所述開關(guān)驅(qū)動器的輸出端輸出驅(qū)動信號到IGBT的柵極，所述光/電轉(zhuǎn)換器的輸入端通過光纖與信號轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中的電/光轉(zhuǎn)換器Jl連接；所述IGBT的輸入端接收 電源系統(tǒng)中高壓直流模塊輸入的電流，所述IGBT的輸出端與充電電阻Rl連接；所述柵極保護(hù)電路的輸入端與所述IGBT的柵極連接，柵極保護(hù)電路的輸出端與IGBT的輸出端連接。
[0012]進(jìn)一步的，所述脈沖發(fā)生模塊Ml包括脈沖電容器Cl、放電電阻R2及IGBT模塊，所述脈沖電容器Cl 一端接地，另一端通過放電電阻R2與亥姆霍茲線圈連接，并通電至亥姆霍茲線圈的輸入端產(chǎn)生均勻磁場，亥姆霍茲線圈的輸出端與IGBT模塊的輸入端連接，IGBT模塊的輸出端與脈沖電容器Cl連接并接地；所述IGBT模塊的驅(qū)動器輸入端與所述電源系統(tǒng)中開關(guān)電源連接，所述IGBT模塊的驅(qū)動器控制端通過光纖與信號轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中電/光轉(zhuǎn)換器J2連接。
[0013]進(jìn)一步的，所述亥姆霍茲線圈由兩個直徑相同的線圈L1、線圈L2組成，且所述線圈L1、線圈L2之間的間距為線圈LI或線圈L2直徑的一半。
[0014]進(jìn)一步的，所述電源系統(tǒng)中的電源采用220V交流電，高壓直流模塊輸出最高電壓幅值4000V、最大電流幅值60mA。
[0015]進(jìn)一步的，所述電源系統(tǒng)中開關(guān)電源將220V交流電轉(zhuǎn)換為15V直流電后與所述IGBT單管Kl的DC - DC模塊的輸入端連接，所述DC — DC模塊將15V直流電轉(zhuǎn)換為15V和5V直流電。
[0016]進(jìn)一步的，所述亥姆霍茲線圈裝置的三個支撐柱由下往上依次設(shè)置有下環(huán)形槽、凸臺和上環(huán)形槽，所述下環(huán)形槽及上環(huán)形槽安裝有亥姆霍茲線圈。
[0017]本發(fā)明采用以上技術(shù)方案后，主要具有如下的有益效果:
[0018]1、本發(fā)明采用IGBT模塊，集成度高、使用壽命更長、工作頻率更高、大大縮小了電路體積，并降低了整個電路的損耗。結(jié)構(gòu)緊湊，布局合理，減小了放電回路的雜散電感，采用無感電阻負(fù)載，提高了輸出脈沖陡度。
[0019]2、本發(fā)明采用光纖作為信號傳輸通道，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)、弱信號之間的電氣隔離。與常用的采用光耦合器件的方式相比，光纖的隔離電壓更高，并且響應(yīng)速度快。光纖的高抗干擾性能大大避免了光信號在傳輸過程中受周圍環(huán)境的電磁干擾。
[0020]3、本發(fā)明設(shè)計的脈沖電流發(fā)生器采用IGBT模塊，可輸出:輸出脈沖電流幅值1500A。脈沖寬度14μ S，脈沖上升時間4μ S?？捎糜谛枰叨付?、大幅值脈沖電流應(yīng)用場
由
口卞ο
[0021]4、本發(fā)明設(shè)計了一種亥姆霍茲線圈裝置，其包括2個直徑為20或IOcm的線圈，均為線徑為0.5cm的黃銅導(dǎo)線繞制而成的缺口線圈，即線頭、線尾兩端作為輸入、輸出端使用并不連接在一起，且2個線圈平面經(jīng)過3個有機(jī)玻璃柱子固定之后兩個線圈之間的間距為10或5cm。上述脈沖電流發(fā)生器輸出的脈沖電流通入亥姆霍茲線圈裝置中亥姆霍茲線圈后，在兩個線圈之間的中空體積內(nèi)99%均勻區(qū)域得到的脈沖磁場上升時間為4μ S，脈寬為14 μ S，脈沖磁場幅值為20Gs (高斯)的均勻脈沖磁場。
[0022]5、該裝置采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化設(shè)計，結(jié)構(gòu)簡單，方便拆卸與組裝。整機(jī)體積小，集成化程度高，操作簡便，對于實(shí)驗(yàn)場地要求極低。
[0023]6、該裝置涉及的IGBT模塊電路輸出脈沖頻率在0.2Hz~46Hz范圍內(nèi)可調(diào)，從而亥姆霍茲線圈產(chǎn)生脈沖磁場頻率在0.2Hz~46Hz范圍內(nèi)可調(diào)。這樣可以有效滿足實(shí)驗(yàn)對脈沖磁場頻率的要求，利于尋找處理腫瘤組織的最佳頻率參數(shù)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]本發(fā)明的裝置可以通過 附圖給出的非限定性實(shí)施例進(jìn)一步說明。
[0025]圖1為本發(fā)明的原理框圖。
[0026]圖2為實(shí)施例1脈沖電流形成系統(tǒng)中IGBT單管Kl的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖3為實(shí)施例1脈沖電流形成系統(tǒng)中脈沖生成模塊Ml的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖4為實(shí)施例1的亥姆霍茲線圈裝置各部分組成圖。
[0029]圖中，I電源系統(tǒng)，2脈沖電流形成系統(tǒng)，3亥姆霍茲線圈裝置，4信號轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，5同步觸發(fā)模塊，6DC—DC模塊，7光/電轉(zhuǎn)換器，8開關(guān)驅(qū)動器，9IGBT，10柵極保護(hù)電路，11亥姆霍茲線圈，12IGBT模塊，13支撐柱，14凸臺，15_1環(huán)形槽I，15_2環(huán)形槽II。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)該理解為本發(fā)明上述主題范圍僅限于下述實(shí)施例。在不脫離本發(fā)明上述技術(shù)思想的情況下，根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)知識和慣用手段，做出各種替換和變更，均應(yīng)包括在本發(fā)明范圍內(nèi)。
[0031]如圖1~4所示，一種基于亥姆霍茲線圈和IGBT模塊的均勻脈沖磁場發(fā)生器，主要包括電源系統(tǒng)1、脈沖電流形成系統(tǒng)2、亥姆霍茲線圈裝置3、信號轉(zhuǎn)換系統(tǒng)4、同步觸發(fā)模塊5。
[0032]所述的電源系統(tǒng)1，包括電源1-1、高壓直流模塊1-2、開關(guān)電源1-3。所訴的電源1-1為220V市電，通過導(dǎo)線與高壓直流模塊1-2、開關(guān)電源1-3輸入端連接，用以為高壓直流模塊1-2和開關(guān)電源1-3提供交流電源。所訴的高壓直流模1-2塊輸出最高電壓幅值4000V、最大電流幅值60mA直流電的市購模塊，所訴的高壓直流模塊1_2的輸出端通過導(dǎo)線與脈沖電流形成系統(tǒng)2中IGBT單管Kl輸入端連接，用以為前述脈沖電流形成系統(tǒng)2提供充電電源。所訴的開關(guān)電源1-3 (市購元件)的輸入端通過導(dǎo)線與所訴的電源1-1連接，所訴的開關(guān)電源1-3將220V交流電轉(zhuǎn)換為15V直流電后，通過導(dǎo)線與脈沖電流形成系統(tǒng)2、信號轉(zhuǎn)換系統(tǒng)4和同步觸發(fā)模塊5連接，用以為上述幾部分提供直流電源。
[0033]所述的脈沖電流形成系統(tǒng)包括IGBT單管K1、充電電阻Rl和脈沖形成模塊Ml。所述IGBT單管Kl包括DC - DC模塊6、光/電轉(zhuǎn)換器7、開關(guān)驅(qū)動器8、IGBT9和柵極保護(hù)電路10，上訴前4者集成在同一塊PCB板上。前述電源系統(tǒng)I中開關(guān)電源1-3將220V交流電轉(zhuǎn)換為15V直流電后通過導(dǎo)線與所述IGBT單管Kl的DC — DC模塊6的輸入端連接，所述的DC - DC模塊6 (市購元件)將15V直流電轉(zhuǎn)換為15V和5V直流電后分別通過電路接線與前述開關(guān)驅(qū)動器8的輸入端和光/電轉(zhuǎn)換器電源7電源端連接，用以為開關(guān)驅(qū)動器8以及光/電轉(zhuǎn)換器7提供電源，同時起到強(qiáng)、弱電之間的電壓隔離作用。所述開關(guān)驅(qū)動器8的輸入端通過電路接線與前述DC - DC模塊6輸出端連接，所述開關(guān)驅(qū)動器8控制端通過電路接線與前述光/電轉(zhuǎn)換器7輸出端連接，所述開關(guān)驅(qū)動器8輸出端通過電路接線與IGBT9柵極連接。在前述光/電轉(zhuǎn)換器7中控制信號作用下，開關(guān)驅(qū)動器8輸出驅(qū)動信號使前述IGBT9端開通/關(guān)斷。所述的IGBT9的柵極通過電路接線與前述開關(guān)驅(qū)動器8的輸出端連接，輸入端則通過導(dǎo)線與前述電源系統(tǒng)I中高壓直流模塊1-2連接，輸出端通過導(dǎo)線與充電電阻Rl輸入端連接。所述的柵極保護(hù)電路10輸入端與前述IGBT9柵極連接，輸出端與前述IGBT9輸出端連接，用以防止柵極出現(xiàn)過電壓損壞所述IGBT9。所述的光/電轉(zhuǎn)換器7輸入端通過光纖與信號轉(zhuǎn)換系統(tǒng)4中電/光轉(zhuǎn)換器Jl輸出端連接，而其輸出端通過電路接線與所述開關(guān)驅(qū)動器8控制端信號連接，而開關(guān)驅(qū)動器8輸出端又通過導(dǎo)線與前述的IGBT9的柵極連接。因此，電/光轉(zhuǎn)換器Jl中的控制信號傳至前述光/電轉(zhuǎn)換器7中，使得前述的開關(guān)驅(qū)動器8輸出驅(qū)動信號使前述IGBT單管Kl中的IGBT9開通/關(guān)斷。所述的充電電阻Rl為無感電阻，阻值為7 Ω的市購元件，功率為30W，用以限制充電電流在一定范圍內(nèi)。所述的無感充電電阻Rl —端通過導(dǎo)線與前述IGBT單管Kl中IGBT9輸出端連接，另一端通過導(dǎo)線與脈沖形成模塊Ml中脈沖電容器Cl與放電電阻R2并聯(lián)節(jié)點(diǎn)連接。所述脈沖形成模塊Ml包括脈沖電容器Cl、放電電阻R2、IGBT模塊12。所述的脈沖電容器Cl (市購元件)額定工作電壓4kV，電容值為10 μ F的ΜΜ7型電容器，其高壓端通過導(dǎo)線與所述的充電電阻R1、放電電阻R2并聯(lián)節(jié)點(diǎn)連接用以獲取充電電源，所述脈沖電容器Cl接地端(與電源地相連)則通過導(dǎo)線與所述的脈沖形成模塊Ml中IGBT模塊12輸出端連接。所述的放電電阻R2為無感電阻，阻值為1Ω的市購元件，功率為30W，用以限制放電電流在一定范圍內(nèi)。所述的無感放電電阻R2 —端通過導(dǎo)線與前述充電電阻Rl輸出端與脈沖形成模塊Ml中脈沖電容器Cl高壓端并聯(lián)節(jié)點(diǎn)連接，另一端通過導(dǎo)線與亥姆霍茲線圈裝置3中亥姆霍茲線圈11輸入端連接。所述的IGBT模塊12為市購元件，其耐壓為3300V，集電極最大承受脈沖脈沖電流2400Α,導(dǎo)通時間為0.46μ s，關(guān)斷時間為1.75 μ s,動態(tài)損耗小；該IGBT模塊12集成有配套的驅(qū)動器，所述驅(qū)動器輸出端通過螺母直接連在IGBT模塊12上可以有效減小雜散電感，保證對IGBT模塊12的可靠驅(qū)動。所述的IGBT模塊12輸入端通過導(dǎo)線與亥姆霍茲線圈裝置3中亥姆霍茲線圈11輸出端連接，其輸出端則通過導(dǎo)線與脈沖電容器Cl接地端連接，所述IGBT模塊12驅(qū)動器輸入端通過導(dǎo)線與前述電源系統(tǒng)I中開關(guān)電源1-3連接，所述IGBT模塊12驅(qū)動器控制端則通過光纖與信號轉(zhuǎn)換系統(tǒng)4中電/光轉(zhuǎn)換器J2連接。這樣，電/光轉(zhuǎn)換器J2輸出的控制信號經(jīng)過光纖傳至前述IGBT模塊12驅(qū)動器中光/電轉(zhuǎn)換器，使得前述IGBT模塊12驅(qū)動器輸出驅(qū)動信號用以控制IGBT模塊12的開通/關(guān)斷。由于前述信號轉(zhuǎn)換系統(tǒng)4中電/光轉(zhuǎn)換器J1、電/光轉(zhuǎn)換器J2中控制信號時序剛好相反，因此IGBT單管Kl與IGBT模塊12驅(qū)動信號工作時序剛好相反。當(dāng)同步觸發(fā)模塊5發(fā)出充電信號經(jīng)過信號轉(zhuǎn)換系統(tǒng)4傳至前述IGBT單管Kl的開關(guān)驅(qū)動器8和前述脈沖形成模塊Ml中IGBT模塊12中驅(qū)動器后轉(zhuǎn)換為驅(qū)動信號，使得前述IGBT單管Kl開通，同時使得前述脈沖形成模塊Ml中IGBT模塊12關(guān)斷，此時前述電源系統(tǒng)I中高壓電源模塊1-2通過充電電阻Rl對前述脈沖電流形成系統(tǒng)2中脈沖形成模塊Ml中的脈沖電容器Cl充電。反之，當(dāng)同步觸發(fā)模塊5發(fā)出放電信號經(jīng)過信號轉(zhuǎn)換系統(tǒng)4傳至前述IGBT單管Kl的開關(guān)驅(qū)動器8和前述脈沖電流形成系統(tǒng)2模塊Ml中IGBT模塊12中驅(qū)動器后轉(zhuǎn)換為驅(qū)動信號，使得前述IGBT單管Kl關(guān)通，同時使得前述脈沖形成模塊Ml中IGBT模塊12開通，此時前述脈沖形成模塊Ml中的脈沖電容器Cl通過放電電阻R2產(chǎn)生脈沖電流流經(jīng)亥姆霍茲線圈裝置3中的亥姆霍茲線圈11，繼而在亥姆霍茲線圈11周圍產(chǎn)生均勻脈沖磁場。
[0034]所述的亥姆霍茲線圈裝置3包括亥姆霍茲線圈11和3個有機(jī)玻璃柱子13。所述的亥姆霍茲線圈11包括2個直徑為20或IOcm的線圈，均為線徑為0.5cm的黃銅導(dǎo)線繞制而成的缺口線圈，即線頭、線尾兩端分別作為輸入、輸出端使用并不連接在一起，且2個線圈平面經(jīng)過3個有機(jī)玻璃柱子13固定之后間距為20或10cm，用于滿足亥姆霍茲定律中兩個線圈間距為線圈半徑的要求。所述的有機(jī)玻璃柱子13由有機(jī)玻璃加工而成，其為直徑為3cm~3.6cm,高度為15cm~18cm且圓柱中間帶有凸臺14的有機(jī)玻璃柱子13 ;在其中部為直徑為4cm~4.6cm,高度為7mm~IOmm的凸臺14, 3個有機(jī)玻璃柱子13平放后用以固定平臺來放置均勻脈沖磁場實(shí)驗(yàn)處理對象；在距離有機(jī)玻璃柱子13中間對稱平面5cm處朝著中間對稱平面方向向內(nèi)開寬度為5.1mm~5.2_、深度為5.1mm~5.2mm的環(huán)形槽15,在關(guān)于中間對稱平面對稱位置開同樣的槽15，用以將亥姆霍茲線圈11嵌入其中加以固定。這樣將亥姆霍茲線圈11中的一個線圈嵌入3個360°均勻布置的有機(jī)玻璃柱子13的3個上部環(huán)形槽15，另一個線圈嵌入相應(yīng)3個有機(jī)玻璃柱子的3個下部環(huán)形槽15中，由此亥姆霍茲線圈被限制在3個360°均勻布置的有機(jī)玻璃柱子13上，且兩個線圈間的中空部分間距為線圈半徑:10或5cm。滿足亥姆霍茲定律所描述的線圈配置。此外，3個360°均勻布置的有機(jī)玻璃柱子13中部凸臺14`之上可以固定水平玻璃板等，用以放置均勻磁場實(shí)驗(yàn)處理對象。
[0035]所述的信號轉(zhuǎn)換系統(tǒng)4,包括電/光轉(zhuǎn)換器J1、電/光轉(zhuǎn)換器J2。所述的電/光轉(zhuǎn)換器J1、電/光轉(zhuǎn)換器J2通過導(dǎo)線與開關(guān)電源1-3連接，用以獲取電源。同步觸發(fā)模塊5的輸出端通過光纖，經(jīng)過所述信號轉(zhuǎn)換系統(tǒng)4中電/光轉(zhuǎn)換器Jl與前述的脈沖電流形成系統(tǒng)2中光/電轉(zhuǎn)換器7，與前述的脈沖電流形成系統(tǒng)2中IGBT單管Kl的開關(guān)驅(qū)動器8的控制端連接，以此來控制前述IGBT單管Kl開通/關(guān)斷。同時，同步觸發(fā)模塊5的輸出端通過光纖，經(jīng)過所述信號轉(zhuǎn)換系統(tǒng)4的電/光轉(zhuǎn)換器J2，到達(dá)前述的脈沖電流形成系統(tǒng)2中脈沖形成模塊Ml中IGBT模塊12的驅(qū)動器的光/電轉(zhuǎn)換器，再與IGBT模塊12的驅(qū)動器控制端連接，以此來控制前述IGBT模塊12的關(guān)斷/開通。所述的信號轉(zhuǎn)換系統(tǒng)4將同步觸發(fā)脈沖信號轉(zhuǎn)換為光信號并用光纖進(jìn)行傳輸，可以避免受到前述的脈沖電流形成系統(tǒng)2以及充電回路中高壓的干擾，確保同步觸發(fā)脈沖信號的穩(wěn)定性與同步性。
[0036]所述的同步觸發(fā)模塊5包括定時器芯片、外接電阻R3、R4、外接電容C、反相器。所述定時器芯片為市購的NE555芯片，由電源系統(tǒng)I中開關(guān)電源1-3的15V輸出端對其供電。所述定時器芯片外接固定電阻R3阻值為IkQ，可調(diào)電阻R4阻值為470k Ω。所述的外接電容為容值為IOyF的貼片電容。所述反相器為市購元件，型號為CD4068。所述定時器芯片輸出端一分為二變?yōu)閮陕沸盘枺宦沸盘柦有盘栟D(zhuǎn)換系統(tǒng)4中電/光轉(zhuǎn)換器Jl，另一路經(jīng)過反相器后接信號轉(zhuǎn)換系統(tǒng)4中電/光轉(zhuǎn)換器J2。因此信號轉(zhuǎn)換系統(tǒng)4中電/光轉(zhuǎn)換器Jl和電/光轉(zhuǎn)換器J2中信號剛好相反。調(diào)節(jié)可調(diào)電阻R4即可改變亥姆霍茲線圈中脈沖電流的重復(fù)頻率在0.2Hz~46Hz范圍內(nèi)變化，也即最終亥姆霍茲線圈產(chǎn)生脈沖磁場的重復(fù)頻率也在0.2Hz~46Hz范圍內(nèi)變化。
[0037]實(shí)施例2
[0038]一種基于亥姆霍茲線圈和IGBT模塊的均勻脈沖磁場發(fā)生器，其余部分同實(shí)施例1，同步觸發(fā)模塊5中可調(diào)電阻R4阻值調(diào)節(jié)至為50k Ω。[0039]實(shí)施例3
[0040]一種基于基于亥姆霍茲線圈和IGBT模塊的均勻脈沖磁場發(fā)生器，其余部分同實(shí)施例1，同步觸發(fā)模塊5中可調(diào)電阻R4阻值調(diào)節(jié)至為460k Ω。
[0041]以上這些實(shí)施例應(yīng)理解為僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。在閱讀了本發(fā)明的記載的內(nèi)容之后，技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等效變化和修飾同樣落入本發(fā)明權(quán)利要求所限定的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于亥姆霍茲線圈和IGBT模塊的均勻脈沖磁場發(fā)生器，其特征在于，包括電源系統(tǒng)(I)、脈沖電流形成系統(tǒng)(2)、亥姆霍茲線圈裝置(3)、信號轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(4)及同步觸發(fā)模塊(5)，其中 所述電源系統(tǒng)(I)，包括電源、高壓直流模塊及開關(guān)電源，所述電源分別與高壓直流模塊的輸入端、開關(guān)電源的輸入端連接并供電；所述高壓直流模塊將所述電源提供的交流電源升壓并轉(zhuǎn)換為直流后，與脈沖電流形成系統(tǒng)(2)中IGBT單管Kl的輸入端連接進(jìn)行供電；所述開關(guān)電源將所述電源提供的交流電源降壓為直流后分別與脈沖電流形成系統(tǒng)(2)、信號轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(4)和同步觸發(fā)模塊(5)連接并供電； 所述脈沖電流形成系統(tǒng)(2)包括IGBT單管K1、充電電阻R1、脈沖發(fā)生模塊Ml ;所述IGBT單管K1、充電電阻Rl和脈沖發(fā)生模塊Ml串聯(lián)連接； 所述亥姆霍茲線圈裝置(3)包括安裝平面、至少三個固定在安裝平面上的支撐柱(15)和平行于所述安裝平面的亥姆霍茲線圈(11)，所述支撐柱(15)等距地分布在同一個圓周上，其中每一個支撐柱(15)上均具有環(huán)形槽I (15-1)、環(huán)形槽II (15-2)和環(huán)形凸臺(14)；所述環(huán)形槽I (15-1)到安裝平面的距離小于環(huán)形槽II (15-2)到安裝平面的距離，所述環(huán)形凸臺(14)位于環(huán)形槽I (15-1)和環(huán)形槽II (15-2)之間；所述亥姆霍茲線圈(11)包括線圈I和線圈II ;所述線圈I卡在環(huán)形槽I (15-1)內(nèi)，從而固定在支撐柱(15)上；所述線圈II卡在環(huán)形槽II (15-2)內(nèi)，從而固定在支撐柱(15)上；所述線圈I到安裝平面的距離小于線圈II到安裝平面的距離；所述亥姆霍茲線圈裝置(3)與脈沖電流形成系統(tǒng)(2)相連接； 所述信號轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(4)包括電/光轉(zhuǎn)換器Jl (4-1)及電/光轉(zhuǎn)換器J2 (4-2);所述電/光轉(zhuǎn)換器Jl (4-1)的輸出端與脈沖電流形成系統(tǒng)(2)中的IGBT單管Kl的控制端連接，電/光轉(zhuǎn)換器J2 (4-2)的輸出端與脈沖電流形成系統(tǒng)⑵中的脈沖形成模塊Ml的控制端連接； 所述同步觸發(fā)模塊(5)的輸出端分別與信號轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(4)的電/光轉(zhuǎn)換器Jl及電/光轉(zhuǎn)換器J2相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于亥姆霍茲線圈和IGBT模塊的均勻脈沖磁場發(fā)生器，其特征在于:所述其中IGBT單管Kl包括DC - DC模塊(6)、光/電轉(zhuǎn)換器(7)、開關(guān)驅(qū)動器⑶、IGBT(9)及柵極保護(hù)電路(10)，所述DC —DC模塊(6)接收電源系統(tǒng)(I)中開關(guān)電源輸入的直流電，所述DC —DC模塊(6)的輸出端分別與所述開關(guān)驅(qū)動器⑶和光/電轉(zhuǎn)換器(7)的電源端連接，所述光/電轉(zhuǎn)換器(7)輸出控制信號到開關(guān)驅(qū)動器(8)的控制端，所述開關(guān)驅(qū)動器⑶的輸出端輸出驅(qū)動信號到IGBT(9)的柵極，所述光/電轉(zhuǎn)換器(7)的輸入端通過光纖與信號轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中的電/光轉(zhuǎn)換器Jl (4-1)連接；所述IGBT(9)的輸入端接收電源系統(tǒng)⑴中高壓直流模塊輸入的電流，所述IGBT(9)的輸出端與充電電阻Rl連接；所述柵極保護(hù)電路(10)的輸入端與所述IGBT(9)的柵極連接，柵極保護(hù)電路(10)的輸出端與IGBT (9)的輸出端連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于亥姆霍茲線圈和IGBT模塊的均勻脈沖磁場發(fā)生器，其特征在于:所述脈沖發(fā)生模塊Ml包括脈沖電容器Cl、放電電阻R2及IGBT模塊(12)，所述脈沖電容器Cl 一端接地，另一端通過放電電阻R2與亥姆霍茲線圈(11)連接，亥姆霍茲線圈(11)的輸出端與IGBT模塊(12)的輸入端連接，IGBT模塊(12)的輸出端與脈沖電容器Cl連接并接地；所述IGBT模塊(12)的驅(qū)動器輸入端與所述電源系統(tǒng)(I)中開關(guān)電源連接，所述IGBT模塊(12)的驅(qū)動器控制端通過光纖與信號轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(4)中電/光轉(zhuǎn)換器J2連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于亥姆霍茲線圈和IGBT模塊的均勻脈沖磁場發(fā)生器，其特征在于:所述亥姆霍茲線圈由兩個直徑相同的線圈L1、線圈L2組成，且所述線圈L1、線圈L2之間的間距為線圈LI或線圈L2直徑的一半。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4任一項(xiàng)所述的基于亥姆霍茲線圈和IGBT模塊的均勻脈沖磁場發(fā)生器，其特征在于:所述電/光轉(zhuǎn)換器Jl (4-1)、電/光轉(zhuǎn)換器J2 (4-2)中輸出控制信號的時序相反。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于亥姆霍茲線圈和IGBT模塊的均勻脈沖磁場發(fā)生器，其特征在于:所述電源系統(tǒng)(I)中的電源采用220V交流電，高壓直流模塊輸出最高電壓幅值4000V、最大電流幅值60mA。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于亥姆霍茲線圈和IGBT模塊的均勻脈沖磁場發(fā)生器，其特征在于:所述電源系統(tǒng)中(I)開關(guān)電源將220V交流電轉(zhuǎn)換為15V直流電后與所述IGBT單管Kl的DC - DC模塊的輸入端連接，所述DC - DC模塊將15V直流電轉(zhuǎn)換為15V和5V直流電?！?br> 【文檔編號】A61N2/02GK103520836SQ201310479080
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月14日
【發(fā)明者】米彥, 姚陳果, 李成祥, 蔣春, 張晏源, 周龍翔, 儲貽道, 廖瑞金, 李劍 申請人:重慶大學(xué)