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双向充电高频磁刺激电路的研制

作　者: 李松
导　师: 刘志朋；殷涛
学　校: 中国协和医科大学
专　业: 生物医学工程
关键词: 磁刺激能量 RCL电路双向充电欠阻尼特性能量消耗 IGBT高速开关
分类号: TN322.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 32次
引　用: 2次
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内容摘要

经颅磁刺激技术是一种通过产生快速变化的磁场在脑内感应出电场,从而影响神经电位活动进而达到检测神经通路传导或对精神、心理疾病的治疗作用。该技术近十几年来发展较快,已经应用于临床,并取得了较好的效果。但由于达到神经电位阈值所需的磁刺激脉冲能量较大,对电源功耗的要求限制了磁刺激的高频应用,本文研制了一种用于高频磁刺激仪的双向充电电路,用以降低功率消耗。本文设计了单片机控制的多路IGBT高速大功率开关实现对无极性电容进行正反双向向充电和电容对电感单向放电的控制,设计中运用了RCL电路欠阻尼状态特性。电路工作时,先对电容正向充电至预设电压,关断充电开关,开通放电开关,电容对电感放电,当电容放电达到周期内反向最大值时断开放电电路,将剩余的电能储存,开通反向充电开关,进行电容反方向充电至预设值,再次开通放电开关,电容对电感放电,此为一个完整的刺激周期。本研究中对系统软硬件设计的电路进行了实验验证,实验参数为电源输出100V,刺激频率最高100HZ,放电时间250us,使用了六组线圈(RL参数不同)进行试验,对不同参数的磁刺激电路使用正反双向充电、单向放电与传统的单向充放电进行了比较,并得到了在不同RCL参数(不同阻尼系数)时降低的能量消耗。结果表明本文设计的方法可以有效降低高频磁刺激仪功耗,提高磁刺激仪器能量利用率。本研究中还对放电线圈产生的磁场和感应电场进行了测试,其波形特征符合电路设计的理论波形特征,可以对神经刺激进行有效刺激。本论文提出的电容双向充电电路为磁刺激仪提供了一个新模式,为磁刺激仪技术及机理研究奠定基础。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章引言  8-16
  1.1 问题的提出  8
  1.2 研究背景  8-9
  1.3 研究意义  9-10
  1.4 国内外发展现状  10-14
    1.4.1 磁刺激技术应用的领域  10-12
    1.4.2 国际国内的磁刺激技术的发展过程  12-14
  1.5 研究目的  14
  1.6 研究内容  14-15
  1.7 本章小结  15-16
第二章磁刺激的基本原理  16-26
  2.1 磁刺激的原理  16-20
    2.1.1 磁场的分类  16-17
    2.1.2 脉冲磁场产生原理  17-18
    2.1.3 磁场作用的基本原理  18-20
  2.2 磁刺激仪器的原理  20-25
    2.2.1 磁刺激电路设计方案  20-22
    2.2.2 RC电路分析  22-23
    2.2.3 RLC电路分析  23-25
  2.3 本章小结  25-26
第三章磁刺激仪器设计  26-46
  3.1 主电路设计  27-34
    3.1.1 主电路原理  27-28
    3.1.2 主电路元件参数选择  28-34
  3.2 控制电路设计  34-45
    3.2.1 控制电路硬件设计  34-40
    3.2.2 控制电路软件设计  40-45
  3.3 本章小结  45-46
第四章实验与结论  46-60
  4.1 RLC参数与电路波形  46-49
  4.2 电容双向充电磁刺激电路  49-54
    4.2.1 电容单向充电与双向充电电路比较  49-50
    4.2.2 不同RLC参数试验结果比较  50-54
  4.3 放电线圈产生感应磁场测试  54-58
    4.3.1 探测线圈测量感应磁场  55-57
    4.3.2 高斯计测量感应磁场  57-58
  4.4 本章小结  58-60
第五章总结与展望  60-61
参考文献  61-66
在学期间发表论文  66-67
在学期间参加科研项目  67-68
致谢  68

双向充电高频磁刺激电路的研制

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