基于HelmHolz 线圈的多波形电磁场发生器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于HelmHolz线圈的多波形电磁场发生器，包括电源模块、连接该电源模块的信号发生模块、显示控制模块、功放模块和电磁场发生模块，其特征在于，所述显示控制模块通过人机接口，对信号发生模块进行控制，并通过液晶屏实现对来自功放模块输出信号的显示；所述信号发生模块产生包括正弦波、三角波、单脉冲及脉冲群波形的数字信号并输出到功放模块进行功率放大，所述电磁场发生模块为3-HelmHolz线圈，将功放模块输出的信号转换为相应波形的电磁场。该装置使用简单、操作方便、经济实用，在电磁场的生物效应研究领域具有广阔的应用前景。
【专利说明】基于HelmHolz线圈的多波形电磁场发生器

【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种电磁场发生装置，特别涉及一种用于电磁生物效应研究和临 床电磁治疗的可输出强度和频率线性可调的正弦波、三角波、单脉冲和脉冲群波形的程控 多波形电磁场发生装置。

【背景技术】
[0002] 电磁场的生物效应是生物电磁学研究的一个重要内容，也是生物医学工程界研究 的热点。产生生物效应的磁场类型主要有稳恒磁场和时变磁场。早在二千多年前，中国西 汉时代已利用磁石（Fe 304的天然矿石）来治病。上世纪70年代美国科学家Bassett发现 当每天给予临床骨折后的骨不连患者脉冲电磁场刺激后，其骨折愈合速率显著提升，因此 他预言脉冲电磁场作为一种无需体内植入电极、无损伤、经济、使用方便、副作用小的物理 治疗方法，具有广阔的骨骼疾病治疗的临床应用前景。而稳恒磁场也具有提高机体骨密度、 改善微循环、消炎镇痛和加速创伤愈合等效果，同样三角波和矩形波的作用效果亦有大量 的研究报道。
[0003] 目前，国内外普遍使用的三种主要的电磁场发生方法有：稳恒磁片法、螺线管线圈 法和HelmHolz (亥姆霍兹）线圈法。通过稳恒磁片可以获得中、低强度的稳恒梯度磁场，但 其主要问题在于稳恒磁片所产生的电磁场分布均匀性较差，磁场随距离变化的梯度衰减极 其显著，且受限于磁片尺寸问题，很难产生能够覆盖人体的大面积的空间电磁场。螺线管 线圈要求被暴露物体置于螺线管中，螺线管与一信号发生源连接。工作时其内部会所产生 空间分布较为均匀的电磁场，其电磁场分布均匀性在这三种方法中为最佳，但是螺线管线 圈在工作中会在其中产生大量的热量，使热效应所带来的影响淹没了电磁场对被暴露目标 所产生的影响。Helmholtz线圈是一对相同的、共轴的、彼此平行的线圈组。相比于螺线管 线圈，HelmHolz线圈在工作时对暴露目标所产生的热效应极其微弱，且其使用更加灵活、方 便，是目前实验室和临床应用的最为常见的电磁场发生方式。但是，HelmHolz线圈所产生 的电磁场空间衰减较为显著，距离HelmHolz线圈的轴向中线越远其衰减越显著。


【发明内容】

[0004] 本实用新型的目的是提供一种电磁场空间衰减小且分布更均匀的程控多波形电 磁场发装生置。
[0005] 为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：
[0006] -种基于HelmHolz线圈的多波形电磁场发生器，包括电源模块、连接该电源模块 的信号发生模块、显示控制模块、功放模块和电磁场发生模块，其特征在于，所述显示控制 模块通过人机接口，对信号发生模块进行控制，并通过液晶屏实现对来自功放模块输出信 号的显示；所述信号发生模块产生包括正弦波、三角波、单脉冲及脉冲群波形的数字信号并 输出到功放模块进行功率放大，所述电磁场发生模块为3-HelmHolz线圈，将功放模块输出 的信号转换为相应波形的电磁场。
[0007] 上述方案中，所述基于HelmHolz线圈的多波形电磁场发生器还包括由过载保护 和报警电路构成的保护模块，连接电源模块和功放模块。
[0008] 所述3-HelmHolz线圈线圈由3个的独立的HelmHolz线圈以圆心为中轴线串联成 一个线圈组，线圈的半径为40cm，线圈间距为30. 4cm，中心线圈阻数为266阻，外侧两线圈 的匝数为500匝。
[0009] 本实用新型的优点是，将程控波形发生器与"3-HelmHolz线圈"相结合，利用 STC5410单片机编程控制产生正弦波、三角波、单脉冲及脉冲群波形，这些波形的强度和频 率线性可调，通过接入改进的"3-HelmHolz线圈"中，能够产生空间分布更为均匀的、能够诱 发有效生物效应的电磁场。
[0010] 该系统使用简单、操作方便，在电磁场的生物效应研究领域具有广阔的应用前景。

【专利附图】

【附图说明】
[0011] 以下结合附图及【具体实施方式】对本发明做进一步详细描述。
[0012] 图1为本发明的结构框图。
[0013] 图2为图1中3-HelmHolz线圈的结构图。
[0014] 图3为图1装置产生的一种脉冲群电磁场波形。

【具体实施方式】
[0015] 参考图1，本发明基于HelmHolz线圈的多波形电磁场发生器包括由STC5410单片 机（含波形、强度、频率、占空比四个控制芯片）及其外围电路构成的信号发生模块，可产生 波形、强度、频率、占空比可调的各种数字信号；由0PA549大功率运放器及其外围电路构成 的功放模块，可对信号发生模块输出的程控可调的弱电流信号进行功率放大，以适应研究 和临床应用的具体需要。显示控制模块通过人机接口，可对信号发生模块进行控制，得到需 要的波形，同时实现自功放模块的信号的输出显示（可在12864液晶上实时显示强度、频 率、占空比的数值）。3-HelmHolz线圈为电磁场发生模块，可将功放模块输出的信号转换 为相应的电磁场用于实验及临床。过载保护和报警电路为保护模块，连接电源模块和功放 模块，用于保护电源和0PA549功率放大芯片免受3-HelmHolz线圈的电磁感应现象产生的 反向电压和反向电流的损坏。信号发生模块和保护模块由48v，10A大功率直流电源（电源 模块）供电。
[0016] 在图2中，3个的独立的HelmHolz线圈以圆心为中轴线串联成一个线圈组，沿线圈 轴向的磁通密度为：
[0017]

【权利要求】
1. 一种基于HelmHolz线圈的多波形电磁场发生器，包括电源模块、连接该电源模块的 信号发生模块、显示控制模块、功放模块和电磁场发生模块，其特征在于，所述显示控制模 块通过人机接口，对信号发生模块进行控制，并通过液晶屏实现对来自功放模块输出信号 的显示；所述信号发生模块产生包括正弦波、三角波、单脉冲及脉冲群波形的数字信号并输 出到功放模块进行功率放大，所述电磁场发生模块为3-HelmHolz线圈，将功放模块输出的 信号转换为相应波形的电磁场。
2. 如权利要求1所述的基于HelmHolz线圈的多波形电磁场发生器，其特征在于，还包 括由过载保护和报警电路构成的保护模块，连接电源模块和功放模块。
3. 如权利要求1所述的基于HelmHolz线圈的多波形电磁场发生器，其特征在于，所述 3-HelmHolz线圈由3个的独立的HelmHolz线圈以圆心为中轴线串联成一个线圈组，线圈的 半径为40cm，线圈间距为30. 4cm，中心线圈阻数为266阻，外侧两线圈的阻数为500阻。
【文档编号】A61N2/04GK203874283SQ201420275450
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年5月27日 优先权日:2014年5月27日
【发明者】景达, 罗二平, 申广浩, 佟世超, 谢康宁, 汤池, 吴小明, 郭伟 申请人:中国人民解放军第四军医大学