高频电刀负极板接触阻抗检测电路及检测方法

技术领域

本申请涉及高频电刀技术领域，特别是涉及一种多检测方式并行的高频电刀负极板接触阻抗检测电路及检测方法。

背景技术

目前，国内高频电刀因其切割速度快，止血效果好，操作简单得到广泛应用，但是在安全检测环节上，与国外相比，还有较大差距，安全性能有待提高。尤其是手术过程中负极板与患者接触是否充分，都直接关系到电刀操作过程中的安全与否。在手术过程中，由于病人处于麻醉状态，无法感知皮肤的发热和烧伤，如果不能及时的检测负极板接触的状态，在很短的时间内，就会造成不可逆转的烧伤。国内的负极板检测电路，存检测方式单一，检测精度不足，检测灵活性差，报警误动作的问题，不能够及时准确的反应接触阻抗的真实状态，给手术带来了极大的安全隐患。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种多检测方式并行的高频电刀负极板接触阻抗检测电路及检测方法，检测方式包括接触阻抗线性检测电路和接触阻抗非线性检测，接触阻抗线性检测具有采样阻抗呈线性变化的特点，接触阻抗非线性检测具有采样阻抗较大时，采样精度高的特点。利用两种检测方式各自采样的特点，提高了接触阻抗检测的灵活性，提高了接触阻抗检测精度。

本发明提供了以下技术方案：

一种高频电刀负极板接触阻抗检测电路，包括：

与所述高频电刀负极板连接的负极板输入端(1)；

通过所述负极板输入端(1)对所述高频电刀负极板的接触阻抗进行采集与转换的阻抗变换变压器(2)；

将所述阻抗变换变压器(2)作为可变化阻抗负载的阻抗分压电路(3)；

采集所述阻抗分压电路(3)中等效负载阻抗两端电压并对采集的信号进行滤波处理的信号预处理电路(4)；

基于所述信号预处理电路(4)的输出信号进行接触阻抗线性检测的接触阻抗线性检测电路(5)和进行接触阻抗非线性检测的接触阻抗非线性检测电路(6)；

对所述接触阻抗线性检测电路(5)和所述接触阻抗非线性检测电路(6)的检测结果进行AD采样输出的AD采样输出端(7)；

为所述阻抗分压电路(3)提供稳定的交流信号的信号发生器(8)。

进一步地，所述负极板输入端(1)包括第一输入端、第二输入端和第三输入端；

所述阻抗变换变压器(2)包括变压器、第一电容、第二电容、第一电阻和第二电阻；所述第一电容、所述第一电阻、所述第二电容与所述第二电阻并联连接，所述第一电容的第一端与所述第一输入端连接；所述第二电容的第一端与所述第二输入端连接；所述第一电容的第二端与所述第三输入端连接；所述变压器的原边的两端分别连接所述第一电容的第一端和所述第二电容的第一端；所述变压器的副边接入所述接触阻抗与阻抗分压电路(3)。

进一步地，所述阻抗分压电路(3)包括第三电阻和所述变压器；所述变压器的副边的第一端与所述信号发生器(8)的输出端连接，所述变压器的第二端经所述第三电阻接地。

进一步地，所述信号预处理电路(4)包括分别采集所述变压器的副边两端电压的第一信号预处理子电路和第二信号预处理子电路；

所述第一信号预处理子电路包括：第一运算放大器、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第三电容和第四电容；所述第一运算放大器的正向输入端经所述第三电容和所述第四电容连接至所述变压器的第二端；所述第一运算放大器的正向输入端经所述第七电阻接地；所述第一运算放大器的反向输入端经所述第四电阻接地；所述第一运算放大器的反向输入端经所述第五电阻连接至所述第一运算放大器的输出端；所述第一运算放大器的输出端经所述第六电阻连接至所述第三电容和所述第四电容之间；所述第一运算放大器的输出端作为所述第一信号预处理子电路的输出端分别连接至所述接触阻抗线性检测电路(5)和接触阻抗非线性检测电路(6)；

所述第二信号预处理子电路的结构与所述第一信号预处理子电路的结构相同。

进一步地，所述接触阻抗线性检测电路(5)包括与所述第一信号预处理子电路的输出端相连接的第一子检测电路和与所述第二信号预处理子电路的输出端相连接的第二子检测电路；

所述第一子检测电路包括：RC滤波电路、第三运算放大器、第四运算放大器、第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻、第十六电阻、第十七电阻、第十八电阻、第一二极管和第二二极管；所述第三运算放大器的正向输入端经所述第十四电阻接地；所述第三运算放大器的反向输入端经所述第十二电阻与所述第一信号预处理子电路的输出端相连；所述第三运算放大器的反向输入端经所述第一二极管与所述第三运算放大器的输出端相连；所述第三运算放大器的反向输入端经所述第十三电阻连接至所述第二二极管与所述第十六电阻之间；所述第一信号预处理子电路的输出端经所述第十五电阻连接至所述第二二极管与所述第十六电阻之间；所述第三运算放大器的输出端经所述第二二极管和所述第十六电阻连接至所述第四运算放大器的反向输入端，所述第四运算放大器的正向输入端经所述第十八电阻接地，所述第四运算放大器的反向输入端经所述第十七电阻连接至所述第四运算放大器的输出端；所述第四运算放大器的输出端经所述RC滤波电路连接至第一AD采样输出端；

所述第二子检测电路与所述第一子检测电路的结构相同。

进一步地，所述接触阻抗非线性检测电路(6)包括第一电压比较器、第二电压比较器、第九运算放大器、第二十八电阻、第二十九电阻、第三十电阻、第三十一电阻、第三十二电阻、第三十三电阻、第三十四电阻和第九电容；所述第一电压比较器的反向输入端与所述第一信号预处理子电路的输出端相连；所述第一电压比较器的正向输入端经所述第二十八电阻与参考电压连接；所述第一电压比较器的正向输入端经所述第二十九电阻与所述第二电压比较器的反向输入端连接；所述第一电压比较器的输出端经所述第三十一电阻与电压端Vcc相连；所述第二电压比较器的反向输入端经所述第三十电阻接地；所述第二电压比较器的正向输入端与所述第二信号预处理子电路的输出端相连；所述第二电压比较器的输出端与所述第一电压比较器的输出端连接；所述第二电压比较器的输出端经所述第三十二电阻与所述第九运算放大器的正向输入端连接；所述第九运算放大器的正向输入端经所述第九电容接地；所述第九运算放大器的反向输入端经所述第三十三电阻接地；所述第九运算放大器的反向输入端经所述第三十四电阻与所述第九运算放大器的输出端相连，所述第九运算放大器的输出端与所述第二AD采样端连接。

进一步地，所述信号发生器(8)包括IC、串联谐振网络和外围电路；其中，所述IC经所述串联谐振网络与所述变压器副边的第一端相连接；所述IC与配套的外围电路相连接。

该发明还提供了一种利用上述高频电刀负极板接触阻抗检测电路检测高频电刀负极板接触阻抗的方法，所述方法包括:

将中央控制单元内的基值寄存器寄存的初始时刻的接触阻抗作为基值电阻；

利用所述高频电刀负极板接触阻抗检测电路进行采样，并将每次采样得到的接触电阻寄存在瞬时寄存器；

比较采样得到的接触电阻与所述基值电阻，确定接触阻抗是否发生变化；

当所述接触阻抗发生变化时，判断所述接触阻抗大小是否在系统设定的安全电阻范围内，并同时判断所述接触阻抗变化率是否超过基值电阻的40％；

若不满足上述两个条件中任何一个，系统停止输出，并发生报警。

进一步地，当接触阻抗减小时，将接触阻抗送入基值寄存器中。

本发明的优点和积极效果：

1、本发明采用高频交流的检测方式，利用人体阻抗随频率升高而降低的特点，使得接触阻抗减小，极大的减小了被检测电路的输出阻抗，提高了检测电路精度。

2、本发明采用多种检测方式，阻抗线性检测及非线性检测，增加了检测多样性，提高了接触阻抗检测的精度，防止电路发生误动作。

3、本发明通过系统软件设计及阻抗检测电路等外围配套电路，自动调节接触阻抗基值大小，适应不同患者人群，提高了检测的灵活性，同时通过判断接触阻抗变化率大小，判断接触阻抗的状态，从全局上通过软件和硬件共同作用实现对接触阻抗及时准确的检测。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的检测电路的结构原理框图；

图2是本发明实施例提供的一种检测电路的电路图；

图3是本发明实施例提供的接触阻抗大小与阻抗检测模块输出信号的关系图；

图3中，曲线1表示阻抗检测电路中阻抗非线性检测电路接触阻抗大小与采集电压信号的关系示意曲线；

曲线2表示阻抗检测电路中阻抗线性检测电路接触阻抗大小与采集电压信号的关系示意曲线；

图4是本发明实施例提供的一种检测方法的流程图；

其中，1、负极板输入端，2、阻抗变换变压器，3、阻抗分压电路，4、信号预处理电路，5、接触阻抗线性检测电路，6、接触阻抗非线性检测电路，7、AD采样输出端，8、信号发生器。

具体实施方式

本发明是针对现有技术中存在的负极板检测电路检测方式单一、检测精度不足、检测灵活性差、报警误动作的问题，不能够及时准确的反应接触阻抗的真实状态，给手术带来了极大的安全隐患而研发的一种多检测方式并行的负极板接触状态检测电路。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

如图1所示，其示出了本发明实施例中一种多检测方式并行的负极板接触状态检测电路的结构原理框图，该检测电路包括负极板输入端1、阻抗变换变压器2、阻抗分压电路3、信号预处理电路4、采用多种检测方式并行的接触阻抗检测电路、AD采样输出端7和信号发生器8；所述接触阻抗检测电路分为接触阻抗线性检测电路5和接触阻抗非线性检测电路6；接触阻抗线性检测电路5和接触阻抗非线性检测电路6的输出端均与AD采样输出端7连接；

所述负极板输入端1包括三个输入端，分别与分体式负极板连接；

所述阻抗变换变压器2主要实现对分体式负极板与患者接触阻抗的采集与转换，并作为可变化的阻抗负载接入到阻抗分压电路3；

所述阻抗分压电路3利用阻抗分压原理，输出端与信号预处理电路4输入端连接；

所述信号预处理电路4主要采集阻抗分压电路3中等效负载阻抗两端电压，并对采集的信号进行滤波处理，该模块的两个输出端与接触阻抗检测电路的输入端相连接；

所述信号发生器8主要为阻抗分压电路3提供稳定的交流信号，其输出端与阻抗分压电路3的一个输入端连接。

如图2所示，其示出了本发明实施例中的检测电路的一种电路图。

负极板输入端1包括三个输入端，包括第一输入端、第二输入端和第三输入端，并分别与分体式负极板连接。

阻抗变换变压器2包括变压器T、第一电容C1、第二电容C2、第一电阻R1和第二电阻R2。第一电容C1、第一电阻R1、第二电容C2与第二电阻R2并联连接，第一电容C1的第一端与第一输入端连接；第二电容C2的第一端与第二输入端连接；第一电容C1的第二端与第三输入端连接；变压器T的原边的两端分别连接第一电容C1的第一端和第二电容C2的第一端；变压器T的副边接入接触阻抗与阻抗分压电路3。

阻抗变换变压器设有第一电阻R1和第二电阻R2；第一电容C1和第二电容C2的第一端与负极板输入端1连接，实现对接触阻抗的采集与转换；变压器T的设置，既可以实现检测电路和负极板电路的隔离，又可以通过调节变压器变比来实现改变检测电路中等效接触阻抗的作用，最终可变化的接触阻抗与阻抗分压电路3连接。

阻抗分压电路3包括第三电阻R3和变压器T；信号发生器8输出端连接到变压器T副边的一端，变压器T的另一端连接第三电阻R3，最终分压电阻R3与地相连接；通过采集阻抗转换变压器T等效的接触阻抗两端的分压，实现对接触阻抗状态的判断。

信号预处理电路4包括分别采集所述变压器的副边两端电压的第一信号预处理子电路和第二信号预处理子电路，采集两点处的电压，对信号进行高通滤波，避免电网电压对检测信号的影响，提高了检测的稳定性与精度。具体包括第一运算放大器U1、第二运算放大器U2、电阻R4-R11和电容C3-C6；第一信号预处理子电路包括：第一运算放大器U1、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第三电容C3和第四电容C4；第一运算放大器U1的正向输入端经第三电容C3和第四电容C4连接至变压器T的第二端；第一运算放大器U1的正向输入端经第七电阻R7接地；第一运算放大器U1的反向输入端经第四电阻R4接地；第一运算放大器U1的反向输入端经第五电阻R5连接至第一运算放大器U1的输出端；第一运算放大器U1的输出端经第六电阻R6连接至第三电容C3和第四电容C4之间；第一运算放大器U2的输出端作为第一信号预处理子电路的输出端分别连接至接触阻抗线性检测电路(5)和接触阻抗非线性检测电路(6)。

第二信号预处理子电路的结构与第一信号预处理子电路的结构相同。

接触阻抗线性检测电路5包括运算放大器U3-U6，电阻R12-R18，电阻R20-R26和二极管D1-D4。这些器件构成与第一信号预处理子电路的输出端相连接的第一子检测电路和与第二信号预处理子电路的输出端相连接的第二子检测电路，实现对滤波后的信号进行处理；具体包括：第一子检测电路包括：RC滤波电路、第三运算放大器U3、第四运算放大器U4、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第十八电阻R18、第一二极管D1和第二二极管D2；第三运算放大器U3的正向输入端经第十四电阻R14接地；第三运算放大器U3的反向输入端经第十二电阻R12与第一信号预处理子电路的输出端相连；第三运算放大器U3的反向输入端经第一二极管D1与第三运算放大器U3的输出端相连；第三运算放大器的反向输入端经第十三电阻R13连接至第二二极管D2与第十六电阻R16之间；第一信号预处理子电路的输出端经第十五电阻R15连接至第二二极管D2与第十六电阻R16之间；第三运算放大器U3的输出端经第二二极管D2和第十六电阻R16连接至第四运算放大器U4的反向输入端，第四运算放大器U4的正向输入端经第十八电阻R18接地，第四运算放大器U4的反向输入端经第十七电阻R17连接至第四运算放大器U4的输出端；第四运算放大器U4的输出端经RC滤波电路连接至第一AD采样输出端。

RC滤波电路包括第十九电阻R19、第二十七电阻R27、第七滤波电容C7和第八滤波电容C8，实现无源低通滤波，最终输出的信号与AD采样输出端7相连接，电阻R19和电阻R27的一端分别与第四运算放大器U4和第六运算放大器U6的输出端相连接。

第二子检测电路与第一子检测电路的结构相同。

接触阻抗非线性检测电路6包括电阻R28-R31、电压比较器U7-U8；通过合理的设置电阻R28-R30的阻值与参考电压Vref的电压，能够获得所需要的阈值电压；U7和U8的输入信号与信号预处理电路4中U1和U2的输出端相连接；U9、R32-R34和C9组成有源滤波，通过有源滤波，实现对信号的处理，同时减少了由于无源滤波对信号的衰减；U9输出信号与AD采样输出端7相连接；R32与U7和U8输出侧相连接；最终输出信号送入AD采样，将采集处理后的数字信号送入MCU中，MCU通过被采集的信号对接触阻抗的状态进行判断。

具体地的电路结构为：第一电压比较器U7的反向输入端与第一信号预处理子电路的输出端相连；第一电压比较器U7的正向输入端经第二十八电阻R28与参考电压Vref连接；第一电压比较器U7的正向输入端经第二十九电阻R29与第二电压比较器U8的反向输入端连接；第一电压比较器U7的输出端经第三十一电阻R31与电压端Vcc相连；第二电压比较器U8的反向输入端经第三十电阻R30接地；第二电压比较器U8的正向输入端与第二信号预处理子电路的输出端相连；第二电压比较器U8的输出端与第一电压比较器U7的输出端连接；第二电压比较器U8的输出端经第三十二电阻R32与第九运算放大器U9的正向输入端连接；第九运算放大器U9的正向输入端经第九电容C9接地；第九运算放大器U9的反向输入端经第三十三电阻R33接地；第九运算放大器U9的反向输入端经第三十四电阻R34与第九运算放大器U9的输出端相连，第九运算放大器U9的输出端与第二AD采样端连接。

信号发生器8主要包括IC、串联谐振网络C及外围电路；所述IC采用SG3525，SG3525是一种性能优良，功能齐全和通用性强的单片集成PWM芯片，通过SG3525可以输出占空比和频率可调的脉冲信号，再通过串联谐振网络C和谐振网络L，输出所需要的交流信号，其中SG3525的VCC引脚与电阻R36的一端连接，VC引脚与R37一端连接，+VIN与Vref连接，-VIN与电容C10和电容C11一端连接，CT，DIS与泄放电容C12连接，RT与R35连接，OUTPUTA作为输出引脚与谐振网络L和谐振网络C相连最终为阻抗分压电路3提供信号源；由于接触阻抗随频率的上升而减小，采用高频交流作为电源，极大的减小了接触阻抗的大小，使被检测电路的输出电阻减小，提高检测电路的精度。

在整个系统电路中，信号预处理电路4中滤波电路均采用LM7121型号的放大器；接触阻抗线性检测电路5中U3和U5采用TL082AC型号的放大器，U4和U6采用LM321型号的运算放放大器；接触阻抗非线性检测电路6中U7和U8采用LM319M型号的电压比较器，U9采用型号为LM321的运算放大器。

如图3所示，表示接触阻抗大小与检测电路采集电压信号的关系示意曲线。其中虚线表示接触阻抗非线性检测电路中接触阻抗大小与采集电压信号的关系示意曲线。选取AD采样电压范围为0-3.3V，接触阻抗大小为125Ω-2000Ω，有ΔU

如图4所示，MCU内基值寄存器REG_Rb寄存初始时刻的接触阻抗Rb，瞬时寄存器REG_R寄存每次采样才得的接触电阻，当接触阻抗变化时，判断接触阻抗大小是否在系统设定的安全电阻范围内，并同时判断接触阻抗变化率是否超过基值电阻的40％，若不满足任何一个条件，系统停止输出，并发生报警，当接触阻抗减小时，将接触阻抗R送入基值寄存器REG_Rb中，降低基值电阻，以便适用于不同患者，提高系统的灵活性。

本发明实施例的优点和积极效果：

1、本发明采用高频交流的检测方式，利用人体阻抗随频率升高而降低的特点，使得接触阻抗减小，极大的减小了被检测电路的输出阻抗，提高了检测电路精度。

2、本发明采用多种检测方式，阻抗线性检测及非线性检测，增加了检测多样性，提高了接触阻抗检测的精度，防止电路发生误动作。

3、本发明通过系统软件设计及阻抗检测电路等外围配套电路，自动调节接触阻抗基值大小，适应不同患者人群，提高了检测的灵活性，同时通过判断接触阻抗变化率大小，判断接触阻抗的状态，从全局上通过软件和硬件共同作用实现对接触阻抗及时准确的检测。

最后应说明的是：术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。