微型超聲手術(shù)刀及其驅(qū)動電源的研究.pdf

1、超聲手術(shù)刀是20世紀90年代后在生物醫(yī)學領(lǐng)域興起的一種新型手術(shù)器械,而MEMS技術(shù)在超聲手術(shù)刀制造中的引入，又促使其進一步發(fā)展。本文以國家863計劃所支持的“基于MEMS技術(shù)的微型超聲手術(shù)刀”項目課題為背景，對其薄片變幅桿刀體做出了理論分析，對其整體的等效網(wǎng)絡(luò)進行了建模與分析，并設(shè)計了其壓電驅(qū)動電源。論文的主要貢獻與具體創(chuàng)新點主要如下：
　　 1．首次對三角型與指數(shù)型復(fù)合薄片變幅桿進行了理論推導(dǎo)，得出了表征其特性的各種重要函數(shù)與

2、方程，并在此基礎(chǔ)上結(jié)合樣品的尺寸參數(shù)進行了分析、優(yōu)化與測試。分析測試結(jié)果表明：薄片變幅桿與其壓電振片從波節(jié)面處結(jié)合時具有最佳的力耦合效果，其在PZT雙驅(qū)結(jié)構(gòu)下可實現(xiàn)兩倍于PZT單驅(qū)的刀頭位移量。另外，三角型復(fù)合變幅桿具有不隨長度尺寸改變的穩(wěn)定放大率，而指數(shù)型桿具有更高的放大率，并可通過提高指數(shù)部分的寬度比來進一步提升其放大率，在相同長度尺寸下，經(jīng)優(yōu)化可達三角型桿放大率的2.1倍。
　　 2．建立了微型超聲手術(shù)的等效阻抗網(wǎng)絡(luò)模型，

3、在此基礎(chǔ)上根據(jù)軟件仿真與實際測試而提出了一種高頻應(yīng)用條件下PZT的簡化負載模型。
　　 3．基于微型術(shù)刀的負載模型及實際應(yīng)用要求，設(shè)計了一種針對高頻應(yīng)用的復(fù)合壓電驅(qū)動電源，并詳述了其電路原理及設(shè)計細節(jié)。最后，對電源系統(tǒng)進行實際搭建與調(diào)測，測試結(jié)果表明，該復(fù)合電源驅(qū)動系統(tǒng)折衷了純分立器件系統(tǒng)與純集成芯片系統(tǒng)的優(yōu)點，具有高速低耗、高穩(wěn)定、小體積、小成本的優(yōu)點，其擁有294KHz的工作頻寬及40Vp-p、1A的大功率交流輸出能力，并在