JP2672797B2 - Ultrasonic transducer drive circuit - Google Patents
Ultrasonic transducer drive circuitInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、超音波変換器駆動回
路に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic transducer driving circuit.
【0002】[0002]
【従来の技術】超音波変換器を用いる装置は、従来種々
提案されており、例えば、外科用超音波メス、超音波洗
浄器、超音波加工装置等が知られている。このような超
音波装置に使用されている超音波変換器は、効率を高め
るために、その共振周波数で駆動するのが望ましいが、
共振周波数は負荷条件や温度によって変動する。2. Description of the Related Art Conventionally, various devices using an ultrasonic transducer have been proposed, and for example, ultrasonic scalpels for surgical use, ultrasonic cleaners, ultrasonic processing devices, etc. are known. The ultrasonic transducer used in such an ultrasonic device is preferably driven at its resonance frequency in order to increase efficiency,
The resonance frequency varies depending on load conditions and temperature.
【0003】このようなことから、従来、例えば超音波
変換器の駆動電圧と駆動電流あるいは振動速度検出信号
との位相差を検出し、その出力に基づいて超音波変換器
の駆動周波数を制御する、いわゆるフェーズロックルー
プ(PLL)方式の共振点追尾回路を用いるものが提案
されている。From the above, conventionally, for example, the phase difference between the drive voltage and the drive current of the ultrasonic transducer or the vibration velocity detection signal is detected, and the drive frequency of the ultrasonic transducer is controlled based on the output. A so-called phase-locked loop (PLL) type resonance point tracking circuit has been proposed.
【0004】ここで、超音波変換器は、図9に圧電型振
動子1の等価回路を示すように、直列接続された抵抗
R、インダクタLおよびキャパシタCと、この直列回路
に並列に接続された制動容量Cdとから成り、実際の使
用においては、一般に制動容量Cdを打ち消すために、
補正インダクタLdを並列接続している。Here, as shown in the equivalent circuit of the piezoelectric vibrator 1 in FIG. 9, the ultrasonic transducer is connected in series with a resistor R, an inductor L and a capacitor C which are connected in series. In addition, in actual use, in order to cancel the braking capacity Cd,
The correction inductor Ld is connected in parallel.
【0005】この場合、振動子1の駆動電圧と駆動電流
との位相差θの周波数特性は、図10Aに示すようにな
り、またインピーダンス|Z|の周波数特性は、図10
Bに示すようになる。すなわち、位相差θは、共振点f
r およびその前後の反共振点f1 ,f2 で零となり、イ
ンピーダンス|Z|は、共振点fr で最小、反共振点f
1 ,f2 で最大となる。したがって、上記のPLL方式
の共振点追尾回路を用いることにより、図10A,Bか
ら明らかなように、反共振点のf1 からf2 の間で、共
振点を有効に追尾することができる。In this case, the frequency characteristic of the phase difference θ between the driving voltage and the driving current of the vibrator 1 is as shown in FIG. 10A, and the frequency characteristic of the impedance | Z |
As shown in B. That is, the phase difference θ is equal to the resonance point f.
r and the antiresonance point f 1 before and after, f 2 at zero, and the impedance | Z | is minimum at the resonance point f r, antiresonance point f
It becomes maximum at 1 and f 2 . Therefore, by using the above-described PLL type resonance point tracking circuit, as is clear from FIGS. 10A and 10B, the resonance point can be effectively tracked between the anti-resonance points f 1 and f 2 .
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな超音波変換器の駆動においては、例えば、発振開始
時の駆動周波数がf1 以下あるいはf2 以上の場合、ル
ープの帰還制御が利かず追尾不能となり、駆動周波数は
f1 以下あるいはf2 以上の値になる。このような現象
は、発振開始時に限らず、超音波変換器の共振周波数
が、例えば負荷条件や温度によって大きく変動したり、
超音波変換器に異常が生じて、f 1 からf2 までの特性
に異常が生じた場合、例えば共振点fr が存在しなくな
った場合にも発生する。さらに、上記の状況下で、たと
え共振点が存在しても、その周波数の値が所定の範囲外
になる場合がある。この場合、超音波変換器の正しい共
振点であるかのような所定の範囲外の駆動周波数が超音
波変換器に供給し続けられる。However, this is not the case.
When driving such an ultrasonic transducer, for example, start oscillation
Driving frequency is f1Less than or fTwoIf the above
Feedback control of the loop is not effective and tracking becomes impossible, and the drive frequency is
f1Less than or fTwoIt becomes the above value. This phenomenon
Is the resonance frequency of the ultrasonic transducer, not only at the start of oscillation.
However, for example, it may fluctuate greatly depending on load conditions and temperature,
If an abnormality occurs in the ultrasonic transducer, f 1To fTwoCharacteristics
When an abnormality occurs in, for example, the resonance point frNo longer exists
It also occurs when there is. Furthermore, under the above circumstances,
Even if there is a resonance point, its frequency value is outside the specified range.
May be. In this case, the correct ultrasonic transducer
If the driving frequency is outside the specified range as if it were a swing point,
The wave converter continues to be supplied.
【0007】このような正しい共振点以外での駆動を防
止し得るものとして、例えば、特開昭60−34776
号公報や特開昭62−140686号公報には、ロック
インに入る前に、超音波変換器を駆動するための電圧制
御発振器の出力周波数を、D/Aコンバータからの外部
信号によりスイープさせて、各周波数ステップ毎の変換
器電流データを求めて記憶し、その後、記憶した変換器
電流データをサーチして超音波変換器の基本共振点を決
定してから、電圧制御発振器の出力周波数を、その決定
した基本共振点の周波数にロックインしてPLL制御に
切り換えると共に、そのPLL制御においては、PLL
制御ループの位相比較器の出力をウインドコンパレータ
で監視して、その出力が設定範囲を越えたとき、超音波
変換器の駆動を停止するようにしたものが開示されてい
る。しかし、これらの従来の駆動回路にあっては、電圧
制御発振器の出力周波数を基本共振点の周波数にロック
インしてPLLによる共振点追尾を開始した後に、PL
L制御ループの位相比較器の出力に基づいて、超音波変
換器の駆動の停止を制御するようにしているため、ロッ
クインに入る前においては、超音波変換器に異常がある
か否かを検出することができない。このため、例えば、
超音波変換器の割れ等により機械振動系に異常がある場
合には、D/Aコンバータからの外部信号による駆動周
波数のスイープにより、正しい共振点とは別の共振点が
サーチされて、その周波数にロックインされて超音波変
換器が駆動され、これがため、超音波変換器の駆動効率
が著しく低下するばかりでなく、その状態での駆動が続
いた場合には、不整合によって駆動回路を構成する電子
部品等が焼損してしまうという問題がある。As a device capable of preventing driving at a point other than the correct resonance point, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 60-34776.
In Japanese Patent Laid-Open No. 62-140686 and Japanese Patent Laid-Open No. 62-140686, the output frequency of a voltage controlled oscillator for driving an ultrasonic transducer is swept by an external signal from a D / A converter before entering lock-in. , The transducer current data for each frequency step is obtained and stored, then the stored transducer current data is searched to determine the basic resonance point of the ultrasonic transducer, and then the output frequency of the voltage controlled oscillator is Locking in to the frequency of the determined basic resonance point and switching to PLL control, and in the PLL control, the PLL
It is disclosed that the output of a phase comparator of a control loop is monitored by a window comparator, and when the output exceeds a set range, driving of an ultrasonic transducer is stopped. However, in these conventional drive circuits, after the output frequency of the voltage controlled oscillator is locked in to the frequency of the basic resonance point and the tracking of the resonance point by the PLL is started,
Since the drive stop of the ultrasonic transducer is controlled based on the output of the phase comparator of the L control loop, before entering the lock-in, it is determined whether or not there is an abnormality in the ultrasonic transducer. Cannot be detected. Thus, for example,
When there is an abnormality in the mechanical vibration system due to cracks in the ultrasonic transducer, the resonance frequency other than the correct resonance point is searched by sweeping the drive frequency by the external signal from the D / A converter, and the frequency is searched. The ultrasonic transducer is driven by being locked in, and this not only significantly reduces the driving efficiency of the ultrasonic transducer, but if driving in that state continues, the drive circuit is configured by mismatch. There is a problem that the electronic parts etc. to be burned out will be burned out.
【0008】この発明は、このような従来の問題点に着
目してなされたもので、ロックインに入る前、およびロ
ックイン後の共振点追尾状態において、超音波変換器の
異常を検出してその駆動を自動的に停止でき、したがっ
て不整合による部品の焼損等を有効に防止できるよう適
切に構成した超音波変換器駆動回路を提供することを目
的とするものである。The present invention has been made by paying attention to such a conventional problem, and detects an abnormality of an ultrasonic transducer in a resonance point tracking state before lock-in and after lock-in. It is an object of the present invention to provide an ultrasonic transducer drive circuit that is appropriately configured so that its drive can be automatically stopped, and therefore burnout of components due to misalignment can be effectively prevented.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明に係る超音波変換器駆動回路は、超音波変
換器の駆動信号に基づいて2つの帰還信号を生成する帰
還信号生成手段と、周波数が変化する基準信号を発生す
る基準信号発生手段と、前記2つの帰還信号の一方と前
記基準信号とを受けて、それらの一方を選択的に出力す
る信号切り換え手段と、この信号切り換え手段から出力
される信号と、前記2つの帰還信号の他方とを受けてそ
れらの位相を比較する位相比較器と、この位相比較器と
ともにフェーズロックループを構成し、該位相比較器の
出力に基づいて前記超音波変換器を駆動するための信号
を発生する発振器と、この発振器から発生される信号に
基づいて前記超音波変換器に供給される前記駆動信号の
周波数が、前記超音波変換器の共振周波数とほぼ等しい
か否かを検出する共振点検出手段と、この共振点検出手
段の出力に基づいて前記信号切り換え手段を制御する切
り換え制御手段と、前記超音波変換器の駆動開始を指示
するスイッチ手段とを有する超音波変換器駆動回路にお
いて、前記スイッチ手段からの開始指示に基づいて、前
記基準信号発生手段からの基準信号を、前記信号切り換
え手段を経て前記位相比較器に供給して、前記超音波変
換器に供給される前記駆動信号の周波数を、フェーズロ
ックループにより前記基準信号の周波数の変化に応じて
変化させる処理を行い、その駆動信号の周波数が前記共
振周波数とほぼ等しいことが前記共振点検出手段で検出
されたのに基づいて、前記切り換え制御手段により前記
信号切り換え手段を制御して、前記2つの帰還信号の一
方を前記位相比較器に供給し、前記駆動信号の周波数が
前記共振点検出手段で検出されない場合には、前記駆動
信号の周波数をフェーズロックループにより前記基準信
号の周波数の変化に応じて変化させる処理を再開し、こ
の処理を所定回数繰り返しても、前記駆動信号の周波数
が前記共振点検出手段で検出されないときは、前記超音
波変換器の駆動を停止させるように制御するよう構成し
たことを特徴とするものである。In order to achieve the above object, an ultrasonic transducer driving circuit according to the present invention includes a feedback signal generating means for generating two feedback signals based on a driving signal of the ultrasonic transducer. A reference signal generating means for generating a reference signal having a variable frequency, a signal switching means for receiving one of the two feedback signals and the reference signal and selectively outputting one of them, and the signal switching means. And a phase comparator that receives the other of the two feedback signals and compares their phases, and forms a phase-locked loop with this phase comparator, and based on the output of the phase comparator, An oscillator that generates a signal for driving the ultrasonic transducer, and a frequency of the drive signal that is supplied to the ultrasonic transducer based on the signal generated from the oscillator are the ultrasonic waves. Resonance point detecting means for detecting whether or not the resonance frequency of the transducer is substantially equal, switching control means for controlling the signal switching means based on the output of the resonance point detecting means, and driving start of the ultrasonic transducer In the ultrasonic transducer drive circuit having switch means for instructing, the reference signal from the reference signal generating means is supplied to the phase comparator through the signal switching means based on a start instruction from the switch means. Then, the frequency of the drive signal supplied to the ultrasonic transducer is changed according to the change of the frequency of the reference signal by a phase-locked loop, and the frequency of the drive signal is substantially equal to the resonance frequency. On the basis of the fact that the resonance point detection means has detected equality, the switching control means controls the signal switching means, One of the feedback signals is supplied to the phase comparator, and when the frequency of the drive signal is not detected by the resonance point detecting means, the frequency of the drive signal is changed by the phase lock loop to the frequency of the reference signal. If the frequency of the drive signal is not detected by the resonance point detecting means even if the process of changing the frequency is restarted and the process is repeated a predetermined number of times, the drive of the ultrasonic transducer is controlled to be stopped. It is characterized by being configured.
【0010】[0010]
【作用】この発明では、超音波変換器の駆動信号に基づ
く2つの帰還信号のうちの一つと、基準信号発生手段か
らの周波数が変化する基準信号とが、フェーズロックル
ープを構成する位相比較器に供給されて、超音波変換器
の駆動信号の周波数をフェーズロックループにより基準
信号の周波数の変化に応じて変化させる処理が行われ
る。ここで、駆動信号の周波数が共振点検出手段で検出
されると、基準信号に代えて上記2つの帰還信号のうち
の他の一つが位相比較器に供給され、これら2つの帰還
信号の位相比較に基づく共振点追尾制御に移行する。ま
た、駆動信号の周波数が共振点検出手段で検出されない
ときは、上記の駆動信号の周波数をフェーズロックルー
プにより基準信号の周波数の変化に応じて変化させる処
理が再開され、この処理が所定回数繰り返されても、駆
動信号の周波数が共振点検出手段で検出されないとき
は、超音波変換器の駆動が停止される。According to the present invention, one of the two feedback signals based on the drive signal of the ultrasonic transducer and the reference signal from the reference signal generating means, the frequency of which changes, form a phase-locked loop comparator. Is supplied to the ultrasonic transducer, and a process of changing the frequency of the drive signal of the ultrasonic transducer according to the change of the frequency of the reference signal is performed by the phase lock loop. Here, when the frequency of the drive signal is detected by the resonance point detecting means, another one of the two feedback signals is supplied to the phase comparator instead of the reference signal, and the phase comparison of these two feedback signals is performed. The control shifts to resonance point tracking control based on. When the frequency of the drive signal is not detected by the resonance point detecting means, the process of changing the frequency of the drive signal according to the change of the frequency of the reference signal by the phase lock loop is restarted, and this process is repeated a predetermined number of times. Even if the frequency of the driving signal is not detected by the resonance point detecting means, the driving of the ultrasonic transducer is stopped.
【0011】したがって、ロックインに入る前およびロ
ックイン後の共振点追尾状態の双方において、超音波変
換器の異常を検出してその駆動を自動的に停止すること
ができるので、不整合による部品の焼損等を有効に防止
することが可能となる。なお、超音波変換器の駆動を停
止させるのに同期して、アラームを発生させるアラーム
発生手段を設ければ、超音波変換器の異常等を通知する
点で好ましい。Therefore, the abnormality of the ultrasonic transducer can be detected and the driving thereof can be automatically stopped both before and after the lock-in and the resonance point tracking state after the lock-in. It is possible to effectively prevent the burnout and the like. In addition, it is preferable to provide an alarm generating means for generating an alarm in synchronization with the driving of the ultrasonic transducer in order to notify the abnormality of the ultrasonic transducer.
【0012】[0012]
【実施例】図1は、この発明の一実施例を示すものであ
る。この実施例は、超音波メス装置に適用したもので、
ハンドピース35に設けられたランジュバン型振動子3
6は、PLL37の出力に基づいてマッチング用トラン
ス38を介して駆動するようにする。振動子36は、マ
ッチング用トランス38の二次側に接続すると共に、こ
のマッチング用トランス38の二次側には振動子36の
制動容量を打ち消す補正インダクタ39を並列に接続す
る。FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. This example is applied to an ultrasonic scalpel device,
Langevin type vibrator 3 provided on the handpiece 35
6 is driven via the matching transformer 38 based on the output of the PLL 37. The vibrator 36 is connected to the secondary side of the matching transformer 38, and the correction inductor 39 for canceling the braking capacitance of the vibrator 36 is connected in parallel to the secondary side of the matching transformer 38.
【0013】PLL37は、位相比較器(PC)40
と、そのデジタル出力をアナログ信号に変換するチャー
ジポンプ41と、ループフィルタ42と、電圧制御発振
器(VCO)43とをもって構成し、チャージポンプ4
1の出力をループフィルタ42を介してVCO43に制
御電圧として供給するようにする。The PLL 37 includes a phase comparator (PC) 40.
And a charge pump 41 for converting its digital output into an analog signal, a loop filter 42, and a voltage controlled oscillator (VCO) 43.
The output of 1 is supplied as a control voltage to the VCO 43 via the loop filter 42.
【0014】VCO43の出力は、フィルタ44に供給
すると共に、分周回路45で分周してフィルタ44に供
給し、これによりVCO43から出力される矩形波の駆
動信号を振動子36の共振周波数成分のみの正弦波の駆
動信号に変換して、振動子36内での無駄な発熱を引き
起こさないようにする。この例では、フィルタ44とし
てカットオフ周波数が外部クロック入力によって変更可
能なスイッチド・キャパシタ・フィルタ(SCF)を用
いる。このように、フィルタ44としてSCFを用いれ
ば、VCO43の発振周波数が変化しても、フィルタ出
力波形の大きさや位相回転の変動が無くなり、その結
果、後述する定電流制御やPLL動作に与える影響が減
少し、理想的な矩形波−正弦波変換を行うことが可能と
なる。The output of the VCO 43 is supplied to the filter 44, divided by the frequency dividing circuit 45, and supplied to the filter 44. As a result, the rectangular-wave drive signal output from the VCO 43 is supplied to the resonance frequency component of the oscillator 36. It is converted into a drive signal of only a sine wave so as to prevent unnecessary heat generation in the vibrator 36. In this example, a switched capacitor filter (SCF) whose cutoff frequency can be changed by an external clock input is used as the filter 44. As described above, when the SCF is used as the filter 44, even if the oscillation frequency of the VCO 43 changes, the size of the filter output waveform and the fluctuation of the phase rotation are eliminated, and as a result, the influence on the constant current control and the PLL operation described later is exerted. It is possible to reduce an ideal rectangular wave-sinusoidal wave conversion.
【0015】フィルタ44の出力は、増幅率が変更可能
な電圧制御増幅回路(VCA)46、バッファアンプ4
7、スイッチ回路48および電力増幅器49を経てマッ
チング用トランス38の一次側に供給する。このように
して、マッチング用トランス38により、振動子36の
回路系とその駆動回路系とを分離して電気的絶縁を図る
と共に、電力増幅器49と負荷となる振動子36とのマ
ッチングをとるようにする。The output of the filter 44 is a voltage control amplifier circuit (VCA) 46 and a buffer amplifier 4 whose gain can be changed.
7, through the switch circuit 48 and the power amplifier 49, and supplied to the primary side of the matching transformer 38. In this way, the matching transformer 38 separates the circuit system of the vibrator 36 from the drive circuit system for electrical insulation, and at the same time, matches the power amplifier 49 with the vibrator 36 serving as a load. To
【0016】電力増幅器49を経て振動子36に加わる
電圧および振動子36に流れる電流は、マッチング用ト
ランス38の一次側に設けた電圧・電流検出回路50で
検出し、これら電圧検出信号および電流検出信号をそれ
ぞれ差動増幅器51−1および51−2に供給して同相
ノイズを除去するようにする。The voltage applied to the vibrator 36 via the power amplifier 49 and the current flowing in the vibrator 36 are detected by the voltage / current detection circuit 50 provided on the primary side of the matching transformer 38, and the voltage detection signal and the current are detected. The signals are supplied to the differential amplifiers 51-1 and 51-2, respectively, so that common mode noise is removed.
【0017】図2は、電圧・電流検出回路50および差
動増幅器51−1,51−2の一例の構成を示すもので
ある。振動子36に加わる電圧は、抵抗52による分圧
によって検出し、その出力を差動増幅器51−1に供給
して電圧検出信号Vを得るようにする。また、振動子3
6に流れる電流は、カレントセンサ53で検出し、その
出力を差動増幅器51−2に供給して電流検出信号Iを
得るようにする。FIG. 2 shows an example of the configuration of the voltage / current detection circuit 50 and the differential amplifiers 51-1 and 51-2. The voltage applied to the oscillator 36 is detected by voltage division by the resistor 52, and the output is supplied to the differential amplifier 51-1 to obtain the voltage detection signal V. Also, the oscillator 3
The current flowing through 6 is detected by the current sensor 53, and its output is supplied to the differential amplifier 51-2 to obtain the current detection signal I.
【0018】このように、電圧・電流検出回路50で検
出した電圧・電流を、それぞれ差動増幅器51−1,5
1−2に供給して電圧検出信号Vおよび電流検出信号I
を得るようにすれば、高電圧・大電流を低電圧にて検出
する場合の同相ノイズの問題を有効に解消できると共
に、電力増幅器49の出力の正負の接続を逆にしても、
また出力の一方が接地された出力形式でないものであっ
ても、電圧・電流の各信号VおよびIを安定して検出す
ることができる。As described above, the voltage / current detected by the voltage / current detection circuit 50 is supplied to the differential amplifiers 51-1, 5 respectively.
1-2 to supply voltage detection signal V and current detection signal I
Thus, it is possible to effectively solve the problem of common-mode noise in the case of detecting a high voltage and a large current at a low voltage, and even if the positive and negative connections of the output of the power amplifier 49 are reversed,
Further, even if one of the outputs is not of the grounded output type, the voltage and current signals V and I can be stably detected.
【0019】図1において、差動増幅器51−1から得
られる電圧検出信号は、比較器54および絶対値検出回
路55にそれぞれ供給し、比較器54において電圧位相
信号θV を、絶対値検出回路55において電圧検出信号
の絶対値|V|を検出するようにする。同様に、差動増
幅器51−2から得られる電流検出信号は、比較器56
および絶対値検出回路57にそれぞれ供給し、比較器5
6において電流位相信号θI を、絶対値検出回路57に
おいて電流検出信号の絶対値|I|を検出するようにす
る。In FIG. 1, the voltage detection signal obtained from the differential amplifier 51-1 is supplied to a comparator 54 and an absolute value detection circuit 55, respectively, and the voltage phase signal θ V is supplied to the absolute value detection circuit in the comparator 54. At 55, the absolute value | V | of the voltage detection signal is detected. Similarly, the current detection signal obtained from the differential amplifier 51-2 is the comparator 56.
And the absolute value detection circuit 57, and the comparator 5
6, the current phase signal θ I is detected, and the absolute value detection circuit 57 detects the absolute value | I | of the current detection signal.
【0020】比較器54から得られる電圧位相信号θV
は、位相比較器58に供給すると共に、PLL37を構
成するPC40のバリアブル入力端子Vに供給し、比較
器56から得られる電流位相信号θI は、位相比較器5
8に供給すると共に、スイッチ回路59を介してPC4
0のリファレンス入力端子Rに供給する。また、絶対値
検出回路55から得られる電圧検出信号の絶対値|V|
は、電圧比較器60に供給して所定の設定値と比較し、
その出力を位相比較器58に供給する。The voltage phase signal θ V obtained from the comparator 54
Is supplied to the phase comparator 58 and the variable input terminal V of the PC 40 constituting the PLL 37. The current phase signal θ I obtained from the comparator 56 is supplied to the phase comparator 5
8 and the PC4 via the switch circuit 59
The reference input terminal R of 0 is supplied. Further, the absolute value | V | of the voltage detection signal obtained from the absolute value detection circuit 55.
Is supplied to the voltage comparator 60 and compared with a predetermined set value,
The output is supplied to the phase comparator 58.
【0021】このようにして、位相比較器58において
電圧比較器60の出力、比較器54からの電圧位相信号
θV および比較器56からの電流位相信号θI に基づい
て、振動子36に加わっている駆動信号の周波数が、該
振動子36の共振周波数とほぼ等しいか否かを検出し、
その出力に基づいてスイッチ回路59における電流位相
信号θI と、後述する発振器からの基準信号θref との
切り換え動作を制御すると共に、発光ダイオード61の
点灯を制御してPLL37が共振点追尾動作に移行した
か否かを表示させるようにする。In this way, the phase comparator 58 applies the output to the oscillator 36 based on the output of the voltage comparator 60, the voltage phase signal θ V from the comparator 54 and the current phase signal θ I from the comparator 56. Detecting whether the frequency of the driving signal being applied is substantially equal to the resonance frequency of the vibrator 36,
Based on the output, the switching operation of the current phase signal θ I in the switch circuit 59 and the reference signal θ ref from the oscillator to be described later is controlled, and at the same time, the lighting of the light emitting diode 61 is controlled so that the PLL 37 performs the resonance point tracking operation. Display whether or not the transition has been made.
【0022】図3は、位相比較器58および電圧比較器
60の一例の構成を示すものである。位相比較器58
は、3つのD−フリップフロップ(D−FF)62,6
3および64と、ORゲート65とをもって構成する。
比較器54から得られる電圧位相信号θV は、D−FF
62のD入力端子に供給し、比較器56から得られる電
流位相信号θI は、D−FF62のクロック入力端子に
供給する。このD−FF62のQ出力および反転Q出力
は、D−FF63のクロック入力端子およびD−FF6
4のクロック入力端子にそれぞれ供給し、これらD−F
F63および64のQ出力をORゲート65に供給し
て、スイッチ回路59および発光ダイオード61の制御
信号を得るようにする。なお、D−FF63および64
のD入力端子には、VCCを印加する。FIG. 3 shows an example of the configuration of the phase comparator 58 and the voltage comparator 60. Phase comparator 58
Are three D-flip-flops (D-FF) 62, 6
3 and 64 and an OR gate 65.
The voltage phase signal θ V obtained from the comparator 54 is D-FF
The current phase signal θ I obtained from the comparator 56 is supplied to the D input terminal of 62, and is supplied to the clock input terminal of the D-FF 62. The Q output and inverted Q output of the D-FF 62 are the clock input terminal of the D-FF 63 and the D-FF 6 respectively.
4 to the clock input terminals, and these DF
The Q outputs of F63 and 64 are supplied to the OR gate 65 so that the control signals of the switch circuit 59 and the light emitting diode 61 are obtained. In addition, D-FF 63 and 64
V CC is applied to the D input terminal of.
【0023】また、電圧比較器60はOPアンプをもっ
て構成し、その反転入力端子に絶対値検出回路55から
得られる電圧検出信号の絶対値|V|を供給し、非反転
入力端子に設定電圧VSET を印加して、その出力をD−
FF63および64のクリア端子に供給する。なお、O
Rゲート65の出力は、コントロール回路66(図1参
照)に供給すると共に、コントロール回路66からはD
−FF62のクリア端子にリセット信号を供給するよう
にする。Further, the voltage comparator 60 is composed of an OP amplifier, the inverting input terminal thereof is supplied with the absolute value | V | of the voltage detection signal obtained from the absolute value detection circuit 55, and the non-inverting input terminal thereof is supplied with the set voltage V. Apply SET and set its output to D-
It is supplied to the clear terminals of the FFs 63 and 64. In addition, O
The output of the R gate 65 is supplied to the control circuit 66 (see FIG. 1), and the control circuit 66 outputs D
-A reset signal is supplied to the clear terminal of FF62.
【0024】図1において、絶対値検出回路57から得
られる電流検出信号の絶対値|I|は、差動増幅回路6
7の反転入力端子に供給する。この差動増幅回路67の
非反転入力端子には、電流値設定回路68からの設定信
号を供給し、その出力に基づいて振動子36が常に設定
信号に対応する一定電流で駆動されるように、リミッタ
回路69を介してVCA46の増幅率を制御するように
する。電流値設定回路68には、出力振幅設定用可変抵
抗器70と低定電流駆動設定用可変抵抗器71とを設
け、これらをコントロール回路66からの信号に基づい
て選択して、起動時においては、低定電流駆動設定用可
変抵抗器71の出力を、共振点追尾動作においては、出
力振幅設定用可変抵抗器70の出力をそれぞれ差動増幅
回路67に供給するようにする。In FIG. 1, the absolute value | I | of the current detection signal obtained from the absolute value detection circuit 57 is the differential amplifier circuit 6
7 is supplied to the inverting input terminal. The setting signal from the current value setting circuit 68 is supplied to the non-inverting input terminal of the differential amplifier circuit 67, and the oscillator 36 is always driven by a constant current corresponding to the setting signal based on the output thereof. , The amplification factor of the VCA 46 is controlled via the limiter circuit 69. The current value setting circuit 68 is provided with an output amplitude setting variable resistor 70 and a low constant current drive setting variable resistor 71, which are selected on the basis of a signal from the control circuit 66, and at the time of startup. The output of the low constant current drive setting variable resistor 71 and the output of the output amplitude setting variable resistor 70 are supplied to the differential amplifier circuit 67 in the resonance point tracking operation.
【0025】このように、絶対値検出回路57から得ら
れる電流検出信号の絶対値|I|と、電流値設定回路6
8からの設定信号とを差動増幅回路67で比較し、その
出力に基づいてVCA46の増幅率を制御してバッファ
アンプ47および電力増幅器49に入力する信号電圧を
制御すれば、ハンドピース35の負荷変動等によるイン
ピーダンス変化に対しても、振動子36を常に電流値設
定回路68からの設定信号に対応する一定電流で駆動す
ることができ、ハンドピース35の振幅を一定にするこ
とができる。Thus, the absolute value | I | of the current detection signal obtained from the absolute value detection circuit 57 and the current value setting circuit 6
8 is compared with the setting signal from 8 by the differential amplifier circuit 67, and the amplification factor of the VCA 46 is controlled based on the output to control the signal voltage input to the buffer amplifier 47 and the power amplifier 49. The vibrator 36 can always be driven with a constant current corresponding to the setting signal from the current value setting circuit 68 even if the impedance changes due to a load change or the like, and the amplitude of the handpiece 35 can be kept constant.
【0026】コントロール回路66には、トリガ出力回
路72を接続して、コントロール回路66の制御の下に
トリガ信号を発生させるようにする。このトリガ信号
は、ジェネレータ73に供給してノコギリ波を発生さ
せ、これを発振器74に供給して該発振器74から周波
数が変化する基準信号θref を発生させるようにする。
この基準信号θref は、上述したように位相比較器58
の制御の下にスイッチ回路59を介してPLL37を構
成するPC40のR入力端子に供給する。A trigger output circuit 72 is connected to the control circuit 66 so that a trigger signal is generated under the control of the control circuit 66. This trigger signal is supplied to the generator 73 to generate a sawtooth wave, and this is supplied to the oscillator 74 so that the oscillator 74 generates the reference signal θ ref whose frequency changes.
This reference signal θ ref is supplied to the phase comparator 58 as described above.
Under the control of the above, it is supplied to the R input terminal of the PC 40 which constitutes the PLL 37 via the switch circuit 59.
【0027】図4〜図7は、図1に示すスイッチ回路5
9の4つの例を示すものである。図4に示すスイッチ回
路59は、電流位相信号θI および基準信号θref をそ
れぞれ3ステートバッファ25−1および25−2に供
給すると共に、3ステートバッファ25−1の制御端子
に位相比較器58の出力を直接供給し、3ステートバッ
ファ25−2の制御端子に位相比較器58の出力をイン
バータ26を介して供給して、位相比較器58の出力が
ハイ(H)レベルにあるときに、例えば電流位相信号θ
I を、ロー(L)レベルにあるときに基準信号θ
ref を、それぞれPLL37内のPC40のR入力端子
に供給するようにしたものである。4 to 7 show the switch circuit 5 shown in FIG.
9 shows four examples. The switch circuit 59 shown in FIG. 4 supplies the current phase signal θ I and the reference signal θ ref to the 3-state buffers 25-1 and 25-2, respectively, and the phase comparator 58 to the control terminal of the 3-state buffer 25-1. Is directly supplied to the control terminal of the 3-state buffer 25-2 and the output of the phase comparator 58 is supplied via the inverter 26. When the output of the phase comparator 58 is at the high (H) level, For example, current phase signal θ
When I is at the low (L) level, the reference signal θ
The ref is supplied to the R input terminal of the PC 40 in the PLL 37.
【0028】図5に示すスイッチ回路59は、電流位相
信号θI および基準信号θref を、それぞれANDゲー
ト27−1および27−2の一方の入力端子に供給する
と共に、ANDゲート27−1の他方の入力端子に位相
比較器58の出力を直接供給し、ANDゲート27−2
の他方の入力端子に位相比較器58の出力をインバータ
28を介して供給して、位相比較器58の出力がHレベ
ルにあるときに、例えば電流位相信号θI を、Lレベル
にあるときに基準信号θref を、それぞれORゲート2
9を経てPLL37内のPC40のR入力端子に供給す
るようにしたものである。The switch circuit 59 shown in FIG. 5 supplies the current phase signal θ I and the reference signal θ ref to one input terminals of the AND gates 27-1 and 27-2, respectively, and at the same time, the AND gate 27-1. The output of the phase comparator 58 is directly supplied to the other input terminal of the AND gate 27-2.
When the output of the phase comparator 58 is at H level, for example, when the current phase signal θ I is at L level, the output of the phase comparator 58 is supplied to the other input terminal of The reference signal θ ref is supplied to the OR gate 2 respectively.
The signal is supplied to the R input terminal of the PC 40 in the PLL 37 via the line 9.
【0029】図6に示すスイッチ回路59は、電流位相
信号θI および基準信号θref をそれぞれアナログスイ
ッチ30−1および30−2に供給すると共に、アナロ
グスイッチ30−1の制御端子に位相比較器58の出力
を直接供給し、アナログスイッチ30−2の制御端子に
位相比較器58の出力をインバータ28を介して供給し
て、位相比較器58の出力がHレベルにあるときに、例
えば電流位相信号θIを、Lレベルにあるときに基準信
号θref を、それぞれPLL37内のPC40のR入力
端子に供給するようにしたものである。The switch circuit 59 shown in FIG. 6 supplies the current phase signal θ I and the reference signal θ ref to the analog switches 30-1 and 30-2, respectively, and a phase comparator is connected to the control terminal of the analog switch 30-1. The output of the phase comparator 58 is directly supplied to the control terminal of the analog switch 30-2 through the inverter 28, and when the output of the phase comparator 58 is at the H level, for example, the current phase The reference signal θ ref is supplied to the R input terminals of the PC 40 in the PLL 37 when the signal θ I is at the L level.
【0030】図7に示すスイッチ回路59は、電流位相
信号θI および基準信号θref をそれぞれリレー接点3
1−1および31−2に供給すると共に、リレー32に
位相比較器58の出力を供給して、位相比較器58の出
力がHレベルにあるときに、例えばリレー32を附勢し
て電流位相信号θI を、Lレベルにあるときにリレー3
2を滅勢して基準信号θref を、それぞれPLL37内
のPC40のR入力端子に供給するようにしたものであ
る。The switch circuit 59 shown in FIG. 7 outputs the current phase signal θ I and the reference signal θ ref to the relay contacts 3 respectively.
When the output of the phase comparator 58 is supplied to the relay 32 and the output of the phase comparator 58 is at the H level, for example, the relay 32 is energized to supply the current phase. Relay 3 when signal θ I is at L level
2 is turned off and the reference signal θ ref is supplied to the R input terminals of the PC 40 in the PLL 37.
【0031】図1において、トリガ出力回路72からの
トリガ信号はカウンタ75にも供給してカウントし、そ
のカウント値が設定値以上となったときに、スイッチ回
路48をOFFすると共に、ハンドピース35の異常と
してプローブチェック用の発光ダイオード76を点灯さ
せるようにする。なお、このカウンタ75はコントロー
ル回路66からのリセット信号によりリセットするよう
にする。In FIG. 1, the trigger signal from the trigger output circuit 72 is also supplied to a counter 75 for counting, and when the count value exceeds a set value, the switch circuit 48 is turned off and the handpiece 35 is turned off. As an abnormal condition, the probe check light emitting diode 76 is turned on. The counter 75 is reset by a reset signal from the control circuit 66.
【0032】一方、PLL37を構成するループフィル
タ42の出力は、ローパスフィルタ(LPF)77にも
供給し、ここでVCO43の制御電圧中に含まれるスパ
イク状のノイズを除去するようにする。このLPF77
の出力は、ウインドコンパレータ78に供給し、ここで
VCO43の出力周波数範囲を監視してそれが所定の範
囲を外れたときに、コントロール回路66にリセット信
号を出力するようにする。On the other hand, the output of the loop filter 42 constituting the PLL 37 is also supplied to the low pass filter (LPF) 77 so that spike-like noise contained in the control voltage of the VCO 43 is removed. This LPF77
Is supplied to the window comparator 78, where the output frequency range of the VCO 43 is monitored, and when it is out of a predetermined range, a reset signal is output to the control circuit 66.
【0033】すなわち、VCO43はループフィルタ4
2からの制御電圧によって発振周波数が変化するが、P
LL37が振動子36の共振点追尾制御から外れると、
VCO43の発振周波数はその最高または最低発振周波
数に飽和してしまう。そこで、このロック外れ状態を検
出するために、VCO43の制御電圧をウインドコンパ
レータ78で監視する。That is, the VCO 43 is the loop filter 4
The oscillation frequency changes depending on the control voltage from 2.
When the LL 37 deviates from the resonance point tracking control of the vibrator 36,
The oscillation frequency of the VCO 43 saturates at its maximum or minimum oscillation frequency. Therefore, in order to detect this unlocked state, the control voltage of the VCO 43 is monitored by the window comparator 78.
【0034】ここで、VCO43に供給される制御電圧
は、ループフィルタ42によってある程度平滑化された
信号となるが、例えばPLL37のPC40にエッジト
リガ式のものを使用して、ループの特性をループフィル
タ42の設計によってある程度高速のものにすると、V
CO43に供給される制御電圧には、PC40の2つの
入力信号のエッジの比較部分でスパイク状のノイズが漏
れてくる。このスパイク状のノイズは、ウインドコンパ
レータ78の動作に悪影響を与えるので、この例では上
述したようにLPF77を挿入して、スパイク状のノイ
ズを除去するようにしている。Here, the control voltage supplied to the VCO 43 becomes a signal smoothed to some extent by the loop filter 42. For example, the PC 40 of the PLL 37 is of the edge trigger type and the loop characteristics are set to the loop filter. If the design of 42 makes the speed to some extent, V
Spike-like noise leaks into the control voltage supplied to the CO 43 at the comparison part of the edges of the two input signals of the PC 40. Since this spike-like noise adversely affects the operation of the window comparator 78, the LPF 77 is inserted in this example as described above to remove the spike-like noise.
【0035】また、コントロール回路66には、振動子
36のON/OFFを制御するフットスイッチ79を接
続し、このフットスイッチ79からの信号、上述した位
相比較器58からの信号およびウインドコンパレータ7
8からのリセット信号に基づいて、上記の各部の動作を
制御するようにすると共に、超音波メスにより切除した
組織を除去する吸引ユニット80、およびハンドピース
35のプローブを冷却したり、切除部位を洗い流すため
の送水ユニット81の動作を制御するようにする。A foot switch 79 for controlling ON / OFF of the vibrator 36 is connected to the control circuit 66, and the signal from the foot switch 79, the signal from the phase comparator 58 described above, and the window comparator 7 are connected.
Based on the reset signal from 8, the operation of each of the above parts is controlled, the suction unit 80 for removing the tissue excised by the ultrasonic scalpel and the probe of the handpiece 35 are cooled, and the excision site is The operation of the water supply unit 81 for flushing is controlled.
【0036】以下、この超音波メス装置の動作を、図8
に示すフローチャートを参照しながら説明する。フット
スイッチ79のOFF状態では、スイッチ回路48はO
FF、スイッチ回路59は、発振器74の出力をPLL
37のPC40のR入力端子に供給するように接続され
ている。この状態からフットスイッチ79をONにする
と、これによりコントロール回路66は始動信号を得、
位相比較器58およびカウンタ75をリセットすると共
に、電流値設定回路68の低定電流駆動設定用可変抵抗
器71を選択してその出力を差動増幅回路67に供給す
るようにする。さらに、スイッチ回路48をONにする
と共に、トリガ出力回路72を作動して該トリガ出力回
路72からトリガ信号を発生させる。これにより、PL
L37には、発振器74からスイッチ回路59を介し
て、ジェネレータ73の出力に応じて周波数が変化する
基準信号θref が供給され、その結果、PLL37は振
動子36の駆動信号周波数を基準信号θref にロックす
るようにスキャンさせる。The operation of this ultrasonic scalpel device will be described below with reference to FIG.
This will be described with reference to the flowchart shown in FIG. When the foot switch 79 is OFF, the switch circuit 48 is O
The FF and switch circuit 59 outputs the output of the oscillator 74 to the PLL.
It is connected to the R input terminal of the PC 40 of 37. When the foot switch 79 is turned on in this state, the control circuit 66 receives a start signal,
The phase comparator 58 and the counter 75 are reset, and the low constant current drive setting variable resistor 71 of the current value setting circuit 68 is selected and its output is supplied to the differential amplifier circuit 67. Further, the switch circuit 48 is turned on and the trigger output circuit 72 is operated to generate a trigger signal from the trigger output circuit 72. Thereby, PL
The reference signal θ ref whose frequency changes according to the output of the generator 73 is supplied to the L37 from the oscillator 74 via the switch circuit 59, and as a result, the PLL 37 sets the drive signal frequency of the oscillator 36 to the reference signal θ ref. Scan to lock to.
【0037】ここで、振動子36は、電流値設定回路6
8の可変抵抗器71で設定された低い定電流で駆動制御
されるので、振動子36に加わる電圧とそのインピーダ
ンスの大きさとは比例し、したがって振動子36に加わ
る電圧はそのインピーダンスの大きさの周波数特性に相
似した形でスキャンによって変化する。この駆動電圧の
変化は、電圧・電流検出回路50、差動増幅器51−
1、絶対値検出回路55を介して電圧比較器60で監視
され、それが設定電圧VSET (図3参照)以下、すなわ
ち基準信号θref の周波数がハンドピース35の共振周
波数近傍となってインピーダンスが設定値以下となった
時点で、位相比較器58にイネーブル信号が出力され
る。Here, the vibrator 36 is the current value setting circuit 6
Since the driving is controlled by the low constant current set by the variable resistor 71 of No. 8, the voltage applied to the vibrator 36 is proportional to the magnitude of its impedance, and therefore the voltage applied to the vibrator 36 is equal to the magnitude of its impedance. It changes by scanning in a manner similar to the frequency characteristic. This change in drive voltage is caused by the voltage / current detection circuit 50 and the differential amplifier 51-
1. Monitored by the voltage comparator 60 via the absolute value detection circuit 55, which is equal to or lower than the set voltage V SET (see FIG. 3), that is, the frequency of the reference signal θ ref is close to the resonance frequency of the handpiece 35 and the impedance. When is less than or equal to the set value, the enable signal is output to the phase comparator 58.
【0038】位相比較器58においては、電圧比較器6
0からイネーブル信号が出力され、かつ比較器54から
の電圧位相信号θV および比較器56からの電流位相信
号θ I の位相差が零となった時点で、その出力がHレベ
ルとなってホールドされ、これによりスイッチ回路59
が切り換わって比較器56からの電流位相信号θI がP
C40のR入力端子に供給されると共に、発光ダイオー
ド61が点灯して共振点追尾動作に移行したことが表示
される。In the phase comparator 58, the voltage comparator 6
The enable signal is output from 0, and the comparator 54 outputs
Voltage phase signal θVAnd the current phase signal from the comparator 56
Number θ IWhen the phase difference of becomes 0, its output becomes H level.
And the switch circuit 59 is held.
The current phase signal θ from the comparator 56.IIs P
It is supplied to the R input terminal of C40, and the light emitting diode
LED 61 lights up to indicate that resonance point tracking operation has started
Is done.
【0039】同時に、位相比較器58の出力に基づい
て、コントロール回路66を介して電流値設定回路68
の出力振幅設定用可変抵抗器70が選択され、その出力
が差動増幅回路67に供給される。したがって、ハンド
ピース35は、以後は電圧位相信号θV と電流位相信号
θI との位相が常に一致するように、可変抵抗器70で
設定された所定の電流で駆動制御されることになる。ま
た、共振点追尾動作に移行することにより、コントロー
ル回路66から吸引ユニット80、送水ユニット81に
駆動信号が供給されて、各動作が行われる。以上の動作
は、フットスイッチ79をOFFとすることにより解除
される。At the same time, based on the output of the phase comparator 58, the current value setting circuit 68 is passed through the control circuit 66.
Output amplitude setting variable resistor 70 is selected, and its output is supplied to the differential amplifier circuit 67. Therefore, thereafter, the handpiece 35 is drive-controlled with a predetermined current set by the variable resistor 70 so that the voltage phase signal θ V and the current phase signal θ I always have the same phase. Further, by shifting to the resonance point tracking operation, a drive signal is supplied from the control circuit 66 to the suction unit 80 and the water supply unit 81, and each operation is performed. The above operation is canceled by turning off the foot switch 79.
【0040】一方、一回のスキャンによって共振点が検
出されないときは、VCO43の発振周波数は、発振器
74からの基準信号θref にロックされて上昇または下
降し、ウインドコンパレータ78において所定の周波数
範囲から外れたことが検出されて、コントロール回路6
6にリセット信号が出力される。これにより、コントロ
ール回路66からトリガ出力回路72に再トリガを出力
するように信号が送出され、上記の動作が繰り返され
る。On the other hand, when the resonance point is not detected by one scan, the oscillation frequency of the VCO 43 rises or falls while being locked by the reference signal θ ref from the oscillator 74, and the VCO 43 rises or falls from the predetermined frequency range in the window comparator 78. When the disconnection is detected, the control circuit 6
A reset signal is output to 6. As a result, a signal is sent from the control circuit 66 to the trigger output circuit 72 so as to output a retrigger, and the above operation is repeated.
【0041】このトリガ出力回路72からのトリガ信号
の出力回数、すなわち駆動信号周波数のスキャン回数
は、カウンタ75でカウントされ、それが所定の値に達
したとき、この例では一回のフットスイッチ79のON
操作で駆動信号周波数を10回スキャンしても共振周波
数にロックインできないときは、所定の周波数範囲内に
ハンドピース35の共振点が存在しないものとして、そ
の時点でカウンタ75の出力によりスイッチ回路48が
OFFとなって振動子36の駆動が停止すると共に、発
光ダイオード76が点灯してハンドピース35の異常が
表示される。これにより、ハンドピース35が異常の状
態で駆動を続けることによる危険を有効に防止すること
ができる。The number of times the trigger signal is output from the trigger output circuit 72, that is, the number of scans of the drive signal frequency is counted by the counter 75, and when it reaches a predetermined value, one foot switch 79 is used in this example. ON
If the drive signal frequency cannot be locked in to the resonance frequency even if the drive signal frequency is scanned 10 times, it is assumed that the resonance point of the handpiece 35 does not exist within the predetermined frequency range, and at that time, the output of the counter 75 causes the switch circuit 48 to switch. Is turned off, the driving of the vibrator 36 is stopped, and the light emitting diode 76 is turned on to display the abnormality of the handpiece 35. As a result, it is possible to effectively prevent the risk of the handpiece 35 continuing to be driven in an abnormal state.
【0042】また、共振点追尾動作に移行した後も、V
CO43の制御電圧は、ウインドコンパレータ78によ
り監視され、それが所定の範囲から外れたことが検出さ
れたときは、コントロール回路66にリセット信号が出
力され、これにより上述したロックイン動作が繰り返さ
れる。すなわち、共振点追尾動作後に、ウインドコンパ
レータ78からリセット信号が出力されると、位相比較
器58およびカウンタ75がリセットされると共に、電
流値設定回路68の低定電流駆動設定用可変抵抗器71
が選択され、さらにトリガ出力回路72が作動して、ジ
ェネレータ73を介して発振器74から基準信号θref
が出力され、その基準信号θref がスイッチ回路59を
介してPLL37に供給されて、上述したと同様にして
ロックイン動作が繰り返される。Further, even after shifting to the resonance point tracking operation, V
The control voltage of the CO 43 is monitored by the window comparator 78, and when it is detected that it is out of the predetermined range, a reset signal is output to the control circuit 66, whereby the lock-in operation described above is repeated. That is, when the reset signal is output from the window comparator 78 after the resonance point tracking operation, the phase comparator 58 and the counter 75 are reset, and the low constant current drive setting variable resistor 71 of the current value setting circuit 68 is reset.
Is selected, the trigger output circuit 72 is activated, and the reference signal θ ref is output from the oscillator 74 via the generator 73.
Is output, the reference signal θ ref is supplied to the PLL 37 via the switch circuit 59, and the lock-in operation is repeated in the same manner as described above.
【0043】上述した超音波メス装置によれば、共振ロ
ックインできなかった場合や、共振駆動の後に共振点追
尾ができなくなった場合、すなわち駆動周波数が共振点
追尾範囲から外れた場合には、振動子36の駆動が停止
し、発光ダイオード76が点灯するので、不整合による
電子部品等の焼損を有効に防止することができると共
に、ハンドピース35の異常も検出することができる。According to the above ultrasonic scalpel device, when the resonance lock-in cannot be performed, or when the resonance point tracking becomes impossible after the resonance driving, that is, when the driving frequency is out of the resonance point tracking range, Since the driving of the vibrator 36 is stopped and the light emitting diode 76 is turned on, it is possible to effectively prevent burning of electronic components and the like due to mismatching, and it is also possible to detect an abnormality of the handpiece 35.
【0044】また、一般的な定電流駆動回路を組み合わ
せることで、定振幅動作を行うことができると共に、簡
単な方法でインピーダンスの周波数特性を検出すること
ができるので、共振点を正確かつ確実に検出することが
できる。さらに、振動子36に加わっている電圧および
振動子36に流れる電流を差動方式で検出するようにし
たので、同相ノイズを有効に除去できると共に、電力増
幅器49の出力形式にこだわらず所望の電圧および電流
を有効に検出でき、これにより高電圧を発生している電
力増幅器周辺の回路部分を接地から浮かせることが可能
となり、振動子回路すなわち患者回路の対接地漏れ電流
を大幅に減少させることができる。By combining a general constant current drive circuit, a constant amplitude operation can be performed, and the frequency characteristic of impedance can be detected by a simple method, so that the resonance point can be accurately and surely detected. Can be detected. Further, since the voltage applied to the vibrator 36 and the current flowing through the vibrator 36 are detected by the differential method, common-mode noise can be effectively removed, and a desired voltage can be obtained regardless of the output format of the power amplifier 49. And the current can be detected effectively, which makes it possible to float the circuit part around the power amplifier that is generating a high voltage from the ground, greatly reducing the leakage current to ground of the oscillator circuit, that is, the patient circuit. it can.
【0045】なお、上記の超音波メス装置においては、
振動子36に加わっている電圧および振動子36に流れ
る電流をマッチング用トランス38の一次側において検
出するようにしたが、これらはマッチング用トランス3
8の二次側で検出するようにすることもできる。また、
発振器74から発生する基準信号θref の周波数範囲
は、ウインドコンパレータ78における制御電圧の設定
範囲に対応する周波数範囲を含み、それよりも若干広い
周波数範囲で、さらに振動子36がもつ反共振点を含ま
ない範囲として、反共振点での不所望なロックインを更
に確実に防止するようにすることもできる。In the above ultrasonic scalpel device,
The voltage applied to the vibrator 36 and the current flowing through the vibrator 36 are detected on the primary side of the matching transformer 38.
It is also possible to detect on the secondary side of 8. Also,
The frequency range of the reference signal θ ref generated from the oscillator 74 includes the frequency range corresponding to the setting range of the control voltage in the window comparator 78, and is slightly wider than the frequency range, and the anti-resonance point of the vibrator 36 is further increased. As the range not included, undesired lock-in at the anti-resonance point can be more surely prevented.
【0046】また、この発明は、上述した超音波メス装
置に限らず、超音波加工装置や超音波洗浄器等のその他
の超音波装置に用いられる超音波変換器の駆動回路にも
有効に適用することができる。The present invention is not limited to the ultrasonic scalpel device described above, but is effectively applied to a driving circuit of an ultrasonic transducer used in other ultrasonic devices such as an ultrasonic processing device and an ultrasonic cleaning device. can do.
【0047】付記 1.超音波変換器を含むハンドピースと、このハンドピ
ースに締結され、術部に超音波振動を伝達するプローブ
とを有する超音波メス装置において、前記超音波変換器
を、その共振点を追尾して共振周波数で駆動する駆動手
段と、この駆動手段による前記超音波変換器を駆動する
周波数が、所定の範囲にあるか否かを監視する監視手段
と、この監視手段により、前記駆動周波数が所定の範囲
から外れたことが検出されたときは、前記駆動手段によ
り、前記所定の範囲の周波数を含む範囲の駆動周波数で
前記超音波変換器の駆動を再開し、この動作を所定回数
繰り返しても、前記駆動周波数が前記所定の範囲から外
れるときは、前記超音波変換器の駆動を停止させるよう
制御する制御手段とを有することを特徴とする超音波メ
ス装置 2.超音波変換器を含むハンドピースと、このハンドピ
ースに締結され、術部に超音波振動を伝達するプローブ
とを有する超音波メス装置において、前記超音波変換器
を、その共振点を追尾して共振周波数で駆動する駆動手
段と、この駆動手段による前記超音波変換器の駆動電圧
と電流との位相を比較する位相比較手段とを有し、この
位相比較手段の出力に基づいて、前記超音波変換器が共
振状態にないときに、前記超音波変換器の駆動を停止さ
せるよう構成したことを特徴とする超音波メス装置。 3.前記超音波変換器の駆動を停止させるのに同期し
て、アラームを発生させるアラーム発生手段を設けたこ
とを特徴とする付記1または2記載の超音波メス装置。Appendix 1. An ultrasonic scalpel device having a handpiece including an ultrasonic transducer and a probe that is fastened to this handpiece and transmits ultrasonic vibration to a surgical site, the ultrasonic transducer, tracking its resonance point. Driving means for driving at the resonance frequency, monitoring means for monitoring whether or not the frequency for driving the ultrasonic transducer by the driving means is within a predetermined range, and the driving frequency is controlled by the monitoring means. When it is detected that it is out of the range, the driving means restarts the driving of the ultrasonic transducer at a driving frequency in a range including the frequency in the predetermined range, and even if this operation is repeated a predetermined number of times, 1. An ultrasonic scalpel device comprising: a control unit that controls the driving of the ultrasonic transducer to be stopped when the driving frequency deviates from the predetermined range. An ultrasonic scalpel device having a handpiece including an ultrasonic transducer and a probe that is fastened to this handpiece and transmits ultrasonic vibration to a surgical site, the ultrasonic transducer, tracking its resonance point. It has a drive means for driving at a resonance frequency and a phase comparison means for comparing the phase of the drive voltage and the current of the ultrasonic converter by this drive means, and based on the output of this phase comparison means, the ultrasonic wave An ultrasonic scalpel device configured to stop driving of the ultrasonic transducer when the transducer is not in a resonance state. 3. 3. The ultrasonic scalpel device according to appendix 1 or 2, further comprising alarm generating means for generating an alarm in synchronization with the driving of the ultrasonic transducer being stopped.
【0048】[0048]
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、超音
波変換器の駆動信号に基づく2つの帰還信号のうちの一
つと、基準信号発生手段からの周波数が変化する基準信
号とを、フェーズロックループを構成する位相比較器に
供給して、超音波変換器の駆動信号の周波数をフェーズ
ロックループにより基準信号の周波数の変化に応じて変
化させる処理を行い、その駆動信号の周波数が共振周波
数とほぼ等しいことが共振点検出手段で検出されたとき
は、基準信号に代えて上記2つの帰還信号のうちの他の
一つを位相比較器に供給して共振点追尾制御に移行し、
駆動信号の周波数が共振点検出手段で検出されないとき
は、上記の処理を再開し、この処理を所定回数繰り返し
ても、駆動信号の周波数が共振点検出手段で検出されな
いときは、超音波変換器の駆動を停止させるようにした
ので、ロックインに入る前およびロックイン後の共振点
追尾状態の双方において、異常を検出してその駆動を自
動的に停止することができ、したがって不整合による部
品の焼損等を有効に防止することができる。As described above, according to the present invention, one of the two feedback signals based on the drive signal of the ultrasonic transducer and the reference signal whose frequency changes from the reference signal generating means are It is supplied to the phase comparator that composes the phase-locked loop, and the frequency of the drive signal of the ultrasonic transducer is changed according to the change of the frequency of the reference signal by the phase-locked loop, and the frequency of the drive signal resonates. When the resonance point detecting means detects that the frequency is substantially equal to the frequency, another one of the two feedback signals is supplied to the phase comparator in place of the reference signal to shift to resonance point tracking control.
If the frequency of the drive signal is not detected by the resonance point detecting means, the above process is restarted, and if the frequency of the drive signal is not detected by the resonance point detecting means even after repeating this process a predetermined number of times, the ultrasonic transducer Since the drive is stopped, it is possible to detect the abnormality and automatically stop the drive both before and after entering lock-in and at the resonance point tracking state after lock-in. It is possible to effectively prevent the burnout and the like.
【図1】この発明の一実施例を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of the present invention.
【図2】図1に示す電圧・電流検出回路部分の一例の構
成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a configuration of an example of a voltage / current detection circuit portion shown in FIG.
【図3】図1に示す位相比較器および電圧比較器の一例
の構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a configuration of an example of a phase comparator and a voltage comparator shown in FIG.
【図4】図1に示すスイッチ回路の一例の構成を示す図
である。4 is a diagram showing a configuration of an example of a switch circuit shown in FIG.
【図5】同じく、スイッチ回路の他の例の構成を示す図
である。FIG. 5 is a diagram similarly showing the configuration of another example of the switch circuit.
【図6】同じく、スイッチ回路の他の例の構成を示す図
である。FIG. 6 is a diagram similarly showing the configuration of another example of the switch circuit.
【図7】同じく、スイッチ回路の更に他の例の構成を示
す図である。FIG. 7 is a diagram similarly showing the configuration of still another example of the switch circuit.
【図8】図1の動作を説明するためのフローチャートで
ある。FIG. 8 is a flowchart for explaining the operation of FIG.
【図9】圧電型振動子の等価回路を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing an equivalent circuit of a piezoelectric vibrator.
【図10】図9に示す振動子の駆動電圧・電流の位相差
の周波数特性およびインピーダンスの周波数特性を示す
図である。10 is a diagram showing frequency characteristics of phase difference between driving voltage and current and frequency characteristics of impedance of the vibrator shown in FIG.
35 ハンドピース 36 振動子 37 PLL 38 マッチング用トランス 39 補正インダクタ 40 位相比較器(PC) 41 チャージポンプ 42 ループフィルタ 43 電圧制御発振器(VCO) 44 フィルタ 45 分周回路 46 電圧制御増幅回路(VCA) 47 バッファアンプ 48 スイッチ回路 49 電力増幅器 50 電圧・電流検出回路 51−1,51−2 差動増幅器 54,56 比較器 55,57 絶対値検出回路 58 位相比較器 59 スイッチ回路 60 電圧比較器 61,76 発光ダイオード 66 コントロール回路 67 差動増幅回路 68 電流値設定回路 69 リミッタ回路 70 出力振幅設定用可変抵抗器 71 低定電流駆動設定用可変抵抗器 72 トリガ出力回路 73 ジェネレータ 74 発振器 75 カウンタ 77 ローパスフィルタ(LPF) 78 ウインドコンパレータ 79 フットスイッチ 80 吸引ユニット 81 送水ユニット 35 Handpiece 36 Transducer 37 PLL 38 Matching Transformer 39 Correction Inductor 40 Phase Comparator (PC) 41 Charge Pump 42 Loop Filter 43 Voltage Controlled Oscillator (VCO) 44 Filter 45 Frequency Divider 46 Voltage Controlled Amplifier (VCA) 47 Buffer amplifier 48 Switch circuit 49 Power amplifier 50 Voltage / current detection circuit 51-1, 51-2 Differential amplifier 54,56 Comparator 55,57 Absolute value detection circuit 58 Phase comparator 59 Switch circuit 60 Voltage comparator 61,76 Light emitting diode 66 Control circuit 67 Differential amplifier circuit 68 Current value setting circuit 69 Limiter circuit 70 Variable resistor for output amplitude setting 71 Variable resistor for low constant current drive setting 72 Trigger output circuit 73 Generator 74 Oscillator 75 Counter 77 Low pass Filter (LPF) 78 Wind comparator 79 Foot switch 80 Suction unit 81 Water supply unit
Claims (1)
の帰還信号を生成する帰還信号生成手段と、 周波数が変化する基準信号を発生する基準信号発生手段
と、 前記2つの帰還信号の一方と前記基準信号とを受けて、
それらの一方を選択的に出力する信号切り換え手段と、 この信号切り換え手段から出力される信号と、前記2つ
の帰還信号の他方とを受けてそれらの位相を比較する位
相比較器と、 この位相比較器とともにフェーズロックループを構成
し、該位相比較器の出力に基づいて前記超音波変換器を
駆動するための信号を発生する発振器と、 この発振器から発生される信号に基づいて前記超音波変
換器に供給される前記駆動信号の周波数が、前記超音波
変換器の共振周波数とほぼ等しいか否かを検出する共振
点検出手段と、 この共振点検出手段の出力に基づいて前記信号切り換え
手段を制御する切り換え制御手段と、 前記超音波変換器の駆動開始を指示するスイッチ手段と
を有する超音波変換器駆動回路において、 前記スイッチ手段からの開始指示に基づいて、前記基準
信号発生手段からの基準信号を、前記信号切り換え手段
を経て前記位相比較器に供給して、前記超音波変換器に
供給される前記駆動信号の周波数を、フェーズロックル
ープにより前記基準信号の周波数の変化に応じて変化さ
せる処理を行い、その駆動信号の周波数が前記共振周波
数とほぼ等しいことが前記共振点検出手段で検出された
のに基づいて、前記切り換え制御手段により前記信号切
り換え手段を制御して、前記2つの帰還信号の一方を前
記位相比較器に供給し、前記駆動信号の周波数が前記共
振点検出手段で検出されない場合には、前記駆動信号の
周波数をフェーズロックループにより前記基準信号の周
波数の変化に応じて変化させる処理を再開し、この処理
を所定回数繰り返しても、前記駆動信号の周波数が前記
共振点検出手段で検出されないときは、前記超音波変換
器の駆動を停止させるように制御するよう構成したこと
を特徴とする超音波変換器駆動回路。1. A feedback signal generation means for generating two feedback signals based on a drive signal of an ultrasonic transducer, a reference signal generation means for generating a reference signal whose frequency changes, and one of the two feedback signals. And the reference signal,
A signal switching means for selectively outputting one of them, a phase comparator for receiving the signal output from the signal switching means and the other of the two feedback signals and comparing their phases, and this phase comparison And an oscillator for generating a signal for driving the ultrasonic transducer based on the output of the phase comparator, and the ultrasonic transducer based on the signal generated from the oscillator. Resonance point detecting means for detecting whether or not the frequency of the drive signal supplied to the ultrasonic transducer is substantially equal to the resonance frequency of the ultrasonic transducer, and the signal switching means is controlled based on the output of the resonance point detecting means. In the ultrasonic transducer drive circuit having switching control means for controlling the ultrasonic transducer and switch means for instructing to start driving the ultrasonic transducer, a start finger from the switch means is provided. On the basis of, the reference signal from the reference signal generating means, is supplied to the phase comparator through the signal switching means, the frequency of the drive signal supplied to the ultrasonic transducer, by the phase lock loop A process of changing the frequency of the reference signal is performed, and based on the fact that the resonance point detecting means detects that the frequency of the drive signal is substantially equal to the resonance frequency, the switching control means performs the operation. The signal switching means is controlled to supply one of the two feedback signals to the phase comparator, and when the frequency of the drive signal is not detected by the resonance point detecting means, the frequency of the drive signal is phase locked. The process of changing the frequency of the reference signal by a loop is restarted, and even if this process is repeated a predetermined number of times, the frequency of the drive signal is changed. Wherein when not detected by the resonance point detector, ultrasonic transducer drive circuit which is characterized by being configured such that the controls to stop driving the ultrasonic transducer.
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