一种频率和强度可调的摆动磁场发生装置及发生方法
阅读说明：本技术 一种频率和强度可调的摆动磁场发生装置及发生方法 (Frequency and intensity adjustable oscillating magnetic field generating device and generating method ) 是由 徐建省 冯帆 于 2021-07-23 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种频率和强度可调的摆动磁场发生装置及发生方法,所述装置包括升压模块,整流模块,滤波电容,逆变桥模块,限流模块,电压检测模块,储能电容,两个单向可控开关器件,两组线圈；两组线圈共用一个储能电容；在控制系统的作用下对储能电容进行正反充电,储能电容对两组线圈进行放电,电流依次流过两组线圈产生摆动磁场。本发明通过对储能电容进行正反充电,不但缩短了对储能电容的充电时长,而且节省了电能的消耗,并且可以显著提高摆动磁场频率。(The invention relates to a frequency and intensity adjustable oscillating magnetic field generating device and a generating method, wherein the device comprises a boosting module, a rectifying module, a filter capacitor, an inverter bridge module, a current limiting module, a voltage detection module, an energy storage capacitor, two unidirectional controllable switching devices and two groups of coils; the two groups of coils share one energy storage capacitor; the energy storage capacitor is positively and negatively charged under the action of the control system, the energy storage capacitor discharges the two groups of coils, and current sequentially flows through the two groups of coils to generate a swinging magnetic field. The invention not only shortens the charging time of the energy storage capacitor, but also saves the consumption of electric energy and can obviously improve the frequency of the swing magnetic field by positively and negatively charging the energy storage capacitor.)
技术领域
本发明属于生物电磁技术领域，具体涉及一种频率和强度可调的摆动磁场发生装置及发生方法，适用于生物或者细胞研究。
背景技术
随着现代生物医学的不断进步，生物电磁技术也迸发出前所未有的生机和活力。摆动磁场对生物电磁的研究必不可少，现有的摆动磁场的装置一般是通过直流电源对线圈供电的通断及方向切换来实现，摆动磁场难以实现磁场强度和频率可以调节，并且摆动磁场的强度难以做到很大，频率也较低。
发明内容
本发明的目的是克服现有摆动磁场发生装置的不足，提高摆动磁场装置的灵活性、电能利用的高效性。本发明提出一种利用储能电容分别对两组电感线圈放电依次产生正弦脉冲的摆动磁场发生装置及发生方法，通过控制储能电容放电时的电压大小和储能电容对同一电感线圈两次放电之间的间隔分别调节摆动磁场的强度和频率。
本发明提出以下技术方案：
一种频率和强度可调的摆动磁场发生装置，该装置包括升压模块，整流模块，滤波电容，逆变桥模块，电压检测模块，储能电容，单向可控开关器件，两组线圈，控制系统；其中，
工频交流电与升压模块的输入端连接，升压模块的输出端连接整流模块的输入端，整流模块的输出端连接滤波电容，逆变桥模块的输入端通过限流模块连接在滤波电容两端，逆变桥模块的输出端接在储能电容两端，电压检测模块连接在储能电容两端用于检测储能电容电压，储能电容经过单向可控开关器件连接两组线圈；
所述升压模块用于将工频交流电进行电压抬升；
所述整流模块和滤波电容用于对电压抬升后的交流电进行整流、滤波；
所述的逆变桥模块用于对储能电容进行正向、反向充电和充电电压大小控制；
所述的单向可控开关器件和两组线圈用于通过电流产生摆动磁场。
进一步的，所述整流模块包括多个整流二极管。
进一步的，所述单向可控开关器件为晶闸管，两组线圈分别与一晶闸管相连。
进一步的，所述控制系统基于电压检测模块的检测结果，控制逆变桥模块对储能电容的充电时长进而控制对储能电容的充电电压大小；控制系统调整储能电容对线圈两次放电之间的时间间隔来改变摆动磁场的频率。
进一步的，所述两组线圈中的每组包含为一个或多个线圈。
本发明还提供了一种频率和强度可调的摆动磁场发生方法，所述方法包括：
将工频交流电进行电压抬升；
对电压抬升后的交流电进行整流、滤波；
对储能电容进行正向、反向充电和充电电压大小控制；
通过储能电容的放电电流产生摆动磁场；
其中，对储能电容进行正向、反向充电包括：首先对储能电容进行正向充电，结束后储能电容对励磁线圈进行放电，放电结束后储能电容两端电压大小和极性发生改变，再对储能电容进行反向充电，充电结束后储能电容再对另一励磁线圈进行放电，放电结束后储能电容两端电压大小和极性再次发生改变。
进一步的，每次对储能电容的充电都是在储能电容已有电压的基础上进行的。
进一步的，基于储能电容两端的检测电压，控制储能电容的充电时长进而控制对储能电容的充电电压大小；调整储能电容对励磁线圈的两次放电之间的时间间隔来改变摆动磁场的频率。
本发明中，控制系统首先通过控制逆变桥模块对储能电容进行正向充电，控制系统根据电压检测电路的测量结果来控制逆变桥模块对储能电容充电时长，充电结束后控制系统控制第一单向可控开关器件开通，储能电容对一组线圈进行放电，放电结束后，控制系统控制逆变桥模块对储能电容进行反向充电，控制系统根据电压检测电路的测量结果来控制逆变桥模块对储能电容充电时长，充电结束后控制系统控制第二单向可控开关器件开通，储能电容对二组线圈进行放电，至此一个完整的工作周期结束。调整一个工作周期的时长既可以改变摆动磁场的频率。此处提及的一组和二组线圈既可以是单个线圈组成也可以是多个线圈组成。
本发明具有以下有益效果：
1.本发明通过储能电容对线圈放电的方式产生磁场，可以做到较大电流流经线圈，从而能显著提高摆动磁场的强度。
2.本发明对于储能电容采用正反充电的供电方式，每次都是在储能电容已有初始电压的基础上进行充电的，不仅缩短了充电时长有利于摆动磁场频率的提高，而且降低了电能的消耗提高了电能的利用效率。
3.本发明采用一个储能电容对两组电感线圈放电的工作方式，节省了储能电容器件的使用。
4.本发明为研究不同强度、不同频率摆动磁场对细胞、生物的作用提供了一种可用装置。
附图说明
图1是本发明的一种频率和强度可调的摆动磁场发生装置示意图；
图2是本发明的一种频率和强度可调的摆动磁场发生装置实例电路示意图；
图3是本发明的一种控制脉冲示意图。
具体实施方式
下面将参照附图来描述本发明的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。
如图1所示的一种频率和强度可调的摆动磁场发生装置的具体实施例中，该装置包括升压模块，整流模块，滤波电容，逆变桥模块，电压检测模块，储能电容，单向可控开关器件，两组线圈，控制系统；其中，工频交流电与升压模块的输入端连接，升压模块的输出端连接整流模块的输入端，整流模块的输出端连接滤波电容，逆变桥模块的输入端通过限流模块连接在滤波电容两端，逆变桥模块的输出端接在储能电容两端，电压检测模块连接在储能电容两端用于检测储能电容电压，储能电容经过单向可控开关器件连接两组线圈；所述升压模块用于将工频交流电进行电压抬升；所述整流模块和滤波电容用于对电压抬升后的交流电进行整流、滤波；所述的逆变桥模块用于对储能电容进行正向、反向充电和充电电压大小控制；所述的单向可控开关器件和两组线圈用于通过电流产生摆动磁场。
进一步的，所述整流模块包括多个整流二极管。
进一步的，所述单向可控开关器件为晶闸管，两组线圈分别与一晶闸管相连。
进一步的，所述控制系统基于电压检测模块的检测结果，控制逆变桥模块对储能电容的充电时长进而控制对储能电容的充电电压大小；控制系统调整储能电容对线圈两次放电之间的间隔来改变摆动磁场的频率。
进一步的，所述两组线圈中的每组包含为一个或多个线圈。
其中，电路处于稳态运行时，每次对储能电容的充电都是在储能电容已有电压的基础上进行的。
其中，通过控制系统和电压检测模块，控制逆变桥模块对储能电容充电时长来控制对储能电容的充电电压大小，控制储能电容对线圈放电时电压的大小来决定励磁线圈产生磁场强度的大小，利用控制系统调整储能电容对励磁线圈两次放电之间的间隔来改变摆动磁场的频率。
所述单向可控器件可以控制其导通并且电流仅能单向流动，所述的两组线圈每组都可以包含为一个或多个线圈。
下面将结合附图2对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，所描述的实施例仅为本发明的一种实现方式，不代表所有实现方式。
本实例中的摆动磁场发生装置具体包括一个变压器T1，四支整流二极管D1、D2、D3、D4，限流电阻R3，滤波电容C1，四支绝缘门级双极型晶体管IGBT1、IGBT2、IGBT3、IGBT4，储能电容C2，两支晶闸管SCR1、SCR2，两组线圈L1、L2，以及电阻R1、R2，该电阻R1、R2为线圈内阻。
该装置选择工频交流电作为输入，经由变压器T1作为升压模块进行升压，变压器的变比可以根据所需产生磁场强度的大小折算后选取，经过变压器升压的交流电由整流二极管D1、D2、D3、D4组成的整流模块整流后变为直流电，由滤波电容C1组成的滤波模块滤波后变为相对平滑的直流电，整流出来的直流电经由限流电阻R3构成的限流模块限流后，作为储能电容C2充电的电源，打开由IGBT1、IGBT2、IGBT3、IGBT4组成的逆变桥模块中的IGBT1、IGBT4对已有电压的储能电容进行正向充电，即施加如图3所示的VGE(IGBT1、IGBT4)脉冲，控制系统根据电压检测模块的测量结果来控制逆变桥模块中的IGBT1、IGBT4关断来控制对储能电容的充电时长，进而控制储能电容对电感放电时的电压U，电压U的大小也将决定线圈中流经电流的大小，充电结束后触发晶闸管SCR1对线圈L1进行放电，即施加如图3所示的VT1脉冲；放电结束后储能电容两端电压大小和极性发生改变；然后打开逆变桥模块中IGBT2、IGBT3对储能电容进行反向充电，控制系统根据电压检测模块的测量结果来控制逆变桥模块中的IGBT2、IGBT3关断来控制对储能电容充电时长，即施加如图3所示的VGE(IGBT2、IGBT3)脉冲，充电结束后触发晶闸管SCR2对线圈L2进行放电,即施加如图3所示的VT2脉冲；放电结束后储能电容两端电压大小和极性再次发生改变，至此一个工作周期结束，调整一个工作周期的时长即可改变摆动磁场的频率。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求及其等价物限定。不脱离本发明的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本发明的范围之内。