QJH22B150中國醫(yī)學(xué)影像技術(shù)超聲電機在內(nèi)鏡驅(qū)動及控制技術(shù)方面的應(yīng)用研究劉辛國1周鐵英2，陳宇2（1.北京建筑工程學(xué)院電氣工程與自動化系，北京100044；2.清華大學(xué)物理系）1超聲電機簡介超聲電機是一種全新概念的新型電機，它利用壓電材料的逆壓電效應(yīng)，使定子表面產(chǎn)生一定軌跡的微米量級的振動，進(jìn)而通過摩擦耦合將振動動能轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子或滑塊的宏觀運動（轉(zhuǎn)動或平動）動能。簡單地講，超聲電機工作原理是借助摩擦實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換與傳遞，例如，通過電激振使某一媒體振動而獲得能量，這些能量可由兩媒體間的摩擦傳遞給另一媒體使其產(chǎn)生運動。
QJH22B150超聲電機的振子的驅(qū)動能量可以由電力提供，也可用機械方法獲得而應(yīng)用較多的是電驅(qū)動。超聲電機按結(jié)構(gòu)可分為圓盤或圓環(huán)型、棒（桿）型、平板型；按運動方式可分為旋轉(zhuǎn)型和直線移動型1.耐磨材料彈性環(huán)軸承毛氈超聲電機結(jié)構(gòu)超聲電機與電磁電機相比存在一些明顯的優(yōu)點，如：低速大轉(zhuǎn)矩、不需減速機構(gòu)可直接驅(qū)動、無齒輪間隙、定位精度高（微米或納米量級）、大力矩密度時效率高、且具有自保持力矩、慣性小、反應(yīng)快（ms量級）、運行無噪音及磁干擾、且抗磁干擾能力強、結(jié)構(gòu)簡單、加工容易、易小型化等等。
超聲電機需要專用電源供電。超聲電機的驅(qū)動源為超聲波超聲波由產(chǎn)生超聲國家自然科學(xué)基金重點支持項目電波的電路形成，這種電路可將直流電或工頻交流電轉(zhuǎn)換為具有一定功率的、頻率或相位可調(diào)的超聲波，提供給超聲電機，驅(qū)動其工作并對其進(jìn)行控制1.超聲電機及其驅(qū)動電路超聲電機在醫(yī)用內(nèi)鏡中的應(yīng)用前景2.1用于光學(xué)內(nèi)鏡反射鏡轉(zhuǎn)動驅(qū)動源醫(yī)用內(nèi)鏡是觀察人體內(nèi)臟器官的組織形態(tài)的先進(jìn)醫(yī)療設(shè)備，利用它可對人體內(nèi)臟器官的病變大小、病灶位置以及病變性質(zhì)等進(jìn)行初步確定。一般醫(yī)用內(nèi)鏡的視野比較狹窄，為了觀察更大范圍往往需要不斷調(diào)整內(nèi)鏡前端角度，這樣就容易造成人體內(nèi)軟組織損傷。為了改變這種狀況，在光學(xué)醫(yī)用內(nèi)鏡前端目鏡外加一塊與內(nèi)透鏡組主光軸呈45角的平面光學(xué)反射鏡，此反射鏡由一個微型電機驅(qū)動使其做360低速旋轉(zhuǎn)，通過反射鏡將光纖引入的照明光線投射到所要觀察的人體組織上，并將四周圖像返回到內(nèi)鏡聯(lián)接的攝象機，如所示。由圖（50235010）及深圳市科技局資助項目。
劉辛國（1959―）男，河北滿城人，碩士，副教授。
可看出，內(nèi)鏡外形為圓柱狀，中間為圖像傳輸通道，外側(cè)為光路傳輸通道，前端物鏡由一組透鏡組成；平面反射鏡在這里起到了形式上物鏡的作用，它將周圍圖像實時地反射入內(nèi)鏡的實際物鏡，然后由目鏡端傳入攝像機。電機每轉(zhuǎn)動90計算機采集1幀圖像并對其作實時處理、顯示，這樣，電動機轉(zhuǎn)過360計算機正好處理完4幅對應(yīng)于內(nèi)鏡前側(cè)方空間4個方向的圖像，通過軟件編程可使這4幅圖像同屏顯示于顯示器上。采用這種方式，可擴大內(nèi)鏡前端監(jiān)視視野，實現(xiàn)其前端操作的自動化，從而避免了現(xiàn)有內(nèi)鏡在人體內(nèi)往往需要作整體旋轉(zhuǎn)或頭部作大幅度擺動的弊端。
驅(qū)動平面反射鏡作360旋轉(zhuǎn)的電磁電機可由微超聲電機代替。超聲電機非常易于微型化，與目前試制用的醫(yī)用內(nèi)鏡1mm電磁電機相比，同樣規(guī)格的壓電管狀或柱狀彎曲旋轉(zhuǎn)超聲微電機有以下明顯的優(yōu)點：輸出力矩大，可控性高，低速不需減速器可直接控制被驅(qū)動物體。因此，由超聲電機取代電磁電機用于醫(yī)用內(nèi)鏡中是可行的，而且可提高內(nèi)鏡效率和性能。
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