变频生物效应电磁铁系统

摘要

本发明公开了一种变频生物效应电磁铁系统。它是采用将扫频电压发生电路的输出端与压频变换电路的输入端相连、压频变换电路的输出端与电磁铁控制电路的输入端相连、电磁铁控制电路的输出端接电磁铁线圈等独特的电路结构，可自动周期性地输出扫频脉冲磁场，扫频频率范围很宽并可大幅度地调节扫频频率范围、扫频周期、磁场强度等物理量，磁场脉冲方式可选，为磁场作用于生物体或生物组织的科研和应用领域提供了一种全新的作用方式和仪器，克服了现有技术中用固定频率的磁场刺激生物体或生物组织的局限性和费时性。本发明可用于生物体或生物组织的磁场刺激研究和应用，也可用于各类磁场治疗仪，使用方便简单。

权利要求

1.一种变频生物效应电磁铁系统，电磁铁电源的输出端与电磁铁线圈的一端相连，电磁铁线圈的另一端与电磁铁控制电路的输出端相连，扫频电压发生电路的输出端与压频变换电路的输入端相连，压频变换电路的输出端与电磁铁控制电路的输入端相连，稳压电源与扫频电压发生电路和压频变换电路的电源输入端相连，其特征是扫频电压发生电路带有扫频周期控制电位器，扫频电压发生电路的时基集成电路的输出端与最高扫频频率控制电位器相连，最高扫频频率控制电位器的滑动端与积分电路相连，积分电路的输出端与隔离二极管正极相连，隔离二极管的负极与压频变换电路的输入端相连，压频变换电路的输入端通过隔离电阻与最低扫频频率控制电位器的滑动端相连，扫频电压发生电路的扫频周期控制电位器的旋钮或面板上带有扫频周期刻度。

2．按权利要求1所述的变频生物效应电磁铁系统，其特征是压频变换电路的输出端与频率计的输入端相连，还与外接输出端相连。

3．按权利要求1所述的变频生物效应电磁铁系统，其特征是扫频电压发生电路的时基集成电路的输出端与发光二极管扫频周期指示灯电路相连，压频变换电路的输出端与发光二极管扫频指示灯电路相连。

4．按权利要求1所述的变频生物效应电磁铁系统，其特征是电磁铁线圈与自感电压抑制元件并联。

5．按权利要求1所述的变频生物效应电磁铁系统，其特征是电磁铁电源的电压控制电位器的旋钮或面板上带有磁场强度刻度。

说明书

变频生物效应电磁铁系统

技术领域

[0001] 本发明涉及一种电磁铁系统，尤其指一种变频生物效应电磁铁系统。

背景技术

[0002] 电磁铁系统包含电磁铁电源和电磁铁，生物效应电磁铁系统也是如此。由电磁铁变压器、电磁铁直流变换器等组成的电磁铁电源是将220伏交流市电经过电磁铁变压器降
压后，送到桥式整流器变换成脉动直流电，再送到包含滤波电容的滤波电路，从而形成了平滑的直流电。如果需要稳压或者稳流，还要将滤波后的直流电送到开关或者串联稳压或稳
流电路进行稳压或稳流，最后输出稳定的直流电送到电磁铁线圈使电磁铁产生磁场。

[0003] 磁场作用于生物体具有生物效应是众所周知的事实。比如：用特定参数的磁场作用于植物种子可用于种子的改良，特定参数的磁场作用于人体可用于治疗疾病等
等，生物、医学、农学等领域也都广泛地进行这方面的研究。已公开的中国专利申请号为
200810240241.8，名称为“低频交变磁场种子处理机的制造方法”发明专利申请，就给出了用50Hz交变磁场处理种子的技术方案，但该方法磁场处理模式单一，且频率不可调；另一
个中国专利号为：200720050165.5，名称为“高压脉冲恒稳磁场种子仪”的专利，则给出了一种可人工调节脉冲磁场频率的生物效应电磁铁系统，但该专利仍是用人工调定后的单一频
率对种子进行磁场刺激，并且该专利也没有公开脉冲磁场相关的具体电路。大量的事实证
明，脉冲磁场具有比恒稳磁场更好的生物效应，尤其是对不同的生物体或同一生物体的不
同部位的生物组织，最佳的脉冲磁场频率或频率范围是不尽相同的。但现有技术中是通过
人工选定很多特定频率的磁场来对比和寻找最佳刺激频率，这就要重复做很多很多的实验
数据，如同大海捞针，十分麻烦和费时。况且某个生物体或同一生物体的不同区域的生物组织的最佳脉冲磁场刺激频率也可能不是一个频率点，而可能是一个频率范围。可见，现有技术中的生物效应电磁铁系统不满足科研及各领域应用的需要。

发明内容

[0004] 本发明的目的是提供一种可周期性自动变化脉冲磁场输出频率的变频生物效应电磁铁系统。它的变频脉冲磁场的扫频频率范围和扫频周期可方便地调节，输出磁场强度
也可方便地大范围调节，并且也可调成定频或恒稳磁场工作模式，一机多用。

[0005] 为了实现上述目的，本发明将电磁铁电源的输出端与电磁铁线圈的一端相连，电磁铁线圈的另一端与电磁铁控制电路的输出端相连，扫频电压发生电路的输出端与压频变
换电路的输入端相连，压频变换电路的输出端与电磁铁控制电路的输入端相连，稳压电源
与扫频电压发生电路以及压频变换电路的电源输入端相连，电磁铁线圈与自感电压抑制元
件并联。

[0006] 扫频电压发生电路的时基集成电路输出端与最高扫频频率控制电位器相连，最高扫频频率控制电位器的滑动端与积分电路相连，积分电路的输出端与隔离二极管正极相
连，隔离二极管的负极与压频变换电路的输入端相连。

[0007] 压频变换电路的输入端通过隔离电阻与最低扫频频率控制电位器的滑动端相连。压频变换电路的输出端与频率计的输入端相连，还与外接输出端相连(用于外接示波器等
仪器)。扫频电压发生电路的时基集成电路的输出端与发光二极管扫频周期指示灯电路相
连，压频变换电路的输出端与发光二极管扫频指示灯电路相连。

[0008] 由于本发明具有将扫频电压发生电路的输出端接压频变换电路的输入端、压频变换电路的输出端接电磁铁控制电路的输入端等电路结构，就使得电磁铁可输出自动变频的
周期性扫频脉冲磁场，并且扫频范围可自由选择，为磁场作用于生物体的各类科研或各领
域的应用提供了一种方便快速的仪器，弥补了现有技术中的生物效应电磁铁系统输出的脉
冲磁场频率固定、模式单一、寻找最佳磁场刺激频率很费时等缺陷。本发明将寻找脉冲磁场刺激的某个频率点变换成寻找某个频率范围，即便只有一个最佳刺激频率，也容易通过逐
步缩小该频率范围快速找到最佳刺激频率，这就不必大海捞针式的寻找最佳刺激频率。再
者，如果某个生物体或生物体的某部分组织对磁场刺激频率不是一个频率点而是一个具有
一定宽度的频带，本发明更能很好地适应该情况。本发明即可扫频输出，也可恒定磁场输
出，又可定频输出，一机多用。

[0009] 由于设置了隔离二极管和隔离电阻，保证了最低扫频频率控制电位器和最高扫频频率控制电位器相互隔离、独立控制，并且互不影响。

[0010] 由于将555时基集成电路的输出端接积分电路，以积分电路的电容上的电压作为扫频电压信号，其扫频信号输出电压范围可达到0～13伏的超宽范围，使压频变换电路扫
频范围很宽。

[0011] 由于将相关各个物理量调节电位器的控制旋钮上或面板上制造上相关物理量的刻度，不必用相关仪器就可直接快速读出个物理量，也降低了成本。

附图说明

[0012] 图1是本发明的实施例1的电路原理图。

[0013] 图2是本发明的实施例2的电路原理图。

具体实施方式

[0014] 图1中的实施例是电磁铁供电电路和其他电路供电分别用两个直流电源的情况，适用于大功率的变频生物效应电磁铁系统(比如动物卵或植物种子的磁场处理设备等)。
其中时基集成电路IC2和其外围件组成扫频电压发生电路：扫频周期控制电位器W1和电阻
R1、电容C7是定时阻容元件。电容C8接在地和IC2的5脚之间，电容C8和C7的下端以及IC2
的1脚接地，2、6脚接在一起接电容C7和电位器W1的连接点，7脚接扫频周期控制电位器W1
的滑动端和电阻R1的下端，4、8脚连在一起接电源正极和电阻R1的上端，3脚接电位器W3的上端和由发光二极管D7和限流电阻R13构成的扫频周期指示灯电路。为了快速调节和得知
扫频周期，可在扫频周期控制电位器W1的旋钮上或面板上印上扫频周期刻度(可借助发光
二极管D7的点亮周期或计算得知相应位置处的扫频周期)。电位器W3的滑动端接积分电
路的电阻R4，积分电路的电容C10与电阻R4和二极管D6的正极相连，二极管D6的作用是只
允许积分电路的电压加到压频变换集成电路IC3的输入端7脚，而不允许来自R3的电流流
入积分电容C10或R4及W3所引起的相互影响现象发生，因此它也称为隔离二极管。调节电
位器W3的滑动端，可改变最高扫频电压，从而改变压频变换电路的最高输出频率，因此，电位器W3也可称为最高扫频频率控制电位器(W3的滑动端越往下滑，最高扫频频率越低)。本
发明把电阻R3和二极管D6负极相连的端子称为扫频电压发生电路的输出端，积分电容C10
的正极作为积分电路的输出端。为了得到无直流分量且电压足够高的扫频电压(实测0～
13伏)，将555时基集成电路的第3脚接RC积分电路，以RC积分电路的电容上的电压作为
扫频电压信号，其扫频信号输出电压幅值及带负载能力远超过按常规思路从555时基集成
电路IC2的2、6脚引出信号的方式。这就使得扫频频率范围可达到很宽，且扫频电压发生
电路不会因2、6脚引出信号而可能的停振现象。

[0015] 压频变换集成电路IC3和外围元件构成压频变换电路：压频变换集成电路IC3的7脚为扫频电压的输入端，1脚和6脚连在一起接电阻R5和电容C13的上端，4脚、电阻R5、电
容C13、电位器W4的下端都接地，2脚接电阻R6，电阻R6的下端接电位器W4，8脚接电源正极，
5脚接开关K1的中心端和电阻R10，电阻R10的上端接电位器W5，电位器W5的滑动端接电源
正极。开关K1的左右触点分别接电容C14、C15，电容C14、C15的下端接地。开关K1、电容C14和C15、电阻R10、电位器W5构成扫频波段选择电路(也可根据需要增加波段选择位数)，调节开关K1的左右位置和调节电位器W5可改变扫频输出的频率范围。扫频输出端3脚接由发光
二极管D8和限流电阻R7串联构成的扫频指示灯电路，扫频输出端3脚还接电阻R11和频率
计13的输入端以及电阻R9，这样就可以随时读出扫频频率的即时数值和扫频频率范围。三
极管T3和电阻R9、R12构成射随器，其输出端作为压频变换电路的输出端，并和外接输出端S(用于外接示波器或频率计)相连，如果后级负载不需要大的驱动电流，也可取消该射随
器，直接用IC3的3脚作为扫频信号的压频变换电路的输出端并和外接输出端S相连。

[0016] 三极管T1、T2和电阻R8构成电磁铁控制电路：其输入端电阻R8接压频变换电路的输出端，其输出端接电磁铁线圈L的一端和二极管DY正极，电磁铁线圈L的另一端和二极管
DY负极接电磁铁电源的输出端。二极管DY在此起抑制T2截止时刻电磁铁线圈L产生的瞬
间高压作用，用压敏电阻也可，两者总称为自感电压抑制元件。开关K2接通后三极管T2被
短路，输出恒稳磁场。电源插头9、电源开关K、保险丝10、变压器BY、整流二极管D1、D2、D3、D4、三端稳压集成块IC1、稳压二极管D5、电容C3、C4、C5、C6构成稳压电源12，可输出+14.5V的稳定直流电压，并连接到扫频电压发生电路和压频变换电路的电源输入端。电磁铁变压
器BM与电磁铁直流变换器11连接构成电磁铁电源。

[0017] 电位器W2、电阻R、R2、R3电容C9构成扫频起始电压控制电路。电位器W2的滑动端越往上滑动，扫频起始电压越高，导致压频变换电路的输出起始频率抬高，因此，电位器W2也称为为最低扫频频率控制电位器。电容C9为滤波电容，电阻R3起防止二极管D6输出的电流被扫频起始电压控制电路对地分流(导致电压降低)的作用，因此它也称为隔离电阻。
这就保证了最低扫频频率控制电位器(或电路)和最高扫频频率控制电位器(或电路)相
互隔离、各自独立控制，互不影响。也可取消内置的频率计13，使整个产品不带频率计13，由用户自配外置的通用数字频率计。

[0018] 整个电路的工作过程如下：先将最高扫频频率控制电位器W3和最低扫频频率控制电位器W2的滑动端分别滑到最高端和最低端，此时对应最宽范围的扫频频率输出。把开关
K1和电位器W5调到某个位置。接通电源后，扫频电压发生电路输出近似三角波的扫描电压
并加到压频变换电路的输入端也即IC3的7脚，压频变换电路的输出方波脉冲频率被三角
波的扫描电压调制，使输出的脉冲方波信号频率由低到高再从高到底进行自动重复的变频
扫描。该变频扫描信号加到电磁铁控制电路的输入端(电阻R8的左端)，控制复合三极管
T1、T2构成的电磁铁控制电路的通或断，使电磁铁线圈L中产生周期性变频的扫频脉冲电
流，从而使电磁铁输出周期性变频的脉冲磁场输出。开关K1打在左、右位分别对应高频、低频波段扫频，电位器W5可调节该频段的扫频频率范围平移，其阻值越高，扫频频率范围也越往低频移。电位器W4可调节脉冲宽度(这要借助外配的示波器来观察)，也可在小范围内
调节输出频率，其阻值越小，脉冲宽度越宽，频率越低，通常将其滑动端调到中间位置就行。
通过发明人自制的样机实验证明，按本实施例参数，扫描频率范围可达到1.5Hz～1.1KHz。
如果要进行窄带扫频，可通过调节最低扫频频率控制电位器W2和最高扫频频率控制电位器
W3进行选择(通过内置或外配的频率计进行观察调定)。调节扫频周期控制电位器W1到某
个周期值对应的刻度，可改变扫频的快慢周期。如果要输出定频磁场脉冲，可调节最高扫频频率控制电位器W3的滑动端到地，将最低扫频频率控制电位器W2调到某个位置(借助频率
计观察调定)来选择定频输出的频率；如果要输出恒稳磁场，只要把开关K2接通就行。这
样就使得本发明一机多用。

[0019] 本实施例的各元器件参数如下：

[0020] 电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13、R的电阻值分别为10、10、300、15、100、5、3、0.075、2、50、10、0.68、3、300千欧姆(上述电阻单位全是千欧姆)。电位器W1、W2、W5全为1兆欧姆的普通小体积碳膜电位器，电位器W3、W4阻值分别为1千欧、10千欧。电容C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12、C13、C14、C15的电容值分别为470、0.01、470、0.01、100、
0.01、470、470、470、0.01、1、0.01、0.047微法拉。扫频电压发生电路的时基集成电路IC2用
555时基集成块，压频变换集成电路IC3选用KA331或LM331等。三端稳压集成块IC1用
7812。稳压二极管D5选用稳压值在2.5V左右的，也可用4个开关二极管4148串联后接成
正向导通的形式代替稳压二极管D5。二极管D6为1N4848，二极管D1、D2、D3、D4用1N4007。
发光二极管D7、D8可用普通各类发光二极管。二极管DY用各种耐压1000V以上且大电流功
率二极管，也可用多个1N4007并联使用以增加功率。三极管T3可用C9013，大功率三极管
T1、T2分别用3DD15D、MJ15024G(其输出电流最大额定值16A，如果要求更大输出电流的可
用MJ10016，其输出电流最大额定值50A)。如果用于作用于人体的小功率变频生物效应电
磁铁系统，大功率三极管T1、T2分别也可用其他各类中小功率三极管。变压器BY可用额定
功率大于5W的次级电压17-20伏的小功率变压器。保险丝10、电源开关K、电磁铁线圈L、
电磁铁变压器BM、电磁铁直流变换器11的功率和规格可根据不同适用场合灵活选用，电磁
铁直流变换器11要带有宽范围调压功能，以方便大范围调节电磁铁的磁场强度，来适应不
同场合的需求。电磁铁线圈L的参数、电磁铁的结构和具体形状可根据不同应用领域及场
合设计成各式各样的。开关K1选用普通钮子拨动开关。内置频率计13可直接选用现有市
面上的各类数字频率计模块板子成品，注意工作电压要配套，否则将本机稳压电源进行电
阻式降压或经三端稳压器降压后再接到内置频率计的电源输入端。

[0021] 图2是本发明的另一个实施例电路图。与上述实施例的区别仅在于电磁铁电源取自稳压电源12，因此省略了电磁铁变压器BM和电磁铁直流变换器11，并且为了调节输出磁
场强度，还增加了一个由可调三端稳压集成块IC4(可用LM317)和电阻R14(300欧姆)、电压
控制电位器W6(可用阻值为5K或4.7K的碳膜电位器)、滤波电容C1(0.1微法)、C2(1000微
法)组成的可调稳压电源，该可调稳压电源调节范围很宽为1.23-13.46伏，作为另一种电
磁铁电源。可调三端稳压集成块IC4的输入、输出、调压端分别为3、2、1脚。不过此时为了防止电磁铁控制电路对其余电路的影响，还增加了滤波电阻R14(其阻值为200欧姆左右)。
此情况下适用于作用于人体的较弱磁场情况下的变频生物效应电磁铁系统(比如一些磁
场治疗仪)等场合。为了满足对磁场输出最大功率的需求，变压器BY要使用额定输出功率
大于10瓦的(具体参数根据需求而定)，三端稳压集成块IC1也要加足够大的散热片。如
果要求输出更大功率的电流，可调稳压电源也可用分立元件构成的可调串联稳压电源或可
调开关电源制作，也可进一步提高稳压电源12的输出电压(此时要增加电阻R14的阻值或
再增加一个三端稳压器以降压到14.5伏为扫频电压发生电路、压频变换电路等提供所需
的电压)。为了方便使用，可在电压控制电位器W6的旋钮上或面板上印上磁场强度标记，这可事先用特斯拉计来校准定标，第一个实施例也可仿照该方式办，这就省去了用特斯拉计
测磁场的麻烦。

[0022] 本发明的电路结构可有多种变化。比如：扫频电压发生电路或压频变换电路也可用其他类型的电路替代；还可以在本发明的基础上添加其他输出模式控制电路等等，但这
些变化都没有离开本发明的实质。